GENETIC UMAN

Genetica uman: este o ramur a geneticii care studiaz ereditatea i variabilitatea n populaiile umane si are rdcinile n antichitate: primele scrieri din domeniu provin de la Hipocrate (460-375 .Hr.) care a fcut observaii asupra unor malformaii ereditare cu o frecven crescut n anumite familii

Originea i evoluia speciei umane: complementul cromozomal este un produs al unui proces transmutaional care a avut loc la diferite stadii ale dezvoltrii mamiferelor specia uman a evoluat paralel cu maimuele antropoide, prin mecanisme genetice de duplicaie, invesie, translocaie etc. teoria privind originea i evoluia speciei umane are la baz remanieri cromozomale de tipul translocaiei robertsoniene (fuziune centric): Avnd n vedere ca maimuele actuale (familia Pongide) au 48 de cromozomi, iar specia uman are 46, deducia logic care se impune este urmtoarea: din strmoul comun al maimuelor antropomorfe i al omului, a derivat specia uman n urma unei translocaii reprezentat de fuziunea a 2 cromozomi, apruta acum cca 10-15 milioane de ani. Aceast remaniere cromozomal a generat un ritm extrem de rapid al evoluiei care a fcut ca n cca 1-2 milioane de generaii s se contureze specia uman cu atributele sale actuale.

Genomul uman: reprezint ntreaga informaie ereditar a unui organism, incluznd genele i secvenele noninformionale ale ADN (intronii) denumete ntreaga informaie genetic (coninutul de ADN) din celulele umane (diploide) este compus din 99,9995% ADN nuclear (constituie informaia genetic esenial) i 0,0005% ADN mitocondrial (conine informaia necesar funciilor specifice mitocondriilor) conine ADN informaional i ADN noninformaional prezint un grad ridicat de complexitate, coninnd o cantitate mare de ADN repetitiv (informaional i noninformaional), multiple copii de gene i fragmente de gene este caracterizat de 24 de tipuri diferite de molecule de ADN bicatenar, fiecare legat de proteine histonice i non-histonice, constituind 24 de tipuri de cromozomi: 22 de cromozomi autozomi 2 cromozomi heterozomi/sexuali: X i Y

Cromozomii umani: reprezint componentele nucleare n care sunt localizate moleculele de ADN, purttoare de gene fiecare cromozom este purttorul unei molecule de ADN cromozomii fiecrei celule umane xonin aprox. 35 000 de gene fiecare tip de cromozom (autozomi sau heterozomi) prezint variaii specifice regionale n compoziia i frecvena tipurilor de nucleotide; aceast variaie, mpreun cu variaia gradului de condensare a cromatinei, este specific fiecrui tip de cromozom i st la baza identificrii lor prin tehnica bandrii sau prin metode de marcare radioactiv difereniat

TEHNICA BANDRII: a fost aplicat n 1970 de T. Casperton i colaboratorii aceasta const n tratarea cromozomilor metafazici cu florcrom (quinqcrin) i observare n lumin fluorescent n acest fel la nivelul fiecrui cromozom poate fi identificat o succesiune specific de benzi intense i mai puin intense, numite benzile Q pt. rezultate bune se folosesc cromozomi metafazici (au grad maxim de condensare) obinui de obicei din limfocite cultivate in vitro, dispuse pe lame (tehnica frotiului), colorate i apoi observate la microscop cele mai vechi tehnici de bandare folosesc colorani specifici care evideniaz secvene din cromozomi n care predomin nucleotidele cu adenin-timin benzile G (de la colorantul utilizat: soluie Giemsa / cu aceeai localizare cu a benzilor Q), secvene n care predomin nucleotidele guanin-citozin benzile R (de la revers ptc. sunt dispuse ntre benzile G / cu dispoziie invers fa de benzile Q), benzile C (centromerice localizate n regiunile din jurul centromerului) sau benzile T (telomerice) o band este un fragment de cromozom care se distinge net prin luminozitate i nuant (n fct. de colorantul utilizat) de segmentele adiacente numrul de benzi este identic n cei 2 cromozomi omologi metodele de bandare recent dezvoltate, ca tehnica mBAND (tehnica de bandare multicolor) permit delimitarea precis a secvenelor cromozomale, dnd astfel posibilitatea identificrii cu mare precizie a anomaliilor cromozomiale n funcie de puterea de rezoluie a tehnicii de bandare, cromozomii umani pot evidenia un total cuprins ntre 400 i 850 de benzi tehnica bandrii a nceput s fie utilizat dup 1970 pt. identificarea cromozomilor; pn atunci, cromozomii erau identificai dup form, mrime i poziia centromerului benzile au mare importan deoarece permit identificarea cromozomilor omologi, recunoaterea restructurrilor cromozomiale i a maladiilor ereditare

CLASIFICAREA CROMOZOMILOR UMANI sistemul de clasificare Denver (numele localitii din statul Colorado SUA n care a lucrat grupul de geneticieni care l-au propus): dimensiunile cromozomilor: foarte mari, mijlocii, mici, foarte mici forma cromozomilor: metacentrici, submetacentrici prezena sateliilor ntregul set de cromozomi al unei celule diploide (numit i complement cromozomial) ordonai pe perechi si grupe n funcie de dimensiuni, form, plasarea centromerului etc., reprezint cariotipul speciei respective cariotipul uman normal grupeaz cele 23 de perechi de cromozomi n 7 grupe: Grupa A: cromozomii din perechile 1-3; cei mai mari; au centromerul aproape median (metacentrici, submetacentrici) Grupa B: cromozomii din perechile 4-5; mari; cu centromerul submedian (submetacentrici) Grupa C: cromozomii din perechile 6-12; mijlocii ca lungime; metacentrici i submetacentrici cromozomul X Grupa D: cromozomii din perechile 13-15; medii; cu centromerul dispus excentric (acrocentrici); cu satelii Grupa E: cromozomii din perechile 16-18; relativ scuri; metacentrici (16) i submetacentrici (17, 18) Grupa F: cromozomii din perechile 19-20; scuri; aproape metacentrici mici Grupa G: cromozomii din perechile 21-22; foarte scuri; acrocentrici, cei mai mici cromozomul Y dei cromozomii umani au fost observai nc din 1880 de Fleming i Arnold, mult vreme crezndu-se c numrul complementului cromozomial este 48, abia n 1955-56, doi cercettori, Joe Hin Tijo i A. Levan de la universitatea Lund din Suedia demonstreaz c n celulele somatice umane exist 46 de cromozomi (2n=46)

CARIOTIPUL UMAN: se realizeaz prin aranjarea sistematic a imaginilor cromozomilor n ordinea descresctoare a mrimilor: de la grupa A cu cei mai mari cz, pn la grupa G cu cei mai mici cz este compus din 23 de perechi de cz: 22 de perechi de autozomi i o pereche de heterozomi; acetia sunt identici (notai cu XX la femeie) i diferii (notai cu XY la brbat) aadar, n cadrul fiecrei perechi de cromozomi, unul dintre aceti omologi este de origine matern i unul de origine patern

Hrile genetice sunt reprezentri grafice ale aranjamentelor genelor n cromozomiHARTA CROMOZOMIAL const n reprezentarea grafic (n form liniar) a unui grup linkage sau cromozom, n care poziia genelor sau a markerilor genetici este indicat n funcie de distanele relative dintre ele

HARTA GENETIC se obine n cazul n care distana dintre 2 loci oarecare este dat prin frecvena crossing-overului intergeneticHARTA CITOLOGIC se obine n cazul n care genele sunt localizate pe baza observaiilor microscopice i a analizei recombinrilor geneticeHARTA CITOGENETIC reprezint hrile completeLegea a 2-a a lui G. Mendel afirm c perechile de factori ereditari segreg independent; fondatorul teoriei cromozomiale T. H. Morgan a demonstrat, prin experimente cu Drosophila Melanogaster, c aceast lege nu se verific deoarece 2 gene alele mmotenite de la acelai genitor au o puternic tendin de a se transmite nlnuit prin linkage. Pe de alt parte, n profaza meiozei I (diviziune care duce la formarea gameilor ce conin numai jumtate din numrul de cromozomi caracteristici speciei) cromozomii omologi realizeaz schimburi de fragmente cromozomiale (crossing-over), n urma cruia se formeaz cromozomi recombinai procentul de descendeni recombinai din prima generaie variaz ntre 1% i 50% recombinrile apar ntotdeauna ntre gene cu locii pe cromozomii diferii cu ct este este mai mare procentul recombinrilor pt. o pereche de caractere, cu att este mai mare distana dintre locii ocupai de gene acest procent de recombinri a fost desemnat arbitrar ca fiind distana dintre locii genelor exprimat n centimorgani (cM) construcia hrilor genetice prin uniti de linkage este util mai ales cnd locii genelor sunt la mic deprtare atunci cnd locii sunt mai distanai, exist posibilitatea s se petreac crossing-overe secundare ntre cromozomi; chiar i asa, se poate restabili configuraia de alele ale genitorilor, confirmnd astfel distana dintre loci probabilitate crossing-overelor nu este uniform aprox. din genomul uman este responsabil de recombinare genetic, deoarece unele regiuni ale cromozomilor (cele din vecintatea centromerului) sunt inhibate totodat, unitile de recombinare realizeaz n ritmuri diferite recombinarea: la femei, cromozomii au frecvene mai mari de recombinare decat cei ai brbailor i, ca urmare, hrile genetice ale cromozomilor feminini sunt mai lungi alctuirea hrilor cromozomiale pe baza fenomenelor de linkage, de crossing-over, de aranjare linear a genelor n cromozomi a fost propus de C. B. Bridges (unii din colaboratorii lui Morgan) n anul 1920 n hart se nscriu alelele mutante (recesive, dominante) ficare locus este indicat de simbolul abreviat al alelei mutante, precum i de o cifr, care este obinut prin nsumarea valorilor crossing-overelor pt. toate intervalele cunoscute situate n stnga fa de poziia data n general, hrile genetice se alctuiesc mai uor la organismele cu un nr. mic de grupe de linkage hrile au importan esenial n cunoaterea organizrii materialului genetic i n nelegerea mecanismelor genetice

CaracteristiciGenom nuclearGenom mitocondrial

Dimensiunea3000 Mb16,6 kb

Numr de molecule diferite de ADN23 la femeie (XX); 24 n celulele brbatului (XY); toate liniareo molecul circular de ADN

Numr total de molecule de ADN per celul23 n celulele haploide46 n celulele diploideCteva mii

Proteine asociatecteva clase de histonenumeroase clase de nonhistonen cea mai mare parte neasociat cu proteine

Numr de gene30 000 40 00037

Densitate genic1/30 1/60 kb1/0,45 kb

ADN repetitivo mare frecie de ADN repetitivfoarte puin ADN repetitiv

Transcripiacea mai mare parte a genelor sunt transcrise individualtranscripie continu a mai multor gene

Introniprezeni n majoritatea genelorabseni

Procent de ADN codificator2 3%aprox. 93%

Recombinareacel puin o dat la fiecare set de cromozomi omologi n cursul meiozeinu exist

Pattern de ereditateMendelian pt. genele X linkate i din autozomi; patern pt. genele din cromozomul Yexclusiv matern

Particularitile genomului uman aprox. 90% din ADN-ul celular uman nu este transcris n proteine subunitile proteinelor heteromerice sunt condiionate de genele sitate n cromozomi diferii n genomul uman exist pseudogene gene cu structur similar cu cea a genelor structurale dar, care n urma unor mutaii au devenit inactive o gen poate fi amplificat, uneori de sute de ori, ca singurul mijloc de aprare al organismului n faa unei agresiuni exterioare unele gene se exprim doar n cursul diferenierii embrionare, altele de-a lungul ntregii ontogeneze i se numesc gene de ntreinere

Proiectul genomului uman proiectul Human Genome a demarat n 1990 din necesitatea de a coordona activitatea unor echipe numeroase i complexe de geneticieni n vederea realizrii unui ansamblu de prelucrri extrem de fine i de sistematizate a tuturor informaiilor privind ADN-ul uman scopul primar PGU a fost de a secvenia genomul uman n ntregime pn n anul 2005, au fost bine stabilite direciile de aciune i durata lor: planul iniial de 5 ani, finalizat n 1995 a avut ca scop construirea unei hri de linkaj i a unei hri fizice bazat pe analiza bibliotecilor YAC; planul pt. urmtorii 5 ani este identificarea genelor pt. alctuirea unei hri de transcripie PGU nglobeaz de fapt 2 proiecte: primul este centrat asuprea structurii genomului uman i vizeaz cartografierea genelor n cromozomi, iar al 2-lea ecplic funciile tutror genelor componente n complaraie cu unele organisme model: Escherichia coli, Drosophila etc.

Determinismul genetic al principalelor caractere fenotipice umane toate trsturile morfologice, fiziologice, biochimice i comportamentale caracteristice unei fiine umane sunt determinate genetic fenotipul reprezint totalitatea nsuirilor unui individ, iar genotipul totalitatea genelor sale un genotip este homozigot, sau pur dpdv genetic, cnd genele perechi care determin caracterele sunt identice (AA, aa) genotipul este heterozigot sau impur dpdv genetic, dac genele perechi care influeneaz acelai caracter nu sunt identice (Aa) n general, n starea heterozigot, perechile de gene care determin acelai caracter, adic genele alele, sunt una dominant i cealalt recesiv genele alele dominante se exprim n fenotip i n stare heterozigot genele recesive nu se exprim n fenoip dect dac sunt n stare homozigot cele mai multe gene umane sunt transmise de la o generaie la alta conform legilor mendeliene n determinarea trsturilor umane exist mai multe situaii: 2 gene alele A i a aflate n raport de dominan complet sau semidominan, situate ntr-un anumit locus, determmin variaii ale aceluiai caracter (ex: lobii urechii liberi sau ataai; tipul morfologic al firului de pr cre, ondulat, drept; Rh-ul, culoarea ochilor etc.) mai mult de 2 gene alele ntr-un anumit locus, care determin variaii ale aceluiai caracter; fenomenul se numete polialelie (ex: ereditatea grupelor sanguine) exprimarea unui caracter fenotipic pin interaciunea a mai multor gene nealele; aceste sunt caractere ereditare cantitative (ex: talia/nlimea, greutatea corporal, culoarea pielii, rezistena la boli, temperamentul, inteligena etc.); distribuiile n populaia uman a caracterelor cantitative se face dup modelul normal, redat grafic sub forma clopotului lui Gauss una dintre cele mai vechi, simple i necostisitoare metode de a determina modul de transmitere a caracterelor, a tipului de alel (dominant sau recesiv) care determin un anumit fenotip, precum i probabilitii de a fi motenit un anumit caracter, este metoda pedigiului

METODA PEDIGIULUI const n studiul unor caractere ereditare normale i patologice prin analiza ascendenei de-a lungul mai multor generaii

Indiciile furnizate de un pedigri pt. stabilirea caracterelor determinate de gene autozomale dominante i recesive i gene heterozomale:Gen autozom dominantGen autozom recesivGen recesiv situat n cromozomul X (X-linkat)

persoana care prezint caracterul urmrit are cel puin unul din prini cu respectivul caracternici nunul din prini nu crezint caracterul, dar n familie sunt multe rude la care caracterul apare, dei n populaie acel caracter este rar ntlnitfuncioneaz ca recesiv la femei i dominant la brbai

pot prezenta caracterul att femeile, ct i brbaii i pot s l transmitadesea n familie sunt generaii care nu prezint caracterul, deoarece majoritatea cstoriilor se realizeaz ntre indivizi heterozigoitatl purttor al genei nu o transmite fiilor ci o transmite fiicelor care devin purttoare cu fenotip normal

caracterul nu dispare n nicio generaieeste de ateptat ca prinii s fie nrudiio femeie purttoare, dar cu genotip heterozigot, transmite gena la din fiii si

nu se transmite preferenial la un anumit sex se transmite de la tat la fiic i fiu, de la mam la fiic i fiu

n mod obiniuit din descendeni motenesc caracterul

Pedigri care arat transmiterea unei gene autozomale recesive:

se poate astfel observa cum n cazul castoriei ntre rude, gena recesiv se exprim peste generaii, att la femei, ct i la brbai, datorit homozigotrii o serie de trsturi morfo-anatomice umane se transmit mendelian: trsturile feei, gropia mentonier. forma ochilor, lungimea i densitatea genelor i sprncenelor exist ns i caractere umane ce nu respect modul de segregare conform legilor mandeliene: determinismul genetic al grupelor de snge, al culorii prului, al culorii pielii, al taliei, al inteligenei, memoriei etc.

Determinismul genetic al grupelor de snge n sistemul AB0 al grupelor de snge, determinismul genetic este controlat de o serie de 3 alele notate: LA, LB i l, localizate n braul lung (notat q) al cromozomului 9, la nivelul benzii 34 cele 3 gene se afl n urmtorul raport de dominan: LA l (adic LA este dominant fa de l) LB l (adic LB este dominant fa de l)- genotipurile LA LA i LAl determin grupa A(II) cu antigene A pe hematii i anticorpi n plasm- genotipurile LB LB si LBl determin grupa B(III) cu antigene B pe hematii i anticorpi n plasm- genotipul ll det. grupa 0(I) fr antigene pe hematii i cu anticorpi i n plasm- n combinaia genelor LA LB apare fenomenul de codominan niciuna dintre gene nu o domin pe cealalt; mpreun determin apariia unui nou fenotip, adic o nou grup de snge AB(IV) cu antigene A i B pe hematii i fr anticorpi n plasm- cunoaterea grupelor sanguine este important pt. determinarea paternitii i n realizarea transfuziilor

Determinismul genetic al factorului Rh- un alt caracter hematologic ntlnit la specia uman este sistemul Rh constituit din 5 factori principali: C, c, D, E, e- factorul D se numete factorul Rh i este prezent la 85% din populaia uman, fiind determinat de o pereche de gene alele: rh+ i rh- (una dominant, celalt recesiv)- gena rh+ este responsabil de apariia indivizilor Rh+ (rh+ rh+ sau rh+ rh-) cu antigenul Rh pe hematii- restul de 15% din populaia uman nu prezint factorul Rh, indivizii fiind Rh- cu genotipul rhrh- cunoaterea modului de transmitere al factorului Rh prezint o importan deosebit pt. realizarea transfuziilor i pt. depistarea sarcinilor incompatibile, care apar cnd cei 2 prini au Rh diferit- dac o mam Rh negativ are o sarcin Rh pozitiv, atunci ea poate fabrica anticorpi antiRh care vor ataca hematiile pozitive ale ftului, ncepnd cu a 2-a sarcin- prima sarcin poate evolua normal deoarece n condiii fiziologice, hematiile Rh pozitiv ale ftului nu pot traversa placenta i deci nu ajunf n circulaia matern- la natere, prin ruperile de vase sanguine care au loc n momentul dezlipirii placentei de uter, o parte din sngele fetal trece la mam i stimuleaz producerea de anticorpi antiRh- la o nou sarcin aceti anticorpi care pot traversa capilarele placentare ptrund n circulaia fetal i distrug hematiile ftului, putnd duce la avort spontan

Determinismul genetic al sexului- sexul indivizilor umani este un caracter ereditar determinat de prezena unor cromozomi speciali denumii cromozomi ai sexului sau heterozomi- acetia sunt de un singur tip XX, la femei, motiv pt. care sunt numii i homogametice, deoarece nu produc dect un singur tip de gamei (ovule) de dou tipuri XY, la brbai, motic pt. care acest sex este considerat heterogametic, deoarece produc 2 tipuri de spermatozoizi- heterozomii X i Y nu sunt omologi, nu realizeaz crossing-over, iar genele din structura lor, chiar dac sunt recesive, se manifest n fenotip ntr-un singur exemplar fenomenul de hemizigoie- cromozomul X conine gene de importan major pt. individ (nu poate lipsi din genotip)- cromozomul Y joac un rol esenial n determinarea masculinitii

Determinismul genetic al culorii pielii la om- culoarea pielii la indivizii aparinnd diferitelor rase umane variaz ntre alb i neagr, fr a reprezenta un caracter de superioritate sau inferioritate deoarece, n genomul uman nu sunt diferenieri cantitative sau calitative de material genetic- determinismul genetic al culorii pielii este poligenic, fiind condiionat de mai multe perechi de gene nealele a cror exprimare are un caracter aditiv, cumulativ- acest tip de ereditate se numete ereditate cantitativ i n cazul culorii pielii este determinat de cel puin 2 perechi de gene P i p- exist mai multe ipoteze privind numrul perechilor de gene care intervin n pigmentarea pielii ntre 2 i 20 de gene, dar este cert c acestea segreg independent i au un efect cumulativ- conform ipotezei lui Davenport, cantitatea de pigment din piele (melanin) este determinat de efectul cumulativ al genelor P1 i P2 : pt. negrii, se afl n stare homozigot: P1 P1P2 P2 pt. mulatrii tipici, 2 gene pt. pigmentare: P1p1P2p2 sau P1 P1 p2 p2 sau p1 p1 P2 P2 mulatrii deschii, o singur grup pt. pigmentare: P1p1p2p2 sau p1 p1 P2 p2 mulatrii nchii, 3 gene pt. pigmentare: P1P1P2p2 sau P1 p1 P2 P2 pt albi, toate alelele sunt recesive cu cea mai mic cantitate de melanin: p1p1p2p2

Determinismul genetic al culorii prului- culoarea prului este determinat de mai multe gene, fiecare prezentnd 2 sau mai multe alele- unele notate cu M determin sinteza de melanin, pigment brun, iar altele influeneaz sinteza pigmentului rou, notate cu R- astfel, pt. producerea de melanin exist 3 alele: MBk (negru), MBw (castaniu) i MBd (blond)- R+ determin sinteza pigmentului rou, n timp ce R- nu determin sinteza de pigment rou- ntre alele exist realia de dominan: MBk MBw MBd R+ R-- la fiecare individ, fenotipul culorii prului este rezultatul cumulat a numai 4 alele active: n cazul prului negru sau castaniu nchis, pigmentul rou este acoperit de melanin n cazul roducerii unei cantiti reduse de melanin prin exprimarea alelelor MBw MBd, pigmentul rou poate s domine daca genotipul conine alela R+

Determinismul genetic al culorii ochilor- culoarea ochilor variaz ntre albastru deschis i negru nchis- ntre aceste limite exist numeroase variante, motiv pt. care acest caracter este considerat mai complex dect culoarea prului- exist cel puin 2 variante n explicarea determinrii genetice a culorii ochilor:1) Caracterul este determinat de 2 perechi de gene nealele, fiecare pereche prezentndu-se n mai multe forme de alele; astfel, dup aceast teorie, culoarea lbastr apare dac genotipul este compus din alelele recesive n stare homozigot, iar culoarea neagr este rezultatul expresiei cumulative a alelelor dominante aflate n stare homozigot2) O alt explicaie susine c ar consta n existena unei serii polialelice care variaz de la negru nchis pn la albastru deschis; alelele se noteaz: Ebr care este dominant i determin culoarea neagr Egr recesiv fa de Ebr, determin culoarea verde Ebl recesiv fa de Egr, determin culoare albastr numai n stare homozigot (Ebl Ebl)

Determinismul genetic al taliei- nlimea speciei umane este un caracter complex determinat de factori genetici i factori de mediu- fr a nega rolul factorilor nutriionali sau al celor climaterici ca temperatura i umiditatea, factorii genetici sunt cei cu rol fundamental n determinarea taliei; acest fapt este demonstrat de modul n care se pstreaz caracterul n familiile ai cror membrii sunt nali- cercetri recente declanate de descifrarea genomului uman studiaz cromozomul X ca fiind cu un rol important n determinarea genetic a taliei indivizilor, datorita numrului mare de maladii X-linkate asociate creterii anormale; se pare c regiunea numerotat 24-25 din braul q al cromozomului X este candidatul n localizarea genelor care determin talia

Determinismul genetic al inteligenei- INTELIGENA (lat. inter = ntre i lego-legere = legtur) ar putea fi definit drept capacitatea de a desprinde cu rapiditate legturile cauzale eseniale dintre fenomene, de a adapta comportamentul la circumstanele date; se consc cel puin 6 capaciti distincte: capacitatea verbal, facilitatea verbal, capacitatea spaial, capacitatea de raionament, memoria pe termen scurt i pe termen lung- n prezent se consider c inteligena este determinat de factori ereditari i de factori ambientali- IQ = vrsta mintal/ vrsta cronologic * 100 are o natur poligenic- dup Fulker, exist cca 22 loci genici implicai n determinismul ereditar al inteligenei- IQ (testul Binet): mic sub 80; mediu 90-100; mare 120-130; geniu peste 150- studii publicate nc din 1966 de Sir Cyril Burt, care a testat 53 de perechi de gemeni monozigoi prin determinarea coeficientului de inteligen (IQ), au afirmat la acea vreme c factorii ereditari au o pondere de 80% n determinarea inteligenei; n prezent, se admite c procentul este n jur de 50-60%- n sprijinul determinrii genetice a inteligenei vin i cercetrile asupra IQ-ului copiilor adoptati; acetia, chiar cu o educaie de calitate i n condiii bune de via, nu reuesc s depeasc IQ-ul frailor lor biologici cu mai mult de 10%- studii recente au identificat 2 gene implicate n determinarea inteligenei: gena IGF2R plasat pe cromozomul 6 i gena CTSD (catepsin D) localizat n braul scurt al cromozomului 11- cercetrile lui Robert Plomin de la Institutul de Psihiatrie din Londra, au demonstrat c gena IGF2R conine informaia pt. receptorul unui factor de cretere similar insulinei i este prezent n mai multe variante de alele; una dintre ele (alela 5) a fost identificat la toi subiecii cu un IQ peste 160- alte cercetri, conduse de Tony Payton de la Universitatea din Manchester, au descoperit c mutaii ale genei CTSD diminueaz scorul IQ cu 3%, susinnd rolul acestei gene n determinarea inteligenei- fiind o trstur ereditar cantitativ, ca i talia, greutatea, memoria, comportamentul etc, inteligena (IQ) prezint n populaia uman o distribuie normal de tip gaussian

Determinismul genetic al memoriei- MEMORIA de refr la capacitatea de a stoca i de a regsi ulterior i refolosi informaia nvat- la baza memoriei st proprietatea de engramare a neuronului, adic pstrarea n structura acestuia a urmelor unei informaii venite din mediu; angajarea neuronului n engramare este condiionat de renunarea acestuia la diviziune, proces care al altera engramele; aceasta sugereaz c mecanismele engramrii au n principal localizare nuclear- H. Hyden a sugerat n 1960 c informaia ce st la bazea engramrii este coninut n acizii nucleici i proteinele neuronale; astfel, ADN pstreaz memoria extraindividual, de specie, a fiinelor vii, pe cnd ARN este implicat n memoria individual (experiena proprie)- dup cele mai multe ipoteze actuale, la baza memoriei st relaia ARNm proteine; memoria de scurt durat are la baz activitatea electric a neuronilor implicai n engramare, pe cnd n memoria de lung durat, activitatea electric a neuronilor induce formarea de ARNm care dirijeaz apoi sinteza de proteine implicate n stocarea memoriei de lung durat; anumite tipuri de nvare par a implica sinteza anumitor tipuri de ARN, de vreme ce ntr-un tip se schimb raportul A/U, pe cnd ntr-altul, U/C- analiza genomului uman realizat de Dr. Dietrich Stephan de la Institutul de cercetri n genomic translaional din Pheonix, USA (2006) a relevat o gen asociat performaelor de memorizare; gena se numete Kibra i exprimarea ei se realizeaz la nivelul hipocampului, parte a sistemului limbic (paleocortex)- utiliznd o tehnic sofisticat de imagistic funcional a creierului, cercetrile au artat c indivizii care posed versiunea de gene alele responsabile de potenial slab de memorare, fac eforturi mentale mult mai mari ca s i aminteasc informaiile; aceast descoperire deschide drumul spre rezolvarea multor probleme legate de boli ca demena senil, boala Alzheimer etc.

Determinismul genetic al comportamentului i temperamentului- COMPORTAMENTUL reprezint ansamblul manifestrilor obiective ale oamenilor, prin care se exteriorizeaz viaa psihic; el este un fenotip ce prezint o mare variabilitate; diferitele caractere comportamentale la animale i om sunt determinate unigenic i poligenic- comportamentul instinctiv, avnd la baz reflexul necondiionatare un determinism strict genetic, pe cnd nvarea are la baz reflexul condoionat, fiind n esen un produs al mediului, realizat pe un anumit fond genetic- PERSONALITATEA este rezultatul combinaiei a 2 factori: temperamentul i caracterul- genele noastre ne determin temperamentul, iar ansamblul factorilor de mediu i felul n care nvm din interaciunile cu aceti factori ne modeleaz caracterul- temperamentul se exteriorizeaz devreme, n copilrie, i nu se modific mult de-a lumgul vieii; aceast caracteristic susine determinarea genetic a temperamentului i implicit a comportamentului uman- recent au fost identificate 3 gene: CYLN2, GTF2IRD1 i GTF2I, localizate n cromozomul 7, responsabile de hipersociabilitate, manifestare specific a sindromului Williams (produs prin deleia a peste 20 de gene din cromozomul 7- cercetrile gemenilor au adus la contribuie n identificare aspectelor determinrii genetice a temperamentului- majoritatea trsturilor psihologice fac parte din categoria caracterelor metrice cu variabilitate continu, n general nesegregante dup criteriile mendeliene

Diversitatea genetic uman genetica raselor umane- ANTROPOLOGIA CLASIC admite c rasa este o grupare biologic caractericat prin origine comun, printr-o anumit distribuie geografic i printr-un ansamblu de particulariti fizice: prin forma capului (rase brahicefale, dolicocefale, mezocefale), prin forma prului (neted sau cre), prin pilozitatea facial i corporal, prin pigmentaie, prin forma feei, nasului i buzelor, prin nlime etc.- Herodot (sec. V .Hr.) este considerat nu numai printele istoriei, dar i al antropologiei- Plinius cel Btrn a oferit o explicaie naiv, bazat pe diferenele de clim, pt. diferenele dintre africani i europeni- George Buffon a enunat ideea c toi oamenii aparin aceleai specii i dup ce s-au rspndir pe tot globul ca urmare a influenei climatului diferit, s-au difereniat n rase- abia dup ce s-a reuir s se analizeze structura genetic a populaiilor umane, s-a putut da o explicaie corect diferenierii n rase, pe baza markerilor genetici (elemente strict motenite care nu fac obiectul schimbrilor rapide induse de mediu; ei sufer schimbare evolutiv pe termen lung sub aciunea unor fore ale dinamicii genomice reprezentate de: selecia natural (incluznd i selecia sexual), mutaii, migraii, driftul genetic)- pt. prima dat n istoria cercetrii structurii genetice a populaiilor umane, soii Hirsyfeld (1919) au evideniat diferenele n frecvena antigenilor de pe suprafaa eritrocitelor expresie molecular a diferitelor construcii genetice a grupelor sanguine A, B, 0, la diferite grupe etnice aflate n armatele beligerante din Primul Rzboi Mondial- exist parametrii care definesc: nrudirea dintre rase dat de identitatea genetic (IG) diferena genetic dintre rase dat de distana genetic (DG), toate rasele umane aparinnd una i aceleai specii Homo sapiens sapiens

- dpdv genetic rasele pot fi definite ca populaii izolate cu o frecven caracteristic a genelor care le deosebete de alte populaii aparinnd aceleai specii; ele se pot deosebi prin frecvena inegal a unor gene, iar nu prin monopolul exclusiv al unor gene; mai puin de 15% dintre gene au o concentraie particular- originea raselor: Teoria Monocentrist toate rasele s-au difereniat ntr-o singur regiune, situat undeva n Asia; din aceast ras primordial s-au conturat 2 rase importante: rasa mongolid ( n N-E Asiei) i rasa din S-V, construit din 2 ramuri ramura europid i ramura euroasiatic/negroido-australoid Teoria Policentrist diferenierea raselor a nceput de mult i a avut un caracter local: din populaiile de pitecantropi europeni s-a consolidat rasa europid, din grupele de sinantropi au derivat mongolizi, iar din pitecantropi africani, negrizii- rasa alb leucoderm (caucazian)- rasa galben xantoderm (ameridienii)- neagr melanoderm- n 1998 dr. Alan R. Templeton, profesor de biologie la universitatea din Washington, a afirmat: Dpdv genetic, rasele nu exist; aceast afirmaie s- a bazat pe analiza molecular a ADN provenit de la ntreaga populaie a globului i care dezvluia evoluia speciei umane din ultimii 1 000 000 de ani- exist mai multe diferene genetice n cadrul unei populaii, dect ntre populaii- cercetrile lui Templeton susin o singur linie evolutiv a speciei umane; el a utilizat ADN mitocondrial care se transmite pe linie matern, ADN al cromozomului Y transmis pe linie patern i ADN nuclear transmis de ambele sexe; rezultatele studiilor au artat c 85% din variaiile genetice sunt variaii individuale i c nuami 15% ar putea reprezenta varoaii rasiale; procentul de numai 15% nu justific, dpdv genetic, diferenierea n rase a speciei umane- o ras reprezint o subspecie biologic caracterizat de trsturi comune de ordin biochimic, fiziologic, morfologic, ecologic, determinate genetic- suntem, ca specie, foarte omogeni, pn i cele mai apropiate rude biologice cimpanzeii au o variaie geneitc a populaiei de 2-3 ori mai mare decat cea a speciei umane- exist ns diferene n distribuia frecvenei genelor; dac am lua de ex. frecvena alelelor LB pt. grupa sanguin B(III), gruparea n rase ar avea o cu totul alt configuraie; astfel, populaia n care frecvena este mai mare este cea asiatic, iar cea n care grecvena este foarte mic este cea american; deci, clasificarea rasial este o clasificare pe criterii culturale i istorice care nu se fundamenteaz pe criterii biologice genetice- datorit fenomenului de recombinare genetic consecutiv reproducerii sexuate, precum i excluderii consangvinizrii prin norme impuse de religie i legislaie, populaiile umane sunt extrem de eterogene privind frecvena genelor alele; diferenele denotipice sunt rezultatul exprimrii unui polimorfism genetic datorat numeroaselor forme alele ale genelor i variatelor forme de interaciuni dintre alelele ce determin caracterele- unitatea genetic a speciei umane este susinut de faptul c din cstoriile mixte (african-european, asiatic-european etc.) rezult indivizi perfect normali i fertili

MUTAGENEZA SI TERATOGENEZA

Clasificarea mutaiilor- mutaia poate fi definit ca fenomenul prin care se produc modificri n structura i funciile materialului genetic, sub aciunea factorilor mutageni- procesul prin care se produc mutaiile poart numele de mutagenez- aceste schimbri se motenesc de la o generaie la alta; ele nu se datoreaz efectelor recombinrii genetice sau segregrii factorilor ereditari- mutaiile se clasific dup mai multe criterii: dup cantitatea de material genetic afectat: genomice, cromozomale, genice dup modul de manifestare: dominante, recesive, codominante, letale (in stare homozigot determin apariia de indivizi incapabili de supravieuire), semiletale (determin n stare homozigot apariia unor indivizi care supravieuiesc parial) dup localizare: autozomale (plasate pe autozomi), heterozomale (plasate pe heterozomi) dpdv al efectului: duntoare, neutre, folositoare dup modul de apariie: naturale (spontane), artificiale (provocate de om) dup tipul de celule n care apar: gametice (care sunt ereditare i pot fi observate la descendeni n diferite generaii), somatice (ce pot fi izolate i reproduse ca linii sau clone mutante la organismele care se nmulesc vegetativ)

Tipuri de mutaii umane- mutaiile genomice afecteaz genomul sau complementul cromozomial prin modificarea numrului de cromozomi i pot fi reprezentate de poliploidii i aneuploidii- in poliploidie are loc o multiplicare a numrului de seturi de cromozomi; n cazul speciei umane, poliploidia este letal; au fost descrise cazuri de fei umani triploizi (2n=3x=69 cromozomi) nscui vii i care nu au supravieuit mult timp- aneuploidia rezult dintr-o eroare: n timpul formrii gameilor prin diviziune meiotic, nu se produce disjuncia uneia sau mai multor perechi de cromozomi omologi; dac o pereche de cromozomi omologi nu se mai separ i migreaz spre acelai pol, rezult gamei dezechilibrai genetic (n+1) sau (n-1); dup fecundaie pot rezulta indivizi cu 3 cromozomi omologi trisomie sau cu un singur cz. dintr-o pereche monosomie- cele mai cunoscute maladii determinate de aneuploidii autozomale sunt: Sindromul Patau determinat de trisomia 13; persoanele afectate nu depesc vrsta de 3-4 luni, prezentnd numeroase malformaii ale scheletului, inimii, SNC etc. Sindromul Edwards determinat de trisomia 18; indivizii afectai prezint malformaii cardiace, ale capului, feei, sunt napoiai mintal, cu grave deficiene neuro-senzoriale Sindromul Down determinat de trisomia 21; are o inciden da 1-2%0 dar poate crete odat cu creterea vrstei mamei la 10%0 (40-45 ani) i la 21%0 n cazul mamelor peste 45 de ani; cauza este scderea eficinei meiozei ce duce la non-disjuncie frecvent o dat cu creterea vrstei ovocitului; cei afectai sunt de talie mic, craniul mic, rotund, cu profilul feei plat; gtul este scurt i gros, minile scurte i late; dezvoltarea intelectual este deficitar; durata medie de via este redus datorit sensibilitii pe care o prezint la infecii- aneuploidiile heterozomale sunt mult mai frecvente dect cele autozomale; ele se datoreaz non-disjunciei cromozomilor sexuali fie n ovogeneza femeii, fie n spermatogeneza brbatului unui cuplu, sau la ambii; determin urmtoarele maladii: Sindromul Turner (2n=45=44 XO) este caracteristic femeilor; aceste sunt de statur mic cu gtul ptrat, cu pr ntins pe ceaf; organele genitale sunt slab dezvoltate; prezint anomalii cardiace, renale i sterilitate; lipsete cromatina sexual Trisomia X (2n=47=44 XO) apare la femei; se asociaz o oarecare tendin de virilitate (pilozitate pe fa i corp); prezint sterilitate i debilitate mintal Sindromul Klinefelter (2n=47=44 XXY) este ntlnit la brbai; se caracterizeaz prin talie nalt, musculatur slab dezvoltat, bazin larg, dezvoltare anormal a mameloanelor, atrofiere testicular, oarecare grad de retardare mintal; este prezent cromatina sexual- nu au fost semnalate cazuri cu cariotip de genul 2n=45=44YO deoarece absena cromozomului X este letal- mutaiile cromozomale/cromozomiale sunt restructurri ale cromozomilor determinate de ruperea unor fragmente de cromozomi sub aciunea factorilor de mediu; fragmentul desprins accidental conine un anumit nr. de gene i: se poate reataa cromozomului respectiv n poziie invers inversie se poate ataa cz. omolog care astfel va dobndi gene n dublu exemplar duplicaie se poate ataa unui cz. neomolog translocaie se poate pierde deleie Sindromul Cri du chat/iptul pisicii a crui denumire deriv de la iptul caracteristic pe care l prezint nou nscuii cu plns anormal, se datoreaz deleiei pariale a braului scurt al cromozomului din perechea aV-a; copii bolnavi prezint microcefalie cu grav ntrziere mintal- mutaiile genice pot afecta genele n totalitate sau numai anumite perechi de nucleotide; genele pot suferi modificri ale succesiunii nucleotidelor determinnd efecte precum: apariia unor anomalii morfologice afecteaz sinteza unor proteine tulburnd funciile unde acestea sunt implicate provoac boli metabolice ereditare etc.

1) Maladiile genice autozomale se maifest cu frecven egal la cele 2 sexe i sunt determinate de mutaii dominante sau recesive ale unor gene situate n cromozomii autozomi cele dominante sunt reprezentate de:Sindactilia unirea degetelor de la mini i/sau la picioarePolidactilia degete suplimentare la mini i/sau la picioarePrognatismul mrirea anormal a buzei inferioare nsoit de aplatizarea transversal a craniului cele recesive sunt reprezentate de:Albinism absena pigmentului melanic din piele pr i irisAnemia falciform eritrocitele au form de secer; este determinat de nlocuirea acidului glutamic cu valina n poziia a 6-a a catenei din molecula de hemoglobin; astfel modificat, hemoglobina are o capacitate redus de fixare a O2 i de aceea heterozigoii nu rezist bine la efort

2) Maladiile genice heterozomale se transmit cu frecven diferit la cele 2 sexe i sunt determinate de mutaii ale unor gene din heterozomi Hemofilia este o maladie sex-linkat, recesiv determinat de prezena unei gene mutante pe cromozomul X; cei afectai au hempragii puternice, la cele mai mici traumatisme; gena fiind recesiv, o femeie (XhX) n stare heterozigot este normal fenotipic, ns un brbat (XhY) este hemofilic; aceast situaie se numete hemizigoie; deoarece brbatul are un singur locus pt. gena h, acesta se poate exprima fenotipic ntr-un singur exemplar: boala se maifest la brbai dar se transmite pe linie matern; un brbat hemofilic va avea cu o femeie normal numai copii normali deoarece cromozomul cu gena Xh este motenit numai de fete, n timp ce bieii motenesc de la mam cromozomul normal; fiicele sunt sntoase dar purttoare ale genei Xh Daltonismul este o maladie sex-linkat, recesiv, n care sunt afectai brbaii hemizigoi (XdY) i femeile homozigote (XdXd); se transmite n acelai mod ca hemofilia deoarece este determinat de o gen plasat pe cz. X; se manifest prin cecitate cromatica sau orbirea culorilor (incapacitatea de a sesiza i de a discrimina n special culorile rou i verde) Miopatia Duchenne/distrofie muscular este cauzat de o mutaie a unei gene situate pe cz.X i se maifest prin anomalii ale mersului la copiii mici, pt. ca, la 20 de ani, tinerii s nu mai poat merge deloc ca urmare a atrofierii ireversibile a musculaturii

3) Maladiile metabolice ereditare sunt consecine ale mutaiilor genelor i determin tulburri grave ale metabolismului celular; atunci cnd genele afectate de mutaii se gsesc n autozomi, maladiile provocate de acestea se numesc autozomale i prezint o frecven egal la ambele sexe cele mai frecvente sunt: Hemoglobinopatiile determinate de mutaii ale genelor rspunztoare de sinteza hemoglobinei; ex.: anemia falciform i talasemia major Maladii ce afecteaz metabolismul bazelor azotate purinice i pirimidinice sunt determinate de mutaii ale enzimelor ce intervin n primele faze ale sintezei purinelor ducnd la apariia gutei ce se manifest prin creterea cantitii de acid uric din snge i acumularea n articulaii a cristalelor de urat de Na Maladii ce afecteaz metabolismul glucidelor det. de mutaii ce produc blocaje ale proceselor de sintez a glicogenului i ale proceselor de degradare a glucidelor pt eliberare de energie; ex.: diabetul zaharat, fructozuria esenial etc. Enzimopatiile det. de mutaii ale genelor implicate n sinteza unor enzimeMaladii metabolice ereditare umane apar prin blocarea metabolismului fenilalaninei n diverse etape

a) Fenilcetonurie acumularea de acid fenilpiruvic toxic pt. SNb) Albinism nu sintetizeaz melanin; albinoticii nu beneficiaz de protecia antiradiaii pe care o ofer melanina; au ochii roii, datorit faptului c n absena pigmentului din iris, vasele de snge ale retinei se pot vedea prin transparen; au dificulti de vedere i n general rezisten mic la boli sau diveri factori din mediuc) Cretinismul sporadic este afectat formarea hormonilor tiroidieni, urmarea ffind apariia tulburrilor de cretere, dezvoltare somatic i psihicd) Tirozinoz bolnavul prezint slbiciune muscular

Factorii mutageni- sunt factorii care induc modificri n structura i funciile materialului genetic

1) Factorii mutageni fizici sunt reprezentai de radiaiile: neionizante ultraviolete i ionizante Rntgen, gamma, alfa, beta, neutronie- produc rupturi ale catenelor macromoleculelor de ADN sau ale cromozomilor; apar astfel legturi ntre timin-timin sau citozin-citozin (dimeri)- determin ruperea legturilor de H, moleculele de ADN se contorsioneaz i se mpiedic replicaia i transcripia

2) Factorii mutageni chimici sunt foarte diveri: acid azotos, ageni alchilani, unele antibiotice, majoritatea pesticidelor- Acidul azotos (HNO2) acioneaz asupra bazelor azotate i le transfoarm n substane analoage acestora:ADENINA HNO2 HIPOXANTINA- Agenii alchilani prin metilare sau etilare produc analogi ai b.a. care blocheaz transcripia

3) Factorii mutageni biologici; dintre agenii mutageni biologici se remarc virusurile i elementele genetice mobile numite gene sritoare sau transpozoni- Virusurile pot produce restructurri cromozomiale dar i modificri la nivelul genelorn structura materialului genetic exist fragmente ADN, numite transpozomi, care, contrar celor stabilite de Morgan, se pot deplasa de la un locus la altul; uneori, transpozomii nu prsesc pur i simplu vechea poziie, ei, replicndu-se, las din nou o copie a lor; alteori ei produc o copie ARN care, la rndul ei, prin transcripie invers, produce din nou molecula ADN ce se va ataa n noua pozitie; acest comportament este f asemntor cu al unor virusuri ARN- Transpozomii se pot insera oriunde, efectul lor asupra genelor fiind de mai multe ori mutagen, determinnd restructurri ale secvenelor nucleotidice; mobilitatea transpozomilor crete n condiii de stres provocat de mediu

4) Fondul natural de radiaii care provin din spaiul cosmic sau din rocile radioactive- sunt binecunoscute efectele produse de exploziile de la Hiroima, Nagasaki, de exploziile experimentale pt. testarea armelor nucleare i de accidente nucleare de tipul celui de la Cernobl; milioane de oameni au fost afectai de contaminarea raadioactiv a mediului; dup zeci de ani de la evenimentele menionate mai persist substane radioactive- izotopul stroniu 90 este confundat de organisme cu Ca (face parte din aceeai grup) i se acumuleaz n oase; el supune unei iradieri permanente mduva hematogen i de aceea leucemia este una din cele mai frecvente consecine ale contaminrii radioactive a mediului; iodul 131 este acumulat de glanda tiroid crescnd riscul de apariie a cancerului tiroidian5) Razele solare stimuleaza sinteza vitaminei D (antirahitic) la nivelul pielii- au potenial cancerigen; stratul de ozon care absoarbe cea mai mare parte a razelor violete, n ultima vreme este foarte afectat (mai ales de freon)6) Industria chimic n procesele de prelucrare formeaz muli produi intermediari i deeuri care ajung n ap, aer, sol, polundu-leToi aceti factori au efect mutagen, cancerigen sau teratogen (induc malformaii).

Materialul genetic are n structura i funciile sale elemente stabilizatoare care se opun mutaiilor, conservnd informaia ereditar

1) Procesul reparator- dac factorii mutageni au produs o mutaie la nivelul unei catene de ADN, intervine un ansamblu de enzime care decupeaz poriunea defect i determin resinteza poriunii normale pe baza complementaritii cu catena opus

2) Moartea celular programat genetic apoptoza- celulele cu structuri alterate pot fi recunoscute de limfocite i se declaneaz procesul de autodistrugere al acestora cromatina se condenseaz anormal, apar rupturi la nivelul ADN, citoplasma pierde ap, ioni, nct i se reduce volumul, membrana se pliaz, celula se fragmenteaz i resturile sunt fagocitate