Naslovnica Impresum Predgovor Sadržaj Pojmovnik Literatura

Diferencijacija spola genetički je određena. Mužjak i ženka imaju različite kromosomske komplemente, što znači da determinacija spola ovisi o nasljeđivanju spolnih kromosoma (Slika 8.1.a-c).
Spolni kromosomi su kromosomi sa spolno-determinirajućim genima; ostali kromosomi kromosomskog komplementa su autosomi. Kromosomi jedne stanice ili organizma složeni u homologne parove i poredani prema veličini od najvećeg do najmanjeg para čine kariotip.
Spol može biti određen i stupnjem ploidije (npr. u opnokrilaca poput pčela, mrava i osa) tako da su mužjaci haploidni, a ženke diploidne.
U nekih pak vrsta spol određuje samo jedan gen (par alela; npr. u komarca je Mm mužjak, a ženka je mm).
Okolišni faktori mogu također utjecati na razvitak spola: npr. u macaklina je spol određen temperaturom tako da se kod 25 °C razvijaju ženke, a kod 32 °C ½ potomaka su mužjaci, a ½ su ženke.

 

Slika 8.1. a. Kariotip muškarca – različiti spolni kromosomi: X i Y.

 

 

 

Slika 8.1.b. Kariotip ženskog spola; dva identična spolna kromosoma, XX.

 

Kromosom X je veličine 5-5,5x10-3 mm, submetacentričan i pripada skupini C humanog kariotipa. Kromosom Y je veličine 2x10-3 mm, pripada skupini G.

 

Slika 8.1.c. Spolni kromosomi ženke i mužjaka vinske mušice.

 

Spolni kromosomi razlikuju se po strukturi i genetičkoj organizaciji od autosoma. Nasljeđivanje spolno-vezanih gena je povezano s modificiranim modelom nasljeđivanja spolnih kromosoma. Za otkriće spolno-vezanih gena i njihovog nasljeđivanja zaslužni su Thomas Hunt Morgan i njegova grupa na Columbia University; 1910. g. otkriće bijelih očiju u vinske mušice bilo je ključ razvoja KROMOSOMSKE TEORIJE NASLJEĐIVANJA.
Morgan i suradnici su na temelju dobivenih rezultata zaključili da X kromosom nosi i gene koji ne sudjeluju u determinaciji spola.

8.1. MEHANIZMI DETERMINACIJE SPOLA

1. DETERMINACIJA SPOLA NA TEMELJU SPOLNIH KROMOSOMA

a. XO/XX SISTEM

Citološka istraživanja kukaca roda Orthoptera (skakavci) pokazala su da jedan član kromosomskog komplementa u mužjaka nema para; taj su kromosom nazvali X kromosom. Mužjaci skakavca su XO; stvaraju dvije vrste gameta s obzirom na spolne kromosome (1/2 gameta nosi X kromosom, a ½ ne nosi spolni kromosom). Takav spol je HETEROGAMETNI SPOL. Ženke su XX; mejozom stvaraju jednu vrstu gameta – HOMOGAMETNI spol.
Nasljeđivanje spolnih kromosoma slijedi jednostavan model nasljeđivanja pri čemu je ½ potomaka ženskog, a ½ potomaka muškog spola.

b. XX/XY sistem

U sisavaca i nekih vrsta kukaca (vinska mušica) postoje dvije vrste spolnih kromosoma: X i Y. Ženke su XX – HOMOGAMETNI SPOL: sve jajne stanice nose jedan X kromosom.
Mužjaci su XY – HETEROGAMETNI SPOL; spermatogenezom nastaju dvije vrste spermija: X (50%) i Y (50%).
Kojeg će spola biti potomak ovisi o tome koji će spermij (X ili Y) oploditi jajnu stanicu (X); za svaki spol vjerojatnost je 50%.

U biljaka s jednospolnim cvjetovima mehanizmi determinacije spola su različiti: neke vrste imaju jedan gen, a neke dva ili više za determinaciju spola, a neke vrste imaju spolne kromosome X i Y. U većine biljnih vrsta spolni se kromosomi ne mogu razlikovati od autosoma; među tim vrstama muške su biljke heterogametne (iznimka je jagoda kod koje su ženske biljke heterogametne).
U samo 13 biljnih vrsta moguće je razlikovati X i Y kromosom, a poznata su dva mehanizma determinacije spola: jedan je sličan onomu u sisavaca (Silene latifolia), a drugi je sličan onomu u vinske mušice (Rumex acetosa; Lychnis dioica).

c. ZW/ZZ

U ptica, riba, leptira, nekih gmazova spol je determiniran spolnim kromosomima Z i W. Mužjaci su homogametni spol: ZZ. Ženke su heterogametni spol - ZW; stvaraju dvije vrste gameta. Z kromosom je analogan kromosomu X, a W kromosomu Y sisavaca.

2. DETERMINACIJA SPOLA NA TEMELJU STUPNJA PLOIDIJE

U opnokrilaca (pčele, mravi, ose) spol je određen stupnjem ploidije (Slika 8.3.).
Primjerice u pčela su ženke (matica i radilice) diploidne (2n=32). Matica može odlagati neoplođena jaja (n) i oplođena jaja (2n) zahvaljujući kontroli mišića sfinktera na receptakulumu za spermu. Iz oplođenih jaja razvijaju se ženke, a o načinu njihove prehrane ovisi da li će biti matice ili radilice. Iz neoplođenih jaja se razvijaju mužjaci, trutovi.

 

 

Slika 8.3. Životni ciklus pčele.

 

3. DETERMINACIJA SPOLA NA TEMELJU GENSKE RAVNOTEŽE

U nekih vrsta je spol određen genskom ravnotežom, jer je veliki dio gena uključenih u spolnu diferencijaciju smješteno na autosomima.
U vinske mušice (Slika 7.1.a.; mužjak lijevo, ženka desno) spol je determiniran omjerom broja X kromosoma i broja setova autosoma (X/A). Y kromosom odgovoran je samo za pokretljivost i funkcionalnost spermija. Razlika između mužjaka bez Y i mužjaka s Y je u tome da je mužjak bez kromosoma Y sterilan.
Teorija genetičara Calvina Bridgesa, 1922. – spol u vinske mušice određen je omjerom alela na X kromosomu koji favoriziraju razvitak ženskog spola i autosomalnih alela koji favoriziraju razvitak muškog spola.

Ideja o determinaciji spola na temelju genske ravnoteže potječe od otkrića ginandromorfa; to je mušica spolni mozaik – jedan dio tijela pokazuje sekundarne spolne karakteristike ženke, a drugi dio tijela mužjaka (Slika 8.4.).
Ako se za vrijeme prve diobe zigote izgubi jedan X kromosoma nastat će dvije linije stanica. Iz linije stanica sa dva X kromosoma razvija se ženski spol, a iz linije stanica sa jednim X kromosomom muški spol. Takva je mušica bilateralni ginandromorf.

 

Slika 8.4. Bilateralni ginandromorf nastaje zbog greške u prvoj mitozi zigote.

 

X/A = 1 ženka (2/2; dva X kromosoma/2 seta autosoma)
X/A = 0,5 mužjak (1/2)
X/A > 1 super ženka (slabi organizmi, često ugibaju u stadiju kukuljice)
X/A < 0,5 super mužjak (slabi organizmi)
X/A = 0,5-1 interseks (međuspol)

Na razvitak spola osim genske ravnoteže mogu utjecati i faktori iz okoliša: primjerice temperatura (viša ili niža od optimalne). Tako se interseks kod povišene temperature može razviti u ženku, a kod niže temperature u mužjaka.

Neki aleli autosoma mogu utjecati na razvitak spola bez obzira na X/A omjer: recesivni alel dsx (doublesex) može pretvarati mužjake i ženke u interseks:

dsxdsx, XX ili dsxdsx, XY = interseks

Recesivni alel tra može pretvarati ženke u fenotipske mužjake koji su sterilni:

tratra, XX = fenotipski mužjak

Teorija genske ravnoteže može biti narušena zbog okolišnih faktora ili specifičnih genskih lokusa.

MOLEKULARNA OSNOVA GENSKE RAVNOTEŽE

Otkriven je gen okidač razvitka spola, Sxl na X kromosomu vinske mušice. Mutacije gena Sxl (sex lethal) uzrokuju smrt ženskih embrija. Kada je Sxl aktivan on usmjerava razvitak ženskog spola, a kada je inaktivan usmjerava razvitak muškog spola. Aktivnost gena Sxl reguliraju drugi geni na X kromosomu i geni na autosomima.
Geni na X kromosomu (numerator geni) aktiviraju gen Sxl – razvitak ženskog spola; geni na autosomima (numerator geni) inaktiviraju Sxl – razvitak muškog spola.
Gen Sxl se aktivira ukoliko su prisutna barem dva X kromosoma, odnosno ako je razina genskih produkata numerator gena visoka; ako je razina produkata numerator gena niska (jedan X kromosom) Sxl se ne aktivira što uzrokuje razvitak muškog spola.

SPOLNO-VEZANI GENI

Spolni kromosomi nose gene koji nisu direktno uključeni u determinaciju spola, ali njihovo nasljeđivanje ovisi o nasljeđivanju spolnih kromosoma dakle vezano je uz spol.
Geni na kromosomu X su spolno-vezani ili X-vezani geni.
Na Y kromosomu vrlo je malo aktivnih gena, to su HOLANDRIČNI GENI.
Kromosomi X i Y su djelomično homologni: kraći krak Y kromosoma u kojem se nalazi pseudoautosomalna regija pari se s istom takvom regijom kromosoma X (u toj se regiji nalaze geni MIC2, ZFY itd.) (Slika 8.5.).

8.2. SPOLNO-VEZANO NASLJEĐIVANJE

1910. je otkriveno prvo spolno-vezano svojstvo (gen za boju oka na X kromosomu) (Slike 8.6. i 8.7.) u vinske mušice (Thomas Morgan) – ključ razvoja KROMOSOMSKE TEORIJE NASLJEĐIVANJA.


Slika 8.6. Mutante za boju oka vinske mušice: bijele oči - gen na X kromosomu.

 

 

 

Slika 8.7. Nasljeđivanje boje oka vinske mušice.

 

Ženka za spolno-vezani gen može biti homozigotna ili heterozigotna. Mužjaci su HEMIZIGOTI, jer samo na kromosomu X nose gen za spolno-vezano svojstvo (samo jedan alel) koji se uvijek izražava u fenotipu.
Nasljeđivanje spolno-vezanog svojstva je tzv. KRIŽNO NASLJEĐIVANJE; muški potomci nasljeđuju spolno-vezano svojstvo od majke jer jajnom stanicom dobivaju kromosomom X s odgovarajućim alelom za spolno-vezano svojstvo, a spermijem dobivaju kromosom Y.

8.3. NASLJEĐIVANJE SPOLNO-VEZANIH BOLESTI

Sljepoća za boje ili daltonizam – prvo otkriveno spolno-vezano recesivno svojstvo (bolest) u čovjeka (naziv prema Johnu Daltonu, engleskom kemičaru koji je imao taj nedostatak).
U čovjeka su tri različita gena odgovorna za razlikovanje boja; od toga su dva na X kromosomu. Svaki gen daje informaciju za fotopigment koji se nalazi u čunjastim stanicama mrežnice osjetljivima na svjetlost; svaki fotopigment je osjetljiv na jedan dio vidljivog dijela spektra, a svaki tip stanice sadrži samo jedan tip fotopigmenta (postoje tri tipa). Fotopigment se sastoji od retinalnog dijela (vitamin A) i opsina (proteinski dio) koji kontroliraju geni na X kromosomu.
Najčešći oblik poremećaja je crveno-zelena sljepoća za boje, jer nedostaje protein (opsin) osjetljiv na crveni ili zeleni dio spektra (Slika 8.8.).
Crvena sljepoća - DEUTERANOPIA (3/4); nedostaje opsin za srednju valnu duljinu (zeleno).
Zelena sljepoća – PROTANOPIA (oko 2% muške populacije); nema opsina za dulju valnu duljinu (crveno) (Slika 8.8.).

Dalton je imao deuteranopiju (nema opsina za srednju valnu duljinu – zeleno). Kako je za života uočio da ne može razlikovati crvenu boju želio je da nakon njegove smrti njegove očne jabučice budu pohranjene i analizirane. 1994. napravljena je analiza DNA čunjastih stanica mrežnice – ustanovljeno da nedostaje opsin za zeleno.

Daltonizam se češće javlja kod muškog spola:
8% muške populacije Europe su daltonisti,
4% muške populacije u Africi su daltonisti,
samo 0,4% žena su daltonistice.
Razlog je što gen za to svojstvo nalazi na X kromosomu pa se kod muškog spola koji je hemizigotan ispoljava uvijek u fenotipu.
Daltonizam se može otkriti uz pomoć posebnih tzv. Ishikara testova (http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/humanvisionintro.html). Kako vide daltonisti prikazuju slike 8.9. i 8.10.

 

 

Slika 8.10. Gore: normalno razlikovanje boja – osoba razlikuje Braeburn i Granny Smith jabuke
Dolje: dikromatizam (deuteranopia ili protanopia) (preuzeto s: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Braeburn_GrannySmith_dichromat_sim.jpg).

 

 

Svaki od dva X-vezana gena zastupljen je sa 3 alela na razini ljudske populacije (normalni pigment > defektni pigment > bez pigmenta). Analizom DNA utvrđeno je da su geni za deuteranopiju i protanopiju gotovo identični, te da kodiraju za pigmente koji su 99% identični.Ta su dva gena vrlo blizu na X kromosomu i smatra se da su nastali duplikacijom jednog gena pretka tijekom evolucije sisavaca. Treći gen za plavi pigment nalazi se na dužem kraku kromosoma 7 (tritanopia – oblik sljepoće za boje).

DUSCHENNE MIŠIĆNA DISTROFIJA

Spolno-vezana recesivna bolest (u Americi obolijeva 1/3500 muške djece) koju karakterizira progresivno slabljenje mišića i gubitak koordinacije zbog nedostatka mišićnog proteina DISTROFINA) (Slike 8.11.i 8.12.).
Distrofiju kao i ostale spolno-vezane recesivne bolesti prenose na svoje sinove zdrave majke nositeljice (heterozigotni genotip).

 

Slika 8.11.Protein distrofin nalazi se u membrani mišićnog vlakna (preuzeto s: http://www.mda.org/publications/fa-dmdbmd-what.html).

 

 

 

 

Slika 8.12. Nasljeđivanje mišićne distrofije (preuzeto s: http://www.mda.org.au/Disorders/Dystrophies/DMD-BMD.asp).

 

HEMOFILIJA

Spolno-vezana recesivna bolest koja nastaje zbog nedostatka proteina koji sudjeluju u zgrušavanju krvi: nedostatak antihemofilijskog faktora – hemofilija A; nedostatak tromboplastina – hemofilija B.
Kod hemofilije A nedostaje proteinski kofaktor VIII koji je neophodan za punu aktivnost faktora IX u seriji reakcije aktivacije trombina, enzima koji katalizira pretvorbu topivog fibrinogena u netopljivi fibrin (85% hemofiličara) (Slika 8.13.).
U 15% hemofiličara B tipa radi se o defektu gena za kofaktor IX koji aktivira faktor X.
Hemofilija se prvi puta spominje u židovskom Talmudu gdje se zabranjuju obrezivanja dječaka zbog pojave “bolesti nekontroliranog krvarenja” u obitelji.
Visoka učestalost hemofilije uočena je u kraljevskim porodicama Europe (“kraljevska bolest”) zbog velikog broja brakova u srodstvu (Slika 8.14.).
U žena je hemofilija relativno rijetka bolest; heterozigotne žene (nositeljice) mogu imati blage simptome bolesti.

 

Slika 8.13. Reakcija aktivacije trombina.

 

 

NEDOSTATAK ENZIMA GLUKOZA-6-FOSFAT-DEHIDROGENAZE (G6PD)

Spolno-vezana recesivna bolest koja je posljedica poremećaja u metabolizmu glukoze. Enzim G6PD je važan za održavanje reduciranog glutationa u stanici što je neophodno za intaktnost stanične membrane. Kod osoba koje nose mutaciju tog gena nakon uzimanja neke hrane (sjemenke boba) ili lijekova dolazi do oksidacijskih procesa u stanici. To izaziva smanjenje količine reduciranog glutationa u stanicama. Posljedica je pucanje eritrocita (zbog smanjenja intaktnosti membrane) što izaziva opasno krvarenje – hemolitička anemija.
To je česta bolest u Američkih crnaca (10%), na području Mediterana (Grčka, južna Italija) i u područjima endemske malarije (Afrika, Indija, Južna Azija). Naime uzročnik malarije Plasmodium falciparum (http://news.nationalgeographic.com/news/2001/05/images/0625_malaria.jpg), kojega prenosi komarac malaričar, ne može se razvijati u eritrocitima osoba s nedostatkom G6PD pa oni imaju selekcijsku prednost.

Spolno-vezana recesivna svojstva u čovjeka: dva oblika dijabetesa, oblik katarakte, noćna sljepoća, juvenilni glaukom i sijedi pramen kose.
Dominantno spolno-vezano svojstvo je defektna zubna caklina.

8.4. NEPOTPUNA SPOLNA VEZANOST

Kromosomi X i Y su djelomično homologni kromosomi pa lokus "bobbed" (za dužinu čekinja) u vinske mušice pokazuje nepotpunu spolnu vezanost, jer se nalazi na oba spolna kromosoma u regiji koju nazivamo pseudoautosomalnom.
Gen se nalazi na X kromosomu u blizini centromera (X kromosom kod vinske mušice je akrocentričan).
Na Y kromosomu postoji homologni lokus, pa mužjaci i ženke imaju po dva alela za ovo spolno-vezano svojstvo (Slika 8.15.).

 

Slika 8.15. Nasljeđivanje dužine čekinja vinske mušice - nepotpuna spolna-vezanost.

 

Y-VEZANI GENI

Na kromosomu Y u čovjeka je vrlo malo aktivnih gena, to su holandrični geni:

 

NASLJEĐIVANJE SPOLNO-VEZANIH GENA U PTICA

U ptica je ženski spol heterogametan (ZW) a muški je homogametan (ZZ). Na slici 8.16. prikazano je nasljeđivanje boje perja u kokoši.

 

Slika 8.16. Naljeđivanje boje perja u peradi.

 

 

8.5. SAŽETAK