Plaanid puhkusele minna? Võta endale majutus AirBnb kaudu ja saad 37€ kontoraha Tee konto Sulge
Facebook Like

Sissejuhatus geneetikasse (0)

1 Hindamata
Punktid

Esitatud küsimused

  • Mis määrab selle, et osa mutatsioone on dominantsed, osa aga retsessiivsed ?
  • Kui palju on ühel organismil erinevaid geene ?
 
Säutsu twitteris
http://www.tymri.ut.ee → Õppetöö → Geneetika 1
  • Sissejuhatus geneetikasse. Klassikalise ja molekulaargeneetika kujunemine. Geneetika tänapäeval: rekombinantse DNA tehnoloogia ; genoomide sekveneerimine ; globaalne geeniekspressiooni uurimine , geenikiibid. Kaasaegse geneetika rakendusalad; geneetika ja meditsiin (haigust põhjustavad mutatsioonid geenides, geeniteraapia , molekulaarne diagnostika ); geneetika kaasaegses põllumajanduses; organismide kloonimine . Geneetika väärkasutused: eugeenika ; lõssenkism.
  • Reproduktsioon kui pärilikkuse alus. Rakk kui elusorganismi ehituskivi. Eukarüootne ja prokarüootne rakk Kromosoomid . Rakutsükkel, selle toimumist mõjutavad kontrollpunktid. Raku jagunemine mitoosi teel. Raku jagunemine meioosi teel. Meioosi häired. Meioosi evolutsiooniline tähtsus. Gameetide moodustumine erinevatel organismidel: oogenees ; spermatogenees ; sugurakkude moodustumine taimedel.
  • Mendelism : pärilikkuse üldprintsiibid. Monohübriidne ristamine – dominantsuse ja lahknemise printsiip (Mendeli I ja II seadus); geen ja selle erinevad vormid – alleelid ; homosügootsus ja heterosügootsus; sümbolite kasutamine geneetikas ; genotüüp ja fenotüüp. Dihübriidne ristamine – sõltumatu lahknemise seadus e. vaba kombineerumise seadus (Mendeli III seadus). Mendeli seaduste kasutamine inimese geneetikas.
  • Mendelismi edasiarendus. Alleelne varieeruvus ja geeni funktsioon: semidominantsus ja kodominantsus; mitmene allelism e. polüallelism; alleelide seeriad ; mutatsioonide testimine alleelsuse määramiseks; mutatsioonide toime organismile. Geenide fenotüübilist avaldumist mõjutavad tegurid: keskkonna mõju geenide avaldumisele; penetranstsus ja ekspressiivsus. Geenidevahelise vastastikuse toime tüübid: epistaas ; pleiotroopsus; pidev fenotüübiline varieeruvus.
  • Komplekssete tunnuste päritavus. Tunnuste pidev muutlikkus ja Mendeli seadused. Mitmealleelsus . Erinevate lookuste ja keskkonna mõju tunnustele. Alternatiivsete fenotüüpide kompleksne päritavus. Kvantitatiivsete tunnuste analüüs: kvantitatiivsete väärtuste esinemissagedus; keskmine ja modaalklass; varieeruvus ja standardhälve; korrelatsioonikoefitsient; regressioon. Päritavus. Päritavuskoefitsient. Kunstlik valik. Inbriiding ja heteroos . Kvantitatiivsete tunnuste molekulaarne analüüs.
  • Kromosoomid kui pärilikkuse kandjad . Kromosoomide arv. Sugukromosoomid . Pärilikkuse kromosoomiteooria: eksperimentaalsed tõendid selle kohta, et päritavus on seotud kromosoomidega; kromosoomide mitteraldumine raku jagunemisel Mendeli seadused lähtudes kromosoomiteooriast. Suguliitelised geenid inimesel: hemofiilia ; värvipimedus; fragiilne X; Y kromosoomi- spetsiifilised geenid. Soo määramine sugukromosoomide poolt inimesel, äädikakärbsel ja teistel organismidel. X-liiteliste geenide doosi kompensatsioon : äädikakärbse X-liiteliste geenide hüperaktivatsioon isastel; X-liiteliste geenide inaktivatsioon imetajatel.
  • Erinevused kromosoomide arvus ja struktuuris. Kromosoomide uurimise tsütoloogilised meetodid: mitoosikromosoomide analüüs; inimese karüotüüp; meioosikromosoomide analüüs; tsütogeneetiline varieeruvus. Genoommutatsioonid . Eu- ja aneuploidsus . Polüploidsus: steriilne polüploidsus; viljakad polüploidid; polüploidsuse teke; katsed luua uusi polüploide laboritingimustes; koe-spetsiifiline polüploidsus ja polüteenia. Aneuploidsus: trisoomia inimesel; monosoomia inimesel; kromosoomide segmentide deletsioonid ja duplikatsioonid. Kromosoommutatsioonid . Ümberkorraldused kromosoomide struktuuris: inversioonid; translokatsioonid; liitkromosoomid; Robertsoni translokatsioonid; kromosoomides toimunud geneetilise materjali ümberkorraldustest tulenevad fenotüübilised muutused.
  • Aheldumine, ristsiire ( crossing over) ja eukarüootsete kromosoomide kaardistamine. Kõrvalekalded Mendeli sõltumatu lahknemise seadusest; rekombinatsiooni sagedus ja geenide aheldatuse määr; ristsiire; tõendid selle kohta, et ristsiire põhjustab geneetilise materjali rekombineerumist; homoloogiliste kromosoomide vahelised kiasmid . Kromosoomide kaardistamine: geneetilise distantsi mõõtmine ristsiirete sageduse kaudu; aheldunud geenide kaardistamine; rekombinatsiooni sagedus ja distantsid geneetilisel kaardil; kiasmide sagedus ja geneetiline distants ; geneetiline ja füüsiline distants. Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Rekombinatsiooni allasurumine inversioonide toimel. Rekombinatsiooni geneetiline kontroll.
  • Aheldumise geneetiline analüüs, kasutades täiustatud meetodeid . Aheldumise uurimine katseorganismides: tetraadanalüüs seentel; “paigalhoidvate” kromosoomide kasutamine Drosophila geneetilises analüüsis. Spetsiaalsed kaardistamise meetodid: Neurospora crassa reastatud tetraadide analüüs; Drosophila deletsioonide ja duplikatsioonide tsütogeneetiline kaardistamine. Geenide aheldumise uurimine inimesel: geenide aheldatuse tuvastamine sugupuude analüüsil; somaatiliste rakkude geneetika (rakkude hübridiseerimine, geenide kaardistamine kasutades kromosomaalseid ümberkorraldusi); inimese genoomi analüüs.
  • DNA ja kromosoomide molekulaarne struktuur. Nukleiinhape kui geneetilise info kandja: bakterite transformatsioon , faagide nukleiinhape kui pärilikkuse kandja, RNA viirused . DNA ja RNA koostis: nukleosiidid, nukleotiidid ; lämmastikalused; Chargaffi ekvivalentsuse seadus. DNA kaksikahela ehitus: komplementaarsusprintsiip ; ahelate antiparallelsus; DNA kaksikheeliksi alternatiivsed vormid. Nukleiinhapete primaar - sekundaar- ja tertsiaarstruktuurid; DNA denaturatsioon ja renaturatsioon; heterodupleksid. Kromosoomide struktuur: viiruste genoomid ; bakterikromosoom; eukarüootsete kromosoomide struktuur ja koostis: histoonid ; nukleosoomid. Üks kromosoom – üks DNA molekul . Eukarüootse kromosoomi pakkimine. Metafaasikromosoom. Tsentromeerid ja telomeerid . DNA kordusjärjestused eukarüootses genoomis .
  • DNA replikatsioon . Nukleiinhapete sünteesist üldiselt: nukleiinhapete sünteesi suund; sünteesi läbiviivad ensüümid. DNA replikatsiooni mudelid: semikonservatiivse mudeli tõestamine; kahesuunalise replikatsiooni tõestamine. DNA replikatsiooni alguspunkt bakterites ja eukarüootidel. DNA replikatsioonikahvlite liikumine vastassuunas . DNA polümeraasid bakterites: E. coli DNA polümeraas I; replikatiivne DNA polümeraas III; DNA polümeraaside vigu korrigeeriv (proofreading) aktiivsus; vigaderohked DNA polümeraasid pol IV ja pol V bakterites. DNA replikatsiooni toimumine mõlemalt DNA ahelalt korraga: juhtiv ahel; mahajääv ahel; Okazaki fragmendid ; praimosoom; replisoom. DNA replikatsiooni initsiatsioon oriC -lt bakteris E. coli. DNA ahelate lahtikeeramisel osalevad valgud . Veereva ratta replikatsiooni mudel. Eukarüoodi kromosoomi replikatsiooni eripärad. Replikon. Telomeeride pikkus ja vananemine .
  • Transkriptsioon ja RNA protsessing. Molekulaarbioloogia põhidogma. RNA tüübid: tRNA, rRNA, mRNA, snRNA . RNA süntees ja selles osalevad valgud; promootorid; transkriptsiooni regulaatorid . Transkriptsioon prokarüootides: prokarüootne RNA polümeraas; 5´ ja 3´- järjestused; transkriptsiooni initsiatsioon prokarüootsetelt promootoritelt; transkriptsiooni elongatsioon ; transkriptsiooni terminatsioon. Transkriptsioon eukarüootidel: RNA polümeraasid eukarüoodi rakus; transkriptsiooni initsiatsioon eukarüootsetelt promootoritelt; RNA ahela elongatsion; transkriptsiooni terminatsioon. Eukarüootsete geenide struktuur: eksonid ja intronid ; intronite kõrvaldamine splaissingu teel. mRNA molekulis asuva geneetilise informatsiooni muutmine – RNA editing.
  • Translatsioon ja geneetiline kood. Polüpeptiidide struktuur. Translatsioon: ribosoomide ehitus; koodonid ja antikoodonid; tRNA molekulid; tRNA laadimine aminohappega; tRNA seondumise saidid ribosoomis. Translatsiooni protsessi erinevad etapid võrdlevalt prokarüootides ja eukarüootides: initsiatsioon; elongatsioon ja terminatsioon. Geneetiline kood ja selle omadused. Koodon ja antikoodon paardumine . Asendusmutatsioonid polüpeptiide kodeerivates geenides: nonsens - ja missensmutatsioonid; supressormutatsioonid ; supressor-tRNA-d.
  • Mutatsioonid, DNA reparatsioon ja rekombinatsioon . Mutatsioonid on alusmaterjaliks evolutsioonile. Mutatsioonid kromosoomide tasemel ja punktmutatsioonid. Mutatsioonide olemus: mutatsioonide avaldumine; spontaansed ja indutseeritud mutatsioonid; mutatsioonid tekivad juhuslikult; mutatsioonide reverteerumine. Mutatsioonide fenotüübiline efekt: dominantsed , retsessiivsed ja neutraalsed mutatsioonid; valgu omadusi ja metabolismiraja ensüümide aktiivsust mõjutavad mutatsioonid; letaalsete mutatsioonide uurimine. Mutatsioonitekke molekulaarsed mehhanismid : transitsioonid ja transversioonid; raaminihke mutatsioonid; keemiline mutagenees ; kiirgusmutagenees; transponeeruvate elementide poolt põhjustatud mutatsioonid. Ames ’i test kemikaalide mutageensuse uurimiseks. DNA reparatsioonimehhanismid: fotoreaktivatsioon; väljalõike reparatsioon (lämmastikaluste ja nukleotiidide väljalõikamine); DNA “mismatch” reparatsioon; SOS vastus ja rekombinatsiooniline reparatsioon. DNA rekombinatsioonimehhanismid. Geeni konversioon .
  • Geeni definitsioon. Geeni kontseptsiooni areng. Geeni struktuuri kirjeldamine: geeni peenstruktuuri uurimine; geenide ja polüpeptiidide kolineaarsus . Geeni geneetiline definitsioon: cis- ja trans-konfiguratsioonid; komplementatsioonitest, selle erinevus rekombnatsioonitestist; geenisiseste mutatsioonide komplementatsioon; komplementatsioonitesti piirangud. Komplekssed seosed geenide ja polüpeptiidide vahel: alternatiivne splaissing ; geenisegmentide assambleerimine erinevaid immunoglobuliine kodeerivateks DNA järjestusteks.
  • Sissejuhatus: klassikaline ja molekulaargeneetika, geneetika rakendus kaasajal
    Klassikalise ja molekulaargeneetika kujunemine
    Geneetika on suhteliselt noor teadus. Kuigi pärilikkuse põhilised seaduspärasused esitas Gregor Mendel aastal 1865, tuleb geneetika sünniks lugeda siiski 20-nda sajandi algust. Alles siis taasavastati Mendeli ideed, mis said aluseks klassikalisele geneetikale. Tõendid selle kohta, et DNA kannab geneetilist informatsiooni, saadi 20-nda sajandi keskel. 1944. aastal kirjeldasid Avery ja ta kolleegid katseid, kus nad uurisid bakterite (Streptococcus pneumoniae) transformatsiooni rakkudest isoleeritud DNA-ga. Hersey ja Chase poolt aastal 1952 avaldatud tulemused kinnitasid seda, et DNA on pärilikkuse kandja. Nad näitasid, et bakteriviiruse T2 geneetiline informatsioon säilib DNA-s. 1953-ndal aastal avaldasid James Watson ja Francis Crick DNA kaksikhelikaalse struktuuri. Need avastused ja geneetilise koodi deshifreerimine said aluseks molekulaargeneetika sünnile. Uute molekulaarsete meetodite väljatöötamine 70-ndatel ja 80-ndatel aastatel võimaldas kasutusele võtta rekombinantse DNA tehnoloogia, täiustusid meetodid, mis võimaldavad määrata nukleiinhapete primaarstruktuuri. 1985-nal aastal Kary Mullise poolt väljatöötatud PCR (polümerase chain reaction) meetod võimaldab lühikese ajaga paljundada spetsiifilisi DNA lõike in vitro (katseklaasis) väga väikesest algmaterjali kogusest. Uute meetodite arsenal kasvab pidevalt, võimaldades üha täpsemalt selgitada geeneetiliste protsesside toimumist molekulaarsel tasemel. Ka geeni definitsioon on alates Mendeli poolt kasutatud “pärilikkuse ühikust” (siis veel terminit “geen” ei tuntudki) pidevalt täiustunud.
    Geneetika rakendus kaasajal
    Geneetiline informatsioon on salvestatud DNA nukleotiidses järjestuses ja kandub raku jagunemisel tütarrakkudesse geneetilise informatsiooni kandjate – kromosoomide duplitseerumise tulemusena. Enne raku jagunemist kaheks tütarrakuks toimub rakus DNA süntees – DNA replikatsioon, mille tulemusena saadakse igast algsest DNA molekulist koopia. Geenide avaldumine realiseerub informatsiooni edastamise teel DNA nukleotiidselt järjestuselt valkude aminohappelisse järjestusse. Esmalt kandub geneetiline informatsioon DNA-lt RNA-le – vastavat protsessi nimetatakse transkriptsiooniks. RNA molekulide nukleotiidses järjestuses salvestatud informatsiooni põhjal toimub valkude süntees – translatsioon. Seega liigub geneetiline informatsioon DNA-lt RNA-le ja RNA-lt valgule. Seda seaduspära nimetatakse molekulaarbioloogia põhidogmaks. Teatud viirustel , kelle genoomiks on RNA molekul (siia kuuluvad retroviirused, näiteks HIV), võib geneetiline informatsioon liikuda ka RNA-lt DNA-le. Informatsiooni liikumine RNA-lt valgule on aga alati ühesuunaline.
    Rekombinantse DNA tehnoloogia
    Kaasajal kasutatakse geenide molekulaarseks analüüsiks rekombinantse DNA tehnoloogiat. Tehnoloogia põhineb DNA fragmentide isoleerimisel genoomist ning viimisel väikestesse, rakus iseseisvalt replitseeruvatesse DNA molekulidesse – kloneerimisvektoritesse, mis võimaldavad rekombinantset DNA-d paljundada, saada selle paljundamisel koopiaid e. kloone. Vastavat protseduuri nimetatakse geenide kloneerimiseks. Kloneerimisel on mitmeid rakendusi:
    1) DNA primaarjärjestuse määramine e. sekveneerimine
    2) geeni(de) avaldumise regulatsiooni uurimine
    3) geenide poolt kodeeritud valkude funktsioonide uurimine
    4) geenitehnoloogia
    Paljude kloneerimisvektorite konstrueerimisel on kasutatud bakteriofaagide genoomi ja bakterite kromosoomiväliseid elemente - plasmiide. Need võimaldavad huvipakkuvat DNA-d paljundada ja selles sisalduva geneetilise informatsiooni avaldumist uurida bakterirakus. Lisaks on konstrueeritud hulgaliselt ka eukarüootseid vektoreid, mis põhinevad enamasti eukarüoodi viiruste genoomidel. Huvipakkuvat DNA lõiku on võimalik vektorisse viia sel viisil, et nii vektorit kui ka seda DNA-d, millest soovitakse paljundada huvipakkuvaid geene, töödeldakse restriktaasidega. Restriktaasid on ensüümid, mis teevad DNA ahelatesse katked kindla nukleotiidse järjestuse kohalt. Seejärel liidetakse huvipakkuva DNA lõigu ja vektori DNA ahelate otsad ensüümiga DNA ligaas . Saadakse rekombinantsed DNA molekulid, mida on võimalik paljundada kas siis bakteri või eukarüoodi rakus.
    Tänu täiustunud tehnoloogiale, mis võimaldab üha kiiremini ja odavamalt määrata DNA nukleotiidset järjestust, on paeguseks sekveneeritud paljude organismide genoomi primaarjärjestus (nukleotiidne järjestus). Seisuga jaanuar 2004 ( http://www.tigr.org ) oli sekveneeritud 133 bakteri, 17 arhe ja 21 eukarüoodi genoom ning sekveneerimisel olevaid genoome on sadu.
    Genoomide sekveneerimine
    Inimese genoomi sekveneerimiseks käivitati teadusprojekt, kuhu kaasati laborid erinevatest riikidest. Töö koordineerimiseks loodi rahvusvaheline Inimese Genoomi Organisatsioon HUGO (Human Genome Organization). Esimeseks projekti juhiks oli James Watson, kes koos Francis Crick’iga oli kirjeldanud DNA kaksikhelikaalse struktuuri. 1993-ndast aastast juhib projekti Francis Collins . Töö jaotati erinevate teaduslaborite vahel (põhilised tegijad 8 laborit USA-st ja Sangeri Keskus Inglismaalt).
    1998. aastal moodustas J. Craig Venter (juhtis enne seda Rockvilli Genoomiuuringute Instituuti Marylandis ja oli seni sekveneerinud mitmete bakterite genoome) firma Celera Inc. Projekti finantseeris Perkin-Elmer korporatsioon . Venter lubas sekveneerida inimese genoomi täielikult kolme aasta jooksul. Võrreldes HGP projektiga olid Venteril kasutada uut tüüpi, võimsamad automaatsekvenaatorid.
    Konkurents inimese genoomi sekveneerimisel kiirendas ka HGP tegevust. Kogu genoomi DNA järjestuse mustandvariandi valmissaamisest teatati 2000-nda aasta juunis mõlema konkureeriva projekti poolt. Saadud andmete põhjal leiti, et inimesel on vähem geene kui algul arvati – 30000 kuni 40000 . Inimese genoom on 3 miljardit aluspaari pikk. Seega on valku kodeerivaid järjestusi ligikaudse hinnangu alusel 1-2% genoomist. 2003. a. aprilliks, DNA kaksikheeliksi kirjeldamise 50-ndal aastapäevaks, esitas HGP inimese genoomi nukleotiidse järjestuse, kus 98% geene sisaldavatest aladest oli sekveneeritud 99,99%-lise täpsusega.
    Praeguseks on sekveneeritud paljude geneetikas mudelorganismidena kasutatavate organismide genoomid. Nii teame me DNA nukleotiidset järjestust bakteril E. coli, pärmil S. cerevisiae, nematoodil C. elegans, äädikakärbsel, hiirel, taimedest müürloogal Arabidopsis thaliana . 2004. a. aprillis teatati roti genoomi DNA järjestuse määramisest.
    Genoomi primaarjärjestuse teadasaamine aitab oluliselt kaasa genoomi funktsioonide uurimisele. Mis funktsioon on ühel või teisel DNA järjestusel, selgub geneetilistest katsetest sama järjestuse mutantidega. Viimastel aastatel leiavad üha enam rakendust ka uued molekulaarsed meetodid, millest põgusalt tuleb juttu allpool.
    Globaalne geeniekspressiooni uurimine
    Teades genoomi terviklikku järjestust, on võimalik uurida organismi kõigi või paljude geenide avaldumist korraga. Valmistatud on nn. geenikiibid (gene chips ), kus seotakse kandjale (näiteks nailonmembraanile või klaasile ) fikseeritud asukohtadesse DNA lõigud, mis pärinevad organismi erinevatest geenidest . Viimastel aastatel on paralleelselt geenikiipidega hakatud inglise keeles kasutama ka termininit microarray. Rakkudest eraldatakse kogu mRNA ja hübridiseeritakse sellest valmistatud prooviga kandjale kinnitatud DNA-d. Hübridisatsioonisignaalid skanneeritakse ja nende tugevust analüüsitakse arvutis. Tugevamad signaalid saadakse nendele DNA lõikudele, millele vastavat RNA-d on rakus rohkem (mida tugevamalt geen avaldub, seda enam sünteesitakse vastavalt geenijärjestuselt RNA-d) ja nõrgemad nendele, millele vastavat RNA-d on vähem. Nii on võimalik uurida samaaegselt paljude geenide avaldumismäära rakus. Samuti on võimalik kiiresti testida seda, kas uuritav indiviid põeb mõnda geneetilist haigust (geneetilise haiguse puhul on muutunud teatava geeni või mitmete geenide avaldumistase rakus) või on organism nakatunud viirusega, näiteks HIV-ga.
    Geenikiibid organismi paljude või kõigi geenide ekspressiooni uurimiseks on saadaval sekveneeritud genoomiga organismide puhul.
    Kaasaegse geneetika rakendusalad
    Geneetikaalased uuringud on väga suures ulatuses suunatud meditsiinile. Need uuringud on võimaldanud täpsemalt mõista päritavate haiguste biokeemilist olemust ning isoleerida geneetilisi haigusi põhjustavaid geene. Nii on näiteks isoleeritud mutantsed geenid, mis põhjustavad tsüstilist fibroosi, Dushenne’i lihasdüstroofiat, Huntingtoni tõbe, fragiilse X sündroomi, Alzheimeri tõbe, rinnavähki.
    Ka meie käitumine ning isiksuse omadused on väga suures ulatuses geneetiliselt määratud. Väga palju on seda uuritud ühemunakaksikute puhul. Näiteks alkoholism , skisofreenia , ning maniakaalne depressiivsus on geneetilise eelsoodumusega. See tähendab, et vastavaid mutantseid geene kandvatel isikutel on võrreldes teistega risk haigestuda suurem. Ka homoseksuaalsus on geneetiliselt determineeritud.
    Molekulaargeneetika meetodeid on hakatud kasutama kohtumeditsiinis isikute tuvastamiseks. Piisab väikesest veretilgast või juuksekarvast, et sealt in vitro paljundada huvipakkuvaid DNA segmente edaspidiseks DNA järjestuse analüüsiks. Inimpopulatsioon on geneetiliselt heterogeenne , mis tähendab seda, et DNA nukleotiidses järjestuses on indiviiditi erinevusi. Neid erinevusi on võimalik tuvastada molekulaarsete meetoditega.
    Elavat diskussiooni on tekitanud geneetiliselt manipuleeritud köögiviljade kasvatamine . Näiteks sel teel saadud tomatid sisaldavad geeni, mis võimaldab tomatil kauem säilida. Osa inimesi, esskätt “roheliste” liikumises osalejad näevad geneetilises manipuleerimises ohtu ning püüavad seda igati takistada. Nende liikumine on suunatud ka katseloomade kaitsele, mis mõnikord võtab äärmusliku vormi. Näiteks on vabastatud ja linna lahti lastud laborites peetud rotte ja teisi katseloomi.
    Geneetika ja meditsiin
    Haiguste geneetilisele determineeritusele vihjas juba 20-nda sajandi algul Garrod, kes juhtis tähelepanu sellele, et alkaptonuuria on levinud perekonniti. Seda haigust põhjustab homogentisiinhappe akumuleerumine organismi. Akumuleerumise käigus oksüdeerub see ühend tumedaks produktiks ning koguneb silmadesse, nina piirkonda ja mujale kudedesse. Ka haigete uriin muutub õhu käes tumedaks. Garrod märkas, et see haigus pärandub Mendeli seaduspärasuste järgi.
    Haigusi põhjustavate geenide isoleerimine on töömahukas protsess. Haigust põhjustab teatav geen sel juhul, kui tema nukleotiidses järjestuses on tekkinud muutus – mutatsioon , mille tagajärjel muutub kas geeni avaldumismäär (suureneb, väheneb või muutub geen inaktiivseks ja rakus ei sünteesita enam selle geeni poolt kodeeritud valku) või funktsioon (mutantne geen kodeerib muutunud omadustega valku) Näiteks Huntingtoni tõbe (surmaga lõppev neuroloogiline haigus) põhjustav geen isoleeriti 1993-ndal aastal, kuid sellele eelnes 10-aastane intensiivne uurimisperiood. Nii fragiilset X (tugev vaimne alaareng) kui ka Huntingtoni tõbe põhjustavate mutatsioonide uurimisel selgus, et muutus seisneb kolmenukleotiidilise DNA järjestuse kordistumises, mis mõjutab geeni avaldumist.
    Geeniteraapia (geenidefekti kompenseeritakse normaalse, funktsionaalse geeni viimisega haige indiviidi rakkudesse) muutub võimalikuks alles siis, kui konkreetsed haigusttekitavad geenid on isoleeeritud ning osatakse defineerida nende geenide poolt kodeeritud valkude biokeemilisi funktsioone organismis. Tsüstilise fibroosi (soolade transport rakkudest sisse ja välja on häiritud, kopsud , pankreas ja maks eritavad lima, mis soodustab nende organite infektsiooni ning haiged surevad sageli näiteks kopsupõletikku) põhjustab mutatsioon transmembraanset valku CFTR kodeerivas geenis, mis moodustab epiteelkudede rakkudes ioonkanaleid. Tsüstilise fibroosi puhul on püütud rakendada ka geeniteraapiat, nakatades inimese hingamisteede epiteelrakke modifitseeritud adenoviirusega, mille genoomi on viidud normaalne CFTR geen. Sel viisil on mõnikord saavutatud osalist paranemist, kuid see metoodika ei võimalda töödelda kahjustatud piirkondi teistes organites .
    Molekulaarse diagnostika meetoditega on võimalik inimorganismist tuvastada haigust tekitavaid mutantseid geene. See aitab otsustada, millist ravi ja hooldust patsient vajab. Eriti oluline on sünnieelne diagnostika, mida rakendatakse eeskätt siis, kui vanemate suguvõsas on kirjeldatud geneetilisi haigusi. Väärarengute ning enamasti surmaga lõppevate haiguste puhul saavad siis vanemad otsustada, kas lasta sellisel lapsel sündida.
    Ka vähk on sisuliselt geneetiline haigus. Rakkude jagunemist ja diferentseerimist kontrollivad paljud erinevad geenid. Kui mõni nendest geenidest on muteerunud või nende regulatsioon on muutunud, võivad rakud asuda kontrollimatult jagunema ning põhjustada kasvajate arengut. Neid raku jagunemist kontrollivaid geene võivad kahjustada mutatsioonid, mis akumuleeruvad somaatilistesse rakkudesse inimese eluajal ning selle tagajärjel muutuvad normaalsed rakud vähirakkudeks. Mõnede vähktõbede puhul on ka päritav eelsoodumus . Sel juhul päranduvad mutantsed geenid sugurakkude kaudu järglastele. Näiteks rinnavähi puhul on leitud kaks mutantset geeni, BRCA1 ja BRCA2, mis levivad perekonniti. Risk haigestuda on sel juhul 10 korda suurem.
    Geneetika osa kaasaegses põllumajanduses
    Kuigi aretustöö teadlik läbiviimine, toetudes geneetika põhitõdedele, algas 20-ndal sajandil, on aretustööga tegeldud juba läbi aegade. Esimesed nisusordid, mis erinesid looduslikest, on 7000 kuni 10000 aastat vanad. Sordiaretuse teel on saadud näiteks hübriidne mais, mille saagikus on võrreldes algsega tõusnud ligi 250%. Nisu puhul on aretatud stressikindlamaid sorte , mis on sobivad kasvatamiseks just paljudes kohtades arengumaades. Palju aretustööd on tehtud tomatitega, mille tulemusena varieeruvad viljad nii suuruselt, värvuselt kui ka kujult. Koduloomade tõuaretuse teel on püütud saada näiteks suurema piima- või lihatoodanguga loomi. Tänu kunstlikule seemendamisele saab ühe häid järglasi andva isase spermat koguda ja külmutada, et seda jätkuks tuhandeteks viljastamiseks.
    Transgeensed organismid
    Transgeensetel taimede ja loomade konstrueerimisel on 3 põhilist eesmärki::
  • Soovitavate tunnuste lisamine või võimendamine kultuurtaimedel ja koduloomadel.
  • Huvipakkuva produkti tootmine taimes või loomas .
  • Transgeensete organismide konstrueerimine eesmärgiga uurida bioloogiliste protsesside toimumise molekulaarseid mehhanisme.
    Taimi on püütud muuta ka resistentsemaks kahjuritele. Bakteri Bacillus thuringiensis genoomis on geen, mis kodeerib putukatele toksilist valku. Vastav geen on viidud tomatitaimede genoomi ning selle avaldumist taimes on näidatud võrdluskatsetega, kus geneetiliselt muudetud taimed on võrreldes algsetega kahjurite suhtes vastupanuvõimelisemad. Geenitehnoloogiat on rakendatud ka maisi sordiaretuses.
    Organismi kloonimine
    Viimasel aastatel on asutud katsetama loomade kloonimisega, kus somaatilise raku geneetiline materjal viiakse munarakku, millest on eelnevalt eemaldatud munarakus olev geneetiline materjal. Jagunema stimuleeritud munarakust arenevad isendid, kes on geneetiliselt identsed doonoriga. 1997-nda aastal tekitas palju diskussiooni kloonitud lamba Dolly sündimine. Täiskasvanud lamba udarast isoleeritud rakke kultiveeriti laboritingimustes. Teiselt utelt isoleeriti munarakud , millest kõrvaldati tuum. Seejärel liideti tuumata munarakud koekultuuris kasvatatud diploidsete piimanäärme rakkudega ning implanteeriti asendusemale, kelleks oli kolmas utt. Sündis lammas, kes oli geneetiliselt identne udararakkude doonoriga. Praeguseks on lisaks lambale kloonitud veel hiiri, rotte, veiseid, kitsi , sigu, küülikuid ja hobuseid. Primaatide kloonimine on osutunud tehniliselt keerukamaks. Inimese kloonimine on paljudes riikides seadusega keelatud. Siiski on tehtud katseid ka inimesega, eesmärgiga saada embrüonaalseid tüvirakke. Tüvirakke on võimalik suunata diferentseeruma erinevateks rakutüüpideks, mida saaks kasutada selliste haiguste raviks, kus teatud rakud organismis on kaotanud oma funktsiooni (näiteks südamelihase kärbumine, neurodegeneratiivsed haigused jne.). 2004. aasta märtsis teatasid Lõuna-Korea teadlased ajakirjas „Science“ inimese kloonimisest. Kloonitud embrüoid lasti areneda vaid väga varajase, blastotsüsti staadiumini. Seejärel katse peatati. Osadest blastotsüstidest õnnestus saada ka embrüonaalsete tüvirakkude liin .
    Geneetika valekasutused
    Darwini loodusliku valiku ideed, mille alusel organismidele kahjulikud tunnused asendatakse evolutsiooni käigus kasulikemaga, leidsid edasiarendust Francis Galtoni poolt. Galton arvas , et ka inimese vaimsed ja füüsilised tunnused on päritavad ning neile rakendub valik. Et inimsugu parandada, soovitas Galton rakendada kunstlikku valikut. Ta võttis kasutusele mõiste eugeenika, mille mõte seisnes selle, et heade tunnustega vanematel tuleb soodustada järglaste saamist, kehvade tunnustega vanematel aga takistada. Eelistud tunnused olid näiteks kõrge intelligentsus , loomingulisus, tugev tervis, kõrvaldatavad aga madal intelligentsus, vaimsed haigused, kriminaalne käitumine ja alkoholism. Eugeenikat on 20-nda sajandi esimesel poolel rakendatud paljudes maades. USA-s steriliseeriti näiteks indiviidid , keda peeti idiootideks või kriminaalideks. Pooltes osariikides oli seadusega ette nähtud steriliseerida ka alkohoolikud, epileptikud ning väära seksuaalse orientatsiooniga indiviidid. Euroopas rakendati steriliseerimist suhteliselt kaua näiteks Põhjamaades.
    Eugeenikat rakendati 20-nda sajandi esimesel poolel ka migratsioonipoliitikas. Näiteks USA-s eelistati 20-ndatel aastatel sisserändajaid Põhja-Euroopast, seati aga piiranguid neile, kes tulid Vahemere äärest, Hiinast ja Kesk-Euroopast. Üks kõige julmemaid eugeenika rakendusi oli juutide, mustlaste ja teiste rahvaste massiline hävitamine natsistliku Saksamaa poolt.
    Kartuses sattuda eugeenikutega ühe mütsi alla, hoidusid paljud geneetikud inimese geneetikaga tegelemisest. Nüüdseks on ajad muutunud. Praeguses Lääne ühiskonnas kutsuks eugeenikaalaste ideede propageerimine esile tugeva vastureaktsiooni. Neis riikides on inimeste elukvaliteet oluliselt paranenud . Varem tegid juba raskemad elutingimused oma korrektiivi, viletsamad lihtsalt surid. Tänu meditsiini ja hoolekande süsteemide täiustamisele on ühiskonnal võimalik ka geneetiliste haigustega indiviide ülal pidada.
    Geneetikaalaste põhitõdede eiramine muutus riiklikuks doktriiniks Nõukogude Liidus seoses lõssenkismi tekkega. Lõssenko tegeles taimede sordiaretusega ning tuli välja seisukohaga, mille järgi toimuvad soovitud muutused taimesortides keskkonnatingimuste toimel. Need ideed meeldisid väga Stalinile, kes leidis, et see mõttekäik sobib hästi kokku marksistliku ühiskonnateooriaga, mis väitis, et ühiskondlik kord mõjutab inimese omaduste arengut. Klassikaline geneetika kuulutati ebateaduseks ning Mendeli õpetuse pooldajad sattusid vanglasse, kus nad sageli ka surid. Kuigi Lõssenko tõed olid väärad ja neil ei olnud rakenduslikku väärtust, nõuti positiivseid tulemusi ja nii olid mõnedki sunnitud oma elu päästmise või karjääri nimel andmeid võltsima. Geneetika areng Nõukogude Liidus seiskus pikaks ajaks.
    2. Reproduktsioon kui pärilikkuse alus
    Rakk kui elusorganismi ehituskivi
    Vastavalt rakutüübile jagunevad elusorganismid prokarüootideks ja eukarüootideks. Prokarüoodid e. eeltuumsed on üherakulised organismid (näiteks bakterid ), kellel pole rakutuuma. Nende tsütoplasmat ümbritseb rakumembraan ning peptidoglükaanist koosnev rakukest. Puuduvad rakuorganellid. DNA on koondunud ühte regiooni, mida nimetatakse nukleoidiks. Bakteriraku paljunemistsükkel on väga lühike. Soodsas kasvukeskkonnas võib rakk jaguneda iga 20 minuti tagant. Seega võib ühe raku järglaskond 11 tunni jooksul kasvada 5 miljardini, lähenedes kogu meie planeeti asustavate inimeste rahvaarvule. Bakterid on kõige iidsem eluvorm Maal ning nad on kohastunud eluks väga erinevates keskkonnatingimustes.
    Eukarüootne rakk on võrreldes prokarüootse rakuga tunduvalt suurem ning komplekssem. Lisaks tuumale , kus paikneb DNA, sisaldab ta erinevaid membraanseid ja mittemembraanseid rakuorganelle. Rakku ümbritseb plasmamembraan. Taimerakul on ka rakukest, mis sisaldab tselluloosi. Membraanseoselised valgud on sageli glükoproteiinid, sest nad on seotud sahhariididega. Membraanseoselisi valke, mis interakteeruvad rakuväliste molekulidega ning annavad signaali edasi raku sisemusse , nimetatakse retseptoriteks. Mutatsioonid geenides, mis kodeerivad retseptoreid, võivad põhjustada näiteks haigestumist vähki.
    Eukarüootsed organismid on enamasti multitsellulaarsed ning nende rakkude ehitus ja funktsioon on erinevates kudedes erinev. Raku üldstruktuur on kõigil juhtudel siiski sama. Membraaniga ümbritsetud tuumas paikneb raku DNA ning seal toimub ka RNA süntees. Sünteesitud RNA molekulid transporditakse tsütoplasmasse läbi tuumapooride. Tsütoplasma sisaldab torujaid membraane, mis moodustavad võrgustiku, mida nimetatakse endoplasmaatiliseks retiikulumiks (ER). Osa ER-st on karedapinnaline, kuna seal paiknevad ribosoomid ning seal toimub valgusüntees. Sünteesitud valgud transporditakse läbi ER membraani ning viiakse raku erinevatesse piirkondadesse, kus neid vajatakse. Ribosoomidest vaba ER-i nimetatakse siledaks ER-ks ning seal toimub näiteks teatavate hormoonide süntees. Golgi kompleksis, mis koosneb samuti membraansetest struktuuridest, säilitatakse ning sageli modifitseeritakse sünteesitud valke. Näiteks insuliin sünteesitakse esmalt proinsuliinina, mis seejärel Golgi kompleksis lõigatakse funktsionaalseks insuliiniks. Päritavad defektid Golgi kompleksis toimuva proinsuliini protsessingu suhtes põhjustavad vastava mutatsiooni kandjatel diabeeti. Golgi kompleksis toimub ka näiteks süsivesikute süntees.
    Mõnikord liituvad Golgi kompleksi vesiikulid plasmamembraaniga ja väljutavad enda sisu rakku ümbritsevasse keskkonda. Seda protsessi nimetatakse eksotsütoosiks. Golgi kompleksist eralduvad vesiikulid, mida nimetatakse lüsosoomideks, moodustavad membraaniga ümbritsetud kotikesi, mis sisaldavad ensüüme, mis on võimelised lagundama kõikvõimalikke rakus leiduvaid molekule. Mutatsioonid geenides, mis kodeerivad lüsosoomides asuvaid ensüüme, võivad põhjustada erinevaid kaasasündinud haigusi. Näiteks Tay- Sachs tõve korral on defektne lüsosüümides paiknev ensüüm, mis vastutab gangliosiidi degradatsiooni eest. Seda lipiidset molekuli leidub hulgaliselt närvirakkude membraanis. Kui gangliosiidi degradatsioonirada on blokeeritud, koguneb vaheühend, mis on ajurakkudele toksiline ning hävitab aju funktsioonid. Haiged lapsed surevad väga varakult, tavaliselt enne kolmeaastaseks saamist. Lüsosoomidele funktsionaalselt sarnased on peroksisoomid. Peroksisoomid sisaldavad ensüüme, mis kasutavad orgaaniliste molekulide oksüdeerimiseks molekulaarset hapnikku. Osa neist ensüümidest toodavad keemiliste reaktsioonidega vesinikperoksiidi, mis on väga tugev oksüdeerija, teised jälle lagundavad seda.
    Taimerakkudes paiknevad membraaniga ümbritsetud kotikesed, mida nimetatakse vakuoolideks. Nad võivad võtta enda alla kuni 90% kogu rakusisesest ruumalast. Vakuoolid võivad sisaldada erinevaid lahustunud sooli või sahhariide , toksilisi jääkprodukte ja pigmente, mis osalevad taime õite ja lehtede värvuse kujundamisel. Vakuoolid aitavad taimerakkudel tagada kõrget siserõhku.
    Mitokondrid ja kloroplastid on arenenud prokarüootsetest rakkudest, mis on kunagi sattunud suurema raku sisse. Neil organellidel on oma geneetiline materjal, mis sageli esineb DNA rõngasmolekulina nagu seda on ka bakterite kromosoom. Paljud mitokondrite ja kloroplastide valgud on nende endi poolt kodeeritud. Mitokondrid on rakkude “jõujaamad”, sest neis toimub energia konverteerimine lipiididest ja süsivesikutest adenosiin trifosfaadiks ATP. Energeetiliselt aktiivsemates rakkudes on mitokondreid rohkem. Mitokondritel on kaks membraani. Sisemisel membraanil asuvad ensüümid, mis on seotud energia konverteerimisega. Selleks, et suurendada sisemembraani pinda, on ta sisse sopistunud, moodustades harju e. kriste (cristae). Mutatsioonid mitokondrite geenides võivad põhjustada päritavaid haigusi nagu näiteks silmahaigus , mida tuntakse kui Leberi päritavat optilist neuropaatiat (LHON). Ka vananemist seostatakse mutatsioonidega mitokondriaalses DNA-s.
    Kloroplaste leidub ainult taimerakkudes ning neis toimub fotosüntees. Ka kloroplastidel on topeltmembraan. Kloroplastide sisemuses paiknevad membraansed kettad, mida nimetatakse tülakoidideks. Tülakoidid paiknevad kloroplastide keskosas, mida nimetatakse stroomaks. Tülakoidides asub valgust siduv pigment klorofüll.
    Eukarüootsele rakule on iseloomulik ka tsütoskelett. See koosneb valgukiududest, mis annavad rakkudele kuju, võimaldavad neil liikuda ning osalevad rakusiseses organellide paigutuses. Põhiliselt esinevad tsütoskeleti komponendid mikrofilamentidena ja mikrotuubulitena. Defektid raku tsütoskeletis on jällegi seotud geneetiliste haigustega. Näiteks Duchenne’i lihaseline düstroofia on põhjustatud mutatsioonidest geenis, mis kodeerib raku tsütoskeletis osalevat valku düstrofiin.
    Lühiülevaade kromosoomidest
    Rakkude jagunemisel on oluline, et geneetiline materjal jaotuks võrdselt mõlemasse tütarrakku. Geneetiline materjal on organiseerunud struktuuridesse, mida nimetatakse kromosoomideks. Prokarüootse raku genoomiks on üks kaksikahelaline DNA molekul, mis on tavaliselt rõngasmolekul. Eukarüootidel on rohkem kui üks kromosoom. Mõnedel liikidel on erinevate kromosoomide arv isegi üle saja. Iga kromosoom koosneb lineaarsest DNA molekulist, mis on valkudega väga tihedalt kokku pakitud. Inimese kromosoomi DNA kontuurpikkus varieerub 2,5 kuni 5 cm vahel. Kõikide inimese kromosoomide DNA kogupikkus ulatub üle meetri. Jagunevates rakkudes on DNA kromosoomides eriti tihedalt kokku pakitud, kondenseerunud, ning iga kromosoom on valgusmikroskoobiga vaadeldes eristatav . Mittejagunevates rakkudes on DNA kokkupakituse aste väiksem ning kromosoomid ei ole üksteisest eristatavad. Jagunevates rakkudes on näha kromosoomide struktuursed iseärasused. Replitseerunud kromosoom koosneb kahest tütarkromatiidist, mis on teineteisega ühinenud tsentromeeri kaudu. Tsentromeeri asukoht on erinevatel kromosoomidel erinev, paiknedes kas kromosoomi keskel või ühes otsas. Kromosoomide liikumise eest vastaspoolustele raku jagunemise käigus vastutab tsentromeeris asuv kinetohoor.
    Kromosoomide replikatsiooni ja tütarrakkudesse jaotumise seisukohalt on olulised teatavad elemendid DNA järjestuses. Mitmed DNA piirkonnad, DNA replikatsiooni alguspunkid, sisaldavad signaale DNA replikatsiooni initsiatsiooniks. Erinevalt bakteri kromosoomist algab eukarüootse kromosoomi replikatsioon paljudest kohtadest korraga. Tsentromeeri moodustaval DNA järjestusel on kaks erinevat funktsiooni – nende järjestuste kaudu on pärast DNA replikatsiooni omavahel ühendatud tütarkromatiidid ning sinna kinnituvad ka valgud, mis viivad tütarkromatiidid jaguneva raku vastaspoolustele. Kromosoomide otstes on telomeersed DNA järjestused, mis vastutavad selle eest, et replitseeruks kogu kromosoomi DNA. Iga kromosoomi puhul on tegemist individuaalse lineaarse DNA molekuliga .
    Rakutsükkel
    Rakutsükli moodustab jada sündmusi, mille käigus toimub perioodiline DNA replikatsioon ning replitseerunud DNA jaotumine tütarrakkudesse. Eukarüootse raku rakutsüklis eristatakse nelja faasi – G1, S, G2 ja M. Kahte G faasi nimetatakse vahefaasideks (“gaps”), S faasis toimub DNA süntees ning M faasi ajal raku jagunemine. Imetaja rakkude puhul, mida on kasvatatud koekultuuris, kestab rakutsükkel umbes 24 tundi. G1 faas kestab 10 tundi ning sel ajal toimub rakus normaalne metabolism , rakk kasvab suuremaks , temas sisalduvate organellide arv kahekordistub ja toimub ettevalmistus DNA replikatsiooniks. S faas algab DNA replikatsiooniga ning kestab ligikaudu 9 tundi. S faasi lõpuks koosnevad kromosoomid kahest tütarkromatiidist. Kui replikatsioon on lõppenud, läheb rakk faasi G2, mis kestab neli tundi. Selles faasis jätkub raku kasvamine ja ta valmistub mitoosiks. Mitoos (M faas) e. raku jagunemine kestab ligikaudu tunni. Selle käigus liiguvad tütarkromatiidid jaguneva raku vastaspoolustele. Teineteisest eraldunud tütarrakud on geneetiliselt identsed.
    Rakutsükli toimumine on eukarüootidel väga täpselt kontrollitud protsess. Üleminek ühest tsükli faasist teise toimub rakuväliste ja rakusiseste keemiliste signaalide koostoimel. Rakutsüklis eristatakse mitmeid kontrollpunkte (checking points). Sisenemine igasse järgmisesse faasi vajab kindlaid signaale. Neid signaale võtavad vastu valgud, mida nimetatakse tsükliinideks ning valgud, mis komplekseeruvad tsükliinidega – tsükliinidest sõltuvad kinaasid CDK (cyclin-dependent-kinases). CDK valgud fosforüleerivad teisi valke, reguleerides sel teel nende valkude aktiivsust ja funktsioone. Üks kõige tähtsamaid rakutsükli kontrollpunkte START paikneb G1 faasi keskel. See kontrollpunkt on reguleeritud D tüüpi tsükliinide ja CDK4 poolt. Kui kontrollpunktis toimub vajalike signaalide rakule edastatamine tsükliin-CDK kompleksi poolt, valmistub rakk minema S faasi. Raku sisenemist S faasi võivad takistada veel hilises G1 faasis saadud negatiivsed signaalid nagu DNA kahjustused või toitainete vähesus. Neid signaale annavad edasi inhibiitorvalgud, pärssides tsükliin-CDK kompleksi toimimist rakus.
    Vähirakkude puhul on sageli leitud, et tsükliin-CDK kompleksid on kaotanud reguleeritavuse mutatsioonide tõttu geenides, mis kodeerivad tsükliine või CDK valke. Kui näiteks kontrollpunkt START ei ole õigesti reguleeritav, muutuvad kontrollimatuks rakkude kasv ja jagunemine. Mitmete tuumorite puhul on kirjeldatud just selle kontrollpunkti regulatsiooni häireid. Normaalse rakutsükli regulatsiooni korral rakutsükkel DNA kahjustuste korral peatub, kuni DNA reparatsioonisüsteem need kahjustused kõrvaldab või kui kahjustusi ei suudeta parandada, siis läheb rakk apoptoosi ja sureb . Kui kontrollpunkt ei reageeri õigesti, võib DNA replikatsioon toimuda ka siis, kui DNA-s on kahjustusi. Selle tulemusena suureneb rakus mutatsioonide hulk, millest osa võivad põhjustada vähki.
    Prokarüoodi genoom on haploidne, koosnedes ainult ühest kromosoomist, mis on tavaliselt DNA rõngasmolekul. Erinevalt eukarüootsest rakutsüklist ei ole prokarüootne rakutsükkel nii rangelt reguleeritud. Kiiresti kasvavas rakupopulatsioonis võivad bakterirakud jaguneda iga 20 – 30 minuti tagant. Kuna juba ainuüksi bakteri genoomi replikatsioon kestab ligikaudu 40 minutit, on rakutsükli erinevad etapid kattuvad. Samas bakterirakus võib olla erinevatel ajaetappidel algatatud kuni kolm DNA replikatsioonitsüklit, nii et samal ajal kui replitseerunud tütarkromosoomid teineteisest eralduvad ja toimub raku pooldumine , toimub neilt juba omakorda replikatsioon.
    Raku jagunemine mitoosi teel
    Eukarüootne rakk võib jaguneda nii mitoosi kui ka meioosi teel. Mitoosi teel jagunenud tütarrakud on emarakuga geneetiliselt identsed. Nii emarakk kui ka tütarrakud on diploidsed (2n), mis tähendab seda, et iga kromosoomitüüp on esindatud kahes korduses, homoloogiliste kromosoomide paaridena . Rakkude meioosi teel jagunemisel moodustuvad sugurakud , mis on oma kromosoomselt koostiselt haploidsed (n), sisaldades kõigist homoloogiliste kromosoomide paaridest ainult ühte kromosoomi.
    Mitoosi kirjeldas esimesena 1879 -ndal aastal Walter Flemming. Mitoosiprotsess on pidev, kuid selle käsitlemise hõlbustamiseks on ta jagatud viieks erinevaks faasiks. Interfaas hõlmab kõik rakutsükli faasid , mis jäävad raku jagunemisfaaside vahele (faasid G1, S ja G2). Raku jagunemisel eristatakse nelja faasi – profaas , metafaas , anafaas ja telofaas . Igale faasile on iseloomulik teatav kromosoomide struktuur ja “käitumine”. Profaas ja telofaas on teistest pikemad. Esimesed märgid varsti algavast mitoosist on jälgitavad interfaasi rakkude tsütoplasmas paikneva tsentrosoomi duplitseerumise näol. Tsentrosoomi külge kinnituvad mitoosi ajal mikrotuubulitest moodustunud kääviniidid, mis veavad tütarkromatiidid jaguneva raku vastaspoolustele.
    Varajane profaas algab siis, kui duplitseerunud tsentrosoomid liiguvad raku vastaspoolte suunas. Nende vahele moodustuvad mikrotuubulitest kiud (mitoosikääv). Kromosoomid on veel väljavenitatud, kuid algab nende kondenseerumine ja muutumine diskreetseteks ühikuteks. Hilises profaasis on kromosoomid kõrgelt kondenseerunud. Iga kromosoomi kaks tütarkromatiidi on tsentromeeride kaudu ühendatud. Tsentromeeridega kompleksseeruvad kinetohoorid, mille külge kinnituvad hiljem kromosoomide liikumises osalevad mikrotuubulid . Tsentrosoomid on nüüd liikunud raku vastaspoolustele. Tuumamembraan fragmenteerub ja kaob ning toimub mikrotuubulite kinnitumine tsentromeeridele.
    Metafaasis jäävad kondenseerunud tütarkromatiidide paarid kokku ning jaotuvad raku pooluste vahele jäävale ekvatoriaaltasapinnale. Metafaasi kromosoomid on tsütoloogiliselt kõige paremini jälgitavad. Igal kromosoomil on temale ainuomane struktuur. Metafaasikromosoomide analüüsil on võimalik tuvastada kromosoomide kahjustusi ning muutusi kromosoomide arvus. Selliste muutuste kirjeldamine aitab diagnoosida kromosoomidefektidest põhjustatud haigusi.
    Anafaasis eralduvad tütarkromatiidide tsentromeerid ning tütarkromatiidid liiguvad raku vastaspoolustele. Nende liikumine toimub mikrotuubulite lühenemise tulemusena. Iga kromatiidi võib nüüd käsitleda iseseisva kromosoomina. Anafaasi kromosoomid on võrreldes metafaaasi kromosoomidega mõnevõrra pikenenud.
    Telofaasis on kromosoomid liikumise lõpetanud ja mikrotuubulid jaotuvad laiali. Raku vastaspoolustele liikunud kromosoomide ümber tekib tuumamembraan. Kromosoomid dekondenseeruvad. Seejärel toimub tsütokinees ja rakk jaguneb pooleks. Loomarakkudel toimub see rakumembraani sissesoondumise teel, taimerakkudel moodustub tütarrakkude vahele tselluloosi sisaldav rakuplaat, mille pooled teineteisest eemale tõukuvad.
    Sõltuvalt organismist ja rakkude keskkonnast võib mitoos kesta mõnest tunnist mitme päevani.
    Raku jagunemine meioosi teel
    Neli aastat pärast seda, kui oli esmakirjeldatud mitoosi, märkas Edouard van Beneden, et ümarussi Ascaris munarakkudes on kromosoome võrreldes somaatiliste rakkudega poole vähem. Liigile iselomulik kromosoomide arv taastus pärast munaraku viljastamist. Ta nimetas sellist rakujagunemist, kus kromosoomide arv väheneb poole võrra, meioosiks (vähendav jagunemine). Ta arvas ekslikult, et kõik emalt saadud kromosoomid liiguvad ühte tütarrakku ja isalt saadud teise. Tegelikult toimub homoloogiliste kromosoomide jaotumine tütarrakkude vahel juhuslikult. Kuigi meioosiprotsessi oli väga täpselt kirjeldatud juba 19-nda sajandi lõpul, ei osatud seda tol ajal veel pärilikkusega seostada .
    Meioosis toimub kaks rakujagunemist. Esimene jagunemine (meioos I) on komplekssem ning seda nimetatakse ka redutseerivaks jagunemiseks (reduction division ). Selle jagunemise käigus homoloogilised kromosoomid paarduvad (konjugeeruvad) omavahel ning lahknevad seejärel juhuslikkuse alusel tütarrakkudese. Meioosi teisel jagunemisel (meioos II), mida nimetatakse ka võrdväärseks jagunemiseks (equational division) jaotuvad tütarrakkudesse tütarkromatiidid nii, nagu see toimub ka mitoosis.
    Esimese meioosi profaas on pikk ja kompleksne ning on selle täpsemaks kirjeldamiseks jagatud viieks erinevaks staadiumiks. Leptonema käigus ilmuvad kromosoomid nähtavale. Zügonema staadiumis toimub homoloogiliste kromosoomide paardumine, mille käigus moodustuvad tetraadid, sest iga kromosoom koosneb kahest tütarkromatiidist. Samas ei ole tütarkromatiidid üksteisest veel eristatavad. Homoloogide kromatiidide vahel toimub DNA segmentide vahetus ristsiirde (crossing over) teel. Homoloogiliste kromosoomide kromatiidide vahel tekivad sünapsid. Jätkub ka kromosoomide kondenseerumine. Kolmandas staadiumis, mida nimetatakse pachynema, on näha, et iga kromosoom koosneb kahest tütarkromatiidist. Jätkub kromosoomide kondenseerumine. Diplonema staadiumis tõukuvad homoloogilised kromosoomid üksteisest eemale, kuid jäävad ühendatuks kiasmide kaudu. Diplonema staadium (kasutusel on ka sünonüüm diploteen) võib osade loomade ja ka inimese puhul kesta aastaid. Inimesel moodustub lootestaadiumis umbes 400000 küpsemata munarakku, ootsüüti, mille jagunemine peatub just selles staadiumis. Alles menstruatsioonitsükli käigus valmib kord kuus üks munarakk , läbides poolelijäänud meioosi. Mida kauem on meioos peatunud, seda suurem on oht, et kromosoomide jaotumises tütarrakkudesse võib olla vigu. Nii näiteks suureneb naistel vanemas eas risk sünnitada Downi sündroomiga laps, mida põhjustab 21 kromosoomi trisoomia. Profaasi viimases staadiumis diakineesis lühenevad kromosoomid veelgi ning tuumamembraan hakkab kaduma.
    Esimeses metafaasis on kromosoomid tugevalt kondenseerunud ning homoloogiliste kromosoomide paarid asuvad raku ekvatoriaaltasapinnal. Nende tsentromeeride regiooni on seostunud mikrotuubulid ning homoloogiliste kromosoomide otste vahel on jälgitavad veel kiasmid.
    Esimeses anafaasis liiguvad homoloogilised kromosoomid raku vastaspoolustele. Tütarkromatiidid jäävad omavahel tsentromeeride kaudu ühendatuks! Seega koosneb iga kromosoom ikka veel kahest tütarkromatiidist.
    Järgneb telofaas, kus kromosoomid on jõudnud raku vastaspoolustele ning nende ümber moodustub tuumamembraan. Tütarrakkude tuumad on haploidsed, sisaldades kõigist homoloogiliste kromosoomide paaridest ühte kromosoomi. Lühikese interfaasi käigus DNA replikatsiooni ei toimu. Osade organismide puhul algab meioosi teine etapp vahetult pärast telofaasi ning interfaasi etapp jääb vahele.
    Meioosi teine etapp meenutab mitoosi ainsa erandiga selles, et kromosoomide arv on poole väiksem. Anafaasis lahknevad tütarkromatiidid raku erinevatele poolustele .
    Meioosi häired
    Meioosi käigus võib esineda vigu kromosoomide jaotumises tütarrakkudesse. Selle tulemusena võib seemne- või munarakku sattuda mõni kromosoom topelt või jääb mõni kromosoom puudu. Kromosoomide ebavõrdset jaotumist meioosi teel esineb küllalt sageli ka normaalsete meeste seemnerakkude puhul – kuni 5% seemnerakkudest sisaldavad ebanormaalset kromosoomide komplekti. Kromosoomide normaalset lahknemist võivad mõjutada mitmesugused keskkonnategurid, näiteks röntgenkiirgus, kemikaalid . Olulist rolli mängib ka indiviidi vanus. Näiteks 20- aastastel naistel on risk saada Downi sündroomiga laps 4:10000, kuid 45-aastastel on see võimalus suurenenud 50 korda (200:10000). Samas esineb ealine sõltuvus ka meeste puhul – ligi 20% ebanormaalse kromosoomide arvuga lapsi sünnib kromosoomide ebavõrdse jaotumise tõttu vanemate meeste seemnerakkudes. Suguvõsade uuringutest on ilmnenud , et osades suguvõsa liinides esineb meioosi häireid sagedamini kui teistes. See viitab sellele, et nende indiviidide puhul on normaalne meioos häiritud mutatsioonide tõttu geenides, mis vastutavad homoloogiliste kromosoomide vahel toimuva geneetilise rekombinatsiooni või tsentromeeridele mikrotuubulite kinnitumise eest.
    Meioosi evolutsiooniline tähtsus
    Esimeses meioosis toimub homoloogiliste kromosoomide juhuslik lahknemine tütarrakkudesse. Inimesel on 23 paari kromosoome. Iga kromosoomipaari puhul on 50%-line tõenäosus, et gameeti satub emalt päritud kromosoom. Tõenäosus, et ühte gameeti satuvad kõik emalt päritud kromosoomid, on äärmiselt väike – (1/2)23. Seega on kromosoomide võimalike kombinatsioonide arv 223. Geneetilist muutlikkust aitab suurendada veel meioosi esimeses profaasis toimuv geneetiline rekombinatsioon (ristsiire) homoloogiliste kromosoomide kromatiidide vahel.
    Gameetide moodustumine erinevatel organismidel
    Haploidsete rakkude tekkimist meioosi teel ning nende küpsemist funktsionaalseteks sugurakkudeks (gameetideks) nimetatakse gametogeneesiks.
    Munarakkude moodustumine oogeneesi teel
    Embrüonaalse arengu varajases staadiumis diferentseeruvad rakud erinevateks tüüpideks, millest ühe tüübi puhul moodustuvad hiljem meioosi teel sugurakud. Oogeneesis tekib kahe meioosi teel jagunemise tulemusena ainult üks küps munarakk. Algul korduvalt mitoosi teel jagunenud rakkudest arenevad primaarsed ootsüüdid. Meioosi esimesel jagunemisel pooldub rakk ebavõrdselt: enamus tsütoplasmast satub sekundaarsesse ootsüüti ning teine tütarrakk, mida nimetatakse esimeseks polaarkehaks, on oluliselt väiksem ning hävib hiljem. Sekundaarse ootsüüdi jagunemisel teise meioosi käigus on tsütoplasma jaotumine jällegi ebavõrdne - tekib munarakk, mis sisaldab enamuse tütoplasmast ning väike polaarkeha . Kui munarakk naisel ei viljastu , ta degenereerub.
    Spermatogenees
    Kui munarakud on organismi kõige suuremad rakud, siis seemnerakud vastupidi on kõige väiksemad. Suuruse erinevus on tingitud nende rakkude erinevatest funktsioonidest. Munarakk on suhteliselt liikumatu ning sisaldab hulgaliselt varuaineid, mis on vajalikud embrüo varajaseks arenguks. Seemnerakk on see-eest väga liikuv ning koosneb peamiselt haploidsest tuumast ja sabast. Puuduvad endoplasmaatiline retiikulum , Golgi aparaat ja ribosoomid. Vähesed mitokondrid on kogunenud sabasse, kus nad toodavad energiat saba liikumiseks. Seemneraku peas on lisaks tuumale vesiikulid, mis sisaldavad ensüüme, mis aitavad seemnerakul läbida munaraku seina.
    Spermatogenees algab meestel puberteedieas ning toimub seejärel pidevalt. Meioosieelsed rakud jagunevad mitoosi teel kuni diferentseeruvad primaarseteks spermatotsüütideks. Primaarsed spermatotsüüdid läbivad esimese meioosi, mille tulemusena moodustuvad sekundaarsed spermatotsüüdid. Pärast teist meiootilist jagunemist on igast primaarsest spermatotsüüdist moodustunud neli haploidset spermatiidi. Spermatiidid diferentseeruvad küpseteks seemnerakkudeks spermatozoidideks. Arenevad seemnerakud jäävad meioosi käigus üksteisega tsütoplasma sildade kaudu ühendatuks seni, kuni neist arenevad spermatozoidid. Spermatogeneesi käigus kaotavad rakud tsütoplasmat.
    Munaraku viljastamisel seondub seemneraku pea munarakku ümbritseva kestaga, mida nimetatakse zona pellucida. See kest sisaldab erinevaid glükoproteiine, mis seonduvad seemnerakuga spetsiifiliselt, eristades sama liigi seemnerakke võõraste liikide seemnerakkudest. Kui seemnerakk on seondunud, vabanevad vesiikulitest ensüümid, mis aitavad tal munaraku kesta läbida ning soodustavad rakkude membraanide ühinemist. Kohe pärast membraanide ühinemist vabanevad munaraku membraani sisepinnal asunud kortikaalgraanulitest mitmesugused ensüümid ja muud molekulid, mis muudavad zona pellucida struktuuri, et takistada järgmiste seemnerakkude tungimist rakku.
    Sugurakkude moodustumine taimedel
    Erinevalt loomadest ei moodustu taimede puhul meioosi käigus kohe sugurakud vaid tekivad spoorid . Enne sugurakkudeks saamist jagunevad haploidsed spoorid korduvalt mitoosi teel, moodustades haploidsetest rakkudest koosnevaid gametofüüte (või tekivad gameete produtseerivad taimed). Haploidsete gameetide liitumisel tekivad diploidsed sügoodid, millest mitoosi teel jagunemise käigus moodustuvad sporofüüdid (või tekivad spoore produtseerivad taimed). Tsükkel kordub, spetsiaalsed rakud sporofüütides jagunevad meioosi teel ja moodustuvad haploidseid spoore. Seega esineb taimede elutsüklis nii haploidne kui ka diploidne faas. Sõltuvalt taime liigist on nende kestvus erinev - madalamate taimede puhul on domineerivaks haploidne faas.
    3. Mendelism: pärilikkuse üldprintsiibid
    19. sajandi keskel uuris Brnos (Tsehhimaal) augustiinlaste kloostri munk Gregor Mendel (1822-1884), kes oli ka loodusteadlane ja kooliõpetaja, milliste seaduspärasuste alusel kanduvad organismide tunnused üle järglastele. 1865.a. avaldas ta tulemused, mis panid aluse uue teadusharu – geneetika sünnile. Mendel katsetas erinevate taimedega ja isegi mesilastega, kuid edu saavutas ta siiski eeskätt aedhernestega. Katsed hernestega olid lõpule viidud juba 1863. aastaks. Mendel kulutas veel paar aastat tulemuste analüüsimiseks, kuid kahjuks ei pälvinud tema artikkel tähelepanu enne kui alles kahekümnenda sajandi alguses.
    Aastal 1900 otsisid sõltumatult kolm botaanikut Hugo de Vries Hollandist, Carl Correns Saksamaalt ning Eric von Tschermak-Seysenegg Austriast , kas on ka varem publitseeritud andmeid, mis kinnitaksid nende endi katsetulemusi pärilikkuseteoorias ja leidsid, et Gregor Mendel oli samad seaduspärasused kirjeldanud juba 35 aastat tagasi. Nüüd levisid Mendeli ideed kiiresti ja seda eeskätt tänu inglise bioloogi William Batesoni aktiivsele tutvustustööle. Pärilikkuseteaduse asemel võeti kasutusele uus termin geneetika (tuleneb kr. keelsest sõnast tähendusega “tekitama”).
    Mendeli objekt aedhernes Pisum sativum
    Mendeli edu tulenes õnnestunud objekti valikust. Aedherne eripäraks on see, et tema õite kroonlehed on allapoole tihedalt suletud, vältimaks tolmuterade väljumist ja võõraste sisenemist. Selline süsteem tagab iseviljastumise, kus nii munarakk kui ka seemnerakk pärinevad samast õiest. Erinevalt teistest bioloogidest, kes püüdsid korraga jälgida mitmete väga erinevate tunnuste pärandumise seaduspärasusi, kontsentreerus Mendel vähestele hästieristuvatele parameetritele – taimede pikkus, seemnete värvus.
    Monohübriidne ristamine: dominantsuse ja lahknemise printsiip
    Mendel ristas kõrgekasvulisi hernetaimi kääbuskasvulistega. Järglaskond oli kõrgekasvuline sõltumata sellest, kas tolmuterad, mida kasutati viljastamiseks, pärinesid kõrgekasvuliselt hernelt ja tolmendati kääbuskasvulise taime õisi või vastupidi. Kõrgekasvulise järglaskonna puhul toimus iseviljastumine ning järgmises põlvkonnas ilmnes tunnuste lahknemine. 1064 -st järglasest 787 olid kõrgekasvulised ja 277 kääbused, lahknemissuhe oli ligikaudu 3:1. Mendel märkas, et kääbuskasv võib hübriidides esineda latentsena, olla varjutatud faktori poolt, mis määrab taimede kõrge kasvu. Latentne faktor oli retsessiivne ja avalduv faktor dominantne. Mendel järeldas, et hübriidsete taimede järglaskonnas pidi olema toimunud dominantse ja retsessiivse faktori lahknemine. Kuidas teisiti oleks võimalik seletada kääbuskasvuliste järglaste ilmumist.
    Mendel kordas katseid aedhernega ka teiste tunnuste pärandumise seaduspärasuste uurimiseks. Ta viis läbi seeria monohübriidseid ristamisi erinevate vastandlike tunnuste suhtes, jälgides seemnete tekstuuri, värvust, kaunade kuju ja värvust, õite värvust ja asukohta . Kõigil juhtudel avaldus hübriidsete taimede tunnuste puhul üks vastandlikest omadustest ning hübriidide iseviljastumise tulemusena saadud järglaskonnas toimus faktorite lahknemine suhtega 3:1. Hiljem, 1909. aastal võttis Taani taimearetaja W. Johannsen nende faktorite asemel kasutusele termini geen, mille retsessiivseid ja dominantseid vorme hakati nimetama alleelideks (kr. keeles “üks teisest”).
    Mendel tegi oma katsetulemustest ka teise olulise järelduse: geenid esinevad paaridena. Taimed, mida ta kasutas ristamiseks, sisaldasid kahte identset geenikoopiat. Kaasaegse terminoloogia kohaselt olid need taimed diploidsed ja homosügootsed. Gameetides säilis aga ainult üks geenikoopia, need rakud olid kaasaegse terminoloogia põhjal haploidsed. Geenide diploidsus taastus sügoodi moodustumisel. Kui munarakk ja seemnerakk pärinesid geneetiliselt erinevatelt taimedelt, sisaldas sügoot kahte erinevat alleeli, millest üks pärines isalt ja teine emalt. Selline järglaskond oli heterosügootne.
    Selleks, et tähistada pärilikkusefaktoreid, kasutas Mendel sümboleid. Geneetiliste sümbolite kasutamise kõige üldisemad printsiibid on tänapäevani säilinud. Näiteks taimede kasvu mõjutavaid alleele märgitakse järgmiselt: d – kääbuskasv (d pärineb inglise keelsest sõnast “dwarfness”, kääbuskasv); D - dominantne kõrget kasvu määrav alleel . Üldiselt lähtutaksegi sellest, et alleeli tähistus tuleneb retsessiivsest tunnusest. Seega märgitakse kõrgekasvuliste ja kääbuskasvuliste taimede alleelset koostist e. genotüüpi vastavalt DD ja dd. Tunnuste ilmetüüpi, antud juhul siis kõrget või kääbuskasvu, nimetatakse isendite fenotüübiks.
    Ristamises osalenud vanemaid (inglise keeles “ parents ”) tähistatakse tähega P – P generatsioon . Nende hübriidset järglaskonda tähistatakse F1. F1 põlvkond on genotüübilt Dd ja fenotüübilt kõrgekasvuline nagu DD genotüübiga vanematel. F1 järglased produtseerivad kahte tüüpi gameete – D ja d genotüübiga, alleelid D ja d lahknevad e. segregeeruvad teineteisest sõltumata. Iseviljastumise tagajärjel liituvad gameedid erinevates kombinatsioonides, produtseerides nelja tüüpi sügoote: DD, Dd, dD ja dd. Munarakust pärinev alleel märgitakse tavaliselt esimesena. Kuna D on dominantne alleel, siis on kolme esimese genotüübi puhul järglaskond ühesuguse fenotüübiga – kõrgekasvuline. Ainult genotüübi dd korral avaldub kääbuskasv. Seega on iseviljastumise teel saadud järgmine generatsioon F2 kas kõrgekasvuline või kääbuskasvuline lahknemissuhtega 3:1. Alleelide segregeerumise bioloogiliseks aluseks on homoloogiliste kromosoomide paardumine ja sellele järgnev lahknemine tütarrakkudesse meioosiprotsessis.
    Seega kehtivad Mendeli poolt teostatud monohübriidsetel ristamistel kaks printsiipi :
  • Dominantsuse printsiip – heterosügootides esineb üks alleelidest varjatud kujul.
  • Segregeerumise printsiip – kaks erinevat alleeli segregeeruvad heterosügootide gameetide moodustumisel.
    Neid kahte printsiipi tuntakse ka Mendeli I ja II seadusena:
    Mendeli I seadus e. ühetaolisuse seadus – Erinevate homosügootsete isendite ristamisel on esimese põlvkonna järglased F1 kõik ühetaolised heterosügoodid sõltumata ristamise suunast .
    Mendeli II seadus e. lahknemisseadus – Heterosügootide (hübriidide) järglaskonnas toimub geneetiline lahknemine, nii et kindlates sagedussuhetes tekivad nii homosügootsed kui ka heterosügootsed isendid.
    Dihübriidne ristamine: sõltumatu lahknemise seadus e. vaba kombineerumise seadus (Mendeli III seadus)
    Mendel viis läbi ka selliseid ristamisi, kus taimed erinesid teineteisest rohkem kui ühe tunnuse osas. Ta ristas kollaste ja ümmarguste seemnetega herneid roheliste ja kortsus seemnetega hernestega. Katse eesmärgiks oli kontrollida, kas kaks tunnust, seemnete värvus ja tekstuur päranduvad sõltumatult. Kuna F1 põlvkonna taimede seemned olid kollased ja ümmargused, olid vastavad alleelid dominantsed. F1 põlvkonnas ilmnesid neli erinevat fenotüüpi: vanematega sarnased kollased ja ümmargused ning rohelised ja kortsulised ja kaks uut kombinatsiooni – rohelised ja ümmargused ning kollased ja kortsulised. Seega olid värvus ja tekstuur kontrollitud erinevate geenide poolt, mis kandusid järglaskonda sõltumatult. Toimus ka mõlemate geenide alleelide lahknemine. Sellist kahe tunnuse suhtes jälgitavat ristamist nimetatakse dihübriidseks ristamiseks. Alleelide tähised tuletati retsessiivsetest omadustest: g – “green”; w – “wrinkled”. Kasutades sümboleid, näeb vastav ristamise skeem välja järgmine:
    Vanemad P kollased, ümmargused rohelised, kortsulised
    X
    GG WW gg ww
    Gameedid G W g w
    F1 kollased, ümmargused
    Gg Ww
    Gameedid GW Gw gW gw
    Iseviljastumine
    F2 4 erinevat fenotüüpi, 9 genotüüpi
    kollased, ümmargused 9/16
    kollased, kortsulised 3/16
    rohelised, ümmargused 3/16
    rohelised, kortsulised 1/16
    Erinevad alleelipaarid segregeeruvad, kombineeruvad üksteisest sõltumatult.
    Vt. Viikmaa leksikon!
    Mendeli seaduste kasutamine inimese geneetikas
    Mendeli seadusi hakati laiemalt kasutama varsti pärast nende uuesti avastamist käesoleva sajandi algul. Inimese pärilikkuse geneetilise analüüsi aluseks on informatsioon, mis on saadud sugupuude uurimisest. Põhilised raskused seisnevad selles, et järglaskond on väike, sugupuud sageli ebatäielikult koostatud, alati pole kirjas õige isa. Oluline on ka ajafaktor - mõned haigused ilmnevad alles keskeas. Sellegipoolest on tänaseks geneetiliselt iseloomustatud palju erinevaid haigusi ning indiviidide väliseid tunnuseid. Mõned näited: dominantsed tunnused on kääbuskasv, brahhüdaktüülia (lühikesed sõrmed), Huntingtoni tõbi (neuroloogiline defekt ), lokkis juuksed. Retsessiivsed tunnused on albinism ( pigmendi puudumine), alkaptonuuria, tsüstiline fibroos , Duchenne lihasdüstroofia, fenüülketonuuria, sirprakne aneemia .
    Sugupuud on diagrammid , mis näitavad perekonnas olevaid sugulusastmeid. Meessoost indiviide tähistatakse ruutudega ja naissoost indiviide ringidega. Ringi ja ruutu ühendav horisontaalne joon näitab ühist järglaste saamist. Järglased näidatakse pealt ühendatud joonega , esmasündinu on kõige vasakpoolsem. Need indiviidid, kellel avaldub uuritav omadus, näidatakse värvitud või viirutatud sümbolitega. Põlvkonnad on tavaliselt tähistatud rooma numbritega.
    Tavaliselt avalduvad dominantsed alleelid ka järgmistes põlvkondades. Dominantne alleel võib ilmuda perekonda ka mutatsiooni tagajärjel, kuid selle sündmuse tõenäosus on väga harv – üks miljonist. Need dominantsed tunnused, mis vähendavad fertiilsust ja elujõulisust, on populatsioonis väga harvad. Seega on selliseid tunnuseid kandvad inimesed enamasti vastava alleeli suhtes heterosügootsed.
    Retsessiivseid tunnuseid on märksa raskem identifitseerida, sest vanematel ei pruugi need avalduda. Siiski on praeguseks kirjeldatud üle 4000 retsessiivse tunnuse. Retsessiivsed tunnused avalduvad sagedamini siis, kui vanemad on omavahel suguluses.
    Mendeli seadusi on võimalik kasutada arvutamaks, millise tõenäosusega sünnib vanematel haige laps. Näiteks on mõlemad vanemad heterosügootsed retsessiivse alleeli suhtes, mis põhjustab tsüstilist fibroosi. Kui perekonda sünnib 4 last, on võimalikud 5 erinevat varianti : kõik lapsed on normaalsed, 1 on haige, 2 on haiged, 3 last 4-st on haiged ning kõik lapsed on haiged. Loogiline oleks arvata, et kõige tõenäolisemalt realiseerub variant 3 normaalset ja 1 haige laps. Konkreetse sünni puhul on ¾ tõenäosusega laps normaalne. Tõenäosus, et kõik lapsed oleksid normaalsed, on seega ¾ x ¾ x ¾ x ¾ = (¾)4 = 81/256. Võimalus, et 1 konkreetne laps sünnib haigena, on ¼. Seega tõenäosus, et kõik lapsed sünniksid tsüstilise fibroosiga, on (¼)4 = 1/256. Tõenäosus, et 3 last on normaalsed ja 1 haige, arvutatakse järgmiselt. Sõltuvalt haige lapse sünnijärjekorrast on 4 erinevat võimalust: NNNA, NNAN, NANN, ANNN, kus N = normaalne, A = haige. Iga võimalus realiseerub tõenäosusega (3/4)3 x ¼. Tõenäosus, et 1 laps 4-st sünnib haigena hoolimata laste sünnijärjekorrast on 4 korda suurem, 4 x (3/4)3 x ¼. Tõenäosus, et 2 lastest sünnivad tervena ja 2 haigusega, on 6 x (3/4)2 x (1/4)2, sest sel juhul on laste sünnijärjekorda arvestades 6 erinevat võimalust.
    4. Mendelismi edasiarendus
    Alleelne varieeruvus ja geeni funktsioon
    Mendeli õpetuse järgi on igal konkreetsel geenil 2 alleeli – üks dominantne ja teine retsessiivne. Edasised uuringud on aga näitasid, et geenil võib olla rohkem kui 2 alternatiivset varianti e. alleeli, ning iga alleel mõjutab fenotüüpi erinevalt.
    Semidominantsus ja kodominantsus
    Alleel on dominantne siis, kui tal on samasugune fenotüübiline efekt nii homosügootses kui ka heterosügootses olekus, st. Aa ja AA on fenotüübiliselt eristamatud. Mõnel juhul on heterosügootide fenotüüp homosügootide fenotüübist erinev. Näiteks lõvilõua õied on valged, kui taim on homosügootne retsessiivse alleeli suhtes (ww) ja punased, kui taim on homosügootne dominantse alleeli suhtes (WW). Heterosügootsed taimed (Ww) on aga roosade õitega. Alleel W annab õitele punase värvuse, alleeli w puhul aga pigmenti ei toodeta. Pigmendi intensiivsus õie kroonlehtedes sõltub geeni doosist: homosügoodis WW on geeni produkti (punast pigmenti) 2 korda enam kui heterosügoodis Ww. Sellest ka roosad õied. Osaliselt dominantset alleeli, mis avaldub heterosügootides nõrgemini, nimetatakse ka semidominantseks alleeliks.
    Inimese vererakud võivad toota 2 erinevat produkti – N ja M antigeeni. Neid antigeene toodavad sama geeni 2 alleelset varianti. Alleeli M suhtes homosügoodid toodavad ainult M antigeeni, alleeli N suhtes homosügoodid aga ainult N antigeeni. Heterosügootides üks alleel teist maha ei suru, vaid avalduvad mõlemad ning seetõttu on verest testitavad nii M kui ka N antigeen . Sel juhul on alleelid kodominantsed. Kuna kodominantsuse puhul avalduvad alleelid teineteisest sõltumatult, märgitakse mõlemad alleelid suurte tähtedega ja üleval indeksina. Seega on M ja N alleelide tähistused LM ja LN. Täht L tuleneb konkreetsel juhul erinevate veretühmade avastaja Karl Landsteineri nimest.
    Mitmealleelsus
    Klassikaline näide mitmealleelsusest esineb küülikute karvavärvust määrava geeni c puhul. Sellel geenil on 4 erinevat alleeli: calbiino (c tuleneb inglisekeelsest sõnast “colorness”, värvusetu), chhimaalaja , cch – chinchilla ja c+ – metsiktüüp. Homosügootses olekus on igal alleelil kindel toime karva värvusele. cc küülikud on üleni valge karvaga, chch küülikud on valged mustade kõrvade, käppade ja ninaotsaga, cch cch küülikud on valgete karvadega, millel on mustad otsad ja c+ c+ küülikud
  • 80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla
    Vasakule Paremale
    Sissejuhatus geneetikasse #1 Sissejuhatus geneetikasse #2 Sissejuhatus geneetikasse #3 Sissejuhatus geneetikasse #4 Sissejuhatus geneetikasse #5 Sissejuhatus geneetikasse #6 Sissejuhatus geneetikasse #7 Sissejuhatus geneetikasse #8 Sissejuhatus geneetikasse #9 Sissejuhatus geneetikasse #10 Sissejuhatus geneetikasse #11 Sissejuhatus geneetikasse #12 Sissejuhatus geneetikasse #13 Sissejuhatus geneetikasse #14 Sissejuhatus geneetikasse #15 Sissejuhatus geneetikasse #16 Sissejuhatus geneetikasse #17 Sissejuhatus geneetikasse #18 Sissejuhatus geneetikasse #19 Sissejuhatus geneetikasse #20 Sissejuhatus geneetikasse #21 Sissejuhatus geneetikasse #22 Sissejuhatus geneetikasse #23 Sissejuhatus geneetikasse #24 Sissejuhatus geneetikasse #25 Sissejuhatus geneetikasse #26 Sissejuhatus geneetikasse #27 Sissejuhatus geneetikasse #28 Sissejuhatus geneetikasse #29 Sissejuhatus geneetikasse #30 Sissejuhatus geneetikasse #31 Sissejuhatus geneetikasse #32 Sissejuhatus geneetikasse #33 Sissejuhatus geneetikasse #34 Sissejuhatus geneetikasse #35 Sissejuhatus geneetikasse #36 Sissejuhatus geneetikasse #37 Sissejuhatus geneetikasse #38 Sissejuhatus geneetikasse #39 Sissejuhatus geneetikasse #40 Sissejuhatus geneetikasse #41 Sissejuhatus geneetikasse #42 Sissejuhatus geneetikasse #43 Sissejuhatus geneetikasse #44 Sissejuhatus geneetikasse #45 Sissejuhatus geneetikasse #46 Sissejuhatus geneetikasse #47 Sissejuhatus geneetikasse #48 Sissejuhatus geneetikasse #49 Sissejuhatus geneetikasse #50 Sissejuhatus geneetikasse #51 Sissejuhatus geneetikasse #52 Sissejuhatus geneetikasse #53 Sissejuhatus geneetikasse #54 Sissejuhatus geneetikasse #55 Sissejuhatus geneetikasse #56 Sissejuhatus geneetikasse #57 Sissejuhatus geneetikasse #58 Sissejuhatus geneetikasse #59 Sissejuhatus geneetikasse #60 Sissejuhatus geneetikasse #61 Sissejuhatus geneetikasse #62 Sissejuhatus geneetikasse #63 Sissejuhatus geneetikasse #64 Sissejuhatus geneetikasse #65 Sissejuhatus geneetikasse #66 Sissejuhatus geneetikasse #67 Sissejuhatus geneetikasse #68 Sissejuhatus geneetikasse #69 Sissejuhatus geneetikasse #70 Sissejuhatus geneetikasse #71 Sissejuhatus geneetikasse #72 Sissejuhatus geneetikasse #73 Sissejuhatus geneetikasse #74 Sissejuhatus geneetikasse #75 Sissejuhatus geneetikasse #76 Sissejuhatus geneetikasse #77 Sissejuhatus geneetikasse #78 Sissejuhatus geneetikasse #79 Sissejuhatus geneetikasse #80 Sissejuhatus geneetikasse #81 Sissejuhatus geneetikasse #82 Sissejuhatus geneetikasse #83 Sissejuhatus geneetikasse #84 Sissejuhatus geneetikasse #85 Sissejuhatus geneetikasse #86 Sissejuhatus geneetikasse #87 Sissejuhatus geneetikasse #88 Sissejuhatus geneetikasse #89 Sissejuhatus geneetikasse #90 Sissejuhatus geneetikasse #91 Sissejuhatus geneetikasse #92 Sissejuhatus geneetikasse #93 Sissejuhatus geneetikasse #94 Sissejuhatus geneetikasse #95 Sissejuhatus geneetikasse #96
    Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
    Leheküljed ~ 96 lehte Lehekülgede arv dokumendis
    Aeg2012-11-08 Kuupäev, millal dokument üles laeti
    Allalaadimisi 56 laadimist Kokku alla laetud
    Kommentaarid 0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
    Autor minivan Õppematerjali autor

    Mõisted


    Kommentaarid (0)

    Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri


    Sarnased materjalid

    94
    doc
    Klassikaline ja molekulaargeneetika-geneetika rakendus kaasajal
    48
    rtf
    Geneetika eksami vastused
    34
    docx
    GENEETIKA
    36
    doc
    Geneetika I kordamisküsimused
    18
    doc
    Geneetika I kordamisküsimused
    32
    doc
    Geneetika
    13
    doc
    Geneetika I kordamisküsimused
    22
    doc
    Geneetika I eksami kordamisküsimused





    Faili allalaadimiseks, pead sisse logima
    Kasutajanimi / Email
    Parool

    Unustasid parooli?

    UUTELE LIITUJATELE KONTO MOBIILIGA AKTIVEERIMISEL +50 PUNKTI !
    Pole kasutajat?

    Tee tasuta konto

    Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun