История развития представлений о наследственности и изменчивости. Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого

ШАМИЛЬКА ЛЕНТЯЯЯЯЯЯЯЙ!^^

1.История развития представлений о наследственности и изменчивости. Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого.

Генетика - наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости организмов и методов управления ими.

История развития представлений о наследственности и изменчивости:

Первые догадки высказал Лукреций Кар о наследственных задатках, определяющих передачу из поколения в поколение признаков от предков к потомкам, о происходящем при этом случайном комбинировании («жеребьевке») этих признаков. Знания улучшились с середины 18 до середины 19 в.в. Наиболее ценные данные были получены И. Кельрейтером и А. Гертнером (Германия),О. Сажрэ и Ш. Ноденом (Франция), Т. Найтом (Англия). Они обнаружили ряд важных факторов, касающихся усиления разнообразия признаков в потомстве гибридов, преобладания у потомков признаков одного из родителей и т. п. Сходные обобщения сделал во Франции П. Люка (1847-1850), собравший обширные сведения о наследовании различных признаков у человека.

В 1865 г. Г. Мендель создал 3 закона наследования признаков.

1902 г. – Бовери и Стенон подтверждают верность законов Г. Менделя.

1906 г. – Бэтсон вводит понятие «генетика». Он вместе с Пенетом обнаруживают явление сцепленного наследования, а Донкастер – наследования, сцепленного с полом.

1909 г. – Иогансен вводит понятия «ген», «генотип», «фенотип».

1910 – 1916 г.г. – Т. Морган создает хромосомную теорию наследственности.

1925 г. – представление о пенетрантности и экспрессивности генов.

1944 г. – доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации.

1953 г. – открытие структурного вещества ДНК Уотсоном и Криком.

1961 – 1969 г.г. – расшифровка биологического кода.

С 1961 г. – механизм реализации признаков.

1990 – 2003 г.г. – расшифровка генома человека.

Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого:

Наследственность -свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также повторять определенный тип индивидуального развития. Обеспечивается воспроизведением материальных единиц наследственности — генов, локализованных в специфических структурах ядра клетки (хромосомах) и цитоплазмы.

1. Нехромосомная (пластидная, митохондриальная, ЦМС).

2. Хромосомная.

Изменчивость - это универсальное свойство живых организмов приобретать новые признаки под действием среды (как внешней, так и внутренней).

Различают два вида изменчивости:

Фенотипическая (модификационная) – это изменение организмов под действием факторов среды и эти изменения не наследуются.

Генотипическая - при генотипической изменчивости происходит изменение наследственного материала и, обычно, эти изменения наследуются. Это основа разнообразия живых организмов.

Бывает комбинативная (основывается на возникновении новых комбинаций генов родителей) и мутационная (мутация – это спонтанное изменение генетического материала).

 

Законы Менделя. Цитологические основы универсальности законов Менделя. Менделирующие признаки человека. Примеры. Промежуточный тип наследования. Анализирующее скрещивание и его значение.

1 закон Менделя:

Закон единообразия первого поколения при скрещивании чистых форм.

При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.

2 закон Менделя:

Закон расщепления признаков.

Гипотеза чистых гамет: У гетерозиготных организмов образуется 2 типа гамет: 1)несут доминантный наследственный задаток, плюс они чисты от рецессивных наследственных задатков.

Закон независимого наследования.

Цитологические основы универсальности законов Менделя: Цитологические основы законов Менделя базируются на: • Парности хромосом (парности генов, обусловливающих возможность развития какого-либо признака).

Менделирующие признаки человека.

Если гены локализованы в половых хромосомах (за исключением гомологичного участка в Х- и У-хромосомах), или в одной хромосоме сцеплено, или в ДНК… Общие законы наследственности одинаковы для всех эукариот. У человека также… Типы наследования менделирующих признаков:

Аллельные гены. Наследование признаков при взаимодействии аллельных генов. Примеры. Множественный аллелизм. Механизмы возникновения.

Аллельные гены - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке могут присутствовать не более двух аллелей одного локуса одновременно. В одной гамете два аллеля находиться не могут.

Взаимодействие аллельных генов.

Происходит по типу: Полного доминирования Неполного доминирования

Неаллельные гены. Наследование признаков при неаллельном взаимодействии. Примеры.

Неаллельные гены — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между собой.

Взаимодействие неаллельных генов.

Типы взаимодействия неаллельных генов: 1.Комплементарное взаимодействие - действие генов из одной пары дополняется… 2.Эпистаз - это такой тип взаимодействия генов, при котором аллели одного гена подавляют проявление аллельной пары…

Резус-фактор

Резус-фактор, как и группу крови, необходимо учитывать при переливании крови. При попадании резус фактора в кровь резус-отрицательного человека, к… Наследование резус-фактора: Наследование резус-фактора кодируется тремя парами генов и происходит независимо от наследования группы крови.…

Резус-конфликт

  Гемотрансфузия — переливание крови, частный случай трансфузии, при которой… Производится через вены (в острых случаях — через артерии) (также с использованием препаратов крови) для замещения…

Генотип как целое. Ядерная наследственность. Закономерности наследования неядерных генов. Цитоплазматическая наследственность у про- и эукариот.

Большинство генов может существовать в нескольких модификациях аллелях, а поскольку число генов составляет десятки тысяч, то практически все люди… Патологические гены, которые обусловливают наследственные болезни и аномалии… Цтоплазматическая наследственность (внеядерная, нехромосомная, плазматическая), преемственность материальных структур…

Ядерная наследственность.

Генофонд – совокупность генов популяции вида или другой систематической единицы на данном отрезке времени. Геном – совокупность гаплоидного набора хромосом организма. Теория, рассматривающая генотип как целостную систему, основана на двух постулатах:

Внеядерное наследование

Цитоплазматическая наследственность у про- и эукариот: Цитоплазматические гены не подчиняются менделевским закономерностям… Критерии цитоплазматической наследственности:

Независимое

На основании анализа полученных результатов Г. Мендель сформулировал закон независимого наследования признаков, в соответствии с которым: «Разные…

Сцепленное с полом

Характер наследования сцепленных с полом признаков в ряду поколений зависит от того, в какой хромосоме находится соответствующий ген. В связи с этим… Х - сцепленное наследование. Х-хромосома присутствует в кариотипе каждой особи, поэтому признаки, определяемые генами этой хромосомы, формируются у…

Аутосомное

Аутосомно-доминантный тип наследования: а. При достаточном числе потомков признак обнаруживается в каждом поколении. … б. Редкий признак наследуется примерно половиной детей.

Сцепленное.

Зависимость сцепленного наследования признаков от локализации генов в одной хромосоме дает основание рассматривать хромосомы как отдельные группы…

Хромосомная теория наследственности. Эксперименты Моргана, доказывающие явления сцепленного наследования и нарушения сцепления. Понятие генетических карт хромосом.

Хромосомная теория Т. Моргана:

1.Гены расположены в хромосоме в определенной линейной последовательности.

2.Каждый ген занимает отдельный локус. Аллельные гены расположены в одинаковых генах гомологичных хромосом.

3.Гены 1 хромосомы наследуются совместно, образуя группу сцепления.

4.Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом каждого вида.

5.Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера.

6.Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами, чем дальше гены друг от друга, тем чаще происходит кроссинговер.

На вопрос как будут наследоваться признаки, гены которых находятся в одной хромосоме, дал американский генетик Т. Морган, проводивший в 1911 году опыты на плодовых мухах дрозофилах, различающихся по двум признакам: самка имела серое тело и короткие крылья, самец – черное тело и длинные крылья. В первом поколении все мухи оказались с серым телом и длинными крыльями. Следовательно, эти признаки доминировали. В анализирующем скрещивании гетерозиготного самца из первого поколения с самкой с рецессивными признаками среди потомков оказалось не 4 фенотипических класса, как следовало бы ожидать при дигибридном скрещивании, а два, в отношении 1:1. Это говорило о том, что исследуемые гены расположены в одной хромосоме и наследуются вместе, сцеплено, как одна альтернативная пара, не обнаруживая независимого наследования. Такой характер наследования получил название закона сцепления. Суть его заключается в том, что гены , находящиеся в одной хромосоме образуют группу сцепления и наследуются вместе по схеме моногибридного скрещивания. У каждого вида групп сцепления столько, сколько у него хромосом в гаплоидном наборе.

Дальнейшие опыты Моргана показали, что сцепление не всегда бывает абсо-лютным. Нарушения сцепленного наследования вызывается процессом кроссинговера в профазе первого деления мейоза, когда может произойти перекрёст некоторых генов, ранее находившихся в одной хромосоме, а затем оказались в разных гомологичных хромосомах и попали в разные гаметы.

Генетические карты хромосом — это схема взаимного расположения и относительных расстояний между генами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления.

Впервые в 1913 — 1915 годах на возможность построения генетических карт хромосом указывают Т. Морган и его сотрудники. Они экспериментально показали, что основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера можно построить генетические карты хромосом.

Генетические карты человека используются в медицине при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетические карты разных видов живых организмов.

Роль наследственных и средовых факторов в определении половой принадлежности организма. Эпигамное, прогамное и сигамное определение пола у различных организмов.

Пол — это совокупность признаков и свойств организма, определяющих его участие в размножении.

Пол особи может определяться:

а) до оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом (прогамное определение пола);

До оплодотворения пол определяется у некоторых организмов в результате разделения яйцеклеток на быстро и медленно растущие. Первые (более крупные) после слияния с мужской гаметой дают самок, а вторые (мелкие) — самцов;

б) в момент оплодотворения (сингамное определение пола);

У подавляющего же большинства эукариот пол закладывается в момент оплодотворения и определяется генотипически хромосомным набором, который зигота получает от родителей. Клетки мужских и женских особей животных организмов различаются по паре хромосом. Эту пару называют половыми хромосомами (гетеросомами) в противоположность остальным — аутосомам. Половые хромосомы принято обозначать как Х- и Y-хромосомы. В зависимости от их сочетания у и организмов различают 5 типов хромосомного определения пола:

1) XX, ХО (O обозначает отсутствие хромосом)

Встречается у:

ü Клопы

ü Кузнечики

ü Жуки

2) XX, XY

Характерны для:

ü Человек

ü Муха – дроздофила

ü Большинство млекопитающих

ü Ракообразные

ü Рыбы

2) XY(женский), XX(мужской)

Характерен для:

ü Бабочек

ü Птиц

ü Рептилий

4) ХО, XX — наблюдается у тли;

5) гапло - диплоидный тип ( 2n, n) встречается, например, у пчел: самцы развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яйцеклеток, самки — из оплодотворенных диплоидных.

в) после оплодотворения (эпигамное определение пола).

У морского кольчатого червя бонеллия определение пола происходит в процессе онтогенеза: если личинка садится на дно, из нее развивается самка, а если прикрепляется к хоботку взрослой самки, то самец.

Генетика пола. Аутосомы и гетерохромосомы. Доказательство генетического определения признаков пола. Хромосомное определение пола у различных организмов и человека.

Генетика пола - раздел генетики человека, изучающий роль механизмов наследственности и наследственной изменчивости в процессе определения и дифференциации пола. При этом имеет значение, как определенный набор хромосом, так и действие ряда генов, одни из которых расположены на половых хромосомах, другие - на аутосомах. Обычно выделяют несколько уровней половой дифференциации. Первый связан с наличием Y хромосомы, присутствие которой необходимо для дифференциации гонад по мужскому типу. У мужчин формируется 2 типа спермиев с Х хромосомой (23, X) и с Y хромосомой (23, Y). В яйцеклетках набор хромосом в норме всегда 23, Х. Оплодотворение яйцеклетки спермием 23, Х приводит к развитию зародыша женского пола (с набором хромосом 46, XX), оплодотворение же спермием 23, Y ведёт к возникновению зародыша мужского пола (46, XY).

Аутосома - у живых организмов с хромосомным определением пола называют парные хромосомы, одинаковые у мужских и женских организмов.

Гетерохромосома – половая хромосома.

Важным доказательством в пользу наследственной детерминированности половой принадлежности организмов является наблюдаемое у большинства видов соотношение по полу 1:1.

 

Такое соотношение может быть обусловлено образованием двух видов гамет представителями одного пола (гетерогаметный пол) и одного вида гамет — особями другого пола (гомогаметный пол). Это соответствует различиям в кариотипах организмов разных полов одного и того же вида, проявляющимся в половых хромосомах. У гомогаметного пола, имеющего одинаковые половые хромосомы XX, все гаметы несут гаплоидный набор аутосом плюс Х-хромосому. У гетерогаметного пола в кариотипе кроме аутосом содержатся две разные или только одна половая хромосома (XY или ХО). Его представители образуют два вида гамет, различающиеся по гетерохромосомам: Х и Y или Х и 0.

Хромосомный механизм определения половой принадлежности организмов обеспечивает равновероятность встречаемости представителей обоих полов. Это имеет большой биологический смысл, так как обусловливает максимальную вероятность встречи самки и самца, потомки получают более разнообразную наследственную информацию, поддерживается оптимальная численность особей в популяции.

Варианты хромосомного определения пола

Женский пол	Мужской пол	Примеры
Гомогаметный ХХ	Гетерогаметный ХУ	Млекопитающие, дрозофила
Гомогаметный ХХ	Гетерогаметный ХО	Прямокрылые насекомые (кузнечик)
Гетерогаметный ZW	Гомогаметный ZZ	Птицы, пресмыкающиеся, бабочки.

 

Первичные и вторичные половые признаки. Предопределение пола в процессе развития. Нарушение развития пола на примере синдрома Морриса. Наследование сцепленное с полом. Примеры.

Первичные половые признаки:

Совокупность особенностей, определяющих основные различия между самцом и самкой у животных, а также между мужчиной и женщиной.

ü половые железы (семенники и яичники)

ü половые протоки (семяпроводы и яйцеводы)

ü дополнительные образования (различные железы)

ü копулятивные органы

Вторичные половые признаки:

Признаки, характеризующие изменения в строении и функции различных органов, определяющих как половую зрелость, так и половую принадлежность. Зависят от первичных, развиваются под воздействием половых гормонов и появляются в период полового созревания. К ним относятся особенности развития костно-мышечной системы, пропорций тела, подкожно-жировой клетчатки и волосяного покрова, степень развития молочных желёз, тембр голоса, особенности поведения и др.

К ним относятся:

· особенности развития костно-мышечной системы

· пропорций тела

· подкожно жировой клетчатки

· волосяного покрова

· степень развития молочных желез

· тембр голоса

· особенности поведения и др.

Синдром Морриса:

Тестикулярная феминизация — мужской ложный гермафродитизм у пациентов с женскими наружными гениталиями; «безволосая псевдоженщина». Заболевание было изучено в 1953 году Ф. Моррисом (отсюда второе название синдрома тестикулярной феминизации - синдром Морриса), он же предложил использовать термин «тестикулярная феминизация».

Синдром тестикулярной феминизации, достаточно редко встречающееся заболевание, являющиеся наследственным. Сущность синдрома Морриса заключается в появлении у лиц генетически мужского пола женского фенотипа. Патогенез заболевания до сих пор полностью не изучен. Существует гипотеза, что ткани организма теряют чувствительность к собственным андрогенам организма, выделяемых тестикулами, и развитие организма идет по женскому генотипу.

Признаки синдрома Морриса чаще всего проявляются в период полового созревания. При полной форме синдрома тестикулярной феминизации у пациентов с типичным женским внешним видом нет оволосения на лобке, отсутствуют менструации, грудные железы не развиты. Уровень в крови мужских половых гормонов в пределах нормы. При гинекологическом обследовании обнаруживаются женские наружные гениталии с недоразвитыми большими и особенно малыми половыми губами, узкое, укороченное влагалище, матка отсутствует, яички, в основном, располагаются у паховых каналов.

По результатам большинства исследований пациентов с синдромом тестикулярной феминизации, таким людям лучше присваивать женский пол. В период полового созревания у больных развиваются вторичные половые признаки, психосексуальная ориентация, наружные гениталии также имеют выраженное женское строение. Кроме того, лечение мужскими андрогенами у больных с синдромом Морриса бесперспективно из-за отсутствия чувствительности к мужским половым гормонам.

Наследование, сцепленное с полом.

При локализации генов в негомологичных участках или в Х- и У- хромосомах наблюдается полное сцепление с полом. К таким заболеваниям относятся: гемофилия, дальтонизм, мышечная дистрофия,… Х – хромосома закономерно переходит от одного пола к другому, при этом дочь наследует Х – хромосому отца, а сын - Х –…

Нуклеиновые кислоты. Роль ДНК и РНК в реализации наследственной информации клетки. Доказательство наследственной роли ДНК(опыты Гриффитса и Эвери).

Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Цепочки из нуклеотидов соединяются через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная… Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах… Нуклеиновые кислоты фрагментируются ферментами — нуклеазами.

Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации.

РНК (рибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из одной цепи нуклеотидов (рис. 13). Рибонуклеотид состоит из одного из четырех азотистых… Белки синтезируют все клетки, кроме безъядерных. Структура белка определяется… Синтез белка начинается с транскрипции, т.е. синтеза иРНК по матрице ДНК. Процесс идет с помощью фермента полимеразы…

Процесс репликации. Полуконсервативный механизм репликации ДНК. Репликативная вилка. Репликон. Ферменты репликации. Этапы репликации.

Репликация у прокариот: Ведущий фермент репликации – ДНК-полимераза, которая способна наращивать… После расплетения родительских цепей синтез дочерних осуществляется ДНК – полимеразой, использующей все АТФ. РНк –…

Репарация генетического материала. Дорепликативная репарация (световая). Темновая (эксцизионная)репарация. Примеры. Мутации, связанные с нарушением репарации. Мутон. Рекон.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Световая репарация.

Темновая репарация.

Различают дорепликативную Р., которая завершается до начала репликации хромосомы в поврежденной клетке, и пострепликативную Р., протекающую после… Мутон— обычно определяется как единица мутации. При возникновении спонтанной или индуцированной мутации в пределах структурного гена (цистрона) аминокислотный состав…

SOSO - репарация

При ней индуцирцется синтез белка, который присоединяется к к ДНК – полимеразному комплексу и делает возможным строить дочернюю ДНК напротив дефектных звеньев матричной цепи. В результате ДНК удвоена, с ошибкой, но это дает провести клеточное деление.

Пострепликативная репарация

Пострепликативная репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа… 16. Характеристика наследственного материала в митотическом цикле клетки.… Характеристика наследственного материала в митотическом цикле клетки:

Профаза

Поздняя профаза. Продолжается формирование хромосом из хроматина, на полюсах бывшего ядра формируются центры митотического аппарата, между которыми…

Метафаза

Хромосомы располагаются по экватору бывшего ядра, прикрепляясь своими центромерами (первичными перетяжками) к нитям митотического аппарата. Начинается формирование метафазной пластинки.

Заканчивается формирование метафазной пластинки. Именно на этой стадии клеточного деления, блокировав дальнейшее расхождение хромосом при помощи определенных алкалоидов (например, колхицина), изучают кариотип (набор хромосом, присущий данному организму или виду).

Анафаза

Телофаза

Хромосомы концентрируются на противоположных полюсах клетки. Начинается десприализация хромосом, постепенно начинает формироваться ядерная оболочка.

Хроматин

• эухроматин и гетерохроматин • половой хроматин Нуклеосомиая нить. Этот уровень организации хроматина обеспечивается четырьмя видами нуклеосомных гистонов: Н2А, Н2В,…

Первичная перетяжка

Хромосомная перетяжка (X. п.), в которой локализуется центромера и которая делит хромосому на плечи.

Вторичные перетяжки

Морфологический признак, позволяющий идентифицировать отдельные хромосомы в наборе. От первичной перетяжки отличаются отсутствием заметного угла между сегментами хромосомы. Вторичные перетяжки бывают короткими и длинными и локализуются в разных точках по длине хромосомы. У человека это 9, 13, 14, 15, 21 и 22 хромосомы.

Типы строения хромосом

Ø телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце); Ø акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти… Ø субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L);

Кариотип и идиограмма хромосом человека. Строение и типы хромосом. Характеристика гаплоидного и диплоидного типа хромосом. Методы анализа фотокариограммы. Группы хромосом в кариотипе человека.

Кариотип и идиограмма хромосом человека:

Кариотип– совокупность совокупность хромосом соматической клетки, характеризующая организм данного вида. Хромосомы подразделяют на аутосомы и гетерохромосомы.

Идиограмма – систематизированный кариотип, в котором хромосомы располагаются по мере уменьшения их величины.

Строение и типы хромосом:

Хромосомы —структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию. Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре.

Различают четыре типа строения хромосом:

телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце);

акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом);

субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L);

метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).

Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода.

Характеристики гаплоидного и диплоидного набора хромосом:

Диплоидный набор хромосом организма называют кариотипом. Современные методы исследования позволяют определить каждую хромосому в кариотипе. Для этого учитывают распределение видимых под микроскопом светлых и темных полос (чередование AT и ГЦ-пар) в хромосомах, обработанных специальными красителями. Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. У родственных видов, например у человека и шимпанзе, очень сходный характер чередования полос в хромосомах.

Гаплоидный набор хромосом (син.: гаметический набор хромосом, одинарный набор хромосом) — совокупность хромосом, присущая зрелой половой клетке, в которой из каждой пары характерных для данного биологического вида хромосом присутствует только одна; у человека Г. н. х. представлен 22 аутосомами и одной половой хромосомой.

Методы анализа фотокардиограмм: хз

Группы хромосом в кариотипе человека:

В группу А входят 3 пары наиболее крупных метацентрических хромосом (1-3).

В группу В (4-5) включены 2 пары субметацентрических хромосом.

Группа С (6-12) объединяет 7 пар аутосом среднего размера с субмедианно расположенной центромерой. Кроме того, половая хромосома X неотличима от аутосом этой группы и при раскладке стандартно окрашенных хромосом включается в состав группы С (6-Х-12).

В группе D (13-15) - 3 пары акроцентрических хромосом среднего размера.

В группе Е (16- 18) - одна пара хромосом (16) с медианной локализацией центромеры, пары 17-18 отличаются меньшей общей длиной и размерами коротких плеч.

В последних двух группах находятся самые мелкие хромосомы: метацентри- ческие - группа F (19-20) и акроцентрические — группа G (21—22).

Половая хромосома Y-акроцентрик, подобный хромосомам 21 и 22, но практически всегда может быть дифференцирована.

Ген. Классификация. Свойства гена.

Ген. Классфификация генов.

Ген (от гр. генос – род, происхождение) представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген – это участок хромосомы.

Поскольку в соматических клетках организмов содержится двойной (диплоидный) набор гомологичных хромосом, по одному от каждой родительской особи, следовательно, и генов, определяющих развитие каждого признака в клетке, по два. Они располагаются в строго определенных участках гомологичных хромосом – локусах. Гены, ответственные за развитие какого-то признака и лежащие в одних и тех же локусах гомологичных хромосом, называются аллельными генами, или аллелью. Все гаметы у особи чистой линии АА (или чистосортной) одинаковы, то есть содержат ген А. Эти особи называются гомозиготными по данному признаку (от гр. гомос – равный). Особи с генами Аа образуют два вида гамет А и а в соотношении 1:1. Такие особи называют гетерозиготными (от греч. гетерос – различный). Преобладающий вариант признака из двух возможных называют доминантным (от лат. domine – господин), а подавляемый – рецессивным (от лат. recessivus – отступление). Например, при рассмотрении цвета семян гороха Г.Мендель установил, что их желтый цвет доминирует над зеленым.

· Дискретность.

Это нахождение гена в строго определённом месте хромосомы (локусе).

· Стабильность.

Гены не меняются. Ошибки исправляются репарационными механизмами.

· Лабильность.

Гены способны к мутациям.

· Плейотропия.

Влияние одного гена на несколько признаков организма.

· Полиаллелизм.

Это множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно различных аллелей гена.

· Специфичность.

Каждый ген отвечает за развитие определённого признака или признаков.

Ген. Тонкая структура гена. Особенности структуры генов у про- и эукариот. Понятие о транскриптоне. Участие ДНК, РНК и рибосом в процессах матричного синтеза белка. Генетический код и его свойства.

Ген (от гр. генос – род, происхождение) представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген – это участок хромосомы.

Прокариоты (лат. про – перед и гр. карион – ядро) – это древнейшие организмы, не имеющие оформленного ядра. Носителем наследственной информации у них является молекула ДНК, которая образует нуклеоид. В цитоплазме прокариотической клетки нет многих органоидов, которые имеются у эукариотической клетки (митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и т.д.; функции этих органоидов выполняют ограниченные мембранами полости). В прокариотической клетке имеются рибосомы. Большинство прокариот имеет размер 1–5 мкм. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Прокариоты обычно выделяют в надцарство. К ним относят бактерии, синезеленые водоросли (цианеи, или цианобактерии), риккетсии, микоплазмы и ряд других организмов.

Эукариоты (гр. эу – хорошо и карион – ядро) – организмы, в клетках которых есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку (кариолемму) (рис. 1, 2). Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы. В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции (митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и т.д.). Большинство эукариотических клеток имеет размер порядка 25 мкм. Размножаются они митозом или мейозом (образуя половые клетки – гаметы или споры у растений); изредка встречается амитоз – прямое деление, при котором не происходит равномерного распределения генетического материала (например, в клетках эпителия печени). Эукариоты также выделяют в особое надцарство, которое включает царства грибов, растений и животных

Транскриптон.

Генетический код.

Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК.

Свойства генетического кода.

Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов. Код не может быть моноплетным, поскольку 4 (число разных нуклеотидов в ДНК)… 2. Вырожденность. Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом. Всего 61 триплет…

Процессы матричного синтеза в клетке. Процесс транскрипции у про- и эукариот. Этапы транскрипции. Промотор. Терминатор. Транскриптон.

У прокариот РНК – полимераза – сложный фермент, состоящий из 5 белковых единиц. Она синтезирует все виды РНК : мРНК, тРНК, рРНК. У эукариот 3 вида РНК – полимеразы: 1 – транскрибирует гены для рибосомальных РНК.

Этапы процессинга (созревания) матричной РНК (сплайсинг, кэпирование, полиаденирование). Альтернативный сплайсинг и его роль в создании генетического разнообразия.

Процессинг включает следующие преобразования иРНК в мРНК:

Сплайсинг.

В 1977 году Робертсом и Шарпом была установлена прерывистость генов у эукариот. Последовательности, кодирующие белок, прерываются вставками, ктр. не… В результате удаления интронов мРНК укорачивается. СПлайсинг происходит в ядре… Место соединения интронэкзон узнается мяРНК, ктр. собираются вместе, обрзуя более крупный комплекс (сплайсосома),…

Кэпирование.

На концах иРНК у эукариот происходит химическая модификация. На 5’ – конец навешивается нуклеотидная структура «шапочка», или кэп. Кэп - один или несколько модифицированных нуклеотидов на 5'-конце транскриптов, синтезированных РНК - полимеразой II. Кэпирование происходит вскоре, после началас синтеза иРНК с участием ГТФ (гуанозитрифосфат). Кэп регулирует трансляцию, а также предохраняет мРНК от действия 5’- эндонуклеазы, когда она переходит в цитоплазму.

Полиаденирование.

Альтернативный сплайсинг: Несколько экзонов, содержащихся в мРНК, могут сшиваться в разных комбинациях с… Алтернативный сплайсинг позволяет организму синтезировать разные по структуре и свойствам белки на базе 1 гена.

Модель оперона Жакоба и Моно. Регуляция экспрессии (генной активности) на примере прокариот. Регуляция по типу репрессии.

Регуляция экспрессии генов у прокариот:

Оперон – группа согласованных регулируемых структурных генов, кодирующих ферменты.

Состав:

А) несколько структурных генов, кодирующих необходимые для клетки белки с ферментативными или структурными функциями. В группу структурных генов входят гены, кодирующие рРНК и тРНК.

Б) общая регуляторная область – промотор, оператор и терминатор транскрипции.

Оператор – участок ДНК, примыкающий к структурным генам, включает и выключает их.

Промотор – участок ДНК, ктр. либо непосредственно примыкает к оператору, либо перекрывается с ним.

В зависимости от взаимодействия оператора с белком – репрессором у бактерий различают негативную и позитивную регуляцию оперонов.

1. Негативно – индуцибильный тип:

Такие опероны подвержены отрицательному контролю. Они не транскрибируются, когда оперон связан с репрессором. Индукция происходит, когда индуктор связывается с репрессором, изменяя его так, что он больше не связывается с оператором. (ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН).

2. Позитивно индуцибильный тип:

Положительно контролируемые опероны обычно не транскрибируются. Они становятся активными, когда коактиватор (небольшая молекула) связывается с белком – апоиндуктором. Приобретая соответствующую конфигурацию, апоиндуктор взаимодействует с ДНК и РНК – полимеразой, способствуя инициации транскрипции.(КАТАБОЛИЧЕСКАЯ РЕПРЕССИЯ).

3. Негативно репрессибельный тип:

Отрицательно контролируемые рапрессибельные опероны обычно транскрибируются, однако если корепрессор связывается с апорепрессором, то этот комплекс прикрепляется к оперону, приводя к ингибированию транскрипции.

Лактозный оперон:

Первые открыли Ф.Жакоб и Ж. Моно.

Процесс :

Короче, есть ген оператор, на нем сидит блокатор, когда приходит в клетку лактоза, она соединяется с блокатором,тот отваливается от оператора, и начинается синтез фермента,который лактозу расщипляет, и когда её не остается,блокатор ничто больше не сдерживает,он садится обратно на оператора и синтез кончается

Триптофоновый оперон:

Блаблабла бла.

Катоболическая репрессия:

В основе лежит способность глюкозы уменьшать содержание циклического АМФ (цАМФ) в клетке.

РНК – полимераза лак. оперона не способна инициировать транскрипцию в отсутствие вспомогательных регуляторных белков, называющихся «активаторы катаболических генов»(САР), а они не активны без цАМФ.

При уменьшении цАМФ белок (САР) оказывается неспособным связываться с контролирующей ДНК областью, что препятствует РНК – полимеразе инициировать транскрипцию. => , эффект глюкозы, вызывающий уменьшение содержания цАМФ, ведет к лишению соответствующих оперонов конролируещего фактора, нужного для их выражения.

Особенности регуляции генов у эукариот.

Гены эукариотических клеток делятся на два основных вида: · первый определяет универсальность клеточных функций · второй – детерминирует (определяет) специализированные клеточные функции. Функции генов первой группы прояв­ляются…

Хромосомы, гены и опероны эукариотических клеток имеют ряд структурно-функциональных особенностей, что объясняет сложность экспрессии генов.

2. Структурные гены, контролирующие синтез ферментов одного биохимического процесса, могут быть сосредоточены в нескольких оперонах, расположенных… 3. Сложная последовательность молекулы ДНК. Имеются информативные и… 4. Эукариотические гены состоят из экзонов и интронов, причем созревание и-РНК сопровождается вырезанием интронов из…

Геном.

Это набор генов в ДНК человека.

В большинстве нормальных клеток человека содержится полный набор составляющих геном 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Геном состоит из 3-х с лишним миллиардов нуклеотидов. Теоретически каждая такая "буква" способна влиять на процесс построения отдельных частей тела и функцию какой-либо клетки. Однако последние исследования компании "Celera Genomics" показали, что фактически лишь сочетания из тысяч триплетов нуклеотидов оказываются действительно значимыми. До сих пор ученые предполагали наличие у человека до 140 тыс. таких сочетаний /генов/, но реально у нас 35 тыс. таких генов, хранящих информацию обо всех частях нашего тела и их функции.

Уникальные гены — это гены, которые встречаются в клетке два или несколько раз (до 10-20).

+ блаблабла.

Высоко повторяющиеся последовательности:

Высоко повторяющиеся последовательности состоя из участков ДНК длиной 5-500 пар нуклеотидов повторенных от 1 до 10 млн. раз. Доказано, что они не несут генетической информации и транскрипционно неактивны. Такие высоко повторяющиеся последовательности вероятнее всего участвуют в структурной организации хроматина. На этот тип последовательностей приходиться примерно 15% общей длины ДНК хромосомы.

Умерено повторяющиеся последовательности:

Присутствуют в количестве менее чем 1 млн. копий на геном. Они могут иметь различную длину от нескольких пар нуклеотидов до нескольких тысяч пар. Часть этих умеренно повторяющихся последовательное гей представляет собой тандемы генов (блоки генов например гистонов). Часть представляют собой гены некоторых классов структурных РНК. Умеренно повторяющиеся последовательности активно транскрибируются. Вместе с тем часть умеренно повторяющихся последовательностей выполняют структурную функцию (например входит в состав участков ДНК разделяющих отдельные гены - спейсоры). На эти последовательности приходиться примерно 10-20% хромосомных ДНК.

Диспергированные повторяющиеся последовательности ДНК не организованы в крупные блоки, а рассеяны по геному. Повторы этого типа, называемые умеренно повторяющимися последовательностями, разделяют на два класса: SINE (short interspersed elements) - короткие и LINE (long interspersed elements) - длинные диспергированные элементы.

Хорошо изученными повторами класса SINE в геноме человека и некоторых приматов являются так называемые Alu-повторы.

Хотя LINE-последовательности заключают в себе гены обратных транскриптаз , что является признаком ретротранспозонов (мобильных генетических элементов животных, обладающих структурным сходством с геномом ретровирусов ), для них характерно отсутствие последовательностей длинных концевых повторов ( LTR - long terminal repeats ), типичных для ретротранспозонов. В качестве примера LINE-последовательности можно упомянуть LINE-1-повтор , широко распространенный в геноме животных.

Гены в Х – и У – хромосомах.

X - хромосома— половая хромосома. У большинства млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы (XX), а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY). Существуют и организмы (например утконосы), у которых несколько негомологичных X-хромосом.

Хромосомные болезни по X-хромосоме:

Ø Синдром Клайнфельтера — полисомия по X-хромосоме у мужчины

Ø Трисомия по Х-хромосоме

Ø Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие или повреждение одной из X-хромосом у женщины

X-связанные заболевания:

Ø X-связанная эндотелиальная дистрофия роговицы

Ø Мегалокорнеа

Ø Болезнь Менкеса

Ø X-связанный ихтиоз

Ø Гемофилия

Ø Дальтонизм

Гены:

Ø DCX — даблкортин;

Ø ATP7A

Плечо p:

Ø NOX2 — NADPH-оксидаза;

Ø STS — стероидная сульфатаза;

Ø TIMP1 — тканевый ингибитор металлопротеиназ.

Плечо q:

Ø AGTR2 — ангиотензиновый рецептор 2;

Ø HEPH — гефестин;

Ø LAMP2 — мембранный белок, ассоциированный с лизосомами.

Y - хромосома — половая хромосома большинства млекопитающих, в том числе человека. Содержит ген SRY, определяющий мужской пол организма, а также гены, необходимые для нормального формирования сперматозоидов. Мутации в гене SRY могут привести к формированию женского организма с генотипом XY (Синдром Суайра).

У человека Y-хромосома состоит из 58 миллионов пар азотистых оснований и несёт приблизительно 2 % ДНК-материала клетки человека. Хромосома содержит 86 генов, которые кодируют 23 белка. Признаки, наследуемые через Y-хромосому, носят название голандрических.

Человеческая Y-хромосома не способна рекомбинироваться с X-хромосомой, за исключением небольших псевдоаутосомных участков на теломерах (которые составляют около 5 % длины хромосомы). Это реликтовые участки древней гомологии между X- и Y-хромосомами. Основная часть Y-хромосомы, которая не подвержена рекомбинации, называется NRY (англ. non-recombining region of the Y chromosome). Эта часть Y-хромосомы позволяет посредством оценки однонуклеотидного полиморфизма определить прямых предков по отцовской линии.

Генная инженерия. Биотехнология. Задачи, методы, достижения, перспективы. Метод получения клонированных животных.

Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем… Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет… Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный…

Фенотипическая (модификационная) изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификации. Роль пенентрантности и экспрессивности в фенотипическом проявлении генетической информации.

Изменчивость — общее свойство организмов приобретать новые признаки в процессе онтогенеза. Ненаследственная, или модификационная, и наследственная (мутационная и комбинативная) из менчивость. Примеры ненаследственной изменчивости: увеличение массы человека при обильном питании и малоподвижном образе жизни, появление загара; примеры наследственной изменчивости: белая прядь волос у человека, цветок сирени с пятью лепестками.

 

Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков, процессов жизнедеятельности организма. Генотип — совокупность генов в организме. Формирование фенотипа под влиянием генотипа и условий среды. Причины модификационной изменчивости — воздействие факторов среды. Модифика-ционная изменчивость — изменение фенотипа, не связанное с изменениями генов и генотипа.

Особенности модификационной изменчивости — не передается по наследству, так как не затрагивает гены и генотип, имеет массовый характер (проявляется одинаково у всех особей вида), обратима — изменение исчезает, если вызвавший его фактор прекращает действовать. Например, у всех растений пшеницы при внесении удобрений улучшается рост и увеличивается масса; при занятиях спортом масса мышц у человека увеличивается, а с их прекращением уменьшается.

Норма реакции — пределы модификационной изменчивости признака. Степень изменчивости признаков. Широкая норма реакции: большие изменения признаков, например, надоев молока у коров, коз, массы животных. Узкая норма реакции — небольшие изменения признаков, например, жирности молока, окраски шерсти. Зависимость модификационной изменчивости от нормы реакции. Наследование организмом нормы реакции.

Адаптивный характер модификационной изменчивости — приспособительная реакция организмов на изменения условий среды.

 

Фенокопия -это ненаследственные изменение фенотипа организма, вызванное факторами внешней среды и копирующее мутации у этого организма. Причиной фенокопии служит нарушение обычного хода индивидуального развития без изменения генотипа.

 

Закономерности модификационной изменчивости: ее проявление у большого числа особей. Наиболее часто встречаются особи со средним проявлением признака, реже — с крайними пределами (максимальные или минимальные величины). Например, в колосе пшеницы от 14 до 20 колосков. Чаще встречаются колосья с 16—18 колосками, реже с 14 и 20. Причина: одни условия среды оказывают благоприятное воздействие на развитие признака, а другие — неблагоприятное. В целом же действие условий усредняется: чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость признаков.

Роль пенентрантности и экспрессивности в фенотипическом проявлении генетической информации:

Фенотипическое проявление информации, заключенной в генотипе, характеризуется показателями пенетрантности и экспрессивности.

Пенетрантностъ отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у которых доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля.

Неполная пенетрантность доминантного аллеля гена может быть обусловлена системой генотипа, в которой функционирует данный аллель и которая является своеобразной средой для него. Взаимодействие неаллельных генов в процессе формирования признака может привести при определенном сочетании их аллелей к непроявлению доминантного аллеля одного из них.

Экспрессивность также является показателем, характеризующим фенотипическое проявление наследственной информации. Она характеризует степень выраженности признака и, с одной стороны, зависит от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследовании, а с другой — от факторов среды. Примером служит интенсивность красной окраски цветков ночной красавицы, убывающая в ряду генотипов АА, Аа, аа, или интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающаяся при возрастании числа доминантных аллелей в системе полигенов от 0 до 8 (см. рис. 3.80). Влияние средовых факторов на экспрессивность признака демонстрируется усилением степени пигментации кожи у человека при ультрафиолетовом облучении, когда появляется загар, или увеличением густоты шерсти у некоторых животных в зависимости от изменения температурного режима в разные сезоны года.

Генотипическая изменчивость. Комбинативная изменчивость. Механизмы комбинативной изменчивости. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генотипического разнообразия людей.

Генотипическая изменчивость -изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству.

Обусловлена:

1. Рекомбинацией генов (комбинативная изменчивость).

2. Различными типами мутации (мутационная изменчивость).

Комбинативная изменчивость.

-во-первых, при перекресте хромосом (кроссинговере) в профазе первого деления мейоза, когда гомологичные хромосомы могут обмениваться аллельными… -во-вторых, при случайном расхождении гомологичных хромосом в анафазе первого… -в третьих, во время случайного расхождения хроматид в анафазе второго деления мейоза.

Генотипическая изменчивость. Мутации. Классификация и их биологическая роль. Факторы мутагенеза примеры.

Генотипическая изменчивость -изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству.

Обусловлена:

1. Рекомбинацией генов (комбинативная изменчивость).

2. Различными типами мутации (мутационная изменчивость).

Мутации.

Мутации– это стабильные изменения наследственного материала, приводящие к изменению фенотипа. Классификация: 1. Спонтанные.

Мутации имеют ряд свойств.

2. Мутации чаще бывают рецессивными и реже - доминантными. 3. Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма. 4. Мутации передаются из поколения в поколение.

Геномные мутации. Классификация. Механизм возникновения. Наследственные заболевания человека, вызванные геномными мутациями.

Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом . Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией.

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом.

Классификация:

1. Гаплоидия – уменьшение числа хромосом вдвое. Гаплоидный набор хромосом содержится в норме только в половых клетках. Естественная гаплоидия встречается у низших грибов, бактерий, одноклеточных водорослей. У нектр. видов членистоногих гаплоидными являются самцы. Развитие ктр. идет из неоплодотворенных яйцеклеток. Гаплоидные организмы мельче, у них проявляются рецессивные гены, они бесплодны.

2. Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору в клетке. Сейчас это овес, пшеница, рис, свекла, картофель и т.д. среди животных – у гермафродитов(земляные черви), у нектр. насекомых, ракообразных, рыб.

Может возникнуть в результате:

Нарушения расхождения хромосом при митозе.

Слияния клеток соматических тканей либо их ядер.

Нарушений мейоза, приводящих к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом.

3. Анеуплоидия – изменение числа хромосом в клетках организма за счет потери (моносомия) или добавления (полисомия) отдельных хромосом.

Механизм анеуплоидии связан с нарушением расхождения хромосом при мейозе.

Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза- и анафаза-II), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидные зиготы.

Болезни:

1. Синдром трисомии по Х - хромосоме ХХХ.

2. Синдром Клайнтфельтера.

3. Синдром Шершевского – Тернера.

4. Синдром Дауна (трисомия по 21-хромосоме).

5. Синдром Патау (трисомия по 13-хромосоме).

6. Синдром Эдвардса (трисомия по 18-хромосоме).

 

 

30. Хромосомные мутации: аберрации, полиплоидия, гетероплоидия, механизм их возникновения. Классификация. Воздействия на организм. Заболевания.

Хромосомные мутации.

1. Разрывы хромосом происходят в результате кроссинговера. ü Делеция — это утрата хромосомой некоторого участка, который затем… В гомозиготном состоянии делеции обычно легальны, поскольку утрачивается довольно большой объем генетической…

Генные мутации. Классификация. Заболевания. Антимутационные барьеры и механизмы.

Генные (точечные) мутации - это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов) в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов.

Классификация:

1. Мутации, ведущие к изменению структуры гена:

ü Замена одних оснований другими в смысловой части экзона дает 20% всех спонтанных мутаций. Происходит во время репликации ДНК.

ü Изменение количества нуклеотидных пар, входящих в состав гена (делеция, дупликация), ведет к сдвигу рамки считывания.

ü Изменение порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена (инверсия на 180) ведет к сдвигу рамки считывания.

ü Точечные замены нуклеотидов на границе экзонинтрон могут быть причиной сплайсинговой мутации.

ü «Динамические» мутации – нарастание триплетных поворотов в кодирующих и некодирующих участках гена.

2. Мутации, вызванные заменой азотистых оснований:

ü Простые замены – транзиции.

ü Перекрестные замены - трансверсии .

3. Мутации со сдвигом рамки считывания:

Рамка считывания – это нуклеотидная последовательность, ктр. начинается с инициирующего кодона, структурного гена.

Мутация со сдвигом рамки считывания - тип мутации в последовательности ДНК, для которого характерна вставка или делеция нуклеотидов, в количестве не кратном трем. В результате происходит сдвиг рамки считывания при транскрипции мРНК.

Следует различать мутацию сдвига рамки считывания, в которой происходит вставка или делеция нуклеотида, от однонуклеотидного полиморфизма, в котором происходит замена одного нуклеотида на другой.

Механизм действия:

В связи с триплетным характером генетического кода, вставка или делеция числа нуклеотидов, не кратных трем, приводит к сильному искажению информации в транскрибируемой мРНК. Также в результате может появится стоп-кодон, что приводит к преждевременной терминации синтеза протеина.

Также может произойти и обратная ситуация, когда измененный стоп-кодон начинает кодировать какую-либо аминокислоту. Это приводит к аномальному удлинению полипептидной цепи. Когда делеция и вставка кодонов происходят друг за другом последовательно в одной и той же точке цепи кодонов в ДНК, это может привести к синтезу белка нужной длины, но с другой аминокислотой в измененном фрагменте (SNP-мутация — однонуклеотидный полиморфизм).

Заболевания:

1. Серповидно – клеточная анемия.

2. Муковисцедоз.

3. Фенилкенотурия.

Антимутационные барьеры и механизмы:

Важное значение для ограничения неблагоприятных последствий генных мутаций имеют естественные антимутационные барьеры. Одним из них является парность хромосом в диплоидных наборах хромосом эукариот, которая препятствует проявлению рецессивных мутаций у гетерозиготных особей. Главным антимутационным барьером рассматривается выработавшая в процессе эволюции способность к репарации наследственного материала. Её сущность - в устранении из наследственного материала клетки изменённого участка.

Различают 3 системы репарации генетического материала:

ü эксцизионная репарация (репарация путём «вырезания»):

Механизм эксцизионной репарации заключается в ферментативном разрушении изменённого участка молекулы ДНК с последующим восстановлением на этом отрезке нормальной последовательности нуклеотидов.

Такой механизм включает следующие этапы:

а) разрыв спирали ДНК у места повреждения при участии эндонуклеаз;

б) удаление поврежденного участка с запасом в обе стороны с помощью эндонуклеаз;

в) синтез при участии ДНК-полимеразы на месте дефекта нормального участка ДНК;

г) «сшивание» последнего с образовавав-шимися концами спирали ДНК при помощи фермента ДНК-лигазы (восстановление непрерывности ДНК).

ü Фоторепарация - заключается в расщеплении ферментом (дезоксирибо-пиримидинфотолиазой), активируемым видимым светом, циклобутановых димеров, возникающих в ДНК под действием ультрафиолетового излучения.

 

ü пострепликативная репарация - «включается» тогда, когда эксцизионная репарация «не справляется» с устранением всех повреждений, возникших в ДНК до её репликации. При репликации во второй спирали ДНК возникают бреши - однонитевые пробелы, соответствующие изменённым нуклеотидам первой спирали. Бреши заполняются участками цепи с нормальной последовательностью нуклеотидов уже в ходе пострешгикативной репарации при участии ДНК-полимеразы.

 

Методы изучения генетики человека. Генеалогический метод. Родословные при нектр. типах наследования. Значение для медицины.

Цель изучения наследственности человека — выявление генетических основ заболеваний, поведения, способностей, таланта. Результаты генетических… Методы изучения генетики человека: 1. Генеалогический метод изучения наследственности человека — изучение родословной семьи с целью выявления…

Метод генетики соматических клеток.

Биохимический.

Метод дерматоглифики.

8. Молекулярно – генетический.

Методы пренатальной диагностики.

Пробанд – человек, родословную которого изучают. Сибсы – братья и сестры. 33. Близнецовый метод. Значение для медицины. Моно – и дизиготные близнецы. Конкордантность. Дискордантность.

Цитогенетический метод. Диагностика хромосомных нарушений человека. Значение для медицины.

Метод включает: 1. Экспресс – диагностику (Х – и У - хроматина) – исследование полового Х –… 2. Кариотипирование – определение количества и строения хромосом с целью диагностики хромосомных болезней.

Биохимический метод. Значение для медицины.

Основан на изучении обменв веществ (ферментов, аминокислот, гормонов и т.д.). Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни углеводного обмена, обмена аминокислот, липидов.

С помощью биохимических методов уже в 1 месяцы жизни можно выявить концентрацию фенилаланина в сыворотке крови, снижение и даже отсутствие функции щитовидной железы, сахарный диабет и т.д.

Генетика соматических клеток. Метод соматической гибридизации и его приминения для картирования хромосом человека. Значение для медицины.

Эта дисциплина изучает наследственность и изменчивость соматических клеток, используя культуру клеток различных тканей и органов.

Методы:

Простое культивирование

3. Клонирование –получение потомства из 1 клетки, нопример гибридом. 4. Селекция -отбор клеток с заранее заданными свойствами. 37. Дерматоглифика и пальпоскопия. Значение для медицины – изучение генетических закономерностей в клетках на уровне…

УЗИ.

Медико-генетическое консультирование - это система оказания специализированной медико-генетической помощи в виде неонатального скрининга на фенилкетонурию и врожденный гипотиреоз; собственно генетического консультирования семей, в которых отмечаются случаи врожденных и наследственных заболеваний (ВНЗ); пренатальной диагностики состояния плода в случае следующей беременности, а также пренатального скрининга беременных (исследования сывороточных материнских маркеров - альфа-фетопротеина (АФП), хорионического гонадотропина (ХГ), неэстерифицированного эстриола (НЭ) и других маркеров).

Наследственные болезни человека. Классификация. Генные, хромосомные, мультифакториальные заболевания. Примеры. Методы профилактики. Митохондриальные болезни.

Наследственные болезни человека - обусловлены патологическими мутациями, которые передаются из поколения в поколение. Эти мутации могут быть локализованы как в половых хромосомах (X или Y), так и в обычных. В первом случае характер наследования заболеваний различается у мужчин и женщин, во втором – пол не будет иметь значения в закономерностях наследования генетических мутаций.

Наследственные болезни разделяют на две группы: хромосомные и генные.

Генные заболевания, в свою очередь, разделяют на моногенные и мультифакториальные. Происхождение первых зависит от наличия мутаций в определенном гене. Мутации могут нарушать структуру, повышать или снижать количественное содержание кодируемого геном белка.

 

Во многих случаях у больных не обнаруживается ни активности мутантного белка, ни его иммунологических форм. В результате нарушаются соответствующие обменные процессы что, в свою очередь, может приводить к аномальному развитию или функционированию различных органов и систем больного.

Мультифакториальные заболевания- обусловлены комбинированным действием неблагоприятных факторов окружающей среды и генетических факторов риска, формирующих наследственную предрасположенность к заболеванию. К этой группе заболеваний относятся подавляющее большинство хронических болезней человека с поражением сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем. К этой группе заболеваний можно отнести и ряд инфекционных болезней, чувствительность к которым во многих случаях также генетически детерминирована.

С определенной долей условности мультифакториальные болезни можно разделить на:

1) врожденные пороки развития

2) распространенные психические и нервные болезни

3) распространенные болезни «среднего» возраста.

ВПР мультифакториальной природы - расщелина губы и неба, спинно-мозговая грыжа, стеноз привратника, анэнцефалия и черепно-мозговая грыжа, вывих бедра, гидроцефалия, гипоспадия, косолапость, астма бронхиальная, диабет сахарный, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, ревматоидный артрит, коллагенозы.

Генные болезни – это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена, употребляется в отношении моногенных заболеваний.

Примеры:

· фенилкетонурия - нарушение превращения фенилаланина в тирозин из-за резкого снижения активности фенилаланингидроксилазы;

· алкаптонурия - нарушение обмена тирозина вследствие пониженной активности фермента гомогентизиназы и накоплением в тканях организма гомотентизиновой кислоты;

· глазно-кожный альбинизм - обусловлен отсутствием синтеза фермента тирозиназы.

• болезнь Ниманна-Пика - снижение активности фермента сфингомиелиназы, дегенерация нервных клеток и нарушение деятельности нервной системы;
• болезнь Гоше - накопление цереброзидов в клетках нервной и ретикуло-эндотелиальной системы, обусловленное дефицитом фермента глюкоцереброзидазы.

· синдром Марфана («паучьи пальцы», арахнодактилия) - поражение соединительной ткани вследствие мутации в гене, ответственном за синтез фибриллина.

 

Хромосомные болезни - относятся болезни, обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. Хромосомные болезни возникают в результате мутаций в половых клетках одного из родителей.

Примеры:

ü Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом (неполовых) хромосом

1. синдром Дауна — трисомия по 21 хромосоме, к признакам относятся: слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменения дерматоглифики;

2. синдром Патау — трисомия по 13 хромосоме, характеризуется множественными пороками развития, идиотией, часто — полидактилия, нарушения строения половых органов, глухота; практически все больные не доживают до одного года;

3. синдром Эдвардса — трисомия по 18 хромосоме, нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы; 60% детей умирают в возрасте до 3-х месяцев, до года доживают лишь 10%, основной причиной служит остановка дыхания и нарушение работы сердца.

ü Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом

1. Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (45 ХО) вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения (микрогнатия, короткая шея и др.);

2. полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию (кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ), пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается незначительное снижение интеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения;

3. полисомия по Y-хромосоме — как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию (кариотии 47, XYY), тетрасомию (48, ХYYY), пентасомию (49, ХYYYY), клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы;

4. Синдром Клайнфельтера — полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков (47, XXY; 48, XXYY и др.), признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.

ü Болезни, причиной которых является полиплоидия

триплоидии, тетраплоидии и т. д.; причина — нарушение процесса мейоза вследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного (23) диплоидный (46) набор хромосом, то есть 69 хромосом (у мужчин кариотип 69, XYY, у женщин — 69, XXX); почти всегда летальны до рождения.

 

Митохондриа́льные заболевания — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности — человека.

Обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии.

Примеры:

Помимо относительно распространённой митохондриальной миопатии, встречаются:

· Митохондриальный сахарный диабет, сопровождающийся глухотой (DAD, MIDD, синдром MELAS) — это сочетание, проявляющееся в раннем возрасте, может быть вызвано мутацией митохондриального гена MT-TL1, но сахарный диабет и глухота могут быть вызваны как митохондриальными заболеваниями, так и иными причинами;

· наследственная оптическая нейропатия Лебера, характеризующийся потерей зрения в раннем пубертатном периоде

· синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта

· рассеянный склероз и подобные ему заболевания

· синдром Лея (Leigh) или подострая некротизирующая энцефаломиопатия : После начала нормального постнатального развития организма болезнь обычно развивается в конце первого года жизни, но иногда проявляется у взрослых. Болезнь сопровождается быстрой потерей функций организма и характеризуется судорогами, нарушенным состоянием сознания, деменцией, остановкой дыхания.