Βιολογία - 3ο Ε.Λ. Ηλιούπολης3lyk-ilioup.att.sch.gr/viologia/Files/6-kat.pdf · Γενικά Μεταλλάξεις είναι οι αλλαγές που είναι

Βιολογία θετικής κατεύθυνσης τάξη Γ΄

Παραδόσεις του μαθήματος

Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης Βιολόγος - M.Sc.

Καθηγητής 3ου Γεν. Λυκ. Ηλιούπολης

Κεφάλαιο 6ο

Μεταλλάξεις

Γενικά

Μεταλλάξεις είναι οι αλλαγές που είναι δυνατό να συμβούν στο γενετικό υλικό.

Οι μεταλλάξεις ευθύνονται για τη δημιουργία της γενετικής ποικιλότητας στους πληθυσμούς, για πολλές κληρονομικές ασθένειες και πολλές περιπτώσεις καρκίνου.

Μπορούν να συμβούν τόσο σε γεννητικά όσο και σε σωματικά κύτταρα που είναι και το συνηθέστερο.

3ο ε.λ. Ηλιούπολης 3 επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης

Κατηγορίες μεταλλάξεων

Ο διαχωρισμός αυτός σχετίζεται με την έκταση της

αλλαγής στο γενετικό υλικό.

Γονιδιακές

Χρωμοσωμικές ανωμαλίες



1. Γονιδιακές μεταλλάξεις.

Είναι αποτέλεσμα γονιδιακής μετάλλαξης.

Η διαφορά από τη φυσιολογική κατάσταση βρίσκεται σε ένα αμινοξύ της β-αλυσίδας της HbA. (Υπάρχει βαλίνη αντί του γλουταμινικού οξέος.)

Η δρεπανοκυτταρική αναιμία.


Αιμοσφαιρίνη Α(HbA)

α α

β β

Πολυπεπτιδικές αλυσίδες (α2 β2)

αίμη


β- αλυσίδα της HbA

βαλίνη λευκίνη θρεονίνη προλίνη Γλουτ. οξύ Γλουτ. οξύ

βαλίνη Ιστιδίνη λευκίνη θρεονίνη προλίνη βαλίνη Γλουτ. οξύ

DNA …… ………………….. ……………….………… GAG… ……

DNA…… ………………….. …………………………… GTG… ………

Ιστιδίνη


Ασθενείς με δρεπανοκυτταρική αναιμία είναι ομόζυγοι για το μεταλλαγμένο γονίδιο (βs).

Αυτά τα άτομα παράγουν μόνο HbS και καθόλου HbA.

Οι φορείς (ετερόζυγοι) είναι φυσιολογικοί και παρουσιάζουν δρεπάνωση μόνο σε συνθήκες μεγάλης έλλειψης οξυγόνου (πάνω από 3000m υψόμετρο)


Τύποι γονιδιακών μεταλλάξεων

CAT TCA CCT GTA CCA GTAAGT GGA CAT GGT

1. Αντικατάσταση βάσης

G C

αντικατάσταση

CAT CA CCT GTA CCA GTA GT GGA CAT GGT


CAT TCA CCT GTA CCA GTA AGT GGA CAT GGT

CAT CAC CTG TAC CA GTA GTG GAC ATG GT

2. Έλλειψη βάσεων.

Αλλαγή του πλαισίου ανάγνωσης

Έλλειψη του ζεύγους Τ=Α


CAT TCA CCT GTA CCA GTA AGT GGA CAT GGT

CAT ΤC ACC TGT ACC A GTA ΑG TGG ACA TGG T

3. Προσθήκη βάσεων.

Αλλαγή του πλαισίου ανάγνωσης

Προσθήκη της Γουανίνης

G C


Τύποι γονιδιακών μεταλλάξεων 1. αντικατάσταση μιας βάσης π.χ. στην δρεπανοκυτταρική

αναιμία αντικαταστάθηκε το κωδικόνιο GAG που κωδικοποιεί το γλουταμινικό οξύ, από το GTG που κωδικοποιεί τη βαλίνη.

2. προσθήκη βάσεων. 3. έλλειψη βάσεων. Άλλες από τις μεταλλάξεις είναι επιβλαβείς ενώ άλλες όχι και χαρακτηρίζονται ουδέτερες. Οι περισσότερες είναι επιβλαβείς επειδή έχουν σοβαρές επιπτώσεις στον οργανισμό. Όταν κάποια αλλαγή δεν οδηγεί σε αλλαγή του αμινοξέος (συνώνυμα κωδικόνια) στην πολυπεπτιδική αλυσίδα λόγω γενετικού κώδικα χαρακτηρίζεται ως σιωπηλή.


Παράγοντες που προκαλούν μεταλλάξεις

Προκαλούνται από μεταλλαξογόνους παράγοντες όπως:

• χημικές ουσίες (φορμαλδεΰδη, κάποιες χρωστικές, αρωματικοί υδρογονάνθρακες, καφεΐνη, κ. ά.)

• διάφοροι τύποι ακτινοβολιών (υπεριώδης, γ-, Χ-, κοσμική, κ.ά.)

• τυχαία από λάθη που γίνονται κατά την αντιγραφή του DNA ή το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων.


Γονίδια που κωδικοποιούν τις πολυπεπτιδικές αλυσίδες των αιμοσφαιρινών

ε γ γ ψβ δ β

11ο χρωμόσωμα

ζ2 ψζ1 ψα1 ψα2 α2 α1 θ1

16ο χρωμόσωμα

Κάθε γονίδιο αποτελείται από 3 εξώνια και 2 εσώνια


αιμοσφαιρινοπάθεια Χαρακτηριστικά της ασθένειας

1 β-θαλασσαιμία

ετερόζυγη ήπια αναιμία, αυξημένη σύνθεση HbA2 (διαγνωστικός δείκτης).

ομόζυγη αύξηση HbF, υπερφόρτωση οργανισμού με Fe.

2 α-θαλασσαιμία έλλειψη

1 α Είναι αποτέλεσμα έλλειψης ολόκληρου του γονιδίου που κωδικοποιεί την αλυσίδα α. Όσο περισσότερα γονίδια α λείπουν από τον γονότυπο κάθε ατόμου, τόσο βαρύτερα συμπτώματα εμφανίζονται.

2 α

3 α

4 α

Γενετικές διαταραχές των αιμοσφαιρινών.

Μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα των μεταβολικών «οδών»

1. Φαινυλκετονουρία (PKU). Προκαλείται από την έλλειψη του ενζύμου που φυσιολογικά μετατρέπει το αμινοξύ φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη. Σε άτομα ομόζυγα για το υπολειπόμενο μεταλλαγμένο γονίδιο παρεμποδίζεται η φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία των κυττάρων του εγκεφάλου προκαλώντας διανοητική καθυστέρηση.

2. Αλφισμός. Οφείλεται στην έλλειψη ενός ενζύμου απαραίτητου στη σύνθεση της χρωστικής μελανίνης στο δέρμα, μαλλιά, ίριδα του οφθαλμού. Εμφανίζει ετερογένεια συμπτωμάτων.


Χρωμοσωμικές ανωμαλίες

• Οφείλονται σε λάθη που μπορεί να συμβούν κατά τη διάρκεια της μείωσης


δομικές (θραύσεις και ελλείψεις, αναστροφές, διπλασιασμοί, μετατοπίσεις)

αριθμητικές (ανευπλοειδίες, πολυπλοειδίες)


Οι δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες έχουν σαν αποτέλεσμα την αλλαγή στην ποσότητα ή τη διάταξη της γενετικής πληροφορίας στα χρωμοσώματα.

Ανάλογα με τον τύπο διακρίνονται σε:

1. Έλλειψη. Αφορά απώλεια γενετικού υλικού.

Το σύνδρομο φωνή της γάτας (cri du chat) οφείλεται σε έλλειψη τμήματος από το χρωμόσωμα 5.

Ι. Δομικές

Σύνδρομο cri du chat (5p-) • συχνότητα εμφάνισης: 1 ανά 25.000-50.000

γεννήσεις.

• οφείλει το όνομά του στη χαρακτηριστική φωνή των νηπίων, η οποία θυμίζει κλάμα γάτας, και η οποία οφείλεται στον ανώμαλο σχηματισμό του λάρυγγα.

• νοητική υστέρηση, χαμηλός μυϊκός τόνος και συχνά λοιπές επιπλοκές στη γενικότερη υγεία του ατόμου.

3ο ε.λ. Ηλιούπολης επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης 19


2. Διπλασιασμός. Αφορά επανάληψη ενός χρωμοσωμικού τμήματος πάνω στο χρωμόσωμα.

3.Αναστροφή. Δημιουργείται ύστερα από θραύση σε δυο σημεία ενός χρωμοσώματος και ανάστροφη επανασυγκόλληση. Συνέπεια η αλλαγή της διάταξης των γονιδίων στο χρωμόσωμα.


έλλειψη

διπλασιασμός


4.Μετατόπιση. Είναι αποτέλεσμα θραύσης ενός τμήματος του χρωμοσώματος και στη συνέχεια επανένωσής του με άλλο μη ομόλογο.

Στις αμοιβαίες μετατοπίσεις έχουμε ανταλλαγή τμημάτων σε μη ομόλογα χρωμοσώματα. Εδώ δεν χάνεται γενετικό υλικό αλλά τα άτομα που τις φέρουν ενώ εμφανίζουν συνήθως φυσιολογικό φαινότυπο, κινδυνεύουν να αποκτήσουν απογόνους με χρωμοσωμικές ανωμαλίες λόγω δημιουργίας μη φυσιολογικών γαμετών.


Ιση μετατόπιση

Άνιση μετατόπιση

Αμοιβαία μετατόπιση μεταξύ 3 και 21


Αμοιβαία μετατόπιση μεταξύ 3 και 21

Χρωμοσώματα με διαφορετικές χρώσεις

3ο ε.λ. Ηλιούπολης 26 επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης Καρυότυπος αρσενικού ατόμου από αριστερά προς τα δεξιά: συμβατική χρώση, σχηματική παράσταση τεχνικών ζωνοποίησης, ζωνοποίηση G,R,C.

Φασματικός καρυότυπος γυναίκας


Φυλοκαθορισμός • Φυλοκαθορισμός στον άνθρωπο: τα θηλυκά άτομα έχουν στα

σωματικά τους κύτταρα 2Χ χρωμοσώματα, ενώ τα αρσενικά

άτομα έχουν ένα Χ και ένα μικρότερο Υ χρωμόσωμα.

• Δεν ισχύει το ίδιο για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

• ακρίδες: θηλυκά ΧΧ, αρσενικά ΧΟ

• πουλιά αρσενικά ΧΧ, θηλυκά ΧΥ ή ΧΟ




ΙΙ. Α

ριθμ

ητικ

ές

3ο ε.λ. Ηλιούπολης 31 επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/traits/predictdisorder/index.html

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/traits/predictdisorder/index.html

Σύνδρομο Down (τρισωμία 21)

• συχνότητα εμφάνισης: 1 στις 650 γεννήσεις.

• καθυστέρηση ανάπτυξης, πνευματική καθυστέρηση, πολλά δυσμορφικά χαρακτηριστικά. Αυξημένος κίνδυνος εμφάνισης λευχαιμίας και σημάδια πρόωρης γήρανσης.

• Τα πάσχοντα άτομα είναι συνήθως χαρούμενα και πολύ αφοσιωμένα στην οικογένεια.



Σύνδρομο Pateau (τρισωμία 13)

• συχνότητα εμφάνισης: 1 στις 25.000 γεννήσεις

• σοβαρά συμπτώματα: αδυναμία φυσιολογικής ανάπτυξης, βαριά διανοητική καθυστέρηση, καρδιακά προβλήματα και προβλήματα στο ουρογεννητικό σύστημα, δυσπλασίες του προσώπου

• συνήθως τα άτομα δεν ξεπερνούν τους έξι μήνες ζωής 3ο ε.λ. Ηλιούπολης επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης 34

Σύνδρομο Edwards (τρισωμία 18)

συχνότητα εμφάνισης: 1 στις 8.000 γεννήσεις

95% των περιπτώσεων αποβάλλονται αυτόματα. Δεν επιζούν περισσότερο από μερικούς μήνες (σε ορισμένες μόνο περιπτώσεις έχουν ξεπεράσει τα 15 χρόνια)

σοβαρή διανοητική καθυστέρηση και σοβαρά καρδιακά προβλήματα, καθυστέρηση στην ανάπτυξη, δυσπλασίες


Σύνδρομο Turner (μονοσωμία του Χ)

• συχνότητα εμφάνισης: 1 στα

5.000 θηλυκά νεογέννητα

• χαμηλό ανάστημα,

στειρότητα, διάφορες

σωματικές ανωμαλίες,

καρδιαγγειακή και νεφρική

δυσλειτουργία 3ο ε.λ. Ηλιούπολης επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης 36

Σύνδρομο Klinefelter (47, ΧΧΥ) • συχνότητα εμφάνισης: 1

στα 1.000 άρρενα νεογέννητα

• άρρενα στείρα άτομα, έχουν μικρούς όρχεις, συχνά εμφανίζουν γυναικομαστία και διανοητικά υστερούν ελαφρώς έναντι των φυσιολογικών ατόμων


Σύνδρομο 47, ΧΥΥ

συχνότητα εμφάνισης: 1 στα 1.000 άρρενα νεογέννητα

φυσιολογικός φαινότυπος, υψηλό ανάστημα και προβληματική κοινωνική συμπεριφορά


Τρισωμία Χ (47, ΧΧΧ)

θηλυκά άτομα με φυσιολογικό φαινότυπο, συνήθως έχουν υψηλό ανάστημα, εμφανίζουν διανοητική καθυστέρηση σε μικρό βαθμό, η γονιμότητά τους ποικίλει



Α/Α Σύνδρομο Καρυότυπος Κλινικά συμπτώματα

1 Down Τρισωμία 21 Καθυστέρηση στην ανάπτυξη, δυσμορφίες προσώπου, διανοητική καθυστέρηση

2 Pateau Τρισωμία 13 Συμπτώματα βαρύτερα από του Down

3 Edwards Τρισωμία 18 Συμπτώματα βαρύτερα από του Down

4 Turner 22ΑΑ ΧΟ Δεν εμφανίζουν δευτερογενή χαρακτηριστικά φύλου

5 Kleinefelter 22ΑΑ ΧΧΥ Χαρακτηριστικά αρσενικού αλλά είναι στείρα. (εμφάνιση μετά την εφηβεία)


Μια γενετική ασθένεια οφείλεται σε κάποια διαταραχή που

προκαλείται από μια ανωμαλία στο DNA του ατόμου. Οι ανωμαλίες

μπορεί να κυμαίνονται, από μια μικρή μετάλλαξη σε ένα μόνο

γονίδιο, έως την προσθήκη ή την έλλειψη ενός ολόκληρου

χρωμοσώματος ή ακόμα και αριθμού χρωμοσωμάτων.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με διάφορες γενετικές διαταραχές

μπορείτε να περιηγηθείτε στη Βιβλιοθήκη Γενετικών Διαταραχών (Genetic

Disorder Library).

ΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ

http://learn.genetics.utah.edu/content/disorders/whataregd

http://learn.genetics.utah.edu/content/disorders/whataregd


Χάρτης γενετικών ασθενειών

Έλεγχος γενετικού υλικού Γενετική καθοδήγηση

Σκοπός της γενετικής καθοδήγησης είναι να πληροφορήσει τους ενδιαφερόμενους για όλες τις δυνατότητες επιλογής που έχουν και να τους υποβοηθήσει να ξεπεράσουν ψυχολογικά και ιατρικά προβλήματα που μπορεί να σχετίζονται με μία γενετική ασθένεια.

Προγεννητική διάγνωση Αφορά ζευγάρια που διατρέχουν το κίνδυνο να γεννήσουν ένα παιδί με

γενετική διαταραχή. Κριτήρια που οδηγούν στον έλεγχο: • προχωρημένη ηλικία της μητέρας • προηγούμενο παιδί με de novo χρωμοσωμική ανωμαλία • παρουσία δομικής χρωμοσωμικής ανωμαλίας στον έναν από τους

δύο γονείς • ύπαρξη οικογενειακού ιστορικού κάποιας γενετικής διαταραχής



Γενετικές ασθένειες μέθοδοι διάγνωσης

1 Σύνδρομο Down

Ανάλυση του καρυοτύπου

2 Σύνδρομο Kleinefelter

3 Σύνδρομο Turner

4 Σύνδρομο Pateau

5 Σύνδρομο Edwards

6 Ρετινοβλάστωμα

7 Φαινυλκετονουρία Βιοχημική μέθοδος

8 Κυστική ίνωση

Ανάλυση DNA (με PCR)

9 Έλλειψη α1 αντιθρυψίνης

10 Αιμορροφιλία Α

11 Αιμορροφιλία Β

12 Δρεπανοκυτταρική αναιμία

13 α- θαλασσαιμία

14 β- θαλασσαιμία

Προγεννητικός έλεγχος Τεχνικές λήψης εμβρυϊκού ιστού:

• Αμνιοκέντηση: λαμβάνεται αμνιακό υγρό με σύριγγα μέσω κοιλιακής κοιλότητας. Πραγματοποιείται τη 16η εβδομάδα της κύησης ή νωρίτερα.

• Δειγματοληψία χοριακών λαχνών (ιστός εμβρυϊκής τροφοβλάστης) Πραγματοποιείται νωρίτερα από την αμνιοκέντηση (α΄ τρίμηνο κύησης) ωστόσο συχνά δίνει αμφιλεγόμενα αποτελέσματα.

• Λήψη αίματος ομφάλιου λώρου: σε περίπτωση αποτυχίας της αμνιοκέντησης.

• Υπερηχογραφία 3ο ε.λ. Ηλιούπολης επιμέλεια: Αργύρης Γιάννης 46

Τεχνικές λήψης εμβρυϊκού ιστού





Παρατήρηση των χρωμοσωμάτων του ανθρώπου-Καρυότυπος.

1. Τα χρωμοσώματα προέρχονται από κύτταρα που διαιρούνται

2. Προσθήκη χημικών ουσιών με μιτογόνο δράση.

3. Χρήση ουσιών που σταματούν την κυτταρική διαίρεση (π.χ.κολχικίνη).

4. Επώαση των κυττάρων σε υποτονικό διάλυμα.

5. Χρώση των χρωμοσωμάτων με ειδικές χρωστικές (Giemsa).

6. Παρατήρηση στο μικροσκόπιο. Έλεγχος χρωμοσωμάτων σε κύτταρα που βρίσκονται στη φάση της μετάφασης.

7. Δημιουργία του καρυοτύπου (φωτογραφίζοντας-ταξινομώντας σε ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων κατά σειρά μειούμενου μεγέθους)

ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΡΥΟΤΥΠΟΥ

Μέσω διαδικτύου

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/traits/predictdisorder/quiz.html

http://www.biology.arizona.edu/human_bio/activities/karyotyping/karyotyping.html

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/traits/predictdisorder/quiz.html

http://www.biology.arizona.edu/human_bio/activities/karyotyping/karyotyping.html

Καρκίνος


Τι είναι ο καρκίνος και

ποιες αιτίες τον προκαλούν;

Ορισμός


Ο όρος καρκίνος προέρχεται από τη λατινική λέξη καρκίνος (cancer), επειδή είχε παρατηρηθεί ότι οι όγκοι προσκολλώνται στους γύρω ιστούς με προεκβολές σαν «δαγκάνες». Ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για τους κακοήθεις «όγκους».


Χαρακτηριστικά

Χαρακτηρίζεται από τον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό των

κυττάρων ενός ιστού.

Σχεδόν όλες οι περιπτώσεις καρκίνου προέρχονται από

μεταλλάξεις γονιδίων σωματικών κυττάρων.

Ο καρκίνος προκαλείται από μεταλλάξεις γονιδίων που

ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό.


Κυτταρικός κύκλος Πα

ράγο

ντες

πο

υ ρυ

θμίζ

ουν

τον

μιτω

τικό

κύ

κλο

ενός

ευ

καρυ

ωτι

κού

κυττ

άρου

.

G1

G2

S

M

Γονίδια που σχετίζονται με την εμφάνιση του καρκίνου

• Ογκογονίδια • Ογκοκατασταλτικά


Ογκογονίδια Τα ογκογονίδια υπάρχουν φυσιολογικά σε κάθε κύτταρο και

ονομάζονται πρωτοογκογονίδια, όταν λειτουργούν κανονικά.

Μεταλλάξεις των πρωτοογκογονιδίων (συνήθως σημειακές ή

μετατοπίσεις) δημιουργούν τα ογκογονίδια τα οποία

υπερλειτουργούν και προκαλούν ανεξέλεγκτες κυτταρικές

διαιρέσεις των σωματικών κυττάρων δημιουργώντας

νεοπλασίες.



Ογκοκατασταλτικά γονίδια Τα ογκοκατασταλτικά είναι γονίδια που ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση, καταστέλλοντάς την όταν χρειάζεται. Μετάλλαξή τους (συνήθως έλλειψη), αφαιρεί την δυνατότητα από το κύτταρο να ελέγξει τον πολλαπλασιασμό του και οδηγείται σε καρκινογένεση.

‒ Έλλειψη του ογκοκατασταλτικού γονιδίου στο 13q χρωμόσωμα δημιουργεί το ρετινοβλάστωμα (καρκίνωμα του αμφιβληστροειδούς)

‒ Έλλειψη του ογκοκατασταλτικού γονιδίου APC προκαλεί την οικογενή αδενωματώδη πολυποδίαση του παχέος εντέρου.


Βλάβες στους μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA.

Τα άτομα που πάσχουν από μελαχρωματική

ξηροδερμία παρουσιάζουν αδυναμία επιδιόρθωσης

βλαβών που προκαλούνται από την υπεριώδη

ακτινοβολία, λόγω μετάλλαξης των γονιδίων που

κωδικοποιούν τα επιδιορθωτικά ένζυμα της

αντιγραφής του DNA.


Χαρακτηριστικά καρκινικών κυττάρων

• Τα προκύπτοντα κύτταρα ελάχιστα αποκρίνονται στα «σήματα ελέγχου» της κυτταρικής αύξησης.

• Πολλαπλασιάζονται υπερβολικά, ουσιαστικά χωρίς καμιά ρύθμιση και σχηματίζουν «όζο» ή νεόπλασμα.

• Κάθε νεοπλασματικό κύτταρο έχει μια τροποποίηση στο γονιδίωμά του, που είναι υπεύθυνη για την ανώμαλη ανάπτυξή του.


• Καλόηθες: όταν τα όρια του όγκου είναι σαφώς περιγεγραμμένα και ο όγκος αναπτύσσεται τοπικά.

• Κακόηθες: όταν τα όρια του όγκου είναι ασαφή και τα νεοπλασματικά κύτταρα διηθούν τους γύρω ιστούς και τους καταστρέφουν.

Διακρίνονται δυο τύποι νεοπλασμάτων:


Αίτια Παρά το ότι σχετίζεται με αλλαγές στο γενετικό υλικό, δεν κληρονομείται σαν απλός Μενδελικός χαρακτήρας.

Δεν προκαλείται από μια μετάλλαξη, αλλά από τη «συσσώρευση» αρκετών γενετικών αλλαγών στα κύτταρα, αποτέλεσμα επίδρασης διαφορετικών μεταλλαξογόνων παραγόντων όπως η ακτινοβολία και οι χημικές ουσίες.

Documents

Βιολογία - 3ο Ε.Λ. Ηλιούπολης3lyk-ilioup.att.sch.gr/viologia/Files/6-kat.pdf · Γενικά Μεταλλάξεις είναι οι αλλαγές που είναι