Posebne teme

Razvoj ljudskog bića ovisi o genskim i okolišnim faktorima. Genski podaci nalaze se u DNK kromosoma i mitohondrija.

Genotip je ono što određuje gensku građu neke osobe; pojam se može odnositi na gensku građu u cijelosti ili na jedno mjesto (lokus) na kromosomu. Kariotip je potpuni broj kromosoma u stanicama neke osobe.

Pojmovi genotip i fenotip su usko povezani, ali nisu jednaki. Fenotip predstavlja očitovanje genotipa do kojeg dolazi tijekom vremena zajedno s učincima okoliša. Fenotip se očituje u vidu osobina. Osobina može biti vrlo jednostavna, poput boje očiju, ili vrlo složena, poput sklonosti dijabetesu. Ako je osobina dominantna, za njezino očitovanje je potrebna samo jedna kopija dominantnog gena. Ako je osobina recesivna, za njezino su očitovanje potrebne 2 kopije recesivnog gena.

Za očitovanje osobine može biti potrebno zahvaćanje samo jednog gena na jednom lokusu; te osobine (nazvane Mendelovim osobinama) se nasljeđuju na prepoznatljiv način. Kod drugih osobina očitovanje zahvaća više od jednog gena te je složenije. Postoje i one osobine, za čije je očitovanje potrebno zahvaćanje više od jednog gena i međudjelovanje s faktorima okoliša; međudjelovanja ne dovode uvijek do jasno prepoznatljivih načina očitovanja ili nasljeđivanja. Ekspresija gena odgovornih za prepoznatljive osobine nadalje je komplicirana mitohondrijskim i neuobičajenim načinima nasljeđivanja.

Geni (njih 20.000–30.000 u ljudi) se nalaze na kromosomima i u mitohondrijima. U ljudi, somatske (tjelesne) stanice normalno sadrže 46 kromosoma u 23 para. Svaki se par sastoji od jednog kromosoma naslijeđenog od majke i jednog kromosoma naslijeđenog od oca. Dvadeset dva para, koji se nazivaju autosomi, su obično homologni (jednake veličine, oblika te smještaja i broja gena). Jedan par, koji se naziva spolnim kromosomima (X i Y) određuje spol osobe. Žene imaju 2 X kromosoma (koji su homologni) u jezgri svake somatske stanice; muškarci imaju jedan X i jedan Y kromosom (koji su heterologni). X kromosom sadrži gene koji su odgovorni za mnoge nasljedne osobine; mali Y kromosom koji je drugačijeg oblika, sadrži gene koji započinju diferencijaciju u muški spol, kao i neke druge gene. Zametne stanice (jajna stanica i spermij) se dijele mejozom, kojom dolazi do smanjenja broja kromosoma na 23—1/2 broja kromosoma u somatskim stanicama (46). Zbog toga se, kad prilikom začeća spermij oplodi jajnu stanicu, uspostavlja normalni broj od 46 kromosoma. Tijekom mejoze se genski podaci dobiveni od majke i oca osobe rekombiniraju prilikom recipročne izmjene (engl. crossing over) (izmjene genskog materijala između homolognih kromosoma).

Geni, osnovne jedinice nasljeđivanja, su smješteni linearno uzduž DNK kromosoma; svaki gen ima na kromosomu specifični lokus (mjesto). Broj i raspored lokusa na homolognim kromosomima je obično jednak. Međutim, određeni gen može sadržavati male građevne razlike (polimorfizme). Geni koji zauzimaju isti lokus na svakom od kromosoma u paru (jednom naslijeđenom od majke i jednom naslijeđenom od oca) se nazivaju aleli. Svaki se gen sastoji od specifičnog niza nukleotida; 2 alela mogu sadržavati iste nukleotidne sekvence, ili one mogu biti malo različite. Osoba s parom jednakih alela za određeni gen naziva se homozigotom; osoba s parom nejednakih alela naziva se heterozigotom.

Građa gena je samo jedan dio složenih bioloških međudjelovanja koja napokon dovode do ekspresije gena. Drugi faktori obuhvaćaju nadzorne elemente (promotore i pojačivače), kodirajuće nizove (egzone), umetnute nizove koji se nalaze između egzona i ne kodiraju sintezu bjelančevina (introne) i završne signale.

Ekspresivnost i penetrantnost: Na fenotipsko očitovanje (ekspresivnost) gena može utjecati okoliš i drugi geni, tako da ljudi s istim genom nemaju isti fenotip. Penetrantnost je stupanj do kojeg gen rezultira ekspresivnošću osobine. Kod nekih se osobina, u nekih nosilaca ne može otkriti klinički poremećaj (što se naziva nepenetrantnošću); međutim, nezahvaćeni nosilac promijenjenog alela može ga prenijeti svojoj djeci, koja mogu pokazivati sve poremećaje. U rodovniku se u takvim slučajevima ima dojam preskakanja jedne generacije. Međutim, neki su slučajevi koji izgledaju kao slučajevi nepenetrantnosti posljedica neupućenosti ili propusta liječnika pri uočavanju blagih znakova poremećaja. Slučajevi s minimalnom ekspresivnošću poremećaja se ponekad nazivaju “forme fruste” (neizraženim oblikom bolesti).

Pleiotropizam: Poremećaj jednog jedinog gena može izazvati poremećaje brojnih organskih sustava. Primjerice, osteogenesis imperfecta (bolest vezivnog tkiva koja često nastaje zbog poremećaja gena za kolagen) može uzrokovati lomljive kosti, gluhoću, plavkaste bjeloočnice, displastične zube, hipermobilne zglobove i poremećaje srčanih zalistaka (vidi i str. 2388).

Spolno ograničeno nasljeđivanje: O s obina koja se pojavljuje u osoba samo jednog spola naziva se spolno ograničenom. Spolno ograničeno nasljeđivanje se razlikuje od spolno vezanog nasljeđivanja, kod kojeg se osobina nasljeđuje samo na X kromosomu. Spolno ograničeno nasljeđivanje, koje bi bilo točnije nazvati nasljeđivanjem koje određuje spol, se odnosi samo na posebne slučajeve kod kojih spolni hormoni i druge fiziološke razlike između muškaraca i žena mijenjaju ekspresivnost i penetrantnost gena. Primjerice, prijevremena ćelavost je autosomno dominantna osobina, no vjerojatno se zbog utjecaja ženskih spolnih hormona u žena očituje rijetko, a i tada tek nakon menopauze.

Mutacije: Mutacije su spontane promjene genskih podataka (DNK); nove mutacije zbog toga u obiteljskom rodovniku dovode do nove osobine. Primjerice, ~80% osoba s ahondroplastičnim patuljastim rastom nema ovu bolest u obiteljskoj anamnezi, te ona zbog toga predstavlja novu mutaciju. Kod ahondroplazije se mutacije zbivaju na vrlo specifičnom mjestu unutar gena; kod mnogih drugih osobina nove se mutacije mogu dogoditi na mnogo različitih mjesta unutar gena (ili čak na različitim genima). Općenito, nezahvaćeni roditelji nisu u povećanoj opasnosti da dobiju još zahvaćene djece s autosomnim dominantnim poremećajem, već je nekoliko roditelja normalnog izgleda imalo dvoje ili čak troje djece s tipičnim dominantnim ahodroplastičnim patuljastim rastom. Objašnjenje za to je mutacija zametnih stanica, do koje dolazi rano tijekom embrionalnog života roditelja normalnog izgleda, kada postoji samo mali broj prekursora zametnih stanica. Stanica s novom mutacijom tada proizvodi mnoštvo stanica u gonadi u razvoju. Postojanje mutacija u zametnim stanicama potvrđeno je molekularnim istraživanjima genskih mutacija u roditelja i djece.