GENETIKA I

MOLEKULARNA BIOLOGIJA

GENETIKA nauka o nasljeĎivanju

◦ održavanje karakteristika svake vrste iz generacije u generaciju

FENOTIP ◦ stvarni izgled organizma - morfološka i fiziološka svojstva

◦ skup svih osobina koje su vidljive oblik, graĎa i funkcija

◦ rezultat genotipa i okoliša

GENOTIP ◦ svi geni organizma

◦ materijalna osnova nasljeĎa

POPULACIJA ◦ genetički nejednake individue nastale od različitih roditelja

◦ žive na jednom prostoru

Nasljeđe ◦ nije pojava miješanja

◦ pojava kombiniranja posebnih jedinica nasljedne upute - gena

GENETIKA

GEN ◦ nasljedni faktor, osnovna jedinica nasljeĎa

◦ dio molekule DNA (500-1500 parova baza)

◦ uputa za sintezu funkcionalnog produkta

◦ odreĎeno mjesto na kromosomu - genski lokus

◦ rasporeĎeni linearno na kromosomu

◦ mogu se prenositi – kromosomi se cijepaju uzdužno

GENETIKA

ALELI ◦ jedan, dva ili više alternativnih gena

◦ na istom lokusu jednog kromosoma

◦ DOMINANTNOST - svojstvo koje prevladava

- forma gena i kod heterozigota (Aa)

◦ RECESIVNOST - svojstvo koje je potisnuto

- ekspresija samo kod homozigota (aa)

◦ LETALNI ALELI - smrtonosni homozigot

- albinizam biljaka

- srpasta anemija čovjeka

GENETIKA HOMOZIGOT

◦ genski aleli identični (AA, aa)

HETEROZIGOT

◦ homologni kromosomi nose različite alele (Aa)

ČISTA LINIJA ◦ genetički slične jedinke nastale samooplodnjom jednog roditelja

(jedinke homozigotne za sva promatrana svojstva)

KLON - gen jednake individue nastale nespolno, vegetativno

HIBRID - nastali križanjem nejednakih roditelja

- somatske stanice različitih vrsta

GAMETE - spolne rasplodne stanice nastale mejozom (n)

ZIGOTA - nastala spajanjem 2 gameta (2n)

Mendelova

genetika

• utemeljitelj nauke o nasljeđivanju

Pollen transferred from white flower to stigma of purple flower

anthers removed

all purple flowers result

Mendelov rad

F1

P

F2

self-pollinate

Vrtni grašak

samooprašivanje

parentalne generacije (P)

P = parental

Uzgojio sjemenke i oprašio ih

prva filijalna generacija(F1)

F = filial

samooprašivanje F1

generacije

druga filijalna generacija (F2)

Mendelov rad

P

100% F1 generation (hybrids)

100% purple-flower peas

X true-breeding

purple-flower peas true-breeding

white-flower peas

self-pollinate

F2 generation

3:1 75% purple-flower peas

��25% white-flower peas

Mendelov rad

Osobine se različito ispoljavaju

purpurni vs. bijelog cvijeta

aleli različiti aleli na sekvencama nukleotida na

specifičnom locusu gena

purple-flower allele &

white-flower allele are two DNA

variations at flower-color locus

Različite verzije gene na istoj

lokaciji na homologonim

kromosomima

Nasljeđivanje svojstava

svako svojstvo

2 alela

1 od svakog roditelja

diploidni organizam nasljeđuje 2 seta kromosoma

1 set od svakog roditelja

homologoni kromosomi

dominantni alel funkcionalni protein

određuje svojstvo

maskira druge alele

recesivni alel ne ispoljava svojstvo

nefunkcionalan protein

homologous

chromosomes

I’ll speak for both of us!

allele producing

functional protein mutant allele

malfunctioning

protein

Genotip i fenotip

Razlika između genskog sastava

organizma i njegovog izgleda

genotip

genski sastav organizma

fenotip

vidljive osobine organizma

objasnite Mendelove rezultate koristeći:

…dominantno & recesivno

…fenotip & genotip F1

P X

purple white

all purple

Mendelov rad

F2 generation

3:1

P

self-pollinate

X true-breeding

purple-flower peas true-breeding

white-flower peas

75% purple-flower peas

��25% white-flower peas

___ ___

100% F1 generation (hybrids)

100% purple-flower peas

___ ___ ___ ___

? ? ? ?

phenotype

genotype

Genotipovi

Homozigtoi = isti aleli = PP, pp

Heterozigoti = različiti aleli = Pp

homozygous

dominant

homozygous

recessive

heterozygous

Test križanja

Određivanje genotipa organizma

Jedinka nepoznatog genoma križa se s

homozigotnom recesivnom jedinkom (pp)

pp PP or Pp?

x

PP pp

Test križanja

Pp pp

x x

100% purple 50% purple:50% white or 1:1

Mendelov 1. zakon nasljeđivanja

Zakon segregacije

Mejoza

aleli segregiraju

svaki alel za određeno svojstvo odlazi u

zasebnu gametu

Homologni kromosomi se razdvajaju

PP

P

P

pp

p

p

Pp

P

p

Zakon

segregacije

Metaphase 1

Monohibridno i dihibridno

križanje

Nasljeđivanje jednog svojstva

boja cvijeta

boja sjemenke

monohibridno križanje

Nasljeđivanje 2 različita

svojstva

boja i

oblik sjemenke

dihibridno križanje

Dihibridno križanje

true-breeding yellow, round peas

true-breeding green, wrinkled peas

x

_____ _____

P

_____

100% F1 generation (hybrids)

yellow, round peas

9:3:3:1

Y = yellow

R = round

y = green

r = wrinkled

self-pollinate

F2 generation 9/16

yellow round peas

3/16 green round peas

3/16 yellow

wrinkled peas

1/16 green

wrinkled peas

Dihibridno križanje

YyRr YyRr

YR Yr yR yr

YR

Yr

yR

yr

x

9/16 yellow round

3/16 green round

3/16 yellow

wrinkled

1/16 green

wrinkled

YyRr

Yr yR YR yr

YyRr

YR yr

or

Zakon neovisnog

svrstavanja

Metaphase 1

IZUZETAK

Ako su geni na istom

kromosomu i jako blizu

Nasljeđuju se zajedno

Mendelovi zakoni

prikazani

kroz mejozu,

gamete i oplodnju

Mendelovi zakoni

nasljeđivanja

Zakon segregacije

monohibridno križanje

Jedno svojstvo

svaki alel segregira u zasebnu gametu

metafaza 1

Zakon neovisnog svrstavanja

dihibridno (poli) križanje

2 ili više svojstava

geni na razdvojenim kromosomima

razvrstavaju se u gamete neovisno

metafaza 1

metaphase1

Mendelovi zakoni

1. Zakon jednoličnosti F1 generacije:

◦ homozigotni roditelji - čiste linije

◦ svi potomci u F1 generaciji - međusobno jednaki

2. Zakon cijepanja (segregacije) svojstava

u F2 generaciji po stalnim brojčanim

odnosima:

◦ križanjem jedinki F1 generacije međusobno -potomci s

različitim svojstvima

◦ monohibridno križanje u omjeru 3:1

◦ intermerdijarno križanje u omjeru 1:2:1

Mendelovi zakoni

3. Zakon nezavisnosti nasljednih čimbenika:

◦ križanje jedinki s više svojstava - pojedina se svojstva nasljeđuju nezavisno

Mendelova genetika –

interakcije gena

Monohibridno križanje s dominacijom

Monohibridno križanje bez dominacije – intermedijarno nasljeđivanje

Principi multiplih alela – nasljeđivanje krvnih grupa

Dihibridno nasljeđivanje

Spolno vezano nasljeđivanje

Mutacije

Nepotpuna dominacija

Heterozigot ne pokazuje ni dominantni ni recesivni fenotip primjer:

RR = red flowers

rr = white flowers

Rr = pink flowers

50% manje dominantne boje

RR Rr rr

Nepotpuna dominacija

true-breeding red flowers

true-breeding white flowers

X P

100%

100% pink flowers

F1 generation (hybrids)

self-pollinate

��25% white

F2 generation

25% red 1:2:1

50% pink

Kodominacija

2 alela utječu na fenotip jednako i zasebno

Prisutna oba fenotipa

primjer: ABO krvne grupe kodimancija i multipli aleli

3 alela

IA, IB, i

IA i IB aleli su kodiminantni

oba proizvode antigene

IA i IB su dominantni

u odnosu na i alel

Kodominacija antigena A i B

clotting clotting

clotting clotting

clotting clotting clotting

Pleiotropija

Većina gena su pleiotropni - polifenija

jedan gen odreĎuje više svojstava, odnosno

različitih fenotipova

pr. albino ljudi su i razroki

Široki raspon djelovanja jednog gena

patuljastost (achondroplasia)

gigantizam (acromegalija)

albinizam

Epistazija

jedan gen maskira efekt drugoga

Boja dlake u miša = 2 različita gena

C,c:

pigment (C) ili

bez pigmenta (c)

B,b:

mnogo pigmenta (black=B)

ili manje (brown=b)

cc = albino,

B alel nije važan

9:3:3:1 postaje 9:3:4

Poligensko nasljeđivanje

fenotipovi odreĎeni zajedničkim efektima 2

ili više gena za jedno svojstvo

fenotipovi kvantitativnih osobina

ljudska svojstva

boja kože

težina

visina

boja očiju

inteligencija

ponašanje

Spolno vezani geni

Geni na spolnim kromosomima

Otkrio ih T.H. Morgan

Drosophila melanogaster – vinska mušica

dobar genetički subjekt

brzi rasplodni ciklus (2 tjedna)

4 para kromosoma

XX=ženka, XY=mužjak

1910 | 1933

autosomalni

kromosomi

spolni kromosomi

Vrste kromosoma

ljudi i sisavci - 2 spolna kromosoma: X i Y

2 X kromosoma

ženski spol: XX

genska podudarnost,

slični autosomima

X i Y kromosom

muški spol: XY

nema podudarnosti

Genetika spolnosti

Geni na spolnim kromosomima

Y kromosom

nekoliko gena

određuje muškost

geni za produkciju muških hormona

mnogo efekata = pleiotropija!

X kromosom

druga svojstva osim spolne determinacije

mutacije:

hemofilija

mišićna distrofija

daltonizam

Spolno-vezani

ili “X-vezani” geni

Više od

60 bolesti

uvjetovanih

genima na X

kromosomu

Duchenne muscular dystrophy Becker muscular dystrophy

Ichthyosis, X-linked Placental steroid sulfatase deficiency Kallmann syndrome Chondrodysplasia punctata, X-linked recessive

Hypophosphatemia Aicardi syndrome Hypomagnesemia, X-linked Ocular albinism Retinoschisis

Adrenal hypoplasia Glycerol kinase deficiency

Incontinentia pigmenti Wiskott-Aldrich syndrome Menkes syndrome

Charcot-Marie-Tooth neuropathy Choroideremia Cleft palate, X-linked Spastic paraplegia, X-linked, uncomplicated Deafness with stapes fixation

PRPS-related gout

Lowe syndrome

Lesch-Nyhan syndrome HPRT-related gout

Hunter syndrome Hemophilia B Hemophilia A G6PD deficiency: favism Drug-sensitive anemia Chronic hemolytic anemia Manic-depressive illness, X-linked Colorblindness, (several forms) Dyskeratosis congenita TKCR syndrome Adrenoleukodystrophy Adrenomyeloneuropathy Emery-Dreifuss muscular dystrophy Diabetes insipidus, renal Myotubular myopathy, X-linked

Androgen insensitivity

Chronic granulomatous disease Retinitis pigmentosa-3

Norrie disease Retinitis pigmentosa-2

Sideroblastic anemia Aarskog-Scott syndrome

PGK deficiency hemolytic anemia Anhidrotic ectodermal dysplasia

Agammaglobulinemia Kennedy disease

Pelizaeus-Merzbacher disease Alport syndrome

Fabry disease

Albinism-deafness syndrome

Fragile-X syndrome

Immunodeficiency, X-linked, with hyper IgM

Lymphoproliferative syndrome

Ornithine transcarbamylase deficiency

Ljudski X kromosom

Ljudski Y kromosom

< 30 gena na

Y kromosomu Sex-determining Region Y (SRY)

Channeling Flipping (FLP)

Catching & Throwing (BLZ-1)

Self confidence (BLZ-2)

note: not linked to ability gene Devotion to sports (BUD-E)

Addiction to death & destruction movies (SAW-2)

Scratching (ITCH-E) Spitting (P2E) linked

Inability to express affection over phone (ME-2) Selective hearing loss (HUH)

Total lack of recall for dates (OOPS)

Air guitar (RIF)

Spolno-vezano nasljeđivanje

X-vezani geni

prenose se X kromosomom

sinovi nasljeđuju X od majki

svojstvo se nikad ne prenosi s oca na sina

većina bolesti - recesivno svojstvo

Y-vezani geni

svega nekoliko gena / svojstava

svojstvo se prenosi samo s oca na sina

kćeri ne mogu naslijediti ova svojstva

Utjecaj prirode

Color of Hydrangea flowers

is influenced by soil pH

Human skin color is influenced

by both genetics &

environmental conditions

Coat color in arctic

fox influenced by

heat sensitive alleles

Hipoteza: jedan gen jedan protein ◦ srpasta anemija - promjena

samo jedne aminokiseline u proteinu

Transformacija gena

◦ postupak prijenosa nasljedne osobine ekstraktom DNA (prijenos pneumonije kod miševa)

Promjena genoma i

evolucija organizama ◦ eukarioti 10-20 x više gena od

onih koji se stvarno eksprimiraju

◦ ljudski genom oko 30 000 gena (samo dva x više od vinske mušice)

Broj gena nije vezan uz

složenost organizma

Od bakterija do čovjeka

KROMOSOMI ČOVJEKA