Modul 1 - Introducere in genetica

UNIVERSITATEA TITU MAIORESCU

Facultatea de Psihologie

Departamentul de nvmnt la distan

MODUL:GENETIC UMAN

Conf. Univ. Dr. Adriana Stana

2013CUPRINSINTRODUCERE..........4

1. Scopul i obiectivele disciplinei......4

2. Cerine preliminare..........4

3. Coninutul materialului de studiu..................5

4. Recomandri de studiu ................................5

5. Recomandari de evaluare .. 6

TEST DE EVALUARE INIIAL6

Unitatea nr. 1. INTRODUCERE n GENETIC7

Introducere.7

Obiective.7

1.1. Obiectul geneticii .8

1.2. Determinismul caracterelor umane...11

1.3. Raporturile geneticii cu psihologia .....14

1.4. Raporturile geneticii cu etica tiinelor vieii18

1.5. Programul Genomul Uman......18

Rezumat.....20

Test de autoevaluare...22

Concluzii.....22

Unitatea 2. Ereditatea Mendelian: Legile lui Mendel

Introducere..23

Obiective..............23

2.1. Conceptele cheie ale teoriei Mendeliene, legea I...... 24

2.2. Polialelia sau alelismul multiplu .30

2.3. Legea a II-a..31

2.4. Testarea ipotezei genei unice prin analiza segregrii n genetica comportamental .34

2.5. Aplicaii practice ale teoriei Mendeliene i exerciii ..35

Rezumat..36

Test de autoevaluare....38

Concluzii......39

Unitatea 3. Modele de transmitere a caracterelor monogenice (mendeliene) in familiile umane40

Introducere......................................................................................................40

Obiective.........................................................................................................40

3.1. Trsturi monogenice normale i patologice, ancheta familial i alctuirea arborelui genealogic 41

3.2. Modelul ereditii dominant autozomale .46

3.2.1. Excepii .................................................................................................48

3.3. Modelul transmiterii recesive autozomale ..51

3.3.1. Rolul consangvinitii i al izolatelor .54

3.3.2. Screeningul heterozigoilor ...56

3.4. Modelul ereditii legate de sex (sex-linkat)...57

3.5. Acordarea sfatului genetic n tulburrile monogenice.. 60

Rezumat...61

Test de autoevaluare....

Concluzii....................................63

Unitatea 4. Bazele cromozomiale ale ereditii. Cromozomii umani morfologie, structura, funcie64

Introducere......................................................................................................64

Obiective.........................................................................................................64

4.1. Definirea domeniului, teoria cromozomial a ereditii ..65

4.2. Ciclul celular. 66

4.3. Morfologia cromozomilor umani.....68

4.4. Cariotipul uman normal....71

5.5. Cromatina de sex X i mecanismul compensaiei de doz ..71

Rezumat.......73

Test de autoevaluare.....74

Concluzii..76

Unitatea 5. Anomaliile cromozomiale i consecInele lor clinice77

Introducere.77

Obiective.....77

5.1. Definiie, frecven, tipuri de anomalii cromozomiale 78

5.2. Anomaliile cromozomiale numerice, originea i consecinele lor clinice79

5.3. Anomaliile cromozomiale structurale. Sindromul de ntrziere mental cu X fragil ..86

5.4. Anomaliile cromozomiale i comportamentul uman ...88

5.5. Originea i evoluia cariotipului uman 91

Rezumat...92

Test de autoevaluare.94

Concluzii......95

Unitatea 6. EREDITATEA MULTIFATORIAL

SAU POLIGENIC.96

Introducere96

Obiective...96

6.1. Ereditatea multifactorial a caracterelor cantitative..97

6.2. Ilustrarea fenomenului de poligenie...98

6.3. Ereditatea multifactorial a caracterelor discontinui..101

6.4. Metode de studiu a caracterelor multifactoriale.....102

6.5. Sfatul genetic.105

Rezumat....106

Test de autoevaluare..107

Concluzii...109

GLOSAR DE SPECIALITATE 110

INDICAII I RSPUNSURI .............114

INTRODUCERE

1. Scopul i obiectivele disciplinei

Modulul de Genetic uman este un curs de un semestru, adresat stdenilor din anul I al Facultii de psihologie, nvmnt la distan.

Scopul cursului este dobndirea de cunotine din domeniul geneticii umane, precum i de aptitudini i atitudini necesare profesiei. Genetica uman este o ramur a biologiei care studiaz fenomenele i legile ereditii i variabilitii la om. Se tie, astzi, c problemele de genetic ocup un loc central n cadrul tiinelor i nici domeniul psihologiei nu mai poate fi conceput fr cunoaterea universului genetic uman.

Obiectivele generale ale cursului sunt iniierea n terminologia, principiile de baz i metodele de studiu ale geneticii ca disciplin de sine stttoare, precum i n interpretarea conceptelor de baz necesare nelegerii dimensiunii bio-psiho-sociale a fiinei umane.

Obiectivele specifice ale disciplinei constau n: 1.definirea obiectului geneticii i a relaiilor ei cu psihologia i cu etica tiinelor vieii;

2. cunoaterea principiilor de transmitere ereditar conform legilor lui Mendel i cunoaterea modelelor de transmitere ereditar a caracterelor normale i patologice n familile umane, alctuirea arborelui genealogic i acordarea sfatului genetic; 3. cunoaterea bazelor cromozomiale ale ereditii i consecinele clinice ale anomaliilor cromozomilor umani; 4. cunoaterea modelului ereditii multifactoriale i a metodelor de studiere: corelaia familal i gemelologia.

2.Cerine preliminare

1. Aplicarea unor cunotine generale, problematicii dezbtute n curs, i specifice, dobndite i prin parcurgerea simultan a altor discipline(Psihoneurofiziologie, Introducere n psihologie). Se impune ca studenii s-i fi nsuit, cel puin la nivel mediu, conceptele de baz din biologie i evoluionism.

2. Demonstrarea unor abiliti de analiz, sintez i evaluarea critic a informaiei prin diferite modaliti de evaluare

3. Participarea la activitile anunate n calendarul disciplinei

3. Coninutul materialului de studiu. Organizarea pe uniti de studiu

Materialul de studiu rspunde ntrebrilor legate de studiul fenomenului ereditii i conine, pe lng conceptele i tehnicile specifice geneticii, scheme figurative care s nlesneasc nelegerea fenomenelor prezentate.

Materialul de studiu este divizat n 6 uniti de studiu, fiecare dintre acestea avnd la sfrit teste de autoevaluare (teste-grile sau probleme):

1. Introducere n genetic: definirea obiectului de studiu, a termenilor de baz, a relaiei cu psihologia i cu etica tiinelor vieii.

2. Ereditatea Mendelian: legile lui Mendel i aplicaiile practice ale acestora n stabilirea paternitii

3. Modele de transmitere a caracterelor umane normale i patologice, calcularea riscului genetic i exemplificarea cu pedigree-uri caracteristice

4. Bazele cromozomiale ale ereditii: cromozomii umani cu morfologia, structura i funcia lor

5. Anomaliile cromozomiale cu consecinele lor clinice i comportamentale, exemplificate cu sindroamele cromozomiale mai frecvente i binecunoscute. Profilaxia anomaliilor cromozomiale prin sfat genetic i diagnostic prenatal.

6. Ereditatea multifactorial sau poligenic i metodele de studiere: corelaia familial i studiul gemenilor. Sfatul genetic i calcularea riscului empiric de recuren

4. Recomandri de studiu

Studiul individual va fi completat de dialogul la distan cu tutorele.

Se recomand abordarea unitilor de studiu n ordinea prezentat care urmez o logic progresiv, de la simplu (ereditatea simpl monogenic) la complex (ereditatea complex multigenic sau multifactorial), revederea unor cunotine obinute anterior, schiarea ideilor de baz.

Se impune ca studentul s parcurg fiecare unitate de studiu respectnd timpul alocat calendarului disciplinei.

Pentru consolidarea materiei se recomand ca, dup parcurgerea materialului tematic, s se rezolve testele de autoevaluare prezente la sfritul fiecrei uniti de studiu. Rspunsurile trebuie s fie concise, la obiect, evitnd s se reia pasaje din manual. Maneta alb din stnga paginii va putea fi folosit pentru notarea n mod sistematic a unor observaii, comentarii, completri.

Pictogramele au rolul de a facilita parcurgerea materialului de studiu semnaliznd etapele i tipul de activitate solicitat.

5. Recomandri de evaluare

Dup parcurgerea fiecrei uniti de studiu se impune rezolvarea sarcinilor de nvare, ce presupun studiu individual, dar i a celor de autoevaluare.

Activitile de evaluare condiioneaz nivelul nivelul de dobndire a competenelor specificate prin obiectivele disciplinei.

n ceea ce privete evaluarea final, se va realiza printr-un examen, planificat conform calendarului disciplinei. Examenul const n rezolvarea unei probe de tip gril.

TEST DE EVALUARE INIIAL

Rspundei la urmtoarele ntrebri:

1. Cum se numete macromolecula purttoare a informaiei genetice?

2. Care este localizarea materialului genetic la nivel celular?

3. Care este semnificaia abrevierii ADN Rspundei cu adevrat sau fals la urmtoarele afirmaii:

1. Legile ereditii sunt universale n lumea vie

2. Dac un caracter este ereditar apare la ambii gemeni monozigoi (identici)

3. Dac un caracter este ereditar apare la ambii gemeni dizigoi (fraternali)

4. Structura i numrul de cromozomi sunt diferite de la o specie la alta

5. Structura i numrul de cromozomi sunt la fel n cadrul aceleiai specii

6. Omul i cimpanzeul au acelai numr de cromozomi

7. Sexul feminin este determinat de prezena cromozomului X i absena cromozomului Y

8. Mutaia ca surs de variabilitate reprezint materialul evoluiei

9. Compoziia chimic a ADN-ului este uniform la toate speciile

Unitatea de studiu nr. 1

Introducere n genetic

Cuprins:

Introducere7

Obiective...7

1.1. Obiectul geneticii ..8

1.2. Determinismul caracterelor umane; relaia ereditate mediu11

1.3. Raporturile geneticii cu psihologia...14

1.4. Raporturile geneticii cu etica tiinelor vieii bioetica...18

1.5. Programul Genomul Uman...18

Rezumat20

Test de autoevaluare.22

Concluzii...22

Introducere

In prima unitate de studiu este prezentat o privire de ansamblu asupra disciplinei de genetic uman, un scurt istoric, ramurile i conexiunile cu alte domenii. Scopul ei este acela de a familiariza studentul cu elementele fundamentale ale acestei discipline.

Sunt necesare cunotine generale de biologie i evoluionism iar timpul alocat nu depete 2 ore.

Obiective:

La sfritul acestui capitol, studenii vor fi capabili s:

defineasc obiectul geneticii i relaiile ei cu psihologia

foloseasc termenii: gen, genotip, fenotip, genom, proteom

explice cum anume interacioneaz ereditatea i mediul n determinismul unor trsturi normale i anormale

s utilizeze corect termenii: congenital, ereditar, genetic

identifice contribuia cunotinelor de genetic n psihologia contemporan

evidenieze importana pe care o are studierea diferenelor interindividuale ca direcie important a psihologiei de astzi

evidenieze raporturile geneticii cu etica tiinelor vieii

s cunoasc realizrile Programului Genomul Uman

1.1. Obiectul geneticii

Motto:

"Nici una din tiinele acestui secol nu a generat poate, discuii mai contradictorii, temeri mai profunde sau valuri de entuziasm mai mari dect genetica"

Prof. Dr. Constantin Maximilian

Din cele mai vechi timpuri, oamenii i-au dat seama c dei copiii seamn cu prinii lor, adic le motenesc unele trsturi, exist diferene care-i deosebesc i care fac din fiecare fiin uman un unicat. Explicaiile au venit foarte trziu, odat cu descoperirea legilor ereditii de ctre Mendel, n secolul XIX. Dar ce se nelegea prin noiunea de ereditate? Noiunea de ereditate a aprut n secolul XIX, aproape n acelai timp cu genetica. Este greu de spus dac a fost creat de genetic sau genetica a fost creat pentru a explica ereditatea. Folosit la nceput n sens economico-juridic, ea a fost utilizat apoi pentru maladiile transmise de prini copiilor. Termenul de ereditate a intrat n biologie prin intermediul unui psihiatru, Prosper Lucas i a lucrrii sale "Tratat filozofic i fiziologic al ereditii naturale" (1847). Ct despre legile lui Mendel, ele au fost denumite "ale ereditii" abia dup redescoperirea lor, cci Mendel le numise "legile hibridrii".

Dac tiina ereditii sau genetica este de dat recent, problemele ereditare au interesat i intrigat din toate timpurile. Mult timp, ereditatea a fost perceput ca o for misterioas i capricioas, fr legi clare, care dispersa la ntmplare asemnri i deosebiri. Expresii ca: "achia nu sare departe de trunchi", "ce nate din pisic oareci mnnc", "sngele ap nu se face", i au originea n observarea atent a modului n care se transmit caracterele parentale descendenilor. Genetica, la fel cu toate tiinele a fost mai nti empiric.

Ct de adnci erau n Renatere convingerile despre puterea ereditii ne-o demonstreaz un "experiment" familial sui generis, relatat recent de un biograf al lui Leonardo da Vinci. Fratele vitreg al lui Leonardo, mai tnr cu 45 de ani dect acesta, a ncearcat s-i "planifice" un urma dup modelul lui Leonardo, pe care l venera. Cunoscnd foarte bine toate detaliile legturii nelegitime a tatlui lor cu Caterina, o ranc din Vinci, unde acesta era notar, fratele lui Leonardo se ntoarce la Vinci i se nsoar cu o ranc ce corespundea celor tiute de el despre mama lui Leonardo. Fiul nscut din aceast cstorie, Pierino da Vinci, semna cu Leonardo i a devenit artist, sculptor de oarecare talent. A murit ns tnr.

Cunotinele de genetic s-au mbogit imens, azi tim care sunt legile ereditii, care este substratul material al acesteia, genele i cromozomii au intrat n limbajul curent, dar dorina de a obine copii "la comand", n ce privete sexul i poate mai trziu i nfiarea, este uneori la fel de puternic. Prin fertilizarea n vitro i selecia embrionilor, medicina terapeutic poate evolua astzi spre medicina dorinelor, cu toate repercusiunile pe care le poate avea!

Ereditatea (lat. hereditas = motenire): definete proprietatea organismelor de a transmite la urmai caracteristici morfologice, fiziologice, biochimice i comportamentale; altfel spus, de a da natere unor indivizi asemntori lor. Caracterele personale i cele ale speciei creia i aparin nu sunt transmise direct de la prini la copii, ci prin intermediul informaiilor necesare pentru realizarea caracterelor, informaii continute n genele din gameii prinilor. Ca funcie esential pentru viat, ereditatea este deci un proces informaional de stocare, exprimare i transmitere a informaiei necesare realizrii caracterelor unui individ.

n practic, conceptul de ereditate are un sens mai restrns i se refer la modul cum se transmite sau se manifest o gen oarecare. Se poate vorbi, de exemplu, despre ereditate dominant, recesiv, legat de sex etc.

Genetica (gr. gennetikos = care nate): tiin biologic avnd ca obiect de studiu legile ereditii organismelor. Astzi, tiina ereditii poate fi definit mai exact ca studiu al structurii i funciei genelor i al relaiei lor cu mediul, n accepiunea larg a termenului (mediu intern i extern).

Gena (gr. genos = urma): unitatea de baz structural i funcional a materialului genetic, unitatea fundamental de informaie ereditar. Intuite nc de ctre Mendel ca "perechi de elemente ereditare", genele sunt definite azi ca segmente de ADN care codific pentru un polipeptid (parte a proteinei). Informaia ereditar coninut n gen (ADN) este pstrat ca o secven de nucleotide i se exprim prin sinteza unei proteine specifice, care st la baza unui caracter particular. Substratul molecular al ereditii, acidul dezoxiribonucleic (ADN), este o macromolecul alctuit din dou lanuri de nucleotide, legate ntre ele complementar prin legturi electrostatice slabe i dispuse sub forma unei duble spirale helicoidale. De forma unei scrie rsucite, cunoscut n limbajul comun ca "spirala vieii", ADN-ul este gzduit de fiecare celul a noastr n cele 23 de perechi de cromozomi. Dup ce s-a stabilit c genele sunt alctuite din ADN, iar substratul molecular al oricrui caracter este o protein structural sau o enzim, conceptul clasic "o gen un caracter" a devenit "o gen o protein". Cu alte cuvinte, o secven particular a nucleotidelor din ADN specific secvena particular a aminoacizilor din protein.

Lucrurile nu mai sunt astzi att de simple cum postuleaz aceast "dogm central a geneticii" care descrie un proces liniar de transfer al informaiei de la ADN la proteine. Primele bree n acest proces liniar, bree care au modificat nsui conceptul de gen, au aprut odat cu urmtoarele descoperiri: - genele reglatoare, care nu sunt traduse n proteine pe care s le putem urmari i care au rolul de a activa sau suprima aciunea genelor codificatoare, sunt mai numeroase dect se credea; - genele codificatoare sunt ntrerupte de segmente necodante, intruse (introni), care se elimin n procesul transmiterii mesajului; - decuparea i citirea segmentelor codante (exoni) depinde de tipul de celul sau de starea ei; - exist gene n interiorul altei gene (dup modelul matrioilor) i deci una i aceeasi gen poate fi "citit" n mod diferit, codificnd proteine diferite. Dintr-un segment de ADN static, gena a devenit o entitate funcional labil.

Prin modificarea brusc, uneori punctiform, a unei gene, proteina sintetizat conform noii informaii genice va fi la rndul ei modificat. Modificarea structurii moleculare a unei gene poart denumirea de mutaie i are ca rezultat producerea unei variante genice numite alel (gr. allelon = dintr-una n alta), variant care poate fi normal sau anormal. Odat aparut, mutaia se poate transmite urmailor. Mutaiile sunt fenomene naturale i trebuie acceptate ca atare. Ele vor exista att timp ct va fi via i constituie o surs de variabilitate.

Genetica uman studiaz ereditatea i variabilitatea la om.

Variabilitatea genetic reprezint ansamblul fenomenelor care produc diferenele genetice dintre indivizii unei populaii, precum i ntre populaii diferite. Principalele surse de variabilitate sunt, pe de o parte, mutaiile i, pe de alta, recombinrile genetice care au loc n timpul formrii gameilor. Datorit proceselor de variabilitate, fiecare om este o experien unic, irepetabil, decis n clipa unic a fecundaiei. Virtual, doi prini pot furniza combinaii genetice diferite (poteniale fiine nenscute) n numr de 10270 .

Constituia genetic a unui individ, care se stabilete n momentul fecundaiei i rmne constant tot timpul vieii, se numete genotip (gr. gennaein = a nate; typos = model) i reprezint individualitatea genetic. O dovad indirect a unicitii individualitii noastre genetice o constituie xenofobia noastr organic: respingerea oricrui esut strin, rezistena noastr imunologic la grefe.

Pe de alt parte, suntem unici nu numai prin structura noastr genetic, ci i prin mediul n care ne-am dezvoltat n timp. Variabilitii genetice i se adaug variabilitatea nongenetic datorat influenelor exogene.

Fenotipul (gr. phaino = apariie; typos = model) sau individualitatea biologic definete totalitatea caracterelor vizibile, msurabile, aspectul pe care un individ l prezint observatorilor. Potenial variabil, fenotipul se gsete la confluena ereditii i a mediului i este starea care caracterizeaz organismul la un moment dat. Dac la variabilitatea potenial a genotipurilor umane (70 trilioane) adaugm variaiile infinite de mediu, ajungem la concluzia c nu exist doi indivizi identici, nici chiar gemenii monozigoi, numii i "identici". Acum patru secole J. von Armin spunea: "fiecare om ncepe istoria lumii, fiecare o ncheie", subliniind astfel c fiecare dintre noi reprezint o experien evolutiv irepetabil. Niciodat nu va aprea cineva identic nou. Istoria vieii este istoria unicatelor.

Observaie: este foarte important de subliniat faptul c genotipul unui individ nu poate fi dedus cu precizie din structura morfologic sau fiziologic pe care o prezint. Altfel spus, nu trebuie s confundm starea final a caracterelor ereditare pe care genele o controleaz, i pe care o numim fenotip, cu genotipul. "Genotipul este partitura iar fenotipul este simfonia pe care noi o auzim, marcat de personalitatea dirijorului, minunat sau fr strlucire, n funcie de calittile executanilor"(A. Jaquard). Genotipul nu ne este totui accesibil dect prin intermediul fenotipului. Analiza general a ereditii comport deci, n primul rnd, distingerea elementelor genotipice sau constituionale de particularitile fenotipice, rezultate din interaciunea cu factorii exteriori.

Factorii de mediu socio-economici i psiho-culturali au o pondere important n formarea individualitii bio-psiho-sociale. Din punctul de vedere al geneticii comportamentale, comportamentul este un fenotip, adic o caracteristic observabil pe care o putem msura.

1.2. Determinismul caracterelor umane

Dac plasm ansamblul caracterelor fenotipice umane pe o diagram cu doi poli, ponderea ereditii i a factorilor de mediu n determinismul acestora poate fi urmrit ntre cei doi poli (fig. 1.1).

Fig. 1.1. Ponderea ereditii i a factorilor de mediu n determinismul unor trsturi normale i anormale

Determinismul caracterelor, normale i anormale, se realizeaz:

1) exclusiv genetic, cum sunt, de exemplu, caracterele fenotipice de specie, caracterele care determin individualitatea biologic (grupe sanguine, grupe tisulare, proteine serice, enzime), unele caractere anormale (de ex. hemofilia, sindromul Down etc.). n aceast categorie se nscriu caracterele ereditare normale sau patologice cu determinism monogenic (o gen = un caracter) i transmitere Mendelian (conform legilor lui Mendel).

Studiul caracterelor ereditare normale are att o importan teoretic, pentru localizarea genelor pe cromozomi, ct i, mai ales, o valoare practic deosebit n identificarea persoanelor, expertiza paternitii i filiaiei, transfuzii i transplanturi, diagnosticarea diferenial a gemenilor monozigoi (identici) i dizigoi (neidentici sau fraternali), identificarea persoanelor vulnerabile la diferite mbolnviri etc. Datorit faptului ca marea majoritate a acestor caractere sunt polimorfice, gsindu-se n populaie n mai multe variante (de ex. grupele A, B, AB i O pentru sistemul sanguin ABO), precum i a numrului mare de variante dintr-un sistem (de ex. antigenele de histocompatibilitate HLA), fiecare individ posed o combinaie specific de variante i este un unicat biologic.

Caracterele ereditare anormale, prezente numai la unii indivizi, sunt consecina unor mutaii aprute la nivelul unei gene (boli monogenice) sau al unui cromozom (boli cromozomiale). Cu toate c sunt exclusiv genetice, manifestarea unora dintre acestea poate fi influenat prin terapie, deci de anumite condiii de mediu, ceea ce contrazice prejudecata c nici o boala genetic nu poate fi tratat.

De exemplu, fenilcetonuria, o boal ereditar care evolueaz spre retard mental sever, poate fi prevenit prin depistarea bolnavilor la natere i printr-un regim dietetic din care sunt excluse alimentele care conin fenilalanin. Ereditar nu nseamna deci i inevitabil. De asemenea, hipotiroidismul beneficiaz de terapie hormonal de substituie.

2) eco-genetic, cu preponderena componentei genetice sau a celei ecologice. Numeroase caractere umane, normale sau anormale, sunt produse de interaciunea, n proporii diferite, dintre ereditate, reprezentat, de obicei, de mai multe gene i mediu, de asemenea reprezentat de factori multipli. De aceea, aceste caractere sunt numite caractere multifactoriale.

n cazul caracterelor multifactoriale normale, ereditatea condiioneaz numai un potenial genetic, care se va realiza sau nu, n funcie de condiiile pe care le gsete. O norm de reacie a individului la mediu, care ne permite s ne adaptm la cele mai variate condiii de mediu, dar, firete, fr a depi anumite limite. Nu se cunoate ns dect o infim parte din potenialul genetic al omului i se tie nc foarte puin despre felul n care se realizeaz un caracter multifactorial.

Caracterele umane cantitative - nlimea, greutatea, inteligena - sunt exemple de caractere multifactoriale.

De exemplu, nlimea este o caracteristic familial, fiind determinat de talia prinilor i de condiiile de cretere a copilului. Condiionat genetic n proporie de 76%, atingerea limitei superioare sau realizarea potenialului genetic depinde de mediul de via al individului. Chiar gemenii identici, cu o ereditate identic, crescui n medii diferite, vor avea nlimi diferite. nlimea populaiilor umane a crescut n ultimul secol pretutindeni unde condiiile socio-economice s-au ameliorat. n mod similar, coeficientul de inteligen este condiionat att genetic, cat i mezologic: nu motenim un anumit IQ, ci abilitatea de a dezvolta un IQ n anumite condiii de mediu. Aadar testele de inteligen nu msoar factorul ereditar. Chiar dac tot ce alcatuiete ansamblul psihicului are o baz ereditar, ereditatea nu nseamna fatalitate.

Caracterele multifactoriale anormale sunt reprezentate de bolile comune ale adultului (hipertensiunea arterial esenial, diabetul zaharat, boala coronarian, unele cancere, ulcerul gastro-duodenal, schizofrenia, psihoza maniaco-depresiv, epilepsia etc.) i de anomaliile congenitale izolate (malformaiile congenitale de cord, luxaia congenital de old, picior strmb congenital, buza de iepure etc.). Factorii genetici realizeaz doar o vulnerabilitate individual la mbolnvire, o predispoziie genetic, dar aceasta se transform n boal numai prin interaciunea obligatorie cu factorii de mediu. Ceea ce nseamn c nu toi indivizii predispui s se mbolnveasc se i mbolnvesc. Fr s se transmit Mendelian (conform legilor lui Mendel), o astfel de boal are totui o concentraie familial, deoarece genele de susceptibilitate (n numr, de obicei, necunoscut) se transmit n familie. Faptul este important pentru practica medical, cci extinde obligatoriu atribuiile medicului de la bolnav la familia acestuia. Pentru profilaxia bolilor comune ale adultului este important att identificarea persoanelor genetic predispuse, ct i descoperirea i evitarea factorilor de mediu care transform predispoziia n boal. Factorii genetici sunt importani dar nu suficieni pentru producerea bolii.

3) exclusiv ecologic: accidente, intoxicaii, trauma-tisme, avitaminoze etc.

Boli aparent negenetice, produse de diferii ageni fizici, chimici sau biologici, sunt totui influenate de structura genetic specific a fiecrui individ, care determin un rspuns specific la agresiuni.

De exemplu, din cele mai vechi timpuri s-a constatat c atunci cnd sunt epidemii, nu se mbolnvesc toi cei care vin n contact cu agenii patogeni, iar gravitatea bolii variaz de la un individ la altul. Aa cum afirma Claude Bernard nc la sfritul secolului XIX: "microbul nu-i nimic, terenul este totul".

Datorit acestei influene genetice, aproape c nu exist caractere exclusiv ecologice.

De obicei, prin mediu se nelege numai complexul de factori naturali n care se dezvolt un individ. Dar o asemenea concepie este unilateral. Mediul nseamn i condiii social-economice, cultur, iar cultura nseamna acel complex care cuprinde cunotinele, credinele, arta, morala, legile, obiceiurile i tot ce este ctigat de om ca membru al societii.Deci ctigat, nu motenit genetic.

Mediul cuprinde, aadar, totalitatea factorilor ecologici i mai ales psihologici i socio-culturali.

De remarcat c majoritatea caracterelor normale i anormale sunt expresia ereditii i a mediului; foarte rar, ele sunt exclusiv expresia ereditii sau exclusiv efectul mediului. Chiar i infeciile, intoxicaiile i accidentele determinate de factori de mediu au o important component genetic legat de particularitile de rspuns, genetic determinate, ale fiecrui individ. Rezistena sau predispoziia la anumite infecii, ca de ex. tuberculoza, este determinat de genele noastre de susceptibilitate, sau de ceea ce medicina a numit ca fiind "terenul". Prin sintagma: "nu exist boli, exist bolnavi", chirurgul francez Ambroise Par recunoate amprenta unicitii. Dar pentru c genele de susceptibilitate se transmit n familie, dictonul poate fi extins, devenind: "nu exist boli, exist familii de bolnavi". ntreaga patologie uman este condiionat genetic i, mai mult dect att, ntreaga noastr existen este condiionat genetic.

Relatia ereditate -mediu

A devenit deja o certitudine faptul c fiecare organism este n egal msur un produs al ereditii i al mediului n care se dezvolt, o rezultant a permanentei interaciuni dintre ereditate i mediu.

Teoriile clasice fceau o deosebire net ntre nnscut i dobndit. Cercetrile din ultimii ani, mai ales din SUA, au artat c cele dou elemente interacioneaz, fiecare depinznd de cellalt: Ereditate Mediu

Legtura interactiv ntre nnscut i dobndit este deosebit de evident n special n ceea ce privete dezvoltarea creierului i a inteligenei. "Omul este o parte a mediului su", aa cum spunea geneticianul american Dobzhansky. Dac vrem s descifrm omul, va trebui s-l analizm ca un rezultat al evoluiei, sub specie evolutionis. Omul i cultura au evoluat sincron.

Congenital, ereditar, genetic

Ne natem cu o zestre genetic, dar nu orice trstur genetic determinat se manifest nc de la natere i nu orice trstur prezent la natere este de origine genetic. Termenii congenital (lat. congenitus = nscut cu), ereditar i genetic nu sunt sinonimi. Termenul "congenital" se folosete pentru orice caracter normal sau patologic prezent la natere i nu are nici o conotaie etiologic (poate fi nnscut sau dobndit pe parcursul vieii intrauterine). De exemplu, malformaiile congenitale pot fi condiionate n aceeai msur de o mutaie genic sau de factori de mediu care acioneaz n perioada intrauterin: radiaii, substane chimice (de ex. medicamente), virusuri etc. Confuzia care a aparinut lumii medicale de la nceputul secolului trecut, a fcut ca sifilisul congenital, consecin a contaminrii feto-materne, s fie numit, n mod greit, eredosifilis. Iar o maladie ereditar nu este o maladie congenital dac anomalia prezent n genom nu se exprim de la natere, ci mult mai trziu (de ex. coreea Huntington).

Nu sunt sinonimi nici termenii genetic i ereditar, ntruct se face o distincie ntre o boal genetic aprut accidental i o boal genetic motenit, deci ereditar. Dac orice boala ereditar este prin definiie o boal genetic, invers, nu se poate spune c orice boal genetic este i ereditar. O maladie genetic poate s nu fie i ereditar, dac se dezvolt dup o mutaie aparut la embrion sau chiar la gamei i nici unul dintre prini nu este purttor. De exemplu, sindromul Down (mongolism) este n marea majoritate a cazurilor o boal genetic ce are la origine un accident genetic cromozomial.

1.3. Raporturile geneticii cu psihologia; direcii de cercetare

Genetica actual este att de complex, nct trebuie s distingem mai multe domenii specializate. Astfel, genetica formal trateaz legile transmiterii caracterelor ereditare, genetica molecular studiaz ereditatea la nivel molecular, genetica uman se ocup de om i se interfereaz cu medicina, psihologia, etologia n domenii ca: genetica medical, psihogenetica, genetica comportamental.

Interesul psihologiei pentru genetic deriv din elul mrturisit al acesteia de a descifra destinele noastre individuale, de a deslui legtura ntre ereditate i personalitate.

Cunotinele despre personalitate au evoluat ca i termenul persona (lat.=masca), care desemna iniial exteriorul, masca, ajungnd, prin metonimie, s nsemne rolul, personajul i, n sfrit, personalitatea, ideea de personalitate. Ce face ca o fiin s fie ea nsi? Suntem doar produsele mediului social, cum au susinut behavioritii, care au i reuit s exclud pentru o vreme genetica din psihologie i cum susin nc unii psihologi contemporani (americanul Skinner care suine: "nu am vzut nc ce poate face omul din om!")? Doctrina uniformitii eseniale a copiilor la natere a marcat politica n domeniul educaiei i guvernrii. Or, toate dovezile de care dispunem tind ctre concluzia c ereditatea, cu tot ce nseamn ea, inclusiv nzestrarea psihic nu este mai puin important dect cultura. Copii ai hazardului, suntem unicate nc din momentul concepiei.

Psihogenetica, o nou ramura a geneticii, pe care i-o revendic i psihologii, are ca obiect evidenierea rolului factorilor ereditari n viaa psihic. Servete pedagogiei n procesul de instruire i educaie. Nu exist nici o contradicie ntre recunoaterea influenei genetice asupra personalitii i importana acordat educaiei.

Care este rolul bagajului genetic n itinerariul nostru biografic i care este rolul mediului? Este adevrat c uneori o singur gen rvete o via! Dar tot att de adevrat este c definirea individualitii reclam un mediu adecvat. Ne natem cu un potential genetic care se va realiza sau nu n funcie de existena unui mediu socio-cultural i educaional adecvat. Ci tineri supradotai nu au intrat n anonimat fiindc nu au gsit microclimatul fertil? i invers, ci tineri mai puin bogai genetic nu au ajuns somiti pentru c au avut ansa de a evolua ntr-un mediu stimulant? Drept concluzie, am putea cita cuvintele lui Voltaire: "O educaie aleas pune n valoare calitile omului, dar nu poate s le creeze". Fiecare individ are nevoie de o atenie aparte ntr-un mediu anume construit. Pentru psihologie, studierea diferenelor interindividuale are consecine importante n ceea ce privete:

politica educaional: nvmntul ar trebui difereniat n funcie de posibilitile, calitile i aptitudinile elevilor. De la selecia viitorilor elevi pn la volumul informaiilor pe care le poate nmagazina creierul uman, de la bioritmurile colare pn la verificarea performanelor individuale, componenta genetic nu poate fi ignorat;

orientarea profesional: selecia, formarea i promovarea valorilor, a calitilor utile societii ar trebui s se fac potrivit sintagmei "omul potrivit la locul potrivit". n numeroase cazuri ar fi posibil evitarea risipei de inteligen i aptitudini;

psihoterapie: nelegerea aspectelor nnscute ale personalitii va duce la identificarea datelor ce nu pot fi schimbate i orientarea spre ci mai eficiente de rezolvare.

Genetica comportamental, recunoscut recent ca disciplin distinct (odat cu prima carte publicat de Fuller i Thompson n 1960), cunoate o cretere exponenial dup anii '70, cnd tiinele comportamentale au nceput s accepte teoria i metodologia geneticii. Dei preocuprile legate de genetica comportamental sunt vechi, istoria geneticii comportamentale ncepe cu adevrat cu Charles Darwin (Expresia emoiilor la om i animale) i cu Francis Galton, care a studiat avant la lettre ereditatea caracteristicilor mentale i a sugerat folosirea gemenilor i a copiilor adoptai n studiul corelaiei ereditate-mediu.

La nceputul secolului trecut se admitea c ntregul comportament uman este puternic modelat ereditar - att trsturile normale, ct i psihozele, alcoolismul, napoierea mental i crima. Sub influena darwinismului social, s-a ncercat explicarea comportamentelor "deviante" prin absena seleciei naturale i s-a propus compensarea acesteia cu eugenismul. Teoriile biologizante au avut consecine grave: sterilizarea bolnavilor, adoptat n 30 de state din SUA i n cteva ri din Europa. Exagernd rolul ereditii, Charles Davenport, unul dintre iniiatorii eugenismului nord-american, credea c i comportamentul normal este controlat exclusiv genetic. De exemplu, afirma ca ofierii de marin au o gen specific - gena pentru dragostea de mare sau thalassophilia, care s-ar gsi pe cromozomul X i astfel s-ar transmite de predilecie brbailor. Apoi, cu timpul, n genetic au ptruns tot mai mult teoriile ambientaliste, conform crora comportamentul este modelat decisiv de mediu, de srcie, de carena educaional, de contextul familial nestimulativ. Programele de asisten social concepute de societate au ns costuri prohibitive i au fost n cele mai multe cazuri abandonate.

Dei dezbaterea ereditate - mediu este mai veche dect psihologia nsi, ea este, totui, mai vie ca niciodat. Pn acum, nici un comportament uman nu a fost relaionat exclusiv de markeri genetici. Aadar, comportamentul nostru nu este motenit per se, ci este rezultatul experienei i al nvrii. Zestrea ereditar specific poate ns facilita sau frna nvarea sau elaborarea unui pattern comportamental. Complexitatea interaciunii ereditate - mediu deriv din existena unui numr imens de genotipuri poteniale, de peste 70 de trilioane, precum i a unui numr infinit de medii diferite. O analogie utilizat n psihologie este cea cu suprafaa unui dreptunghi. Acesta nu poate exista n lipsa ambelor limi i lungimi, iar suprafaa sa se modific dac se modific una dintre ele. n acelai fel, i comportamentul este determinat att de ereditate, ct i de mediu. ntre aceti termeni exista o interaciune i o intercondiionare total. n ce fel determin schimbrile unuia dintre aceti doi termeni modificrile celuilalt? Aceast ntrebare reprezint una dintre preocuprile actuale ale psihologilor.

Punctul de vedere al geneticii contemporane a fost expus de Lewontin(1985):

"Pentru determinismul biologic noi nu suntem liberi, deoarece viaa este limitat de un numr relativ mic de cauze interne, i anume genele care genereaz comportamente specifice sau predispoziii pentru comportamente specifice. Dar aceast teorie pune pe plan secundar chiar esena diferenelor dintre biologia uman i biologia celorlalte organisme. Creierele noastre, minile noastre, limba noastr ne-au fcut independeni de numeroase caracteristici ale lumii exterioare. Biologia noastr a fcut din noi creatori care recreeaz constant mediul psihic i material i a cror via individual rezult dintr-o multiplicitate extraordinar de traiectorii cauzale care se intersecteaz. n acest sens tocmai biologia noastr ne face liberi".

n ceea ce privete ereditatea, disputa dintre determinism i libertate este bazat pe eroare ntruct opusul libertii nu este determinismul, ci coerciia. Ironia sorii face ca oamenii s se revolte att de tare mpotriva determinismului genetic, care este doar o parte din construcia lor, dar n acelai timp s l mbrieze de bun voie pentru a se elibera de responsabiliti. Criminalii se folosesc de scuza nebuniei, magnaii de boala Alzheimer pentru a motiva neplata impozitelor, pacienii din psihoterapie i nvinuiesc prinii pentru nefericirile personale, la fel cum nenumrai oameni i consult horoscopul.

n genetica comportamental, dezbaterea ereditate - mediu urmrete rolul pe care l au bagajul genetic i factorii mezologici n multe domenii de cercetare:

originea limbajului

personalitatea

boala mental

agresiunea

diferenele de gen

inteligena

La interferena cu psihologia i psihiatria s-au conturat n ultimul timp noi direcii de cercetare n genetic:

epidemiologia genetic a bolilor psihice i a trsturilor psihice ale personalitii normale;

scanarea genomului uman pentru localizarea genelor multiple(gene de predispoziie) implicate n cauzalitatea bolii maniaco-depresive, a schizofreniei, a bolii atacurilor de panic, a bolii Alzheimer, a alcoolismului, a tulburrilor cu debut n copilrie cum sunt autismul, sindromul hiperkinetic i tulburrile de comportament. Va veni probabil momentul ca eantioanele de ADN s nlocuiasc geamurile de unic sens utilizate n psihiatrie;

problemele etice, n special problema riscului discriminrii sociale a individului pe baza informaiei genetice.

A devenit evident faptul c localizarea genelor de predispoziie pentru unele tulburri psihice, sau a celor de susceptibilitate pentru unele comportamente va deschide noi perspective terapiei. Rmne ntrebarea: lumea va deveni mai simpl sau mai complicat pentru prini i pedagogi cnd pediatrul le va prezenta lista multiplelor lor susceptibiliti genetice?

1.4. Raporturile geneticii cu etica tiinelor vietii

Genetica nu mai este astzi o preocupare rezervat numai specialitilor, cci a ajuns s fac parte din viaa noastr cotidian, fie c suntem sau nu confruntai direct cu probleme de genetic. Zilnic suntem literalmente bombardai prin mass media cu tiri mai mult sau mai puin inteligibile, digerate i corect interpretate. Teme cum ar fi: testele genetice i aplicarea lor, stabilirea unui aa numit profil genetic, introducerea n alimentaia noastr a organismelor modificate genetic (OMG) sau mult discutata clonare uman o form de reproducere artificial asexuat, sunt teme care provoac neliniti greu de ascuns i reacii mai mult emoionale dect raionale.

n contextul noilor puteri ale geneticii, nu ne putem mulumi doar s salutm aceste formidabile realizri fr a sesiza i noile ameninri pe care le reprezint. Raporturile ntre tiin, tehnologie i societate reprezint unul dintre subiectele cele mai importante ale noului secol. Nu este, aadar, ntmpltoare conexiunea geneticii cu bioetica (bios + ethos) sau etica tiinelor vieii, disciplin care se ocup de consecinele n plan etic ale marilor performane biomedicale, mai ales genetice. Bioetica are menirea de a realiza consensul dintre tiinific i etic.

Este tiut faptul c tiina i, n special, tiina geneticii progreseaz mai repede dect omul, iar reglementrile n vigoare la un moment dat devin caduce, necesitnd reexaminri periodice. Dezbaterile pe teme de bioetic sunt dezbateri care trebuie s se bazeze pe o cunoatere veritabil a legilor care guverneaz ereditatea, dezbateri care ne privesc pe noi toi i, n egal msur, pe urmaii notri. Jonas Salk, creatorul vaccinului antipolio avertiza: Responsabilitatea noastr este s fim buni strmoi !. Din nevoia de a supraveghea tiina s-au nscut bioetica, ca i reglementri i documente de valoare universal cum ar fi Declaraia Universal asupra Genomului Uman i drepturile persoanei. Conform acestui document, lansat de Comitetul Internaional de Bioetic UNESCO n 1997, cu prilejul aniversrii a 50 de ani de la elaborarea Cartei Drepturilor Omului, genomul uman este considerat patrimoniu comun al umanitii i nimeni nu va face obiectul unei discriminri bazate pe caracteristicile sale genetice. i nimeni nu va ncerca s l transforme, acum, cnd i specia uman poate fi modificat pe cale genetic! Aceast declaraie, la care au participat 186 de state, a fixat limitele interveniilor asupra patrimoniului genetic al unei persoane, a introdus obligativitatea de a apra demnitatea individului, indiferent de caracterele sale genetice, i respingerea oricrui determinism genetic. Dar, ce sunt genomul uman i programul care i-a fost dedicat?

1.5. Programul Genomul Uman

Prin genom nelegem totalitatea informaiei genetice cuprinse n ADN i prezente n toate celulele unui organism, ansamblul genelor sale. Spre deosebire de proteom, prin care se nelege setul de proteine codificat de genom. Celulele au acelai genom dar nu au acelai proteom, ntruct activitatea genelor este difereniat n funcie de tipul de celul, de esut, de etap a vieii. Proteomica studiaz setul de proteine, iar genomica este ramura biotehnologiei care se ocup cu cartografierea, secvenierea i analizarea genomului uman. Cu alte cuvinte, cu descifrarea ordinii exacte n care se succed cele 4 tipuri de componente (baze chimice) ale ADN: adenina, timina, guanina, citozina. Cu alte cuvinte, cele patru litere ale alfabetului genetic: A, T, G, C. Acest "text" alctuit din 3 miliarde de litere influeneaz totul, de la culoarea prului, a ochilor, nlime, la mbtrnire i boal. Descifrarea textului echivaleaz cu analiza a 2000 de volume a 500 de pagini i constituie marea realizare a acestui nceput de mileniu.

Istoria acestui megaproiect a nceput n SUA n anul 1989, a implicat un efort de colaborare internaional i interdisciplinar, fiind coordonat de The Human Genome Organization (HUGO) i este comparabil din punct de vedere financiar cu programul Apollo. Demarat n 1990 i planificat iniial s dureze 15 ani, finalizarea lui a fost devansat i anunat n aprilie 2003, datorit progreselor automatizrii i informaticii sofisticate (pentru care fizicienii F. Sanger i W. Gilbert au primit premiul Nobel n 1980) precum i datorit intrrii n scen, alturi de consoriul public internaional, a unei instituii private americane: Celera Genomics.

Disecia ntregului nostru univers genetic a adus unele constatri surprinztoare:

numrul total de gene umane este estimat la numai 35000 sau chiar 25.000, un numr mult mai restrns dect se credea, de numai dou ori mai mare dect al musculiei de oet. Cum se coreleaza aceast "srcie" de gene cu complexitatea uman? Explicaia ine de funcio-narea extrem de eficient a genelor noastre, care au mai multe funcii i produc n medie trei proteine per gena i nu doar una, ca n cazul altor specii. De unde i precauiile legate de manipulrile genetice n cazul omului! Se continu acum procesul de cartare a acestor aproximativ 35000 de gene, din care numai o parte (peste 10000) au fost atribuite unui cromozom particular i localizate. i dintre acestea, o i mai mic parte (aproximativ 5000) au funcii cunoscute cu precizie;

distribuia genelor pe cromozomi este neuniform, ca i la alte mamifere: exist zone aglomerate, cu numeroase gene grupate i zone "deertice", ce conin doar ADN necodant;

numai o parte din genomul nostru este alctuit din ADN codant i exist un mare "surplus" de secvene care nu codific nici o gen, secvene ce alctuiesc peste 90 % din ADN-ul uman. Rostul acestui ADN necodant este nc necunoscut;

ADN-ul "nefolositor" este caracterizat prin regiuni ntinse de secvene repetitive care reprezint un document fosil i ofer indicii asupra trecutului nostru evolutiv. Genomul uman poate fi considerat o autobiografie a omului, nceput cu patru miliarde de ani n urm: n zonele necodante se acumuleaz variantele (aprute prin mutaie) care nu au efecte vizibile, aa numitele polimorfisme ADN. Probabil c acestea sunt rspunzatoare de susceptibilitatea la boli comune, cancer, diabet zaharat, maladia Alzheimer i de rspunsul difereniat la medicamente;

99,9% din secvenele genomului uman sunt identice la toi indivizii i numai 0,1% este procentul de ADN care ne difereniaz. Acestui procent, care nseamn totui 3 milioane de nucleotide, variabile la rndul lor, i se atribuie individualitatea i unicitatea fiinelor umane.

"Cartea omului", scris n limbajul ADN-ului, este deocamdat un text asupra cruia oamenii de tiin mai au mult de lucru: lipsesc semnele de punctuaie, lipsesc pauzele ntre cuvinte, nu se cunoate semnificaia multor pasaje (gene), rostul unor repetiii aparent inutile (ADN repetitiv) ... De asemenea, elucidarea funciilor genomului, a partiturii fiecrei gene n aceast att de complex i fascinant simfonie a vieii... Sau cutarea genelor susceptibilitii la boli comune (diabetul, ateroscleroza, infarctul miocardic, bolile psihice, diferite tumori), cu alte cuvinte, medicina predictiv ...

n genetic, ntrebrile par a se multiplica pe msura aprofundrii cunoaterii. Ca i tentaiile: tentaia clonrii, a terapiei genice i, de ce nu, a manipulrii speciei! Chiar oamenii de tiin care au obinut succese n experienele de inginerie genetic i exprim rezervele: avem deocamdat informaia, dar cum o folosim, cine gestioneaz informaiile genetice? n viitor, cea mai mare ameninare la adresa intimitii noastre s-ar putea afla chiar n interiorul nostru: ADN-ul este cartea noastr de identitate biologic, pe care fiecare dintre noi o primete la natere, pe care nimeni nu o uit acas, iar mostre de ADN lsm peste tot n urma noastr. Odat cu banalizarea tehnicii amprentelor genetice, folosirea mostrelor de ADN devine incontrolabil dac nu se respect principiile bioeticii: autonomia i consimmntul informat, confidenialitatea. Noile performane ale geneticii au aprut n absena legilor, ceea ce amplific dilemele etice. Noile reglementri din domeniul bioeticii, aa cum este Declaraia Universal asupra Genomului Uman, sunt menite s acopere tocmai aceste lacune legislative.

Studiul geneticii ne oblig s reflectam asupra condiiei umane, asupra faptului c suntem unici i c avem dreptul de a fi diferii. O meditaie asupra propriilor noastre destine prinse ntre hazard i necesitatea social, ntre aspiraiile noastre i cele ale comunitii. O lecie de toleran care aduce argumente n sprijinul educaiei pentru libertate...O nnoire a vechiului ndemn "cunoate-te pe tine nsui" transformat n "cunoate-i genomul"!

1.8.Rezumat:

Unitatea 1: Introducere n genetic

Cuprinde informaii cu privire la: 1. Obiectul cursului de genetic; 2. Determinismul caracterelor umane i relaia ereditate-mediu; 3. Raporturile geneticii cu psihologia; 4. Raporturile geneticii cu bioetica; 5. Programul Genomul Uman

n rezumat:

1. Ereditatea este un proces informaional de stocare, exprimare i transmitere a informaiei necesare realizrii caracterelor unui individ

2. Genetica studiaz legile dup care acest proces se desfoar, legile ereditii i variabilitii (genetice i nongenetice)

3. Unicitatea individualitii noastre are la origine factori genetici i negenetici i poate fi descris ca: individualitate genetic (genotipul), individualitate biologic (fenotipul) i individualitate bio-psiho-social. Genotipul nu poate fi observat dect prin intermediul fenotipului

4. Fiecare organism este produsul permanentei interaciuni dintre ereditate i mediu, ereditatea condiionnd o norm de reacie, ntre anumite limite, a individului la mediu

5. Ponderea ereditii i a factorilor de mediu n determinismul trsturilor umane variaz de la 0% la 100%. Anumite caractere care determin individualitatea biologic sunt determinate exclusiv genetic: grupa de snge, antigenele de histocompatibilitate etc. Caracterele multifactoriale, ca de exemplu inteligena, tulburrile psihice, diferite comportamente normale sau patologice sunt produse de factori multipli, genetici i negenetici, n proportii variabile, care interacioneaz. Aproape nu exist caractere determinate exclusiv de mediu, n faa cruia fiecare individ rspunde specific n funcie de structura sa genetic specific. Prin mediu nelegem un complex de factori ecologici (fizici, chimici, biologici), psihologici i socio-culturali.

6. Ramurile geneticii cu aplicaii n psihologie - psihogenetica i genetica comportamental, au variate domenii de cercetare de perspectiv.

7. Una dintre cele mai importante realizri ale geneticii actuale este descifrarea secven cu secven a informaiei cuprinse n genomul uman. A fost posibil datorit unei conlucrri internaionale n cadrul Programului Genomul Uman.

8. Impactul etic al acestor realizri, ca i a celor de viitor, constituie obiectul de studiu al unei discipline conexe, care este bioetica. Ca urmare a preocuprilor de bioetic a fost elaborat Declaraia Universal asupra Genomului Uman, cu scopul declarat de a ne apra unicitatea i a ne proteja mpotriva utilizrii nejudicioase a datelor furnizate de genetic.

Cuvinte cheie:

Gen

ADN (Acid dezoxiribonucleic)

mutaie

genotip; fenotip

congenital

ereditar

genom

proteom

bioetica

1.9. Test de autoevaluare:

1. Cum este pstrat informaia ereditar n celulele noastre? (pag.9)

1. Definii ereditatea (pag. 9)

2. Definii variabilitatea genetic (pag.10)

3. Care sunt sursele de variabilitate genetic? (pag.10)

4. Explicai n ce const corelaia genotip-fenotip i interaciunea ereditate-mediu.

(pag. 10)

5. Dai exemple de caractere determinate exclusiv genetic, exclusiv ereditar i multifactorial. (pag. 11-13)

6. Relatai i explicai prejudecile genetice cu care v-ai ntlnit sau v-ai confruntat.

7. Ce influen poate avea studiul geneticii asupra unor domenii cum ar fi politica educaional, orientarea profesional sau psihoterapia? (pag. 15)

8. Cu ce se ocup bioetica? Dai exemplul unui document pentru protecia drepturilor omului, izvort din realizarea Programului Genomul Uman. (pag. 16)

9. n ce const Programul Genomul Uman? (pag. 19)

1.10. Concluzii:

Sunt prezentate noiunile de baz privind ereditatea, neleas ca proces de stocare, exprimare i transmitere a informaiei genetice. Odat nsuite i verificate prin parcurgerea testului de autoevaluare, aceste noiuni vor fi dezvoltate n continuare (U. 2) prin studierea legilor dup care se face transmiterea caracterelor ereditare (legile lui Mendel).

Unitatea de studiu nr. 2

Ereditatea Mendelian: Legile lui MendelCuprins:

Introducre..23

Obiective....23

2.1. Conceptele cheie ale teoriei Mendeliene, monohibridarea i legea a I-a24 2.2. Polialelia sau alelismul multiplu.30

2.3. Dihibridarea i legea a II-a..31

2.4. Testarea ipotezei genei unice n genetica comportamental...34

2.5. Aplicaiile teoriei Mendeliene.35

Rezumat..36

Test de autoevaluare...38

Concluzii.39

Introducere

Sunt prezentate principiile transmiterii ereditare, concentrate n cele dou legi descoperite de Mendel. Vor fi folosii termeni definii n capitolul anterior. Tipurile de transmitere ereditar vor fi tratate pe larg n unitatea de studiu urmtoare.

Timpul alocat: 3 ore

Obiective:

La sfritul acestui capitol, studenii vor fi capabili s:

defineasc i s foloseasc termenii: generaia parental (P), prima generaie filial (F1), a dou generaie filial (F2), dominant, recesiv, alele, homozigot, heterozigot, monohibridare, dihibridare, segregare, dominan incomplet, codominan

defineasc i s compare termenii fenotip i genotip i relaia lor cu termenii dominant i recesiv

ilustreze ntr-un careu ncrucirile de monohibridare i dihibridare i s foloseasc ratele genotipice i fenotipice de segregare

explice ce este o retroncruciare i s folosesc testul de retroncruciare pentru a determina genotipul unui organism cu un fenotip dominant

enune cu propriile cuvinte legile ereditii mendeliene

coreleze modelul ereditii caracterelor genetice din experimentele de ncruciare cu comportarea cromozomilor n meioz i fecundaie

nteleag cum se aplic legile Mendeliene n experienele de genetic comportamental

fac diagnostice simple de paternitate pe baza ereditii grupelor sanguine

2.1. Conceptele cheie ale teoriei Mendeliene

n ciuda diversitii tulburtoare a mai multor miliarde de specii, biologia dispune de teorii unificatoare: teoria evoluiei i teoriile genetice. Dintre teoriile geneticii, teoria Mendelian rmne una dintre cele mai mari realizri intelectuale din istoria tiinei, teorie care a suportat cu brio testul timpului, fiind confirmat ulterior att de teoria cromozomial a ereditii ct i de genetica molecular. Mecanismul transmiterii ereditare a fost lmurit pentru prima dat de Gregor Mendel (anul 1865) care a artat modul n care caracterele parentale se regsesc n generaiile filiale, n proporii numerice fixe. Este de ajuns ca o trstur uman s urmeze tiparele Mendeliene de transmitere ereditar, pentru a putea fi siguri de baza ei genetic. Clugar i matematician din Brno, Mendel a avut ideea de a cuantifica rezultatele experienelor sale de hibridare (lat. hibrida =de snge amestecat; hibridare = ncruciare ntre indivizi genetic diferiti) cu soiuri diferite de mazre. Pentru prima oar n istoria cercetrii despre ereditate se ivete posibilitatea de a face previziuni de ordin statistic. Cu toate c procesul separrii trsturilor alternative (de ex. culoarea galben-verde a bobului de mazre) fusese observat cu un secol mai nainte de fermierii care practicau hibridarea n scopul ameliorrii plantelor i animalelor, acetia nu s-au gndit s fac numrtori. tiina era nc tnr i nu era evident ct de importante sunt numerele.

Intuiia genial l-a dus pe Mendel la descoperirea esenei ereditii, cci a recunoscut factorii ereditari (genele de astzi) ca particule distincte care nu se amestec, lucru mai puin evident pentru multe alte caractere ereditare, ca de ex.: nlimea, greutatea, culoarea pielii, care preau s se amestece la urmai. De altfel teoria amestecului era la mod n epoc. nainte de Mendel se credea c patrimoniul ereditar ar fi format dintr-un singur bloc i s-ar transmite n ntregime, amestecndu-se caracterele materne i paterne.

Caracterele numite Mendeliene sunt cele mai simple caractere genetice a cror prezen sau absen depinde de genotipul (constituia genetic) de pe un singur locus(poziia specific a genei pe cromozom), de unde i numele de ereditate monogenic. Spre deosebire de genotip, fenotipul reprezint totalitatea caracteristicilor vizibile, aspectul pe care un individ l prezint obervatorilor. Spre deosebire de genotip, care este constant, fenotipul, potenial variabil, se gete la confluena ereditii i a mediului i este starea care caracterizeaz individul la un moment dat. A. Jaquard compara genotipul cu partitura i genotipul cu simfonia.

Conceptele cheie ale teoriei Mendeliene: fiecare individ are o singur pereche de gene pentru fiecare trstur, una motenit de la mam, cealalt de la tat. Variantele n care poate exista o gen pe un locus dat i care controleaz aceeai nsuire se numesc alele i se noteaz convenional cu aceeai liter din alfabet. Ex.: A i a pentru culoarea nchis i deschis a prului.

fiecare din descendenii unui individ primete la ntmplare una din cele dou gene alele pentru fiecare trstur, cu o probabilitate de .

alelele (factorii ereditari) rmn distincte, necontaminate, nu se amestec una cu alta n procesul transmiterii din generaie n generaie. Reapar nemodificate la urmai. Cu alte cuvinte alelele unei perechi de gene se separa complet, fr nici un efect rezidual: o alela A transmis de la un printe AA nu difer de una transmis de la un printe Aa.

Dei nu folosete termenul, ideea de gen este implicit n lucrrile lui Mendel. Ulterior s-a demonstrat c modelul de transmitere a factorilor ereditari din generaie n generaie reflect comportarea cromozomilor i deci a genelor n meioz i n fecundaie, ceea ce confirm teoria Mendelian.

Monohibridarea i legea I Mendelian

Cercetrile lui Mendel includ dou feluri de experi-mente: de monohibridare i de dihibridare. Experienele de monohibridare urmresc ereditatea unui singur caracter n timp, pe parcursul mai multor generaii. Prin monohibridare se nelege ncruciarea ntre prini care difer printr-o singur pereche de caractere. Simplificnd se pot lua ca exemplu strile alternative ale unei trsturi, cum ar fi culoarea prului, a ochilor, abilitatea de a simi diferite gusturi sau mirosuri etc. Uor de testat este abilitatea de a simi gustul amar al substanei numite tiocarbamida (PTC), circa 70% din populaia de albi fiind alctuita din gusttori i 30% din negusttori (de fapt testarea nu este chiar att de simpl ntruct depinde de concentraia substanei).

Etapele experienei Mendeliene de monohibridare:

Stabilirea generaiei parentale (P): uniunea ntre prini homozigoi (homozigot= individ care are pe un locus dat dou gene alele identice) care difer printr-o singur pereche de caractere. De ex. un printe gusttor (GG) cu un printe negusttor (gg). Rezult n prima generaie filial numai descendeni gusttori, dar heterozigoi (=indivizi care au pe un locus dat dou alele diferite, n exemplul nostru Gg). Dispare deci caracterul negusttor. Acest rezultat sugereaz dominana complet a trsturii gusttor.

ncruciarea hibrizilor heterozigoi (Gg) obinuti n prima generaie filial (F1). Descendenii obinui vor fi de data aceasta att gusttori ct i negusttori. Reapare deci caracterul negusttor al unuia dintre bunici.

Urmrirea segregrii strilor alternative ale trsturii alese i a proporiei n care se produce separarea, adic a raportului de segregare din cea de a dou generaie filial (F2) (fig. 2.1).

Fig. 2.1. Rezultatul ncrucirii monohibride n 3 generaii

Se remarc:

uniformitatea hibrizilor din F1 i dominana caracterului gusttor. Cunoscut ca principiul uniformitii hibrizilor din F1.Atenie la prejudecile potrivit crora prinii transmit direct caracterele lor copiilor sau c existena genei ar asigura prezena caracterului! Dup cum se poate observa expresia genei g depinde de perechea ei i nu este manifest la organismele heterozigote Gg.

Gena dominant este gena a crei aciune se manifest la organismele heterozigote, avnd rolul preponderent n perechea de alele. Se noteaz convenional cu majuscul sau cu semnul +. Gena recesiv este gena a carei aciune nu este decelabil la organismele heterozigote, fiind mascat de prezena alelei dominante.

sensul ncrucirii nu are importan: indiferent care dintre prini este cel care arat caracterul dominant, rezultatul este acelai. Cunoscut ca principiul reciprocitii, acesta postuleaz c aciunea genei este independent de originea sa matern sau patern. Cnd se formeaz zigoii, genele par a uita originea lor.

Atenie la prejudecata ereditii ncruciate, potrivit creia ereditatea opereaz de la un sex la altul: mama transmite fiului i tatl fiicei (excepie fac unele trsturi numite X-linkate, adic legate de cromozomul X).

disjuncia caracterelor n generaia a dou (F2), n care se regsesc fenotipurile bunicilor alturi de cele ale prinilor. Aadar forma cea mai puin frecvent (negusttor), disprut la hibrizi, reapare nemodificat n F2 cu o probabilitate de 25%. Cunoaterea ratelor de segregare echivaleaz cu capacitatea de a anticipa.

Prediciile specifice sunt utile n acordarea sfatului genetic.

Cheia n interpretarea rezultatelor:

gameii nu conin dect una din alele, fiind puri din punct de vedere genetic.

indivizii heterozigoi formeaz dou tipuri diferite de gamei. Aadar, cnd hibrizii se maturizeaz i produc propriile celule sexuale, proces numit gametogeneza (fig. 2.2), alelele (matern i patern) ramase intacte se separa din nou, fiecare avnd o ans egal de a fi transmis n gamei. Aceast separare are loc n timpul gametogenezei hibrizilor din F1, n procesul de diviziune celular numit meioz (tip de diviziune celular prin care se njumtete numrul de cromozomi i deci de gene) i reflect separarea cromozomilor omologi i deci a genelor alele n celulele fiice. Jean Rostand, un celebru popularizator de tiin, rezum procesul celular prin care se mparte materialul genetic la formarea gameilor astfel: prinii divoreaz n celulele sexuale ale copiilor.

unirea gameilor n procesul fecundaiei se face pe baz de probabilitate, obinndu-se urmtoarele tipuri de combinaii (fig. 2.3).

Fig. 2.2. Dezvoltarea celulelor germinale. Stnga=ovogenez; dreapta= spermatogenez (dup T. Strachan & A. Read, 2004)

1/2G1/2g

1/2G 1/4 Gg1/4 Gg

1/2g1/4Gg1/4gg

Fig. 2.3. Careul combinrii probabilistice a gameilor din F1

ntr-o monohibridareFiecare dintre noi avem deci un program genetic propriu realizat pe baze probabilistice din combinarea informaiilor genetice ale ascendenilor.

Presupunnd formarea a dou tipuri de celule germinale la hibrizi (heterozigoi), Mendel a ajuns la principiul segregrii i puritii gameilor, cunoscut sub numele de legea I a lui Mendel. Enunul legii este: gameii sunt ntotdeauna puri din punct de vedere genetic, coninnd o singur gen din perechea de alele. Prin unirea pe baz de probabilitate a acestor gamei puri se obine n generaia a dou fenomenul segregrii descendenei dup fenotip n proporie de 3 dominant la 1 recesiv.

Se remarc urmtoarele:

legile probabilitii acioneaz la fiecare fecundaie, deci la fiecare sarcin

ratele de segregare nu pot fi verificate ntr-o singur familie uman mic, ci prin nsumarea datelor din suficient de multe familii pentru a putea fi prelucrate statistic. Ratele de segregare nu sunt imuabile, ele depind de tipul ncrucirii i starea de hetero sau homozigoie a prinilor. Exist 6 tipuri de ncruciri: AA x AA; AA xAa; Aa x aa; AA x aa; aa x aa; Aa xAa. De exemplu ntr-o ncruciare de tip back-cross ntre un printe gusttor heterozigot (din F1 sau F2) cu un negusttor se obine un raport de segregare de 1/1. Negusttorul fiind asimilat tipului parental, ncruciarea F1 x parental recesiv sau F2 x parental recesiv se numete retroncruciare, fiind des folosit n genetica experimental pentru elucidarea modelului de ereditate al unei anumite trsturi.

Exemplu:Prini: Gg x gg

Copii: Gg(50%) i gg(50%)

Explicaia: prin combinarea probabilistic a gameilor se obin urmtoarele genotipuri (fig. 2.4)

Gg

g GG gg

g Gg gg

Fig. 2.4. Careul combinrii probabilistice a gameilor

ntr-o retroncruciare

Concluzia: retroncruciarea este modalitatea de a diferenia purttorii genei dominante n stare heterozigot de cei homozigoi (a se compara rezultatul ncrucirilor GG x gg cu cel al ncrucirilor Gg x gg).

Un test recent efectuat la oareci demonstreaz c i abilitatea lor de a gusta o substan amar numit sucroz octoacetat sau alte substane, cum ar fi chinina i stricnina au acelai tip de determinism.

Alte tipuri de relaii inter-alelice

n afara tipului descris deja, al dominanei complete, n care heterozigoii pentru o gen dominant (Aa) manifest acelai fenotip ca i homozigoii pentru aceeai gen (AA), mai exist alte tipuri de relaii inter-alelice:

dominana incomplet n care heterozigoii au un fenotip intermediar, iar tipul de segregare devine 1AA: 2Aa: 1aa (de ex. pr cre, ondulat, neted)

codominan, fenomenul prin care ambele gene alele se manifest n fenotipul organismelor hetero-zigote fr s se domine una pe alta. Alele codominante = cuplu de alele echipotente care se manifest concomitent n fenotipul heterozigoilor. Ambele gene se noteaz convenional cu majuscule, folosindu-se litere vecine n alfabet. Ex.: grupa sanguin AB (condiionat de genele codominante LA i LB sau grupa sanguin MN (condiionat de prezena genelor M i N).

Tipul de segregare determinat de codominan:

Exemplu: Sistemul de grup sanguin MN este determinat de prezena antigenelor M i N pe suprafaa hematiilor. Cele dou gene alele M i N determin trei fenotipuri de grup sanguin: M(genotip MM), N(genotip NN) i MN(genotip MN). Dac unul din prini are grup sanguin M iar cellalt N, toi copiii lor vor avea grupa sanguin MN, conform principiului uniformittii hibrizilor din prima generaie. Din cstoria indivizilor MN ntre ei, vor rezulta urmtoarele fenotipuri: M, MN i N n proporie de 1 : 2 : 1.

Concluzie: n acest tip de segregare proporia fenotipurilor coincide cu cea a genotipurilor.

2.2. Polialelia sau alelismul multiplu

Pe lng tipul de gene alele sau pereche exist n unele cazuri mai mult de dou gene plasate n acelai locus pe cromozomi i care determin variaii ale aceluiai caracter. Fenomenul se numete polialelie i este provocat de mutaii consecutive ale unei gene pe un anumit locus. Seria de mutaii consecutive se noteaz: a1, a2, . . . an.

Un exemplu caracteristic l constituie grupele sanguine din sistemul ABO.

De la primele transfuzii sanguine (1667) s-a observat producerea accidentelor mortale provocate de aglutinarea globulelor roii ale receptorilor. Fenomenul este determinat de o reacie antigen-anticorp, anticorpii fiind plasai n ser iar antigenii pe suprafaa eritrocitelor. Cele trei alele ale locusului ABO, locus situat pe braele lungi ale cromozomului 9 sunt: dou alele codominante A i B implicate n formarea antigenilor A i B, plus o alela recesiv O care mpiedec formarea antigenilor n hematii.

n cinstea descoperitorului grupelor sanguine, Landsteiner, cele trei gene care formeaz o serie polialelic se noteaz: L, LB i l. Primele sunt transmise ereditar ca trsturi codominante (LA i LB), fiind n acelai timp dominante fa de l. n ser se gsesc gsesc anticorpii specifici mpotriva grupei sanguine absente: la persoanele cu grupa sanguin A se gsesc anticorpi anti-B i la cele cu grupa sanguin B anticorpi anti-A, iar cele din grupa sanguin O nu au antigeni ns au anticorpi anti-A i anti-B. n sfrit cele din grupa AB au numai antigeni nu i anticorpi. Relaia dintre genotip, fenotip, grupa de snge i anticorpii serici sunt redate n tabelul urmtor:

Tabelul 2.1. Relaia genotip - fenotip n cadrul sistemului de grup sanguin ABO

Grup sanguin

(Fenotip)AntigenAnticorpi sericiGenotip

O(I)absentAnti-A, Anti-B ll

A(II)AAnti-BLA LA sau LA l

B(III)BAnti-ALB LB sau

LB l

AB(IV)A i BabsentLA LB

Grupele de snge, ca de altfel i alte trsturi umane, difer ca procent de la o populaie la alta, avnd probabil un rol n adaptarea unei populaii particulare la mediul su. Astfel, pot fi asociate cu imunitatea la boli caracteristice unui anumit areal geografic.

Frecvena grupelor sanguine ABO n cateva populaii umane:

Tabelul 2.2. Distribuia gupelor de snge AB0 n cateva populaii umane

Frecvena fenotipurilor (%)

Studiind modelul de distribuie al alelelor sistemului ABO pe ntreg globul, se poate trasa deseori urma marilor migraii. Se crede astfel ca alela B s-ar fi rspndit din Asia central, unde nregistreaz cea mai mare frecven.

2.3. Legea a II-a: legea segregrii independente a caracterelor sau legea liberei combinaii a factorilor ereditari (genelor)

Pasul urmtor n experienele lui Mendel a fost investigarea simultan a dou trsturi n cadrul unor experiene de dihibridare, adic ncruciare ntre organisme care difer prin dou perechi de caractere (Fg. 2.5). ntrebarea era dac legea descoperit n monohibridare se aplic fiecrei perechi de caractere atunci cnd perechi diferite de caractere sunt unite prin ncruciare la hibrizi. Pentru a facilita studiul datelor din acest experiment, cele dou caractere diferite vor fi indicate prin A i B.

Cea mai important problem privete populaia din F2: vor fi transmise mpreun AB la pachet, sau vor fi transmise independent?

Fig. 2.5. Rezultatul ncrucirii de dihibridare n 2 generaiin procesul de formare al gameilor, prin segregarea i asortarea independent a genelor din cele 2 perechi de alele (Aa i Bb) se obin 4 categorii de gamei:

- dou categorii de tip parental (AB i ab)

- dou categorii de tip recombinat, avnd unul dintre caractere de la unul dintre genitori i cellalt caracter de la cellalt genitor(Ab i aB).

Prin combinarea probabilistic a celor 4 tipuri de gamei (prin fecundarea ntmpltoare a celor 4 tipuri de gamei) se obin 16 combinaii, de 9 feluri (fig. 2.6):

AB Ab aB ab

ABAABBAABbAaBBAaBb

AbAABbAAbbAaBbAAbb

aBAaBBAaBbaaBBaaBb

abAaBbAabbaaBbaabb

Fig. 2.6. Careul combinrii probabilistice a gameilor i genotipurile obinute n F2

Fenotipic se obin 4 tipuri de descendeni n proporie de 9:3:3:1, cu urmtoarele fenotipuri:

cu 2 caractere dominante asemntori prinilor (AB)=9/16

cu un caracter dominant i cellalt recesiv(Ab)=3/16

combinaia invers: caracter recesiv i cellalt dominant(aB)=3/16

2 caractere recesive asemntori prinilor(ab)=1/16

Presupunnd c cele dou caractere urmrite sunt: gusttor-negusttor i culoarea nchis-culoarea deschis a prului, cele patru fenotipuri obinute pornind de la un printe gusttor, brunet i cellalt negusttor blond vor fi n F2:

- gusttori, bruneti

- gusttori, blonzi

- negusttori, brunei

- negusttori, blonzi

Se remarc:

- n F2 alturi de fenotipurile parentale (gusttor brunet i negusttor blond) apar 2 fenotipuri noi care rezult prin recombinarea caracterelor din generaia parental.

- fiecare caracter luat separat segreg independent de cellalt, realiznd raportul specific pentru monohibridare, de 3:1(12 gusttori/4negusttori i 12 brunei/4 blonzi ).

Explicaia: genele care determin aceste caractere sunt independente una de alta, situate pe cromozomi din perechi diferite. Ele se pot combina liber ntre ele, dnd genotipuri i fenotipuri noi. Legea a II-a a lui Mendel afirma faptul c genele ce alctuiesc diferite perechi de alele (A/a, B/b,etc.) se asorteaz (se combin) independent una de alta, atunci cnd se formeaz celulele germinale. La baza acestei legi st fenomenul de asortare independent a cromozomilor din perechi diferite (recombinare cromozomial) care are loc n cursul meiozei (fig. 2.7)) i produce primul nivel de diversitate genetic. Fiecare gamet primete, la ntmplare, fie copia matern, fie copia patern din fiecare pereche cromozomial.

Etc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Fig. 2.7. Asortarea independent a cromozomilor materni i paterni n spermatogenez

Exist 223 (8.388.608) de variante de gamei diferii din punctul de vedere al asortrii cromozomilor din fiecare din cele 23 de perechi de cromozomi. Gameii A-E reprezint doar cinci din combinaiile posibile dintre cromozomii materni i paterni. Prin fecundaie pot apare 246 indivizi complet diferii (peste 70.000 miliarde!), ceea ce explic, n parte, marea variabilitate uman. Aceasta diagram ignor recombinrile produse prin crossing-over (schimb de segmente cromozomiale materne i paterne ntre cromozomii omologi). Probabilitatea s existe cineva cu setul nostru de gene n trecut sau viitor devine infinitezimal. Datorit meiozei i crossing-over-ului, numrul de combinaii genetice posibile ntre gamei este virtual nelimitat.

Meioza este un enorm avantaj n abilitatea organismelor de a genera variabilitate genetic. n decursul evoluiei sale natura s-a strduit mereu s fac n aa fel nc fiecare individ s difere de ceilali. Apariia nmulirii sexuate i deci a mecanismelor prin care se formeaz gameii a nsemnat un progres imens.

Legea a II-a a lui Mendel st la baza nelegerii diversitii lumii vii, a fenomenului variabilitii biologice. Sistemul nostru genetic nu numai c tolereaz diferenele genetice, dar le i genereaz i depinde de ele. Marea diversitate i unicitatea noastr deriv din capacitatea acestor fragmente de via pe care le numim gene, de a da combinaii ncruciate de gene de la ascendeni. Faptul c noi ne reproducem specia prin aducerea genelor tatlui n contact cu ale mamei face posibil apariia de forme noi din tipare vechi. Variabilitatea genetic este sine qua non-ul evoluiei, chintesena vieii.

2.4. Testarea ipotezei genei unice prin analiza segregrii n genetica comportamental

Principiile de baz ale ereditii sunt aceleai, indepen-dent ce fenotipuri alegem pentru studiu, iar comportamentul este din punctul de vedere al geneticii comportamentale un fenotip, adic o caracteristic observabil pe care o putem msura, dei cu dificultate. Deseori comportamentele sunt colecii heterogene de comportamente diverse i complicate i este puin probabil ca cele mai complexe comportamente umane s fie determinate monogenic.

Studiile comportamentale de genetic experimental pot fi totui conduse ntr-un mod similar studiilor lui Mendel iar subiectul favorit al acestora este oarecele. Una dintre primele condiii studiate a fost aceea a oarecilor numiti waltzing (care valseaz). n ciuda denumirii, animalele care manifest acest comportament sunt destul de dizgraioase: i scutur capul, se rotesc rapid i sunt foarte iritabile. Preuii de cresctorii de animale, oarecii waltzing au fost importai n America de Nord i Europa din Asia. Cercettorii s-au ntrebat dac acest comportament este determinat monogenic i au testat ipoteza prin ncruciri controlate.

ncruciai ntre ei, toi descendenii obinuti erau la fel, sugernd c aparineau unei populaii omogene consangvini-zate. Cu alte cuvinte sunt homozigoi pentru acest caracter, urmnd s se determine dac este vorba de un caracter dominant sau recesiv. ncruciai cu o populaie normal, nici unul din cei 254 descendeni nu valsa. Aceasta sugereaz c dac opereaz o singur gen atunci alela waltzing este recesiv fa de alela normal. n continuare ratele de segregare obinute n F2 au fost ratele tipice Mendeliene:

P

WW x ww

F1

Ww

Ww x Ww

( ( ( (

F2 WW Ww Ww ww

raport de segregare: 3 Dominant / 1 recesiv

Proporiile obinute n F2 i n back-cross sunt conforme modelului mendelian monogenic, cu gena dominant pentru caracterul nevalsator.

Exist peste 300 de alte exemple de defecte neurologice la oarece care sunt determinate n cea mai mare parte de mutaii recesive.

Observaie: desigur o gen nu produce direct un comportament particular ci opereaz prin controlul produciei de proteine.

2.5. Aplicaii practice ale teoriei Mendeliene

Practic, modul n care se motenesc grupele sanguine la copii are importan n stabilirea paternitii (Tab.2.3)

Tabelul 3. Grupele de snge ale copiilor n funcie de grupele sangvine ale prinilor

PARINTIGRUPELE DE SANGE ALE COPIILOR

FenotipuriGenotipuriPosibileImposibile

A x ALA L A x LA L ALA l x LA lA,OB, AB, O

AB i B

B x BLB LB x LB LBLB l x LB lB

B,OA, AB, O

A, AB

AB x ABLA LB x LA LBA, AB, BO

O x OllOA, AB, B

A x BLA LA x LB LBLA LA x LB l

LA l x LB LBLA l x LB lAB

A, AB

B, AB

A, B, AB, OA, B, O

B, O

A, O

A, O

A x ABLA LA x LA LBLA l x LA LBA, AB

A, B, ABB, O

O

A x OLA LA x ll

LA l x llA

A, OAB, B, O

B, AB

B x ABLB LB x LA LBLB l x LA LB B, AB

A, B, ABO, A

O

B x OLB LB x ll

LB l x llB

B, OA, AB, O

A, AB

AB x OLA LB x llA, BAB, O

Atenie la prejudecata potrivit creia prinii transmit direct caracterele lor copiilor. Dup cum se poate observa, n situaia n care prinii au grupa AB i O, copiii nu le vor moteni, ci vor avea fie grupa A, fie grupa B.

Cunoaterea mecanismelor prin care materialul genetic se motenete n succesiunea generaiilor face posibil determinarea relaiilor de nrudire biologic. Astfel de ex. testarea serologic a grupelor de snge este utilizat n mod curent pentru investigarea paternitii.

Observaie: testarea grupelor de snge (din sistemul ABO, MN, Rh, etc.) se constituie doar ntr-un test de excludere a paternitii, iar confirmarea paternitii este astzi posibil prin aplicarea testului ADN, cunoscut sub numele de amprent genetic, cea mai performant metoda de investigare pentru stabilirea identitii.

Rezumat:

U. 2: Ereditatea Mendelian: Legile lui MendelCuprinde informaii cu privire la: 1. conceptele cheie ale teoriei Mendeliene; 2. legea I ilustrat prin experiene de monohibridare; 3. tipuri de relaii ntre gene alele; 4. polialelia sau alelismul multiplu exemplificat prin determinismul genetic al grupelor sanguine; 5. legea a II-a ilustrat prin experiene de dihibridare; 6. testarea ipotezei genei unice n genetica comportamental; 7. aplicaii ale teoriei mendeliene i exerciii.

Putem rezuma concluziile lui Mendel n termeni moderni:

Trsturile genetice sunt determinate de uniti distincte, numite gene, care trec de la prini la descendeni n cursul reproducerii

Orice organism superior (planta, animal) conine cte o pereche de gene pentru fiecare trstur

Genele pentru o trstur pot exista n forme alelice diferite. Una dintre alele, numit dominant (A) poate masca prezena celeilalte alele, numit recesiv (a), cu care, la indivizii heterozigoi (Aa), face pereche

n timpul formrii gameilor, prin diviziunea celular meiotic, cei doi membrii ai fiecrei perechi de gene se separ unul de altul i trec n celule diferite (legea segregrii)

n urma fecundaiei, fiecare descendent primete o pereche de gene pentru fiecare trstur, cte un membru al fiecrei perechi din gametul fiecrui printe.

Genele fiecrui printe rmn distincte la urmai i chiar dac sunt mascate de fenomenul dominanei la unii indivizi din generaiile intermediare, pot reapare n fenotipul generaiilor ulterioare.

n timpul meiozei genele unei perechi segreg independent de genele celorlalte perechi, cu condiia s fie localizate pe cromozomi diferii (legea asortri sau segregrii independente)

Unele tulburri neurologice pot fi determinate de mutaii unice care se transmit n descenden conform legilor Mendeliene, aa cum o demonstreaz experienele de ncruciare i retroncruciare efectuate la oareci.

Cuvinte cheie:

alel (gr. allelon =dintr-una n alta): una din cele dou stri alternative ale unei gene; versiuni alternative ale aceluiai paragraf genetic aparute prin mutaie i controlnd acelai caracter. Se noteaz cu aceeai liter din alfabet

alel dominant: alela care dicteaz exprimarea trsturii la heterozigoi. Se noteaz cu semnul plus (ex. Rh+) sau cu majuscul (A la indivizii heterozigoi Aa)

alel recesiv: alela al crei efect fenotipic este mascat la heterozigoi de prezena alelei dominante. Se noteaz cu semnul minus (Ex. Rh-) sau cu liter mic. Se manifest fenotipic numai n stare homozigot (aa)

locus: poziia particular a unei gene pe un cromozom particular

cromozomi omologi (gr. homologos=de acord, sinonim): o pereche de cromozomi cu aceeai morfologie i acelai coninut de gene

homozigot (gr. homos = acelai, zygotos = ngemnat): un individ care are dou copii ale aceleiai alele pe un locus dat; un individ care are alele identice pe cei doi cromozomi omologi

heterozigot: un individ care are dou alele diferite ale unei gene pe cei doi cromozomi omologi

genotip (gennaein = a nate, typos = model): setul total de gene prezente n celulele organismului. Termenul este deseori folosit cu referire la setul de alele de pe un singur locus.

fenotip (gr.phaino = aparitie; typos = model): totalitatea caracterelor vizibile, msurabile, aspectul pe care un individ l prezint observatorilor. Cu referire la un locus dat, este expresia observabil a trsturii (afectnd structura, morfologia sau comportamentul). Comportamentul este un fenotip, adic o caracteristic observabil pe care o putem msura. Potenial variabil, fenotipul se gsete la confluena ereditii i a mediului i este starea care caracterizeaz organismul la un moment dat

meioza (gr.meios = redus, pe jumtate): tip de diviziune celular care are drept rezultat formarea unor celule specializate (gamei), caracterizate printr-un numr haploid (njumtit) de cromozomi

autozom: oricare dintre cromozomi, cu excepia cromozomilor de sex: 22 perechi de autozomi gonozom: cromozom din perechea de cromozomi care determin sexul: perechea XX pentru sexul feminin i XY pentru cel masculin (sin. heterozom)

Test de autoevaluare

Exerciiul nr. 1: Un brbat a crui grup sanguin este de tip O se cstorete cu o femeie a crei grup sanguin este A. Tatl acestei femei aparine grupei O. Care este probabilitatea pentru copiii lor de a avea grupa O? (pag. 28,31, 35-36)

Exerciiul nr. 2: Facei un diagnostic de paternitate (determinai tatl probabil al copilului) n urmtorul caz (pag. 35-36):

- mama aparine grupei A, fiul grupei O. Tatl este cel care are grupa A sau O?

Exerciiul nr. 3: Facei un diagnostic de paternitate (determinai tatl probabil al copilului) n urmtorul caz (pag.35-36):

- mama aparine grupei B, fiul grupei O. Tatl are grupa A sau AB?

Exerciiul nr. 4: Facei un diagnostic de paternitate (determinai tatl probabil al copilului) n urmtorul caz (pag.35-36):

- mama aparine grupei B, fiul AB. Tatl este grupa A sau B ?

Exercitiul nr. 5: S se determine genotipul prinilor din familia urmtoare: un printe cu grupa sanguin A, cellalt cu grupa B au n descenden copii aparinnd tuturor grupelor sanguine. (pag. 35-36

Exercitiul nr. 6: S se fac un diagnostic de paternitate n cazul n care mama aparine grupelor sanguine A i M, fiul aparine grupelor O i M, iar taii posibili au:

1. - unul, grupele A i M

2.- cellalt grupele O i N (pag. 30,32-33)

Observatie: a se compara cu rezultatul obinut prin testarea unei singure grupe sanguine - ABO (exerciiile nr. 2 ,3, 4)

Probleme

7. Dac ignorm efectele crossing-overului, care este probabilitatea ca gameii notri, ovule sau spermatozoizi, s conin toi cromozomii pe care i-am primit de la unul din prini, de exemplu de la mam? (pag. 33)

8. Care este principalul factor care a fcut posibil evoluia organismelor superioare? (pag. 34)

9. O femeie este la a doua cstorie. Primul ei so are grupa sanguin A, iar copilul din acest mariaj este O. Actualul so are grupa sanguin de tip B, iar copilul lor este AB. Care este grupa de snge i genotipul mamei? (pag. 35-36)

10. n 1986, revista National Geographic a condus o cercetare cu scopul de a decela abilitile cititorilor de a detecta mirosurile. Aproximativ 7% dintre albii din SUA n-au putut detecta mirosul de mosc. Dac ambii prini sunt de acest tip, atunci nici copiii lor nu vor simi mirosul de mosc. Pe de alt parte, doi prini care au abilitatea de a mirosi moscul au n general copii cu aceeai abilitate; totui, mai rar civa copii din aceste familii sunt incapabili s simt mirosul de mosc. Presupunnd ca aceast trstur este guvernat de o singur pereche de alele (monogenic), care este tipul de ereditate pentru abilitatea de a simi mirosul de mosc: dominant sau recesiv?

Concluzii: Principiile transmiterii ereditare conform celor dou legi descoperite de Mendel sunt demonstrate i exemplificate urmrind transmiterea unor caractere umane normale: culoarea ochilor , a prului, grupe de sange.

Dup nsuirea acestor legi i verificarea prin rezolvarea testului de autoevaluare se trece la aprofundarea principiilor mendeliene n urmtoarea unitate de studiu: descrierea unor modele caracteristice de ereditate n familiile umane.

Unitatea de studiu nr. 3

Modele de transmitere a caracterelor monogenice (mendeliene) n familiile umane

Cuprins:

Introducere.40

Obiective40

3.1.Trsturi monogenice normale i patologice, ancheta familial i

alctuirea arborelui genealogic41

3.2. Modelul ereditii dominant autozomale.46

3.3. Modelul transmiterii recesiv autozomale.51

3.4. Modelul ereditii legate de sex (sex-linkate)..57

3.5. Acordarea sfatului genetic n tulburrile cu transmitere mendelian..60Rezumat, cuvinte cheie...61Test de autoevaluare...62

Concluzii.63

Introducere

Cunotinele deja dobndite privind legile Mendeliene sunt aprofundate prin descrierea unor modele caracteristice de pedigree-uri cu aplicaii practice n acordarea sfatului genetic.

Timpul alocat: 3 ore

Obiective:

La sfritul acestui capitol, studenii vor fi capabili s:

1. defineasc termenii: pedigree, proband, fratrie, penetran variabil, expresivitate variabil, fenocopie, heterogenitate genetic, consanguinitate, screening genetic, sex-linkage, hemizigoie

2. deseneze un arbore genealogic folosind simbolurile standard adoptate internaional

3. analizeze, s interpreteze un pedigree uman i s deduc genotipurile parentale

4. dea exemple privind fenomenele de variabilitate ale penetranei i expresivitii unei gene

5. neleag importana screeningului genetic

6. identifice trsturile distinctive ale ereditii sex-linkate recesive i dominante

7. dea exemple de boli ereditare umane cu transmitere sex-linkat

8. rezolve probleme legate de transmiterea unor caractere monogenice n familiile umane

3.1. Trsturi monogenice normale i patologice

Prin caracter monogenic se nelege un caracter condiionat de o singur mutaie genic, mai bine spus de aciunea unui singur cuplu de gene. Caracterele mendeliene sunt cele mai simple caractere genetice ntruct n prezena sau absena lor este implicat un singur locus. Cauza este o eroare unic a informaiei genetice, indiferent dac mutaia este prezent numai pe unul din cromozomii unei perechi, avnd ca partener alela normal de pe cellalt cromozom, sau pe ambii cromozomi ai perechii. Caracterele monogenice se mai numesc i Mendeliene pentru c se transmit conform legilor Mendeliene, deci segreg, n medie, n proportii fixe.

Pot fi recunoscute prin modelele caracteristice de pedigree-uri pe care le demonstreaz. Dei expresia multor caractere umane reclam probabil un mare numr de gene i factori de mediu, uneori un genotip particular pe un locus dat este att necesar ct i suficient pentru ca un caracter s fie exprimat (fig. 3.1; tabelul 3.1).

Pe baza cercetrilor genealogice s-a acumulat pn n prezent un numr mare de date, strnse ntr-o mare enciclopedie a ereditii umane, catalogul Mendelian Inheritance in Man. Iniiat i editat de geneticianul american Victor Mc.Kusick, ncepnd din anul 1966, la nceput cu numai 400 de caractere umane, cunoate repetate actualizri, ajungnd s cuprind peste 6000 de caractere umane normale sau patologice cu determinism genetic i modele de transmitere ereditar bine cunoscute. Poate fi consultat i n versiunea online pe site-ul OMIM (Online Mendelian Inheritance of Man). Identificarea bolilor monogenice este vital n scopul furnizrii sfatului genetic, urmat n msura posibilului de un diagnostic prenatal.

Fig. 3.1. Tablou ilustrnd sindromul de Habsburg (Maximilian de Habsburg cu soia i cei patru copii pictura de Bernard Strigel)

Tabelul 3.1. Cteva trsturi umane monogenice normale i patologice

TrsaturaFenotipul

Trsturi dominante

caracterul gusttor

(pt. feniltiocarbamid)abilitatea de a simi gustul amar al PTC

diastema (strungrea)existena unui spaiu dentar ntre incisivi

lobul