Podstawową jednostką dziedziczności jest gen, który zbudowany jest z DNA o charakterystycznym układzie nukleotydów. Pojedynczy gen wyznaczony jest poprzez sekwencję aminokwasów jednego łańcucha polipeptydowego. Gen jest nośnikiem informacji genetycznej.

Rodzaje genów:

  • alleliczne;
  • letalne;
  • mozaikowe;
  • podzielone;
  • semiletalne;
  • strukturalne;

Genotyp- jest to całość informacji genetycznej danego osobnika, która umieszczona jest w genach. Zespół cech zewnętrznych zależnych od warunków środowiskowych określany jest mianem fenotypu, termin ten oznacza również układ alleli jednego lub kilku genów.

Chromosomy- są to struktury komórkowe, które są głównymi składnikami jądra komórkowego, zawierają one w swym składzie DNA, białka histonowe, a także białka niehistonowe. Ilość, wielkość, a także kształt chromosomów są stałe dla danego gatunku (kariotyp). Cechy morfologiczne chromosomów badane są w czasie metafazy i anafazy. W interfazie nici DNA podlegają procesowi despiralizacji (chromatyna).

Cechy dominujące- są to cechy spowodowane dominacją jednego z alleli nad drugim. Allel dominujący bierze górę nad allelem recesywnym w kształtowaniu danej cechy.

Cecha recesywna- jest to cecha drugorzędowa, uwarunkowana poprzez allel recesywny, który nie ujawnia się w obecności allelu dominującego. Cecha recesywna ujawnia się jedynie u osobników homozygotycznych.

Homozygoty- jest to komórka lub cały organizm wielokomórkowy posiadający takie same allele w jednej lub kilku parach genów. Homozygoty oznaczane są literami AA, w odniesieniu do dominującej cechy A, literami aa w odniesieniu do recesywnej cechy a. Osobniki homozygotyczne produkują gamety o tym samym składzie genetycznym.

Heterozygoty- komórka bądź cały organizm wielokomórkowy, dziedziczą one różne allele tego samego genu od każdego z rodziców. Heterozygoty oznacza się poprzez Aa i produkuje dwa rodzaje gamet A i a.

Plejotropia (polifenia)- terminem tym oznacza się wpływ jednego genu na występowanie kilku cech, wydawać by się mogło nie związanych ze sobą. O plejotropia mówimy wówczas, gdy pierwotny produkt działania genu uczestniczy bezpośrednio w wielu procesach, które zachodzą w organizmie. Jest to zjawisko mnogości skutków powodowanych jedną tylko mutacją.

Layonizacja- jest to proces , w którym dochodzi do inaktywacji jednego z chromosomów pary X, w każdej z komórek organizmu kobiety. Proces ten odbywa się w trofoblaście w 12 dni od momentu zapłodnienia, a w zarodku po 16 dniach. Do procesu tego dochodzi jedynie w komórkach somatycznych, gdyż rozrodcze muszą pozostać aktywne, i w tym celu muszą posiadać dwa chromosomy X. Inaktywacji może ulegać chromosom ojca lub matki, o tym który z nich ulegnie inaktywacji decyduje przypadek.

Ekspresja genu- jest to stopień w jakim dochodzi do ujawnienia się działania genu w czasie rozwoju osobniczego przez wykształcenie danej cechy. Cechy, które uwarunkowane są genami o tzw. niecałkowitej ekspresji posiadają różny stopień rozwoju, który zależny jest od czynników środowiskowych, a także oddziaływania innych genów. Geny cechujące się całkowitą ekspresją powodują ujawnienie danej cechy niezależnie od czynników środowiskowych.

I prawo Mendla- prawo to mówi o czystości gamet. Mendel twierdził, iż geny wnoszone przez rodziców zlokalizowane są w komórkach potomnych w niezmienionym stanie. Dochodzi do ich oddzielenia się i przechodzenia pojedynczo do produkowanych przez niego gamet. Jeśli rodzice są różnymi homozygotami, to wtedy jedno pokolenie jest jednolite, a w drugim pokoleniu dochodzi do rozszczepienia cech w stosunku 1:2:1 na typ rodzicielski męski lub żeński, a także typy mieszańców. Gdy dominuje tylko jedna z cech w pokoleniu 2 dochodzi do segregacji fenotypów w stosunku 3:1.

II prawo Mendla- mówi o niezależnej segregacji cech. Cechy przekazywane są do komórek rozrodczych niezależnie, dochodzi do powstania mieszańców, które posiadają nową kombinację cech rodzicielskich. Jeśli mamy do czynienia z rodzicami homozygotycznymi, którzy różnią się dwoma parami genów w pokoleniu 2 to stosunek fenotypów wynosi 9:3:3:1. Prócz form dających te same fenotypy co rodzice (9-dominujący typ rodzicielski; 1- recesywny typ rodzicielski), powstają dwa rodzaje rekombinantów ( odpowiednio 3 i 3). Do dziedziczenia zgodnego z II prawem Mendla dochodzi wówczas, gdy geny determinujące dane cechy będą zlokalizowane na różnych chromosomach.

Ttanskrypcja- jest to proces polegający na przepisaniu informacji RNA na podstawie matrycy DNA. Nici DNA muszą być komplementarne (zasady azotowe muszą być muszą być ułożone w prawidłowy sposób). Dochodzi do procesu syntezy RNA czyli przepisaniu informacji genetycznej na kod RNA. Nić DNA jest wzorcem, na podstawie którego polimerazy RNA (enzymy) układają w odpowiedniej kolejności nukleotydy RNA. Dochodzi do powstania nici RNA komplementarnej do przepisanej nici DNA.

W czasie dalszej obróbki enzymatycznej dochodzi do powstania ostatecznej cząsteczki mRNA, rRNA lub tRNA, które biorą udział w procesie translacji.

Translacja- jest to proces na skutek którego informacja genetyczna zapamiętana w czasie transkrypcji w układzie nukleotydów RNA zostaje przekształcona na sekwencję aminokwasów budujących syntetyzowane białko. Matrycę na której dochodzi do powstania białka stanowi mRNA. Do kordonów mRNA doczepiają się cząsteczki tRNA związane ze specyficznym aminokwasem wchodzącym w skład struktury tworzącej białko. Dochodzi do oddzielenia cząsteczek tRNA od mRNA i aminokwasu. Do procesu translacji dochodzi wewnątrz rybosomów.

Mutacje- dziedziczone zmiany powstałe w materiale genetycznym. W zależności od poziomu organizacji materiału gamet, na którym zachodzą mutacje wyróżniamy:

  • mutacje punktowe są to mutacje genowe dotyczące tylko jednego nukleotydu, jest to zmiana sekwencji DNA prowadząca do zmian lub braku ekspresji kodowanego białka;
  • mutacje chromosomowe inaczej zwane aberracjami chromosomowymi są to zmiany strukturalne chromosomów powstałe na skutek przemieszczania się odcinków na skutek pękania;
  • aneuploidalność jest to stan powstały na skutek nieprawidłowej segregacji chromosomów w czasie mitozy i mejozy, polega on na zmniejszeniu normalnej liczby chromosomów.

Zmienność- powstawanie różnic pomiędzy osobnikami. Całkowity zakres zmienności danej cechy nazwany został zmiennością genotypową. Zmienność występuje na drodze mutacji i rekombinacji genetycznej na skutek różnorodności genów. Zmienność genetyczna (zmienność mutacyjna i rekombinacyjna) mają charakter dziedziczny

Rodzaje zmienności genetycznej:

  • genetyka populacyjna zwana również genetyką ilościową zajmuje się ona badaniem mechanizmu powstawania i utrzymania zmienności genetycznej w populacji na skutek mutacji, selekcji, migracji, a także innych czynników.

Osiągnięcia w dziedzinie genetyki:

1865 rok- badania Mendla, które pokazały że dziedziczenie ma charakter cząsteczkowy, prawo czystości gamet, a także dobór pary genów jest niezależny.

1900 rok- w tym roku powstały prawa Mendla, a także odkryto grupy krwi;

1953 rok- rozpracowano wówczas strukturę DNA- Crick, Watson;

1956 rok- ustalono liczbę chromosomów- 46;

1961 rok- opisano kod genetyczny;

1970 rok- zsyntetyzowano pierwszy gen in vitro;

1979 rok- uzyskano insulinę za pomocą inżynierii genetycznej;

1979 rok- w tym roku doszło do pierwszego udanego zapłodnienia in vitro;

Wskazania do diagnostyki prenatalnej:

1. Wiek matki

2. posiadanie dziecka z wrodzoną wadą lub ciąża, która zakończyła się porodem martwego płodu lub śmiercią noworodka;

3. wykrycie aberracji chromosomowej u jednego z rodziców, u obojga z rodziców lub też u poprzedniego dziecka;

4. występowanie w rodzinie wad sprzężonych z płcią, a także chorób metabolicznych;

5. nieprawidłowy obraz zarodka/ płodu w badaniu USG;

6. w czasie wywiadu ustalono działanie czynników środowiskowych- teragennych (wirus różyczki, alkohol, promieniowanie jonizujące);

Choroby genetyczne:

Albinizm- spowodowany jest brakiem melaniny, dzięki czemu dochodzi do zwiększonej podatności na oparzenia skóry, a także raka skóry, dochodzi do zmniejszenia ostrości widzenia i zaburzeń orientacji, a także zaburzeń w widzeniu przestrzennym. Osoby dotknięte tym schorzeniem nie posiadają aktywnej tyrozynazy na skutek mutacji na genie kodującym ten enzym. Enzym zawiaduje produkcją melaniny, barwnika oczu i skóry. Dzieci, których rodzice (oboje) są nosicielami mutacji w genie tyrozynazy czyli są heterozygotycznymi nosicielami, mogą z 50 % prawdopodobieństwem odziedziczyć zmutowany gen od każdego z rodziców, a prawdopodobieństwo zachorowania dziecka na albinizm wynosi 25 % (tego typu zjawiska nazwane zostały plejotropizmem).

Zespół Taya- Sacha- jest wynikiem spichrzania lizosomalnego, w schorzeniu tym obserwuje się niedobór w lizosomach enzymu- heksozoaminidazy. Dochodzi do gromadzenia w lizosomach elementów błon czego skutkiem jest nieprawidłowe funkcjonowanie komórek nerwowych, u których dochodzi do zaniku osłonek mielinowych. Dziecko dotknięte tym schorzeniem w początkowej fazie rozwija się normalnie, po kilku miesiącach zatrzymuje się w rozwoju, a potem zaczyna się cofać i przed ukończeniem 3 roku życia umiera. Chorobę to dziedziczy się autosomalnie, recesywnie.

Zespół Marfana- spowodowany jest mutacją zlokalizowaną na chromosomie 15, schorzenie to powstaje na skutek niedoboru białka- fibryliny, jest to glikoproteid budujący mikrofibryle tkanki łącznej. Osoby cierpiące na to schorzenie echują się wysokim wzrostem, wydłużonymi palcami rąk i stóp (cierpią na arachnodaktylię). U osób posiadających zespół Marfana stwierdza się często wiotkość zastawki dwudzielnej serca, co jest przyczyną wypadania płatka tej zastawki. Chorobę tą dziedziczy się autosomalnie. Charakteryzuje się ona osłabieniem tkanki łącznej, osłabienie więzadeł jest często przyczyną płaskostopia i skolioz, stawy są nadmiernie ruchliwe i często ulegają zwichnięciu. Osłabione są również więzadła podtrzymujące soczewkę oczną co może prowadzić do krótkowzroczności. Choroba ta może prowadzić do śmierci przed ukończeniem 30 roku życia ( ale nie we wszystkich przypadkach).

Dystrofie mięśniowe- charakteryzują się utratą siły mięśniowej, pogrubionymi łydkami.

  • dystrofia mięśniowa Duchennea- przyczyną tej przypadłości jest dziedziczna mutacja powodująca zablokowanie syntezy białka- dystrofiny. Charakteryzuje się:
  • kardiomiopatią;
  • niewydolnością układu krążenia;
  • skoliozą;
  • ograniczonym rozwojem intelektualnym;
  • wysokim poziomem kinazy kreatynowej w osoczu krwi
  • biopsja mięśni wskazuje na zanik włókien mięśniowych i rozrost tkanki łącznej i tłuszczowej.
  • dystrofia mięśniowa Beckera- dziedziczenie recesywne, sprzężone z płcią (czyli chromosomem X).
  • dystrofia miotoniczna- dotyka mięśni, mięśnie kurczą się lecz nie dochodzi do ich rozkurczu. Schorzeniu towarzyszy również cukrzyca, arytmia serca, zanik gonad.

Genetyczna uwarunkowanie płci chromosomowej zarówno biologicznej jak i psychicznej:

Chromosomowa płeć determinowana jest w chwili zapłodnienia. Już w czasie rozwoju embrionalnego dochodzi do wykształcenia się narządów płciowych charakterystycznych dla określonej płci biologicznej w tym momencie również dochodzi do identyfikacji psychiki z własną płcią biologiczną.

Choroby sprzężone z płcią (aneuploidia)- pojawiają się na skutek nondysjunkcji czyli nie doszło do rozłączenia pary chromosomów (chromatyd siostrzanych) w anafazie. Dochodzi do powstania dwóch komórek, z których jedna ma kopię chromosomu (dodatkowa kopia- trisomia), a w drugiej brakuje kopii tegoż chromosomu (dodatkowego- monosomia). Nie wiadomo co jest przyczyną nondysjunkcji mejotycznej , wiadomo jedynie że częstość jej wzrasta z wiekiem matki.

Choroby związane z powtórzeniem kodonu:

  • zespół kruchego chromosomu X- ekspresja genu odpowiedzialnego za zespół kruchego chromosomu X występuje w Ośrodkowym Układzie Nerwowym, ekspresja powodowana jest zwiększoną liczbą powtórzeń tripletowych w lokus FMR 1. Na końcu chromosomu znajduje się sekwencja CGG powtarzająca się ok. 5- 50 razy u ludzi. Gdy liczba powtórzeń przekroczy 200, to wówczas dojdzie do metyzacji genu, a co za tym idzie do inaktywacji. Diagnostyka prenatalna jak również aminocenteza, a także biopsja kosmówki pozwalają na wykrycie genu odpowiedzialnego za zespół kruchego chromosomu X. Gdy podejrzewa się nosicielstwo tej mutacji wtedy można kobietę poddać stymulacji hormonalnej po to żeby pobudzić owulację i pozyskać wiele komórek jajowych.
  • pląsawica Huntingtona- jest to dziedziczna choroba mózgu, powoduje ona obumieranie neuronów w pewnych częściach mózgu: jądrze ogoniastym i skorupie, a także w korze mózgowej. W miarę rozwoju choroby osoby nią dotknięte tracą zdolność kontrolowania ruchów i emocji. Choroba prowadzi do niepełnosprawności. Choroba ta powodowana jest przez mutację genu na chromosomie czwartym.

Choroby genetyczne przyspieszające procesy starzenia fizycznego, a także psychicznego:

  • progeria- jest to zespół przedwczesnej starości, dziedziczona jest autosomalnie, dominująco. Dzieci, które dotyka to schorzenie wyglądem przypominają starców: bardzo wcześnie siwieją, łysieją, tracą zęby, mają problemy z pamięcią. Dzieci umierają z typowymi objawami starczymi przed okresem dojrzewania.
  • Alzheimer- pełne objawy tej choroby ujawniają się w ostatnim okresie życia, osoby dotknięte tym schorzeniem cierpią na zaniki pamięci mają problemy z myśleniem abstrakcyjnym, a w końcowym etapie osoby chore mają trudności z wykonywaniem najprostszych czynności. Choroba ta dziedziczona jest w 40 %, autosomalnie dominująco. W mózgu chorego powstają tzw. starcze blaszki zbudowane z beta-amyloidu, jak również zwyrodnienia włókniste za które odpowiedzialne jest zmienione białko tau. Zmiany te prowadzą do znacznych utrudnień przewodzenia w neuronach, a także do apoptozy. Dochodzi do zmniejszenia aktywności neuroprzekaźników.
  • Zespół Downa- za schorzenie to odpowiada dodatkowa kopia chromosomu 21(trisomia), która zaburza równowagę ekspresji genów. Osoby dotknięte tym zespołem posiadają charakterystyczny wygląd twarzy, charakteryzują się również obniżeniem napięcia mięśniowego, upośledzeniem rozwoju intelektualnego i fizycznego. Częstokroć występują u nich wady serca, a także innych narządów wewnętrznych. Dzieci to aneuploidia- powodem jest nondysjunkcja pary chromosomów, czyli chromatyd siostrzanych w anafazie. Dochodzi do powstania dwóch komórek, z których jedna posiada dodatkową kopię chromosomu (trisomia), a drugiej komórce brakuje kopii tego chromosomu (monosomia).

Dzieci dotknięte tym zespołem są łagodne i uśmiechnięte, starzeją się szybciej niż zdrowy człowiek. Wiek matki jest jedną z głównych przyczyn tego zespołu.

Choroby nowotworowe:

Choroby te w znacznym stopniu przyczyniają się do śmierci ludzi żyjących obecnie. Często są dziedziczone, a informacja o nich zapisana jest w genach. Pomimo wielu badań i znacznym zainteresowaniem ze strony naukowców schorzeniami powodowanymi gwałtownym wzrostem liczby komórek o charakterze nowotworowym nie udało się do końca wyjaśnić przyczyn wzrostu liczby tych komórek, które dają początek guzkom. Pierwsze komórki, które powstają na skutek podziału zygoty są totipotencjalne, dopiero po kilkunastu podziałach dochodzi do ich różnicowania się na komórki tkanek stałych. Komórki te funkcjonują właściwie jeżeli dojdzie do zahamowania tępa podziałów komórek. Oczywiście wówczas gdy dojdzie do uszkodzenia tkanek tępo podziału komórek powinno ulec przyspieszeniu, dzięki czemu dojdzie do regeneracji uszkodzonego fragmentu.

Do późnej starości ciągłym podziałom podlegają komórki nabłonka, dlatego też nowotwory często dotyczą tej tkanki.

Badania doprowadziły do wykrycia tzw. onkogenów czyli genów niezbędnych do wzrostu w życiu płodowym i w procesach regeneracyjnych.