GENETIKA ALAPOK - szőlész-borász BSc Az előadások anyaga PDF-ben: Genetika / Hallgatóknak (oktatási anyagok)
usrname/passwd: genetika/mendel
Előadásokra járni kötelező. 3 ZH a félév során a nappalisoknak: 2016. szept. 26., okt. 17., nov. 21. ZH anyaga: az addig elhangzottakhoz tartozó fogalmak, genetika példák, ami még nem volt a ZH anyaga. Vizsgázni az jöhet, aki mindhárom ZH-t legalább 50%-ra teljesíti! (pót ZH alkalom lesz)
Neandervölgyi SEGÍTSÉG A TANULÁSHOZ: Genetika Tsz. web jegyzet:
http://ttk.pte.hu/biologia/genetika/atg/atgB.htm
Deák Veronika: Általános genetika Szarka András – Wunderlich Lívius: A biokémia alapjai http://www.interkonyv.hu/index.php?page=konyvek&series_id=49
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-1
MENDEL: az öröklődő jellegek alapvető tulajdonságai Mi öröklődik? Hogyan öröklődik? Jól átgondolt kísérletek (1856-63): 1) modellnövény a borsó önbeporzó, de keresztezni is könnyű, nagy számú utód, rövid generációs idő 2) egyértelműen elkülöníthető alternatív jellegek, egyértelmű követhetőség
Neandervölgyi
3) tiszta vonalak, a kiválasztott jellegeket sok generáción keresztül örökítik (önbeporzás) 4) Jól kézbentartott kísérletek, önbeporzás vagy keresztezés, reciprok keresztezés a szülők felcserélésével Meghatározó a pollen vagy a petesejt anyaga? 5) nagy számú utód és statisztikai elemzés 6) Praktikus kísérletező. A legtöbb jelleg öröklődése ugyanabban az évben kiértékelhető volt.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-2
Keresztezés porzók eltávolítása, megtermékenyítés idegen pollennel reciprok keresztezések (pollen fehér virágból, pollen lila virágból) A „hibrid” v. első v. F1 generáció kiértékelése F1 növények önbeporzása → F2 generáció
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-3
Neandervölgyi
1. mag forma: kerek / ráncos 2. mag táplálószövet színe: sárga / zöld 3. virágszín: bíbor / fehér 4. hüvely forma: egyenes / becsípett 5. éretlen hüvely színe: sárga / zöld 6. virágállás: axiális / terminális 7. termet: magas / alacsony
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-4
MONOHIBRID keresztezések A hibridek (F1) nem középformák, az egyik jelleg elfedi a másik jelleget. Domináns jelleg, amit a hibridben (F1) észlelhet. Nem függ a szülőtől (pollen vagy petesejt) A másik jelleg nem tűnik el, csak nem jut érvényre (recesszív), mert a következő generációban (F2) megjelenik (3:1 arányban). Feltételezés és jelölés: domináns – A; recesszív – a : az ivarsejtek csak egy determinánst tartalmaznak és a megtermékenyített Neandervölgyi petesejtben lesz újra kettő. Lehetséges kombinációk:
A/A , A/a , a/A , a/a
Fenotípus – látható (sárga/zöld) Genotípus – a genetikai háttér homozigóta domináns v. recesszív A/A , a/a heterozigóta A/a
A zöld magokból több generáción keresztül csakis zöld magokat hozó növények származtak (önbeporzással!)
Punnett-tábla: későbbi ábrázolás, a gaméták lehetséges genotípusai, a lehetséges utód genotípusok és számarányuk ábrázolása 2016-09-13
2. kísérlet: 258 hibrid növényről (F1, sárga magokból) 8023 mag (F2) sárga 6022 zöld 2001 - az arány: 3,01:1 (3:1)
GENETIKA ALAPOK
a sárga magok két félék: i) csak sárga magokat hozó növények ii) sárga és zöld magokat hozók (3:1) 1-5
Neandervölgyi
Az első generációra az uniformitás jellemző, minden utód a domináns jellegnek megfelelő fentípust mutatja. A második generációnál szegregáció figyelhető meg. Megjelenik az „elfedett” recesszív jellegnek megfelelő fenotípus is 1:3 arányban. 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
Mendel valójában az apai és anyai eredetű homológ kromoszómák ivarsejtekbe történő random és egyenlő arányban való eloszlását, és az új utódban való véletlen kombinálódását figyelte meg. A választott jellegek többsége más és más kromoszómán helyezkedett el. 1-6
Tesztelő keresztezés – test cross Egy utód ismeretlen genotípusának kiderítése egy ismert genotípusú, homozigóta recesszív egyeddel való keresztezéssel lehetséges. Mendel ezzel is bizonyította, hogy az F1 nemzedék minden tagja heterozigóta, egy domináns és egy recesszív determinánst hordoz, azaz 1:1 arányban képez domináns és recesszív determinánsokat hordozó gamétákat.
Neandervölgyi
Domonáns és recesszív génváltozatok vagyis allélek Ha a domináns fenotípus mögött heterozigóta genotípus áll, akkor test cross-ban 50% recesszív fenotípust mutató (homozigóta recesszív) utód is keletkezik. Ha a tesztelt egyed homozigóta domináns, akkor minden utód heterozigóta lesz és a domináns fenotípust mutatja.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-7
DIHIBRID keresztezések A két jelleg a monohibrid keresztezésekből levezethető módon viselkedik F1 nemzedék azonos fenotípusú egyedekből F2 nemzedékben a tulajdonságok egymást nem befolyásolva, függetlenül szétválnak: független kombinálódás a gaméták kialakulásakor A két vizsgált tulajdonságpár az F2 nemzedékben 9:3:3:1 arányban hoz létre véletlenszerűen különböző kombinációkat. REKOMBINÁNSOK (a szülőitől eltérő fenotípust Neandervölgyi mutató utódok) keletkeznek. A folyamat véletlenszerű. A dihibrid keresztezésekben két, markerekkel jelölt kromoszóma párnak az utódokban való független kombinálódását lehet nyomon követni. Mendel idejében azonban nem láttak még kromoszómát és nem is tudtak annak szerepéről. Két különböző tulajdonságot meghatározó gén csak akkor mutat független szegregációt, ha különböző kromoszómákon helyezkedik el, vagy ha azonos kromoszómán, de egymástól nagy távolságra vannak. Különben a két gén szegregációja nem random, kapcsoltságot mutat lásd kromoszómatérkép 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-8
MENDELI ÖRÖKLŐDÉS EMBERBEN
2016-09-13
RECESSZÍV ALLÉLEK
TÜNET
GYAKORISÁG
Thalassaemia
csökkent hemoglobin, anémia, csont, lép nagyobbodás α- és β-thalassaemia, 4 ill. 2 allél, deléciók Malária szelektál a hordozókra!
1/10 is lehet Olaszország egyes részein
Cisztás fibrózis
légzési és mirigyműködési hibák ... CFTR gén hibája
1/2000 kaukázusiaknál
Sarlósejtes vérszegénység
abnormális hemoglobin és vörösvértest, βglobin gén pontmutációi kolinearitás, Vernon INGRAM Malária ellenállóság!
1/625 afroamerikaiakn ál
Fenilketonúria
fenilalanin anyagcsere zavar
1/10.000 kaukázusiaknál
Albinizmus, kretenizmus, tirozinózis, alkaptonúria
fenilalanin-tirozin anyagcsere lásd Garrod genet
Neandervölgyi
GENETIKA ALAPOK
1-9
DOMINÁNS ALLÉLOK
TÜNET
GYAKORISÁG
Huntington kór
neurológiai, mentális leépülés (40-70 év között)
1/25.000 kaukázusiak között (1/10.000 Mo)
Hiperkoleszterolémia
magas koleszterin, anyagcsere hiba (infarktus 50 év körül)
1/122 francia kanadaiak
Embernél genetikai kísérletek végzése etikátlan, de nem is praktikus. - Hosszú generációs idő, kevés utód. Megfigyelések Modellszervezeteken szerzett tudás alkalmazása. Humán betegség modellek élesztőtől az egérig. Családfa elemzés A „vertikális „öröklésmenet domináns jellegre utal.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-10
Neandervölgyi A Huntington kórt egy domináns allél okozza: Elszigetelt venezuelai faluban végzett családfa elemzés (5 generáció) eredménye.
A betegség tünetei jóval a párválasztás, gyerekszülés után jelentkeznek.
Kék szimbólumok jelzik a feltételezhetően heterozigóta („érintett”) domináns egyedeket.
Ma már molekuláris módszerekkel a HD allél kimutatható. Prenatális diagnózis.
Biztos mindenki heterozigóta? Miért? I-1 lehetséges kivétel. Miért?
Etikai kérdések.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-11
A cisztás fibrózis egy recesszív allélhez kötött: A betegség megjelenésének „horizontális” mintázata ritka recesszív jellegre utal. Cisztás fibrózis (CF) Mivel az allél ritka, feltételezhető, hogy a következő egyedek CF+/CF+ homozigóták: II-1, II-4, III-1, III-3, IV-1, IV-3 rokon házasság: V. betegség megjelenése: VI Kik a hordozók? biztos: lehetséges: (nem szabvány jelölés) Szociális és morális problémák. pl.: a Huntington kór és a vérzékenység esetén
16-09-13
MSc - GENETIKA
1-12
Melyik a kakukktojás, vagy ki a kakukktojás?
Neandervölgyi
Vörös haj (fehér bőr) Recesszív allél (az MC1R gén allélja) Nem minden „érintettség” jelent betegséget! Ne keressük a mendeli arányokat (pl 3:1) még, ha négy utód is van! Van-e valamelyik családfánál ellentmondás a mendeli szabályokkal? Folyékony vagy száraz fülzsír Albinizmus Érintettség, betegség, letalitás ...
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-13
A KROMOSZÓMA ELMÉLET Új festési eljárással láthatóvá váltak a kromoszómák (1880-as évek) Walther Flemming, anilin festék, kromatin, mitózis Mitózis, meiózis tanulmányozása. Walter Sutton - „The chromosomes in heredity” Theodor Boveri Sutton-Boveri kromoszóma elmélet Sutton – Brachystola magna szöcske meiótikus osztódását tanulmányozta Kétféle spermium 11+X és 11+Y Neandervölgyi Petesejteknél csak 11+X A nem meghatározása: X és Y Számos más élőlénynél igazoltak hasonló elrendezéseket. 1) Minden sejt két példányban tartalmazza az összes kromoszómát. Nemi kromoszómák: szexoszómák 2) A kromoszómák, mint Mendel jellegei, változatlanul A gének hordozói a kromoszómák. megmaradnak, továbbadódnak a szülőkből az utódokba. Elinor Carothers hasonló kísérletek két sajátos kromoszómapár heteromorf és pár nélküli (Fig. 3-2.) A mendeli jellegeknek megfelelően kerülnek át az utódokba. Függetlenül kombinálódnak a meiózis során! 2016-09-13
3) Meiózis alatt a homológ kromoszómák párba állnak, majd szétválnak a gamétákba, ahogy azt a mendeli jellegek is teszik. 4) Az apai és anyai homológ kromoszómák szétválása a többi kromoszómától független, véletlenszerű. 5) Megtermékenyítésnél a gaméták kromoszómái bekerülnek a zigótába. 6) A megtermékenyített sejtből származó minden sejt fele kromoszóma- és génkészlete az egyik, míg a másik fele a másik szülőből származik.
GENETIKA ALAPOK
1-14
A nemhez kötött öröklődés Drosophila melanogaster, muslica (borlégy) Thomas Hunt Morgan, légyszoba, X kromoszómához kapcsolt szemszín öröklődés, Alfred Sturtevant genetikai térképezés Calvin Bridges, kromoszóma elmélet bizonyítása Herman J. Muller - röntgensugár mutagenezis Apró, 2mm hosszú, barnás test, Fej: két kb 1000 facettából álló összetett szem + 3 pontszem, antennák és nyalogató szájszerv Tor: három szelvény, három pár láb, 2. szelvényen két szárny, 3. szelvényen két billér Potroh: ivari dimorfizmus (ábrák), különböző számű háti ill. hasi Neandervölgyi lemezek, hímeknél a vége fekete (+sex comb) Lárva: fej, tor 3 szelvény, potroh 8 szelvény, telson Egyszerű táptalajon tenyészthető: banánpüré v. kukoricaliszt, cukor, élesztő. Egy pártól több száz egyed, de lehet több ezer is. „Szüzek gyűjtése”: a felnőtt egyedek kikelésük után néhány óráig még nem ivarérettek. Ilyenkor lehet a különböző keresztezésekhez elkülöníteni őket. Násztánc, párzás, spermatéka tároló, megtermékenyítés után peterakás.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-15
A nemhez kötött öröklődés Egy specifikus jelleg egy specifikus kromoszómához kapcsolt. Thomas Hunt MORGAN Neandervölgyi Drosophila melanogaster fehér szemű hím white, w és w+ Miért pont hím volt a fehér szemű mutáns? Nemhez kötött öröklődés! Csak a hímek fele fehér szemű. Nincs fehér szemű nőstény.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-16
white, w és w+ allélek hemizigóta hímek X kromozómához kötött nem nemi jelleg F2 nőstények fele heterozigóta w / w+ Ezek esetében megfigyelhető a cikk-cakk öröklődés (criss-cross)
Neandervölgyi F2-ben a hím fehér szemű F3-ban a nőstények fele is ilyen nőstények és piros szemű hímek utódai között a hímek lesznek fehér szeműek
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-17
X kromoszómához kötöt humán gének Piros-zöld színvtévesztés Wilson 1911-ben felvetette, hogy a színvaksággal kapcsolatos gén az X kromoszómán helyezkedik el, mert az anyai nagyapa defektusa nagyjából 50 %-ban megjelenik a fiú unokáknál. Az anyák viszont nem színvakok. Ez volt az első, kromoszómához köthető humán jelleg. Az európai populációban 8% színvak fiú és 0,44% leány utód születik. Színtévesztés, színvakság: a színlátást szolgáló háromféle „csap” legalább egyike nem működik a szemben.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-18
Vérzékenység – hemofília Viktória királynő utódai között X kromoszómához kötött, recesszív allél. A véralvadási faktorokat (VIII, IX) meghatározó egyik gén hibája.
Neandervölgyi
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-19
AZ EUKARIÓTA SEJT FELÉPÍTÉSE Biogén elemek Az ismert elemek csak egy része fordul elő a földi élőlényekben. Ezek a biogén elemek. Legfontosabbak a C, H, N, O, de nélkülözhetetlen a P, S, Na, Ca, Mg, Cl is. Szerves vegyületek Szerves vegyületnek nevezzük a szénatomot tartalmazó komplexebb vegyületeket, melyek általában hidrogén atomokat is tartalmaznak, de gyakran alkotójuk az oxigén, nitrogén és foszfor is. A sejtben található szerves vegyületek négyféle családba sorolhatók: cukrok, zsírsavak, nukleotidok, aminosavak. Neandervölgyi Ezek komplexebb molekulák, makromolekulák alkotói: cukrok → poliszacharidok aminosavak → fehérjék (polipeptidek) nukleotidok → nukleinsavak (DNS, RNS) zsírsavak → zsírok, lipidek, membránok A cukor, aminosav vagy nukleotid monomerekből kondenzációs rekcióval (vízmolekula kilépésével) alakulnak ki az egyes polimerek, és hidrolízissel bomlanak alegységekre.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-20
Funkciós csoportok szerves molekulákon Hidroxilcsoport (–OH): A szénatomhoz egy oxigénatomon keresztül kapcsolódik a hidrogénatom (az ilyen csoportot tartalmazó vegyületek az alkoholok). Oxocsoport (vagy karbonilcsoport, =O): Egy láncközi szénatomhoz kettős kötéssel kapcsolódik az oxigénatom (az ilyen csoportot tartalmazó vegyületek a ketonok). Aldehidcsoport (vagy formilcsoport, –CH=O): Ez tulajdonképpen egy olyan oxocsoport, amelyben a Neandervölgyi láncvégi szénatomhoz kapcsolódik az oxigénatom kettős kötéssel (az ilyen csoportot tartalmazó vegyületek az aldehidek). Karboxilcsoport (–COOH): Egy láncvégi szénatomhoz kapcsolódik egy oxo-, és egy hidroxilcsoport (az ilyen csoportot tartalmazó vegyületek a karbonsavak). Aminocsoport
(–NH2):
A
szénatomhoz
egy
nitrogénatom kapcsolódik, amely másik két vegyértékével hidrogénatomokat köt (az ilyen csoportot tartalmazó vegyületek az aminok). 2016-09-13
Tiol(szulfanil)-csoport (–SH): A szénatomhoz egy kénatomon keresztül kapcsolódik a hidrogénatom. Foszforilcsoport (vagy foszfátcsoport, –PO(OH) 2 : A szénatomhoz (vagy oxigénatomhoz) egy foszforatom kapcsolódik, ami köt egy kettős kötésű oxigént és két –OH csoportot is.
GENETIKA ALAPOK
1-21
Cukrok v. szénhidrátok A szénatomhoz hidrogén és hidroxil csoport kapcsolódik (H-C-OH)n, és oxo csoportot is találunk a molekulákban. MONOSZACHARIDOK Pentózok: 5 szénatom, ribóz, dezoxiribóz RNS, DNS alkotók Hexózok: 6 szénatom glükóz, fruktóz, galaktóz, mannóz tápanyagok, polimerjeik szerkezeti elemek is
galaktóz és mannóz
DISZACHARIDOK tejcukor v. laktóz α- és β-glükóz v. szőlőcukor OLIGOSZAHARIDOK pl. vércsoport meghatározó sejt felszíni képlet, egyes fehérjék „dekorációi” POLISZACHARIDOK tápanyag raktározó Neandervölgyi és szerkezeti elemek – cellulóz (-glükóz), keményítő és glikogén (laktóz (tejcukor) = galaktóz+glükóz glükóz)
cellulóz (-glükóz alegységek)
keményítő és glikogén (α-glükóz alegységek, elágazások) 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-22
Lipidek Heterogén csoport, apoláros csoport, zsíroldószerekben oldódnak. Sok -CH2- csoport NEUTRÁLIS ZSÍROK (gliceridek) glicerin és zsírsavak észterei, ha a telítetlen zsírsavak aránya nagyobb, folyékonyabbak. Energiatárolás. FOSZFATIDOK két zsírsav egy foszforsav és egy amino és hidroxil csoportot tartalmazó molekula (pl. kolin) amfipatikusak, membránalkotók SZTEROIDOK, KAROTENOIDOK Membránalkotó (koleszterin), vitaminok Neandervölgyi (D-vitamin), hormonok (tesztoszteron). A-vitamin.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-23
Aminosavak, fehérjék Az aminosavak egy amino és egy karboxil csoportot tartalmazó vegyületek. Az élő szervezetben található fehérjék 20-féle aminosav kombinálódásából álló polimerek, melyekben az aminosavak minősége és sorrendje határozza meg a fehérje funkcióját. Enzimek, struktúrfehérjék.
A fehérjéket alkotó aminosavak mind α-aminosavak, melyekben az aminocsoport, a karboxil csoport, és az aminosavak minőségét meghatározó fukciós csoport, A fehérjéket az élő szervezetek szintetizálják az adott „oldallánc” (R) ugyanahhoz a szénatomhoz örökítő anyag (DNS, RNS) információi alapján. A kacsolódik. Az aminosavaknak két tükörképi formája genetikai információ meghatározza, hogy milyen létezhet: aminosavak milyen sorrenben legyenek L- és D-izomer (jobb kéz, bal kéz). összekapcsolva az adott fehérjében. Az aminosavak Az élő szervezetekben az L-változat fordul elő. Neandervölgyi peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Egy átlagos fehérje 300-400 aminosavból áll.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-24
Az aminosavak, oldalláncaik szerint, különböző kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez határozza meg a fehérjékben betöltött szerepüket: apoláros, poláros, savas, bázikus. Az aminosavaknak van hárombetűs és egybetűs rövidítése is. Az egyetűs rövidítést használjuk, praktikusan, a fehérjék aminosav sorrendjének (elsődleges szerkezet) felírására.
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-25
elsődleges szerkezet: az amonosavak sorrendje, a szekvencia másodlagos: az egymás közelében lévő aminosavak kölcsönhatásai miatt kialakuló lokális szerkezet (hidrogén hidak révén, alfa helix, beta sheet) harmadlagos: a teljes fehérje lánc térben való feltekeredése, amit az aminosav sorrend és a kapcsolódó egyéb molekulák határoznak meg, kapcsolatoktól függően változhat, funkcionálisan elkülönülő részekből, doménekből állhat egy adott fehérje negyedleges: a több fehérje alegységből komplexek 3D térbeli szerkezete
álló
→ hemoglobin 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-26
A hemoglobin négy alegységből áll, több variánsa is van. Egy lehetséges felépítés: két alfa és két béta lánc (piros és zöld) (α2β2 ), melyek mindegyike köt egy hem molekulát (zöld). globuláris fehérjék, hem molekula: vasatom heterociklusos porfirin gyűrűben
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-27
A fehérjék jelentős része kémiai reakciókat katalizáló fehérje, enzim. Az enzimek csökkentik egy adott reakció aktiválási energiáját és, több lehetséges kimenet esetén, egy adott irányba terelik a reakció lefolyását. Több reakciót is egymáshoz tudnak kapcsolni, így egy energetikailag kedvezőtlen részreakció is végbemehet, de a reakciók összességében mindig szabadentalpia növekedést eredményeznek. Egy modell szerint az enzimhez az átalakítandó molekula, a szubsztrát, kulcs-zár módon illeszkedik. A reakció végeredményét terméknek vagy produktnak hívjuk.
Neandervölgyi
Az arginin aminosav bioszintézise Minden termék egy következő enzimreakció szubsztrátja is egyben. Az arginin aminosav pedig a fehérjék bioszintézisében haszálódik fel.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-28
Nukleotidok, nukleinsavak DNS - dezoxiribonukleinsav N-tartalmú bázisok (Adenin, Guanin, Timin, Citozin), dezoxiribóz cukor és foszforsav foszfodiészter kötés [3’-OH, 5’ (P)] RNS - ribonukleinsav ribóz, és timin helyett Uracil
RIBOSE
DEOXYRIBOSE
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-29
A nukleotidok szerepe
dezoxiadenozin trifoszfát (dATP) (+ dGTP, dCTP, dTTP)
DNS alkotó
adenozin trifoszfát (ATP) Neandervölgyi (+ GTP, CTP, UTP)
RNS alkotó
ATP (GTP)
energia hordozók bioszintézis folyamatokhoz, P-donor – fehérje foszforiláció
fotoszintézis cukrok, lipidek lebontása
szignál molekula több szabályozási folyamatban
ATP
Egy molekula glükóz „elégetése” 30 molekula ATP-t eredményez.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-30
A DNS az örökítő anyag
GRIFFITH és AVERY kísérleti rendszere
1868. - Friedrich MIESCHER: nuklein 1928. - Frederick GRIFFITH: transzforming principle Streptococcus (Pneumococus) 1944. - Oswald AVERY: a DNS a transforming principle Frederick Griffith 1928-ban fedezte fel a jelenséget Streptococcus (Pneumococus) törzsekkel végzett kísérletezés közben. A Streptococcus pneumoniae S variánsa (smooth = síma) a beoltott egereket megbetegítette, míg az R variáns (rough = rücskös) nem. Ha az S variánst hőkezelte, szintén nem okozott betegséget, de a hőkezelt S és az élő R variáns összekeverése után megjelent ismét a patogén S variáns. Az anyagot, amely az R variánst S variánssá alakította Griffith "transforming principle" néven emlegette. Kémiai természetéről nem volt fogalma. Oswald Avery bizonyította 1944-ben, hogy ez az anyag a DNS. 2016-09-13
Neandervölgyi
GENETIKA ALAPOK
1-31
1944. - Oswald AVERY: a DNS a „transforming principle” A tudomános közvélemény inkább a sejtmagban lévő fehérjéket tartotta a genetikai információ hordozójának, nagy változatosságuk miatt. A DNSről azt lehetett tudni, hogy monoton a szekezete és négyféle którész (bázis) ismétlődik benne. A kromoszómák váza? AVERY kísérlete: Az S virulens baktériumtörzs tisztított lizátumával is lehet transzformálni. Ha az egyes komponenseit (fehérjék, RNS, DNS) külön-külön megemésztik, akkor a Neandervölgyi transzformáló képesség csak a DNS degradáció hatására szűnik meg.
" Így egy ismert kémiai anyaggal megjósolható örökletes változások idézhetők elő a sejtekben. Ez volna a genetikusok régi álma! ... olyan ez a DNS mintha egy vírus volna, vagy maga a gén." A tudományos közvélemény még kételkedik (1944) . A DNS szerepét bizonyító döntő kísérletet Hershey és Chase végezte el 1952-ben.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-32
1952. - Alfred HERSHEY és Martha CHASE T2 fágokkal végzett 32 35 perdöntő kísérletet. P vagy S izotópot alkalmazva
Neandervölgyi
HERSHEY és CHASE kísérlete: 32 P -jelölt DNS vagy 35S izotóppal jelzett fehérjeburok T2 fágoknál E. coli sejtek fertőzése és centrifugálás – csak a DNS jut be, a fehérjék a felülúszóban maradnak. A DNS bejutása után teljes fágrészecskék keletkeznek (DNS, fehérjeburok) és szabadulnak ki. A DNS az örökítő anyag!
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-33
Erwin CHARGAFF meghatározta különböző élőlényekből származó DNS mintákban a bázisok arányát (táblázat) és bizonyos törvényszerűségeket fedezett fel. Ezek okára csak a szerkezet megfejtése adott magyarázatot (1953. James D. Watson és Francis Crick). Chargaff szabályok 1. T+C (pirimidinek) = A+G (purinok) 2. A = T és G = C 3. A+T nem = G+C 4. Egyes fajok AT/GC aránya nagyon eltérő lehet, de fajon belül a különböző szervekben mindig azonos.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-34
1953. - James D. WATSON és Francis CRICK (Rosalind Franklin, Maurice Wilkins) Chargaff-szabályok Röntgen diffrakciós eredmények Modell építés
Szerkezeti jellemzők és következményeik: kettős hélix, melyben a két szálon lévő bázisok egymással H-hidak segítségével kapcsolódnak: A:T - 2db, G:C - 3 db H-híd Neandervölgyi egymással szemben komplementer bázispárok, A:T vagy G:C helyezkednek el. Egy purin és egy pirimidin, így a párosok térkitöltése megegyezik. Replikáció (másolás) lehetősége, genetikai kód - egy szálon belül nem kötött a sorrend = nem monoton ! Egy "csavarmenet" 34 Å, 10 bázispár / 1 csavar, 36o/ bp lefutás antiparalel, 5' - 3' irány háromdimenziós szerkezet - nagy és kis árok, (major groove, minor groove) 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-35
RNS – ribonukleinsav A DNS mellett minden sejtben sokféle RNS molekula is található. Ezeknek leginkább a fehérjék bioszintézisében van valamilyen lényeges szerepe, melyről a későbbiekben lesz szó. Egyszálú polimerek, melyek bizonyos részleteinél bázispárosodással kétszálú szerkezet jöhet létre. Bonyolult háromdimenziós szerkezeteket alakíthatnak ki. DNS-RNS, RNS-RNS, RNS-fehérje kapcsolódások. A fehérjéken kívül bizonyos RNS-ek is lehetnek enzimek (ribozimek). hírvivő RNS (messenger) - mRNS transzfer RNS - tRNS riboszómális RNS – rRNS nukleáris RNS-ek …
Neandervölgyi
A nukleinsavak hosszát praktikusan bázisokban fejezzük ki, a duplaszálú DNS esetében bázispárokban. Egy RNS molekula néhány tucat bázistól kezdve akár sok ezer bázis hosszú is lehet. A kromoszómákban, élőlénytől függően, néhány ezertől akár több száz millió bázispár is lehet. 1 kb = 1000 bp (103); 1 Mb = 106; 2016-09-13
1 Gb = 109 bázispár GENETIKA ALAPOK
1-36
Az eukarióta sejteknek elkülönült, membránnal A sejtmag (nucleus) egy dupla membránnal határolt Neandervölgyi körülvett sejtmagja van, és számos, membránnal képlet, amely a genetikai információt (DNS) tárolja körülvett ún. kompartment található bennük. A kromoszómákba rendezve. A sejtmagon belül található prokarióta sejtekben nincsenek kompartmentek. A egy jobban festődő rész, amit sejtmagvacskának membránokkal határolt részekben különböző (nucleolus) nevezünk. biokémiai folyamatok játszódnak le, sokszor eltérő fiziológiai körülmények között (a pH [H +] és a A DNS állomány megfelelő csomagolását nagy különböző ionok koncentrációja eltérő). mennyiségű, speciális fehérje segíti elő. Más fehérjék a DNS másolásában, javításában, a génműködés sejtmag – nucleus, szabályozásában vesznek részt. mitokondrium, (kloroplaszt) endoplazmás retikulum (ER), Golgi-készülék A sejtmagmembránban magpórusok (nukleáris lizoszómák, peroxiszóma, sejtmembrán pórusok) segítik elő a nagy mennyiségű anyagtranszportot, ami a sejtmag és a citoszol között mindkét irányban folyik. 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-37
Nukleusz (N) eukromatin
N
nukleoplazma kromatin: fehérje és DNS (RNS) 1:1 elkülönülnek benne: nukleolusz (n) membrán nélküli elektrondenz rész, intenzív RNS szintézis (rRNS)
n
heterokromatin elektrondenz, sötétebb, erősen kondenzált, „csomagolt” DNS
Neandervölgyi
eukromatin lazább szerkezet az interfázisos sejtmagban, a működő gének főleg itt
heterokromat in
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-38
A kromatin Egy átlagos humán kromoszóma 130 Mb, ami kiterítve 44,2 mm (3,4 Å/bp) (teljes genom (2n) 2 méter!) Az átlagos metafázisos kromoszóma 4,5 μm (a sejtmag 10-15 μm átmérőjű) 44 mm = 4x 104 μm 10 000 x es tömörítés szükséges, hogy a Neandervölgyi kromatin elférjen a sejtmagban! (A teljes humán genom 3 Gb, több mint 1 m hosszú!) prokarióták: E. coli kromoszóma 1 mm, a sejt 1 μm hossszú
Egy kromoszóma DNS állományának egy része kiterítve. Fehérjementesített preparátum EM képe. Egyetlen kígyózó DNS-fonál alkotja. A kép alsó részén a fehérjékből álló vázszerkezet maradványa, a „scaffold” látható.
10 Å = 1nm / 1000 nm = 1 μm / 1000 μm = 1 mm
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-39
A kromoszóma metafázisban citogenetikailag jellegzetes szerkezet, protein-DNS komplex. Fele-fele arányban a két alkotó. A kromatin fehérjék hiszton és nonhiszton fehérjékre oszthatók. Legnagyobb mennyiségben, minden eukarióta sejtmagban, a hiszton fehérjék vannak. A nukleoszóma Alacsony sókoncentrációnál és Mg++ hiányában a kromatin 10 nm vastag fonalként izolálható, amelyen gyöngyszerű képletek, nukleoszómák vannak. Ezekre Neandervölgyi tekeredik fel a DNS (2 fordulat, 160 bp). Két nukleoszóma között szabadon lévő kapcsló v. linker DNS található (20-60 bp). 160 bp 2x hurok
Egy nukleoszóma 2-2 molekula H2a, H2b, H3 és H4 hisztont tartalmaz, amelyek egyenként kb. 100 AS hosszúak. N-terminális 11-37 AS hosszú szabad rész, Lys aminosavak amino csoportjai kölcsönhatásban a két nukleoszóma közötti „linker DNS-sel”.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
40 bp kapcsoló, linker DNS 1-40
A hurkokba rendezett szál 300 nm vastag és tovább tömörödik egy kb 700 nm vastagságú „tekercsben”. A metafázisos kromoszómát két, erősen feltekercselt DNS kettős spirál alkotja (testvér-kromatidák), melyek osztódáskor a két utódsejtbe kerülnek. Fogalmak: Metafázis, kariotípus, homológ kromoszómák, bivalens, tetrád testvérkromatidák (sister chromatids) centromer, meta- és akrocentrikus kromoszóma
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-41
Sejtciklus, számtartó és számfelező osztódás
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-42
Meiózis és a dihibrid keresztezés
A
a
A
A a
meiózis I. homológok szétválása, A a nem homológ kromoszómák szabad a kombinálódása B
A
meiózis II. a testvér-kromatidák szétválása, a gaméták (n) kialakulása A
A 25%
B B
B
b
2n
B
B b
4n
a
b szülői allél kombináció
nem szülői allél kombináció
a
B a
4xn a 25%
b
b
a
a
b
a
b
a 25%
B
B
B
B
4xn A
A
A
A 25%
b 2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
b
b
b 1-43
Mitokondrium Az oxidatív energiatermelés helye, ahol a szénhidrátok, zsírok és fehérjék CO2-dá és vízzé alakulnak, miközben energia termelődik. Elektrontranszport lánc, ATP-szintáz a belső membránban, a citrát ciklus enzimei a mátrixban találhatók. Saját DNS, fehérje szintézis. Endoszimbióta baktériumokból alakultak ki.
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-44
Kloroplaszt Növényi sejtekben a fotoszintézis helye, fényenergia kémiai energiává alakítása, CO2 megkötés, O2 termelés. Calvin ciklus: RIBISCO (ribulóz-1,5-biszfoszfát karboxiláz) → glicerinaldehid-3-P → → glükóz → cellulóz és keményítő Három membrán: külső, belső és tilakoid membrán és az általuk határolt terek – intermembrán tér, sztóma, tilakoid tér. Saját DNS, fehérje szintézis. Endoszimbiota baktériumokból alakultak ki.
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-45
Az endoplazmás retikulum (ER) összefüggő membránrendszer sima és a durva felszínű ER A durva felszínű ER – felszínén riboszómák A sejtmembrán és a szekretálandó fehérjék szintézise, lipidek szintézise, a szénhidrát-metabolizmus Vezikuláris transzport a Golgi-rendszer felé.
A Golgi-rendszer Lapos membránképződmények, ciszternák alktják cisz-Golgi ER közeli, transz-Golgi a másik oldal Az ER-ben szintetizálódott fehérjék és lipidek transzport-vezikulákon kersztül kerülnek a Golgi-ba és innen jutnak tovább szintén vezikuláris transzporttal. Lizoszómák, peroxiszómák, endocitotikus vezikulák.
Lizoszómák sejten belüli emésztés
Neandervölgyi
Peroxiszómák zsírsvak oxidációja, hidrogén-peroxid keletkezés Endocitotikus vezikulák.
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-46
Sejtmembrán, sejtfal
Neandervölgyi
2016-09-13
GENETIKA ALAPOK
1-47
