2013年9月14日 星期六

一個族群內,同一個基因可能有許多不同對偶基因形式,但是每一個基因一定是由2個對偶基因組成

探索生命《生物學》114
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1.        到目前為止的討論給人一種印象是,一個基因只有2種對偶基因可以選擇,每個基因的2個對偶基因,若不是由「顯性對偶基因隱性對偶基因「組成,就是介於二個對偶基因的性狀之間。這樣的描述過於簡化現實。
2.        一個族群內,同一個基因,可能有許多不同的對偶基因可以選擇配對,只是個體的每一個基因一定是由二個對偶基因組成,這二個對偶基因拷貝自父母雙方。
3.        舉例來說,人類族群關於血型的對偶基因超過2個以上。人類的血型可分為4種:ABABOA-B-O血型遺傳涉及三種不同對偶基因,在這裡我們將這三種對偶基因命名為:IAIBi
4.        IAIB都是顯性的對偶基因i隱性的對偶基因;當IAiIBi配對,只會表現出顯性對偶基因IAIB。如果是IAIB配對,則是同時表現出二個顯性對偶基因的特徵,稱為共同顯性codominant
5.        帶有IA對偶基因的酵素,它會催化反應,使紅血球細胞膜表面的蛋白質上連接的短醣鍊,與特定的醣類連接;含有IB對偶基因的酵素,會使紅血球表面連接另一種不同的醣類。含有i對偶基因的酵素,沒有活性,因此紅血球表面不會連接任何醣類。
6.        如果個體身上同時有IAIB的對偶基因,那它們的紅血球表面會同時連接AB二種醣類(碳水化合物),稱為A抗原B抗原。如果個體的基因是同型合子隱性基因(i/i),那就是沒有A抗原和B抗原。
7.        因為不同個體的紅血球表面連接的醣類(抗原)可能不同,所以輸血前,先確定彼此的血型十分重要。
8.        雖然人類族群在血型方面有3種對偶基因,但是每個個體只會有2個對偶基因,因為一個基因是由2個對偶基組成,這2個對偶基因分別來自於父、母。
9.        下表列舉四種血型與其基因型:


基因突變是偶然的,大部分基因突變產生的性狀是有害
10.     許多因素造成DNA的基因產生些微的改變,稱為突變mutations。所有的基因發生突變的速度都十分緩慢,然而,實際上我們又發覺突變十分常見,這是因為每個有機體的基因數量龐大且多樣。
11.     因此經過一段時間後,每個有機體內逐漸累積許多突變基因,這些突變大部分是有害的。細胞運作機制精密而複雜,當運作機制偶然發生了改變,這個改變通常是有傷害性的,而非有助益的。只有極為稀少的突變對個體是有益的
12.     共有500種人類基因疾病導因於1個基因突變。苯丙酮尿症Phenylketonuria、戴薩克斯症Tay-Sachs disease、囊狀纖維化症cystic fibrosis、鐮刀型貧血症sickle-cell anemia……,是數百種單一基因疾病的其中幾個案例。
13.     單一基因突變如何造成疾病?舉例來說,控制某些非活性酵素或必須蛋白質的隱性基因發生突變,將會造成有機體無法生產正常的酵素和蛋白質。
14.     如果突變基因影響的產物是酵素,那就會使得需要該酵素的新陳代謝路徑受到阻礙,連帶導致許多物質無法正常地代謝,累積在身體裡,例如代謝功能異常,導致身體累積很多苯丙酮,因此妨害了正常細胞,造成嚴重的身心問題。
15.     另一個例子是戴薩克斯症,突變基因導致酵素「己醣胺水解酶A hexosaminidase A」的功能喪失,缺少「己醣胺水解酶A」,脂質無法適當代謝,使得神經系統的細胞積聚脂肪物質,造成漸進式失明、智能遲緩、癱瘓並且死亡。
16.     通常戴薩克斯症患者在5歲之前死亡,雖然美國人戴薩克斯症的發病率相當低,但是東歐地區的猶太族群發病率卻相當高,大約每30個人就有1個人罹患戴薩克斯症。
17.     單基因疾病展現出典型的孟德爾遺傳模式。單基因疾病有家族性,可用族系分析診斷。
18.     舉例來說,在美國白人族群中,大約每20人就有1人帶有囊狀纖維化症的「隱性對偶基因」,每2000個白人小孩中有1人罹患囊狀纖維化症,因此,導致囊狀纖維化症的「隱性對偶基因」,成為美國最常見的致病對偶基因。
19.     如果外表看不出囊狀纖維化症,卻帶有一個「隱性對偶基因」的二個人(是異型合子)交配生子,他們的小孩有1/4的機率會罹患囊狀纖維化症
20.     囊狀纖維化症患者身體的毛病是,負責調控氯離子進出細胞的蛋白質出錯了
21.     因為氯離子進出細胞,並不是一進一出同時進行,負責調控氯離子進出細胞的蛋白質壞掉,將會攪亂細胞內與細胞外溶液的滲透濃度,造成肺、胰臟和其他分泌器官變厚,分泌較為濃稠的黏液。
22.     這些濃稠的黏液,阻塞分泌器官內的管道,變成微生物繁殖的理想環境,反覆的細菌感染摧毀健康組織,使得罹患囊狀纖維化症的患者英年早逝。
23.     苯丙酮尿症、戴薩克斯症和囊狀纖維化症,都是隱性基因疾病;這類患者從父母雙方各遺傳一個有缺陷的隱性基因。
24.     然而,在各種基因疾病中,有些疾病是導因於顯性的對偶基因,光遺傳到一個有缺陷的基因就族以致病。
25.     為什麼有些基因疾病必須拷貝2份有缺陷的基因才會發病,有些基因疾病卻只要拷貝一份有缺陷的基因就會發病。
26.     研究結果指出,隱性基因疾病導因於編碼酵素的基因發生缺陷,而顯性基因疾病導因於編碼結構蛋白的基因發生缺陷。例如,膠原蛋白collagen就是一種結構蛋白。
27.     因為酵素可重複使用,拷貝一份正常的基因就能夠生產足夠的酵素,確保正常性狀的表現;然而,編寫結構蛋白密碼的基因,只拷貝一份正常基因是不夠的,仍舊會發病。
28.      醫學界至今沒有找出這些單基因疾病的治療方法,許多造成身體嚴重衰弱的疾病是無法治療的,這讓患者承受非常大的痛苦。如果有治療的方法,通常是朝向減輕症狀的方向治療。
29.     舉例來說,苯丙酮尿症患者PKU,控制病情的方式是在患者幼年時期,減少含苯丙酮尿的飲食攝取。
30.     治療囊狀纖維化症的方式是,用特殊的物理治療,消除器官內阻塞的通道,以及用抗生素治療細菌感染的部位,這種治療方式讓50%的囊狀纖維症患者得宜存活到成年。目前,囊狀纖維化患者的平均壽命為40歲。
31.     其他解決基因疾病的方法是,在母親懷孕期間,預先篩檢胎兒是否有基因缺陷,然後進行人工流產,或是提供父母關於基因缺陷胎兒出生後,父母將面對的問題。
32.     未來的基因治療,也許能更換掉有缺陷的基因。基因治療技術正快速進步,特別是囊狀纖維化症的基因療法。基因重組技術,已經辨識出正常蛋白與不正常蛋白的對偶基因密碼。
33.     針對囊狀纖維化症,有2個不同的實驗團隊成功地用病毒,將正常的對偶基因,輸入要治療的細胞中。輸入的對偶基因,確實能修改不正常的基因,使細胞再度生產正常的蛋白質。
34.     將基因輸入培養皿的組織細胞中是一回事,將基因輸入人體內的細胞是另一回事,要將基因輸入人體內的細胞比較困難,有待更進一步的實驗。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/thebloodbankblogcosbiology.pbworks.comstandback.pbworks.com

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