Genetika I-II kidolgozott tételek összes PDF

Preview

Summary

Genetika tételek1. A DNS szerkezete:A DNS örökítő anyag mivoltának bizonyítékai. 1928-ban Federick Griffith fedezte fel a transzformációt. Streptococcus pneumoniae baktériumok S(smooth) és R(rough) törzsét használta.1944-ben 3 kutató az elölt S baktérium sejttörmelékét kémiai alkotórészekre bontottá...

Description

Genetika tételek 1. A DNS szerkezete: A DNS örökítő anyag mivoltának bizonyítékai. 1928-ban Federick Griffith fedezte fel a transzformációt. Streptococcus pneumoniae baktériumok S(smooth) és R(rough) törzsét használta.

1944-ben 3 kutató az elölt S baktérium sejttörmelékét kémiai alkotórészekre bontották (poliszacharidok, zsírok, fehérjék, RNS, DNS), és ezekkel külön-külön fertőzték meg az R sejteket. Egyedül a DNS okozott transzformációt. A DNS örökítő anyag mivoltával kapcsolatos kétségeket Alfred Hershey és Martha Chase 1952-ben végzett kísérlete oszlatta el.

A DNS építőkövei. 1940-ben már pontosan ismerték a DNS molekula alkotórészeit. A DNS kémiai felépítésének alapegysége a nukleotid. Ez foszfátot, deoxiribóz cukrot és négy szerves bázisból egyet tartalmaz. A négy bázis az adenin, timin, citozin és guanin. A cukor és a bázis alkotta egység a nukleozid: deociadenozin, deoxitimidin, deoxiguanozin, deoxicitidin. A nukleotidok teljes neve: deoxiadenozin 5’-monofoszfát, rövidítése dAMP - A deoxiguanozin 5’-monofoszfát, dGMP - G deoxicitidin 5’-monofoszfát, dCMP - C deoxitimidin 5’-monofoszfát, dTMP - T Az adenin és a guanin kétgyűrűs purinok, míg a timin és citozin, eggyűrűs pirimidinek

. A Chargaff szabályok. Erwin Chargaff különböző élőlényekből kivon DNS-ek összetételét vizsgálva 1955-ben fedezte fel a róla elnevezett törvényszerűségeket. 1. Az élőlényekből származó DNS-ekben a pirimidin nukleotidok (T + C) mennyisége egyenlő a purin (A + G) nukleotidok mennyiségével. 2. A T mennyisége egyenlő az A-val, és C mennyisége egyenlő G-vel. 3. Azonban A + T és C + G mennyiségek nem feltétlenül egyenlők, azok aránya jellemző az élőlényre amiből a DNS származik. A Watson-Crick DNS modell. 1953 James Watson és Francis Crick. 53’-ra már ismerték az alábbi tényeket:  Az egyes tulajdonságokat öröklődő részecskék (gének) alakítják ki. (Mendel törvényei)  A gének fehérjék szerkezetét befolyásolják. (egy gén, egy enzim elmélet)  A gének kromoszómákon vannak  A kromoszómák DNS-ből és fehérjéből állnak  Az örökítő anyag a DNS. A modell kidolgozása során merészen összeillesztették a röntgen diffrakciós adatokat, a Chargaff szabályokat és a DNS és alkotórészeiről felhalmozódott kémiai ismereteket oly módon, hogy a modell eleget tehessen az örökítő anyag által támasztott követelményeknek. A DNS elsődleges szerkezetét a foszfodiészter kötéssel összekapcsolt nukleotidok polimerje adja. A modellben a víztaszító bázisok belül, a cukor és foszfát csoportok kívül helyezkednek el.  Minden bázispár egy purint, (A vagy G) és egy pirimidint, (T vagy C) tartalmaz.  Az A-T párt 2, a G-C párt 3 hidrogénhíd stabilizálja.  A két szál komplementer (meghatározza és kiegészíti egymást).  Az antiparallel irányultságot a cukor 5’---3’ iránya adja. A nagy G-C tartalmú DNS stabilabb a nagy A-T tartalmúnál. A DNS másodlagos szerkezetét az adja, hogy a két antiparalel nukleotid lánc egymás körül spirálisan feltekeredik. Innen a kettős spirál elnevezés. A kettős spirál jellemzői:  A nukleotidok szabályosan ismétlődő távolságokban egymás felett helyezkednek el.  A nukleotidok lapos molekuláinak síkja merőleges a szál hossztengelyére.  A DNS tér-modell két ellentétes polaritású, u.n. antiparallel szálból épül.  A modell egyenletes átmérője a Chargaff szabályok követésével biztosítható úgy, hogy purin bázissal pirimidin bázis áll szemben. Ezeket egymáshoz hidrogén hidak rögzítik.  A spirál csaknem pontosan 10 nukleotidonként fordul 360°-ot.  Kis és nagy árok fut végig a két ellentétes oldalon.  A hidrofil cukor-foszfát gerinc kölcsönhat a sejt vízmolekuláival. Az élőlényekben és vizes oldatban a „B” forma a leggyakoribb, ebben a bázisok síkja majdnem merőleges a cukor-foszfát gerincre.

Dehidrált körülmények között egy tömörebb „A” forma jön létre, melyben a bázisok síkja megdől. Hosszú GCGCGC.... ismétlődések a „Z” formát vehetik fel, amely balmenetes, zegzugos lefutású és megnyúlt. A Replikációnak sokszor, gyorsan és pontosan kell végbemennie. 1., Sokszor: Egyetlen ember egyedfejlődése több millió sejtosztódást igényel. 2., Gyorsan: 1000 nukleotid/másodperc 3., Pontosan: A genom másolásánál csupán 1/ 100 000 000 (10-8) replikációs hiba történik, melynek 99%-át a javító rendszer utólagosan kijavítja. Az átlagos mutációs ráta a replikáció végeztével 10-10. Vagyis a 109 bp genom méretű emberi sejt átlagos osztódása során 0-1 új mutáció keletkezik replikációs hiba folytán. A szemikonzervatív replikáció bizonyítékai. A szemikonzervetív replikáció bizonyítása a cézium-klorid sűrűség grádiens ultracentrifugáláson alapult. Elve a következő: A CsCl oldat nagysebességű centrifugálása során egy sűrűség grádiens alakul ki, ahol a centrifuga cső alján nagyobb sűrűségű, a tetején kisebb sűrűségű oldat helyezkedik el. A centrifugálás során a DNS a fajsúlyának megfelelő sávban gyűlik össze A Meselson-Stahl kísérlet (1958): A több generáción keresztül 15N táptalajon tartott baktériumokból származó DNS nehéz sávot ad céziumklorid gradiens centrifugálással. A normál (14N) táptalajon nevelt baktériumok DNS-e pedig könnyű sávot ad. Ha a 15N-en tartott sejteket átteszik könnyű táptalajra, az első nemzedékben köztes, a második után könnyű és köztes sáv figyelhető meg a grádiensben. A Meselson-Stahl kísérletben kapott eredmények csak szemikonzervatív DNS replikációval értelmezhetők. 1958-ban Herbert Taylor kisérlete bizonyította, hogy a DNS replikáció magasabb rendűekben is szemikonzervatív. Egy sejtgeneráció hosszan triciált (3H) timidint tartalmazó tápoldatban tartott sejtek a radioaktív nukleotidot beépítik az új láncba, amit a kromoszómák autoradiogramja (fényképe) is jelez. Ezután nem-radioaktív timidint tartalmazó tápoldatba áttéve egy újabb replikáció után az autoradiogramon csak az egyik testvér kromatida jelölődik. (Minden pont egy radioatív részecske útját jelzi a fotón.) A replikáció mechanizmusa, replikációs origó, enzimek és történések a replikációs villában. A replikációnak kitüntetett kezdőpontja (origója) van. Az E.coli egyetlen replikációs origója, az oriC, 245 nukleotidpár hosszú. A replikáció iránya szigorúan meghatározott, az új szál szintézisének iránya csakis 5’- 3’ lehet. Mivel a két DNS szál lefutása ellentétes irányú, a szétnyíló replikációs villában csak az egyik új szál tud folyamatosan átíródni, a másik szál átírása szakaszosan történik. A villa nyílási irányában folyamatosan íródó szálat vezető szálnak, a szakaszosan íródót lemaradó szálnak nevezzük.

Az origótól két irányba haladó DNS replikáció összesen négy újonnan szintetizálódó szálat jelent, két folytonos (vezető) és két elmaradó szálat. A DNS replikáció enzimei:  A replikáció legfontosabb alapenzime a DNS polimeráz. Ez nukleotid trifoszfátokból lánchosszabbításra képes. Működéséhez egy templát szálra és egy már azon elkészült komplementer DNS darabra (primerre) van szüksége. A DNS polmeráz az új nukleotid α foszfátját a lánc végén lévő cukor 3’ OH csoportjához kapcsolja. A DNS szintézist egy rövid RNS primer szintézise előzi meg, melyet az RNS polimeráz (primáz) készít. A szintézis iránya az egyik szálon a villa felé mutat, a másik szálon a villától távolodik. Az E.coli DNS replikációjában két polimeráz vesz részt. A DNS polimeráz III (pol III) végzi a replikációs szintézist. A pol III α és ε alegységekből áll. Ε alegység feladata a szerkesztés, ellenőrzés. A hibásan beépített nukleotidokat azonnal kivágja. A kivágás javítás iránya 3’-5’. A DNS polimeráz I (pol I vagy Kornberg enzim) elemészti az RNS primereket és befejezi az elmaradó szál szintézisét. A vezető szál szintézise folytonos. Az elmaradó szálon: 1., A primáz RNS templátokat szintetizál. 2., A DNS polimeráz III DNS-t szintetizál a primer folytatásaként. 3., A DNS polimeráz I eltávolítja az előtte lévő RNS darabot és befejezi a láncot. 4., A DNS ligáz összekapcsolja a különálló DNS darabokat. A lemaradó szál RNS-DNS darabkáit nevezik Okazaki fragmentumoknak.   

A replikáció a két szál kettényílásával kezdődik, amit a helikázok végeznek, a kettős spirál hidrodénhídjainak bontásával. A ligáz enzim képes összekapcsolni két DNS szabad egyesszálú végeit. Működéséhez ATP szükséges, mert a szabad DNS végeken nincs nagyenergiájú trifoszfát. A DNS szál szétnyílásával a túloldalon létrejövő torziós feszültséget a topoizomeráz oldja fel azáltal, hogy az egyik szálat elvágja, a másik körül „kipörgeti” majd visszaligálja. A topoizomerázok mindkét irányban képesek megváltoztatni a DNS csavarodottsági fokát. A topoizomeráz család, giráz tagja vesz részt a replikációban.

Az eukarióta kromoszóma sok replikációs origót tartalmaz. A gördülő gyűrű replikáció. Több vírus és episzóma „gördülő gyűrű” (rolling circle) módon replikálódik. 1., Az egyik szál pontszerűen bevágódik (nick). 2., Az ép szálat templátként használva a polimeráz a törött szál 3’ végéhez új nukleotidokat épít körbe-körbe, miközben leszorítja az előtte lévő régi szálat. 3., A leszoruló egyes szál kettős szállá egészül ki. 4., A lineáris kettős szál méretre darabolódik és gyűrűkké zárul.

2. Mendel törvényei: A pángenezis elmélete. Az embereknek már Mendel felfedezései előtt is voltak elképzeléseik az öröklődésről. Tudták, hogy az utódok tulajdonságait a szülők határozzák meg, és hogy az utódok a szülők ivarsejtjeiből keletkeznek. Ebből következik, hogy a szülők tulajdonságai az ivarsejtek közvetítésével jutnak át az utódokba. Viszont arra, hogy a tulajdonságok hogyan kerülnek be az ivarsejtekbe, Mendelig nem létezett tudományos magyarázat. Az 1800-as években a legelfogadottabb az ún. pángenezis elmélete volt, melyet Darwin is vallott. E szerint a szülői tulajdonságokat hordozó gemmulák a zigótában elkeverednek, ezért az utód a két szülő tulajdonságainak keverékét mutatja. A borsó mint genetikai modellszervezet. Mendel kísérleteinek sikere azon alapult, hogy  alkalmas kísérleti objektumot választott,  csupán néhány kiragadott tulajdonságot vizsgált, (részleges fenotípus),  kísérleteit pontosan megtervezte, és többször megismételte,  sok adatot gyűjtött, melyeket leírt,  matematikailag értékelte az adatait. Mendel kerti borsóval (Pisum sativum) dolgozott. • Sok változata van • A növény öntermékenyítő (tiszta vonalak!). • Könnyen keresztezhető is. • Kis helyet igényel, • Rövid tenyészidejű, • Sok utódot hoz létre. Mendel 34 borsófajtából 2 év alatt választotta ki azt a néhány tulajdonságot melyeket vizsgálatra alkalmasnak tartott. Egy tulajdonság párban különböző növények:  Borsószem alakja: kerek és szögletes  Sziklevél színe: sárga és zöld  A virág színe: bíbor és fehér  Hüvely alakja: felfújt és szemre simuló  Hüvely színe: zöld és sárga  Virágok helyzete: axiális és terminális  Szár hossza: hosszú és rövid Ezek nem átfedő reakciónormájú tulajdonságok. A vizsgált tulajdonságpárokra mindig tiszta vonalakat választott. Az első törvényhez vezető kísérletek. Piros virágú borsó keresztezése fehér virágúval. Az F1 nemzedék csak az egyik szülő tulajdonságait mutatta, csak piros virágú utód keletkezett. Nem keverednek a szülői jellegek! Elvégezte a reciprok keresztezéseket is, és ugyanilyen eredményeket kapott.

Az F1 nemzedéket önbeporzással beltenyésztette. Az F2 növények között fehér virágúakat is talált. Az F1 növények tehát hordozzák a képességet, hogy fehér növényeket hozzanak létre, és az eredeti szülők tulajdonságai változatlanok maradtak az utódgenerációkban. Miért nem fejeződik ki a fehér tulajdonság az F1-ben? Mert a bíbor szín domináns, a fehér recesszív. Domináns az az allél, ami két tiszta vonal keresztezéséből származó F1 nemzedék fenotípusát adja. F2 nemzedékben 929 borsó növényt kapott, melyből 705 bíbor és 224 fehér virágú volt. Ez közel 3 : 1 –es arány. Megismételte a keresztezéseket a többi hat tulajdonságra, és mindig 3 : 1 arányt kapott. A 3 : 1 arány magyarázatára sárga és zöld szemű borsónövényeket keresztezett és minden egyes F2 egyednek megvizsgálta az F3 utódait is. Az F3 nemzedék vizsgálata tisztázta, hogy az F2 nemzedék 3 : 1 aránya valójában 1 : 2 : 1. 3/4 rész sárga: 1/4 tiszta vonalú sárga 2/4 „nem-tiszta” sárga ¼ rész zöld: 1/4 tiszta vonalú zöld Az 1 : 2 : 1 arány egy jól ismert valószínűségszámítási feladat megoldása.(Hányféle pár képezhető, és milyen arányban véletlenszerű párosítással egy olyan csoportból, amely kétféle egyedből áll, fele-fele arányban?) Egymástól független események együttes előfordulásának valószínűsége egyenlő a különkülön bekövetkezésük valószínűségének szorzatával. A borsó kísérlet a véletlenszerű párképzés szabályát követte. A tulajdonságokat párokba rendeződő láthatatlan részecskék határozzák meg. Mendel magyarázata: • Az öröklődést meghatározó tényezőknek elkülöníthető részecske természetük kell, hogy legyen, mivel a fenotípusok nem keverednek. (Ezeket a részecskéket ma géneknek nevezzük). • Minden egyed egy gén párt, azaz 2 gént hordoz egy adott tulajdonságra. (Például az F1 nemzedék egy domináns és egy recesszív gént hordoz). • Az ivarsejtek képződése során a gén párok tagjai szétválnak egymástól, és külön csírasejtekbe jutnak. Következésképpen a gaméták a gén pároknak csak egy tagját hordozzák. • A gaméták zigótává egyesülése véletlensze rű, nem függ a hordozott gének természetétől. Ha a modell helytálló, akkor a sárga F1 borsószemekből nevelt növényeket zöld magból nevelt növényekkel keresztezve 1 : 1 arányban kell utódként sárga és zöld borsószemeket kapni. Ebben a kísérletben Mendel 58 sárga (A/a) és 52 (a/a) borsószemet számlált. Mendel első törvénye: (a szegregáció törvénye) Egy gén pár két tagja egymástól szétválva jut az ivarsejtekbe, így a gaméták egyik fele a pár egyik, a gaméták másik fele a pár másik tagját hordozza. Törvényszerűség: A mendeli keresztezésmenet során F2-ben 3:1 vagy 1:2:1 utódarányt adó „mendelező ” tulajdonságok egyetlen génhez köthetők.

A második törvényhez vezető kísérletek. Két tulajdonság pár: sárga (Y) és zöld (y) mag szín, gömbölyű (R) és szögletes (r) mag alak. Monohibrid keresztezésekben külön-külön ¾ és ¼ hasadást mutatnak. RRyy növények beltenyésztve csakis gömbölyű zöld magot teremnek. rrYY növények beltenyésztve csakis szögletes sárga magot hoznak. Mendel keresztezte a kerek zöld törzset a szögletes sárgával. F2-ben 9:3:3:1 fenotípus arányt kapott. Mendel a keresztezést monohibrid keresztezésnek tekintve tulajdonság-páronként ellenőrizte az arányokat; Mindkettő közel 3 : 1 arány. A 9:3:3:1 matematikailag két független 3 : 1 arány szorzata. A mag alak génje a mag szín génjétől függetlenül öröklődik, mivel a mért együttes fenotípus gyakoriságok a külön-külön mért gyakoriságok szorzatának adódtak. A 9:3:3:1 arány levezethető az ivarsejtek alapján is: RrYy növény összesen négyféle gamétát hozhat létre, melyek valószínűsége : ¼ RY, ¼ Ry, ¼ rY, ¼ ry. Mendel második törvénye: (A független kombináció törvénye) Az ivarsejtek képződése során az egyik gén alléljeinek szegregálása más gének alléljeitől függetlenül történik. (Ez csak akkor érvényes, ha a gének „nincsenek fizikailag összekapcsolva” vagyis különböző kromoszómákon vannak, vagy azonos kromoszómán egymástól elég távol helyezkednek el.) Mendel két törvénye egyazon folyamatra vonatkozik, a második az elsőnek csupán kibővítése! Az F1 dihibrid kétszeresen homozigóta recesszívhez keresztezésével: (Rr Yy x rr yy) ellenőrizhetjük Mendel második törvényét. Számolási módszerek a genetikában; valószínűség számítás, ágdiagram, Punnett tábla.  Az „ág” diagram kényelmes módszer az utód geno- és fenotípusok arányainak leírására sok gén együttes vizsgálata esetén. Az utódok számarányait génenként külön számoljuk.  Nagyszámú gén esetén egy bizonyos genotípus létrejöttének valószínűségét egyszerűen számíthatjuk: Pl.: Aa Bb Cc Dd Ee Ff x Aa Bb Cc Dd Ee Ff keresztezés utódai között milyen valószínűséggel fordul elő AA bb Cc DD ee Ff genotípus? Az egyes kívánt allél párok létrejöttének valószínűségei: AA ¼; bb ¼; Cc ½; DD ¼; ee ¼; Ff ½. A keresett genotípus előfordulásának valószínűsége az allél párok valószínűségének szorzata: p(AA bb Cc DD ee Ff) = ¼ x ¼ x ½ x ¼ x ¼ x ½ = 1/1024.  Egy vagy két génen alapuló öröklési mintázat bemutatására alkalmas a Punnett tábla, ami egy valószínűségi szorzótábla. A táblázatból kiolvashatók a pontos utódarányok.

3. Az ember mendeli genetikája: Milyen fenotípusok vizsgálhatók? Az ember genetikai vizsgálatának fontos problémái, hogy keresztezések nem tervezhetők, és alacsony az utódok száma. Előnye viszont, hogy a feljegyzések gazdag tárháza férhető hozzá. A mendeli genetika alkalmazása az ember tulajdonságainak öröklésére különleges módszert igényel. Az alkalmas módszer a családfaelemzés vagy pedigré vizsgálat. A családfaszerkesztéshez egységes jelképrendszert használunk. Nagy populációkban nagyon sokféle fenotípus változatot találhatunk. Az ember populációiban is így van. A fenotípus változatok lehetnek:  Folyamatos, átfedő tulajdonságúak : test magasság, test súly, stb. ezeket mindig több gén határozza meg, és a mennyiségi genetika tárgyai.  nem átfedő tulajdonságok. A mendeli öröklésmenetet kizárólag ezektől várhatunk. embernél pl: bizonyos szemszín változatok bizonyos hajszín változatok állgödör és állgödör hiánya szabad és lenőtt fülcimpa örökletes betegség megléte, hiánya Az orvosi genetikának köszönhetően több mint 10 000 egy génhez köthető betegség ismert. Mendeli analízisre az egyetlen gén változatai által meghatározott nem átfedő reakció normájú tulajdonságok alkalmasak. Az egyes tulajdonságok genetikai meghatározottságának megállapításában az ikerekkel és az örökbefogadottakkal végzett vizsgálatok segítenek. Ikervizsgálatok: Kétféle ikret kölönbözetünk meg: egypetéjű (monozigótikus) és kétpetéjű (dizigótikus) ikreket. A egypetéjű ikrek öröklési anyaga egymással azonos. Azonosságuk szüleikkel és más testvéreikkel 50%. A kétpetéjű ikrek egymással, más testvéreikkel és szüleikkel egyaránt 50-50%-ban azonosak. Az öröklődő tulajdonságok egypetéjű ikrekben gyakrabban azonosak, mint a kétpetéjű ikrekben. Az azonosságot konkordancia %-ban fejezik ki. Örökbefogadottak: Az egypetéjű ikrek örökbefogadott és a biológiai családban maradt tagjaiban kialakult jellegek összehasonlítása a biológiai szülők tulajdonságaival segít azonosítani a környezeti és a genetikai tényezőket. Az ikerpár egyik tagja biológiai szülők családjában a szülőkkel azonos környezetben nő fel, az örökbefogadott tag környezete a nevelőszülőkkel azonos környezetben nevelkedik. Azok a tulajdonságok, amikben az örökbefogadott iker tag azonos a biológiai szüleivel valószínűleg örökletes, amiben különbözik, valószínűleg a környezet hatására alakul ki. A dominánsan öröklődő betegségek sajátosságai. Az ember öröklődő rendellenességei között vannak dominánsak. Ekkor az egészséges allél recesszív. Domináns betegségek jellegzetességei:  Egészséges szülőknek nincs beteg gyermeke, de beteg utódnak legalább egyik szülője mindig beteg.  Másként, minden nemzedékben előfordul rendellenességet hordozó egyed.

Beteg szülő gyermekeinek elméletileg fele beteg, de a kis utódszám miatt ettől az aránytól jelentős eltérés is előfordulhat.  A családfában a domináns jelleg nemzedékről nemzedékre megjelenik. Recesszív szülők utódai között nem jelenik meg a domináns fenotípus.  A betegséget mutató egyén heterozigóta, mert a homozigóták többnyire életképtelenek. Példák domináns rendellenességekre: akondroplázia (a törpeség egyik formája), Huntington betegség (vagy vitustánc), polydactylia (hatujjúság), brachydactylia (rövid ujjúság). 

A Waardenburg betegség tünetei: Nagyon világos bőr, türkizkék, gyakran kétszínű szivárványhártya, széles orrnyereg, a homlok hajában fehér tincs, valamint hallás és látászavar. Gyak: 1/40.000 újszülött. Huntington kór: Felnőttkor közepén megnyilvánuló idegrendszeri rendellenesség, ami az izommozgás koordinációjának elvesztésével és hiperaktivitással, és végül halállal jár. További példák a dominánsan öröklődő emberi tulajdonságokra: állgödör domináns, állgödör hiánya recesszív; az ujj középső íze szőrössége domináns, csupasz ujjközép íz recesszív; göndör, gyapjas haj domináns, sima haj recesszív; bőr tarkafoltosság domináns, egységes bőrszín recesszív A recesszíven öröklődő betegségek sajátosságai.  Nem fordulnak elő minden generációban, ezért a terheltség egészséges szülők gyermekeiben bukkan fel, nőkben és férfiakban egyaránt.  A beteg egyén szülei szinte biztosan heterozigóták.  Bár a kis utódszámok miatt nem vár...