Genetička varijabilnost

Izvori genetičke varijabilnosti

Postizanje varijabilnosti u svim fazama delovanja gena i na svim nivoima živog sveta (jedinka, populacija, vrsta i dr.) osnovni je cilj nasleđivanja i upravo su tome prilagođeni glavni genetički mehanizmi. Nasleđivanje nije » kruto « umnožavanje postojećih osobina već održavanje sposobnosti prilagođavanja promenljivim uslovima životne sredine. Izvori genotipske i fenotipske varijabilnosti (promenljivost, raznovrsnost) su mutacije i kombinacije (rekombinacije). Osnovna razlika između mutacija i kombinacija je u tome što mutacije dovode do stvaranja novih alela (gena), a kombinacije predstavljaju raspoređivanje već postojećih gena roditelja pri obrazovanju njihovih potomaka.

Kombinacije

Pri nastanku brojnih gameta i zigota ostvaruje se velika raznovrsnost u kombinovanju ćelijskih hromozoma, koji nose čitave grupe gena. Broj kombinacija zavisi od broja hromozoma u ćeliji – što je broj hromozoma veći, veći je i broj njihovih kombinacija. Hromozomi se međusobno kombinuju pri :

1. razdvajanju Hhomologih hromozoma u anafazi mejoze I pri obrazovanju gameta (u spermatogenezi i oogenezi);23 para hromozoma čoveka se kombinuju po principu slučajnosti tako da mogu dati 2²³= 8 000 000 genotipski različitih gameta;

2. oplođenju, kada se ustvari kombinuju kompletni genomi sadržani u gametima; broj mogućih kombinacija hromozoma pri nastanku zigota čoveka je:

2²³ x 2²³= 2⁴⁶=>70 triliona

Rekombinacije

Navedenim načinima kombinuju se slobodni geni smešteni na različitim hromozomima. Geni koji se nalaze na jednom istom hromozomu (vezani geni) ne mogu se kombinovati navedenim načinima. Kombinacija vezanih gena odvija se na poseban način nazvan rekombinacija (ponovna kombinacija). Rekombinacije se vrše procesom krosing-overa (engl. crossing-over) u pahitenu profaze mejoze I. Homologi hromozomi se međusobno približe, a zatim njihove nesestrinske hromatide razmene delove (vidi shemu). Posle razmene delova hromatide koje su u tome učestvovale sadrže delove i majčinog i očevog hromozoma. Spoljašnje hromatide, koje nisu učestvovale u krosing-overu sadrže samo majčine (jedna) ili očeve gene(druga hromatida). Prema tome posle završene mejoze svaka od 4 nove ćelije ima drugačiji genom : jedna majčin, druga očev, a preostale dve mešovit sa različitim udelom majčinog i očevog .

Mutacije

Varijabilnosti jedinki u populaciji najviše doprinose mutacije. To su nagle nasledne promene koje mogu zahvatiti cele hromozome (hromozomske mutacije ili aberacije) ili samo pojedine gene ( genske ili tačkaste mutacije).

Za više podataka pogledati hromozomske aberacije

Genske mutacije su promene redosleda nukleotida u DNK koje se trajno zadržavaju i prenose u narednu generaciju ćelija. Događaju se u svim organizmima i ćelijama, kao rezultat njihovog normalnog rada u saglasnosti sa životnom sredinom. Takve mutacije se nazivaju spontane i uzrok njihovog postanka nije poznat. Za razliku od njih, mutacije koje izaziva neki poznati faktor spoljašnje sredine su indukovane mutacije. Faktori koji dovode do mutacija nazivaju se mutageni. To mogu da budu hemijski, fizički ili biološki faktori.

Promene gena u telesnim (somatskim) ćelijama su somatske mutacije. Somatska mutacija se može ispoljiti na fenotipu osobe u kojoj je nastala, ali se ne prenosi na potomstvo zato što nije nastala u polnim ćelijama. Osobe koje imaju somatsku mutaciju su genetički mozaici zato što se kod njih obrazuju dve grupe ćelija. Jedna grupa ćelija nastaje mitozama mutirane ćelije, a druga mitozama ćelije koja nije mutirala (normalna ćelija). Primer za mozaicizam je da jedna osoba u dužici oka može imati i plavo i smeđe polje ili čak jedno plavo, a drugo smeđe oko. Promene gena u polnim ćelijama su germinativne mutacije i one se prenose na potomstvo.

Promene divljeg ili normalnog gena (gen koji je široko rasprostranjen u prirodi) u oblik koji dovodi do novog fenotipa je direktna mutacija ( a+ -> a ). Mutacije mogu biti povratne, odnosno izmenjeni gen se može vratiti u prvobitno stanje ( a -> a+ ). Učestalost povratnih mutacija je manja od učestalosti direktnih mutacija.

Prema jačini dejstva na fenotip nosioca mutacije mogu biti:

• tihe,
• neutralne,
• štetne,
• uslovne i
• letalne.

Tihe mutacije se ne odražavaju na fenotipu i većina mutacija su takve. Neutralne mutacije ne izazivaju nikakav štetan efekat već dovode do obrazovanja različitih dominantnih i recesivnih alela koji daju razlike u npr. boji očiju ili kose kao i u osobinama ličnosti. Dominantne mutacije ispoljavaju se u heterozigotu (jednoj dozi), a recesivne u homozigotu (duploj dozi). Štetne mutacije dovode do naslednih bolesti (o njima ćemo posebno govoriti u okviru humane genetike). Letalne mutacije izazivaju smrt u embrionalnom i fetalnom razviću ili u različitom periodu posle rođenja. Uslovne mutacije se ispoljavaju na fenotip samo u određenim uslovima sredine.

Za više podataka pogledati mutacije

Mitohondrijska DNK

Varijabilnosti ljudskog genoma doprinosi i mitohondrijska DNK (mDNK) čija je ukupna količina daleko manja od količine jedarne DNK, ali nije zanemarljiva zato što sadrži gene važne za funkcionisanje ćelije. (Danas je poznato više naslednih mitohondrijskih bolesti čiji uzrok je mutacija gena na mDNK.) To je posebna vrsta DNK slična prokariotskoj i po obliku i po osobinama nekih kodona. Ima sposobnost replikacije nezavisno od replikacije jedarne DNK, a i mitohondrije se dele nezavisno od deobe same ćelije. Na mDNK nalaze se geni koji određuju sintezu 37 proteina koje mitohondrije koriste za sopstvene funkcije, a ostale proteine uzimaju iz citoplazme. Prilikom oplođenja spermatozoid pored jedra u jajnu ćeliju unosi i svoje mitohondrije ali je njihov broj daleko manji od onog u citoplazmi jajne ćelije (kod miša je taj odnos 75 : 100 000). Tako se praktično geni smešteni na mDNK nasleđuju samo od majke. Pošto se replikuju nezavisno od deobe ćelije onda se nejednako raspoređuju u kćerke ćelije posle deobe. Ako genom posmatramo, uključujući i mDNK, kao zbir hromozomskih i mitohondrijskih gena onda u svim ćelijama postoji mozaicizam.

Za više podataka pogledati Mitohondrijska DNK

Literatura

• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, beograd, 1986.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.

Snežana Trifunović, dipl. biolog