1. Základy genetiky



Yüklə 5,01 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə1/21
tarix05.05.2017
ölçüsü5,01 Kb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21

Genetika 
 
Soubor kapitol ze stránek 
http://www.genetika-biologie.cz/
 
 
 
 
Verze 1.0 (11.9.2011) 
MUDr. Antonín Šípek jr. (Azrael) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uvedená práce (dílo) podléhá licenci 
Creative Commons Uveďte autora-Nevyužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko
 

 
1.
 
 Základy genetiky 
1)
 
Genetika obecně 
Genetika
 
je věda zabývající se dědičností a proměnlivostí ţivých soustav. Patří mezi
 
biologické 
vědy
 
a vyděluje se podle hlediska studia organismů (podobně jako anatomie 

která se zabývá 
tělesnou stavbou nebo fyziologie 

která se zabývá jednotlivými pochody a procesy v organizmu). 
Genetika sleduje variabilitu, rozdílnost a přenos druhových a dědičných znaků mezi rodiči a potomky i 
me
zi potomky navzájem. S genetikou a jejími principy se člověk setkával jiţ od pradávna. Umění 
dávných šlechtitelů bylo s principy genetiky neomylně provázáno. Genetika 

jako samostatná vědní 
disciplína 

ovšem vzniká aţ relativně pozdě. Její
 historie se za
čala psát aţ v 19. století. K velkému 
rozvoji došlo ve druhé polovině 20. století a dá se očekávat, ţe rychlý rozvoj bude pokračovat i ve 
století 21. (a zatím tomu skutečně tak je...).
 
Genetika je jednou z nejdůleţitějších (ne
-
li přímo nejdůleţitější) teoretických věd z hlediska popisu 
jakékoli ţivé soustavy. U genetické informace je počátek kaţdého současného ţivého organismu. 
Genetická informace určuje budoucí anatomickou stavbu organismu, určuje jaké látky budou 
účastníky biochemických a fyziologických procesů v organismu a v neposlední řadě je 
nepostradatelnou součástí pohlavního i nepohlavního rozmnoţování. Poznatky genetiky jsou velmi 
důleţité pro celou řadu přírodovědných oborů, například evoluční biologii, antropologii, mikrobiologii a 
mnoho dalších.
 V oboru 
molekulární biologie
 
se kombinují poznatky genetiky, biochemie a buněčné 
biologie. 
Genetika je sice původem
 
teoretickou
 
vědou, ale jiţ dnes má velmi mnoho 
moţností
 
praktického
 
uplatnění. Mimo lékařství nachází genetika vyuţití v zemědělství při šlechtění 
nových odrůd rostlin stejně jako při chovu (nejen) hospodářských zvířat. S rozvojem
 
biotechnologií
 a 
genetického inţenýrství se objevují i geneticky upravené hospodářské organizmy, které se stávají 
přínosem, ale i ekologickou a etickou otázkou. Díky genetickému inţenýrství, je dnes moţné vyrábět 
řadu tzv. rekombinantních látek (a mnoho takových látek nachází uplatnění v terapii různých chorob). 
Vyuţití genetiky pro různé biotechnologické metody a postupy je jiţ dnes na denním pořádku a do 
budoucna s
e i toto uplatnění jistě dále rozšíří.
 
Velký význam pro člověka má lékařská neboli
 
klinická genetika. Zkoumá člověka, různé
 
genetické 
choroby a vady
, jejich četnost a genetickou determinaci různých lidských znaků. Klinická genetika je 
dnes samostatným lékařským oborem, oddělení lékařské genetiky najdete dnes ve většině fakultních 
a krajských nemocnic; existuje také řada soukromých pracovišť.
 
Genetika se uplatňuje při výzkumu rakovinného bujení, imunitního systému a imunitních reakcí a v 
mikrobiologickém výz
kumu. 
Samostatnou kapitolou se pak stává
 
klonování
, kde vyvstávají ekologické a etické otázky jiţ při 
klonování zvířat, natoţ při klonování člověka. Úplnou revoluci v medicíně pak můţe přinést 
ovládnutí
 
genové terapie. Dnes jiţ nelze ani opomenout význam g
enetiky ve 
forenzních 
metodách

Genetické testy
 
pomáhají při usvědčování zločinců, při identifikaci tělesných ostatků nebo 
ztracených osob. V současné době také přichází do módy genetické testy otcovství.
 
Mezi podobory genetiky patří například: molekulární
 genetika, cytogenetika, imunogenetika, 
onkogenetika, populační genetika, klasická (Mendelovská) genetika, genetika rostlin (bakterií, virů...), 
evoluční genetika, a lékařská (klinická) genetika.
 
V genetickém výzkumu se pouţívá mnoho rozličných metod. Jde zejména o metody biochemické, 
fyzikální, mikroskopické, metody analytické chemie a bioinformatiky. Mnoho specifických metod bylo 
objeveno výhradně pro genetický výzkum 

zejména různé sekvenovací a značkovací metody.
 

2)
 
Historie genetiky 
Genetika
 
je vědou poměrně mladou. Za zakladatele genetiky je povaţován
 
Johann Gregor 
Mendel
 (1822 - 
1884). Tento augustiniánský mnich z brněnského kláštera se v 2. polovině 19. století 
zabýval hybridizačními pokusy u rostlin. Za své působiště si zvolil zahrádku kláštera a za objekt svého 
zájmu hrách. Při následném kříţení sledoval 7 dědičných znaků (tvar semen a lusků, zbarvení děloh, 
květů a nezralých lusků, délku stonku a postavení květů). Po matematickém zhodnocení výsledků 
zjistil, ţe se nedědí přímo znaky, ale "vlohy" pro ně. Mendel tak dal za vznik klasické 
genetice. 
Mendelovy zákony
 a 
mezialelární vztahy
 
patří k základům a dodnes mají své vyuţití třeba i v 
medicíně u sledování monogenně dědičných onemocnění. Mendel vydal roku 1866 o svých 
pozorováních práci nazvanou
 
Versu
che über Pflanzenhybriden
(Pokusy s rostlinnými kříţenci). Ve 
své době však neměla jeho práce vůbec ţádný ohlas a byla dokonce zapomenuta.
 
Ke znovuobjevení Mendelovy práce a ke vzniku genetiky jako plnohodnotného vědního oboru tak 
dochází aţ na počátku 20. století. Dochází zde k potvrzení pravdivosti Mendelových zjištění. To je 
spojeno se jmény holandského profesora Huga de Vriese (1848 

1935), rakouského profesora Ericha 
Tschermaka von Seysenegg (1871 - 1962) a profesora Carla Corrense (1863 - 1933). Mezi 
další 
významné vědce patří anglický profesor
 
William Bateson
 (1861 - 
1926), který jako první pouţil termín 
genetika (1906), heterozygot a homozygot. Dán Wilhelm Johannsen (1857 

1927) zase jako první 
zavádí pojmy gen, genotyp a fenotyp.
 
Větší pozornost si
 
zaslouţí Američan
 
Thomas Hunt Morgan
 (1866 - 
1945) a jeho práce o 
chromozomech (Chromosomes and heredity). Jako modelový organismus pouţíval octomilku 
(Drosophila melanogaster
). Přinesl spoustu nových poznatků o
 
genech a genové vazbě
. Roku 1933 
se stal pr
vním genetikem, který získal Nobelovu cenu.
 
Klíčovým okamţikem byl samozřejmě objev
 DNA
. Jako nositelka genetické informace byla prokázána 
jiţ v roce 1944 týmem Američana Oswalda T. Aweryho. Další poznatky ohledně komplementarity bází 
přinesl Erwin Chargaff. Na jejich práci navazují
 
James D. Watson
 a
Francis H. Crick
, kteří onoho 
památného roku 1953 předloţili strukturní model dvoušroubovice DNA. Významným dílem k tomuto 
objevu přispěly i RTG studie DNA
 
Maurice H. F. Wilkinse
 a 
Rosalindy Franklinové
. Roku 1962 se 
Watson, Crick a Wilkins dočkali Nobelovy ceny. Crick se dále věnoval
 
proteosyntéze
 
a genetickému 
kódu.
 
Zanedlouho je potvrzen tripletový genetický kód. Japonec Reiji Okazaki (1930 

1974) osvětluje 
diskontinuální syntézu opoţděného řetězce při replikaci DNA. Roku 1966 jsou k jednotlivým tripletům 
přiřazeny aminokyseliny, které kódují. V roce 1956 je stanoven počet chromosomů v lidské buňce a 
roku 1959 Francouz Jerome Lejeune (1926 - 
1994) odhaluje chromosomální podstatu Downova 
syndromu. Nastává rozvoj i na cytogenetické úrovni. Objev moderních sekvenovacích principů 
umoţnil sekvenování genomů jednoduchých organismů (1965 

genom kvasinky), s rozvíjejícím se 
technickým pokrokem bylo moţné sekvenovat stále větší genomy, coţ vyvrcholilo
 
sekvenováním 
lids
kého genomu
 
(draft roku 2001, kompletní sekvence roku 2003).
 
I v současné době probíhá výzkum, zaměřený zejména na vyuţití znalostí lidského genomu např. v 
oblasti farmakogenomiky nebo genové terapie. Vyuţívá se stále dokonalejších bioinformatických 
techno
logií. Intenzivní výzkum probíhá v oblasti genetiky nádorového bujení. Nových objevů se v 
oblasti genetiky budeme dočkávat kaţdým dnem…
 

 
2.
 
Cytogenetika 
1)
 
Eukaryotní buňka 
Většinu dnešních organismů (kromě bakterií, archebakterií a sinic) řadíme do podříše
 Eucaryota
Eukaryotní organismy jsou tvořeny buňkami (nebo buňkou) eukaryotního typu. Ty jsou značně 
sloţitější neţ
 
prokaryotní
 
buňky. Obsahují i membránové organely jako mitochondrie, Golgiho aparát, 
endoplazmatické retikulum, vakuoly / lyzosomy či plastidy,
 
které u prokaryot nenajdeme. Značně se 
také liší samotné jádro, jak je popsáno níţe.
 
Jádro
 
Jádro je většinou největší organelou buňky a je odděleno membránou 

karyoplastem
 
(ve skutečnosti 
je membrána dvojitá a mezi jednotlivými membránami je tzv. perinukleární prostor). Velkou část jeho 
hmoty tvoří
 
chromatin
 - 
hmota sloţená z nukleozómů, které nejsou nic jiného neţ DNA 

histony
 
(bílkoviny 

rozeznáváme 5 typů: H1, H2A, H2B, H3, H4). Rozlišujeme světlý chromatin 
-
 euchromatin - 
dekondenzovaný, je místem aktivní transkripce, a tmavý, kondenzovaný chromatin 
-
 heterochromatin
Dále jádro obsahuje
 
jadérko (nucleolus)
, které můţe být zastoupeno i ve více exemplářích. Je 
tvořeno především RNA a proteiny. Jeho součástí jsou také části DNA z chromosomů tzv. 
organi
zátory nukleolu, coţ jsou sekvence bází, které kódují ribozomální RNA. Dozrávající ribozomy v 
jadérku tvoří malá granula, která označujeme jako pars granulosa 

granulózní část.
 
Další buněčné organely
 
 
Mitochondrie 
Mitochondrie jsou kulovité aţ podlouhlé organely slouţící jako energetické centrum buňky. 
Probíhají zde významné metabolické pochody jako citrátový cyklus a β
-
oxidace mastných 
kyselin. Mitochondrie jsou ohraničeny dvojitou membránou; vnitřní membrána vybíhá v hojné 
výběţky 

kristy
. Vnitřní hmotu
 
mitochondrie označujeme jako
 
mitochondriální matrix

Mitochondrie patří mezi tzv.
 
semiautonomní organely
 - 
část svých proteinů si díky své 
kruhové molekule DNA a vlastnímu proteosyntetickému aparátu mohou nasyntetizovat samy. 
Nejen pro podobnost této kruhové molekuly s genetickou informací bakterií se uvaţuje, ţe 
mitochondrie jsou z hlediska evoluce 
heterotrofní bakterie, které nejen přeţily uprostřed 
cytoplasmy jiné buňky, ale dokázaly s ní navázat trvalé souţití (tzv.
 
endosymbióza
). 
Plastidy 
Plastidy jso
u organely rostlinných buněk. Taktéţ o plastidech se uvaţuje, ţe vznikly 
procesem 
endosymbiózy
 
a obsahují vlastní genetickou informaci.
 
Leukoplasty
 - 
neobsahují barviva; zato se v nich ukládají různé zásobní látky.
 
Chromoplasty
 - 
obsahují různé, především ţluté, oranţové nebo červené pigmenty 
-
 
karoteny
 a 
xantofyly

Chloroplasty
 - 
mají zelené zbarvení díky pigmentu
 
chlorofylu
. Jsou ohraničeny dvojitou 
membránou; vnitřní membrána vybíhá v ploché váčky 

tylakoidy
, které jsou uspořádány ve 
sloupečcích (
grana
)
. Hlavní úlohou chloroplastů je samozřejmě
 
fotosyntéza

Endoplazmatické retikulum
 
Jde o organelu membránovou, sestávající se ze systému plochých váčků. Rozlišujeme 
endoplasmatické retikulum
 
drsné
 
(granulární), nazvané podle přítomnosti ribozomů na jeho 

pov
rchu, ve kterém dochází především k posttranslační úpravě proteinů, a endoplazmatické 
retikulum 
hladké
 
(agranulární), které na povrchu ribozomy nemá, a které se např. hojně 
zapojuje v metabolických procesech. Přesná funkce endoplazmatického retikula je čas
to 
typická pro konkrétní buňky (např. v určitém orgánu atd.).
 
Golgiho aparát
 
Jde o membránovou organelu, sloţenou z plochých cisteren a různých váčků. V Golgiho 
aparátu se dokončuje modifikace produktů syntetizovaných buňkou (přicházejících např. z 
endopla
zmatického retikula), které se potom pomocí transportních váčků dostávají na místo 
určení (často jde o produkty určené na export z buňky). Organela je strukturně i funkčně 
polarizována 

na jednom pólu vstupují "suroviny" dovnitř, z opačného pólu pak vychází jiţ 
hotové produkty.
 
Váčkovité útvary
 
V eukaryotních buňkách se vyskytuje velké mnoţství stavebně i funkčně různých váčkovitých 
útvarů. Jde o různě veliké, membránou ohraničené organely, slouţící k transportu nebo 
uchovávání různých látek, tvořících jej
ich obsah. 
Vakuoly
 - 
organely typické zejména pro rostliny, v jejichţ buňkách se často vyskytují velké 
vakuoly se zásobní funkcí. Drobné vakuoly se ovšem vyskytují i u ţivočichů, např. v tukových 
tkáních obsahují lipidy.
 
Lyzosomy
 - 
obsahují celou škálu různých hydrolytických enzymů a účastní se tak zejména 
nitrobuněčného trávení. "Nové" lyzosomy, vznikají odškrcením od Golgiho aparátu a dokud 
nevstoupí do trávicího procesu, je označujeme jako primární; tudíţ lyzosomy, ve kterých jiţ 
trávicí proces probíhá, označujeme jako sekundární.
 
Fagozomy
 - 
jsou membránovité útvary, které vznikly endocytózou (tedy fagocytózou, ale 
třeba i pinocytózou) různého materiálu z vnějšího prostředí buňky. Většinou dochází k jejich 
splynutí s lyzosomy, které přináší potřebné trávicí enzymy, případě látky pro sníţení Ph, aby 
byla aktivita těchto enzymů nejvyšší.
 
Peroxizomy
 - 
slouţí k ochraně buňky před škodlivým vlivem peroxidu vodíku pomocí 
specifických enzymů.
 
Ribozomy 
Ribozomy jsou malé zrnkovité útvary skládající se z proteinů a
 
rRNA. Vyskytují se volně v 
cytoplazmě, a to osamoceně nebo v nakupeninách (nazývaných polyribozomy) nebo 
přidruţeny ke granulárnímu endoplazmatickému retikulu. Ribozomy eukaryot se skládají ze 
dvou podjednotek - 
větší a menší. Menší podjednotka je tvořena
 asi 33 proteiny a 1 molekulou 
rRNa (18S rRNA), zatímco větší podjednotka je tvořena asi 49 proteiny a 3 molekulami rRNA 
(5S rRNA, 5.8S rRNA a 28S rRNA). Ribozomy jsou místem
 translace
, přičemţ malá 
podjednotka se podílí na navázání mRNA a velká podjednotka na vzniku peptidové vazby 
mezi jednotlivými aminokyselinami.
 
Cytoskelet 
Cytoskelet tvoří jakousi opěrnou a pohybovou soustavu buňky 

pomáhá udrţovat tvar buňky 
a podílí se na pohybech organel i celé buňky. Jako sloţky cytoskeletu 
označujeme
 
mikrotubuly
 
(trubicovité útvary) a
 
mikrofilamenta
 
(jemné, vláknité útvary).
 
Řasinky a bičíky
 - 
jsou pohyblivé útvary na povrchu buňky, které mohou slouţit k jejímu 
pohybu nebo k rozkmitání okolního prostředí buňky. Mají stejnou strukturu, kterou je 9 párů 
mikrotubulů (jsou tak těsně u sebe, ţe mají společnou část stěny), tvořících kruh okolo 
centrální dvojice mikrotubulů, která je umístěna ve středu útvaru.
 
Centrioly
 - 
jsou válcovité útvary, vyskytující se v jednom či ve dvou (v dělící se buňce) 
exemplářích v buňce. Skládají se z 9 trojic mikrotubulů, které jsou uspořádány do tvaru 
ozubeného kolečka. Před dělením buňky se centriol zdvojí a oba pak putují k opačným pólům 
buňky, kde se podílejí na vzniku dělícího vřeténka.
 
Buněčné inkluze
 

Jde o různé látky, které se nachází rozptýleny volně v cytoplazmě, bez membránového 
ohraničení. Mohou to být kapénky lipidů, shluky sacharidů nebo třeba různé pigmenty.
 
2)
 
Chromozomy 
Genetická informace v buňkách eukaryotních organizmů není uloţena v jediné molekule DNA. 
Namísto toho je rozdělena do několika úseků. Tyto úseky DNA tvoří komplex s různými proteiny a 
existují v jádře jako určité funkční jednotky. Je to podobné, jako kdyţ máme v počítači data uloţená na 
několika pevných discích a ne pouze na jednom. Tyto jednotky obecně nazýváme
 
chromozomy

Název pochází z řečtiny a je sloţeninou výrazů
 chroma a soma 
a doslova znamená
 
barevné tělísko

Chromozomy jsou nejlépe pozorovatelné aţ v průběhu buněčného dělení, během kterého se 
spiralizují a získávají svůj známý tvar. Jako první uceleně popsal chromozomy a jejich chování v 
průběhu mitózy německý vědec
 
Walther Flemming

Makrostavba chromozomů
 
V průběhu interfáze se jednotlivé chromozomy nachází v buněčném jádře v rozvolněném 
-
 
despiralizovaném
 
stavu a nemůţeme je mikroskopem pozorovat. To se
 
mění v průběhu buněčného 
dělení (typicky v mitóze), kdy se chromozomy
 
spiralizují
 
a získají svůj typický tvar, který jiţ v 
mikroskopu pozorovat můţeme (pozorování metafázických chromozomů je jednou z klasických 
vyšetřovacích metod klinické genetiky).
 
V pr
ůběhu metafáze vypadá chromozom jako podlouhlý objekt se dvěma rameny (či chcete
-li 
raménky), mezi nimiţ je ztenčená oblast (primární konstrikce 

centromera
. Koncová část ramen se 
potom označuje jako
 
telomera
. Ramena často nebývají stejně dlouhá 
- proto na chromozomu (podle 
polohy centromery) rozlišujeme krátké rameno (
p rameno
) a dlouhé rameno (
q rameno
). Při 
pozorování chromozomu v metafázi si rovněţ všimněte, ţe je tvořen
 
dvěma chromatidami

spojenými v oblasti centromery, neboť jde o fázi buněčného dělení kdy jiţ došlo k replikaci DNA.
 
Obecně pak chromozomy podle uloţení centromery (přesněji 
- podle tzv. 
centromerického indexu

dělíme na chromozomy:
 

 
Telocentrické
 
(pouze s 1 ramenem, u člověka se nevyskytují)
 

 
Metacentrické
 
(s přibliţně stejně dlouhými ra
meny) 

 
Submetacentrické
 
(jedno raménko je mírně kratší)
 

 
Akrocentrické
 
(jedno raménko je extrémně kratší)
 
Akrocentrické chromozomy mají typicky velmi krátká krátká ramena, na kterých je (sekundární 
konstrikcí) oddělena speciální struktura 
- tzv.
satelit
. Tato 
struktura tvoří tzv. organizátor nukleolu 
(podílí se tedy na stavbě jadérka) a obsahuje geny pro syntézu rRNA.
 
Tvar, velikost a počet chromozomů v buňce jsou poměrně charakteristické a konstantní druhové 
znaky. Např. člověk má 23 párů chromozomů, ţíţala 

18 párů, pes 

39 párů. Soubor chromozomů v 
buňce označujeme jako
 
karyotyp
. O lidském karyotypu se dočtete více v
 kapitole 
karyotyp člověka

Mikrostavba chromozomů
 
Jak jiţ bylo zmíněno, chromozomy jsou ve skutečnosti komplexem sloţeným z nukleové kyseliny
 
(DNA) a proteinů (histonové a nehistonové proteiny). Základní stavební jednotkou chromozomu jsou 
tzv. 
nukleozomy
 - 
malé útvary tvořené 8 histony, které jsou obtočeny přibliţně 146 páry bazí molekuly 
DNA. Spiralizací těchto nukleozomů vznikají
 
chromatinová
 
vlákna
 
a další spiralizací těchto vláken 
vznikají jiţ celé chromozomy.
 

Histony
 
jsou specifické bazické bílkoviny, které tvoří komplex s DNA. Rozeznáváme 5 typů histonů: 
H1, H2A, H2B, H3, H4. V rámci 1 nukleozomu je histonový otamer tvořen dvojicí kaţdého z těchto 
typů histonů: H2A, H2B, H3 a H4. Poslední typ 
- H1 - 
je umístěn mimo tento oktamer.
 
Autozomy a gonozomy 
Mezi chromozomy existují ještě určité rozdíly a to vzhledem k pohlaví. Chromozomy se totiţ dělí na 
chromozomy somatické (
autozomy
, které tvoří homologní (shodné) páry a jejich přítomnost není 
specifická pro určité pohlaví, a dále na chromozomy pohlavní (
gonozomy
), které určují pohlaví 
jedince a jsou heterologní (liší se svou stavbou). Například u člověka nacházíme 22 párů autozomů a 
1 pár gonozomů 

přičemţ pohlavní chromozomy označujeme písmeny
 
X
 a 
Y
. Chromozomální určení 
pohlaví a dědičnost pohlavně vázaných znaků je podrobněji rozebrána v kapitole
 
dědičnost

3)
 
Buněčný cyklus 
Buněčný cyklus je cyklus, kterým prochází buňka mezi svými děleními. Doba trvání cyklu se nazývá 
generační doba. Buněčný cyklus se skládá z několika fází přípravných (souborně nazývaných 
jako 
interfáze
 - 
tj. období mezi dvěma následnými mitózami) a vlastního buněčného dělení.
 
Časy zde 
uvedené jsou pouze orientační
 
a liší se druh od druhu a i buňku od buňky (tyto přibliţně odpovídají 
dělící se modelové lidské buňce).
 
Regulaci buněčného cyklu má na starosti velké mnoţství látek enzymové i neenzymové povahy 
(


Yüklə 5,01 Kb.

Dostları ilə paylaş:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2020
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə