Múlt órán: Lehetséges tesztfeladatok: Kitől származik a variáció-szelekció paradigma, mely szerint az egyéni, javarészt öröklött különbségek között a társadalmi harc válogat? Fromm-Reichmann Mill Gallton Watson Egyik sem 1 2 Egygénes, mendeli öröklődésű betegségek Mendel borsóval végzett keresztezési kísérletei alapján 1866-ben tette közzé az öröklődés alapvető törvényszerűségeinek összefoglalását: Kísérletek növényhibridekkel, mely eredetileg nem vált elfogadottá, csak később, az 1900-as években Mendel alapötlete az elemek melyeket ma génnek hívunk (ezek ez öröklődés alapegységei 3 4 Mendel egyik kísérlete: A kizárólag zöld, illetve kizárólag sárga sziklevelű szülők keresztezésével az első utódnemzedék (f1) minden tagjánál a sárga szikleveleket figyelhetünk meg. Az ezt követő f2 nemzedéknél ellenben már megfigyelhető a 3:1-es sárga-zöld arány. Mendel következtetései 1. Az öröklött jegyekért felelős elemek" az öröklődés során átadódnak (ezeket az egységeket ma már gének alléljeinek hívjuk.) 2. Az egyén mindkét szülőjétől egyetlen ilyen egységet örököl az adott tulajdonságra nézve 3. Adott jellemző bár fenotípusosan nem jelenik meg, változatlan formában adódik tovább. Ebben a kísérletben a szülői nemzedék egyedei homozigóták, míg az f1 nemzedék összes tagja heterozigóta 5 6 1
Mendel első törvénye: uniformitás és hasadás UNIFORMITÁS: Homozigóta szülők F1 utódai valamennyien azonos genotípust hordoznak, és fenotípusosos megjelenésük is azonos. HASADÁS: A szülői tulajdonságok nem olvadnak össze az f1 nemzedék heterozigóta egyedeiben, hanem változtatás nélkül újra megjelennek az f2 nemzedékben. Mendel második törvénye: a független öröklődés törvénye A különböző allélok egymástól függetlenül adódnak tovább. Ennek eredményeként a további nemzedékekben az eredeti szülői formáktól eltérő kombinációk is megjelennek. Ma már tudjuk, hogy ez annak köszönhető, hogy a Mendel által vizsgált jellemzőket kódoló gének különböző kromoszómákon helyezkednek el. 7 8 Fenotípus Genotípus A Mendel által tanulmányozott 7 jellemző mindegyikénél a gén egyik változata domináns volt a másik felett. Mintha a domináns elemek elfednék a recesszív allél által kódolt jellemzőket. Az elfedés nem jelent módosítást, az allélok változatlan formában örökítődnek tovább. 9 Mai terminológia gén: Az öröklődés fizikai és funkcionális alapegysége, amely egy meghatározott információt hordoz; a DNS egy szegmense. gén lókusz: Az a specifikus hely a kromoszómán, ahol egy gén lokalizálódik allélok: Egy adott gén alternatív formái Genotípus az egyén allélkombinációi Fenotípus a megfigyelhető jellegzetességek Homozigóta azonos allélok (AA, aa) Heterozigóta különböző allélok (Aa) Autoszomális mendeli (egygénes) öröklődésű 10 Mendel törvényei: ÖSSZEFOGLÁS Mendeli öröklődésű BETEGSÉGEK Uniformitás és Hasadás Független öröklődés Alapelvek: 1. Az öröklött jellemzőket az elem -párok közvetítik 2. A szülőktől egy-egy ilyen elemet öröklünk 3. Egyes gének dominánsak 11 Hátterükben egyetlen gén áll, melynek általában számottevő a viselkedésre gyakorolt hatása, öröklési mintázata jellegzetes. 12 2
Huntington kór A betegség kialakulása: felnőttkorban Előfordulási gyakoriság: 1 / 20.000 Kezdeti tünetek: értelmi hanyatlás, egyensúly-vesztés, antiszociális magatartás, végtagrángás A betegség 15-20 éves lefolyása: szellemi leépülés, fulladás A folyamat visszafordíthatatlan, és nem is késleltethető! Öröklöttsége: AUTOSZOMÁLIS DOMINÁNS! A H (mutáns) allél jelenlétében kialakul a betegség: HH Hh hh beteg beteg nem beteg 13 Férfi Nő A Huntington kór öröklődése Házasság Szülők Gyermekek Érintett (beteg) Plomin, 2000 Fig 2.1 (Pg. 6) alapján Hogyan néz ki a Huntington kór családrajza, ha az egyik szülő érintett! Hh hh Hh hh hh Hh Az érintett személyeknek legalább az egyik szülőjük beteg, Az érintett szülő gyermekeinek legalább 50%-a érintett! 14 További autoszomális domináns megbetegedések FH familiáris hypercholesterinaemia Polydactyly További autoszomális domináns megbetegedések Neurofibromatosis Reggie Bibbs Achondroplasia Marfan s syndrome 15 16 Fenilketonúria (PKU) A betegség kialakulása: kora-gyermekkorban Előfordulási gyakoriság: 1 / 10,000 A korai értelmi fejlődés súlyos visszamaradása, mely visszafordíthatatlan értelmi hanyatláshoz vezet A fenilalanin metabolizmusának elégtelen működése Kezelés: speciális fenilalanin mentes diéta, melyet egész életen át tartani kell Öröklöttsége: AUTOSZOMÁLIS RECESSZÍV! betegség csak alakul ki, ha az allélpár mindkét tagja mutáns ( F ): FF Ff ff beteg nem beteg nem beteg 17 A Fenilketonúria (PKU) öröklöttsége Férfi Nő Házasság Szülők Gyermekek Érintett Hordozó Plomin, 2000 Fig 2.1 (Pg. 6)alapján Egy tipikus PKU-s család pedigréje: Ff Ff ff Ff Ff FF A PKU érintett beteg szülei jellemzően egészségesek (de hordozók). Ha az egyik gyermek érintett, a testvér esélye a betegség kialakulására 25%-os. 18 3
Mendeli öröklődésű betegségek : ÖSSZEFOGLÁS Autoszomális domináns Autoszomális recesszív Amikor nem jellemző a mendeli független öröklődés törvénye Mi történik, ha két jellemzőt kódoló gén azonos kromoszómán, egymáshoz közel helyezkedik el? X-hez kötött ( ) 19 20 100%-os kapcsoltság Meiozis Az anyai és apai kromoszómák meiozís során összetapadnak, és részeik kicserélődnek egymással (átkereszteződés rekombináció), és véletlenszerű eloszlásban kerülnek az ivari sejtekbe. 21 22 Rekombináció A rekombináció biztosítja a genetikai változékonyságot 30-40 átkereszteződés (kromoszómánként 1-2) Fontos információ a kromoszómális térképezésben ABC és abc nem rekombináns, ABc és abc rekombináns A gének távolságával arányos a rekombináció esélye 23 24 4
Allél és genotípus gyakoriságok A a normál allél (vad típus), a a mutáns allél A allél gyakorisága 50% a allél gyakorisága 50% Mi a lehetséges genotípusok gyakorisága? AA Aa aa = 0.5 = 0.5 = 0.5 x 0.5 = 0.25 = (Aa és aa) = 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5 = 0.5 x 0.5 = 0.25 25 Allél, genotípus és fenotípus A a nyelvpödrés képességének domináns allélja a a nyelvpödrésre való képtelenség recesszív allélja A allél gyakorisága = 60% a allél gyakorisága = 40% = 0.6 = 0.4 Mi az alábbi fenotípusok gyakorisága? nyelvpödrés képessége: =(AA vagy Aa)= 0.36 + 0.48 = 0.84 AA = 0.6 x 0.6 = 0.36 Aa = 2 x 0.4 x 0.6 = 0.48 nyelvpödrésre való képtelenség: = (aa genotípus) = 0.4 x 0.4 = 0.16 26 http://udel.edu/~mcdonald/mythtongueroll.html Már a jó öreg mendeli sem teljesen mendeli A Hardy-Weinberg egyenlőség A populációgenetika alaptörvénye, hogy az allélok és genotípusok gyakorisága nem változik az öröklődés során (kivéve a szelekció, génáramlás vagy genetikai sodródás hatásait) A allél1, a allél2 A allél gyakorisága = p a allél gyakorisága = q Genotípusok: AA Aa aa aa (p+q) 2 = p 2 + 2pq + q 2 = 1 p + q = 1 % A Apa a A Anya a p 2 pq pq q 2 27 Ezt az egyenletet felhasználva kiszámolhatjuk az érintettek, hordozók előfordulási gyakoriságát a populációban! 28 Honnan tudjuk, hogy minden 50. ember PKU hordozó? Előfordulási gyakoriság: 1 / 10.000 (p+q) 2 = p 2 + 2pq + q 2 = 1 p + q = 1 A Anya a Mit keresünk? PKU hordozókat = Aa (2pq) Mit tudunk? aa (érintett) = 1/10.000, q 2 =0,0001 Ebből kiszámolható, hogy q=0,01 Mennyi a 2pq? Ehhez: p=1-0,01=0,99 2pq=0,99 x 0,01 x 2=0,0198 = kb. 2% = 1/50 % A Apa a p 2 pq pq q 2 29 Huntington kór és Fenilketonúria Mendel törvényei I. (domináns és recesszív öröklődés, uniformitás, hasadás) Kapcsoltság és kromoszómális térképezés Amikor nem jellemző a mendeli független öröklődés törvénye Előfordulási gyakoriság - számolások A Hardy Weinberg egyensúly 30 5
Szakirodalom Plomin (2001) Behavioral Genetics: Ch 2. Lénárd Gábor (2003) Biológia III. Az élőlények öröklődése 7-30. A populációk genetikai egyensúlya 113-114 Elgondolkodtató feladat Vajon miért nem halnak ki az olyan mendeli öröklődésű rendellenességek, mint a Fenilketonúria, vagy a Huntington kór? Lehetséges tesztfeladatok: Rajzold fel a Huntington kór családrajzát, ahol az apa homozigóta formában hordozza a mutáns allélt, az anya pedig egészséges. Milyen gyakori az albinizmus allélját hordozó heterozigóták előfordulása, ha a betegség prevalenciája Észak-Amerikában 1/20,000? 0.7% 1/20000 1/71 0.0014 Egyik sem 31 32 Lehetséges tesztfeladatok: Tudjuk, hogy egy családban az anya Huntington érintett (heterozigóta), az apa nem. Ugyanakkor az apa heterozigóta formában hordozza a Fenilketonúria mutáns allélját (az anya nem). Melyik állítás igaz az alábbiak közül: A gyermekeknél a Fenilketonúria autoszomális recesszív öröklődés-menetének megfelelően a gyermekeknél az f2 nemzedékre jellemző 3:1-es arányt figyelhetjük meg. A két szülő más-más betegség mutáns alléljainak hordozója, így kicsi az esélye, hogy a Huntington-érintett gyermek egyben a Fenilketonúria mutáns alléljának is hordozója legyen. A családban születendő fiú gyermek 50% eséllyel lesz felnőttkorában Huntington kóros, viszont biztos, hogy nem lesz Fenilketonúriás. 33 6