Основы биологии

Значение мейоза состоит в том, что создается гаплоидный набор хромосом и условия для наследственной изменчивости за счет кроссинговера и вероятностного расхождения хромосом

У большинства диких животных сперматогенез происходит лишь в определенные периоды года. В промежутках между ними в канальцах семенников содержатся лишь сперматогонии. Но у человека животных сперматогенез происходит в течение всего года.

У многих животных овогенез и созревание яиц совершаются лишь в определенные сезоны года. У женщин обычно ежемесячно созревает одно яйцо, а за весь период половой зрелости около 400 яиц.

№32. Морфология половых клеток. Функции сперматозоида - оплодотворение (стимуляция дальнейшего развития яйцеклетки), обеспечение генетической информацией мужского организма. Все сперматозоиды имеют жгутики, подвижны, небольшого размера (50-90 мкм у человека). Состоят из головки, шейки, средней части и хвостика. Головка -5мкм, шейка - 5. Головка сперматозоида почти полностью занята ядром, цитоплазмы мало, она в жидкокристаллическом состоянии (защита от вредных явлений - ионизирующего излучения). Находится по периферии ядра. На конце головки - акросома с видоизмененным комплексом Гольджи; Ферменты: гиалуронидаза, муциназа. В плазматической мембране - проакрозин, который превращается в акрозин, проходя по половым путям самки (происходит отщепление ингибитора). Функция акрозина - отщепление фолликулярных клеток, отщепление блестящей оболочки. Шейка содержит пару центриолей. Микротрубочки одной из них удлиняются, образуется основная нить хвостика. В шейке много митохондрий, расположенных по спирали.

Органеллы движения - жгутики, способны к биению только при смешивании с секретом предстательной железы при семяизвержении. При нарушении функций предстательной железы - мужская стерильность.

Яйцеклетка. Функции: передает зародышу половину его будущего хромосомного набора; во время оплодотворения яйцеклетка приносит гораздо больше цитоплазмы; яйцеклетка снабжает зародыш пищевыми запасами до начала его собственного питания.

Размеры яйцеклеток намного больше размеров сперматозоидов(130-150 мкм у человека). В зрелой яйцеклетке запасаются все материалы, которые обеспечивают начальные стадии развития зародыша. Если сперматозоид, созревая, старается избавиться от цитоплазмы, яйцеклетка, наоборот, стремится увеличить ее количество. Есть рибосомы, р-РНК, т-РНК, морфогенетические факторы. Многие белки синтезируются в печени, жировом теле, а затем транспортируются в яйцеклетку. Яйцеклетка имеет плазматическую мембрану. Во время оплодотворения плазматическая мембрана контролирует поступление многих ионов (например, натрия). К ней прилегает желточная оболочка (гликопротеины - специфическое прикрепление сперматозоида своего вида к соответствующей яйцеклетке), часто прозрачна, яйцеклетка окружена слоем клеток лучистого яйца - фолликулярными питающими клетками. Для оплодотворения сперматозоид должен пройти сквозь все оболочки.

Наследственный материал, приносимый яйцеклеткой и сперматозоидом по размеру одинаков.

Процесс образования яйцеклеток в яичниках - овогенез, оогенез. Сперматозоиды образуются в семенниках, процесс носит название сперматогенеза. Те и другие клетки образуются по-разному, но есть некоторые общие черты.

№33. Оплодотворение. Зрелая яйцеклетка может быть оплодотворена на протяжении небольшого отрезка времени (12-24 часа после овуляции у человека, у рыб и амфибий - через несколько минут после откладки). После овуляции яйцеклетка претерпевает серьезные клеточные изменения. Для оплодотворения очень важен срок жизни. Совокупность изменений яйцеклетки после овуляции - старение яйцеклетки, через 24 часа - перезрелая яйцеклетка - оплодотворение невозможно. Если происходит оплодотворение в данном случае, то невозможна имплантация. Возможны аборты. Ежемесячно созревает только 1 яйцеклетка.

Жизнеспособность сперматозоидов зависит от многих факторов. В щелочной среде они активны, но быстро погибают в кислой среде. Путь от влагалища до 2/3 яйцевода составляет 2-3 часа. В верхней трети влагалища происходит подщелачивание среды (т. к. кислотность высокая) из-за семенной жидкости. В матку проникают только сперматозоиды. Они сохраняют большую подвижность при пониженной температуре.

В процессе оплодотворения выделяют 3 этапа.

1) активация яйцеклетки

2) проникновение сперматозоида в яйцеклетку

3) слияние ядер.

В ходе оплодотворения сперматозоид преодолевает все оболочки яйцеклетки. Как только происходит контакт сперматозоида с яйцеклеткой - завершается мейоз яйцеклетки, в т.ч. она выделяет фертилизин. Сперматозоид выделяет антифертилизин - происходит приклеивание. В это время акрозин разрушает оболочки, выделяются ферменты. У человека сперматозоид проникает по-разному: либо только головка, либо шейка и головка. После контакта сперматозоида и яйцеклетки у моноспермных в течение 1-3 минут происходит кортикальная реакция - образуется оболочка оплодотворения. Если несколько сперматозоидов - гибель клетки. Ядро сперматозоида набухает, разрыхляется, образуется мужской пронуклеус. Ядро яйцеклетки превращается в женский пронуклеус. Идет репликация ДНК. Пронуклеусы идут к центру, ядерные оболочки исчезают, происходит слияние пронуклеусов (кариогамия), образуется зигота (2n4c). Через сутки начинается дробление. Возможно развитие эмбриона без участия мужской гаметы (механическое, тепловое, химическое воздействие) - партеногенез.

Партеногенез - форма полового размножения, развитие яйцеклетки без оплодотворения. Свойствен многим беспозвоночным животным (дафнии, коловратки, тли, пчелы и др.) и многим семенным и споровым растениям.

Существует два типа партеногенеза: облигатный (т.е. обязательный) и факультативный. Первый свойствен видам, у которых самцов либо нет совсем, либо они редки и не способны функционировать. К таким видам относятся некоторые тли, палочники, сверчки, бабочки; популяции без самцов изредка встречаются у рыб, например у серебряного карася. При факультативном партеногенезе яйца могут развиваться как партеногенетически, так и в результате оплодотворения, причем партеногенетическое размножение может преобладать в условиях, когда слишком редки контакты разнополых особей, например на границе ареала распространения вида.

Особые формы партеногенеза - гиногенез и андрогенез. Гиногенез - развитие из яйцеклетки. При гиногенезе сперматозоид проникает и погибает (только женские организмы, т.к. только женский геном). Андрогенез - развитие из сперматозоида. При нем ядро яйцеклетки погибает (только мужской геном). Очень быстро такой геном перерождается в злокачественную опухоль - хорионэпителиому.

Типы определения пола.

- прогамный. Пол будущего организма определяется в ходе гаметогенеза у родительских особей.

- сингамный. Пол будущего организма определяется в момент слияния половых клеток.

- эпигамный. Пол будущего организма определяется в процессе онтогенеза. У человека имеет место переопределение пола (при патологии) - хотя истинного нет.

№ 34. Предмет, задачи, методы генетики. Генетика -- наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Предмет генетики - изучение структуры и механизма функционирования генетического материала в живых системах и их изменчивости.

Важнейшая задача Г. -- разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм организмов или в целях управления их индивидуальным развитием. Задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования: 1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним; 2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды; 3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ; 4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира.

Методы:

1. Гибридологический анализ, Заключающийся в использовании системы скрещиваний для установления характера наследования признаков и генетических различий изучаемых организмов. Гибридологический анализ, дополненный после работ Г. Менделя рядом специфических методов и приемов исследования наследственности, вошел в качестве важнейшей составной части в генетический анализ -- основной метод генетики.

2. Цитологический метод -- изучение структур клеток в связи с размножением организмов и передачей наследственной информации. На основе этого метода при использовании новейших способов изучения хромосомных структур возникла новая наука -- цитогенетика.

3. Онтогенетический метод Используется для изучения действия генов и проявления их в индивидуальном развитии организмов -- онтогенезе в разных условиях внешней среды.

4. Статистический метод, С помощью которого изучают статистические закономерности наследственности и изменчивости организмов.

История генетики

1865 Грегор Мендель делает доклад Опыты над растительными гибридами.

1903 Высказано предположение о том, что хромосомы являются носителями наследственности.

1905 Уильям Бэтсон вводит термин генетика.

1908 Открыт закон Харди -- Вайнберга.

1910 Томас Хант Морган доказывает, что гены расположены в хромосомах.

1956 Jo Hin Tjio и Алберт Леван впервые верно устанавливают Хромосомное число человека: 46 хромосом в диплоидном наборе.

1961 Выяснено, что генетический код состоит из триплетов.

1977 ДНК секвенирована впервые.

1989 Впервые секвенирован ген человека.

2003 (14 апреля) Проект «Геном человека» успешно завершён: 99 % генома секвенировано с точностью 99,99 %.

Н. И. Вавилов. Создал учение о мировых центрах происхождения культурных растений. Открыл закон гомологических рядов. Внёс существенный вклад в разработку учения о биологическом виде.

Н. К. Кольцов. Один из основателей генетики в России. Создатель Института экспериментальной биологии в Москве (лето 1917 года). Он впервые ясно сформулировал матричный принцип репродукции молекулярной структуры наследственного материала (хромосомы как наследственные молекулы).

А. С. Серебровский. Показал сложную структуру гена, ввел в науку термин «генофонд». Предложил принципиально новый метод борьбы с насекомыми-вредителями, основанный на массовом выпуске самцов вредных видов с генетическими аномалиями (1940).

С. С. Четвериков. Объединил в единой концепции идеи менделизма и дарвиновской теории эволюции. Доказал, что мутации (геновариации) в природных популяциях животных не исчезают, могут накапливаться в скрытом (гетерозиготном) состоянии и давать материал для изменчивости и естественного отбора.

№ 35. Генотип - совокупность всех генов организма (генетическая конституция). Генотип постоянно испытывает воздействие внешней среды, он взаимодействует со средой, что приводит к формированию всех признаков и свойств организма.

Фенотип - все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. (Иогансен - 1803год) свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма - результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.

Признак - единица морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности организмов (клеток), т.е. отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга.

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. Форма взаимодействия между аллельными генами может быть не только в виде доминирования (полное подавление проявления одного гена другим).

Взаимодействия неаллельных генов.

1. Комплементарность. Этот вид взаимодействия генов заключается в том, что при наличии двух доминантных аллелей разных генов появляется новый признак, то есть для появления нового признака у организма должен быть генотип АВ.

2. Эпистаз. При эпистатическом взаимодействии одна пара генов может подавлять действие другой пары генов.

3. Полимерия. Многие признаки определяются несколькими парами генов. Это характерно, в основном, для количественных признаков, таких как яйценоскость у кур, жирность молока у коров.

4. Плейотропное действие гена. При плейотропном действии гена один ген определяет развитие или влияет на проявление нескольких признаков.

ГОМОЗИГОТНОСТЬ -- состояние организма, при к-ром гомологичные хромосомы несут одну и ту же аллель того или иного гена. Самооплодотворяющиеся организмы практитически гомозиготны.

Гетерозиготность - состояние, при котором гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена.

Гемизиготность --состояние, связанное с тем, что у организма один или несколько генов не парные, т. е. не имеют аллельных партнеров.

№ 36. Закономерности наследования при моногибридном скрещивании.

Моногибридное скрещивание -- скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков.

Первый закон Менделя (единообразия гибридов) - при скрещивании гомозиготных родительских особей, которые отличаются по одной паре аллельных признаков, все гибриды первого поколения единообразны по фенотипу и генотипу.

Второй закон Менделя (расщепления гибридов второго поколения) - при моногибридном скрещивании гетерозиготных организмов у гибридов второго поколения происходит расщепление по фенотипу в отношении 3:1 и по генотипу - 1:2:1

№ 37. Дигибридное и полигибридное скрещивание. Дигибридное скрещивание - скрещивание организмов, различающихся по двум парам альтернативных признаков.

Третий закон Менделя (независимого наследования признаков) - при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Закон проявляется, как правило, для тех пар признаков, гены которых находятся в не гомологичных хромосомах. Если обозначить буквой и число аллельных пар в негомологичных хромосомах, то число фенотипических классов будет определяться формулой 2n, а число генотипических классов - 3n. При неполном доминировании количество фенотипических и генотипических классов совпадает.

Цитологические основы законов Менделя базируются на:

1) парности хромосом (парности генов, обусловливающих возможность развития какого-либо признака)

2) особенностях мейоза (процессах, происходящих в мейозе, которые обеспечивают независимое расхождение хромосом с находящимися на них генами к разным полюсам клетки, а затем и в разные гаметы)

3) особенностях процесса оплодотворения (случайного комбинирования хромосом, несущих по одному гену из каждой аллельной пары)

Формула расщепления по обоим признакам. 9:3:3:1

Вопрос №37.

Дигибридное и полигибридное скрещивание. Закон независимого комбинирования генов и его цитологические основы. Общая формула расщепления при независимом наследовании.

Дигибридное скрещивание - скрещивание двух особей, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков.

Полигибридное скрещивание - скрещивание двух особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков.

Закон независимого комбинирования генов. Третий закон Менделя (независимого наследования признаков) - при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Закон проявляется, как правило, для тех пар признаков, гены которых находятся в негомологичных хромосомах.

Цитологические основы: случайное комбинирование хромосом при оплодотворении, несущих по одному гену из каждой аллельной пары.

Общая формула расщепления при независимом наследовании. По фенотипу: 9 (А-В-):3(А-вв):3(ааВ-):1(аавв).

Вопрос №38.

Множественные аллели. Наследование групп крови человека системы AB0.

Множественные аллели - различные состояния (три или более) одного и того же локуса хромосомы, возникшие в результате мутаций. Множественный аллелизм - наличие у гена множественных аллелей. Примером множественного аллелизма может служит система групп крови АВО.

Наследование групп крови. В локусе гена АВО возможны три варианта (аллеля) - 0, A и B, которые экспрессируются по аутосомно-кодоминантному типу. Это означает, что у лиц, унаследовавших гены А и В, экспрессируются продукты обоих этих генов, что приводит к образованию фенотипа АВ (IV). Фенотип А (II) может быть у человека, унаследовавшего от родителей или два гена А, или гены А и 0. Соответственно фенотип В (III) - при наследовании или двух генов В, или В и 0. Фенотип 0 (I) проявляется при наследовании двух генов 0.

Вопрос №39.

Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия, модифицирующее действие.

Большинство признаков и свойств организма являются результатом действия не одной пары аллельных генов, а нескольких неаллельных генов или их продуктов. Поэтому эти признаки называют сложными. Сложным признаком может быть четвертичная структура белка, образуемая разными пептидными цепями, которые детерминируются разными (неаллельными) генами.

Полимерия. Если гены располагаются, каждый в своем отдельном локусе, но их взаимодействие проявляется в одном и том же направлении - это полигены. Один ген проявляет признак незначительно. Полигены дополняют друг друга и оказывают мощное действие - возникает полигенная система - т.е. система является результатом действия одинаково направленных генов. Совместное действие полигенов обусловливает различную экспрессивность -- степень выраженности признака, зависящую от дозы соответствующих аллелей. По полимерному типу взаимодействия у человека определяется интенсивность окраски кожных покровов, зависящая от уровня отложения в клетках пигмента меланина.

Комплементарность - явление, при котором 2 неаллельных гена, находясь в генотипе, одновременно приводят к формированию нового признака. Если присутствует один из пары - проявляется он. Примером служат группы крови у человека. Комплементарность может быть доминантная и рецессивная.

Эпистаз - такое взаимодействие генов, когда ген одной аллельной пары маскируется действием другой аллельной пары. Это обусловлено тем, что ферменты катализируют разные процессы клетки, когда на одном метаболическом пути действуют несколько генов. Действие их должно быть согласовано во времени.

Модифицирующее (гены-модификаторы) -- усиление или ослабление действия главных генов действием других, неаллельных им генов. Ген-модификатор (1919, Бриджес). Теоретически любой ген может взаимодействовать с другими генами, а значит, и проявлять модифицирующее действие, но некоторые гены - модификаторы в большей степени. Они часто не имеют собственного признака, но способны усиливать или ослаблять проявление признака, контролируемого другим геном. В формировании признака кроме основных генов проявляют свое действие и модифицирующие гены.

Примеры:

1. окраска млекопитающих - белая, черная + модификаторы;

2. Фенилкетонурия. У больных есть мутация, которая выключает фермент - фенилаланин - гидролазу. Поэтому фенилаланин не превращается в тирозин. В результате в крови количество фенилаланина повышается.

Вопрос №40.

Хромосомная теория наследственности. Сцепление генов. Группы сцепления. Кроссинговер как механизм, определяющий нарушения сцепленного гена.

Хромосомная теория наследственности.

1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов, причем набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;

3. Гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;

4. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

5. Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера; это приводит к образованию рекомбинантных хромосом;

6. Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость);

7. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом - кариотип.

Кроссинговер нарушает сцепленность этих генов.

Полное и неполное сцепление генов. Гены в хромосомах имеют разную силу сцепления. Сцепление генов может быть: полным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, рекомбинация невозможна и неполным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, возможна рекомбинация.

Вопрос №41.

Наследование. Типы наследования. Особенности аутосомного, X-сцепленного и голандрического типов наследования. Полигенное наследование.

Наследование - передача информации от одного поколения к другому.

Типы наследования: - аутосомное: доминантное, рецессивное, промежуточное.

- сцепленное с полом: X-сцепленное и голандрическое (Y-сцепленное).

Аутосомно-доминантный тип наследования. Признак проявляется и в гомозиготном, и в гетерозиготном состоянии. Это способность свертывать язык в трубочку и «свисающая» (свободная) мочка уха. Альтернативой последнему признаку является срощенная мочка - признак рецессивный. Еще одна наследственная аномалия у человека, обусловленная аутосомно-доминантным геном, - многопалость, или полидактилия.

Аутосомно-рецессивный тип наследования. Например, голубой цвет глаз проявляется у людей, гомозиготных по соответствующему аллелю. Признак рыжих волос, определяющий еще и характер пигментации кожи, также является рецессивным по отношению к не рыжим волосам и проявляется только в гомозиготном состоянии.

Наследование сцепленное с полом.

Локализацию генов в половых хромосомах называют сцеплением генов с полом. Наследование определяемых ими признаков называют наследованием, сцепленным с полом. Например, Х-хромосома человека содержит доминантный ген Н,

пределяющий свертывание крови. У человека, рецессивно гомозиготного по этому признаку, развивается тяжелое заболевание гемофилия. Так как в клетках женщин две Х-хромосомы, то наличие в одной из них гена h не влечет за собой заболевания, так как во второй из них присутствует доминантный ген Н. В клетках мужчин есть только одна Х-хромосома. Если в ней присутствует ген h, то у мужчины разовьется гемофилия, так как Y-хромосома не гомологична Х-хромосоме и в ней нет гена Н или h.

Голандрическое наследование - гипертрихоз ушной раковины («волосатые уши»).

Вопрос №42.

Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках: пенетрантность, экспрессивность, плейотропность, генокопии.

Пенетрантность - количество особей (%), проявляющих в фенотипе данный ген, по отношению к количеству особей, у которых этот признак мог бы проявиться.

Экспрессивность - это степень проявления фенотипа. Количественно ее степень определяют, используя статистический показатель.

Плейотропность - это множественное действие генов. Это когда один ген отвечает за много признаков.

Вопрос №43.

Изменчивость. Формы изменчивости: модификационная и генотипическая, их значение в онтогенезе и эволюции.

Изменчивость - свойство живых организмов существовать в разных формах. Групповая и индивидуальная изменчивость - классификация по эволюционному значению. Изменчивость, реализованная группой организмов, называется групповой, у одного организма или группы его клеток - индивидуальная.

По характеру изменения признаков и механизму:

--фенотипическая

- случайная

- модификационная

--генотипическая

- соматическая

- генеративная (мутационная, комбинативная)

а) генная

б) хромосомная

в) геномная

Модификационная изменчивость отражает изменение фенотипа под воздействием факторов внешней среды.

Соматическая изменчивость не передается по наследству.

Комбинативная изменчивость - результат независимого расхождения хромосом в процессе мейоза, оплодотворения, кроссинговера с рекомбинацией генов. При комбинативной изменчивости происходит перекомбинация генов, возникает новый индивидуальный набор хромосом, а значит, новый генотип и фенотип.

Мутационная изменчивость - вид изменчивости, в результате которого могут появиться новые гены, которые могли раньше не встречаться. Происходит изменение генотипа и как следствие, изменяется фенотип.

Вопрос №44.

Фенотипическая изменчивость и её виды.

Фенотипическая изменчивость:

- случайная

- модификационная.

Модификационная изменчивость отражает изменение фенотипа под воздействием факторов внешней среды.

Модификации - фенотипические изменения, возникающие на основе одного и того же генотипа в разных условиях его реализации. Примером модификаций могут служить изменения содержания жира в молоке животных или массы тела в зависимости от их питания, изменения количества эритроцитов в крови в зависимости от парциального давления кислорода в воздухе, изменения темпа роста растений при разной освещенности и содержании минеральных веществ в почве.

Норма реакции - пределы модификационной изменчивости признака, допустимой при данном генотипе.

Частный случай фенотипической изменчивости - фенокопии. Фенокопии - вызванные условиями внешней среды фенотипические модификации, имитирующие генетические признаки. Под влиянием внешних условий на генетически нормальный организм копируются признаки совсем другого генотипа. У человека возникает заболевание витилиго (1% людей) - нарушение пигментации кожи. Генетический дефект есть у 30% болеющих, у остальных - профессиональное витилиго (воздействие на организм особых химических и отравляющих веществ).

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

Вопрос №45

Фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации (генотипа) в определённых условиях среды. Значение средовых и генотипических факторов в формировании патологически изменённого фенотипа человека.

Фенотип - все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. (Иогансен - 1803год). Свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма - результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды. Фенотипическое проявление генотипа в зависимости от среды изменяется в пределах нормы реакции. От родителей потомки получают специфические типы химических реакций на разные условия среды. Совокупность всех химических реакций определят метаболизм - обмен веществ. У каждого человека свои особенности обмена веществ, которые передается от поколения к поколению, и подчиняются законам Менделя. Различия в обмене веществ реализуются в конкретных условиях среды на уровне синтеза белка.

Сами признаки не наследуются. Признаки развиваются на основе взаимодействия генотипа и среды. Наследуется только генотип, т.е. комплекс генов, который определяет норму биологической реакции организма, изменяющую проявление и выраженность признаков в разных условиях среды. Таким образом, организм реагирует на свойства внешней среды. Иногда один и тот же ген в зависимости от генотипа и от условий внешней среды по-разному проявляет признак или меняет полноту выраженности.

Вопрос №46

Комбинативная изменчивость, её механизмы. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генотипического разнообразия людей.

Комбинативная изменчивость - результат независимого расхождения хромосом в процессе мейоза, оплодотворения, кроссинговера с рекомбинацией генов. При комбинативной изменчивости происходит перекомбинация генов, возникает новый индивидуальный набор хромосом, а значит, новый генотип и фенотип. Для комбинативной изменчивости в системе людей большое значение имеет система браков. Самая простая - случайный подбор пар (панмиксия). Строго панмиксных популяций не существует, т.к. существуют ограничения: социальные, религиозные, индивидуальные, экономические и другие. Поэтому в популяциях людей имеют место отклонения от панмиксии в двух направлениях:

1) Люди, состоящие между собой в родстве, вступают в брак чаще, чем при случайном подборе - инбридинг - инбредные (кровнородственные браки).

2) Люди вступают в брак чаще при случайном подборе пар, чем при родственном бракосочетании - аутобридинг.

Вопрос №47

Генные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления. Примеры.

Генные (или менделевские) болезни - это моногенно обусловленные патологические состояния, наследуемые в соответствии с законами Менделя. По локализации гена в хромосомах выделяют:

1. Аутосомно-рецессивные (фенилкетонурия, муковисцидозы, болезнь Эллерса -- Данлоса).

2. Аутосомно-доминантные (болезнь Марфана, ахондроплазия).

3. Х-сцепленные (ломкость Х хромосомы - снижение умственных способностей

4. У-сцепленные

В зависимости от функциональной значимости первичных продуктов соответствующих генов генные болезни подразделяют на наследственные нарушения ферментных систем (энзимопатии), дефекты белков крови (гемоглобинопатии), дефекты структурных белков (коллагеновые болезни) и генные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом. Энзимопатии. В основе энзимопатии лежат либо изменения активности фермента, либо снижение интенсивности его синтеза (галактоземия - нарушение метаболизма молочного сахара, мукополисахаридозы - нарушение расщепления полисахаридов, фенилкетонурия - нарушение обмена фенилаланина ).

Гемоглобинопатии. Это группа наследственных заболеваний, вызываемых первичным дефектом пептидных цепей гемоглобина и связанным с этим нарушением его свойств и функций. К ним относят метгемоглобинемии, эритроцитозы, серповидно-клеточную анемию, талассемии.

Коллагеновые болезни. В основе возникновения этих заболеваний лежат генетические дефекты биосинтеза и распада коллагена -- важнейшего структурного компонента соединительной ткани. К этой группе относят болезнь Эллерса -- Данлоса, наследующуюся как по аутосомно-доминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу, болезнь Марфана, наследующуюся по аутосомно-доминантному типу.

Наследственные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом. К этой группе принадлежит подавляющее большинство моногенных наследственных болезней. Наиболее распространенными являются следующие.

1. Муковисцидозы -- наследуются по аутосомно-рецессивному типу. В основе патогенеза заболевания --наследственное поражение экзокринных желез и железистых клеток организма, выделение ими густого, измененного по составу секрета и связанные с этим последствия.

2. Ахондроплазия --наследуется по аутосомно-доминантному типу. Это заболевание костной системы, при котором наблюдаются аномалии развития хрящевой ткани преимущественно в эпифизах трубчатых костей и костях основания черепа.

3. Мышечные дистрофии (миопатии) --заболевания, связанные с поражением поперечно-полосатых и гладких мышц.

Вопрос №48

Хромосомные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления. Примеры.

Эта группа заболеваний обусловлена хромосомными мутациями (изменяется структура отдельных хромосом, но их число не меняется). Структурные перестройки хромосом также, как правило, сопровождаются дисбалансом генетического материала (делеции, дупликации). Степень снижения жизнеспособности при хромосомных аберрациях зависит от количества недостающего или избыточного наследственного материала и от вида измененной хромосомы. Хромосомные изменения, приводящие к порокам развития, чаще всего привносятся в зиготу с гаметой одного из родителей при оплодотворении. При этом все клетки нового организма будут содержать аномальный хромосомный набор. Если хромосомные нарушения возникают в одном из бластомеров во время первых делений зиготы, образующейся из нормальных гамет, то развивается мозаичный организм, большая или меньшая часть клеток которого несет нормальный хромосомный набор.

Транслокационный синдром Дауна, при котором число хромосом в кариотипе формально не изменено и равно 46, так как дополнительная 21-я хромосома транслоцирована на одну из акроцентрических хромосом. При делении короткого плеча 5-й хромосомы развивается синдром кошачьего крика, при котором наблюдаются общее отставание в развитии, низкая масса при рождении, лунообразное лицо с широко расставленными глазами и характерный плач ребенка, напоминающий кошачье мяукание, причиной которого является недоразвитие гортани.

У носителей некоторых перицентрических инверсий нередко наблюдаются аномалии в виде умственной отсталости той или иной степени и пороков развития. Довольно часто такие перестройки наблюдаются в 9-й хромосоме человека, однако они существенно не влияют на развитие организма.

Вопрос №49.

Геномные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления. Примеры.

Геномные болезни вызываются геномными мутациями. У человека описаны геномные мутации по типу полиплоидии, которые редко наблюдаются у живорожденных, а в основном обнаруживаются у абортированных эмбрионов и плодов и у мертворожденных. Основную часть хромосомных болезней составляют анэуплоидии, причем моносомии по аутосомам у живорожденных встречаются крайне редко.

Примеры: 47,хх+21, 47,ху+21 Синдром Дауна.Большой язык, не помещающийся в полости рта, специфический разрез глаз, умственная отсталость и т.д. Не способны к трудовой деятельности, требуют ухода и дорогостоящего лечения.Чем старше мать, тем выше вероятность рождения ребенка с этой патологией.

47,хху - синдром Клайнфельтера. Мужчина. Высокий рост, более длинные ноги, евнуховидное телосложение, недоразвитие половых органов, гинекомастия, у половины умственная отсталость.

45,х0 синдром Шерешевского-Тернера. Женщины. Фенотипические проявления - маленький рост, для многих характерна шейная складка, укорочены 4 и 5 пальцы, антимонголоидные глаза, абстрактное мышление отсутствует.

47,хх+13,47,ху+13 Синдром Патау. Характерны микроцефалия (недоразвитие головного мозга), резкая умственная отсталость, незарощение неба и губы. Полидактилия, повышенная гибкость суставов, недоразвитие глазного яблока, неправильно сформированные, низко посаженные ушные раковины, пороки внутренних органов. Такие дети не живут долго.

47,хх+18, 47,ху+18 Синдром Эдвардса.

Частота встречаемости у девочек в 3 раза выше, чем у мальчиков. Характерны множественные аномалии, грубые пороки, характерна грубая задержка роста, своеобразный свод черепа, пяткообразно нависающий затылок, короткая шея, расстояние между висками маленькое, ушная раковина деформирована, у половины на затылке избыточная кожа. Продолжительность жизни таких детей снижена.

Вопрос №50.

Болезни человека с наследственной предрасположенностью, механизмы их возникновения и проявления. Примеры.

Эта группа болезней отличается от генных болезней тем, что для своего проявления нуждается в действии факторов внешней среды. Среди них также различают моногенные, при которых наследственная предрасположенность обусловлена одним патологически измененным геном, и полигенные. Последние определяются многими генами, которые в нормальном состоянии, но при определенном взаимодействии между собой и с факторами среды создают предрасположение к появлению заболевания. Они называются мультифакториальными заболеваниями. Моногенные заболевания - это наследственно обусловленные патологические реакции на действие различных внешних факторов (лекарственных препаратов, пищевых добавок, физических и биологических агентов), в основе которых лежит наследственная недостаточность некоторых ферментов.

К таким реакциям могут быть отнесены наследственно обусловленная непереносимость сульфаниламидных препаратов. У генетически чувствительных индивидов нежелательные реакции могут вызывать некоторые компоненты пищи и пищевые добавки. Известна непереносимость у ряда людей молочного сахара -- лактозы. Иногда отмечается наследственная устойчивость к действию биологических агентов. Например гетерозиготы HbA HbS устойчивы к заражению возбудителем тропической малярии.

К болезням с наследственной предрасположенностью, обусловленной многими генетическими и средовыми факторами, относятся такие заболевания, как псориаз, сахарный диабет, шизофрения. Этим заболеваниям присущ семейный характер.

Нередко предрасположенность к ряду заболеваний наблюдается у людей с определенным сочетанием различных генов. Так, у людей со II (А) группой крови чаще наблюдается рак желудка и кишечника, а также сахарный диабет, ишемическая болезнь сердца, ревматизм. У людей с I (0) группой крови чаще встречается язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.

Вопрос №51

Значение генетики для медицины. Человек как специфический объект генетического анализа. Методы изучения наследственности человека: близнецовый, генеалогический, цитогенетический, биохимический, популяционно-статистический, генетика соматических клеток, методы изучения ДНК.

Генетика человека - наука о наследственно обусловленных различиях людей и о нарушениях генетического материала. Генетика человека - основа медицинской генетики. Гибридологический метод генетического анализа к человеку не применим. Во-первых, у человека не может быть произведено искусственного направленного скрещивания в интересах исследователя. Во-вторых, низкая плодовитость делает невозможным применение статистического подхода при оценке немногочисленного потомства одной пары родителей. В-третьих, редкая смена поколений, происходящая в среднем через 25 лет, при значительной продолжительности жизни дает возможность одному исследователю наблюдать не более 3--4 последовательных поколений. Наконец, изучение генетики человека затрудняется наличием в его геноме большого числа групп сцепления генов (23 у женщин и 24 у мужчин), а также высокой степенью фенотипического полиморфизма. Зато у человека лучше, чем у других видов изучены биохимические, иммунологические, физиологические и другие реакции, а эти признаки детерминированы генами.

Генеалогический метод

В основе этого метода лежит составление и анализ родословных. С помощью генеалогического метода может быть установлена наследственная обусловленность изучаемого признака, а также тип его наследования (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, X-сцепленный доминантный или рецессивный, Y-сцепленный). При анализе родословных по нескольким признакам может быть выявлен сцепленный характер их наследования. Этот метод позволяет изучать интенсивность мутационного процесса, оценить экспрессивность и пенетрантность аллеля.

Близнецовый метод

Этот метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах одно- и двуяйцевых близнецов. Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов.

Популяционно-статистический метод

С помощью популяционно-статистического метода изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Этим методом можно рассчитать частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, выяснить распространение в ней различных наследственных признаков, в том числе заболеваний.

Методы генетики соматических клеток

С помощью этих методов изучают наследственность и изменчивость соматических клеток. Благодаря быстрому размножению на питательных средах соматические клетки могут быть получены в количествах, необходимых для анализа. Они успешно клонируются, давая генетически идентичное потомство. Разные клетки могут, сливаясь, образовывать гибридные клоны. Для генетических исследований человека, используют следующие приемы: 1) простое культивирование, 2) клонирование, 3) селекцию, 4) гибридизацию. Благодаря методам генетики соматических клеток можно изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека. Применение цитогенетического метода позволяет диагностировать различные хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом или с нарушением их структуры. Материалом для цитогенетических исследований служат клетки человека, получаемые из разных тканей -- лимфоциты периферической крови, клетки костного мозга, фибробласты, клетки опухолей и эмбриональных тканей и др. Непременным требованием для изучения хромосом является наличие делящихся клеток.

Биохимический метод

Он позволяет изучать наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями. Дефекты ферментов устанавливают путем определения содержания в крови и моче продуктов метаболизма, являющихся результатом функционирования данного белка. Дефицит конечного продукта, сопровождающийся накоплением промежуточных и побочных продуктов нарушенного метаболизма, свидетельствует о дефекте фермента или его дефиците в организме. Биохимические методы используются для определения генотипа носителей, установления генотипа родителей по данному признаку.

Методы изучения ДНК в генетических исследованиях

Они позволяют выявлять локализацию повреждений в наследственном материале. Определяют нуклеотидные последовательности в ДНК.

Вопрос №52

Геномика, биоинформатика, протеомика.

Геномика - компьютерный анализ генома (в том числе и генома человека) и медицинские приложения (так называемая - медицинская геномика). Используется геномная диагностика, выявляющая предрасположенность к каким - либо заболеваниям человека.

Протеомика - изучает связь между наследственным материалом и проявлением признаков.

Биоинформатика. Включает в себя:

1. Разработку алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков.

2. Математические методы компьютерного анализа генома.

Вопрос №53

Популяционно-статистический метод в генетике человека. Закон Харди-Вайнберга и его применение для популяций человека.

С помощью популяционно-статистического метода изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Этим методом можно рассчитать частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, выяснить распространение в ней различных наследственных признаков, в том числе заболеваний. Он позволяет изучать мутационный процесс, роль наследственности и среды в формировании фенотипического полиморфизма человека по нормальным признакам, а также в возникновении болезней, особенно с наследственной предрасположенностью. Этот метод используют и для выяснения значения генетических факторов в антропогенезе, в частности в расообразовании.

При статистической обработке материала, при обследовании группы населения по интересующему исследователя признаку, применяется закон генетического равновесия Харди -- Вайнберга. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение аллелей генов и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции. На основании этого закона, имея данные о частоте встречаемости в популяции рецессивного фенотипа, обладающего гомозиготным генотипом (аа), можно рассчитать частоту встречаемости указанного аллеля (а) в генофонде данного поколения. Распространив эти сведения на ближайшие поколения, можно предсказать частоту появления в них людей с рецессивным признаком, а также гетерозиготных носителей рецессивного аллеля.

Математическим выражением закона Харди -- Вайнберга служит формула (рА. + qa)², где р и q -- частоты встречаемости аллелей А и а соответствующего гена. Раскрытие этой формулы дает возможность рассчитать частоту встречаемости людей с разным генотипом и в первую очередь гетерозигот -- носителей скрытого рецессивного аллеля: p²AA + 2pqAa + q²аа.

В том случае, если ген в генофонде популяции представлен несколькими аллелями, например ген группы крови системы АВО, соотношение различных генотипов выражается формулой (pI^A + qI^B + rI⁰) ².

Вопрос №54.

Генеалогический метод изучения генетики человека. Особенности наследования признаков в родословных с аутосомно-доминантным, аутосомно-рецессивным, Х-сцепленным и У-сцепленным типами наследования.

Генеалогический метод

В основе этого метода лежит составление и анализ родословных. С помощью генеалогического метода может быть установлена наследственная обусловленность изучаемого признака, а также тип его наследования (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, X-сцепленный доминантный или рецессивный, Y-сцепленный). При анализе родословных по нескольким признакам может быть выявлен сцепленный характер их наследования. Этот метод позволяет изучать интенсивность мутационного процесса, оценить экспрессивность и пенетрантность аллеля.

Родословные при аутосомно-доминантном наследовании. Для аутосомного типа наследования в целом характерна равная вероятность встречаемости данного признака как у мужчин, так и у женщин. Это обусловлено одинаковой двойной дозой генов, расположенных в аутосомах у всех представителей вида и получаемых от обоих родителей, и зависимостью развивающегося признака от характера взаимодействия аллельных генов.

При доминировании признака в потомстве родительской пары, где хотя бы один родитель является его носителем, он проявляется с большей или меньшей вероятностью в зависимости от генетической конституции родителей.

Родословные при аутосомно-рецессивном наследовании. Рецессивные признаки проявляются фенотипически лишь у гомозигот по рецессивным аллелям. Эти признаки, как правило, обнаруживаются у потомков фенотипически нормальных родителей -- носителей рецессивных аллелей. Вероятность появления рецессивного потомства в этом случае равна 25%. Если один из родителей имеет рецессивный признак, то вероятность проявления его в потомстве будет зависеть от генотипа другого родителя. У рецессивных родителей все потомство унаследует соответствующий рецессивный признак.

Родословные при доминантном Х-сцепленном наследовании признака. Гены, расположенные в Х-хромосоме и не имеющие аллелей в Y-хромосоме, представлены в генотипах мужчин и женщин в разных дозах. Женщина получает две свои Х-хромосомы и соответствующие гены как от отца, так и от матери, а мужчина наследует свою единственную Х-хромосому только от матери. Развитие соответствующего признака у мужчин определяется единственным аллелем, присутствующим в его генотипе, а у женщин он является результатом взаимодействия двух аллельных генов. В связи с этим признаки, наследуемые по Х-сцепленному типу, встречаются в популяции с разной вероятностью у мужского и женского пола.

При доминантном Х-сцепленном наследовании признак чаще встречается у женщин в связи с большей возможностью получения ими соответствующего аллеля либо от отца, либо от матери. Мужчины могут наследовать этот признак только от матери. Женщины с доминантным признаком передают его в равной степени дочерям и сыновьям, а мужчины -- только дочерям. Сыновья никогда не наследуют от отцов доминантного Х-сцепленного признака.

Родословные при рецессивном Х-сцепленном наследовании признаков. Характерной особенностью родословных при данном типе наследования является преимущественное проявление признака у гемизиготных мужчин, которые наследуют его от матерей с доминантным фенотипом, являющихся носительницами рецессивного аллеля.

Родословные при Y-сцепленном наследовании. Наличие Y-хромосомы только у представителей мужского пола объясняет особенности Y-сцепленного, или голандриче-ского, наследования признака, который обнаруживается лишь у мужчин и передается по мужской линии из поколения в поколение от отца к сыну.

Вопрос 55.

Близнецовый метод

Этот метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах одно- и двуяйцевых близнецов. Он предложен в 1875 г. Гальтоном первоначально для оценки роли наследственности и среды в развитии психических свойств человека. В настоящее время этот метод широко применяют в изучении наследственности и изменчивости у человека для определения соотносительной роли наследственности и среды в формировании различных признаков, как нормальных, так и патологических. Он позволяет выявить наследственный характер признака, определить пенетрантность аллеля, оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов (лекарственных препаратов, обучения, воспитания).

Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов. Монозиготные близнецы, развивающиеся из одной оплодотворенной яйцеклетки, генетически идентичны, так как имеют 100% общих генов. Поэтому среди монозиготных близнецов наблюдается высокий процент конкордантных пар, в которых признак развивается у обоих близнецов. Сравнение монозиготных близнецов, воспитывающихся в разных условиях постэмбрионального периода, позволяет выявить признаки, в формировании которых существенная роль принадлежит факторам среды. По этим признакам между близнецами наблюдается дискордантность, т.е. различия. Напротив, сохранение сходства между близнецами, несмотря на различия условий их существования, свидетельствует о наследственной обусловленности признака.

...