Ereditatea - asemanarea parinte-copil

Ereditatea reprezintă transmiterea informației genetice de la părinți la urmași în succesiunea generațiilor. Mai poate fi definită și ca proprietatea unui individ de a transmite urmașilor atât caracterele biologice proprii cât și caracterele speciei din care provine. Prin informația codificată în ADN-ul gameților care se unesc pentru a forma zigotul sunt transmise de la părinți la copii genele responsabile de apariția caracterelor fenotipice ale noului organism. Un anumit caracter fenotipic este rezultatul interacțiunii dintre gena parentală și mediul ambiant. De aceea, copiii au în comun numeroase trăsături și similarități comportamentale cu părinții și rudele lor și seamănă mai puțin cu ceilalți indivizi ai populației umane cu care nu se înrudesc direct.

Fiecare trăsătură fenotipică a unui organism ce poate fi detectată și caracterizată poartă denumirea de caracter biologic. Modul în care un caracter biologic se transmite depinde de felul în care este condiționat genetic. Astfel caracterele biologice, fie că sunt normale, fie că sunt patologice pot fi:
- condiționate monogenic sau simple. Unui anumit caracter îi corespunde o anumită genă
- condiționate poligenic sau cantitative. Sunt influențate de mediu și au o distribuție continuă
- condiționate monogenic sau poligenic dar și de factorii de mediu sau complexe

Caracterele ereditare

Ereditatea este atât o funcție a speciei, cât și un proces informațional care presupune stocarea și transmiterea informației necesare pentru constituirea caracterelor noului individ.
Substratul molecular al eredității este ADN-ul situat în nucleul celular și localizat pe cromozomi, acesta având ca funcții majore deținerea informației ereditare, expresia informației ereditare și transmiterea informației ereditare către următoarea generație.

Caracterele ereditare sunt 100% determinate de genotip (totalitatea informației genetice a individului codată în ADN și localizată pe cromozomi sub formă de gene) . Aceste caractere sunt reprezentate de diferențele care există între indivizi, deși aceștia aparțin aceleiași specii. Pentru că se transmit de la o generație la alta, de la ascendență la descendență în succesiunea generațiilor au fost denumite ereditare. Caracterul pe care îl observăm este caracterul fenotipic iar formele alternative ale acestui caracter (păr roșcat, blond, brunet) sunt determinate de alelele unei gene.

Caracterul fenotipic este determinat de genă, un fragmnet din molecula de ADN care controlează apariția unui caracter ereditar. Fenotipul este exprimarea fizică a constituției genetice a unui individ, adică a genotipului, iar caracterele vizibile și diferențele dintre indivizi sunt datorate modului diferit în care se exprimă informația genetică în constituirea unui caracter, adică fenotipului, deoarece informația genetică sau genotipul este supus modificărilor date de factorii ambientali, prin urmare expresia finală a caracterelor este condiționată fenotipic.

Alelele sunt genele situate pe loci omologi în cadrul cromozomilor (în aceeași poziție pe cromozomii omologi) și ele alcătuiesc un cuplu alelic, deoarece o alelă este de origine maternă iar omoloaga ei este de origine paternă. Caracterul care este condiționat de un cuplu alelic se numește caracter monogenic.
Dacă cele două alele din cuplu sunt identice, individul va fi homozigot (AA) și va putea exprima un singur caracter fenotipic. Dacă cele două alele sunt diferite, individul va fi heterozigot (Aa), iar relația dintre cele două gene va condiționa exprimarea caracterului. Relația poate fi de dominanță- recesivitate sau de codominanță, iar gena dominantă notată cu majusculă (A) este cea care se exprimă întotdeauna fenotipic atât în caz de homozigoție cât și de heterozigoție. Gena recesivă (a) se poate exprima numai în caz de homozigoție (aa).

Polialelia În momentul în care există mai multe alele cu potențial de ocupare al aceluiași locus pe cromozom, apare fenomenul de polialelie sau alelie multiplă, ca în cazul sistemului poligenic A, B, O al grupelor sanguine în cadrul căruia există relația de dominanță-recesivitate (între genele A sau B și gena O) și relația de codominanță sau dominanță reciprocă (între genele A și B). Astfel, grupa sanguină A este dat de genotipul homozigot AA sau de genotipul heterozigot AO în care A este gena dominantă și O este gena recesivă. În momentul în care cele două alele dominante A și B sunt prezente simultan, are loc exprimarea fenotipică a amândurora, individul va fi heterozigot din punct de vedere genotipic, iar fenotipic va exprima grupul sanguin AB.
Un individ poate fi homozigot pentru anumite gene și heterozigot pentru altele.

Populația mendeliană

Deoarece orice organism cu reproducere sexuată are pentru fiecare caracter elementar 2 alele situate pe cei doi cromozomi omologi, unul de origine maternă și unul de origine paternă, iar gena care transmite un anumit caracter poate fi situată fie pe cromozomii autozomali, fie pe gonozomi, și poate fi dominantă sau recesivă, există două tipuri de ereditate : autozomală și legată de sex.
Populația mendeliană este acea populație caracterizată prin reproducere sexuată, astfel indivizii care o compun provin din câte 2 părinți diferiți genetic. Populația umană este o populație mendeliană. Importanța biologică și genetică a acestei populații este dată de panmixie sau încrucișarea liberă dintre doi genitori îndepărtați din punct de vedere genetic între care se realizează un amestec unic de gene. Prin urmare vor fi transmise urmașilor o variație mare de genotipuri individuale. Fenomenele prin care se produc diferențele genetice dintre indivizii unei populații precum și între populații diferite sunt încadrate sub termenul de variabilitate. Există trei surse ale variabilității:
- Recombinările genetice care au loc în meioză și fecundare
- Mutațiile genetice- fenomene anormale ce se produc datorită unor erori în cursul diviziunilor celulare
- Migrațiile populaționale și încrucișarea unor indivizi proveniți din populații diferite ale aceleiași specii
Datorită variabilității, fiecare individ va avea o structură genetică unică și specifică.

Ereditatea mendeliană

Caracterul monogenic sau mendelian este caracterul normal sau patologic determinat de o singură pereche de gene alele situate pe același locus în perechea de cromozomi omologi. Determinanții ereditari sau genele reprezintă structurile de bază ale eredității monogenice sau mendeliene, prin care se asigură transmiterea caracterelor de la părinți la urmași.
Genele care controlează același caracter se găsesc pe același locus în cei doi cromozomi omologi matern și patern. Individul poate fi heterozigot pentru gena dată (alelele situate pe cromozomii omologi sunt diferite între ele) sau homozigot pentru gena dată (alelele sunt identice). Gena dominantă a cuplului alelic se manifestă atât în stare homozigotă cât și în stare heterozigotă, în timp ce gena recesivă se manifestă doar în stare homozigotă.

Există mai multe feluri de ereditate monogenică sau mendeliană, diferențiate în funcție de următoarele 2 criterii:
1. Tipul de cromozom pe care este situată gena care determină caracterul mendelian. Cromozomul poate fi autozomal, gena fiind situată pe una dintre cele 22 de perechi de autozomi sau gonozomal, gena fiind situată pe cromozomii sexuali. Astfel există ereditate autozomală și ereditate gonozomală. Cea gonozomală este legată de cromozomul X, fiind numită X- linkat, deoarece există un număr foarte mic de gene care exprimă caractere somatice pe cromozomul Y.
2. Modul prin care gena responsabilă de caracterul mendelian se exprimă fenotipic. Există 2 moduri de exprimare fenotipică a genei: dominant sau recesiv

În funcție de cele 2 criterii au fost stabilite 5 tipuri de ereditate mendeliană:
• Autozomal dominantă (AD)
• Autozomal recesivă (AR)
• X-linkată dominantă (XD)
• X-linkată recesivă (XR)
• Y-linkată (Holandrică)

Ereditatea monogenică autozomală este acea formă de ereditate în care caracterele genetice normale sau patologice transmise generației următoare sunt controlate de o genă situată pe un cromozom autozom (pe una din perechile 1-22 de cromozomi). Caracterele ereditare autozomale pot fi sau dominante sau recesive, în funcție de activitatea fenotipică a genei care le controlează.

Ereditatea autozomal dominantă

Caracterele autozomal dominante sunt controlate o singură genă, aceea find alela dominantă (A) din cuplul alelic situat pe autozomi. Această genă poate fi homozigotă sau heterozigotă. Caracterele autozomal dominante se manifestă în mod egal la ambele sexe.
O genă mutantă se va exprima doar în forma heterozigotă (ea fiind o genă recesivă), deoarece genele mutante dominante sunt foarte rare. Genele mutante dominante au o expresie fenotipică extrem de severă în stare homozigotă, chiar letală, de aceea indivizii cu caractere mutante homozigote sunt extrem de rar întâlniți. Prin urmare, un caracter patologic transmis autozomal dominant se va exprima doar la persoanele heterozigote, indiferent de sex.

Particularitățile eredității autozomal dominante:

- caracterul autozomal dominant, indiferent dacă este normal sau patologic se manifestă în mod egal la ambele sexe, acest caracter fiind determinat de o alelă dominantă situată pe una din perechile de autozomi
- caracterul este prezent la toate generațiile, fiind evidențiat în mod constant în familia respectivă de indivizi, deoarece se transmite pe verticală, în mod continuu, de la o generație la alta
- indivizii care prezintă caracterul autozomal dominant normal sau patologic au cel puțin un părinte cu același caracter
- individul heterozigot va transmite gena normală sau patologică ce condiționează caracterul respectiv normal sau patologic la jumătate dintre descendenții săi, indiferent de sex
- individul sănătos nu va transmite boala descendenților
- mutațiile autozomal dominante heterozigote au consecințe mai puțin severe decât mutațiile autozomal recesive sau cele recesive legate de sex
- riscul de recurență este ridicat, fiind de 50% când unul dintre părinți este heterozigot și de 75% când ambii părinți sunt heterozigoți, depinzând de homozigoția sau heterozigoția părintelui afectat și de numărul părinților afectați
- caracterele transmise autozomal dominant se pot manifesta oricând în timpul vieții dar cele mai multe se observă la naștere. Boala se poate manifesta clinic oricând în timpul vieții
- severitatea manifestărilor clinice ale bolii autozomal dominante poate varia de la individ la individ în cadrul aceleiași familii
- prevalența bolilor autozomal dominante: 1% din nou născuți

Boli autozomal dominante:

polidactilia, acondroplazia, sindromul Marfan, neurofibromatoza von Recklinghausen, alopecia aerata, strabismul, retinoblastomul, sindromul Raynaud, tumora Wilms, trombocitopenia familială, paralizia spastică, porfiria acută intermitentă, rinichiul polichistic al adultului, boala Alzheimer, cataracta congenitală, coreea Huntington.

Ereditatea autozomal recesivă

Caracterele monogenice cu determinism autozomal recesiv sunt controlate de o singură genă recesivă (a) situată în cadrul unui cuplu alelic de pe perechile 1-22 de cromozomi autozomi. Caracterele autozomal recesive se manifestă în mod egal la ambele sexe, gena responsabilă de caracterul respectiv fiind numai în formă homozigotă (aa).
În cazul în care există o genă mutantă (anormală), subiecții heterozigoți (Aa) pentru gena respectivă sunt sănătoși clinic dar genetic sunt purtători. Pentru ca gena mutantă autozomal recesivă să se exprime fenotipic și să provoace caracterul patologic, este necesar ca individul bolnav să moștenească aceeași genă mutantă de la fiecare din părinți, ambii părinți fiind obligatoriu heterozigoți (Aa), individul rezultat fiind homozigot (aa). Bolile cu determinism autozomal recesiv sunt destul de frecvente. Genele mutante autozomal recesive se asociază cu mutații și anomalii grave, deoarece expresia lor fenotipică este strict homozigotă.

Particularitățile eredității autozomal recesive:

- individul bolnav are ambii părinți sănătoși, părinții având caracterul de purtători
- caracterul determinat recesiv, fie el normal sau patologic se manifestă la ambele sexe în mod egal
- caracterul apare în general într-o singură generație (în cazul în care este patologic toți frații sunt bolnavi), expresia lui fiind independentă de sex
- bolile autozomal recesive sunt mai severe decât cele autozomal dominante
- individul afectat este obligatoriu homozigot pentru alela ce codifică caracterul respectiv, purtătorii fiind obligatoriu heterozigoți sănătoși, ei transmițând caracterul descendenților
- riscul pentru afecțiuni recesive crește odată cu cosangvinitatea, multe mutații fiind descoperite în populații izolate. Coeficientul de cosangvinitate este probabilitatea ca doi indivizi cosangvini să aibă aceeași genă. El este proporțional cu gradul de rudenie existent între indivizii respectivi.
- individul afectat are obligatoriu ca părinți doi purtători sănătoși, riscul de recurență pentru fiecare dintre descendenții acestei familii fiind de 25%
- prevalența: 2-3, 5 la mia de locuitori, bolile autozomal recesive fiind mai rare decât cele autozomal dominante.

Boli autozomal recesive:

albinismul generalizat, hemoglobinopatiile inclusiv beta-talasemia, boala Gaucher, boala Niemann- Pick, boala Wilson, fenilcetonuria, epilepsia mioclonică, microcefalia, retinopatia pigmentară, unele forme de surditate, sindromul adreno-genital, mucoviscidoza, galactozemia, glaucomul congenital, hipotiroidismul primar, ciroza hepatică juvenilă.

Ereditatea legată de sex

Caracterele monogenice legate de sex se transmit printr-o genă situată pe un cromozom sexual sau gonozom. Genele situate pe acești cromozomi sunt distribuite inegal la bărbați și la femei deoarece bărbații au un cromozom X și unul Y iar femeile doi cromozomi X, pe cromozomul Y cunoscându-se ca active doar genele implicate în determinarea caracterelor sexuale primare și secundare. Prin urmare, distribuția inegală a genelor pe cromozomii sexuali în cadrul aceleiași familii produce modele diferite de transmitere a caracterelor legate de sex, modelul de transmitere depinzând de cromozomul sexual pe care este situată gena mutantă și de modul dominant sau recesiv de exprimare fenotipică a genei.
Ereditatea legată de cromozomul X reprezintă transmiterea către descendenți a genelor normale sau anormale situate pe cromozomul X. 6,5% din totalul caracterelor monogenice sunt legate de cromozomul X.

Ereditatea X-linkat dominantă

Caracterul monogenic cu transmitere dominantă legată de cromozomul X este determinat de o genă situată pe cromozomul X care se exprimă fenotipic la sexul feminin atât homozigot cât și heterozigot. Dacă gena este prezentă pe cromozomul X masculin, ea se va exprima fenotipic.
Există puține gene mutante dominante pe cromozomul X, prin urmare bolile date de acest tip de transmitere sunt extrem de rare.

Particularitățile eredității dominante X-linkat:

- alela anormală care o determină este situată pe cromozomul X
- persoanele afectate de boală sunt predominant de sex feminin, dar o mamă bolnavă va avea atât băieți cât și fete afectate.
- raportul dintre descendenții afectați ai unei familii și descendenții normali este 1:1, cu 50% din indivizi afectați, similar eredității autozomal dominante
- femeile afectate sunt heterozigote
- bărbații afectați prezintă manifestări clinice mult mai severe decțt femeile afectate
- un tată bolnav va transmite boala numai fiicelor lui care vor fi toate bolnave. Afecțiunea nu se transmite niciodată de la tată la fiu

Boli X-linkat dominante:

boala lui Siemens, sindromul Aicardi, sindromul Alport, rahitismul vitamino-D-rezistent

Ereditatea X-linkat recesivă

Caracterul monogenic cu transmitere recesivă legată de cromozomul X este determinat de o genă localizată pe acest cromozom care se exprimă fenotipic la sexul feminin doar în formă homozigotă. Dacă gena există pe cromozomul X masculin ea se va exprima obligatoriu fenotipic, deoarece, nu se poate forma un cuplu alelic, pe cromozomul Y neexistând o genă omoloagă care să o contracareze. Dacă pe unicul cromozom X masculin se află gena normală pentru caracterul respectiv, individul masculin descendent va fi un hemizigot normal. Dacă pe cromozomul Y există gena mutantă, individul masculin descendent va fi bolnav și va avea un genotip hemizigot anormal.
Cromozomul Y fiind unic, un individ masculin nu poate fi numit nici homozigot nici heterozigot în raport cu genele situate pe cromozomul X, deoarece între genele cromozomilor X și Y nu se pot forma cupluri alelice, cei doi cromozomi nefiind omoloogi. Situația în care, pentru caracterizarea genotipului unui individ masculin sunt luate în calcul doar genele cromozomului X se numește hemizigoție. Caracterele genetice conținute în cromozomul X unic se vor exprima întotdeauna, indiferent dacă genele care le codifică sunt dominante sau recesive.

Particularitățile eredității recesive X-linkat:

- caracterul codificat recesiv X-linkat se exprimă fenotipic doar la indivizii de sex masculin, iar în cazul în care acesta este patologic sunt afectați doar bărbații care prezintă gena mutantă pe unicul lor cromozom X
- femeile heterozigote sunt purtătoare sănătoase și transmit boala doar către descendenții de sex masculin care vor fi 50% bolnavi, 50% sănătoși, fetele fiind sănătoase fenotipic dar purtătoare ale mutației
- afecțiunea nu se transmite niciodată de la tată la fiu
- femeile heterozigote purtătoare sănătoase sunt normale clinic sau prezintă manifestări minore, iar pentru ca o femeie să manifeste boala este necesar ca ea să fie homozigotă pentru alela mutantă.
- prevalență 0,5-2%

Boli X-linkat recesive:

agamaglobulinemia congenitală, retinopatia pigmentară, distrofia musculară Duchenne, deficiența de glucozo-6-fosfat-dehidrogenază, daltonismul, distrofia musculară Becker, hemofilia A și hemofilia B, imperforație anală, hipoparatiroidismul X-linkat, nistagmus congenital, sindromul Lowe.
În unele boli X-linkat recesive, ca în cazul hemofiliei, mamele sunt constant purtătoare sănătoase, afecțiunea transmițându-se constant de-a lungul generațiilor aceleiași familii.

Ereditatea Y-linkată (Holandrică)

Caracterul monogenic normal sau patologic cu transmitere legată de cromozomul Y este determinat de o genă normală sau mutantă situată pe acest cromozom. Gena se exprimă fenotipic doar la indivizii de sex masculin, neavând alelă omoloagă pe cromozomul X și fiind unică în genotip. Holandric înseamnă strict bărbătesc, întrucât caracterul fenotipic dat de o genă situată pe cromozomul Y se exprimă doar la bărbați.

Particularitățile

acestui tip de ereditate constau în faptul că afectează numai bărbații iar în cazul în care gena ce codifică acel caracter este mutantă, boala se transmite doar din tată în fiu, atât tații cât și fiii fiind bolnavi.

Boli Y-linkate:

azoospermia, infertilitatea, hipertricoza, retinopatia pigmentară.

Cu ajutorul eredității și a mecanismelor ei complexe, este stabilită legătura dintre generații și asemănarea părinți-urmași precum și transmiterea caracterelor genetice către descendenți. Mecanismele ereditare sunt puternic influențate atât de recombinările de material genetic produse în timpul fecundației, cât și de factorii ambientali astfel manifestându-se variabilitatea caracterelor, care este responsabilă de diferențele dintre indivizii aceleiași familii, aceleiași populații sau indivizi aparținând unor populații diferite. Anomaliile care apar în transmiterea, decodificarea și recombinarea materialului genetic determină bolile ereditare. Acestea se pot transmite atât de la un părinte purtător sănătos către urmaș, cât și de la un părinte bolnav către urmaș datorită modului diferit de procesare și recombinare a informației genetice.