Λουκάς Νικολάου ΚΕΦΑΛΑΙΟ ∆ΕΚΑΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΗ 2007 1 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Γενετική είναι ο κλάδος της Βιολογίας που ασχολείται µε την µελέτη της κληρονοµικότητας. Κληρονοµικότητα είναι η προγόνους στους απογόνους. µεταβίβαση χαρακτήρων από τους Οι χαρακτήρες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες (α) Κληρονοµικοί που οφείλονται στα γονίδια και περνούν στα παιδιά από τους γονείς τους. (β) Επίκτητοι που αποκτήθηκαν µετά τη γέννηση ή κατά τη διάρκεια της εµβρυϊκής ζωής και δεν κληρονοµούνται, εφόσον τα χρωµατοσώµατα δεν έχουν επηρεαστεί. Η µεταβίβαση των χαρακτήρων των γονιών στον απόγονο γίνεται µε τα γονίδια των χρωµατοσωµάτων τους που είναι τµήµατα του DNA. Κάθε γονίδιο είναι υπεύθυνο για τη δηµιουργία µιας πρωτεΐνης που µε τη σειρά της παίζει κάποιο ρόλο στην εµφάνιση κάποιου χαρακτήρα. Τα χρωµατοσώµατα βρίσκονται στα σωµατικά κύτταρα περισσοτέρων οργανισµών κατά ζεύγη (οµόλογα χρωµατοσώµατα) των Τα δύο οµόλογα χρωµατοσώµατα κάθε ζεύγους µοιάζουν στο σχήµα και το µέγεθος. Εξαίρεση τα δύο φυλετικά χρωµατοσώµατα (άντρας ΧΥ, γυναίκα ΧΧ). Τα κύτταρα χωρίζονται σε σωµατικά και σε γεννητικά. Στον άνθρωπο ένα σωµατικό κύτταρο έχει 46 χρωµατοσώµατα (23 ζεύγη οµολόγων) ενώ ένα γεννητικό κύτταρο έχει 23 χρωµατοσώµατα. Το ζυγωτό που προκύπτει από την γονιµοποίηση έχει ένα χρωµατόσωµα του κάθε ζεύγους από τον ένα γονιό και ένα από τον άλλο και ως αποτέλεσµα τα µισά γονίδια του προέρχονται από τον έναν και τα άλλα µισά από τον άλλο γονιό. Αλληλόµορφα γονίδια είναι τα γονίδια που βρίσκονται στις αντίστοιχες θέσεις δύο οµόλογων χρωµατοσωµάτων και ελέγχουν τον ίδιο χαρακτήρα. Αφού το ζυγωτό προέρχεται από τη συνένωση δύο γεννητικών κυττάρων σηµαίνει ότι για το δεδοµένο χαρακτήρα έχει δύο αλληλόµορφα γονίδια που προέρχονται το ένα από τον ένα γονιό και το δεύτερο από τον άλλο. Για µερικούς χαρακτήρες δεν είναι µόνο δύο αλληλόµορφα γονίδια υπεύθυνα αλλά περισσότερα από δύο γονίδια ή µόνο ένα. Οµόζυγα ή οµοζυγώτες ή καθαρόαιµα ως προς ένα χαρακτήρα ονοµάζονται τα άτοµα που προέρχονται από ζυγωτό στο οποίο τα δύο αλληλόµορφα γονίδια είναι όµοια µεταξύ τους. Ετερόζυγα ή ετεροζυγώτες ή υβρίδια ή µιγάδες ή νόθα ως προς ένα χαρακτήρα ονοµάζονται τα άτοµα που προέρχονται από ζυγωτό στο οποίο τα δύο αλληλόµορφα γονίδια είναι ανόµοια µεταξύ τους. Γονότυπος ενός ατόµου είναι το σύνολο των γονιδίων του στα οποία οφείλονται οι χαρακτήρες. Φαινότυπος ενός ατόµου είναι το σύνολο των χαρακτήρων που εκδηλώνονται στο άτοµο. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 2 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Ο Αυστριακός µοναχός και φυσιογνώστης Gregor Mendel (Εικόνα 1) µελέτησε επτά χαρακτήρες της µπιζελιάς (Pisum sativum), έναν κάθε φορά, χρησιµοποιώντας οµόζυγα άτοµα ως προς τον κάθε χαρακτήρα (Εικόνα 2 & 3). Εικόνα 1 Ο Gregor Mendel το 1880 Εικόνα 2 Pisum sativum Εικόνα 3 Οι επτά χαρακτήρες της µπιζελιάς που χρησιµοποίησε ο Mendel στα πειράµατά του Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 3 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Ο Mendel υπολόγισε τις πιθανότητες εµφάνισης των χαρακτήρων στους απογόνους και το 1865 δηµοσίευσε τα αποτελέσµατά του χωρίς να βρει ανταπόκριση από άλλους επιστήµονες. Το 1900 τρεις επιστήµονες δηµοσίευσαν µεµονωµένα τα ίδια συµπεράσµατα χωρίς να γνωρίζουν ο καθένας για τη δουλειά του άλλου ή για τη δουλειά του Mendel. Τα συµπεράσµατα ονοµάστηκαν Νόµοι του Mendel προς τιµήν του. Υβριδοποίηση είναι η παραγωγή απογόνων από διασταύρωση γονιών που διαφέρουν σε ένα ή περισσότερους χαρακτήρες. Τα πειράµατα του Mendel ακολουθούσαν το πιο κάτω πρότυπο: Συµβολισµοί Η διασταύρωση συµβολίζεται µε το γράµµα Χ. Τα γονίδια συµβολίζονται µε γράµµατα ή σύµβολα. Εφόσον κάθε χαρακτήρας ελέγχεται από δύο αλληλόµορφα γονίδια, ο συµβολισµός µε δύο γράµµατα σηµαίνει το γονότυπο ενός ατόµου ως προς ένα χαρακτήρα. π.χ. αν Λ: λευκό άνθος και Κ: κόκκινο άνθος, τότε το λευκό άνθος έχει γονότυπο ΛΛ και το κόκκινο άνθος έχει γονότυπο ΚΚ. Οι γαµέτες συµβολίζονται µε ένα γράµµα, γιατί παράγονται µε µείωση ΚΙ έχουν τα µισά χρωµατοσώµατα σε σύγκριση µε τα σωµατικά κύτταρα, άρα και τα µισά γονίδια. Πρώτος νόµος του Mendel Νόµος της οµοιοµορφίας Όλα τα υβρίδια της F1 είναι όµοια µεταξύ τους Ένας από τους επτά χαρακτήρες που µελέτησε ο Mendel είναι το ύψος του φυτού της µπιζελιάς. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 4 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Ο Mendel παρατήρησε ότι όλα τα άτοµα της πρώτης θυγατρικής γενεάς (υβρίδια διότι προέρχονται από διαφορετικά καθαρόαιµα άτοµα) ήταν ίδια και έµοιαζαν µε τον ένα από τους δύο γονείς. Αυτό συνέβαινε και στους επτά χαρακτήρες που µελέτησε (Εικόνα 3). Αυτή η απλή παρατήρηση αποτελεί τον Πρώτο Νόµο του Mendel. Εµφανίζεται δηλαδή στα ετερόζυγα άτοµα της F1 ο χαρακτήρας µόνο του ενός γονιού. Σε τέτοιες περιπτώσεις το γονίδιο που ελέγχει τον ένα χαρακτήρα µοιάζει να υπερισχύει έναντι του άλλου και ονοµάζεται επικρατές γονίδιο (πχ Ψ) ενώ το γονίδιο που αδυνατεί να υπερισχύσει ονοµάζεται υπολειπόµενο (πχ ψ). Το είδος της κληρονοµικότητας που περιγράφεται πιο πάνω ονοµάζεται ΕΠΙΚΡΑΤΗΣ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ. Εκτός της επικρατούς υπάρχουν δύο ακόµα είδη κληρονοµικότητας που διέφυγαν εντελώς της προσοχής του Mendel: (α) η ενδιάµεση κληρονοµικότητα και (β) η µωσαϊκή κληρονοµικότητα. ΕΝ∆ΙΑΜΕΣΗ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ Παράδειγµα χαρακτήρα στον οποίο παρατηρείται ενδιάµεση κληρονοµικότητα είναι το χρώµα των ανθέων στο δειλινό όπου τα άτοµα της Fl παρουσιάζουν το χαρακτήρα που εξετάζεται σε ενδιάµεση κατάσταση. Τα γονίδια που εµπλέκονται και δεν επικρατούν το ένα επί του άλλου αλλά συνδυάζονται για να δώσουν ένα ενδιάµεσο αποτέλεσµα ονοµάζονται ενδιάµεσα ή ισοδύναµα γονίδια. ΜΩΣΑΪΚΗ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ Παράδειγµα χαρακτήρα στον οποίο παρατηρείται µωσαϊκή κληρονοµικότητα είναι το χρώµα του τριχώµατος στην αγελάδα (Εικόνα 4). Τα άτοµα της Fl από γονείς διαφορετικού χρώµατος παρουσιάζουν κηλίδες από τα δύο χρώµατα. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 5 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 4 Μωσαϊκή κληρονοµικότητα στην αγελάδα ∆εύτερος νόµος του Mendel Νόµος του διαχωρισµού των χαρακτήρων Κατά τη διασταύρωση ατόµων της Fl παρουσιάζεται διαχωρισµός των χαρακτήρων που είχαν αναµειχθεί στην πρώτη θυγατρική γενεά Ως παράδειγµα θα χρησιµοποιήσουµε το ύψος της µπιζελιάς και θα δούµε τις αναλογίες απογόνων που δίνει η διασταύρωση των ατόµων της F1 που παράχθηκαν από διασταύρωση της σελίδας 3. Η αναλογία γονοτύπων (γονοτυπική αναλογία) είναι 1:2:1 δηλαδή 1ΨΨ:2Ψψ:1ψψ. Η αναλογία φαινοτύπων (φαινοτυπική αναλογία) είναι 3:1 δηλαδή 3 ψηλά:1 χαµηλό. Παρατηρούµε ότι ο χαρακτήρας χαµηλό άτοµο που είχε χαθεί στην F1 εµφανίζεται στην F2. Αυτή η παρατήρηση αποτελεί το ∆εύτερο Νόµο του Mendel. Η ίδια διασταύρωση µεταξύ των ατόµων της F1 στο δειλινό έχει ως εξής: Σε αυτή την περίπτωση η γονοτυπική και η αναλογία ταυτίζονται και είναι 1:2:1. Ο νόµος του διαχωρισµού εξηγείται µε τη µείωση. φαινοτυπική Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 6 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Όταν εξετάζονται περιπτώσεις µε µικρούς αριθµούς απογόνων δεν πρέπει να αναµένεται ότι θα έχουµε ακρίβεια στις αριθµητικές αναλογίες. Οι αναλογίες 1:2:3 και 3:1 (όπως και άλλες αναλογίες σε άλλες περιπτώσεις) θα πρέπει να χρησιµοποιούνται µε την έννοια "ποιες πιθανότητες υπάρχουν για την εµφάνιση των χαρακτήρων". Οι Γενετιστές προτιµούν να χρησιµοποιούν οργανισµούς που σε µικρό χρονικό διάστηµα δίνουν µεγάλους αριθµούς απογόνων (∆ροσόφιλα, ινδικό χοιρίδιο κ.λπ.). ∆ιασταύρωση ελέγχου Στο παράδειγµα του ύψους στο φυτό της µπιζελιάς τα ετερόζυγα άτοµα Ψψ και τα οµόζυγα ΨΨ έχουν διαφορετικά γονίδια αλλά φαίνονται παρόµοια. ∆ηλαδή, τα άτοµα αυτά έχουν τον ίδιο φαινότυπο αλλά διαφέρουν ως προς το γονότυπο. Για να εξακριβώσουµε το γονότυπο του ατόµου, δηλαδή για να καταλάβουµε αν είναι ετερόζυγο ή οµόζυγο κάνουµε διασταύρωση ελέγχου. ∆ιασταύρωση ελέγχου είναι η διασταύρωση κατά την οποία το άτοµο µε τον άγνωστο γονότυπο διασταυρώνεται µε άτοµο οµόζυγο ως προς τον υπολειπόµενο χαρακτήρα για να διαπιστωθεί ο γονότυπός του. Αν το άτοµο είναι οµόζυγο τότε ισχύει η διασταύρωση (α) και στους απογόνους παίρνουµε µόνο άτοµα που φέρουν τον επικρατή χαρακτήρα. Αν το άτοµο είναι ετερόζυγο τότε ισχύει η διασταύρωση (β) και στους απογόνους παίρνουµε άτοµα που φέρουν τον επικρατή αλλά και άτοµα που φέρουν τον υπολειπόµενο χαρακτήρα. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 7 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Όλα τα παραδείγµατα διασταυρώσεων που αναφέρθηκαν µέχρι αυτό το σηµείο είναι περιπτώσεις µονοϋβριδισµού. Μονοϋβριδισµός είναι η παραγωγή απογόνων από διασταύρωση γονέων που διαφέρουν σε ένα χαρακτήρα. ∆ιϋβριδισµός είναι η παραγωγή απογόνων από τη διασταύρωση γονέων που διαφέρουν µεταξύ τους κατά δύο χαρακτήρες. Παράδειγµα µονοϋβριδισµού στον άνθρωπο είναι ο αλφισµός (µη σχηµατισµός µελανίνης-υπολειπόµενος χαρακτήρας). Τρίτος νόµος του Mendel Νόµος της ανεξαρτησίας των χαρακτήρων ή γονιδίων Κατά τη διασταύρωση ατόµων που διαφέρουν µεταξύ τους κατά δύο ή περισσότερους χαρακτήρες, οι χαρακτήρες αυτοί είναι ανεξάρτητοι και µπορούν να συνδυαστούν µεταξύ τους ελεύθερα και µε όλους τους δυνατούς συνδυασµούς µε αποτέλεσµα τη δηµιουργία νέων ποικιλιών Π.χ. µπιζελιά R: επικρατές γονίδιο που προσδίδει λείο σχήµα σπέρµατος r: υπολειπόµενο γονίδιο που προσδίδει ρυτιδωµένο σχήµα σπέρµατος Υ: επικρατές γονίδιο που προσδίδει κίτρινο χρώµα σπέρµατος Υ: υπολειπόµενο γονίδιο που προσδίδει πράσινο χρώµα σπέρµατος οµόζυγο µε λεία χ οµόζυγο. µε ρυτιδωµένα και κίτρινα σπέρµατα και πράσινα σπέρµατα Για να διασταυρωθούν τα άτοµα της F1 µεταξύ τους απαιτείται η χρήση του ορθογωνίου του Punnett. Ορθογώνιο του Punnett Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 8 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Κληρονοµικότητα στον άνθρωπο Η µελέτη της κληρονοµικότητας στον άνθρωπο είναι δύσκολη διότι: (α) Ο άνθρωπος δίνει λίγους απογόνους που χρειάζονται πολλά χρόνια για να δώσουν νέους απογόνους. (β) ∆εν µπορούµε να έχουµε όλες τις δυνατές διασταυρώσεις. Ωστόσο η µελέτη της κληρονοµικότητας στον άνθρωπο έγινε κατορθωτή µε τη µελέτη: (α) Των µονοζυγωτικών διδύµων (ίδιο γονότυπο αλλά διαφορετικό φαινότυπο ανάλογα µε το περιβάλλον στο οποίο µεγαλώνουν). (β) Των γενεαλογικών δέντρων των οικογενειών (πχ γονείς µε σγουρά µαλλιά κάνουν παιδί µε ίσια µαλλιά). Πίνακας 1 Επικρατείς και υπολειπόµενοι χαρακτήρες στον άνθρωπο Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 9 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Αλφισµός Κληρονοµούµενη ασθένεια στην οποία το άτοµο εµφανίζει άσπρο τρίχωµα, άσπρο δέρµα και κοκκινωπή ίριδα λόγω της έλλειψης µελανίνης στο δέρµα. Οφείλεται σε υπολειπόµενο γονίδιο που συντελεί στη µη παραγωγή του ενζύµου τυροσινάση που επιταχύνει την αντίδραση µετατροπής της τυροσίνης σε µελανίνη. Τα αλφικά άτοµα δεν συνθέτουν το συγκεκριµένο ένζυµο κι έτσι δεν µπορούν να συνθέσουν ούτε και µελανίνη. Πιθανότητα 1:3 να προκύψει παιδί είναι υγιείς αλλά ετερόζυγοι (φορείς). αλφικό από γονείς που Μεσογειακή αναιµία Ονοµάζεται και θαλασσαιµία. Υπάρχουν 4 είδη πρωτεϊνικών αλυσίδων που χρησιµοποιούνται για τη δηµιουργία αιµοσφαιρίνης (α, β, γ και δ). Η παραγωγή των σφαιρινών ελέγχεται από γονίδια άρα υπάρχουν 4 είδη γονιδίων, το καθένα από τα οποία είναι υπεύθυνο για καθεµιά από τις σφαιρίνες. Υπάρχουν τρία είδη αιµοσφαιρίνης: (α) F (αίµη + α2γ2) εµβρυική αιµοσφαιρίνη (β) Α (αίµη + α2β2) (γ) Α2 (αίµη + α2δ2) Στα ενήλικα άτοµα ισχύουν τα εξής ποσοστά: -Α: 96-97% -Α2: 2,5-3,5% -F: 0,5% Μεσογειακή αναιµία ή θαλασσαιµία είναι η ασθένεια στην οποία έχουµε µειωµένη ή καθόλου παραγωγή των πρωτεϊνικών αλυσίδων της αιµοσφαιρίνης. Είδη µεσογειακής αναιµίας α µεσογειακή αναιµία (δεν παράγονται οι α αλυσίδες) β µεσογειακή αναιµία (δεν παράγονται οι β αλυσίδες) γ µεσογειακή αναιµία (δεν παράγονται οι γ αλυσίδες) δ µεσογειακή αναιµία (δεν παράγονται οι δ αλυσίδες) β µεσογειακή αναιµία Ονοµάζεται και αναιµία του Cooley. Χαρακτηρίζεται από µειωµένη ή καθόλου παραγωγή πρωτεϊνικών αλυσίδων. Οι ασθενείς χρειάζονται τακτικά µεταγγίσεις αίµατος (συνήθως κάθε 4-6 βδοµάδες) διότι τα δικά τους ερυθροκύτταρα δεν είναι φυσιολογικά και πεθαίνουν σύντοµα. Επίσης, παρουσιάζουν αναιµία, ανορεξία, στασιµότητα βάρους, διόγκωση σπλήνας, παραµορφώσεις οστών (ιδίως προσώπου) και άλλα συµπτώµατα. Η έλλειψη σιδήρου που παρουσιάζεται στα άτοµα αυτά τα Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 10 ΓΕΝΕΤΙΚΗ αναγκάζει να παίρνουν από το στόµα χάπια σιδήρου. Η λήψη σιδήρου οδηγεί συχνά σε εναπόθεση σιδήρου πάνω σε όργανα που παρεµποδίζει τη λειτουργία τους. Παλαιότερα οι ασθενείς έκαναν αιµοκάθαρση για αποσιδήρωση. Σήµερα η αποσιδήρωση γίνεται µε τη βοήθεια ενός φαρµάκου του Desferal µε το οποίο επιτυγχάνεται αποβολή του σιδήρου µέσω των ούρων. Η ασθένεια αυτή ελέγχεται από ένα υπολειπόµενο γονίδιο που αν βρεθεί σε οµόζυγη κατάσταση δεν παράγεται καθόλου σφαιρίνη κι έτσι δεν παράγεται ούτε η αιµοσφαιρίνη Α. Τα ετερόζυγα άτοµα έχουν υγιή φαινότυπο αλλά φέρουν το γονίδιο και µπορούν να το δώσουν στους απογόνους τους (στίγµα µεσογειακής αναιµίας). Πιο κάτω φαίνεται η διασταύρωση µεταξύ δύο ατόµων που έχουν το στίγµα. Η φαινοτυπική αναλογία είναι 3:1 αφού οι φορείς θεωρούνται φαινοτυπικά υγιείς. Με άλλα λόγια η πιθανότητα δύο γονείς µε στίγµα να αποκτήσουν παιδί µε µεσογειακή αναιµία είναι 25%. Η µεσογειακή αναιµία διαγιγνώσκεται µε αµνιοκέντηση (Εικόνα 5). Εικόνα 5 Στην αµνιοκέντηση, µία πολύ λεπτή βελόνα εισέρχεται στον αµνιακό σάκο και λαµβάνεται αµνιακό υγρό για ανάλυση µέσα στο οποίο υπάρχουν κύτταρα του εµβρύου. α µεσογειακή αναιµία Οφείλεται σε δύο ζεύγη γονιδίων. Άτοµα µε 4 παθολογικά γονίδια πεθαίνουν. Άτοµα µε 3 παθολογικά γονίδια κάποτε µεταγγίσεις. Άτοµα µε 2 ή 1 παθολογικά γονίδια δεν µεταγγίσεις. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com χρειάζονται χρειάζονται 11 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ∆ρεπανοκυτταρική αναιµία Η δρεπανοκυτταρική αναιµία είναι αιµοσφαιρινοπάθεια στην οποία σχηµατίζεται αιµοσφαιρίνη S (a2βS2) αντί Α (α2β2). Η ασθένεια οφείλεται σε ένα υπολειπόµενο, ως προς την εκδήλωση της ανωµαλίας, αλλά ισοεπικρατές στην πραγµατικότητα γονίδιο. Οι αλυσίδες βS έχουν το αµινοξύ βαλίνη στην 6η θέση αντί του γλουταµινικού οξέος που υπάρχει στην 6η θέση των β αλυσίδων. Αυτή η µικρή διαφορά στις βS σφαιρίνες επηρεάζει τόσο πολύ τη λειτουργία της αιµοσφαιρίνης S που προκαλεί την κρυστάλλωσή της όταν πέφτει η περιεκτικότητα του αίµατος σε 02. Η κρυστάλλωση της αιµοσφαιρίνης αλλάζει το σχήµα των ερυθρών αιµοσφαιρίων από αµφίκοιλο που είναι το φυσιολογικό σε δρεπανοειδές (σχήµα δρεπανιού). Τα δρεπανοειδή ερυθροκύτταρα (α) έχουν µειωµένη ικανότητα µεταφοράς 02 και (β) µπλέκονται µεταξύ τους σχηµατίζοντας µικρά έµβολα που φράσσουν τα αγγεία (Εικόνα 6). Εικόνα 6 Μικροσκοπικό παρασκεύασµα αίµατος όπου µπορούµε να διακρίνουµε φυσιολογικά αλλά και δρεπανοειδή ερυθροκύτταρα ΟΜΑ∆ΕΣ ΑΙΜΑΤΟΣ Υπάρχουν 4 οµάδες αίµατος: Α, Β, ΑΒ και O. Υπάρχουν τρία αλληλόµορφα γονίδια (ΙΑ, ΙΒ και ιΟ) που καθορίζουν την οµάδα αίµατος και από τα οποία κάθε άτοµο φέρει στα κύτταρά του µόνο τα δύο (ένα σε κάθε οµόλογο χρωµόσωµα). Τα ΙΑ και ΙΒ είναι ισοεπικρατή ενώ το ιΟ είναι υπολειπόµενο. Πίνακας 2 Συγκολλητινογόνα και συγκολλητίνες που αφορούν κάθε οµάδα αίµατος και γονότυποι κάθε οµάδας Σε διασταύρωση ετερόζυγου πατέρα Α οµάδας αίµατος µε ετερόζυγη µητέρα Β οµάδας αίµατος είναι δυνατό να γεννηθούν παιδιά που να ανήκουν σε οποιαδήποτε οµάδα από τις τέσσερεις οµάδες αίµατος. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 12 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Χρησιµότητα οµάδων αίµατος 1. Μεταγγίσεις. 2. Αναγνώριση παιδιού µετά από ανταλλαγή. 3. Αποκλεισµός πατρότητας ή µητρότητας. 4. Αθωότητα υπόπτων. ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Να αποδοθούν τα τέσσερα νεογέννητα οµάδων Α, Β, ΑΒ και Ο στους γονείς τους που είναι: (α) Α X Α (β) Α X Β (γ) Ο X ΑΒ (δ) Ο X O 2. Μητέρα µε οµάδα αίµατος Β ζητά από κάποιο άνδρα µε οµάδα αίµατος ΑΒ διατροφή για το παιδί της που έχει οµάδα αίµατος Ο. Θα κερδίσει ή όχι τη δίκη; ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ RHESUS Παράγοντας rhesus είναι µία πρωτεΐνη που δρα σαν συγκολλητινογόνο και βρίσκεται η όχι στα ερυθρά αιµοσφαίρια του ανθρώπου. Πήρε το όνοµά του από τον πίθηκο Macacus rhesus στον οποίο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά. Ελέγχεται κληρονοµικά µε πολύπλοκο τρόπο. Προς απλοποίηση της µελέτης της κληρονοµικότητας του παράγοντα Rhesus θεωρούµε ότι ελέγχεται από δύο γονίδια: (α) Rh+: ύπαρξη παράγοντα Rhesus. (β) rh-: µη ύπαρξη παράγοντα Rhesus. Άτοµα rhesus θετικά µπορεί να έχουν γονότυπο Rh+Rh+ ή Rh+rh-. Άτοµα rhesus αρνητικά έχουν γονότυπο rh-rh-. Ερυθροβλάστωση των νεογνών Μπορεί µια γυναίκα αίµατος rhesus αρνητικού να γεννήσει παιδί rhesus θετικό; Σύµφωνα µε την πιο κάτω διασταύρωση µπορεί αν ο πατέρας είναι rhesus θετικός. ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Αιµοδέκτης οµάδας Α και rhesus θετικός χρειάζεται αίµα. Ποιοι είναι οι πιθανοί αιµοδότες του; 2. Μητέρα οµάδας αίµατος Ο και rhesus αρνητική και πατέρας ετερόζυγος οµάδας Β και rhesus ετερόζυγος θετικός, επιµένουν ότι το παιδί που τους δόθηκε από τη κλινική, οµάδας Ο και rhesus αρνητικό, δεν είναι το δικό τους. Ζητούν να τους δοθεί το άλλο παιδί οµόζυγο οµάδας Β και rhesus αρνητικό. Έχουν δίκιο; Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 13 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Χιασµατυπία Χιασµατυπία ή διασκελισµός είναι το φαινόµενο κατά το οποίο υπάρχει περιέλιξη των χρωµατίδων του ενός οµόλογου χρωµατοσώµατος µε τις χρωµατίδες του άλλου οµόλογου χρωµατοσώµατος και συµβαίνει συνήθως κατά την πρόφαση της πρώτης µειωτικής διαίρεσης. Χιάσµατα είναι τα σηµεία στα οποία οι χρωµατίδες των οµολόγων χρωµατοσωµάτων έρχονται σε επαφή. Τα χιάσµατα είναι πολύ σηµαντικά για την κληρονοµικότητα γιατί σ' αυτά είναι δυνατό να ανταλλαγή τµηµάτων µεταξύ των χρωµατίδων των δύο οµόλογων χρωµατοσωµάτων, πράγµα που συντελεί στην αναδιανοµή του γενετικού υλικού. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η ποικιλία των συνδυασµών των γονιδίων στους γαµέτες άρα και η δυνατότητα αύξησης της ποικιλοµορφίας µεταξύ των απογόνων. Για το λόγο αυτό, το φαινόµενο της χιασµατυπίας θεωρείται ότι έχει σηµαντικό ρόλο στην εξέλιξη. Συνδεδεµένα γονίδια ονοµάζονται τα γονίδια που βρίσκονται στο ίδιο χρωµόσωµα. Π.χ. τα γονίδια που ελέγχουν το χρώµα του σώµατος και το είδος των φτερών στη δροσόφιλα. Στη διασταύρωση ενός οµόζυγου µµαα και ενός ετερόζυγου ΜµΑα η αναλογία απογόνων θα έπρεπε να ήταν 1:1. Όµως τα πειράµατα έδειξαν παραγωγή τεσσάρων και όχι δύο φαινοτύπων. Το συµπέρασµα που µπορεί να εξαχθεί από ένα τέτοιο πείραµα είναι ότι τα γονίδια αυτά είναι συνδεδεµένα κι έτσι έχουµε περισσότερους φαινότυπους από τους αναµενόµενους που Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 14 ΓΕΝΕΤΙΚΗ οφείλονται στο φαινόµενο της χιασµατυπίας. Οι αναλογίες των φαινοτύπων δεν είναι 25:25:25:25 διότι δεν έχουµε χιασµατυπία σε όλα τα κύτταρα που υφίστανται µείωση. Οι φαινότυποι που προκύπτουν από χιασµατυπία (Μµαα και µµΑα) εµφανίζονται σε πολύ λιγότερα άτοµα από τους φαινότυπους που δεν προκύπτουν από χιασµατυπία (ΜµΑα και µµαα). Όσο πιο αποµακρυσµένα είναι τα συνδεδεµένα γονίδια µεταξύ τους τόσο µικρότερη είναι η πιθανότητα να συµβεί χιασµατυπία και τόσο λιγότερα άτοµα εµφανίζουν φαινότυπο από χιασµατυπία. Φυλοκαθοριστική κληρονοµικότητα Τα ετεροχρωµατοσώµατα ή φυλετικά χρωµατοσώµατα είναι τα χρωµατοσώµατα τα οποία περιέχουν τα γονίδια που καθορίζουν Το φύλο. Στον άνθρωπο, στη δροσόφιλα και σε πολλά δίοικα φυτά τα θηλυκά άτοµα έχουν φυλετικά χρωµατοσώµατα ΧΧ ενώ τα αρσενικά έχουν ΧΥ. Συνεπώς, στα ανδρικά σωµατικά κύτταρα υπάρχουν 44 χρωµατοσώµατα + ΧΥ ενώ στα θηλυκά σωµατικά κύτταρα υπάρχουν 44 χρωµατοσώµατα + ΧΧ. Στα σπερµατοζωάρια υπάρχουν 22 χρωµατοσώµατα + Χ ή 22 χρωµατοσώµατα + Υ. Στα ωάρια υπάρχουν 22 χρωµατοσώµατα + Χ. Το σύνολο των χρωµατοσωµάτων ενός κυττάρου του ατόµου, οµαδοποιηµένα µε βάση τον αριθµό, το µέγεθος και το σχήµα τους, αποτελούν τον καρυότυπο του ατόµου (Εικόνες 7 και 8). Πότε θα γεννηθεί αγόρι; Πότε θα γεννηθεί κορίτσι; Σε µια διασταύρωση κορίτσι είναι 50:50. οι πιθανότητα να γεννηθεί αγόρι ή Στην πραγµατικότητα η αναλογία γεννήσεων είναι 106 αγόρια προς 100 κορίτσια διότι τα σπερµατοζωάρια που περιέχουν το Υ χρωµόσωµα είναι ταχύτερα από τα σπερµατοζωάρια που περιέχουν το Χ. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 15 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Επειδή η θνησιµότητα των ανδρών είναι µεγαλύτερη από τη θνησιµότητα των γυναικών η αναλογία ανδρών-γυναικών στον πληθυσµό γέρνει υπέρ των γυναικών. Εικόνα 7 Καρυότυπος άνδρα. Προσέξετε τα φυλετικά χρωµατοσώµατα που είναι το Χ και το Υ Εικόνα 8 Καρυότυπος γυναίκα. Προσέξετε τα φυλετικά χρωµατοσώµατα που είναι δύο Χ Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 16 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Φυλοσύνδετη κληρονοµικότητα Ονοµάζεται ο τρόπος φυλοσύνδετα γονίδια. µε τον οποίο κληρονοµούνται τα Εικόνα 9 Τοποθέτηση φυλοσύνδετων, ολανδρικών και ατελώς φυλοσύνδετων γονιδίων στα φυλετικά χρωµατοσώµατα Φυλοκαθοριστικά γονίδια είναι τα γονίδια που βρίσκονται στα φυλετικά χρωµοσώµατα και ελέγχουν την κληρονοµικότητα του φύλου. Φυλοσύνδετα γονίδια είναι τα γονίδια που βρίσκονται στο Χ χρωµόσωµα και δεν έχουν αλληλόµορφα στο Υ. Η φυλοσύνδετη κληρονοµικότητα έχει διαφορές σε σχέση µε την αυτοσωµατική κληρονοµικότητα διότι τα φυλετικά χρωµατοσώµατα Χ και Υ είναι διαφορετικά και µόνο ένα τµήµα τους είναι οµόλογο. Ατελώς φυλοσύνδετα γονίδια είναι τα γονίδια που βρίσκονται στο οµόλογο τµήµα των φυλετικών χρωµατοσωµάτων και η κληρονοµικότητα που ελέγχεται από αυτά ακολουθεί τους κανόνες της αυτοσωµατικής κληρονοµικότητας. Ολανδρικά γονίδια είναι τα γονίδια που βρίσκονται στο τµήµα του Υ χρωµατοσώµατος που δεν έχει οµόλογη περιοχή στο Χ. Ονοµάζονται έτσι διότι µεταβιβάζονται µόνο από τον πατέρα στους γιους. Παραδείγµατα ολανδρικών χαρακτήρων είναι η υπερτρίχωση του πτερυγίου του αυτιού και η ιχθύωση, που είναι µια ασθένεια του δέρµατος που χαρακτηρίζεται από υπερκερατινοποίηση της επιδερµίδας. Η πιθανότητα εµφάνισης του χαρακτήρα στα παιδιά είναι 50% (100% στα αγόρια και 0% στα κορίτσια) Στη φυλοσύνδετη κληρονοµικότητα λαµβάνουµε υπόψη ότι το αρσενικό παιδί παίρνει από τη µητέρα του το µοναδικό χ χρωµόσωµά του. Αν d αυτό το χρωµόσωµα υπάρχει κάποιος υπολειπόµενος δυσµενής χαρακτήρας τότε σίγουρα αυτός θα εµφανιστεί. Στη γυναίκα όµως, για να εκδηλωθεί ο υπολειπόµενος αυτός χαρακτήρας θα πρέπει να υπάρχουν δύο αλληλόµορφα γονίδια, µια και στα κύτταρά της υπάρχουν δύο χ χρωµατοσώµατα. Ο Morgan µελέτησε τη φυλοσύνδετη κληρονοµικότητα µελετώντας Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 17 ΓΕΝΕΤΙΚΗ το χρώµα των µατιών της Drosophila melanogaster. Έκανε τις πιο κάτω διασταυρώσεις και κατέληξε στο συµπέρασµα ότι ο µόνος τρόπος να δικαιολογηθούν τα αποτελέσµατα θα ήταν να υποθέσει ότι τα γονίδια που ελέγχουν το χρώµα των µατιών στη Drosophila melanogaster βρίσκονται στο Χ χρωµόσωµα. Παραδείγµατα φυλοσύνδετων γονιδίων στον άνθρωπο είναι το γονίδιο που προκαλεί την αιµορροφιλία, το γονίδιο του δαλτωνισµού, του κυαµισµού Κ.α. Αιµορροφιλία Είναι µια φυλοσύνδετη διαταραχή κατά την οποία το αίµα δεν πήζει φυσιολογικά λόγω έλλειψης του παράγοντα VIII, µιας αντιαιµορροφιλικής πρωτεΐνης. Ο φυσιολογικός χρόνος πήξης του αίµατος είναι 5-10 λεπτά. Στα αιµορροφιλικά άτοµα ο χρόνος αυτός είναι µεγαλύτερος. Το γονίδιο που είναι υπεύθυνο γι' αυτή την ασθένεια είναι υπολειπόµενο φυλοσύνδετο και συµβολίζεται συνήθως µε χα. Το φυσιολογικό αλληλόµορφο συµβολίζεται µε ΧΑ ή µε ΧΚ . Επειδή τα αρσενικά άτοµα έχουν ένα χ χρωµόσωµα και τα θηλυκά έχουν δύο, υπάρχουν δύο πιθανοί γονότυποι στα αρσενικά και τρεις στα θηλυκά άτοµα. Πίνακας 3 Πιθανοί γονότυποι αρσενικών και θηλυκών ατόµων για την αιµορροφιλία Ο τρόπος κληρονόµησης της ασθένειας έχει µελετηθεί από πολύ παλιά. Είναι γνωστό ότι η βασίλισσα Βικτώρια ήταν φορέας και µεταβίβασε τη "βασιλική αιµορροφιλία" στους απογόνους της (Εικόνα 10). Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 18 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 10 Η κληρονοµικότητα της αιµορροφιλίας Α στην οικογένεια της βασίλισσας Βικτώριας της Μεγάλης Βρετανίας Όπως φαίνεται από το γενεαλογικό δέντρο της Εικόνας 10 αν η µητέρα είναι φαινοτυπικά υγιής, αλλά ετερόζυγη και ο πατέρας υγιής τότε υπάρχει πιθανότητα τα µισά αγόρια να βγουν αιµορροφιλικά και τα µισά κορίτσια να βγουν φορείς, ∆ΑΛΤΩΝΙΣΜΟΣ Αχρωµατοψία είναι η ανωµαλία της όρασης στην οποία παρουσιάζεται αδυναµία στη διάκριση χρωµάτων. Ο δαλτωνισµός είναι ένας τύπος µερικής αχρωµατοψίας που οφείλεται σε υπολειπόµενο φυλοσύνδετο γονίδιο. Στον αµφιβληστροειδή χιτώνα του µατιού υπάρχουν 3 είδη κωνίων: Α. κωνία για την αντίληψη του ερυθρού Β. κωνία για την αντίληψη του πράσινου Γ. κωνία για την αντιµετώπιση του κυανού Στην ολική αχρωµατοψία έχουµε ελλιπή ή και καθόλου λειτουργία και των τριών ειδών κωνίων κι έτσι οι ασθενείς δεν διακρίνουν τα διάφορα χρώµατα. Στη µερική αχρωµατοψία έχουµε ελλιπή λειτουργία ή και καθόλου λειτουργία του ενός είδους κωνίου. ΚΥΑΜΙΣΜΟΣ Φυλοσύνδετη διαταραχή που ονοµάζεται και φαβισµός. Επηρεάζει µερικά άτοµα, περισσότερο τους άντρες, όταν φάνε φρέσκα ή ξηρά κουκιά ή όταν αναπνεύσουν ατµούς ναφθαλίνης. Τα άτοµα αυτά παθαίνουν ένα είδος σοβαρής αιµολυτικής αναιµίας. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 19 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Νουκλεϊνικά οξέα Τα νουκλεϊνικά οξέα είναι το DNA και το RNA. Είναι πολύ σηµαντικά γιατί καθορίζουν τους κληρονοµικούς χαρακτήρες και ελέγχουν όλες τις λειτουργίες του οργανισµού. Αποτελούνται από νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από: 1. Μια πεντόζη (ριβόζη στο RNA και δεσοξυριβόζη στο DNA) 2. Ένα µόριο Η3Ρ04 3. Ένα µόριο αζωτούχας βάσης που µπορεί να είναι πουρίνη ή πυριµιδίνη. Πουρίνες είναι η αδενίνη (Α) και η γουανίνη (G). Μπορεί να τις βρει κανείς και στα δύο είδη νουκλεϊνικών οξέων. Πυριµιδίνες είναι η θυµίνη (Τ), η κυτοσίνη (C) και το ουρακίλιο (U). Η κυτοσίνη εµφανίζεται και στα δύο είδη νουκλεϊνικών οξέων. Αντίθετα. η θυµίνη υπάρχει µόνο στο DNA και το ουρακίλιο µόνο στο RNA. Τα νουκλεοτίδια συνδέονται µεταξύ τους µε φωσφοδιεστερικούς δεσµούς ανάµεσα στις φωσφορικές οµάδες και στα σάκχαρά τους σχηµατίζοντας πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Το DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες (δίκλωνο µόριο) που συνδέονται µεταξύ τους µε δεσµούς υδρογόνου ανάµεσα στις αζωτούχες βάσεις τους (Εικόνα 11). Οι δεσµοί υδρογόνου δηµιουργούνται ανάµεσα στις συµπληρωµατικές αζωτούχες βάσεις (Εικόνα 12). Συµπληρωµατικές µεταξύ τους είναι η Α µε την Τ και η G µε τη C. Εικόνα 11 Το DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηµατίζουν έλικα Εικόνα 12 Τµήµα µορίου DNA Το RNA είναι µονόκλωνο δηλαδή αποτελείται µόνο από µία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα (Πίνακας 3). Τα χρωµατοσώµατα που βρίσκονται στον πυρήνα αποτελούνται από πρωτεΐνες και DNA. Τα γονίδια αποτελούνται από µια σειρά από εκατοντάδες, συνήθως, νουκλεοτίδια που βρίσκονται στη µια ή στην άλλη αλυσίδα του DNA. Σε ένα χρωµατόσωµα υπάρχουν πολλά γονίδια που ελέγχουν και κατευθύνουν µέσω του mRNA τη σύνθεση των πρωτεϊνών που γίνεται στα ριβοσώµατα. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 20 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Οι χαρακτήρες οφείλονται στις πρωτεΐνες διότι αυτές είναι δοµικά υλικά ή δρουν σαν ένζυµα. Έτσι, τα γονίδια καθορίζουν τους χαρακτήρες του οργανισµού µε τις πρωτεΐνες ως µέσα έκφρασης. Οι χαρακτήρες µεταβιβάζονται από γενιά σε γενιά, γιατί τα χρωµατοσώµατα που έχουν τα γονίδια µεταβιβάζονται στους απογόνους µε τα γεννητικά κύτταρα κατά τη γονιµοποίηση. Πίνακας 4 Σύγκριση ιδιοτήτων DNA και RNA Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 21 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Αυτοδιπλασιασµός του DNA Το DNA έχει την καταπληκτική ικανότητα, πριν διαίρεση να αυτοδιπλασιάζεται δηλαδή ένα µόριο µετατρέπεται σε δύο εντελώς όµοια µεταξύ τους µόρια. Ο διπλασιασµός του DNA είναι ηµισυντηρητικός. γίνει η DNA να Εικόνα 13 Ηµισυντηρητικός διπλασιασµός του DNA Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισµένα σηµεία, που ονοµάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Εικόνα 14 Σηµεία έναρξης αντιγραφής του DNA Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 22 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Στη συνέχεια: (α) διασπώνται οι δεσµοί υδρογόνου. (β) αποχωρίζονται οι δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. (γ) απέναντι από τα νουκλεοτίδια κάθε αλυσίδας έρχονται και συνδέονται µε τη βοήθεια του ενζύµου πολυµεράση του DNA ελεύθερα νουκλεοτίδια µε δεσοξυριβόζη, όχι µε τυχαία σύνδεση αλλά µε καθορισµένο τρόπο (σύνδεση Α- Τ και G-C). Οι DNA πολυµεράσες λειτουργούν µε κατεύθυνση 5’ 3’. Η σύνθεση DNA είναι συνεχής στη µία αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. Τα κοµµάτια του DNA της αλυσίδας που αντιγράφηκε ασυνεχώς συνδέονται µεταξύ τους µε τη βοήθεια του ενζύµου DNA δεσµάση. Κάθε νέο DNA αποτελείται από δύο αλυσίδες. Μια παλιά πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα του µητρικού DNA και µια νέα της οποίας τα νουκλεοτίδια συνδέθηκαν µεταξύ τους και µε τα απέναντι µε τη σειρά που καθόρισε η παλιά. Εικόνα 15 Τρία στάδια αυτοδιπλασιασµού του DNA Οι DNA ελικάσες είναι ένζυµα που δρουν ανοίγοντας τη διπλή έλικα του DNA αφού σπάσουν τους υδρογονικούς δεσµούς µεταξύ των δύο αλυσίδων. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 23 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 16 ∆ράση της DNA ελικάσης Τα λάθη στον αυτοδιπλασιασµό του DNA διορθώνονται από τις DNA πολυµεράσες. Όσα λάθη δεν διορθώνονται από τις DNA πολυµεράσες επιδιορθώνονται σε µεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυµα. Ο γενετικός κώδικας Γενετικός κώδικας ονοµάζεται ο κώδικας µε τον οποίο επιτυγχάνεται η αντιστοίχηση τριάδων βάσεων σε αµινοξέα (Εικόνα 17). Το DNA, µέσω των γονιδίων του, είναι υπεύθυνο για τον καθορισµό του είδους των πολυπεπτιδικών αλυσίδων που παράγονται στα ριβοσώµατα. Πώς όµως γίνεται ο καθορισµός αυτός; Έχει αποδειχθεί ότι είναι η σειρά των αζωτούχων βάσεων των νουκλεοτιδίων του DNA που καθορίζει το είδος και τη σειρά των αµινοξέων στο µόριο της πρωτεΐνης. Υπάρχουν 20 είδη αµινοξέων και 4 είδη νουκλεοτιδίων. Με ποιο τρόπο θα µπορούσαν 4 είδη γονιδίων να συνδυαστούν για να κωδικοποιήσουν για 20 διαφορετικά αµινοξέα; σε σειρά 41=4 2 σε δυάδες 4 =16 (θα µπορούσαν να µόνο ενταχθούν 16 αµινοξέα) σε τριάδες 43=64 (οι συνδυασµοί είναι παραπάνω από αρκετοί) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριάδας αφού κανένα άλλο µοντέλο συνδυασµού δεν θα µπορούσε να κωδικοποιήσει ικανοποιητικά 20 αµινοξέα χρησιµοποιώντας συνδυασµούς 4 νουκλεοτιδίων. Η τριάδα των νουκλεοτιδίων ή αζωτούχων βάσεων που κωδικοποιεί την ένταξη ενός αµινοξέος στο µόριο της πρωτεΐνης λέγεται κωδίκιο ή κωδικόνιο. Συνώνυµα κωδικόνια είναι τα κωδικόνια που κωδικοποιούν για την ένταξη του ιδίου αµινοξέος. Υπάρχουν 64 διαφορετικά κωδικόνια από τα οποία τα 61 είναι υπεύθυνα για ένταξη αµινοξέων. Κωδικόνια λήξης είναι τα τρία κωδικόνια που όταν βρεθούν στο µόριο του mRNA δίνουν το σύνθηµα για τη λήξη της πρωτεϊνοσύνθεσης (UAA, UAG και UGA). Κωδικόνιο έναρξης είναι το κωδικόνιο που όταν βρεθεί στο µόριο του mRNA δίνει το σύνθηµα για την έναρξη της πρωτεϊνοσύνθεσης. Σε όλους τους οργανισµούς είναι το AUG και κωδικοποιεί το αµινοξύ µεθειονίνη. Ο γενετικός κώδικας ισχύει σχεδόν σε όλους τους οργανισµούς. Ανοικτό πλαίσιο ανάγνωσης είναι η διαδροµή µε βήµα τριπλέτας από το κωδίκιο έναρξης µέχρι το κωδίκιο λήξης. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 24 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 17 Ο γενετικός κώδικας Κάθε τριάδα αζωτούχων βάσεων του mRNA κωδικοποιεί κάποιο αµινοξύ ή σηµατοδοτεί το τέλος της πρωτεϊνοσύνθεσης. Χαρακτηριστικά γενετικού κώδικα o Κώδικας τριπλέτας (τριάδας βάσεων) o Συνεχής o Μη επικαλυπτόµενος o Σχεδόν καθολικός o Εκφυλισµένος (περιέχει συνώνυµα κωδίκια) o Κωδίκιο έναρξης και κωδίκια λήξης Οι πρωτεΐνες σχηµατίζονται στο κυτταρόπλασµα από τα ριβοσώµατα. Για τη σύνθεσή τους απαιτούνται: (α) Το mRNA που µεταφέρει κωδικοποιηµένες πληροφορίες του DNA από τον πυρήνα στα ριβοσώµατα. (β) Τα tRNA που µεταφέρουν τα κατάλληλα αµινοξέα. (γ) Τα αµινοξέα που είναι τα δοµικά υλικά των πρωτεϊνών και µεταφέρονται από τα tRNA στα ριβοσώµατα. (δ) Τα ειδικά ένζυµα. (ε) Ενέργεια, που προσφέρεται από τη GTP. Σύνθεση του mRNA Ονοµάζεται και µεταγραφή. Είναι η δηµιουργία αντιγράφου ενός γονιδίου, το οποίο αντίγραφο µεταφέρεται από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασµα για να µεταφέρει την κωδικοποιηµένη πληροφορία που απαιτείται για την πρωτεϊνοσύνθεση. ΠΡΟΣΟΧΗ µε τον όρο αντιγραφή του DNA εννοούµε τον αυτοδιπλασιασµό του DNA και δεν πρέπει να τον µπερδεύουµε µε τη µεταγραφή. Η µεταγραφή γίνεται στην περιοχή του DNA που περιέχει το γονίδιο. Εκεί σπάζουν οι δεσµοί υδρογόνου και ανοίγει η διπλή πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Το µόριο RNA που συντίθεται είναι συµπληρωµατικό προς τη µία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου και Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 25 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ονοµάζεται µεταγραφόµενη αλυσίδα (Εικόνα 18). Η απέναντι αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονοµάζεται κωδική αλυσίδα. Απέναντι από τα νουκλεοτίδια της µιας από τις δύο αλυσίδες έρχονται και τοποθετούνται τα αντίστοιχα νουκλεοτίδια που έχουν ριβόζη (και όχι δεσοξυριβόζη) και µια από τις βάσεις Α, U, C, G. Εικόνα 18 Μεταγραφή Αυτά ενώνονται µεταξύ τους σχηµατίζοντας ένα µόριο RNA, το πρόδροµο mRNA, που έχει µια σειρά διαδοχής νουκλεοτιδίων, όχι τυχαία, αλλά καθορισµένη από το τµήµα του DNA που χρησίµευσε σαν καλούπι. ∆ηλαδή απέναντι από το νουκλεοτίδιο που έχει βάση Τ δεσµεύεται νουκλεοτίδιο µε βάση Α, απέναντι από το C δεσµεύεται G, απέναντι από το Α δεσµεύεται U και απέναντι από G το C. Το ένζυµο που είναι υπεύθυνο για τη µεταγραφή είναι η RNA πολυµεράση. Όταν τελειώσει η µεταγραφή, το mRNA εγκαταλείπει τον πυρήνα και πηγαίνει στο κυτταρόπλασµα. Οι δύο αλυσίδες του DNA επανασυνδέονται µεταξύ τους µε δεσµούς Η RNA πολυµεράση ενώνεται στο DNA σε ειδικές περιοχές που ονοµάζονται υποκινητές µε τη βοήθεια πρωτεϊνών που ονοµάζονται µεταγραφικοί παράγοντες. Η RNA σύνθεση σταµατά στο τέλος του γονιδίου όπου υπάρχουν οι αλληλουχίες λήξης της µεταγραφής. Το DNA µεταγράφεται σε πρόδροµο mRNA που περιέχει εσώνια και εξώνια. Στο πρόδροµο mRNA γίνεται κόψιµο εσωνίων και συρραφή εξωνίων για να µετατραπεί σε ώριµο mRNA (Εικόνα 19). Το mRNA αποτελείται από 900-12000 νουκλεοτίδια. Για κάθε κωδίκιο του DNA σχηµατίζεται το αντίστοιχο κωδίκιο στο mRNA. Πίνακας 5 Μερικά κωδίκια του DNA, τα αντίστοιχα κωδίκια στο mRNA και η µετάφρασή τους Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 26 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Η αντίστροφη µεταγραφάση είναι ένα ένζυµο που υπάρχει σε κάποιους ιούς και χρησιµοποιεί ως καλούπι το RNA για να συνθέσει DNA. Τα γονίδια µπορεί να µεταγράφονται σε mRNA ή σε tRNA, rRNA και snRNA. Ριβοσωµικό RNA (rRNA) • Συστατικό των ριβοσωµάτων. • Αποθηκεύεται στον πυρηνίσκο. • Αποτελεί το 90% του RNA του κυττάρου Μεταφορικό RNA (tRNA) • Αποτελείται από 70-80 νουκλεοτίδια. • Μεταφέρει αµινοξέα από το ενδοπλασµατικό δίκτυο στα ριβοσώµατα. • Υπάρχει ένα τουλάχιστον tRNA για κάθε είδος αµινοξέος. • Περιέχει στο ένα του άκρο θέση δέσµευσης µε το αµινοξύ ενώ στο µέσο του µορίου περιέχει τριάδα αζωτούχων βάσεων που παίζουν το ρόλο αντικωδικίου ή αντικωδικονίου. snRNA (small nuclear RNA) • είναι µόρια RNA που συνδέονται µε πρωτεΐνες και σχηµατίζουν ριβονουκλεοπρωτεινικά σωµατίδια (RNP) που συµµετέχουν στην ωρίµανση του mRNA. Εικόνα 19 ∆ιαγραµµατική απεικόνιση ενός υποθετικού πυρηνικού γονιδίου και των διαδοχικών σταδίων της έκφρασής του (από Λεκανίδου-Παν. Αθηνών, 1997) Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 27 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Μετάφραση Μετάφραση του mRNA ή Πρωτεϊνοσύνθεση είναι η αντιστοίχηση των κωδικονίων σε αµινοξέα και η διαδοχική σύνδεση των αµινοξέων σε πολυπεπτιδική αλυσίδα. Γίνεται από τα ριβοσώµατα στο κυτταρόπλασµα. Εικόνα 20 Μετάφραση του mRNA σε 4 στάδια Το mRNA που εγκαταλείπει τον πυρήνα και εισέρχεται κυτταρόπλασµα όπου συνδέεται µε το ριβόσωµα (Εικόνα 20). στο Το ριβόσωµα αρχίζει να µετακινείται κατά µήκος του mRNA. Το πρώτο κωδίκιο του mRNA είναι πάντα το AUG που κωδικοποιεί για το αµινοξύ µεθειονίνη. Αυτό αναγνωρίζεται από το tRNA που φέρει το ανάλογο αντικωδίκιο. Το tRNA, που µεταφέρει κάποιο αµινοξύ συνδέεται προσωρινά µε το mRNA µε δεσµούς κωδίκιο ενώνεται µε το αντικωδίκιο). στο ριβόσωµα, υδρογόνου (το Το δεύτερο κωδίκιο του mRNA αναγνωρίζεται από ένα άλλο tRNA που έχει το αντίστοιχο αντικωδίκιο. Συνδέεται κι αυτό το tRNA µε το mRNA µε δεσµούς υδρογόνου Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 28 ΓΕΝΕΤΙΚΗ και τα αµινοξέα που φέρουν τα δύο tRNA ενώνονται µεταξύ τους µε πεπτιδικό δεσµό. Το ριβόσωµα κινείται κατά µήκος του mRΝA στην επόµενη θέση και το πρώτο tRNA αποσυνδέεται και φεύγει από το ριβόσωµα. Τη θέση του στο ριβόσωµα παίρνει το δεύτερο tRNA. Το τρίτο κωδίκιο στο mRNA αναγνωρίζεται από το κατάλληλο tRNA που µεταφέρει το τρίτο αµινοξύ κ.ο.κ. Η διαδικασία συνεχίζεται µέχρι το ριβόσωµα να φτάσει στο κωδίκιο λήξης. Με τον τερµατισµό της πρωτεϊνοσύνθεσης αλυσίδα ελευθερώνεται από το ριβόσωµα. η πολυπεπτιδική Το ριβόσωµα είναι δυνατό να επαναλάβει τη διαδικασία της µετάφρασης όσες φορές χρειαστεί για να παραχθούν τόσα πρωτεϊνικά µόρια όσα απαιτούνται από το κύτταρο. Πολυριβοσώµατα ή πολυσώµατα είναι σχηµατισµοί που δηµιουργούνται όταν υπάρχει ανάγκη σχηµατισµού πολλών πρωτεϊνικών µορίων ίδιας χηµικής σύστασης και αποτελούνται από πολλά ριβοσώµατα που µεταφράζουν ταυτόχρονα το ίδιο µόριο mRNA (Εικόνα 21). Εικόνα 21 Πολυριβόσωµα ΕΡΩΤΗΜΑ Πώς εξηγείται το γεγονός ότι παρόλο το ότι ο γενετικός κώδικας είναι παγκόσµιος έχουµε διαφορετικά είδη πρωτεϊνών στους διάφορους οργανισµούς; Ο γενετικός κώδικας είναι παγκόσµιος, δηλαδή είναι ο ίδιος σε όλους τους οργανισµούς, όµως η διαφορετική σειρά των γραµµάτων του (αζωτούχες βάσεις) δίνει και διαφορετικό µήνυµα άρα και διαφορετικά είδη πρωτεϊνών. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 29 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΕΤΑΛΛΑΞEIΣ Οι µεταλλάξεις είναι αιφνίδιες, µεταβολές του κληρονοµικού υλικού. τυχαίες και ασυνεχείς ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΓΟΝΙ∆ΙΑΚΕΣ ΧΡΩΜΑΤΟΣΩΜΙΚΕΣ Γονιδιακές µεταλλάξεις Είναι αιφνίδιες χηµικές αλλαγές του DNA που οδηγούν σε µεταβολή στη σειρά των νουκλεοτιδίων (αζωτούχων βάσεων) του τµήµατος του DNA που αντιστοιχεί στο γονίδιο. Μπορούν να συµβούν: (α) τυχαία στη φύση (π.χ. λόγω λαθών στη σύζευξη των νουκλεοτιδίων κατά τη διάρκεια του αυτοδιπλασιασµού του DNA). (β) τεχvητά (π.χ. από τη δράση ορισµένων ουσιών ή ακτινοβολίας) Με τις γονιδιακές µεταλλάξεις υπάρχει µεγάλη πιθανότητα αλλαγής στη χηµική σύσταση του πρωτεϊνικού µορίου που σχηµατίζεται από την δράση του γονιδίου, γεγονός που έχει επιπτώσεις στο χαρακτήρα που καθορίζεται από την πρωτεΐνη. Υπάρχουν 4 είδη γονιδιακών µεταλλάξεων (Εικόνα 22): (α) αντικατάσταση ενός νουκλεοτιδίου µε άλλο (β) προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου (γ) αντιστροφή δύο νουκλεοτιδίων (δ) αφαίρεση ενός νουκλεοτιδίου Εικόνα 22 Σηµειακές ή γονιδιακές µεταλλάξεις Με τα πιο πάνω αλλοιώνονται ένα ή περισσότερα κωδίκια, άρα υπάρχει µεγάλη πιθανότητα να κωδικοποιούνται διαφορετικά αµινοξέα από εκείνα που καθορίζονταν προηγουµένως για ένταξη στην πρωτεΐνη. Η προσθήκη και η αφαίρεση νουκλεοτιδίων προκαλούν δραστικές αλλαγές στα γονίδια διότι από το σηµείο που συµβαίνουν και µετά αλλάζει το πλαίσιο ανάγνωσης δηλαδή επηρεάζονται όλα τα κωδίκια από το σηµείο της µετάλλαξης και µετά. Αντίθετα, η αντικατάσταση και η αντιστροφή δύο νουκλεοτιδίων προκαλούν µικρές αλλαγές στα γονίδια αφού ε1τηρεάζουν ένα και µόνο κωδίκιο. Σε αυτή την περίπτωση το καινούριο κωδίκιο µπορεί: (α) να είναι συνώνυµο µε το προηγούµενο και να κωδικοποιεί το ίδιο αµινοξύ οπότε η µετάλλαξη δεν θα φαίνεται καθόλου πάνω στο πρωτεϊνικό µόριο Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 30 ΓΕΝΕΤΙΚΗ (β)να κωδικοποιεί διαφορετικό αµινοξύ αλλά το νέο αµινοξύ να έχει παρόµοιες ιδιότητες µε το προηγούµενο οπότε η λειτουργικότητα της πρωτεΐνης δεν θα επηρεαστεί καθόλου και (γ) να κωδικοποιεί διαφορετικό αµινοξύ και το νέο αµινοξύ να επηρεάζει τη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης. Τεράστια σηµασία έχουν οι µεταλλάξεις που µπορούν να κληροδοτηθούν δηλαδή αυτές που γίνονται στα γεννητικά κύτταρα. Μία γονιδιακή µετάλλαξη µπορεί να προκαλέσει το σχηµατισµό ενός τροποποιηµένου γονιδίου, αλληλόµορφου µε το πρώτο. Τα αποτελέσµατα των περισσοτέρων µεταλλάξεων είναι δυσµενή, γιατί είτε προκαλούν θάνατο ή δίνουν τέτοιους χαρακτήρες που καθιστούν τα άτοµα αυτά λιγότερο προσαρµοσµένα στο περιβάλλον τους, άρα τους δίνουν λιγότερες πιθανότητες επιβίωσης. Αυτό σηµαίνει ότι τέτοια µεταλλαγµένα γονίδια που προσδίδουν δυσµενείς χαρακτήρες δεν είναι εύκολο να κληροδοτηθούν στις επόµενες γενεές, γιατί τα άτοµα που τα έχουν είτε πεθαίνουν στην εµβρυϊκή ή στην παιδική ηλικία και δε φτάνουν εύκολα στο στάδιο της αναπαραγωγής, είτε δεν επιλέγονται εύκολα από τα άλλα άτοµα του είδους για σκοπούς αναπαραγωγής. Έτσι µόνο τα υπολειπόµενα γονίδια που ελέγχουν ήπιους δυσµενείς χαρακτήρες είναι δυνατό να κληροδοτηθούν αναλόγως εύκολα. Κατά πόσο µια µετάλλαξη θα είναι ευνοϊκή ή δυσµενής εξαρτάται πολύ συχνά από το περιβάλλον στο οποίο ζει το άτοµο. Φανταστείτε ότι σε ένα πληθυσµό από δροσόφιλες, δηλαδή µικρές µύγες που τρέφονται κυρίως µε φρούτα, ένα άτοµο παρουσιάζεται µε ατροφικά φτερά λόγω κάποιας µετάλλαξης. Για ένα άτοµο Τ10υ είναι υποχρεωµένο να µετακινείται αρκετά για να βρει τροφή τα ατροφικά φτερά είναι δυσµενής χαρακτήρας. Αντίθετα, για ένα άλλο άτοµο που ζει σε περιβάλλον µε δυνατούς ανέµους η µετάλλαξη αυτή θεωρείται ευνοϊκή γιατί το άτοµο έχει µειωµένη επιφάνεια και δεν παρασύρεται εύκολα. Αν ο λόγω µετάλλαξης νέος χαρακτήρας είναι ευνοϊκός για τα άτοµα σε εκείνο το δεδοµένο περιβάλλον, τότε τα άτοµα αυτά θα έχουν πολύ µεγαλύτερη ικανότητα προσαρµογής σε αυτό), άρα και αυξηµένες πιθανότητες επιβίωσης και διάδοσης του νέου χαρακτήρα στις επόµενες γενιές. Γι' αυτό οι γονιδιακές µεταλλάξεις έχουν εξαιρετικά µεγάλη σηµασία και θεωρούνται ως ο κυριότερος παράγοντας της εξέλιξης των ειδών. Παραδείγµατα ασθενειών που οφείλονται σε γονιδιακές µεταλλάξεις (α) ∆ρεπανοκυτταρική αναιµία (β) Μυοτονική δυστροφία Είναι επικρατής και αυτοσωµατική ασθένεια που παρουσιάζει ολοένα και σοβαρότερα συµπτώµατα (αδυναµία στους µύες) από γενιά σε γενιά. Οφείλεται σε επανάληψη της τριπλέτας CTG µέσα στο γονίδιο που βρίσκεται στο χρωµόσωµα 19. (γ) Σύνδροµο εύθραυστου Χ Είναι γενετική ασθένεια που προκαλεί πνευµατική καθυστέρηση. Οι ασθενείς παρουσιάζουν θραύση (σπάσιµο) ενός µικρού τµήµατος του Χ χρωµοσώµατος. Η θραύση οφείλεται στην επανάληψη της τριπλέτας CGG µέσα στο γονίδιο EMR1 που βρίσκεται στο χρωµόσωµα Χ. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 31 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Στη µυοτονική δυστροφία και στο σύνδροµο του εύθραυστου Χ, τα γονίδια επιµηκύνονται από γενιά σε γενιά επανάληψης µιας συγκεκριµένης αλληλουχίας βάσεων. λόγω της (δ) Φαινυλκετονουρία (PKU) Οφείλεται σε έλλειψη του γονιδίου που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του ενζύµου που επιταχύνει τη µετατροπή του αµινοξέος φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη. Η έλλειψη του γονιδίου αυτού οδηγεί σε συσσώρευση φαινυλαλανίνης που παρεµποδίζει τη φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία του εγκεφάλου προκαλώντας διανοητική καθυστέρηση. Αντιµετωπίζεται αν διαγνωστεί από τη βρεφική ηλικία µε κατάλληλο διαιτολόγιο. Χρωµατοσωµικές ανωµαλίες Είναι ορατές αλλαγές της κατασκευής των χρωµατοσωµάτων και χωρίζονται σε: Ι. ∆οµικές χρωµοσωµικές ανωµαλίες που προκύπτουν (Εικόνα 23) (α) µε απώλεια ενός µικρού τµήµατος του χρωµοσώµατος (β) µε διπλασιασµό δηλαδή µεταφορά ενός τµήµατος του χρωµοσώµατος στο οµόλογο χρωµόσωµά του (γ) µε µεταφορά ενός τµήµατος του χρωµοσώµατος σε µη οµόλογο χρωµόσωµα. Ονοµάζεται και αµοιβαία µετατόπιση (Εικόνα 24). (δ) µε αναστροφή ενός τµήµατος στο χρωµόσωµα ΙΙ. Αριθµητικές χρωµοσωµικές ανωµαλίες που προκύπτουν µε εξαφάνιση ή προσθήκη ενός ή περισσότερων ολόκληρων χρωµατοσωµάτων Εικόνα 23 Είδη δοµικών χρωµατοσωµικών µεταλλάξεων Εικόνα 24 Μεταφορά υλικού από το ένα χρωµόσωµα στο άλλο Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 32 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Οι χρωµατοσωµικές ανωµαλίες έχουν σηµαντική επίδραση στο άτοµο που τις φέρει γιατί είτε προκαλούν το θάνατο είτε τροποποιούν το φαινότυπό του. Προέρχονται από τυχαία λάθη ή ακόµα από τη δράση ορισµένων ουσιών ή ακτινοβολίας. Οι αριθµητικές χρωµοσωµικές ανωµαλίες οφείλονται σε µη διαχωρισµό (χρωµατοσωµάτων κατά τη διάρκεια της 1ης ή της 2ης µειωτικής διαίρεσης (Εικόνα 25). Εικόνα 25 Μη διαχωρισµός χρωµατοσωµάτων (α) κατά τη διάρκεια της 1ης και (β) κατά τη διάρκεια της 2ης µειωτικής διαίρεσης. Γονιµοποίηση των γαµετών που προκύπτουν µε φυσιολογικό γαµέτη έχει ως αποτέλεσµα τη δηµιουργία ζυγωτών µε µη φυσιολογικό αριθµό χρωµοσωµάτων Σύνδροµο Down Ονοµάζεται και τρισωµία-21 καθώς και µογγολισµός. Οι ασθενείς είναι άτοµα που έχουν ένα επιπλέον χρωµόσωµα στο 210 ζεύγος δηλαδή έχουν 45 + ΧΧ ή 45 + ΧΥ χρωµατοσώµατα (Εικόνα 26). Παρόλο που το χρωµατόσωµα αυτό είναι πολύ µικρό, εντούτοις παίζει σηµαντικό ρόλο στην κανονική ανάπτυξη. Οι ασθενείς, αν επιβιώσουν, έχουν µειωµένη αντίσταση στις µολύνσεις, πνευµατική καθυστέρηση και χαρακτηριστικό µογγολοειδές πρόσωπο. Μία στις 700 γεννήσει ς είναι άτοµα µε σύνδροµο Down. Η συχνότητα των γεννήσεων αυξάνεται, όσο αυξάνεται και η ηλικία της µητέρας, Έτσι στις µητέρες ηλικίας 45 ετών και άνω η αναλογία γίνεται 1:50. Η τρισωµία και η µονοσωµία συµβαίνουν και σε άλλα αυτοσωµικά χρωµατοσώµατα και συνήθως οδηγούν σε θάνατο από την εµβρυϊκή ηλικία. Εκτός από την τρισωµία 21 έχουν παρατηρηθεί επίσης η τρισωµία 13 και η τρισωµία 18. Ακόµα, υπάρχει και το σύνδροµο φωνή της γάτας που οφείλεται σε έλλειψη ενός µεγάλου τµήµατος του µικρού βραχίονα στο χρωµόσωµα 5. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 33 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 26 Καρυότυπος θηλυκού ατόµου που πάσχει από σύνδροµο Down. Το βελάκι δείχνει ότι υπάρχουν 3 χρωµατοσώµατα 21 Σύνδροµο Klinefelter Οι ασθενείς είναι αρσενικά άτοµα που έχουν ένα επιπλέον Χ χρωµόσωµα λόγω µη αποσύνδεσης του χρωµατοσώµατος Χ κατά τη γαµετογένεση (44 + ΧΧΥ) (Εικόνα 27) Εικόνα 27 Μη διαχωρισµός στα φυλετικά χρωµατοσώµατα κάποιου ωαρίου και οι συνέπειες από τη διασταύρωσή του µε φυσιολογικό σπερµατοζωάριο Τα συµπτώµατα είναι οι µικροί όρχεις που παράγουν λίγα ή καθόλου σπερµατοζωάρια (αζωοσπερµία, στειρότητα), η γυναικοµαστία, η λεπτή φωνή, η αραιή τριχοφυΐα και σχεδόν πάντοτε η πνευµατική καθυστέρηση, Συχνότητα γεννήσεων 1:500. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 34 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 28 Καρυότυπος ατόµου που πάσχει από σύνδροµο Klinefelter. Το βελάκι δείχνει τα φυλετικά χρωµατοσώµατα Εικόνα 29 Χρωµοσωµικές ανωµαλίες στα φυλετικά χρωµατοσώµατα και σύγκριση µε φυσιολογικά, ως προς τον αριθµό των χρωµοσωµάτων, άτοµα. Σύνδροµο Turner Είναι η µοναδική µονοσωµία που έχει βρεθεί στον άνθρωπο. Οι ασθενείς είναι θηλυκά άτοµα που έχουν 45 χρωµοσώµατα (44 + ΧΟ) που τους λείπει το ένα από τα δύο Χ χρωµοσώµατα (Εικόνα 30). Προέρχονται από την συνένωση ενός κανονικού γαµέτη (22+Χ) µε ένα γαµέτη χωρίς φυλετικό χρωµόσωµα (22 + Ο) (Εικόνα 27). Τα άτοµα αυτά είναι στείρα λόγω υποπλασίας των γεννητικών οργάνων, έχουν ατροφικούς µαστούς, χαµηλό ύψος και χαρακτηριστικά πτερύγια στο λαιµό. 13 στα 14 άτοµα µε σύνδροµο Turner πεθαίνουν. Τα άτοµα που επιζούν αναλογούν 1 για κάθε 3000 γεννήσεις. Είναι γνωστές περιπτώσεις θηλυκών ατόµων µε 44+XXXΥ κ.λπ. καθώς και αρσενικών µε 44+XΥΥ, 44+XXΥΥ κ.τ.λ. Πολλές από αυτές τις περιπτώσεις σχετίζονται µε πνευµατική καθυστέρηση. Η ύπαρξη περισσοτέρων του ενός Υ χρωµατοσώµατος ίσως αφορά άτοµα µε ψυχοπαθητικές και εγκληµατικές τάσεις. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com 35 ΓΕΝΕΤΙΚΗ Εικόνα 30 Καρυότυπος ατόµου που πάσχει από σύνδροµο Turner. Το βελάκι δείχνει το µοναδικό φυλετικό χρωµόσωµα. Πολυπλοειδισµός Πολυπλοειδισµός ονοµάζεται η παραγωγή περισσότερες από δύο σειρές χρωµατοσωµάτων. Τα φυσιολογικά σωµατικά έχουν 2n χρωµατοσώµατα. Τα πολυπλοειδικά άτοµα τετραπλοειδή (4n) κ.ο.κ. κύτταρα µπορεί να είναι ατόµων διπλοειδή, είναι τριπλοειδή µε δηλαδή (3n), Τα τριπλοειδή άτοµα προκύπτουν από τη συνένωση ενός γαµέτη που έχει διπλάσιο αριθµό χρωµατοσωµάτων από το κανονικό µε ένα γαµέτη που έχει κανονικό αριθµό χρωµατοσωµάτων. Τα τετραπλοειδή άτοµα προκύπτουν από τη συνένωση δύο γαµετών µε διπλάσιο αριθµό χρωµατοσωµάτων από το κανονικό κ.τ.λ. Ο πολυπλοειδισµός είναι σπάνιο φαινόµενο στους ζωικούς οργανισµούς αλλά συχνό φαινόµενο στους φυτικούς όπου δίνει φυτά µε καλύτερα χαρακτηριστικά. Για παράδειγµα τετραπλοειδής. η καλλιεργούµενη φράουλα είναι Επίσης, η ντοµάτα, ο αραβόσιτος, το σιτάρι και άλλα φυτά δίνουν καλύτερη παραγωγή όταν είναι πολυπλοειδή. Η αυξηµένη παραγωγή οφείλεται στην αυξηµένη ποσότητα των προϊόντων των γονιδίων που βρίσκονται σε µεγαλύτερους αριθµούς στα πολυπλοειδικά άτοµα. Τα πολυπλοειδή άτοµα δεν παρουσιάζουν σηµαντικές ανωµαλίες στα φυτά. Λουκάς Νικολάου www.cyprusbiology.com