Τι είναι οι γονιδιακές μεταλλάξεις και οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες, ποιες ασθένειες του ανθρώπου προκαλούν (αιμοσφαιρινοπάθειες, φαινυλκετονουρία, αλφισμός, σύνδρομα Down, Klinefelter, Turner) και πώς η γνώση τους οδηγεί στη διάγνωση, στη γενετική καθοδήγηση, στον προγεννητικό έλεγχο και στην κατανόηση του καρκίνου.
Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΤΕΥΧΟΣ Β΄ΚΕΦ. 615 ΛΕΠΤΑ
Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο
κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.
Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το
σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο,
έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.
Σχεδιάγραμμα
Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη, γραμμένη με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης. Μπορεί να έχει λάθη: πηγή είναι πάντα το βιβλίο.
Τι έγινε
Μετάλλαξη είναι αλλαγή στην αλληλουχία του DNA· αλλάζει τον φαινότυπο μόνο αν επηρεάσει την πρωτεΐνη. Γονιδιακή λέγεται όταν αφορά λίγες βάσεις (αντικατάσταση, προσθήκη, έλλειψη), χρωμοσωμική ανωμαλία όταν αφορά μεγαλύτερο τμήμα χρωμοσώματος. Μόνο οι μεταλλάξεις των γεννητικών κυττάρων κληρονομούνται, οι σωματικές όμως είναι οι περισσότερες. Αυτόματες μεταλλάξεις προέρχονται από λάθη αντιγραφής ή διαχωρισμού χρωμοσωμάτων· άλλες προκαλούν μεταλλαξογόνοι παράγοντες, δηλαδή χημικές ουσίες (φορμαλδεΰδη, ορισμένες χρωστικές, αρωματικοί κυκλικοί υδρογονάνθρακες, καφεΐνη) και ακτινοβολίες (Χ, γ, κοσμική, υπεριώδης). Επιδιορθωτικά ένζυμα διορθώνουν πάνω από το 99,9% των λαθών αντιγραφής.
Δρεπανοκυτταρική αναιμία: η πρώτη ασθένεια που αποδόθηκε σε συγκεκριμένη γονιδιακή μετάλλαξη (Pauling, 1949). Στην HbA (α₂β₂) το 6ο αμινοξύ της β-αλυσίδας, γλουταμινικό οξύ, γίνεται βαλίνη, επειδή στην κωδική αλυσίδα το GAG γίνεται GTG· προκύπτει η HbS. Με έλλειψη O₂ τα ερυθροκύτταρα γίνονται δρεπανοειδή, φράζουν τα τριχοειδή και καταστρέφονται γρηγορότερα, με αναιμία. Οι ομόζυγοι βS παράγουν μόνο HbS· οι ετερόζυγοι φορείς δεν έχουν συμπτώματα και δρεπάνωση εμφανίζουν μόνο σε πολύ χαμηλό O₂, π.χ. πάνω από 3.000 m.
Αντικατάσταση βάσης: αν δώσει συνώνυμο κωδικόνιο η πρωτεΐνη μένει ίδια· συνήθως φέρνει άλλο αμινοξύ, που στο ενεργό κέντρο ενζύμου μπορεί να μειώσει ή να μηδενίσει την ενεργότητα· αν δημιουργήσει κωδικόνιο λήξης, η σύνθεση σταματά πρόωρα και η πρωτεΐνη συνήθως χάνει τη λειτουργία της. Προσθήκη ή έλλειψη πολλαπλάσιου του τρία προσθέτει ή αφαιρεί αμινοξέα· αλλιώς η αλληλουχία αμινοξέων αλλάζει ριζικά. Πολλές μεταλλάξεις είναι ουδέτερες και οι σιωπηλές δεν αλλάζουν τα αμινοξέα λόγω εκφυλισμού του κώδικα· κάποιες είναι ωφέλιμες και χωρίς αυτές δεν θα υπήρχε ποικιλότητα ούτε εξέλιξη.
Αιμοσφαιρίνη: τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες, ανά δύο ίδιες, καθεμιά με μία αίμη. Στο έμβρυο κυριαρχεί η HbF (α₂γ₂), στον ενήλικα η HbA (α₂β₂) με λίγη HbA₂ (α₂δ₂) και κάτω από 1% HbF. Στο γονίδιο β έχουν βρεθεί πάνω από 300 μεταλλάξεις. Η β-θαλασσαιμία (ελαττωμένη ή μηδενική σύνθεση β) είναι ετερογενής, από αντικαταστάσεις, ελλείψεις και προσθήκες· οι ομόζυγοι έχουν σοβαρή αναιμία και συχνά αυξημένη HbF, οι φορείς ήπια αναιμία και αυξημένη HbA₂, που χρησιμεύει ως διαγνωστικός δείκτης· κληρονομείται αυτοσωμικά υπολειπόμενα (από δύο γονείς φορείς, 25% για παιδί που πάσχει). Οι φορείς δρεπανοκυτταρικής και β-θαλασσαιμίας είναι συχνοί εκεί όπου υπήρχε ελονοσία, επειδή αντέχουν στο πλασμώδιο. Η α-θαλασσαιμία οφείλεται σχεδόν πάντα σε ελλείψεις ολόκληρων γονιδίων α (δύο σε κάθε ομόλογο, τέσσερα συνολικά): όσο περισσότερα λείπουν, τόσο βαρύτερη, και επηρεάζει όλες τις αιμοσφαιρίνες.
Μεταλλάξεις σε γονίδια ενζύμων προκαλούν διαταραχές μεταβολισμού (περίπου 200), όπως η φαινυλκετονουρία και ο αλφισμός, και οι δύο αυτοσωμικές υπολειπόμενες. Στη φαινυλκετονουρία (PKU) λείπει το ένζυμο που μετατρέπει τη φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη· η φαινυλαλανίνη συσσωρεύεται και στους ομόζυγους βλάπτεται η ανάπτυξη του εγκεφάλου. Κατά το βιβλίο, ο έλεγχος νεογνών (μέτρηση φαινυλαλανίνης στο αίμα) και η δίαιτα με λίγη φαινυλαλανίνη εφ' όρου ζωής αποτρέπουν τα συμπτώματα. Στον αλφισμό λείπει ένζυμο για τη σύνθεση μελανίνης, άρα λείπει η χρωστική από δέρμα, μαλλιά και ίριδα· η ενεργότητα του ενζύμου άλλοτε μηδενίζεται και άλλοτε απλώς μειώνεται.
Αριθμητικές ανωμαλίες: ο μη-διαχωρισμός ομολόγων ή αδελφών χρωματίδων στη μείωση δίνει γαμέτες με περισσότερα ή λιγότερα χρωμοσώματα και ανευπλοειδή άτομα, με μονοσωμία (συνήθως θανατηφόρα) ή τρισωμία. Σύνδρομο Down: τρισωμία 21, συνήθως από ωάριο με δύο 21, πιθανότητα που αυξάνεται με την ηλικία της μητέρας· καθυστέρηση ανάπτυξης, δυσμορφίες προσώπου, διανοητική καθυστέρηση. Οι τρισωμίες 13 και 18 είναι βαρύτερες, αφού τα χρωμοσώματα έχουν περισσότερα γονίδια. Klinefelter: 44 αυτοσωμικά + XXY, εμφάνιση αρσενικού, στείρο, με χαρακτηριστικά μετά την εφηβεία. Turner: 44 + X (XO), η μόνη μονοσωμία στον άνθρωπο, θηλυκό χωρίς δευτερογενή χαρακτηριστικά του φύλου, στείρο.
Δομικές ανωμαλίες: θραύση και λάθος επανένωση κατά τον κυτταρικό κύκλο, συχνά από ακτινοβολίες ή χημικές ουσίες. Έλλειψη: απώλεια υλικού (cri-du-chat, από έλλειψη τμήματος του χρωμοσώματος 5). Διπλασιασμός: επανάληψη τμήματος. Αναστροφή: δύο θραύσεις και επανένωση του τμήματος ανάποδα, άρα αλλαγή στη σειρά των γονιδίων. Μετατόπιση: τμήμα ενώνεται σε μη ομόλογο χρωμόσωμα· στην αμοιβαία γίνεται ανταλλαγή χωρίς απώλεια υλικού, με φυσιολογικό φαινότυπο αλλά κίνδυνο μη φυσιολογικών γαμετών. Εντοπίζονται με χρώσεις ζωνών (Giemsa). Διάγνωση γενετικών ασθενειών: καρυότυπος, βιοχημικές δοκιμασίες, ανάλυση DNA· για τη δρεπανοκυτταρική π.χ. δοκιμασία δρεπάνωσης, ανίχνευση HbS ή του γονιδίου βS.
Γενετική καθοδήγηση: ειδικοί ενημερώνουν άτομα και ζευγάρια για τη συχνότητα, την κληρονόμηση και τις συνέπειες μιας ασθένειας (π.χ. δύο φορείς βS: 25% για παιδί ομόζυγο)· το βιβλίο θεωρεί απαραίτητη τη συμβουλή για φορείς, όσους έχουν οικογενειακό ιστορικό, γυναίκες 35 ετών και άνω και γυναίκες με πολλαπλές αποβολές. Προγεννητικός έλεγχος: αμνιοπαρακέντηση την 12η-16η εβδομάδα (εμβρυϊκά κύτταρα από το αμνιακό υγρό για DNA, βιοχημικές αναλύσεις και καρυότυπο μετά από καλλιέργεια, καλύτερα χρωμοσώματα) ή λήψη χοριακών λαχνών την 9η-12η (πιο έγκαιρη διάγνωση). Καρκίνος: ανεξέλεγκτος πολλαπλασιασμός από μεταλλάξεις σωματικών κυττάρων, με μετατροπή πρωτο-ογκογονιδίων σε ογκογονίδια (γονιδιακή μετάλλαξη ή συνήθως μετατόπιση), απώλεια ογκοκατασταλτικών γονιδίων (ρετινοβλάστωμα) και βλάβη της επιδιόρθωσης του DNA (μελαγχρωματική ξηροδερμία). Δεν κληρονομείται ως απλός μενδελικός χαρακτήρας: απαιτεί συσσώρευση πολλών αλλαγών και συμμετέχουν και οι δύο τύποι γονιδίων (π.χ. καρκίνος παχέος εντέρου).
Πρόσωπα
Linus Pauling
το 1949 βρήκε με συνεργάτες ότι η HbA διαφέρει στους ασθενείς με δρεπανοκυτταρική αναιμία
Ποια μετάλλαξη προκαλεί τη δρεπανοκυτταρική αναιμία;
Μια αντικατάσταση βάσης στο γονίδιο της β-αλυσίδας: στην κωδική αλυσίδα το GAG γίνεται GTG, οπότε στο 6ο αμινοξύ το γλουταμινικό οξύ αντικαθίσταται από βαλίνη και σχηματίζεται η HbS. Οι ασθενείς είναι ομόζυγοι βS και παράγουν μόνο HbS.
Γιατί η προσθήκη ή έλλειψη μίας βάσης βλάπτει συνήθως περισσότερο από την έλλειψη τριών διαδοχικών βάσεων;
Όταν ο αριθμός των βάσεων που προστίθενται ή λείπουν είναι πολλαπλάσιο του τρία, η πολυπεπτιδική αλυσίδα απλώς κερδίζει ή χάνει αμινοξέα. Όταν δεν είναι, η αλληλουχία αμινοξέων μετά το σημείο της μετάλλαξης απέχει πολύ από την αρχική.
Ποια είναι η διαφορά ογκογονιδίων και ογκοκατασταλτικών γονιδίων;
Τα ογκογονίδια προκύπτουν με μετάλλαξη από πρωτο-ογκογονίδια, που φυσιολογικά ενεργοποιούν τον πολλαπλασιασμό, και υπερλειτουργούν. Τα ογκοκατασταλτικά γονίδια φρενάρουν την κυτταρική διαίρεση όταν χρειάζεται, και η απώλειά τους (κυρίως με έλλειψη, όπως στο ρετινοβλάστωμα) αφήνει τον πολλαπλασιασμό ανεξέλεγκτο.
Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.
Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.