Genetik
Startside Op Bio A - Idræt B Bio Opgaver Mikrobiologi Økologi Fysiologi Genetik Biokemi Stor Opgave Øvelser

[Op]

Genetikkens forudsætninger:

Hvor kommer de menneskelige træk fra? Hvordan ser DNA strukturen ud? Hvordan er DNA opmagasineret og orga-niseret? Hvad er et centromer?
Hvad er den genetiske kode?     Stamtræsanalyse
Autosomal recessiv nedarvning Autosomal Dominant nedarvning X-koblet dominant nedarvning: X-koblet recessiv nedarvning:
Autosomale dominante sygdomme Autosomale recessive sygdomme X-koblet recessive sygdomme  

Hvor kommer de menneskelige træk fra?

I starten af forrige århundrede var det stadig et stort mysterium, hvad der var årsag til at visse menneskelige træk blev videregivet fra generation til generation. Men i 1953 kom det store gennembrud, da James Watson og Francis Crick opdagede DNA-molekylets struktur, og det blev klart hvad der indeholdt informationen til livet. Deoxyribonuklein syre, eller bedre kendt som DNA, er det basale genetiske materiale der giver ophav til livet. Skønt DNA ser ud til at være et stort og komplekst molekyle er dets struktur overraskende simpelt

Hvordan ser DNA strukturen ud?

Et DNA molekyle består af to strenge, som er snoet så de danner en dobbelt-helix, eller spiral. Hver streng består af kun fire kemiske enheder kendt som nukleotider, som alle har de samme tre komponenter. Et sukkermolekyle (deoxyribose) bundet til en fosfatgruppe danner et kompleks som udgør vangerne i den stigelignende DNA struktur. Fire baser - adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T) - udgør trinnene I denne stige. Baserne er to og to bundet sammen af hydrogenbindinger, således at adenin binder med thymin og guanin med cytosin. Disse basepar strækker sig så gennem hele DNAs længde, og giver det således en sekvens som er unik for hvert enkelt individ. Eksempelvis er det meget interessant at det humane DNA og chimpanzers DNA er 99.9% identiske. DNA koder for en uhyre mængde  information som er nødvendig for at disse organismer kan fungere, men kun en meget lille del af DNA sekvensen  koder for den variation der er mellem mennesker og aber. Sådanne små forskelle i DNA medfører også variationer inden for vores egen race, som f.eks. øjenfarve, hudfarve, højde, intelligens osv.

TIL TOP

Hvordan er DNA opmagasineret og organiseret?

Et kromosom består af forskellige af kemiske stoffer some r tæt forbundet med DNA molekylet. Hver celle i den menneskelige krop, undtagen æg- og sædcelle, indeholder det samme antal af forskellige kromosomer. Disse celler indeholder 46 kromosomer, som I virkeligheden er 23 homologe par par. 22 af disse par er autosomale, eller identiske hos mænd og kvinder, mens det sidste par kaldes kønskromosomer. Hver kvinde bærer 2  X kromosomer, mens en mand bærer et X og et Y kromsom. Inde i hvert eneste celle med disse 23 par kromosomer kommer den ene halvdel fra faderen og den anden halvdel fra moderen

 

Eukaryote kromosomer er komplekse strukturer af DNA og protein.  De er tæt pakkede strukturer afhængige af cellens cyklus. Under celledelingen (mitosen), er kromosomet tættest pakket med sine fire grene, som typisk er kendt som kromosomets struktur  To  typer af kromatin er beskrevet fra en celle der befinder sig i det man kalder hvilestadiet. Først er der heterochromatin, en tæt pakket form af kromosomerne, og dernæst er der euchromatin, en mindre tæt pakket form hvor man kan skelne små sfæriske partikler, kaldet nukleosom, for hver 300 base par på DNA molekylet. Kun i form af euchromatin sker der en aflæsning af generne.

Nuleosom: En underenhed af kromatin, der består af et kort stykke DNA viklet om en kerne af histon proteiner.

Det menneskelige genom indeholder ca. 3 billion nukleotid par. Hvis det ikke var opspiraliseret ville det måle mellem 1.7 og 8.5 cm. Dette er alt for langt til at kunne passe ind i en celle.  Derfor er kromosomalt  DNA pakket i kompakte strukturer ved hjælp af specialiserede proteiner kaldet histoner. Det komplekse DNA plus histonerne i en eukaryot celle kaldes kromatin.

Hvert nukleosom er ca 11nm i diameter. DNA dobbelt strengen er viklet rundt omkring en central kerne af 8 histon proteinmolekyler (en octamer) for at danne et enkelt nukleosom. Et andet histonmolekyle (kaldet H1) fæstner DNA til  nukleosom kernen. Den totale masse af dette kompleks er ca. 100,000 dalton. 

 

TIL TOP

Hvad er et centromer?

Når et kromosom undersøges i et mikroskop under mitosen eller meiosen kan man se en indsnøring et eller andet sted langs kromosomet. Denne indsnøring kaldes centromer-regionen, og ligger normalt i eller nær midten af kromosomet. Centromeret har tilknyttet særlige DNA-bindende proteiner, der danner kinetochoret. I starten af kernedelingen binder spindel-mikrotubuli til kinetochoret, hvilket er en forudsætning for deling og flytningen af kromosomet under kernedelingen.

 

TIL TOP

Hvad er den genetiske kode?

DNA er et dobbeltstrenget molekyle og hver streng udviser polaritet, således at en 5'-hydroxyl (eller 5'-phospho) gruppe på den første nukleotid begynder strengen og en 3'-hydroxyl gruppe på den sidste  nukleotid slutter strengen. På den måde siger man at strengen løber fra  5' to 3' . De to strenge i DNA molekylet løber antiparallelt sådan at den ene streng løber fra 5' -> 3' mens den anden løber fra 3' -> 5'. Nukleotiderne i strengene er ligeledes komplementære, sådan at  A danner to hydrogen-bindinger med T; C danner tre hydrogen bindinger med G.

Den ene streng af DNA indeholder den information der koder for de forskellige gener; denne streng kaldes ofte for antisense strengen  (indeholder anticodoner). Den anden streng, den komplementære, kaldes for sense strengen (indeholder codoner). Da mRNA laves af antisense strengen har den den samme information som sense strengen (den kodende streng). Tabellen ved siden af viser koderne for mRNA strengen og derfor indeholder den  U (uracil) i stdet for T.

Et eksempel på to komplementære strenge af DNA kunne væree:

     (5' -> 3') ATGGAATTCTCGCTC      (Kodende, sense streng)
     (3' <- 5') TACCTTAAGAGCGAG    (Ikke-kodende, antisense streng)

     (5' -> 3') AUGGAAUUCUCGCUC  (mRNA lavet ud fra antisense strengen)

Da proteinernes aminosyrer bestemmes udfra tripletterne i mRNA, bliver proteinsekvensen i ovenstående eksempel Met-Glu-Phe-Ser-Leu... (MEFSL...).

I praksis, afkodescodonerne af transport RNA (tRNA), som kobles på det ribosombundne messenger RNA (mRNA), der indeholder koden. Der er 64 forskellige tRNA, som hver har en sjøjfe med et anticodon  (modsvarer et codon på mRNA). 61 af disse har bumdet en aminosyrerest. De sidste 3 codoner bruges som stopkoder.

TIL TOP

Stamtræsanalyse:

Et stamtræ er et diagram af familierelationer, som bruger symboler til at repræsentere familiemedlemmerne og linjer til at repræsentere de genetiske relationer. Disse diagrammer gør det lettere at vise relatio-nerne mellem familiemedlemmerne, specielt hvis det er en meget stor familie. Disse stamtræer bliver ofte brugt til at vise, hvordan et træk eller sygdom er nedarvet (dominant, recessiv, etc.)  Et eksempel ses her til højre.

I et stamtræ repræsenterer firkanter hankøn og cirkler hunkøn. Horisontale linjer mellem han- og hunkøn viser parforhold og vertikale linjer pegende nedad far et par viser deres børn. Efterfølgende generationer er derfor vist under parental generationen og de ældste personer findes i toppen af stamtræet.

Hvis formålet med stamtræet er at analysere et nedarvningsmønster eller et specielt træk,  er det normalt at skygge eller fylde de symboler af alle de individer, hvor trækket eller sygdommen kommer til udtryk.

I stamtræet til højre har bedsteforældrene to børn, en dreng og en pige. Sønnen har trækket og en af hans fire børn har også trækket.

 

Figure 2_12 from Griffiths et al., 1996

TIL TOP

Autosomal recessiv nedarvning:

bulletRecessiv: Hvis ingen af forældrene har den karakteristiske fænotype (sygdommen) som barnet udviser, er trækket (sygdommen) nedarvet recessivt.
bulletAutosomal: Genet ligger på et af  autosomerne (Kromosom 1-22). Der er lige stor sandsynlighed for at mænd og kvinder arver sygdommen.

Det karakteristiske for autosomale recessive træk er følgende:

  1. Trækket forekommer typisk i en generation og ikke hos forældrene eller deres afkom (horizontal nedarvning).
  2. Sygdommen er ligeligt fordelt mellem mænd og kvinder.
  3. Begge forældre til den/de syge er heterozygote (bærer) hvilket betyder, at de kun har et ændret gen.
  4. To forældre der er bærere har en 1 til 4 (eller 25%) risiko for at få et sygt barn.
  5. Raske søskende til en syg bror/søster har 2/3 chance for at være bærer..
  6. Afkom af en syg person vil være en bærer, og derfor rask, medmindre den anden forælder er bærer eller syg af samme sygdom.

TIL TOP

Autosomal Dominant nedarvning:

bulletDominant: Syge personer kan forekomme i hver generation
bulletAutosomal: Genet ligger på et af  autosomerne (Kromosom 1-22). Der er lige stor sandsynlighed for at mænd og kvinder arver sygdommen.
bulletEt træk som findes i alle generationer skyldes normalt et dominant allel.

De karakteristika en genetiker bruger til at bestemme om et stamtræ viser en  autosomal dominant nedarvning er følgende:

  1. Autosomale dominante træk ses i hver generation (vertikalt mønster).
  2. Sygdommen er ligeligt fordelt mellem mænd og kvinder.
  3. Raske personer får ikke børn, der har sygdommen.
  4. Hvert barn af en syg forælder har 50% risiko for at blive syg, uanset køn eller nummer i fødselsrækken.
  5. Homozygote med et autosomalt dominant træk (individer med to ændrede gener) udviser sygdommen i stærkere grad.

 

TIL TOP

X-koblet dominant nedarvning:

Der er meget få  X-koblede træk/sygdomme, men de karakteristika der følger denne nedarvning er følgende:
  1. Syge hankøn videregiver trækket/sygdommen til alle deres døtre og ingen af deres sønner.
  2. Syge hunkøn giver trækket videre til halvdelen af deres døtre og halvdelen af deres sønner.
  3. Der er typisk dobbelt så mange syge kvinder som syge mænd, men syge kvinder er ofte syge i minde grad end mændene.

 

TIL TOP

X-koblet recessive nedarvning:

Kriterierne for denne type nedarvning er følgende:
  1. Det er næsten udelukkende mænd der er syge.
  2. Sygdommen kan ikke videregives fra fra til søn, men alle døtre af en syg far vil være bærer.
  3. Afhængig af forholdene vil en kvinde der er bærer til tider få sygdommen i en mild version.
  4. Kvindelige bærere har 50% (1 til 2) risiko for at få en syg søn og 50% (1 til 2) risiko for at få en datter der er bærer.
  5. Den første syge søn i en familie må have arvet genet fra en mor der er bærer eller er et resultat af en genetisk ændring (mutation).

 

 

 

Autosomale dominante sygdomme  
HD eller Huntingtons Sygdom er en arvelig  neurologisk sygdom i central nerve systemet. HD viser sig lige meget hos mænd og kvinder, men udvikles normalt først i voksenalderen,

HD skyldes et enkelt defekt gen på kromosom nr.  4. Dette gen er ansvarlig for et protein kaldet Huntington. Når genet er defekt lavets proteinet ikke korrekt, og aflejres i klumper i visse nerveceller i hjernen, basale ganglier og den cerebrale cortex, hvilket medfører uoprettelige skader.

Et barn af en forælder med Huntington har en risiko på 50% for at have arvet genet, men de vil ikke vide det før sent i livet når de første symptomer viser sig. De tidlige symptomer på Huntington er klodsethed, man begynder at snuble, mangel på koncentration, lettere ukontrollerede muskelbevægelser og depressioner.

 

Polydactyli og syndactyli skyldes en fejl i fosterudviklingen. For eksempel er syndactyli et resultat af en fejl i den programmerede celledød, der normalt forekommer mellem fingrene. Oftest skyldes disse fejl en  genetisk  defekt.

Der findes flere former af isoleret polydactyl og syndactyli, og der hvor genetikken er beskrevet skyldes det et autosomalt dominant gen. Derfor er der lige mange mænd og kvinder, som kan arve disse træk. Imidlertid ser man ofte, at folk fra den samme familie, der bærer genet får forskellige grader af polydactyli eller syndactyli.

 

Der findes over tre hundred forskellige former for væksthæmning, Achondroplasi er en af dem og ses i ca. 1 i 26.000 til 1 i 40.000 fødsler. I Danmark 2-3 om året.
Achondroplasi er en knoglesygdom der skyldes ændringer i arvemassen og årsagen hertil er næsten altid ukendt. Achondroplasi er den hyppigste form for væksthæmning og udmærker sig ved korte arme og ben, kroppen er normal men med en tendens til svejryggethed. Andre tegn er en fremstående pande, et fladt eller indsunket område ved næseroden og så er personer med achondroplasi næsten altid hjulbenet.

Dværgvækst skyldes en medfødt forstyrrelse i skelettets bruskdannelse, hvor væksthastigheden i knoglernes tilvækstzoner er nedsat. Især de lange rørknogler i arme og ben bliver betydeligt kortere end normalt. Hvis barnet fødes af raske forældre, vil det syge gen oftest sidde på det kromosom, som stammer fra faren.

Dværgvækst er autosomalt dominant arveligt. Det betyder, at barnet bliver sygt, blot det har ét defekt gen. Hvis en af forældrene har dværgvækst, er der ved hver fødsel 50 procent sandsynlighed for, at barnet får det. Har begge forældre achondroplasi, er der 75 procent sandsynlighed for, at barnet fødes med dværgvækst. Børn, der arver et defekt gen fra begge forældrene med dværgvækst, fødes med alvorlige misdannelser og vil som regel kun leve i kort tid. Mange dør allerede ved fødslen.

Mellem øre-infektioner ses ofte i barnets første år, på grund af den unormale drænvinkel for røret fra mellemøret til svælget, hvis øre-infektionerne ikke bliver behandlet kan hørelsesproblemer opstå senere. Luftvejs problemer kan også opstå hos spædbørn og børn, men det ses sjældent.
Højden kan variere meget fra under 100 cm til over 130 cm, i nogle tilfælde kan man øge højden med hormonbehandling og ved at lave et kirurgisk indgreb, kan ben forlænges.
Intelligensen er normal for personer med achondroplasi.
 

Figure 2_15 from Griffiths et al., 1996
Autosomale recessive sygdomme  
Seglcelle-anæmi er en sygdom, hvor de røde blodlegemer, erythrocytterne, antager form som en halvmåne (segl), når oxygen-forsyningen er ringe. Disse blodceller falder hen, hvilket kan forårsage personens død

Marfan Syndrom er en medicinsk tilstand, klassificeret som en arvelig bindevævssygdom, der hovedsagelig rammer knogler og led (skelet-systemet), øjne (det okulære system), hjerte og blodkar (hjerte-kar-system) og lunger.

MS er opkaldt efter en fransk børnelæge, Antoine Marfan, der i 1896 beskrev en 5-årig pige, hvis lemmer, fingre og tæer var lange og tynde, hvis muskeludvikling var dårlig og hvis rygsøjle havde en unormal krumning.

Ordet "syndrom" betyder, at et antal fysiske tilstande eller ændringer forekommer sammen ofte nok til, at læger kan genkende et samlet "mønster"; eller sagt på en anden måde: et antal symptomer, der tilsammen karakteriserer en vis sygdom. Det er dette "mønster" som er meget vigtigt, når man skal forstå Marfan Syndromets natur og årsager, samt forudsige sygdomsforløbet hos berørte personer og planlægge egnede behandlingsformer

Symptomer

Symptomer på Marfan Syndrom kan være:

Knoglebygningen: Stor højde, lange lemmer, smalt ansigt, rygskævhed, løse ledbånd, platfod, tragt- eller fuglebryst, høj gane og en skæv tandstilling.

Hjerte/kredsløb: Udvidelse af hovedpulsåre (aorta), utæthed af hjerteklapperne, forstørret hjerte og hjerterytmeforstyrrelser.

Øjne: Løse linse, stærk nærsynethed og nethindeløsning. Grøn og/eller grå stær.

Øvrige symptomer: Der kan forekomme smerter i led og muskler samt øget muskeltræthed. Endvidere kan der forekomme strækmærker i huden (striae) og lyskebrok.

Der kan være store variationer på sværhedsgraden, og man har som regel kun nogle af de ovennævnte symptomer.

Hyppighed

Mænd og kvinder af enhver race og hudfarve kan få sygdommen, ingen gruppe synes at være specielt udsat. Hyppigheden af MS er ca. 1 ud af 10.000 personer, og det er derfor ikke en særlig almindelig, og derfor heller ikke særlig kendt sygdom. På Statens Øjenklinik er der registreret ca. 300 personer med Marfan Syndrom.

Alligevel er den dog mere almindelig end hvad man tidligere troede, og hvad man kan læse i de fleste medicinske fagbøger. I dag regner man med at der findes ca. 550 personer med MS i Danmark, ca. 5.000 i England, 30.000 i USA og således måske 500.000 i hele verden.

Arvelighed

Der er 50% risiko for at give sygdommen videre til sine børn. Ingen generation springes over, og den arves fra såvel faderen som moderen. I ca. 15% af tilfældene skyldes sygdommen en mutation, d.v.s. den er ikke nedarvet, men nyopstået.

Man håber på i nær fremtid, at kunne diagnosticere MS ved en DNA-test af en blodprøve, en fostervandsprøve eller en moderkagebiopsi.

 

Tay-Sachs syndrom skyldes et recessivt gen, sygdommen er karakteriseret ved abnormt højt indhold i hjernen (akkumulering) af gangliosidet GM2. Hæmning af udviklingen, paralyse, dementia (sløvsind, erhvervet psykisk svækkelse) og blindhed er symptomerne. Døden indtræder i alderen 2 - 4 år. Det defekte enzym er hexoaminidase A, et enzym som normalt udfører hydrolytisk spaltning af N-acetylgalactosamin-resten på GM2 gangliosidet, enzymet er lokaliseret i lysosomerne.

 

X-koblet dominante sygdomme  
Coffin-Lowry syndrom

Medfødt, sygdom, der skyldes en genetisk fejl på et X-kromosom. Sygdommen i sin fulde form rammer kun drenge, men kvindelige anlægsbærere kan også have symptomer i mildere grad

Sygdommen viser sig allerede fra de tidlige barneår ved karakteristiske ansigtstræk (bred næse, bredtstillede øjne), tilspidsede fingre og alvorlig mental udviklingshæmning samt nogen væksthæmning. I løbet af barne- og ungdomsårene udvikles skæv ryg, ofte i svær grad. Der findes ingen specifik behandling, men understøttende fysioterapi er vigtig.
 

 
Incontinentia pigmenti

IP is extremely rare. The main features occur in the skin where a blistering rash occurs in the newborn period, followed by the blisters becoming raised-like warts. Next, brown swirls appear in the skin, followed by the appearance of light swirls. The result is a 'marble cake-like' appearance on the skin. Other health problems can be seen in IP involving the eyes, central nervous system, teeth, nails, and hair. The severity varies from person to person

X-koblet recessive sygdomme  
Duchenne muskeldystrofi

Kønsbunden, recessivt arvelig form for muskelsvind, der skyldes en fejl i et bestemt muskelprotein, dystrofin. Sygdommen viser sig næsten udelukkende hos drenge, typisk i 2-5 års alderen, ved fremadskridende muskelsvækkelse og tab af gangfunktionen.

Omkring 12 års alderen vil patienten have behov for kørestol. Sent i forløbet er der også nedsat hostekraft og vejrtrækningsbesvær. Gennemsnitslevealderen er ca. 20 år, men kan forlænges ved bl.a. fysioterapi og respiratorbehandling. Der findes flere andre og mere godartede former for muskelsvind (f.eks. Becker muskeldystrofi), men diagnosen kan stilles tidligt i forløbet ved blod- og muskelprøver. Fosterdiagnostik er mulig.

Antal nye tilfælde om året i Danmark: 7
Totalt antal i Danmark: 170

Billedet til højre viser hvorledes muskelcellerne degenererer og større områder, hvor muskelvævet erstattes af fedt eller fibrøst bindevæv.

 

 

Monochromasi, blå

Medfødt øjensygdom med kønsbunden, recessiv arvegang. Øjnenes nethinde mangler de celler, der normalt registrerer rød og grøn. Der er næsten total farveblindhed, og samtidig er synsevnen nedsat i den centrale del af synsfeltet.

Kan du ikke se tallene 10 og 8 i cirklerne til venstre er du rød/grøn farveblind.

Test for farveblindhed. Klik her.

What number is here?     What number is here?