ASSOCIATIE (OF "AANSLUITING" OF "KOPPELING")
Tot nu toe hebben we de Mendeliaanse dihybride (of polyhybride) kruising behandeld in de veronderstelling dat de verschillende allelparen daadwerkelijk worden gevonden op verschillende homologe chromosoomparen.Maar het aantal chromosomale paren, hoewel verschillend van soort tot soort, varieert binnen nauwe grenzen (weinig soorten ongeveer honderd chromosomen bereiken), terwijl het aantal genen in de tienduizenden kan worden geteld.
Dat de karakters die Mendel koos voor zijn experimenten allemaal onafhankelijk segregeerden (zonder daardoor de berekeningen in de verdeling van fenotypes in de F2 van het polyhybride kruis te verwarren) was een gelukkige kans.Als twee paren allelen werden gevonden op aangrenzende loci, zou de wet die zou volgen zou de wet van vereniging worden genoemd.
Wetende dat heel veel karakters hun locus op één chromosoom hebben en dat zij de chromosomale paren zijn die onafhankelijk segregeren in meiose, is het goed te begrijpen hoe vaak het voorkomt dat twee paren karakters, als ze op een chromosoom in de ouderlijke organisme, evenzeer geassocieerd blijven met de gameet en dus ook met het organisme waarnaar het zijn eigen genetisch materiaal zal brengen.
Zo zien we dat 'vereniging' een uitzondering vormt, verre van zeldzaam, op de onafhankelijkheid die in de derde wet van Mendel wordt verkondigd.
UITWISSELING OF "CROSS-OVER" EN RECOMBINATIE
Over meiose gesproken, we hebben aangegeven dat er twee verschillende momenten zijn van vermenging van het genetische materiaal: het ene is dat van de segregatie van chromosomen in gameten, en dat is het moment dat Mendel heeft waargenomen.
Het andere moment, dat eigenlijk voorafgaat, is het moment waarop de vier chromatiden van elk paar homologe chromosomen onderling identieke eigenschappen uitwisselen. Na deze uitwisseling zullen twee factoren die op hetzelfde chromosoom waren geassocieerd in plaats daarvan onafhankelijk zijn in de gameten. dat een uitwisseling plaatsvindt, is in eerste benadering evenredig met de lengte van het chromosoom, en bij langere chromosomen kan er zelfs meer zijn dan een uitwisseling.
Het fenomeen kan cytologisch worden gedetecteerd door een voldoende aantal meioses onder de microscoop te observeren.
De re-match-snelheid is de snelheid waarmee twee willekeurige tekens die in de ouderlijke generatie waren geassocieerd, anders recombineren in F2.
Als de twee loci absoluut aaneengesloten zijn, is de kans dat een chiasma ze scheidt praktisch nihil. De recombinatiesnelheid zal zijn: n ° recombinanten. Als twee loci op twee verschillende chromosomen liggen, is de recombinatiesnelheid 0,5 (gelijke kans, voor twee karakters die in de P-generatie zijn samengevoegd, om zichzelf willekeurig in F2 te vinden). De recombinatiesnelheid kan daarom variëren tussen 0,0 en 0,5. Voor kleine afstanden op het chromosoom zijn de afstand en de recombinatiesnelheid recht evenredig. Voor langere afstanden bestaat de mogelijkheid dat er twee uitwisselingen plaatsvinden tussen twee loci. Het zal nu duidelijk zijn dat twee factoren, gescheiden door twee uitwisselingen, opnieuw geassocieerd zijn. het is op dit punt duidelijk dat de evenredigheid tussen de afstand van de loci en de kans op recombinatie verloren gaat.
Loci gevonden geassocieerd op hetzelfde chromosoom vormen 'associatiegroepen'. Zeer ver verwijderde loci kunnen zo'n kans op scheiding door uitwisseling hebben dat ze zich als onafhankelijk gedragen, maar elk van hen zal, met een lagere recombinatiesnelheid, worden geassocieerd met de tussenliggende loci.
Wanneer de mate van recombinatie tussen vele paren genen binnen een associatiegroep bekend is, kan de constructie van 'genetische kaarten' beginnen. In gedachten houdend dat de afstand tussen twee genen (a en b) wordt uitgedrukt door de recombinatiesnelheid en dat de afstand van a tot een derde gen c de som of het verschil kan zijn met betrekking tot de afstand tot b, is het mogelijk om een kaart van de wederzijdse afstanden te reconstrueren, die de genetische kaart zal zijn binnen die associatiegroep, dat wil zeggen, van dat chromosoom.
We moeten nu in het algemeen enkele concepten overwegen die de fenotypische manifestatie van genotypische kenmerken beperken.
Allereerst zullen we het hebben over de concepten penetrantie en expressiviteit, en dan zullen we bijzondere aandacht besteden aan de fenomenen van regulatie van genactie.
penetrantie
De penetrantie van een gen vertegenwoordigt het vermogen om zich in het fenotype te manifesteren. Penetrance wordt statistisch gemeten door de frequentie te tellen van de fenotypes die dat karakter vertonen uit 100 genotypen die het bevatten. Een eigenschap met 0,7 penetrantie is een eigenschap die fenotypisch voorkomt in 70% van zijn genotypische frequentie.
EXPRESSIVITEIT
Expressiviteit is een kwantitatieve beoordeling van de mate van fenotypische manifestatie.
REGELING VAN GEN ACTIE
Cellen produceren al hun enzymen en eiwitten met dezelfde snelheid en op hetzelfde moment. Escherichia coli-cellen kunnen bijvoorbeeld worden voorzien van energie en koolstofatomen uit de lactosedisacharide, omdat ze deze kunnen afbreken tot glucose en galactose dankzij het bèta-galactosidase-enzym.In een normale E. coli die lactose kan bevatten, er zijn ongeveer 3000 moleculen bèta-galactosidase, gelijk aan 3% van de eiwitten van die cel; bij afwezigheid van lactose zal er slechts één molecuul bèta-galactosidase per bacteriële cel zijn. Galactosidase zal worden gesynthetiseerd uit nieuwe mRNA-moleculen wanneer het kan worden gebruikt. Mutante stammen van E. coli die rijk zijn aan het enzym zijn zelfs bekend als lactose afwezig is: deze mutanten zijn benadeeld in vergelijking met normale cellen omdat ze worden gedwongen tot een onnodig verbruik van energie en materialen om het enzym te produceren dat zonder substraat blijft. Stoffen die de hoeveelheid enzym verhogen, zoals bij lactose het geval is, worden inductoren genoemd, terwijl enzymen induceerbaar zijn. Andere stoffen induceren, ook deze op een specifieke manier, de aanmaak van bepaalde enzymen. Ook in E. coli, bijvoorbeeld in staat om al zijn aminozuren op te bouwen, met koolstof en ammonium (NH3), blokkeert de aanwezigheid in het kweekmedium van een bepaald aminozuur (histidine bijvoorbeeld) de productie van alle enzymen die geassocieerd zijn met de biosynthese van het aminozuur zelf: van deze enzymen zal worden gezegd dat ze onderdrukbaar zijn.In bacteriële cellen worden de mRNA-moleculen kort na hun vorming afgebroken, en daarom betekent het beheersen van de productie van mRNA tegelijkertijd het beheersen van de enzymatische synthese tijd.
DE OPERON
Om uit te leggen hoe de bacteriecel zijn eigen productie van enzymen kan controleren, formuleerden Jacob en Monod de hypothese van het operon; het operon wordt gevormd door verschillende genen die functioneel verwant zijn en zonder onderbreking langs een stuk DNA zijn uitgelijnd.Het operon bestaat uit drie verschillende soorten genen: de promotor, waar de vorming van het mRNA begint; de operator, waar controle wordt uitgeoefend; een of meer structurele genen, die coderen voor enzymen of voor andere eiwitten. In het bèta-galactosidasesysteem omvat het operon, naast dat voor bèta-galactosidase, ook twee andere genen die structureel coderen voor andere enzymen die betrokken zijn bij het metabolisme van lactose. Deze genen liggen naast elkaar en worden na elkaar langs dezelfde DNA-helix getranscribeerd tot één mRNA-molecuul.De zo geproduceerde mRNA-moleculen zijn zeer korte tijd actief, waarna ze door specifieke enzymen worden vernietigd.
De activiteit van het operon wordt op zijn beurt gecontroleerd door een ander gen, de regulator, die ook ver verwijderd kan zijn van het operon: deze regulator codeert voor een eiwit, een repressor genaamd, dat lijkt te binden aan het DNA bij het operator-gen. tussen de promotor en de structurele genen blokkeert in feite de productie van mRNA.
De repressor wordt op zijn beurt aangestuurd, en de controle wordt uitgevoerd door middel van een "signaal"-substantie. In het geval van induceerbare enzymen is deze stof de "inducer. De inductor" bindt zich aan het repressormolecuul en wijzigt zijn vorm zodat het zich niet langer kan aanpassen aan het DNA: in dit geval, omdat er geen repressor is tussen de promotor en structurele genen , kan de repressor de mRNA-moleculen vormen en daaruit de eiwitmoleculen. Met de uitputting van de voorraad inductor zal de regulator weer de controle terugkrijgen, wat de productie van nieuw mRNA, dus van nieuwe eiwitten, zal stoppen.In het bèta-galactosidase systeem is de inductor lactose of een stof die hier sterk op lijkt. derivaat: ze zal zich bij de repressor voegen en deze inactiveren om de biosynthese van enzymen mogelijk te maken. Bij onderdrukbare enzymen werkt de stof die als "signaal" fungeert als corepressor: de repressor is alleen actief in combinatie met de corepressor. In het histidinesysteem, dat een tiental verschillende enzymen omvat, is het dit aminozuur, gecombineerd met zijn tRNA, de corepressor histidine.
ALLOSTERISCHE INTERACTIES
Allosterische interacties, waarbij een enzym wordt geïnactiveerd door zijn vorm te veranderen, zorgen voor een andere manier om de metabolische activiteit van een cel te reguleren. Allosterische interacties zorgen voor meer nauwkeurige controle dan het inductor-repressorsysteem van het operon, maar bereiken niet het bruikbare resultaat van het uitsluiten van de biosynthese van een bepaalde stof van de eerste fase - de productie van een mRNA.
BEDIENINGSSYSTEMEN IN DE EUCARIUS
Er zijn enkele feiten die doen vermoeden dat er een regulatiesysteem werkt dat vergelijkbaar is met het operon en dat het meest voorkomt bij planten en dieren.De chromosomen van deze organismen verschillen sterk van die van E. coli en andere prokaryoten.de controle van de genen in deze cellen zijn heel verschillend. Het mechanisme van mitose is zodanig dat elke cel van een bepaalde plant of dier alle informatie bezit
genetica aanwezig in het bevruchte ei. Daarom zullen de meeste genen in elke gespecialiseerde cel inefficiënt blijven gedurende het hele leven van de cel. Het DNA in deze cellen is altijd geassocieerd met eiwitten. Het is dus mogelijk dat genrepressie in eukaryoten precies deze associatie vereist tussen DNA en eiwitten.
.jpg)
