Information

3.4: Biochemische Grundlagen der Dominanz - Biologie

3.4: Biochemische Grundlagen der Dominanz - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Angesichts der Tatsache, dass der Phänotyp eines Heterozygoten nicht einfach aus dem Phänotyp von Homozygoten vorhergesagt werden kann, was sagt uns die Art der Dominanz über die biochemische Natur des Genprodukts? Wie funktioniert Dominanz auf biochemischer Ebene? Es gibt mehrere verschiedene biochemische Mechanismen, die ein Allel für ein anderes dominant machen können.

Bei den meisten untersuchten Genen sind die normalen (d. h. Wildtyp-)Allele glücklich genug. Bei Diploiden bietet das andere Allel, ein Wildtyp-Allel, selbst bei einer Mutation, die einen vollständigen Funktionsverlust in einem Allel verursacht, eine ausreichende normale biochemische Aktivität, um einen Wildtyp-Phänotyp zu ergeben und somit dominant zu sein und den heterozygoten Phänotyp zu diktieren .

Auf der anderen Seite ist in einigen biochemischen Stoffwechselwegen ein einzelnes Wildtyp-Allel nicht genügend Protein und kann haploinausreichend um genügend biochemische Aktivität zu erzeugen, um zu einem normalen Phänotyp zu führen, wenn sie heterozygot mit einem nicht funktionierenden mutierten Allel sind. In diesem Fall wird das nicht-funktionelle mutierte Allel dominant (oder semi-dominant) gegenüber einem Wildtyp-Allel sein.

Mutante Allele können auch Produkte kodieren, die neue und/oder andere biochemische Aktivitäten anstelle der normalen oder zusätzlich zu den normalen haben. Diese neuartige Aktivitäten könnte einen neuen Phänotyp verursachen, der dominant exprimiert würde.


Unvollständige Dominanz ist, wenn die heteroallelische Kombination von zwei Allelen zu einem Phänotyp führt, der zwischen den beiden homoallelischen Kombinationen liegt.
Bei einigen Blumen sind c + c + Blütenblätter rot und c'c' Blütenblätter sind weiß.
Anstatt jedoch das eine oder das andere vollständig zu dominieren, ist die Heterozygote c + c' rosa.
Ähnlich ist bei Shorthorn-Rindern der Nachwuchs eines roten Shorthorns und eines weißen Shorthorns ein Roan (eine Mischung aus roten und weißen Haaren).
Bei Shorthorns-Rindern ist r + r + rot beschichtet, r'r' ist weiß und r + r' ist rotbraun.

Wenn ein Allel vollständig dominant ist, produziert eine Kopie (anstelle von zwei Dosen) eines Gens genug Genprodukt, um eine normale Funktion zu gewährleisten.
Mit anderen Worten, die Hälfte der Gendosis reicht aus: Das Gen ist glücklich genug.
In seltenen Fällen ist dies nicht der Fall (und die Hälfte der Gendosis reicht NICHT aus): Das Gen soll sein haplounzureichend.

Kodominanz tritt auf, wenn zwei Allele unterschiedliche Produkte produzieren.
In den menschlichen ABO-Blutgruppen kann ein Individuum bis zu zwei Allele des Gens I (I A I B oder i) tragen.

Genotyp Blutgruppe
I A I A oder I A i EIN
I B I B oder I B i B
Ich A Ich B AB
ich bin Ö

Denken Sie daran, dass die Art der Dominanz durch die molekularen Funktionen der Allele eines Gens und durch das Untersuchungsniveau der Analyse bestimmt wird.
Die Sichelzellenanämie ist eine rezessive Erkrankung (Hb S Hb S ).
Bei Heterozygoten, die unter bestimmten Bedingungen abnormale rote Blutkörperchen aufweisen (das Sichelzellenmerkmal), zeigen sich eine kodominante Präsenz verschiedener Formen des Hämoglobins.
Elektrophorese (Trennung von Molekülen in einem festen Träger (zB Gel) durch elektrischen Strom) der Blutzellproteine ​​zeigt die zwei verschiedenen Formen von Hämoglobin.

Allelische Serie


Proteinstrukturelle und mechanistische Grundlage progeroider Laminopathien

Progeroid-Linopathien sind durch das vorzeitige Auftreten bestimmter Anzeichen physiologischer Alterung in einer Untergruppe von Geweben gekennzeichnet. Sie werden durch Mutationen in Genen verursacht, die für A-Typ-Lamine oder laminbindende Proteine ​​kodieren. Hier untersuchen wir, wie verschiedene Mutationen, die Progeroid-Laminopathien verursachen, die Proteinstruktur oder Protein-Protein-Interaktionen verändern und wie sich diese auf Mechanismen auswirken, die die Lebensfähigkeit und Funktion von Zellen schützen. Eine Gruppe von progeroiden Laminopathien, zu der das Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom gehört, ist durch die Akkumulation von unverarbeitetem Prälamin A oder Varianten gekennzeichnet. Diese werden durch Mutationen im A-Typ-Lamin-Gen (LMNA) verursacht, das Prelamin A selbst verändert, oder in ZMPSTE24, das eine an seiner Prozessierung beteiligte Endoprotease kodiert. Die abnormal exprimierten farnesylierten Proteine ​​beeinflussen verschiedene zelluläre Prozesse, die zu progeroiden Phänotypen beitragen können. Andere LMNA-Mutationen führen zur Produktion von nicht-farnesylierten A-Typ-Lamin-Varianten mit Aminosäuresubstitutionen in Lösungsmittel-exponierten Hot Spots, die hauptsächlich in Coil 1B und der Immunglobulin-Faltungsdomäne lokalisiert sind. Dominante Missense-Mutationen könnten Wechselwirkungen zwischen Lamindomänen verstärken und so zu übermäßig stabilisierten Filamentnetzwerken führen. Rezessive Missense-Mutationen in A-Typ-Laminen und Barrier-to-Autointegration-Faktor (BAF), die Progeroid-Störungen verursachen, werden an der Schnittstelle zwischen diesen interagierenden Proteinen gefunden. Die Aminosäureveränderungen verringern die Bindungsaffinität von A-Typ-Laminen für BAF, was zu einer Desorganisation der Lamina sowie zu einer fehlerhaften Reparatur eines mechanisch induzierten Kernhüllenbruchs beitragen kann. Die gezielte Ausrichtung auf diese molekularen Veränderungen in A-Typ-Laminen und assoziierten Proteinen, die durch strukturbiologische Studien identifiziert wurden, könnte die Entwicklung therapeutischer Strategien zur Behandlung von Patienten mit seltenen, aber schweren progeroiden Laminopathien erleichtern.

Schlüsselwörter: 3D-Struktur Alterungsstörungen Kontaktstellen Lamin Kernstruktur.


Von adaptiv zu maladaptiv

Nesse argumentiert, dass die Evolutionstheorie therapeutische Durchbrüche fördern könnte, indem sie eine solide theoretische Grundlage für die Psychiatrie bietet. Er postuliert, dass es auch dazu beitragen könnte, Menschen davon abzuhalten, psychiatrische Symptome mit Krankheiten gleichzusetzen und extreme Emotionen wie Angstzustände als Störungen zu betrachten. Nesse weist auch darauf hin, dass psychische Erkrankungen aus der Störung von Regulatoren resultieren könnten, die das Gleichgewicht im Körper aufrechterhalten, wie zum Beispiel das endokrine System. Die normalerweise adaptive Funktion von Gedanken und Emotionen könnte in solchen Fällen maladaptiv werden.

Der zukünftige Erfolg der klinischen Psychiatrie könnte davon abhängen, dass ein evolutionärer Rahmen in die Analyse der gesamten Genomsequenzdaten integriert wird. Dies könnte helfen, Mutationen zu identifizieren, die Menschen für psychische Erkrankungen anfällig machen. Angesichts der geringen Beiträge einzelner Gene und der unterschiedlichen beteiligten Mechanismen wird dies eine Analyse des Genoms von Hunderttausenden von Menschen erfordern. Als Ergebnis der weitreichenden und oft paradoxen Verschränkung genetischer Netzwerke könnten zukünftige Behandlungen notwendigerweise erfordern, dass mentale Schaltkreise konstruiert werden, um sie von fest verdrahteten evolutionären Zwängen zu befreien.

In Theodizee (1710) argumentierte der deutsche Philosoph Gottfried Leibniz, dass Gott, der allwissend ist, die beste aller möglichen Welten geschaffen haben muss. (Fünfzig Jahre später, in seinem Roman Kandidat, Voltaire verspottete Leibniz als Doktor Pangloss, der meinte, dass Fehler in der Welt notwendig sind, wie kontrastierende Schatten in einem Gemälde.)

Abgesehen von ironischen Lesarten könnte sich nun zeigen, dass der Optimismus des Philosophen in der zeitgenössischen Wissenschaft ein rationales Echo hat. Wie Gute Gründe für schlechte Gefühle Kühn postuliert, tragen viele der dysfunktionalen Kernkomponenten psychischer Erkrankungen letztendlich dazu bei, uns menschlich zu machen.


Kryo-EM-Struktur und biochemische Analyse zeigen die Grundlage des funktionellen Unterschieds zwischen humanem PI3KC3-C1 und -C2

Phosphatidylinositol-3-phosphat (PI3P) spielt eine wesentliche Rolle beim vesikulären Handel, der Organellenbiogenese und der Autophagie. Bei Säugetieren wurden zwei Klasse-III-Phosphatidylinositol-3-Kinase-Komplexe (PI3KC3) identifiziert, der ATG14L-Komplex (PI3KC3-C1) und der UVRAG-Komplex (PI3KC3-C2). PI3KC3-C1 ist entscheidend für die Autophagosomen-Biogenese und PI3KC3-C2 ist an verschiedenen Membrantransportereignissen beteiligt. Hier berichten wir über die Kryo-EM-Strukturen von humanem PI3KC3-C1 und PI3KC3-C2 bei Sub-Nanometer-Auflösung. Die beiden Strukturen teilen eine gemeinsame L-förmige Gesamtarchitektur mit unterschiedlichen Merkmalen. Die EM-Untersuchung ergab, dass PI3KC3-C1 auf Lipid-Monoschichten "aufsteht", wobei die ATG14L-BATs-Domäne und die VPS34-C-terminale Domäne (CTD) die Membran direkt kontaktieren. Die biochemische Dissektion zeigte, dass die ATG14L-BATs-Domäne für die Membranverankerung verantwortlich ist, während die CTD von VPS34 die Orientierung bestimmt. Darüber hinaus bindet PI3KC3-C2 viel schwächer als PI3KC3-C1 sowohl an PI-haltige Liposomen als auch an gereinigte Vesikel des endoplasmatischen Retikulums (ER), eine Eigenschaft, die spezifisch durch die ATG14L-BATs-Domäne bestimmt wird. Die In-vivo-ER-Lokalisierungsanalyse zeigte, dass die BATs-Domäne für die ER-Lokalisierung von PI3KC3 erforderlich war. Wir schlagen vor, dass die unterschiedliche Lipidbindungskapazität der Schlüsselfaktor ist, der die Funktionen von PI3KC3-C1 und PI3KC3-C2 in der Autophagie unterscheidet.

Figuren

Reinigung und Rekonstruktion von C1…

Reinigung und Rekonstruktion von C1 und C2. (EIN) Domänenorganisation von ATG14L und…

Atommodellbau und -analyse…

Atommodellbau und Analyse von C1 und C2. (EIN , C) Die…

Membranbindungsorientierung von C1.…

Membranbindungsorientierung von C1. (EIN) Orientierung von C1 auf Kohlenstoffschichten. Die…

Die BATs-Domäne bestimmt die…

Die BATs-Domäne bestimmt die ER-Bindungskapazität von PI3KC3-Komplexen in vitro .…


Inhalt

Der Begriff der Dominanz wurde von Gregor Johann Mendel eingeführt. Obwohl Mendel, "Der Vater der Genetik", den Begriff erstmals in den 1860er Jahren verwendete, war er bis Anfang des 20. Jahrhunderts nicht allgemein bekannt. Mendel beobachtete, dass es für eine Vielzahl von Merkmalen von Gartenerbsen, die mit dem Aussehen von Samen, Samenkapseln und Pflanzen zu tun haben, zwei verschiedene Phänotypen gab, wie runde vs. runzlige Samen, gelbe vs. grüne Samen, rote vs. weiße Blüten oder hohe gegen kurze pflanzen. Wenn sie getrennt gezüchtet wurden, produzierten die Pflanzen Generation für Generation immer die gleichen Phänotypen. Wenn jedoch Linien mit unterschiedlichen Phänotypen gekreuzt (gekreuzt) wurden, zeigte sich bei den Nachkommen nur einer der elterlichen Phänotypen (grün oder rund oder rot oder groß). Wenn diese Hybridpflanzen jedoch gekreuzt wurden, zeigten die Nachkommenpflanzen die beiden ursprünglichen Phänotypen in einem charakteristischen Verhältnis von 3:1, wobei der häufigere Phänotyp der der Elternhybridpflanzen war. Mendel argumentierte, dass jeder Elternteil in der ersten Kreuzung für verschiedene Allele homozygot war (ein Elternteil AA und der andere Elternteil aa), dass jeder ein Allel zu den Nachkommen beitrug, mit dem Ergebnis, dass alle diese Hybriden heterozygot (Aa) waren und dass eines der beiden Allele in der Hybridkreuzung die Expression des anderen dominiert: A maskiert a. Die endgültige Kreuzung zwischen zwei Heterozygoten (Aa X Aa) würde AA-, Aa- und aa-Nachkommen in einem 1:2:1 Genotypverhältnis hervorbringen, wobei die ersten beiden Klassen den (A) Phänotyp und die letzte den (a) Phänotyp zeigen , wodurch das Phänotypverhältnis von 3:1 erzeugt wird.

Mendel verwendete nicht die Begriffe Gen, Allel, Phänotyp, Genotyp, homozygot und heterozygot, die alle später eingeführt wurden. Er führte die Schreibweise von Groß- und Kleinbuchstaben für dominante bzw. rezessive Allele ein, die noch heute verwendet werden.

Im Jahr 1928 schlug der britische Populationsgenetiker Ronald Fisher vor, dass die Dominanz auf der natürlichen Selektion durch den Beitrag modifizierender Gene beruht. 1929 antwortete der amerikanische Genetiker Sewall Wright mit der Feststellung, dass Dominanz einfach eine physiologische Folge von Stoffwechselwegen und der relativen Notwendigkeit des betreffenden Gens sei. Wrights Erklärung wurde zu einer etablierten Tatsache in der Genetik, und die Debatte wurde weitgehend beendet. Die Dominanz einiger Merkmale kann jedoch durch evolutionäre Mechanismen beeinflusst werden. [4] [5] [6]

Chromosomen, Gene und Allele Bearbeiten

Die meisten Tiere und einige Pflanzen haben gepaarte Chromosomen und werden als diploid beschrieben. Sie haben zwei Versionen jedes Chromosoms, eine von der Eizelle der Mutter und die andere von den Spermien des Vaters, die als Gameten bekannt sind, als haploid beschrieben und durch Meiose erzeugt werden. Diese Gameten verschmelzen dann während der Befruchtung während der sexuellen Fortpflanzung zu einer neuen einzelligen Zygote, die sich mehrmals teilt, was zu einem neuen Organismus mit der gleichen Anzahl von Chromosomenpaaren in jeder (Nicht-Gameten-)Zelle wie seine Eltern führt.

Jedes Chromosom eines passenden (homologen) Paares ist dem anderen strukturell ähnlich und hat eine sehr ähnliche DNA-Sequenz (Loci, singulärer Locus). Die DNA in jedem Chromosom funktioniert als eine Reihe von diskreten Genen, die verschiedene Merkmale beeinflussen. Somit hat jedes Gen auch ein entsprechendes Homolog, das in verschiedenen Versionen, den sogenannten Allelen, existieren kann. Die Allele am gleichen Locus auf den beiden homologen Chromosomen können identisch oder unterschiedlich sein.

Die Blutgruppe eines Menschen wird durch ein Gen bestimmt, das eine A-, B-, AB- oder O-Blutgruppe erzeugt und sich im langen Arm von Chromosom 9 befindet. Es gibt drei verschiedene Allele, die an diesem Locus vorhanden sein könnten, aber nur zwei können in jedem Individuum vorhanden sein, eines von ihrer Mutter und eines von ihrem Vater. [7]

Wenn zwei Allele eines bestimmten Gens identisch sind, wird der Organismus als homozygot bezeichnet und als homozygot in Bezug auf dieses Gen bezeichnet, wenn stattdessen die beiden Allele unterschiedlich sind, der Organismus heterozygot und heterozygot ist. Die genetische Ausstattung eines Organismus, entweder an einem einzelnen Locus oder über alle seine Gene zusammen, wird als Genotyp bezeichnet. Der Genotyp eines Organismus beeinflusst direkt und indirekt seine molekularen, physikalischen und anderen Merkmale, die einzeln oder zusammen als Phänotyp bezeichnet werden. An heterozygoten Genorten interagieren die beiden Allele, um den Phänotyp zu erzeugen.

Komplette Dominanz Bearbeiten

Bei vollständiger Dominanz überdeckt die Wirkung eines Allels in einem heterozygoten Genotyp die Wirkung des anderen vollständig. Das Allel, das den anderen maskiert, heißt Dominant zu letzterem, und das maskierte Allel heißt rezessiv zum ehemaligen. [8] Vollständige Dominanz bedeutet daher, dass der Phänotyp des Heterozygoten nicht von dem des dominanten Homozygoten zu unterscheiden ist.

Ein klassisches Beispiel für Dominanz ist die Vererbung der Samenform (Erbsenform) bei Erbsen. Erbsen können rund sein (assoziiert mit Allel R) oder faltig (assoziiert mit Allel R). Dabei sind drei Kombinationen von Allelen (Genotypen) möglich: RR und rr sind homozygot und Rr ist heterozygot. Die RR Individuen haben runde Erbsen und die rr Einzelpersonen haben zerknitterte Erbsen. In Rr Einzelpersonen die R Allel maskiert die Anwesenheit des R Allel, so dass diese Individuen auch runde Erbsen haben. Somit ist Allel R ist vollständig dominant gegenüber Allel R, und Allel R ist rezessiv gegenüber Allel R.

Unvollständige Dominanz Bearbeiten

Unvollständige Dominanz (auch genannt teilweise Dominanz, Halbdominanz oder Zwischenvererbung) tritt auf, wenn sich der Phänotyp des heterozygoten Genotyps von den Phänotypen der homozygoten Genotypen unterscheidet und oft dazwischen liegt. Zum Beispiel ist die Blütenfarbe Löwenmaul entweder für Rot oder Weiß homozygot. Wenn die rote homozygote Blume mit der weißen homozygoten Blume gepaart wird, ergibt das Ergebnis eine rosa Löwenmaulblume. Der rosa Löwenmaul ist das Ergebnis einer unvollständigen Dominanz. Eine ähnliche Art von unvollständiger Dominanz findet sich bei der Vier-Uhr-Pflanze, bei der rosa Farbe erzeugt wird, wenn reinrassige Eltern mit weißen und roten Blüten gekreuzt werden. In der quantitativen Genetik, wo Phänotypen gemessen und numerisch behandelt werden, wird gesagt, dass der Phänotyp, wenn der Phänotyp eines Heterozygoten (numerisch) genau zwischen dem der beiden Homozygoten liegt, aufweist keine Dominanz überhaupt, d.h. Dominanz besteht nur dann, wenn das Phänotyp-Maß des Heterozygoten näher bei einem Homozygoten liegt als dem anderen.

Wenn Pflanzen der F1 Generation sind selbstbestäubend, das phänotypische und genotypische Verhältnis der F2 Generation wird 1:2:1 (Rot:Rosa:Weiß) sein. [9]

Co-Dominanz Bearbeiten

Co-Dominanz tritt auf, wenn die Beiträge beider Allele im Phänotyp sichtbar sind.

Zum Beispiel werden im ABO-Blutgruppensystem chemische Modifikationen an einem Glykoprotein (dem H-Antigen) auf der Oberfläche von Blutzellen von drei Allelen kontrolliert, von denen zwei kodominant zueinander sind (NS , Ich B ) und dominant gegenüber den rezessiven ich am ABO-Locus. Die NS und Ich B Allele erzeugen unterschiedliche Modifikationen. Das Enzym kodiert für by NS fügt einem membrangebundenen H-Antigen ein N-Acetylgalactosamin hinzu. Die Ich B Enzym fügt eine Galaktose hinzu. Die ich Allel erzeugt keine Modifikation. Und so kam es dass der NS und Ich B Allele sind jeweils dominant gegenüber ich (Ich A Ich A und Ich A ich Personen haben beide Blutgruppe A und Ich B Ich B und Ich B ich Personen haben beide Blutgruppe B), aber Ich A Ich B Individuen haben beide Modifikationen ihrer Blutzellen und haben somit Blut der Blutgruppe AB, so dass die NS und Ich B Allele werden als kodominant bezeichnet.

Ein weiteres Beispiel tritt am Locus für die Beta-Globin-Komponente des Hämoglobins auf, wo die drei molekularen Phänotypen von HbA /HbA , HbA /HbS , und HbS /HbS sind alle durch Proteinelektrophorese unterscheidbar. (Der durch den heterozygoten Genotyp hervorgerufene medizinische Zustand wird als Sichelzellen-Eigenschaft und ist ein milderer Zustand unterscheidbar von Sichelzellenanämie, so zeigen die Allele unvollständige Dominanz bezüglich Anämie, siehe oben). Für die meisten Genloci auf molekularer Ebene werden beide Allele kodominant exprimiert, da beide in RNA transkribiert werden.

Co-Dominanz, bei der allelische Produkte im Phänotyp koexistieren, unterscheidet sich von unvollständiger Dominanz, bei der die quantitative Interaktion von Allel-Produkten einen intermediären Phänotyp erzeugt. In der Co-Dominanz werden beispielsweise eine rote homozygote Blume und eine weiße homozygote Blume Nachkommen mit roten und weißen Flecken hervorbringen. Wenn Pflanzen der F1-Generation selbstbestäubt werden, beträgt das phänotypische und genotypische Verhältnis der F2-Generation 1:2:1 (Rot:Gepunktet:Weiß). Diese Verhältnisse sind die gleichen wie bei unvollständiger Dominanz. Auch hier ist diese klassische Terminologie unangemessen – in Wirklichkeit sollte man in solchen Fällen überhaupt nicht von Dominanz sprechen.

Umgang mit häufigen Missverständnissen Bearbeiten

Während es oft bequem ist, über a . zu sprechen rezessives Allel oder ein dominantes Merkmal, Dominanz ist weder einem Allel noch seinem Phänotyp inhärent. Dominanz ist eine Beziehung zwischen zwei Allelen eines Gens und ihren assoziierten Phänotypen. Ein "dominantes" Allel ist dominant für ein bestimmtes Allel desselben Gens, das aus dem Kontext abgeleitet werden kann, aber es kann für ein drittes Allel rezessiv und für ein viertes kodominant sein. In ähnlicher Weise ist ein "rezessives" Merkmal ein Merkmal, das mit einem bestimmten rezessiven Allel verbunden ist, das durch den Kontext impliziert wird, aber dieses gleiche Merkmal kann in einem anderen Kontext auftreten, wo es auf ein anderes Gen und ein dominantes Allel zurückzuführen ist.

Dominanz hat nichts mit der Natur des Phänotyps selbst zu tun, d. h. ob er als „normal“ oder „anomal“, „standard“ oder „nicht standardisiert“, „gesund“ oder „krank“, „stärker“ oder „schwächer“ angesehen wird. “ oder mehr oder weniger extrem. Ein dominantes oder rezessives Allel kann für jeden dieser Merkmalstypen verantwortlich sein.

Dominanz bestimmt nicht, ob ein Allel schädlich, neutral oder vorteilhaft ist. Die Selektion muss jedoch indirekt über Phänotypen auf Gene wirken, und Dominanz beeinflusst die Exposition von Allelen in Phänotypen und damit die Änderungsrate der Allelfrequenzen unter Selektion. Schädliche rezessive Allele können in einer Population mit geringer Häufigkeit bestehen bleiben, wobei die meisten Kopien in Heterozygoten übertragen werden, ohne dass diese Personen Kosten dafür haben. Diese seltenen Rezessiven sind die Grundlage für viele erbliche Erbkrankheiten.

Dominanz ist auch unabhängig von der Verteilung der Allele in der Bevölkerung. Sowohl dominante als auch rezessive Allele können extrem häufig oder extrem selten sein.

In der Genetik begannen Symbole als algebraische Platzhalter. Wenn ein Allel gegenüber einem anderen dominant ist, besteht die älteste Konvention darin, das dominante Allel mit einem Großbuchstaben zu symbolisieren. Dem rezessiven Allel wird derselbe Buchstabe in Kleinbuchstaben zugeordnet. Im Erbsenbeispiel ist es, sobald die Dominanzbeziehung zwischen den beiden Allelen bekannt ist, möglich, das dominante Allel, das eine runde Form erzeugt, durch einen Großbuchstaben zu kennzeichnen R, und das rezessive Allel, das eine faltige Form durch ein Kleinbuchstabensymbol erzeugt R. Dann werden die homozygot dominanten, heterozygoten und homozygot rezessiven Genotypen geschrieben RR, Rr, und rr, bzw. Es wäre auch möglich, die beiden Allele als W und w, und die drei Genotypen WW, Ww, und ww, von denen die ersten beiden runde Erbsen und die dritte Runzelerbsen produzierten. Die Wahl des "R" oder "W" als Symbol für das dominante Allel präjudiziert nicht, ob das Allel, das den "runden" oder "faltigen" Phänotyp verursacht, wenn es homozygot ist, das dominante ist.

Ein Gen kann mehrere Allele haben. Jedes Allel wird durch das Locus-Symbol gefolgt von einem einzigartigen hochgestellten Zeichen symbolisiert. Bei vielen Arten wird das häufigste Allel in der Wildpopulation als Wildtyp-Allel bezeichnet. Es wird mit einem + als hochgestelltem Zeichen symbolisiert. Andere Allele sind dominant oder rezessiv gegenüber dem Wildtyp-Allel. Bei rezessiven Allelen ist das Locus-Symbol in Kleinbuchstaben. Bei Allelen mit einem beliebigen Dominanzgrad gegenüber dem Wildtyp-Allel ist der erste Buchstabe des Locus-Symbols in Großbuchstaben. Hier sind zum Beispiel einige der Allele an der ein Lokus der Labormaus, Muskulatur: Ein ja , dominantes Gelb ein + , Wildtyp und ein bt , Schwarz und gebraeunt. Die ein bt Allel ist rezessiv gegenüber dem Wildtyp-Allel, und die Ein ja Allel ist mit dem Wildtyp-Allel kodominant. Die Ein ja Allel ist auch kodominant zu dem ein bt Allel, aber zeigt, dass die Beziehung über die Grenzen der Regeln für die genetische Nomenklatur von Mäusen hinausgeht.

Die Regeln der genetischen Nomenklatur haben sich mit der Komplexität der Genetik weiterentwickelt. Ausschüsse haben die Regeln für einige Arten standardisiert, aber nicht für alle. Regeln für eine Art können etwas von den Regeln für eine andere Art abweichen. [10] [11]

Mehrere Allele Bearbeiten

Obwohl jedes Individuum eines diploiden Organismus höchstens zwei verschiedene Allele an einem beliebigen Locus hat (außer bei Aneuploidien), existieren die meisten Gene in einer großen Anzahl von Allelversionen in der Gesamtpopulation. Wenn die Allele unterschiedliche Auswirkungen auf den Phänotyp haben, können ihre Dominanzbeziehungen manchmal als Serie beschrieben werden.

Beispielsweise wird die Fellfarbe bei Hauskatzen durch eine Reihe von Allelen des TYR Gen (das das Enzym Tyrosinase kodiert). Die Allele C, c b , c s , und c a (Vollfarbe, Burmese, Siamese bzw. Albino) produzieren unterschiedliche Pigmente und damit unterschiedliche Farbverdünnungen. Die C Allel (Vollfarbe) ist über die letzten drei vollständig dominant und die c a Allel (Albino) ist gegenüber den ersten drei vollständig rezessiv. [12] [13] [14]

Autosomal gegen geschlechtsgebundene Dominanz Bearbeiten

Beim Menschen und anderen Säugetierarten wird das Geschlecht durch zwei Geschlechtschromosomen bestimmt, die als X-Chromosom und Y-Chromosom bezeichnet werden. Menschliche Frauen sind typischerweise XX Männer sind typischerweise XY. Die verbleibenden Chromosomenpaare kommen bei beiden Geschlechtern vor und werden aufgrund der Loci auf diesen Chromosomen als autosomal bezeichnet. genetische Merkmale werden als autosomal bezeichnet und können dominant oder rezessiv sein. Genetische Merkmale der x und Ja Chromosomen werden als geschlechtsgebunden bezeichnet, weil sie mit Geschlechtschromosomen verbunden sind, nicht weil sie für das eine oder andere Geschlecht charakteristisch sind. In der Praxis bezieht sich der Begriff fast immer auf x-verbundene Merkmale und sehr viele solcher Merkmale (wie z. B. Rot-Grün-Sehschwäche) werden nicht durch das Geschlecht beeinflusst. Weibchen haben zwei Kopien von jedem Genort auf dem X-Chromosom, genau wie bei den Autosomen, und es gelten die gleichen Dominanzverhältnisse. Männer haben jedoch nur eine Kopie jedes X-Chromosom-Genlocus und werden für diese Gene als hemizygot beschrieben. Das Y-Chromosom ist viel kleiner als das x, und enthält einen viel kleineren Satz von Genen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf solche, die die "Männlichkeit" beeinflussen, wie das SRY-Gen für den Hoden-Bestimmungsfaktor. Dominanzregeln für geschlechtsgebundene Genloci werden durch ihr Verhalten beim Weibchen bestimmt: Da das Männchen nur ein Allel besitzt (außer bei bestimmten Arten der Y-Chromosomen-Aneuploidie), wird dieses Allel immer exprimiert, unabhängig davon, ob es dominant ist oder rezessiv. Vögel haben gegensätzliche Geschlechtschromosomen: männliche Vögel haben ZZ- und weibliche Vögel ZW-Chromosomen. Die Vererbung von Merkmalen erinnert jedoch an das XY-System, ansonsten können männliche Zebrafinken ein Weißfärbungsgen in ihrem einen von zwei Z-Chromosomen tragen, aber Weibchen entwickeln immer eine Weißfärbung. Heuschrecken haben ein XO-System. Weibchen haben XX, aber Männchen nur X. Es gibt überhaupt kein Y-Chromosom.

Epistase Bearbeiten

Epistase ["epi + Stase = oben sitzen"] ist eine Interaktion zwischen Allelen bei zwei unterschiedlich Genloci, die ein einzelnes Merkmal beeinflussen, das manchmal einer Dominanz-Interaktion zwischen zwei ähneln kann unterschiedlich Allele an der gleich Ort. Epistase modifiziert das charakteristische 9:3:3:1-Verhältnis, das für zwei nicht epistatische Gene erwartet wird. Für zwei Loci werden 14 Klassen epistatischer Interaktionen erkannt. Als Beispiel für rezessive Epistase, kann ein Genort bestimmen, ob ein Blütenpigment gelb ist (AA oder Aa) oder grün (aa), während ein anderer Ort bestimmt, ob das Pigment produziert wird (BB oder Bb) oder nicht (bb). In einem bb Pflanze, die Blüten sind weiß, unabhängig vom Genotyp des anderen Locus als AA, Aa, oder aa. Die bb Kombination ist nicht dominant für die EIN Allel: eher das B Gen zeigt rezessive Epistase zum EIN Gen, weil die B Locus, wenn homozygot für die rezessiv Allel (bb) unterdrückt die phänotypische Expression des EIN Ort. In einer Kreuzung zwischen zwei AaBb Pflanzen, dies erzeugt eine Eigenschaft 9:3:4 Verhältnis, in diesem Fall gelb : grün : weiße Blüten.

In dominante Epistase, kann ein Genort gelbes oder grünes Pigment wie im vorherigen Beispiel bestimmen: AA und Aa sind gelb, und aa sind grün. Ein zweiter Locus bestimmt, ob ein Pigmentvorläufer produziert wird (dd) oder nicht (DD oder Dd). Hier, in a DD oder Dd Pflanze werden die Blüten unabhängig vom Genotyp farblos sein EIN Locus, wegen der epistatischen Wirkung der dominanten D Allel. Also in einer Kreuzung zwischen zwei AaAdd Pflanzen, 3/4 der Pflanzen sind farblos und die gelben und grünen Phänotypen werden nur in dd Pflanzen. Dadurch entsteht eine Charakteristik 12:3:1 Verhältnis von Weiß: Gelb: Grüne Pflanzen.

Ergänzende Epistase tritt auf, wenn zwei Loci denselben Phänotyp beeinflussen. Zum Beispiel, wenn Pigmentfarbe von CC oder CC aber nicht cc, und von DD oder Dd aber nicht dd, dann wird Pigment in keiner genotypischen Kombination mit beiden produziert cc oder dd. Das ist, beide Loci müssen mindestens ein dominantes Allel haben, um den Phänotyp zu erzeugen. Dadurch entsteht eine Charakteristik 9:7 Verhältnis von pigmentierten zu unpigmentierten Pflanzen. Komplementäre Epistase erzeugt dagegen genau dann eine unpigmentierte Pflanze, wenn der Genotyp cc und dd, und das charakteristische Verhältnis ist 15:1 zwischen pigmentierten und unpigmentierten Pflanzen. [fünfzehn]

Die klassische Genetik betrachtet epistatische Interaktionen zwischen zwei Genen gleichzeitig. Aus der Molekulargenetik ist nun ersichtlich, dass alle Genloci an komplexen Interaktionen mit vielen anderen Genen beteiligt sind (z .

Hardy-Weinberg-Prinzip (Abschätzung der Trägerfrequenz) Bearbeiten

Die Häufigkeit des heterozygoten Zustands (der Trägerzustand für ein rezessives Merkmal ist) kann mit der Hardy-Weinberg-Formel abgeschätzt werden: p 2 + 2 pq + q 2 = 1 +2pq+q^ <2>=1>

Diese Formel gilt für ein Gen mit genau zwei Allelen und setzt die Häufigkeiten dieser Allele in einer großen Population mit den Häufigkeiten ihrer drei Genotypen in dieser Population in Beziehung.

Zum Beispiel, wenn P ist die Häufigkeit des Allels EIN, und Q ist die Häufigkeit des Allels ein dann die bedingungen P 2 , 2pq, und Q 2 sind die Häufigkeiten der Genotypen AA, Aa und aa bzw. Da das Gen nur zwei Allele hat, müssen alle Allele entweder EIN oder ein und P + Q = 1 . Nun, wenn EIN ist völlig dominant zu ein dann die Häufigkeit des Trägergenotyps Aa kann nicht direkt beobachtet werden (da es die gleichen Merkmale wie der homozygote Genotyp hat) AA), kann jedoch aus der Häufigkeit des rezessiven Merkmals in der Population abgeschätzt werden, da diese mit der des homozygoten Genotyps identisch ist aa. d.h. die einzelnen Allelfrequenzen können abgeschätzt werden: Q = √ f (aa) , P = 1 − Q , und daraus lässt sich die Häufigkeit des Trägergenotyps ableiten: f (Aa) = 2pq .

Diese Formel beruht auf einer Reihe von Annahmen und einer genauen Schätzung der Häufigkeit des rezessiven Merkmals. Im Allgemeinen wird jede reale Situation bis zu einem gewissen Grad von diesen Annahmen abweichen und entsprechende Ungenauigkeiten in die Schätzung einbringen. Wenn das rezessive Merkmal selten ist, wird es schwierig sein, seine Häufigkeit genau abzuschätzen, da eine sehr große Stichprobengröße erforderlich ist.

Dominant versus vorteilhaft Bearbeiten

Die Eigenschaft „dominant“ wird manchmal mit dem Begriff „vorteilhaft“ und die Eigenschaft „rezessiv“ manchmal mit dem Begriff „schädlich“ verwechselt, aber die Phänomene sind unterschiedlich. Dominanz beschreibt den Phänotyp von Heterozygoten im Hinblick auf die Phänotypen der Homozygoten und ohne Rücksicht darauf, inwieweit verschiedene Phänotypen vorteilhaft oder schädlich sein können. Da viele genetische Krankheitsallele rezessiv sind und das Wort Dominanz eine positive Konnotation hat, wird oft davon ausgegangen, dass der dominante Phänotyp hinsichtlich Fitness überlegen ist. Dies ist jedoch, wie unten erörtert, nicht gewährleistet, während die meisten genetischen Krankheitsallele schädlich und rezessiv sind, aber nicht alle genetischen Krankheiten sind rezessiv.

Dennoch war diese Verwirrung in der gesamten Geschichte der Genetik allgegenwärtig und besteht bis heute. Diese Verwirrung anzugehen war einer der Hauptgründe für die Veröffentlichung des Hardy-Weinberg-Prinzips.

Die molekulare Grundlage der Dominanz war Mendel unbekannt. Es versteht sich nun, dass ein Genort eine lange Reihe (Hunderte bis Tausende) von Basen oder Nukleotiden von Desoxyribonukleinsäure (DNA) an einem bestimmten Punkt auf einem Chromosom umfasst. Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass „DNA macht RNA macht Protein", das heißt, DNA wird transkribiert, um eine RNA-Kopie zu erstellen, und RNA wird translatiert, um ein Protein herzustellen. Bei diesem Prozess können verschiedene Allele an einem Locus transkribiert werden oder nicht, und wenn sie transkribiert werden, können sie in leicht unterschiedliche Versionen übersetzt werden des gleichen Proteins (sogenannte Isoformen). Proteine ​​fungieren oft als Enzyme, die chemische Reaktionen in der Zelle katalysieren, die direkt oder indirekt Phänotypen erzeugen. In jedem diploiden Organismus können die DNA-Sequenzen der beiden Allele, die an jedem Genort vorhanden sind, identisch sein ( homozygot) oder verschieden (heterozygot). Selbst wenn der Genlocus auf der Ebene der DNA-Sequenz heterozygot ist, können die von jedem Allel hergestellten Proteine ​​identisch sein. Wenn kein Unterschied zwischen den Proteinprodukten besteht, kann von keinem Allel gesagt werden dominant sein (siehe Co-Dominanz, Oben). Auch wenn die beiden Proteinprodukte leicht unterschiedlich sind (Allozyme), ist es wahrscheinlich, dass sie den gleichen Phänotyp in Bezug auf die Enzymwirkung erzeugen, und auch hier kann keines der Allel als dominant bezeichnet werden.

Funktionsverlust und Haplosuffizienz Bearbeiten

Dominanz tritt typischerweise auf, wenn eines der beiden Allele auf molekularer Ebene nicht funktionsfähig ist, dh nicht transkribiert wird oder sonst kein funktionelles Proteinprodukt produziert. Dies kann das Ergebnis einer Mutation sein, die die DNA-Sequenz des Allels verändert. [ Zitat benötigt ] Ein Organismus, der für das nicht-funktionelle Allel homozygot ist, zeigt im Allgemeinen aufgrund des Fehlens des Proteinprodukts einen charakteristischen Phänotyp. Bei Menschen und anderen Organismen entsteht beispielsweise die unpigmentierte Haut des Albino-Phänotyps [16], wenn ein Individuum homozygot für ein Allel ist, das eine nicht funktionelle Version eines Enzyms kodiert, das zur Produktion des Hautpigments Melanin benötigt wird. Es ist wichtig zu verstehen, dass es nicht die fehlende Funktion ist, die es erlaubt, das Allel als rezessiv zu bezeichnen, sondern die Interaktion mit dem alternativen Allel in der Heterozygoten. Drei allgemeine Arten der Interaktion sind möglich:

  1. Im typischen Fall produziert das einzelne funktionelle Allel ausreichend Protein, um einen Phänotyp zu erzeugen, der mit dem des Homozygoten identisch ist: Dies wird als . bezeichnet Haplosuffizienz. Angenommen, die Standardmenge an Enzym, die in einem funktionellen Homozygoten produziert wird, beträgt 100 %, wobei die beiden funktionellen Allele jeweils 50 % beitragen. Das einzelne funktionelle Allel im Heterozygoten produziert 50 % der Standardmenge an Enzym, die ausreicht, um den Standardphänotyp zu erzeugen. Wenn der Heterozygote und der Homozygote mit funktionellem Allel identische Phänotypen aufweisen, ist das funktionelle Allel gegenüber dem nichtfunktionellen Allel dominant. Dies geschieht am Albino-Genlocus: Der Heterozygote produziert genügend Enzym, um den Pigmentvorläufer in Melanin umzuwandeln, und das Individuum hat eine Standardpigmentierung.
  2. Seltener ergibt das Vorhandensein eines einzelnen funktionellen Allels einen Phänotyp, der nicht normal, aber weniger schwerwiegend ist als der des nicht-funktionellen Homozygoten. Dies tritt auf, wenn das funktionelle Allel nicht haplo-ausreichend ist. In diesen Fällen werden typischerweise die Begriffe Haplo-Insuffizienz und unvollständige Dominanz verwendet. Die intermediäre Wechselwirkung tritt auf, wenn der heterozygote Genotyp ein Phänotyp-Intermediat zwischen den beiden Homozygoten erzeugt. Je nachdem, welchem ​​der beiden Homozygoten der Heterozygote am ähnlichsten ist, soll ein Allel zeigen unvollständige Dominanz über dem anderen. Zum Beispiel beim Menschen die Hb Genlocus ist für das Beta-Kettenprotein (HBB) verantwortlich, das eines der beiden Globinproteine ​​ist, aus denen der Blutfarbstoff Hämoglobin besteht. [16] Viele Menschen sind homozygot für ein Allel namens Hb A manche Personen tragen ein alternatives Allel namens Hb S , entweder als Homozygote oder Heterozygote. Die Hämoglobinmoleküle von Hb S /Hb S Homozygote unterliegen einer Formveränderung, die die Morphologie der roten Blutkörperchen verzerrt und eine schwere, lebensbedrohliche Form der Anämie namens Sichelzellenanämie verursacht. Personen heterozygot Hb A /Hb S für dieses Allel haben eine viel weniger schwere Form der Anämie, die als Sichelzellenmerkmal bezeichnet wird. Da der Krankheitsphänotyp von Hb A /Hb S heterozygoten ist ähnlicher, aber nicht identisch mit dem Hb A /Hb A homozygot, der Hb A Allel soll sein unvollständig dominant zum Hb S Allel.
  3. Selten kann ein einzelnes funktionelles Allel im Heterozygoten unzureichendes Genprodukt für irgendeine Funktion des Gens produzieren, und der Phänotyp ähnelt dem des Homozygoten für das nicht-funktionelle Allel. Dies komplett Haploinsuffizienz ist sehr ungewöhnlich. In diesen Fällen würde man sagen, dass das nicht-funktionelle Allel gegenüber dem funktionellen Allel dominant ist. Diese Situation kann auftreten, wenn das nicht-funktionelle Allel ein defektes Protein produziert, das die richtige Funktion des vom Standardallel produzierten Proteins stört. Die Anwesenheit des defekten Proteins "dominiert" das Standardprotein, und der Krankheitsphänotyp des Heterozygoten ähnelt stärker dem des Homozygoten für zwei defekte Allele. Der Begriff "dominant" wird oft fälschlicherweise auf defekte Allele angewendet, deren homozygoter Phänotyp nicht untersucht wurde, die aber einen deutlichen Phänotyp verursachen, wenn sie heterozygot mit dem normalen Allel sind. Dieses Phänomen tritt bei einer Reihe von Trinukleotid-Repeat-Erkrankungen auf, ein Beispiel ist die Huntington-Krankheit. [17]

Dominant-negative Mutationen Bearbeiten

Viele Proteine ​​sind normalerweise in Form eines Multimers aktiv, eines Aggregats mehrerer Kopien desselben Proteins, das auch als homomultimeres Protein oder homooligomeres Protein bekannt ist. Tatsächlich handelt es sich bei einem Großteil der 83.000 verschiedenen Enzyme aus 9800 verschiedenen Organismen in der BRENDA Enzyme Database [18] um Homooligomere. [19] Wenn die Wildtyp-Version des Proteins zusammen mit einer mutierten Version vorhanden ist, kann ein gemischtes Multimer gebildet werden. Eine Mutation, die zu einem mutierten Protein führt, das die Aktivität des Wildtyp-Proteins im Multimer unterbricht, ist eine dominant-negative Mutation.

Eine dominant-negative Mutation kann in einer menschlichen somatischen Zelle auftreten und der mutierten Zelle einen proliferativen Vorteil verschaffen, was zu ihrer klonalen Expansion führt. Beispielsweise kann eine dominant-negative Mutation in einem Gen, die für den normalen Prozess des programmierten Zelltods (Apoptose) als Reaktion auf DNA-Schäden notwendig ist, die Zelle resistent gegen Apoptose machen. Dies ermöglicht die Proliferation des Klons, selbst wenn ein übermäßiger DNA-Schaden vorhanden ist. Solche dominant-negativen Mutationen treten im Tumorsuppressorgen auf p53. [20] [21] Das P53-Wildtyp-Protein liegt normalerweise als Vier-Protein-Multimer (Oligotetramer) vor. Dominant-negativ p53 Mutationen treten bei einer Reihe verschiedener Krebsarten und Krebsvorstufen auf (z. B. Hirntumore, Brustkrebs, orale Krebsvorstufen und Mundkrebs). [20]

Dominant-negative Mutationen treten auch in anderen Tumorsuppressorgenen auf. Beispielsweise wurden im mutierten (ATM) Gen der Ataxia teleangiectasia zwei dominant-negative Keimbahnmutationen identifiziert, die die Anfälligkeit für Brustkrebs erhöhen. [22] Dominant negative Mutationen des Transkriptionsfaktors C/EBPα können eine akute myeloische Leukämie verursachen. [23] Vererbte dominant negative Mutationen können auch das Risiko für andere Krankheiten als Krebs erhöhen. Dominant-negative Mutationen im Peroxisom-Proliferator-aktivierten Gamma-Rezeptor (PPARγ) werden mit schwerer Insulinresistenz, Diabetes mellitus und Bluthochdruck in Verbindung gebracht. [24]

Dominant-negative Mutationen wurden auch in anderen Organismen als dem Menschen beschrieben. Tatsächlich berichtet die erste Studie über mutiertes Protein die Hemmung der normalen Funktion eines Wildtyp-Proteins in einem gemischten Multimer erfolgte mit dem Bakteriophagen-T4-Schwanzfaserprotein GP37. [25] Mutationen, die ein verkürztes Protein anstelle eines mutierten Proteins voller Länge produzieren, scheinen in den Studien von P53, ATM, C/EBPα und dem Bakteriophagen T4 GP37 den stärksten dominant-negativen Effekt zu haben.

Beim Menschen werden viele genetische Merkmale oder Krankheiten einfach als "dominant" oder "rezessiv" klassifiziert. Vor allem bei sogenannten rezessiven Erkrankungen, die zwar ein Faktor rezessiver Gene sind, aber die zugrunde liegenden molekularen Grundlagen stark vereinfachen und zu Missverständnissen über das Wesen der Dominanz führen können. Die rezessive Erbkrankheit Phenylketonurie (PKU) [26] beispielsweise resultiert aus einer Vielzahl (>60) von Allelen am Genort für das Enzym Phenylalanin-Hydroxylase (PAH). [27] Viele dieser Allele produzieren wenig oder keine PAH, wodurch sich das Substrat Phenylalanin (Phe) und seine Stoffwechselnebenprodukte im Zentralnervensystem anreichern und unbehandelt zu schweren geistigen Behinderungen führen können.

Um diese Nuancen zu veranschaulichen, sind die Genotypen und phänotypischen Konsequenzen von Interaktionen zwischen drei hypothetischen PAH-Allelen in der folgenden Tabelle dargestellt: [28]

Bei nicht betroffenen Personen homozygot für ein funktionelles Standardallel (AA), PAH Aktivität ist Standard (100%) und die Konzentration von Phenylalanin im Blut [Phe] beträgt etwa 60 μM (= μmol/L). Bei unbehandelten Personen homozygot für eines der PKU-Allele (BB), PAH Aktivität ist nahe Null, [Phe] zehn- bis vierzigfacher Standard, und das Individuum manifestiert PKU.

In dem AB heterozygot, PAH Aktivität beträgt nur 30 % (nicht 50 %) der Standard-, Blut-[Phe] ist zweifach erhöht und die Person zeigt keine PKU. Und so kam es dass der EIN Allel ist dominant für die B Allel in Bezug auf PKU, aber die B Allel ist unvollständig dominant gegenüber dem EIN Allel hinsichtlich seiner molekularen Wirkung, Bestimmung von PAH Aktivitätsgrad (0,3% < 30% << 100%). Endlich, das EIN Allel ist eine unvollständige dominante zu B bezüglich [Phe], als 60 &mgr;M < 120 &mgr;M < < < 600 &mgr;M. Beachten Sie noch einmal, dass es für die Dominanzfrage irrelevant ist, dass das rezessive Allel einen extremeren [Phe]-Phänotyp hervorbringt.

Für ein drittes Allel C, ein CC homozygot produziert eine sehr kleine Menge an PAH Enzym, das zu einem etwas erhöhten Gehalt an [Phe] im Blut, eine als Hyperphenylalaninämie bezeichnete Erkrankung, die nicht zu einer geistigen Behinderung führt.

Das heißt, die Dominanzbeziehungen von zwei beliebigen Allelen können je nachdem, welcher Aspekt des Phänotyps betrachtet wird, variieren. Es ist in der Regel sinnvoller, über die phänotypischen Konsequenzen der allelischen Interaktionen zu sprechen, die an jedem Genotyp beteiligt sind, anstatt zu versuchen, sie in dominante und rezessive Kategorien zu zwingen.


Bräunung bei Äpfeln: Erforschung der biochemischen Grundlagen eines leicht beobachtbaren Phänotyps

Viele Obst- und Gemüsesorten werden beim Schneiden bräunlich und das Gewebe wird der Luft ausgesetzt. Dies ist auf die Aktivität des Enzyms Polyphenoloxidase (PPO, EC 1.14.18.1) mit körpereigenen Substraten zurückzuführen. In diesem Laborversuch bereiten die Schüler Scheiben verschiedener Apfelsorten zu und beurteilen die Bräunungsrate. Sie stellen einen einfachen Extrakt aus dem Apfelgewebe her und messen die Aktivität von PPO mit 3,4-Dihydroxy-l-phenylalanin (l-DOPA) als Substrat. Sie bestimmen die Proteinkonzentration des Extrakts mit dem Bradford Coomassie Blue Reagenz und berechnen die spezifische Aktivität von PPO. Schließlich messen die Studenten die Gesamtkonzentration der potentiellen Substrate für PPO mit dem Folin-Ciocalteau-Phenolreagenz unter Verwendung einer Gallussäure-Standardkurve. Durch den Vergleich der Bräunungsneigung der Äpfel, der spezifischen Aktivität von PPO und der Konzentration potenzieller Substrate können sie die biochemische Grundlage des Bräunungsphänotyps beurteilen. Dieses Experiment kann als eine Reihe von wöchentlichen Laborübungen, als intensives einwöchiges Laborprojekt oder als Grundlage einer erweiterten studentischen Forschungsuntersuchung durchgeführt werden. © 2017 von The International Union of Biochemistry and Molecular Biology, 46(1):76-82, 2018.

Schlüsselwörter: Äpfel Melaninbildung phenolische Metaboliten Polyphenoloxidase.


Inhalt

Das biopsychosoziale Modell wurde erstmals 1977 von George L. Engel und Jon Romano von der University of Rochester vorgeschlagen. [1] Im Gegensatz zum biomedizinischen Ansatz strebte Engel einen ganzheitlicheren Ansatz an, indem er erkannte, dass jeder Patient seine eigenen Gedanken hat , Gefühle und Geschichte. [2] [ nicht-primäre Quelle erforderlich ] Bei der Entwicklung des Modells hat Engel dieses Modell sowohl für Krankheiten als auch für psychische Probleme ausgelegt.

Das biopsychosoziale Modell spiegelt die Krankheitsentwicklung durch das komplexe Zusammenspiel von biologischen Faktoren (genetisch, biochemisch etc.), psychologischen Faktoren (Stimmung, Persönlichkeit, Verhalten etc.) und sozialen Faktoren (kulturelle, familiäre, sozioökonomische, medizinische etc.) ). [2] [ nicht-primäre Quelle erforderlich ] [3] [ nicht-primäre Quelle erforderlich ] Zum Beispiel kann eine Person eine genetische Veranlagung für Depressionen haben, aber es müssen soziale Faktoren wie extremer Stress im Beruf und Familienleben und psychologische Faktoren wie perfektionistische Tendenzen vorhanden sein, die alle diesen genetischen Code für Depressionen auslösen. Eine Person kann eine genetische Veranlagung für eine Krankheit haben, aber soziale und kognitive Faktoren müssen die Krankheit auslösen.

Insbesondere revolutionierte Engel das medizinische Denken, indem er eine Trennung von Körper und Geist neu vorschlug. Die Idee des Geist-Körper-Dualismus geht mindestens auf René Descartes zurück, wurde aber während des biomedizinischen Ansatzes vergessen. Engel betonte, dass der biomedizinische Ansatz fehlerhaft sei, weil der Körper allein nicht zur Krankheit beiträgt. [4] Stattdessen spielt die individuelle Psyche (psychologische und soziale Faktoren) eine bedeutende Rolle bei der Entstehung und Behandlung einer Krankheit. Engel schlägt einen Dialog zwischen Patient und Arzt vor, um die effektivste Behandlungslösung zu finden. [5]

Ebenso sind materialistische und reduktionistische Ideen, die mit dem biomedizinischen Modell vorgeschlagen werden, fehlerhaft, weil sie auf zellulärer Ebene nicht verifiziert werden können (nach Engel). [6] Stattdessen konzentriert sich das vorgeschlagene Modell auf die Forschung früherer Psychologen wie Urie Bronfenbrenner, die durch seine Überzeugung bekannt wurde, dass soziale Faktoren eine Rolle bei der Entwicklung von Krankheiten und Verhaltensweisen spielen. Engel benutzte Bronfenbrenners Forschung einfach als eine Säule seines biopsychosozialen Modells und rahmte dieses Modell ein, um Gesundheit in den Mittelpunkt sozialer, psychologischer und biologischer Aspekte zu stellen.

Nach der Veröffentlichung wurde das biopsychosoziale Modell 2002 von der Weltgesundheitsorganisation als Grundlage für die Internationale Funktionsklassifikation (ICF) übernommen. [7]

25 Jahre nach Engels Veröffentlichung wird das biopsychosoziale Modell immer noch weit verbreitet als psychologisches Modell verwendet. Die biologischen, psychologischen und sozialen Kategorien haben sich zu größeren Kategorien erweitert: Insbesondere der soziale Aspekt hat sich durch Ideen wie Spiritualität und Kultur stark erweitert. Auch wenn viele Psychologen dieses Modell nicht vollständig als ihr eigenes akzeptieren, ist es dafür bekannt, drei wichtige Kategorien miteinander zu verbinden. [8] Auch wenn nicht alle Aspekte auf die Situation zutreffen, wird das biopsychosoziale Modell häufig verwendet, um die eigenen Gedanken zu ordnen. Es zeigt, dass die Probleme einer Person alle miteinander verbunden sind und komplexer sein können als bisher angenommen.

George L. Engel, der ursprünglich das biopsychosoziale Modell entwickelt hat, wird oft als Haupttheoretiker des Modells angesehen. Engel nutzte dieses Modell, um eine Alternative zum damals verbreiteteren biomedizinischen Modell anzubieten. Engel glaubte, dass das biopsychosoziale Modell Ärzten ermöglicht, die subjektive Sicht ihrer Patienten auf ihre Krankheit und ihr Leiden besser zu verstehen. [8]

Als Engel das biopsychosoziale Modell zum ersten Mal vorschlug, diente es dem Zweck, Gesundheit und Krankheit besser zu verstehen. Auch wenn diese Anwendung immer noch gilt, ist das Modell für Themen wie Gesundheit, Medizin und Entwicklung relevant. Erstens, wie von Engel vorgeschlagen, hilft es Ärzten, ihren gesamten Patienten besser zu verstehen. Unter Berücksichtigung nicht nur physiologischer und medizinischer Aspekte, sondern auch des psychologischen und soziologischen Wohlbefindens. [8] Darüber hinaus ist dieses Modell eng mit der Gesundheitspsychologie verbunden. Die Gesundheitspsychologie untersucht die wechselseitigen Einflüsse von Biologie, Psychologie, Verhaltens- und Sozialfaktoren auf Gesundheit und Krankheit.

Eine Anwendung des biopsychosozialen Modells in Gesundheit und Medizin bezieht sich auf Schmerzen, so dass mehrere Faktoren außerhalb der Gesundheit einer Person ihre Schmerzwahrnehmung beeinflussen können. Zum Beispiel verband eine Studie aus dem Jahr 2019 genetische und biopsychosoziale Faktoren mit erhöhten postoperativen Schulterschmerzen. [9] Zukünftige Studien sind erforderlich, um die Beziehung zwischen biopsychosozialen Faktoren und Schmerzen zu modellieren und weiter zu untersuchen. [10]

Ebenso relevant sind die Entwicklungsanwendungen dieses Modells. Ein besonderer Vorteil der Anwendung des biopsychosozialen Modells auf die Entwicklungspsychologie besteht darin, dass es eine Schnittmenge innerhalb der Debatte zwischen Natur und Erziehung ermöglicht. Dieses Modell liefert Entwicklungspsychologen eine theoretische Grundlage für das Zusammenspiel erblicher und psychosozialer Faktoren auf die individuelle Entwicklung. [8]

Das biopsychosoziale Modell wurde mehrfach kritisiert. [11] [12] [13] Benning fasste die Argumente gegen das Modell zusammen, darunter, dass es an philosophischer Kohärenz mangele, unempfindlich gegenüber der subjektiven Erfahrung der Patienten sei, der allgemeinen Systemtheorie nicht treu sei, in der Engel behauptete, sie sei verwurzelt und die sie hervorgebracht habe ein undisziplinierter Eklektizismus, der weder vor der Dominanz noch der Unterrepräsentation einer der drei Bereiche Bio, Psycho oder Soziales schützt. [6] Eine Reihe dieser Kritikpunkte wurden in den letzten Jahren angesprochen. Das BPS-Pathways-Modell beschreibt beispielsweise, wie es möglich ist, biologische, psychologische und soziale Faktoren konzeptionell zu trennen, zu definieren und zu messen und dabei nach detaillierten Zusammenhängen zwischen diesen Faktoren zu suchen. [14]


Biochem 430H – Biochemie-Schreibseminar

This course is the upper-division requirement for BMB majors and focuses on further development of communication skills you will need regardless of your career path after graduation. To be an effective scientific communicator, you need to continue to hone your skills in three dimensions: message (content), presenter (speaker/writer), and audience (reader/listener). Thus, each section of this course will provide support for your continued improvement as a writer/speaker (presenter) and as a reader/listener (audience) using a specific topic (content) in biochemistry and molecular biology. Fulfills Junior Year Writing requirement. This class is open to Biochemistry & Molecular Biology majors only. Prerequisites: Completion of the CW General Education requirements and BIOCHEM 423.

Resources for students enrolled in Biochem 430H:


The Biological Basis of Aggression

One need only pick up the daily newspaper to see how serious a problem violence is in today’s society. Although the incidence of violent behavior in the US has fallen significantly in the past few years, there is still about an 80% chance that a person will be the victim of a violent crime during his or her lifetime. Even more troubling is the trend of increasing violence among the very young. After each school shooting, there is a media blitz of experts searching to explain how and why troubled teens sometimes turn to violence. Much of what they say is the result of research on the psychobiology of aggression, a field that has recently experienced many breakthroughs in identifying correlates of violent behavior. Some researchers claim that we are coming closer to predicting from a brain scan or a blood test whether a person is at risk for committing an act of violence. Ethical complications aside, a closer look at the neurobiology of aggression shows why we are unlikely to find a conclusive test for potential violent behavior. While there are many biological factors associated with aggression, their predictive value remains still quite low.

The first hurdle in researching aggression is how to define it. It is an easier task with animals, who tend to display stereotyped patterns of violence such as killing to gain food or territory. With humans and non-human primates, classifying aggression becomes more difficult because there is complication of intent. Punishment, for example, represents an especially gray area. Should spanking be considered an aggressive act? What about capital punishment? Indeed, almost all acts we consider aggressive have been socially sanctioned by some cultures over the years. To simplify matters, many psychologists and ethologists find it useful to classify aggressive behavior into one of three main categories: (1) predatory aggression, which refers to stalking and killing of other species, (2) social aggression, which is unprovoked aggression that is directed an members of the same species for purposes of establishing dominance, and (3) defensive aggression, which refers to attacks delivered when an animal is cornered by a threatening aggressor. There is evidence from animal studies that suggests the different types of aggression are controlled by different subsets of brain structures within the limbic system, including the amygdala, the septum, and the hypothalamus (figure 1). For example, in the rat, lesions of the lateral septum decrease social aggression but increase predatory aggression, suggesting that neural substrates for offensive and defense aggression are intertwined but separate.

Is it in the Genes?
One of the earliest attempts to link genetics and violent behavior occurred during the 1960s, when researchers thought they had discovered a propensity for violence in men born with an extra Y chromosome. Although the studies attracted a lot of attention at the time, further examination of XYY males revealed that they did not display any particularly violent tendencies. Furthermore, XYY males are extremely rare, and thus the syndrome could not possibly explain the frequency and prevalence of violent behavior around the globe. Scientists agree that there is probably a genetic component to aggression because violent behavior tends to run in families. However, with a complex behavior like aggression, it is especially difficult to separate genetic and environmental contributions. Most likely it is possible to inherit a predisposition to violence, but psychologists also stress that modeling aggressive behavior in the home is the surest method for propagating violence.

A large body of research implicates the amygdala as a key brain structure for mediating violence. One of the first indications that the amygdala might be important for fear and aggression came from Kluver and Bucy’s 1939 descriptions of monkeys who had their temporal lobes removed. They noted that the animals were remarkably tame and showed little fear. Later research indicated that docile behavior associated with Kluver-Bucy syndrome is likely mediated by the amygdala, as selective removal of that structure produced similar effects on fear and aggression. It is also possible to increase aggression through modulation of the amygdala. In animals, electrical stimulation of the amgydala augments all types of aggressive behavior, and there is evidence for a similar reaction in humans. Sniper Charles Whitman, who killed several people from the University Tower at Texas, left a note behind that begged people to examine his brain for possible dysfunction. His autopsy revealed he had a tumor pressing into his amygdala.

“Sniper Charles Whitman, who killed several people from the University Tower at Texas, left a note behind that begged people to examine his brain for possible dysfunction. His autopsy revealed he had a tumor pressing into his amygdala.”

Hormones and Serotonin
Testosterone is another attractive candidate for mediating aggression because males in of all ages, races and cultures are more physically aggressive than their female counterparts. In animals, testosterone is linked to social aggression. Reducing testosterone in the alpha male by castrating him eliminates his dominant social status, and restoring testosterone through injection causes him to regain his social status. However, administering testosterone to males with less social status does not usually allow them to take over the alpha male position, indicating that there is not a direct relationship between testosterone and position in the dominance hierarchy. There is some evidence in humans that high testosterone males are more likely to be socially aggressive, but no evidence that they are necessarily more violent. Often they are successful in professions that thrive on competition, such as successful leading of a company, running for president, or pursuing a sports career. Also, a few psychologists have suggested that females are not necessarily less aggressive than males rather, they display a different kind of aggression. Females are more likely to show non-violent types of aggression such as ostracizing their peers or spreading false rumors with the intent to cause pain. Thus, while there does seem to be a connection between testosterone and physical aggression, a person’s testosterone level will not necessarily be a good predictor of aggressive behavior.

Several lines of converging evidence indicate that the neurotransmitter serotonin plays a key role in mediating aggressive and violent behavior. Mice with a selective knockout of the serotonin 1B receptor show an increase in aggression. Similarly, depleting serotonin levels in vervet monkeys increases their aggressive behavior, whereas augmenting serotonin levels reduces aggression and increases peaceable interactions like grooming. Serotonin has also been implicated in human aggression. For example, pharmacological interventions that augment serotonergic efficacy have been shown to reduce hostile sentiment and violent outbursts in aggressive psychiatric patients. Also, people with a history of impulsively violent behavior, such as arsonists, violent criminals, and people who die by violent methods of suicide show low levels of the serotonin in their cerebral spinal fluid. These findings represent an interesting correlation, but it is important to remember that the direction of effect is unclear. It may be that aggressive behavior induces low serotonin levels in the cerebral spinal fluid rather than vice versa.

Measures of brain functioning such as the EEG have long suggested that violent criminals have impaired neurological processes, but the recent advancement of neuroimaging techniques has allowed researchers to examine violent offenders’ brains in more detail. Adrian Raine and colleagues have conducted the largest and most thorough study to date, in which they used positron emission tomography (commonly called a PET scan) to compare brain activity in 41 convicted violent offenders to activity in 41 age matched control subjects. They found that the people convicted of murder had reduced activity in the prefrontal cortex and increased activity in subcortical regions such as the thalamus. This finding fits nicely with previous research showing that the damage to the prefrontal cortex impairs decision making and increasing impulsive behavior. Indeed, Raine’s work is perhaps the best evidence yet that impaired brain functioning may underlie some types of violent aggression. However, it is important to remember that his subjects lie at the extreme end of a spectrum and may not be typical of most aggressors. Also, there are plenty of examples of people with prefrontal cortex damage who do not commit violent acts, so PET scans cannot be used to ferret out potential murders.

Reducing Violent Behavior
Researchers have been successful in identifying biological factors associated with aggression but have had less luck figuring out how these factors might contribute to pathological aggression and violence. At this point, there is no neurological marker to identify a person at risk for violent behavior, and it seems unlikely that a definitive test will ever exist. As the example of high testosterone males illustrates, aggression can often be channeled into healthy and beneficial behaviors. Thus it seems the best road to reducing dangerous kinds of aggression is learning more about the factors that shape aggressive behavior. Many people point to the media as a key instigator of violence, citing statistics about the thousands of dramatized murders American children watch on television each year, and there is some evidence to support this idea. However, television cannot possibly be the sole mediator of violent behavior. Toronto receives the same television programming as Chicago but the crime rate in the Canadian city is not even a tenth of the American one. The hard truth about pathological aggression is that it does tend to propagate through families, and once started, the cycle can be very difficult to break. Research on the neurobiology of aggression has already provided some valuable clues about possible targets for biological intervention, but there is no quick fix. The good news is that scientists in the fields of psychology, sociology and biology are increasingly aware of their mutual interest in this topic. Each brings a piece of the puzzle to the table, and their unique combination offers our best hope for understanding the complex behavior of pathological aggression.

Verweise:
Fuller, RW, “The influence of fluoexetine on aggressive behavior.” Neuropsychopharmakologie, 14: 77-81, 1996.

Mann, JJ. “Role of the serotonergic system in the pathogenesis of major depression and suicidal behavior,”Neuropsychopharmakologie, 21 (2): 99S-105S, 1999.

Raine, A., Buchsbaum, M., LaCasse, L., “Brain abnormalities in murders indicated by positron emission tomography,” Biologische Psychiatrie, 42: 495-508, 1997.

Virkkunen, M, Rawlings, R., Tokola, R., Poland, RE, Guidotti, A. Nemoff, D. Bisette, G., Kalogeras, K., Karonen, SL, Linnoila, M. “CSF Biochemistries, glucose metabolism, and diurnal activity rhythms in alcoholic, violent offenders, fire setters, and healthy volunteers,” Arch of General Psychiatry, 51: 20-27, 1994.


Schau das Video: Stammbaumanalyse 12 - autosomal dominante bzw. rezessive Erbgänge Biologie, Oberstufe, Genetik (Januar 2023).