document.doc 23.04.18 06:41 1

ALELIAI IR DOMINAVIMAS

Metabolines reakcijas katalizuoja fermentai, informacija apie kuriuos užrašyta genuose. Kiekvienas fermentas turi savą geną1. Tačiau daugelis ląstelių yra diploidinės - turi po porą homologinių chromosomų [žr. 07_NR]. Vienas homologinių chromosomų požymis yra tai, kad homologinėse chromosomose toje pat vietoje yra tie patys genai. Taigi, homologinių chromosomų poroje yra du to paties geno egzemplioriai. O po perrašos (replikacijos), kai sudvigubėjusios chromosomos pasidaro dvichromatidės, kiekvieno geno būna net po keturius egzempliorius.

Panagrinėkime, ar šie genų egzemplioriai vienodi?

Chromosomų dvigubėja taip, kad naujoji DNR grandinė būtų tokia pati, kaip senoji. Tačiau klaidų pasitaiko. Vienos klaidos sukelia pakaitos mutacijas kai naujoje DNR grandinėje vietoje vieno nukleotido įmontuojamas kitas. Dėl pakaitos mutacijos pakinta vienas geno kodonas.

intarpas GENŲ PAKAITOS MUTACIJOSGenų pakaitos mutacijos sudaro ~ 20% genų mutacijų. Pakaitos mutacijos priežastis yra

perrašos metu DNR grandinėje atsiradęs nuokleotidas, neatitinkąs komplementarumo principo. Toks neatitikimas vadinamas pažaida. Pažaidos priežastis gali būti:a) atsitiktinė fermento klaida dėl šiluminio molekulių judėjimo;b) nukleotido azoto bazės atsitiktinė modifikacija, dėl ko pasikeičia sudaromų vandenilinių jungčių išsidėstymas, ir ji ima jungtis su ne tuo nukleotidu (pvz., adeninas ima poruotis su citozinu, timinas - su guaninu);c) azotinės bazės analogas (tai medžiaga, kurios molekulės forma labai panaši į nukleino rūgščių azotines bazes, todėl ji įmontuojama į polinukleotidinę grandinę), pvz., kofeinas;d) modifikuota azotinė bazė (pvz., azoto rūgštis citoziną paverčia uracilu ). [AK-SG3:12(20.6, viršutinė dalis - citozinas-uracilas-adeninas)]

Geno pažaida po kelių perrašymų virsta geno mutacija - vieną nukleotidų porą pakeičia kita pora.

Pav. # Geno pažaida virsta mutacija. Veikiant azoto rūgščiai citozinas praranda amino grupę ir virsta uracilu. Didžiąją dalį tokių pažaidų ištaiso specialūs reparacijos fermentai, kurie iškerpa uracilą ir įstato reikiamą bazę. Tačiau jei replikacija įvyksta dar neištaisius pažaidos, atsiranda

mutacija.

1 Kai kurie fermentai, turintys ketvirtinę struktūrą, būna sudaryti iš skirtingų subvienetų. Tuomet tie subvienetai turi atskirus genus.

document.doc 23.04.18 06:41 2

. Kitos klaidos sukelia skaitymo rėmelio poslinkį gene, kai iškrenta vienas nukleotidas ar įsiterpia papildomas nukleotidas. Pradedant kodonu, kuriame įvyko pokytis, pasislenka kodonų skaitymas, nes genetiniame kode nėra skirtukų.

Tarkime, pradinė nukleotidų seka: CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT.Iškritus vienam nukleotidui seka keičiasi:CAT ATC ATC ATC ATC ATC ATC.Ji keičiasi ir įsiterpus papildomam nukleotidui:CAT CGA TCA TCA TCA TCA TCA.

Genų mutacijų prasmės iliustracijaSkaitomas tekstas Mutacinis įvykisRytą Lina kasą pinaRytą Lina kavą pina PakaitaRytą inak asąp ina Rėmelio poslinkis dėl intarpoRytą Linc akas ąpin a Rėmelio poslinkis dėl delecijos

UŽDAVINYS: Pagalvokite, kaip pasikeis genas, jei jame a) iškris vienas nukleotidas , o kitoje geno vietoje įsiterps vienas nukleotidas?b) iškris 3 nukleotidai?

Naująsias DNR grandines tikrina specialūs reparacijos2 fermentai. Jie slenka naująja DNR grandine ir ieško vietų, kur nukleotidų poros neatitinka komplementarumo principo ir taiso klaidas. Jie iškerpa netinkamą nukleotidą ir įsiuva reikiamą.

Tačiau perraša ir reparacija nėra idealiai tikslios, todėl klaidų lieka. Tos likusios klaidos tampa genų mutacijomis.

ALELIAI. Dėl mutacijos gene keičiasi nukleotidų seka, susidaro naujas geno variantas.

Geno variantai, besiskirią vienas nuo kito nukleotidų seka, vadinami aleliais.

Skirtingi aleliai gali koduoti skirtingus baltymo variantus. Atvejis, kai egzistuoja daugiau kaip du geno aleliai, vadinamas polialelizmu.

Kaip alelių įvairovė veikia ląstelių ir organizmų metabolizmą?

intarpas ALELIŲ SKAIČIUSVienu arba keliais nukleotidais besiskiriančių geno variantų gali būti labai daug. Pagal juos

susintetinti baltymai skirsis viena ar keliomis aminorūgštimis, jų irgi gali būti labai daug. Kuo tie variantai skiriasi nuo tikrojo, nepakitusio geno ir jo baltymo varianto?

Galima chemiškai nustatyti tikslią DNR atkarpos nukleotidų seką arba baltymo aminorūgščių seką. Taip tiriant vieno geno ir jo baltymo mutavusių variantų galima aptikti labai daug. Tačiau tokie tyrimai kol kas brangūs, jiems reikia tinkamų įrengimų ir medžiagų, todėl biologiniuose tyrimuose dažnai apsieinama be jų.

Be to, genas svarbus tiek, kiek svarbus jo koduojamas baltymas. Todėl geno pokitis dėl mutacijos dažniausiai aptinkamas pagal baltymo pasikeitimą.

Tarkime, mutavo fermento genas. Mutacijos poveikis fermento savybėms priklauso nuo to, kiek nukleotidų pakito gene ir kiek pakitusi vieta svarbi baltymo savybėms.

Pasikeitus vienam nukleotidui naujai susintetintame fermente pasikeis viena aminorūgštis. Kaip nuo to keisis fermento savybės?

Jei naujoji aminorūgštis savo savybėmis artima senajai, tuomet fermento sąranga bus visai ar beveik tokia pati. Jei ta aminorūgštis nėra svarbi fermento aktyvumo centre ar valdymo centre, tuomet baltymo savybės gali visiškai nepasikeisti ar pasikeisti labai mažai. Tiriant išskirto gryno fermento katalizines ir fizines savybes jis gali pasirodyti lygiai toks pat, koks ir senasis. Biologas teigs, kad fermentas nepakito, tai tas pats variantas.

2 Lot. reparatio - atstatymas, atitaisymas.

document.doc 23.04.18 06:41 3

Tarkime, pakeistoji aminorūgštis labiau pakeitė fermento sąrangą, jo aktyvumo ar valdymo centrą. Fermentas pakito, pasidarė silpnesnis katalizatorius. Tiriant išskirto fermento savybes pasirodė, kad fermentas katalizuoja prasčiau, tarkime du kartus. Biologas teigs, kad tai kitas, dukart mažiau aktyvus fermento variantas. Tam variantui biologas priskirs visus tokio aktyvumo ir tokių pat fizinių savybių fermento variantus.

Aptiktas ir trečias fermento variantas - visiškai neveiklus. Galbūt pakito viena aminorūgštis aktyvumo centre arba labai pakito fermento sąranga.

Biologas, remdamasis išskirtų fermentų kataliziniu aktyvumu ir fizinėmis savybėmis, teigs, kad buvo aptikti trys geno aleliai. Vienas normalus, antras mažiau aktyvus ir trečias visiškai neaktyvus.[Baltymo pakitimas dėl mutacijos - pakitus 1 nukleotidui, fragmentui ir pan.]

Mutacijų naudingumas. Geno mutacijos, tiek pakaitos, tiek poslinkio, atsiranda visiškai atsitiktinai. Todėl ir baltymas, susintetintas pagal taip mutavusį geną, irgi bus pakitęs atsitiktinai. Pvz., pakis mutavusių fermentų aktyvumas (tikriausiai, smarkiai sumažės ar visiškai išnyks). Neretai geno viduryje ar pradžioje susidaro terminacijos kodonas, reiškiąs polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą. Baltymo sintezė nutrūksta per anksti, ir "nutrumpintas" baltymas, be abejo, būna neaktyvus, neatliekąs savo funkcijos. Tokie atsitiktiniai pakitimai gerai veikiančius baltymus pagadina, o geriausiu atveju, palieka kokie buvo. Todėl mutacijos dažniausiai būna neigiamos ar neutralios (tiesa, neutralios mutacijos dažniausiai nepastebimos, nes nepasireiškia).

HOMOZIGOTIŠKUMAS IR HETEROZIGOTIŠKUMASDiploidinėse ląstelėse kiekviena chromosoma turi po homologinę porininkę. Homologinėse

chromosomose toje pačioje vietoje3 yra du to paties geno egzemplioriai. Viena homologinė chromosoma yra gauta iš motininio organizmo, kita - iš tėvinio, todėl homologinėse chromosomose tie geno egzemplioriai gali būti skirtingi. Organizmai, kurie toje pačioje homologinių chromosomų poros vietoje turi vieno ir to paties geno alelio kopijas, yra homozigotiniai pagal tą geną, o genas yra homozigotinėje būsenoje.Jei toje pačioje homologinių chromosomų vietoje yra skirtingi aleliai, organizmas yra heterozigotinis pagal tą geną, o genas yra heterozigotinėje būsenoje.

[Homozigotiškumo ir heterozigotiškumo schema]Kartais vienoje homologinėje chromosomoje dėl mutacijos trūksta didelės chromosomos atkarpos

(chromosominė mutacija). Toje atkarpoje buvo vienas geno egzempliorius, bet prapuolė kartu su atkarpa. Tokiu atveju diploidinė ląstelė to geno turi tik vieną kopiją. Toks genas yra hemizigotinėje būsenoje, o ląstelė yra hemizigotine pagal tą geną. [hemizigotiškumo schema ir gerai būtų - nuotrauka]

Panašus atvejis yra žinduolių 23-ojoje chromosomų (tai lytinės chromosomos) poroje. Viena chromosoma yra maždaug vienodai ilgais pečiais (ji vadinama X chromosoma), o kitos vienas petys yra labai trumpas, nes trūksta nemažo gabalo. Trumpesnioji chromosoma primena V ar Y raidę ir vadinama Y chromosoma. [SCHEMA] Genai, esantys X chromosomos petyje, kurio neturi Y chromosoma, neturi savo porininkų. Organizmas yra hemizigotinis pagal to chromosomos peties genus.

DOMINAVIMASKaip ląstelė (ir organizmas) sintetina baltymus, jei ląstelė geno A požiūriu gali būti keliose

būsenose?Panagrinėkime hipotetinį žiedinio augalo geną A, kuris koduoja fermentą A. Fermentas A

sintetina pigmentą, kuris nudažo augalo vainiklapius raudonai. Tarkime, genas A yra homozigotinėje būsenoje. Tokiu atveju pagal abu geno egzempliorius

nurašoma vienoda iRNR, o pagal tas iRNR sintetinamos vienodos fermento A molekulės. Fermentas A sintetina pigmentą, kuris kaupiasi vainiklapių ląstelėse ir nudažo jas raudonai.

Tarkime, augalas yra homozigotinis pagal geno A alelį a. Pagal abi a kopijas nurašoma iRNR, o pagal šią - sintetinami fermentai A. Tačiau šie fermentai yra neveiklūs, nes dėl mutacijos pakito

3 Genetikoje geno vieta chromosomoje vadinama lokusu.

document.doc 23.04.18 06:41 4

aminorūgščių seka baltymo polipeptidinėje grandinėje, ir fermentas neįgavo reikiamos tretinės sandaros. Nesusidarė veiklus aktyvumo centras, ir fermento molekulės neveiklios. Augalo vainiklapių ląstelės pigmento negamina, ir vainiklapiai lieka bespalviai. Smulkiose bespalvėse ląstelėse lūžtant dienos šviesos spinduliams, šios ląstelės atrodo baltos4. Augalo žiedai - balti.

O kas bus, jeigu vienas geno egzempliorius bus alelio A, o kitas alelio a? Gali būti piešinio dalyje C nurodytas atvejis: pagal alelio A kopiją gaminamo veiklaus fermento

kiekio nepakanka normaliai raudonai nudažyti žiedams, ir šie yra rausvi. Gali būti ir taip, kad fermentas A yra toks veiklus, jog pakanka vieno alelio A egzemplioriaus.

Pusinio fermento A kiekio pakanka žiedams visiškai nudažyti. Toksai atvejis vadinamas visišku alelio A dominavimu 5 prieš alelį a (arba tiesiog visišku dominavimu). Alelis A vadinamas dominantiniu aleliu, o alelis a vadinamas recesyviuoju 6 aleliu.

Jeigu vieno veiklaus alelio egzemplioriaus nepakanka intensyviai spalvai gauti, tuomet tai dalinis alelio A dominavimas prieš alelį a (trumpiau - dalinis dominavimas).

A A Aa a a

iRNR

fermentai

pigmentai

geno A

homologinëseegzemplioriai

chromosomose

Visiško dominavimo atveju alelis A nulemia raudoną spalvą, todėl sakoma, kad raudona spalva yra dominuojantis požymis. Alelis a nulemtų bespalvį (baltą) žiedą, tačiau heterozigotinėje būsenoje jį užgožia alelis A. Todėl balta spalva, nulemiama alelio a, vadinama recesyviu požymiu.

intarpas POLIALELIZMAS

4 Smulkūs cukrus, valgomoji druska, grūstas bespalvis stiklas atrodo balti, nors stambūs vientisi šių medžiagų gabalai yra bespalviai.5 Lot. dominatio - viešpatavimas.6 Lot. recessus - atsitraukimas.

document.doc 23.04.18 06:41 5

Be abejo, genai gali turėti ir turi šimtus variantų. Tyrinėjant genus, jie paprastai atpažįstami pagal tai, kaip jie veikia.

Visi geno variantai, kurie duoda neveiklius baltymus, atrodo kaip vienas recesyvus neveiklus alelis. Dalis geno variantų duoda normaliai veiklius baltymus. Jie visi irgi atrodo lyg vienas normalus alelis. Todėl alelių atrodo žymiai mažiau, negu genų variantų yra iš tikrųjų.

Neretai egzistuoja geno variantai, kurie koduoja veiklius fermentus, bet jų aktyvumas mažesnis, negu normalaus fermento. Tokiu atveju bus ne tik recesyvus alelis (duodantis visiškai neveiklius baltymus) ir normalus dominuojantis alelis (duodantis normalaus aktyvumo fermentus), bet ir tarpinio aktyvumo aleliai (kurie bus recesyviniai aktyviausio alelio požiūriu). Tai polialelizmo atvejis.

Ne visuomet recesyvieji aleliai duoda neveiklius fermentus. Jų sintetinami fermentai gali būti mažai veiklūs, todėl heterozigotinėje būsenoje juos nesunkiai užgožia žymiai veiklesni (taigi - dominuojantys) aleliai. Tačiau kartais abu aleliai veikia neužgoždami vienas kito. Toks atvejis vadinamas kodominavimu. Pavyzdžiu gali būti kraujo grupių sistemos AB0 paveldėjimas.

intarpas KRAUJO GRUPIŲ SISTEMA AB0Nukraujavusiems žmonėms tenka papildyti kraujo kiekį, o stipriai apsinuodijusiems žmonėms -

perpilti kraują. Perpilant kraują svarbu atsižvelgti į kraujo grupes. Pagrindinės kraujo grupių sistemos yra AB0 ir Rhezus (rėzus).

AB0 kraujo grupių sistemą atrado Karlas Landšteineris (Karl Landsteiner) apie 1901 m. Perpylus kraują, nesuderinamą pagal AB0 sistemą, šio kraujo eritrocitai suyra - hemolizuoja7. In vitro8 netinkami eritrocitai tiktai suklijuojami. Tačiau pakankamai ilgai in vitro laikomas toks mišinys irgi hemolizuoja.

Imuninė sistema atpažįsta kai kurias pakankamai stambias molekules kaip svetimas organizmui. Atpažįstamos molekulės ar molekulių dalys vadinamos antigenais. Prieš atpažintas molekules imuninė sistema ima gaminti ardančius imuninius baltymus.Šie baltymai vadinami antikūnais.

Kraujo grupių sistemoje AB0 kraujas skirstomas į 4 pagrindinės grupės - 0, A, B ir AB. Šias grupes nulemia eritrocito membranos antigenai - glikolipidų oligosacharidinės dalys. Svetimus eritrocitus ardantys antikūnai juos suklijuoja (todėl vadinami agliutininais9), o paskui suardo. Antigenai, pagal kuriuos svetimieji eritrocitai atpažįstami, vadinami agliutinogenais. Šios sistemos agliutinogenai žymimi lotyniškomis raidėmis, o agliutinogenus veikiantys agliutininai - graikiškomis raidėmis.

Europiečiams labiausiai būdinga grupė buvo pavadinta A, o retesnioji - B. Grupė, kurios eritrocitai nesuklijuojami, buvo pavadinta 0. O paskutinė grupė, kurios eritrocitus agliutinuoja visų kitų grupių

7 Hemolizė (gr. haima - kraujas + lysis - irimas, skaidymas) kraujo eritrocitų suirimas. Osmotinė H. - dėl osmotinių slėgių skirtumo eritrocituose ir plazmoje, cheminė H. - dėl cheminių medžiagų poveikio, mechaninė H. - dėl purtymo ir t.t. 8 In vitro (lot. - stikle) reiškia, kad eksperimentas atliekamas mėgintuvėlyje, kolboje ar kitokioje negyvoje, nenatūralioje aplinkoje.

Antonimas: in vivo (lot. - gyvame) paprastai reiškia, kad procesas vyksta gyvame organizme (dažniausiai - natūraliose sąlygose).9 Agliutinacija (lot. agglutinatio - priklijavimas) - antigeninių dalelių (eritrocitų, leukocitų, bakterijų) suklijavimas veikiant specifiniams antikūnams agliutininams.

Vaisinių muselių Drosophila akių spalvos geno aleliai

Alelio pavadinimas Santrumpa Akies spalvaNormalus W arba w+ tamsiai raudonos

wine wwn raudono vyno

blood wbl kraujo spalvos

coral wco koralo

cherry wch vyšninė

eosin we eozininė

apricot wa abrikosinė

ivory wi buivolo odos

honey wh medaus

pearl wp perlų

white w baltos

document.doc 23.04.18 06:41 6

kraujo serumas, buvo pavadinta AB. Tokie kraujo grupių pavadinimai buvo oficialiai patvirtinti 1925 m. vykusiame Teismo ir socialinės medicinos kongrese.

A grupės kraujo eritrocitai pažymėti agliutinogenais A, o kraujo plazmoje plaukioja agliutininų b molekulės, ardančios agliutinogenu B pažymėtus eritrocitus. Agliutininų ir agliutinogenų pasiskirstymas AB0 grupių kraujyje pažymėtas lentelėje.

Sistemos AB0 genas apsprendžia baltymo glikoziltransferazės sintezę. Šis baltymas apdoroja kitų fermentų jau susintetintą glikolipidą.

Organizme pirmiau veikia genas H. Genas H koduoja fermentą fukozil-transferazę, kuris prie sacharidinės grandinėlės prijungia fukozę (Fuc) ir susidaro medžiaga antigenas H, kurį turi 0 grupės eritrocitai. Šio geno alelis h koduoja neaktyvų fermentą, todėl žmonių su genotipu hh organizme nebūna antigeno H. Tokie žmonės neturi jokios kraujo grupės - nei A, nei B, nei 0. Tai labai retas vadinamas Bombėjaus tipo kraujas. Pirmas žmogus su tokiu krauju aptiktas Bombėjuje. Sistemos AB0 genas I gali pasireikšti tik tada, jei genas H pagamino antigeną H. Geno I koduojama glikoziltransferazė prie antigeno H prijungia monosacharozę - galaktozę arba N-acetilgliukozaminą

Fuc

Gal

kiti monosacharidai

antigenas H

X

Kai X - galaktozë - antigenas BKai X - galaktozës darinys - antigenas A

Genas I turi tris alelius - IA, IB ir i. Alelis i koduoja neaktyvų fermentą, kuris nieko nedaro, todėl antigenas H nepakinta. Kai abiejose

homologinėse chromosomose yra alelis i (organizmas yra homozigotinis pagal alelį i), eritrocitai būna 0 grupės.

Alelis IA koduoja fermentą, kuris prie eritrocito membranos glikolipidų angliavandeninių grandinėlių prijungia po vieną galaktozės darinio (N-acetilgliukozamino) molekulę, ir gaunasi antigenas A. Kai abiejose homologinėse chromosomose yra alelis IA (organizmas yra homozigotinis pagal alelį IA), eritrocitas tampa A grupės eritrocitu.

O alelis IB koduoja fermentą, kuris prijungia galaktozę. Kai abiejose homologinėse chromosomose yra alelis IB (organizmas yra homozigotinis pagal alelį IB), susidaro B grupės eritrocitai.

Antigenai A ir B gaminami taip, nes A, B ir AB grupių eritrocitai turi šiek tiek antigeno H. Taip ir turi būti, nes šių grupių žmonių organizmuose geno I koduojami fermentai ne visus antigenus H perdirba į antigenus A ir/ar B.

Jei žmogaus ląstelės yra heterozigotinės pagal AB0 grupės geną, turi alelius IA ir IB, tuomet jo eritrocitai pažymėti tiek antigenu A (su galaktoze), tiek antigenu B (su N-acetilgalaktozaminu). Šis žmogus turi kraujo grupę AB. Atvejis, kai organizme (ląstelėje) veikia vienas kito neužgožiantys aleliai (čia aleliai IA ir IB), vadinamas kodominavimu.

Nulinės kraujo grupės eritrocitų membranos nepažymėtos nei galaktoze, nei N-acetilgalaktozaminu. Jas žymi tik antigenas H, nes pagal alelį i pagaminta glikoziltransferazė yra neveikli ir antigeno H neperdirba.

Kraujo grupė

Eritrocitus žymi agliutinogenai

Kraujo plazmoje yra agliutininų

0 agliutinogenų A ir B neturi a ir bA A bB B a

AB A ir B agliutininų a ir b nėra

document.doc 23.04.18 06:41 7

1969 m. ši geno I veikimo schema buvo patvirtinta eksperimentiškai: iš 0 grupės eritrocitų buvo išskirti antigenai H, paveikti fermentais ir paversti antigenais A bei B.