Základy genetiky

Potomkovia všetkých živých organizmov sa podobajú na svojich rodičov. Túto základnú vlastnosť všetkého živého označujeme ako dedičnosť. Podobnosť potomkov s rodičmi nie je však úplná. Môžu sa líšiť v morfologických i funkčných znakoch. Táto vlastnosť sa označuje ako premenlivosť(variabilita). Dedičnosť a premenlivosť sú dve neoddeliteľné vlastnosti toho istého javu a študuje ich veda o dedičnosti - genetika.
Zakladateľom genetiky je Johann Gregor Mendel (1822 -1884), opát kláštora v Brne, ktorý prvý opísal zákonitosti premeny dedičných vlôh.
Základnou jednotkou dedičnosti je dedičná vloha -gén. Gény sú uložené v jadrách buniek. Gén je vlastne úsek molekuly DNA, určitá časť chromozómu. Genetická informácia je kódovaná poradím zložiek DNA -nukleotidoy (obr. 15). Gén, t. j. poradie nukleotidov, určuje poradie aminokyselín v bielkovine, ktorú bunka tvorí, a tým i jej vlastnosti. Bielkoviny sa stávajú súčasťou štruktúry bunky či organizmu. (morfologické znaky), alebo ako transportné bielkoviny či enzýmy ovplyvňujú výmenu a premenu látok a energií (funkčné znaky). Súbor génov bunky (organizmu) označujeme názvom genotyp. Genotyp najmenších vírusov obsahuje niekoľko génov, kým v genotype vyšších organizmov sú ich státisíce. Súbor znakov organizmu (tvar, stavba, funkcia) označujeme názvomfenotyp. Ovplyvňuje ho pôsobenie génov i prostredia. Napríklad malý vzrast môže byť podmienený dedične, alebo je spôsobený nedostatkom potravy. Obidva vplyvy sa môžu uplatniť aj súčasne.
Chromozómy vyšších organizmov sú zastúpené v jadre párovo. Preto sú aj gény pre každý znak párové. Jedinec, ktorý má pre určitý znak na obidvoch chromozómoch rovnaké gény (alely), je homozygotný (homozygot). Príkladom sú osoby krvnej skupiny O (gény O, O). Ak má jedinec pre znak rôzne gény, nazýva sa heterozygotný (heterozygot). Príkladom môžu byť osoby krvnej skupiny AB (gény A, B). Vzťah génov v pároch objasnil vo svojich pokusoch Mendel. Mendel krížil hrachy s rozličnou farbou kvetov. Východiskové rodičovské rastliny boli homozygotné. Krížením červenokvetých a bielokvetých rastlín získal červenokveté rastliny. Vloha pre červenú farbu vo fenotype prevládla, všetky rastliny mali rovnaké kvety. Tento poznatok je formulovaný ako pravidlo o uniformite kríženco v a má všeobecnú platnosť. VIohu, ktorá prevládla, označujeme ako dominantnú. Vloha, ktorej fenotypový prejav bol potlačený, sa nazýva recidíva. V príklade krvných skupín sú gény A a B dominantné, gén O je recesívny.

Osoby krvnej skupiny A môžu mať preto gény A, A (homozygoti) i A, O (heterozygoti), osoby krvnej skupiny B gény B, B aj B, O. Pri krížení hybridov prvej generácie medzi sebou získal Mendel červenokveté i bielokveté potomstvo. Recesívne vlohy hybridov boli síce potlačené, ale zostali nezmenené v genotype a prenášali sa na potomstvo. Pomer červenokvetých a bielokvetých potomkov bol 3:1 (3/4: 1/4). Bielokveté rastliny boli homozygotné, ich krížením získal Mendel iba bielokveté potomstvo. Recesívne sa dedičný znak môže vo fenotype prejaviť len u homozygotov. Z červenokvetých potomkov bola 1/4 homozygotná a 2/4 heterozygotných. (Schéma Mendelovho pokusu je na obr. 16.) Dominantný gén sa v genetických schémach označuje velkým písmenom, kým recesívny gén rovnakým malým písmenom. Poznatky z pokusu sú formulované ako pravidlo o štiepení (3:1) a pravidlo o čistote a voľnej kombinovateľnosti vlôh (vlohy v genotype zostávajú nezmenené a môžu sa voľne kombinovať). Volná kombinovatelnosť vlôh je podmienená nezávislým rozchodom chromozómov do dcérskych buniek v meióze. Náhodnosť vzniku určitého genotypu si môžeme ukázať na určení chromozómového pohlavia plodu. Ženy majú v karyotype dva chromozómy X (homozygoti), muži chromozóm X a Y (heterozygoti). Preto všetky vajíčka obsahujú chromozóm X, polovica spermií chromozóm X a polovica Y. O pohlaví dieťaťa rozhodne, ktorá z miliónov spermií oplodní vajíčko, či s chromozómom X (narodí sa dievčatko) či Y (narodí sa chlapec). Pomer pohlaví novorodencov v populácii je približne 1:1. V rodine sa však môže narodiť viac chlapcov či dievčat po sebe. Účasť spermie s chromozómom X alebo Y na oplodnení nie je asi náhodná, ale neovplyvňuje ju výsledok predchádzajúcej tehotnosti. Štiepne pomery majú charakter náhodných javov a platí pre ne počet pravdepodobnosti. V súčasnosti je u človeka známych viac ako 1000 znakov (predovšetkým chorôb a vrodených chýb) dominantne dedičných a takmer rovnaké množstvo znakov recesívne dedičných. Pre ich dedičnosť platí takisto Mendelovo pravidlo.
Z karyotypu na obr. 17 je zrejmé, že chromozóm X je oveľa dlhší ako chromozóm Y. Preto chromozóm X obsahuje oveľa viac génov. Na chromozóme X sú napríklad iba gény pre farbosleposť, pre tvorbu faktorov VII a IX krvnej zrážavosti, ktorých nedostatok spôsobuje hemofíliu (pozri kap. Zastavenie krvácania). Hemofíliou sú potom postihnutí prakticky len muži. Chybná recesívna vloha na jedinom chromozóme X sa u mužov prejaví už v tejto jedinej dávke. Žena s jednou takouto recesívnou vlohou je heterozygotom s normálnou zrážavosťou krvi; je však prenášačkou vlohy.

Polovica jej synov bude mať hemofíliu, polovica dcér sa stane opäť prenášačkami. Muž s hemofíliou bude mať zdravé potomstvo, ale všetky jeho dcéry budú prenášačky. Dedičnosť vlôh na chromozóme X (alebo Y) sa označuje ako pohlavne viazaná, lebo sa dedí v závislosti od pohlavia. Mnohé znaky sa pri krížení neštiepia, no i tak je podobnosť medzi rodičmi a deťmi výrazná (výška postavy, hmotnosť, inteligencia, krvný tlak). Podmienené sú účinkom mnohých génov a ich dedičnosť sa označuje ako polygénna (gr. po ly = veľa). Dedičnosť polygénne dedičných znakov určuje iba dispozíciu na vznik znakov, ktoré sa výrazne otvárajú vplyvom prostredia. Poznatky o dedičných dispozíciách majú veľký praktický význam. Väčšina úžitkových vlastností rastlín a zvierat sa dedí polygénne. Polygénne dedičné dispozície u človeka podmieňujú talent (pre šport, hudbu a pod.), typ telesnej stavby aj najčastejšie choroby (napr. cukrovka, alergia, poruchy vývinu bedrového kfbu, srdcové chyby). Genetické poznatky umožňujú priaznivé dispozície rozvíjať a nepriaznivé naopak potláčať.
Prostredie neovplyvňuje len prejav génov vo fenotype, ale môže meniť aj gény samy. Zmeny génov označujeme ako mutácie a vplyvy, ktoré ich vyvolávajú, nazývame mutagény. Mutagénne sú: ionizujúce
a rôntgenové žiarenie, niektoré chemické látky a vírusy. Genotyp obsahuje väčšinu génov preverených dlhým prirodzeným výberom. Väčšina mutácií je preto nepriaznivá. Môžu spôsobiť vznik chorôb, rodených
chýb a nádorov. Ak mutácie postihujú zárodkové bunky, prenášajú (dedia) sa na ďalšie generácie. Preto sa treba pred mutagénmi chrániť. Malá časť mutácií je výhodná a uplatňuje sa pri vývoji druhov. V šfachtitefstve sa žiarenie využíva na získanie výhodných mutácií zvyšujúcich plodnosť alebo odolnosť rastlín.

GENETIKA ČLOVEKA musí využívať na získanie poznatkov o dedičnosti niektoré zvláštne postupy, lebo na skúmanie dedičnosti nemožno ľudí zámerne krížiť, ako sa to robi pri iných druhoch. Prácu sťažuje aj malý
počet potomkov v rodinách a v priemere 25 rokov do narodenia ďalšej generácie. Genetika človeka sa preto opiera o štúdium rodokmeňov Z výskytu sledovaného znaku u členov rodiny môžeme usudzovať
na spôsob dedičnosti. K poznaniu dedičnosti významne prispieva aj vyšetrenie chromozómov a najnovšie i DNA. Lekárska genetika študuje dedičnosť chorôb a vrodených chýb. Vypracúva postupy na zabránenie narodenia postihnutých jedincov a prejavov nežiadúcich dispozícií.

K preventívnym opatreniam patrí konzultácia voľby partnera, chromozómové alebo iné vyšetrenie plodu s možnosťou prerušiť tehotnosť pri dôkaze postihnutia plodu, vyhľadávanie a vyšetrenie osôb a rodín s rizikom dedičných chorôb, ochrana pred mutagénmi. Hlavným cieľom lekárskej genetiky je pomôcť manželom v zodpovednom plnení ich rodičovských povinností, v realizácii práva na narodenie zdravého dieťaťa. Tento cieľ je vyšší, ako si kládla eugenika, ktorá sa usilovala o zušľachtenie ľudského rodu ovplyvnením plodnosti v rodinách.
Tvorba bielkovin patrí medzi základné prejavy bunkových funkcií. Bielkoviny patria medzi najdôležitejšie stavebné a výkonné molekuly v bunke. Na pochopenie riadenia všetkých procesov v bunke majú poznatky o ich tvorbe zásadný význam, lebo bielkoviny zabezpečujú syntéžu nukleových kyselín, svoju vlastnú tvorbu, metabolizmus cukrov a tukov a regulujú činnosť celého organizmu. Genetický program uložený v jadre bunky sa realizuje prostredníctvom bielkovín.

DNA -RNA -bielkovina

Zloženie bielkovín, ktoré je bunka schopná tvoriť, je zapísané genetickým kódom v DNA jadra bunky. Na podnet z prostredia alebo z cytoplazmy prepíšu enzýmy zápis génu (DNA) do kódu molekuly informačnej RNA (mRNA). mRNA prechádza pórmi jadrovej membrány do cytoplazmy. Po úprave sa napája na ribozómy a postupne prechádza medzi ich podjednotkami. Stavebné prvky bielkovín - aminokyseliny - sa na ribozómy dopravujú transportnou RNA (tRNA). Na ribozómoch sa aminokyseliny spájajú do reťazca bielkoviny v poradí, ktoré určuje kód mRNA. Vzniknutá bielkovina sa dopravuje kanálikmi endoplazmatického retikula do Golgiho komplexu, kde sa dotvára na aktívnu bielkovinu spojením viacerých reťazcov, alebo naopak odštiepením časti reťazcov. Bielkovina môže vznikať iba za určitých podmienok. Na jej tvorbu sú nevyhnutné početné enzýmy, stavebné látky na tvorbu nukleových kyselín (nukleotidy) a bielkovín (aminokyseliny). Na syntézu je nevyhnutné i značné množstvo energie, ktorú bunka získava oxidačnými procesmi v mitochondriách, a vhodné prostredie v cytoplazme (ióny). Čas potrebný na tvorbu bielkoviny je závislý od jej typu - pohybuje sa od niekoľkých minút po niekoľko hodín. Tvorba bielkoviny ustáva po odznení podnetu zastavením prepisu génu do mRNA a "opotrebovaním" už vytvorenej mRNA. Tvorbu bielkoviny môže zastaviť i nedostatok stavebných látok a energie alebo porucha bielkovinotvorného aparátu. Do tvorby bielkovín zasahujú niektoré antibiotiká, čím potláčajú množenie baktérií.


DETSKÝ VEK

U novorodencov sú vážnym problémom vrodené chyby. Zapríčiňujú 25 % novorodeneckej úmrtnosti a sú záťažou pre rodinu i spoločnosť. S ťažkými vrodenými chybami sa rodí 2 % novororodencov, 5 % s ľahkými chybami.

Príčinou vrodených chýb sú buď chromozómovy odchýlky (Downova choroba -nadpočetný 21. chromozóm), alebo dominantné a recesívne typy dedičnosti. Väčšina chýb je polygénne dedičná (srdcové chyby, rázštepy pery a podnebia atď.). Z vplyvov prostredia (mutagény) spôsobuje
vznik vrodených chýb najčastejšie alkohol, ružienka, žiarenie apod.
I Prevencia vrodených chýb vychádza zo znalosti ich príčiny. Základom je genetické vyšetrenie. Prevencia spočíva v odstránení mutagénnych alebo inak pre plod škodlivých vplyvov a cielové využitie diagnostických možností uplodu (chromozómové vyšetrenie, ultrazvuk atď.) Zavádza sa i vyšetrenie prítomnosti neželatefných génov u plodu. Pri dôkaze postihnutia plodu je indikované prerušenie tehotnosti.