Биология. 2 семестр

ЛЕКЦИЯ 8 Молекулярные основы наследственности.

1. Кодирование биологической информации в клетке. Кодовая система ДНК.

В 1953 году была расшифрована пространственная структура ДНК. Возник вопрос: если ДНК отвечает за наследственные признаки то, как закодирована в ДНК наследственная информация о признаках и свойствах организма, т.е. о белках.

В 1961 году Ф. Крик ввел понятие генетического кода и охарактеризовал свойства генетического кода.

Генетический код – это принцип записи наследственной информации о последовательности аминокислот в белке, через последовательность нуклеотидов в ДНК.

Генетический код обладает несколькими свойствами:

1. триплетность. Структура белка определяется последовательностью аминокислот. Последовательность аминокислот в белке кодируется последователь­ностью нуклеотидов в ДНК.

В состав белков организмов входят 20 аминокислот, а нуклеотидов всего четыре, следовательно, для кодирования всех аминокислот необходимо сочетание нуклеотидов. Пары нуклеотидов дадут возможность кодирования 16 (4²) аминокис­лот. Тройки нуклеотидов (триплет, или кодон) позволяют получить 64 (4³) комбинации, что достаточно для кодирования всех аминокислот.

2. вырожденность. Раньше считали, что каждая аминокислота кодируется своим триплетом, тогда получалось, что 44 триплета (64-20 = 44) являются лишними. Оказалось, что одним триплетом кодируются только две аминокислоты (метионин и триптофан), остальные кодируются 2, 3, 4, 6 трип­летами. Так аминокислоты лейцин, серин, аргинин кодируются шестью триплетами каждая. Кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами и есть вырожденность.

Всего в кодировании занят 61 кодон. Три кодона: АТТ, АТЦ, АЦТ кодируют не аминокислоты, а окончание записи информации о первичной структуре белка (как точка в конце предло­жения). Это стоп – кодоны, которые являются последним триплетом гена. Когда стоп-кодоны перепишутся на и-РНК, они будут выглядеть так: УАА, УАГ, УГА. Теперь они будут означать окончание синтеза белка.

3. непрерывность – за одним триплетом идет следующий триплет, между триплетами нет промежутков и нет одиночных нуклеотидов.

4. неперекрываемость – последний нуклеотид предыдущего триплета не явля­ется началом следующего триплета.

5. однозначность – каждый триплет кодирует только одну ами­нокислоту.

6. универсальность – сущность кодирования одинакова от бак­терий до человека.

2. Реализация биологической информации в клетке. Транскрипция. Феномен сплайсинга.

Транскрипция это сложный ферментативный процесс, который требует расхода энергии АТФ. В эукариотической клетке этот процесс протекает в ядре. Основной фермент транскрипции, называется РНК-полимераза.

У прокариот существует 1 вид данного фермента.

У эукариот существует 3 вида фермента:

РНК-полимераза 1 – отвечает за синтез крупных рРНК, она локализована в ядрышке.

РНК-полимераза 2 – отвечает за синтез иРНК, она локализована в цитоплазме

РНК-полимераза 3 – отвечает за синтез тРНК и мелких рРНК (она локализована в рибосомах).

Выделяют 3 этапа транскрипции: стадия инициации, стадия элонгации, стадия терминации.

І. Стадия инициации. На первом этапе РНК полимераза узнает определенную последовательность нуклеотидов в ДНК перед геном, эта последовательность называется – промотор.

Узнав промотор, РНК-полимераза фиксируется на нем, затем происходит расплетание двойной спирали ДНК, и участок одной цепи ДНК становится матрицей для синтеза молекулы и-РНК.

ІІ стадии элонгации (удлинения).

РНК-полимераза движется вдоль этого участка, синтезируя молекулу и-РНК. Синтез идет из свободных нуклеотидов присутствующих в ядерном соке и основан на принципе комплементарности.

Ц_ДНК ® Г _РНК

Г_ДНК ® Ц_РНК

Т_ДНК ® А_РНК

А_ДНК ® У_РНК

ІІІ. Стадия терминации. Синтез РНК продолжается до тех пор, пока РНК- полимераза не достигнет особой последовательности нуклеотидов, которая называется терминирующий сигнал транскрипции или стоп сигнал. На этом транскрипция заканчивается, освобождается молекула и-РНК и фермент РНК- полимераза, восстанавливается двойная спираль ДНК.

В результате транскрипции образуется первичный транскрипт иРНК.

Первичный транскрипт РНК у прокариот является зрелой иРНК, которая сразу становится матрицей для синтеза белка.

У эукариот в ядре клетки синтезируется незрелая молекула иРНК (про иРНК). Процесс созревания иРНК называется – процессингом, он протекает в ядре.

Процессинг РНК включает три одновременно идущих процесса:

кэпирование – к 5' концу иРНК присоединяется метилированный остаток гуанозина, эта структура называется кэп (шапочка). Кэп способствует связыванию иРНК с рибосомой в цитоплазме.

Полиаденилирование – к 3' концу молекулы иРНК присоединяется от 100 до 200 адениловых нуклеотидов. Образуется поли-А-участок. Этот участок стабилизирует молекулу иРНК, и способствует ее выходу из ядра в цитоплазму.

Сплайсинг – это вырезание интронов из молекулы иРНК и сшивание экзонов при помощи ферментов лигаз.

В результате процессинга в ядре формируется зрелая молекула иРНК, которая перемещается из ядра в цитоплазму для синтеза белка. Только 3–5% зрелых иРНК попадают в цитоплазму, остальные разрушаются в ядре.

3. Перенос биологической информации на белок (трансляция). Структура, виды и роль РНК.

Трансляция – это процесс биосинтеза белка на матрице иРНК.

Для этого процесса необходимы рибосомы, аминокислоты, иРНК, тРНК, АТФ, ферменты.

тРНК – класс низкомолекулярных нуклеиновых кислот, содержащих от 70 до 90 нуклеотидов. У тРНК имеется первичная, вторичная, и третичная структура.

Первичная структура – последовательность нуклеотидов в молекуле тРНК.

Вторичная структура тРНК имеет вид листка клевера, это связано с тем, что между отдельными нуклеотидами возникают водородные связи по принципу комплементарности. На одном конце молекулы тРНК имеется участок, состоящий из 3-х нуклеотидов – это антикодон, он узнает соответствующий кодон в молекуле иРНК. На другом конце молекулы находится акцепторный участок, к которому присоединяется соответствующая аминокислота. Для каждой аминокислоты существует своя тРНК, однако, тРНК не 20 видов (как аминокислот), а 61 (по количеству кодонов иРНК).

Аминокислота присоединяется к акцепторному участку тРНК с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы. Так образуется аминоацил-тРНК.

В процессе трансляции выделяют 3 стадии:

· стадия инициации

· стадия элонгации

· стадия терминации

На стадии инициации образуется рибосома присоединяется к иРНК, этому способствует КЭП участок иРНК. Затем к рибосоме приходит первая тРНК со своей аминокислотой. У эукариот это всегда тРНК, несущая аминокислоту метионин (её кодон в иРНК АУГ). У прокариот первой походит тРНК, несущая аминокислоту формилметионин. Своим антикодоном метиониновая тРНК узнает соответствующий кодон в молекуле иРНК.

На стадии элонгации происходит синтез полипептидной цепи.

В рибосоме выделяют функциональный центр, который состоит из 2х участков.

А участок – аминоацил-тРНК-связывающий участок

Р участок – пептидил-тРНК-связывающий участок

С функционированием этих участков связано удлинение полипептидной цепи белка.

Допустим, пептидная цепь определенной длины уже синтезирована.

В “А” участок рибосомы поступает аминоацил-тРНК. Если антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК, то данная тРНК со своей аминокислотой остается в “А” участке. Далее ферменты рибосомы разрывают связь между пептидилом и тРНК, которая находится в “Р” участке. Свободная тРНК уходит из “Р” участка. Другие ферменты рибосомы устанавливают пептидную связь между пептидилом и аминокислотой, которая находится в “А” участке. За счёт соединения карбонильной группы с аминогруппой происходит удлинение пептидной цепи на одну аминокислоту.

Далее рибосома делает один шаг, равный трём нуклеотидам, вдоль молекулы иРНК, и комплекс пептидил-тРНК перемещается из “А” участка в “Р” участок. Таким образом “А” участок свободен и готов принять новую тРНК с аминокислотой, и цикл повторяется снова.

На стадия терминации заканчивается синтез полипептидной цепи.

Это происходит в тот момент, когда в “А” участок рибосомы приходит один из стоп кодонов (УАА, УАГ, УГА). Им не соответствует ни одна аминокислота и после нескольких неудачных попыток нарастить полипептидную цепь рибосома распадается на субъединицы, а молекула полипептида отсоединяется от иРНК.

Примечание

По окончании синтеза полипептида аминокислота метионин (или формилметионин у прокариот), с которой начинался синтез может отщепляться от молекулы полипептида.

4. Гипотеза «один ген – один фермент», ее современная трактовка..

В 1902 году Арчибальд Гаррод, изучая наследственные болезни, связанные с дефектом обмена веществ, предположил, что за синтез определённого фермента отвечает один ген (гипотеза один ген – один фермент). Позднее Бидл и Татум экспериментально доказали это положение.

В конце 40-х годов ученые установили, что синтез всех белков (а не только ферментов) находится под контролем генов. Гипотеза приобрела вид: один ген – один белок.

Однако с открытием мультимерных белков (молекула таких белков состоит из нескольких полипептидных цепей) встал вопрос: один ген кодирует синтез всех цепей или каждая полипептидная цепь кодируется своим геном?

В 1957г Ингрэм установил, что причина серповидно-клеточной анемии – генная мутация, приводящая к замене в молекуле гемоглобина в 6 положении глутаминовой кислоты на валин.

Белок гемоглобина человека (глобин) состоит из двух α -цепей и двух β - цепей. Замена аминокислоты всегда наблюдается только в β -цепи, а α -цепь остаётся нормальной. Следовательно, мутировавший ген кодирует только одну цепь, а вторая цепь кодируется другим геном. Позже выяснили, что гены, кодирующие α -цепь находятся в 16 хромосоме, а гены, кодирующие β -цепь находятся в 11 хромосоме.

Гипотеза приобрела вид: один ген – одна полипептидная цепь.

5. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Впервые регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции была изучена у прокариот в 1961 году французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно. Они предложили модель оперона.Оперон состоит из гена регулятора, гена оператора и структурных генов, в которых записана информация и первичной структуре белка. Перед структурными генами находится особая последовательность нуклеотидов, которая называется оператор. Известно, что последовательности нуклеотидов оператора и промотора перекрываются.

Ген		промотор		активатор	А	В	С
регулятор		оператор
	оперон

Ген регулятор кодирует синтез белка репрессора. Этот белок взаимодействует с оператором и блокирует его. Если заблокирован оператор, то блокируется и часть промотора. РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, поэтому транскрипция не происходит и синтез белка не идёт. Это не активное состояние оперона.

При связывании белка репрессора ген оператор и промотор открыты, РНК-полимераза начинает процесс транскрипции, и происходит синтез белка.

Что же связывает белок репрессор?

-- вещества, которые могут находиться в клетке или поступающие в неё извне.

Эти вещества называются индукторами (индукция – наведение, запуск). Они связываются с белком репрессором и блокируют его. Теперь ген оператор освобождается от белка репрессора и запускает процесс синтеза белка. Такое состояние оперона называется активным.

У эукариот выделяют несколько уровней регуляции экспрессии генов.

– на уровне транскрипции

– на уровне процессинга иРНК

– на уровне выхода зрелой иРНК из ядра в цитоплазму.

– на уровне трансляции с помощью веществ, которые блокируют взаимодействие зрелой иРНК с рибосомами (антибиотики, химиопрепараты).

6. Классификация генов: структурные и регуляторные.

Все гены клетки в организме можно разделить на 2 группы, это:

– структурные гены, которые отвечают за все белки организма, за рРНК, и тРНК.

– регуляторные гены, которые соответственно регулируют работу структурных генов.

7. Цитоплазматическая наследственность.

Главная роль в передаче наследственных свойства принадлежит хромосомам. С ними связаны закономерности, открытые Г. Менделем. Но ряд органоидов, расположенных в цитоплазме содержит ДНК (митохондрии, пластиды). Их ДНК способна к репликации, и с ней может быть связана передача цитоплазматической наследственности. Существуют сорта львиного зева, ночной красавицы и некоторых других растений, у которых наряду с зелёными листьями встречаются пёстрые, с белыми пятнами – участкам, лишёнными хлорофилла. В связи с тем, что организм, образуемый вследствие оплодотворения, получает цитоплазматические структуры главным образом от яйцеклетки, цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии.

В клетках прокариот и эукариот обнаруживаются плазмиды – отрезки ДНК, имеющие кольцевую или линейную форму и способные к самостоятельной (независимо от ядра) репликации.

У бактерии наблюдается передача плазмид от клетки к клетке при их непосредственном контакте, а распределение их по дочерним клеткам при делении происходит случайно. Наличие плазмид может обеспечивать устойчивость бактерий к определённым антибиотикам. У растений и животных плазмиды могут существенно влиять на свойства многоклеточного организма.

ЛЕКЦИЯ 9 Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Генные мутации и генные болезни.

1. Определение изменчивости. Классификация ее форм.

Изменчивость – есть общее свойство живых организмов, заключающееся в изменении наследственных признаков в ходе онтогенеза (индивидуального развития).

Изменчивость организмов делят на два крупных типа:

1. фенотипическую, не затрагивающую генотип и не передающуюся по наследству;

2. генотипическую, изменяющую генотип и поэтому передаю­щуюся по наследству.

Генотипическая изменчивость подразделяется на комбинативную и мутационную.

Мутационная изменчивость включает геномные, хромосомные и генные мутации.

Геномные мутации подразделяется на полиплоидию и анеуплоидию

Хромосомные мутации подразделяется на делеции, дупликации, инверсии, транслокации

2. Фенотипическая изменчивость. Норма реакции генетически детерминиро­ванных признаков. Адаптивный характер модификаций. Фенокопии.

Фенотипическая изменчивость (или ненаследственная, модификационная) – это изменение фенотипических признаков организма под действием факторов внешней среды, без изменения генотипа.

Например: окраска шерсти у гималайского кролика в зависимости от температуры среды обитания.

Норма реакции – это диапазон изменчивости, в пределах которого один и тот же генотип способен давать различные фенотипы.

1. широкая норма реакции – когда колебания признака идут в широких пределах (например: загар, количество молока).

2. узкая норма реакции – когда колебания признака незначительны (например: жирность молока).

3. однозначная норма реакции – когда признак не изменяется, ни при каких условиях (например: группы крови, цвет глаз, разрез глаз).

Адаптивный характер модификаций заключается в том, что модификационная изменчивость позволяет организму адаптироваться к изменяющимся условиям среды. Поэтому модификации всегда полезны.

Если во время эмбриогенеза на организм воздействуют неблагоприятные факторы, то могут появляться фенотипические изменения, выходящие за пределы нормы реакции и не носящие адаптивного характера, их называют морфозы развития. Например, ребёнок рождается без конечностей или с заячьей губой.

Фенокопии – это морфозы развития, которые очень трудно отличить от наследственных изменений (заболеваний).

Например: если беременная женщина переболела краснухой, у неё может родиться ребёнок с катарактой. Но эта патология может появиться и в результате мутации. В первом случае речь идет о фенокопии.

Диагноз «фенокопия» важен для будущего прогноза, так как при фенокопии генетический материал не изменяется, то есть остается в норме.

3. Комбинативная изменчивость. Значение её в обеспечении генетического разнообразия людей.

Комбинативная изменчивость – это возникновение у потомков новых комбинаций генов, которых не было у их родителей.

Комбинативная изменчивость связана:

с кроссинговером в профазу мейоза 1.

с независимым расхождением гомологичных хромосом в анафазу мейоза 1.

со случайным сочетанием гамет при оплодотворении.

Значение комбинативной изменчивости – обеспечивает генетическое разнообразие особей в пределах вида, что важно для естественного отбора и эволюции.

4. Мутационная изменчивость. Основные положения теории мутаций.

Гюго де Фриз голландский ученый ввел в 1901 году термин " мутация".

Мутация – это явление прерывистого скачкообразного изменения наследственного признака.

Процесс возникновения мутаций называется мутагенез, а организм, который приобретает новые признаки в процессе мутагенеза, называется – мутант.

Основные положения теории мутаций по Гюго де Фризу.

1. мутации возникают внезапно без всяких переходов.

2. возникшие формы вполне устойчивы.

3. мутации являются качественными изменениями.

4. мутации происходят в различных направлениях. они могут быть как полезными, так и вредными.

5. одни и те же мутации могут возникать повторно.

5. Классификация мутаций.

I. По происхождению.

1. Спонтанные мутации. Самопроизвольные мутации или естественные, возникают в обычных природных условиях.

2. Индуцированные мутации. Вызванные мутации или искусственные, возникают при воздействии на организм мутагенных факторов.

а. физические (ионизирующее излучение, УФЛ, высокая температура и т.п.)

б. химические (соли тяжёлых металлов, азотистая кислота, свободные радикалы, бытовые и промышленные отходы, лекарства).

в. биологические (вирусы, продукты жизнедеятельности паразитов).

II. По месту возникновения.

а. Соматические мутации возникают в соматических клетках и наследуются потомками тех клеток, в которых возникли. Из поколения в поколение не передаются.

б. Генеративные мутации возникают в половых клетках и передаются из поколения в поколение.

в.

III. По характеру изменений фенотипа.

1. Морфологические мутации, характеризующиеся изменением строения органа или организма в целом.

2. Физиологические мутации, характеризующиеся изменением ф-й органа или организма в целом.

3. Биохимические мутации связанные с изменением макромолекулы.

IV. По влиянию на жизнеспособность организма.

1. Летальные мутации в 100% случаев приводят к гибели организма из-за несовместимых с жизнью дефектов.

2. Полулетальные мутации приводят к гибели в 50-90% случаев. Обычно организмы с такими мутациями не доживают до репродуктивного периода.

3. Условно летальные мутации, в одних условиях организм погибает, а в других условиях выживает (галактоземия).

4. Полезные мутации повышают жизнеспособность организма и используются в селекции.

V. По характеру изменения наследственного материала.

1. Генные мутации.

2. Хромосомные мутации.

6. Генные мутации, определение. Механизмы возникновения спонтанных генных мутаций.

Генные мутации или точковые мутации – это мутации, которые возникают в генах на уровне нуклеотидов, при этом изменяется структура гена, изменяется молекула мРНК, изменяется последовательность аминокислот в белке, в организме изменяется признак.

Виды генных мутаций:

- миссенс мутации – замена 1 нуклеотида в триплете на другой приведет к тому, что в полипептидную цепь белка будет включаться другая аминокислота, которой в норме не должно быть, а это приведет к тому, что изменятся свойства и функции белка.

Пример: замена глутаминовой кислоты на валин в молекуле гемоглобина.

ЦТТ – глутаминовая кислота, ЦАТ – валин

Если такая мутация происходит в гене, который кодирует β цепь белка гемоглобина, то в β цепь вместо глютаминовой кислоты включается валин → в результате такой мутации изменяются свойства и функции белка гемоглобина и вместо нормального HbA появляется HbS, в результате у человека развивается серповидноклеточная анемия (форма эритроцитов изменяется).

- нонсенс мутации – замена 1 нуклеотида в триплете на другой приведет к тому, что генетически значащий триплет превратится в стоп кодон, что приводит к обрыву синтеза полипептидной цепи белка. Пример: УАЦ – тирозин. УАА – стоп кодон.

- мутации со сдвигом рамки считывания наследственной информации.

Если в результате генной мутации у организма будет появляться новый признак (например, полидактилия), то они называются неоморфные.

если в результате генной мутации организм утрачивает признак (например, при ФКУ исчезает фермент) то они называются аморфные.

- сеймсенс мутации – замена нуклеотида в триплете приводит к появлению триплета-синонима, который кодирует ту же самую аминокислоту. Это связано с вырожденностью генетического кода. Например: ЦТТ – глютамин ЦТЦ – глютамин.

Механизмы возникновения генных мутаций (замена, вставка, выпадение).

ДНК состоит из 2-х полинуклеотидных цепей. Сначала изменение возникает в 1-й цепи ДНК – это полумутационное состояние или “первичное повреждение ДНК”. Каждую секунду в клетке имеет место 1 первичное повреждение ДНК.

Когда повреждение переходит на вторую цепь ДНК то, говорят о том, что произошла фиксация мутации, то есть возникла “полная мутация”.

Первичные повреждения ДНК возникают при нарушении механизмов репликации, транскрипции, кроссинговера

7. Частота генных мутаций. Мутации прямые и обратные, доминантные и рецессивные.

У человека частота мутаций = 1х10^–4 – 1х10^–7, то есть в среднем 20–30% гамет у человека в каждом поколении являются мутантными.

У дрозофилы частота мутаций = 1х10^–5, то есть 1 гамета из 100 тысяч несет генную мутацию.

а. Прямая мутация (рецессивная) – это мутация гена из доминантного состояния в рецессивное состояние: А → а.

б. Обратная мутация (доминантная) – это мутация гена из рецессивного состояния в доминантное состояние: а → А.

Генные мутации встречаются у всех организмов, гены мутируют в различных направлениях, а также с различной частотой. Гены, которые редко мутируют называются – стабильные, а гены, которые часто мутируют называются – мутабельные.

8. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вави­лова.

Мутирование происходит в самых различных направлениях, т.е. случайно. Однако эти случайности подчиняются закономерности, обна­руженной в 1920г. Вавиловым. Он сформулировал закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости.

" Виды и роды генетичес­ки близкие характеризуются сходными рядами наследственной измен­чивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одно­го вида, можно предвидеть существование параллельных форм у других видов и родов".

Этот закон позволяет предсказать наличие определённого признака у особей различных родов одного семейства. Так было предска­зано наличие в природе безалкалоидного люпина, т.к. в семействе бобовых есть роды бобов, гороха, фасоли, не содержащие алкалоиды.

В медицине закон Вавилова позволяет использовать животных, генетически близких человеку, в качестве генетических моделей. На них ставят эксперименты по изуче­нию генетических болезней. Например, катаракта изучается на мышах и собаках; гемофилия – на собаках, врождённая глухота – на мышах, морских свинках, собаках.

Закон Вавилова позволяет предвидеть появление индуцирован­ных мутаций, неизвестных науке, которые могут использоваться в се­лекции для создания ценных для человека форм растений.

9. Антимутационные барьеры организма.

- Точность репликации ДНК. Иногда в ходе репликации возникают ошибки, тогда включаются механизмы самокоррекции, которые направлены на устранение неправильного нуклеотида. Важную роль играет фермент ДНК-полимераза, и частота ошибок снижается в 10 раз (с 10^–5до 10^–6).

- Вырожденность генетического кода. 1 аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, поэтому замена 1 нуклеотида в триплете не искажает наследственную информацию. Например, ЦТТ и ЦТЦ – глутаминовая кислота.

- Экстракопирование некоторых генов отвечающих за важные макромолекулы: рРНК, тРНК, белки гистоны, т.е. образуется много копий этих генов. Эти гены входят в состав умеренно повторяющихся последовательностей.

- Избыточность ДНК – 99% является избыточной и мутагенный фактор чаще попадает в эти 99% бессмысленных последовательностей.

- Парность хромосом в диплоидном наборе. В гетерозиготном состоянии многие вредные мутации не проявляются.

- Выбраковка мутантных половых клеток.

- Репарация ДНК.

10. Репарация генетического материала..

Репарация ДНК – удаление первичных повреждений из ДНК и замена их нормальными структурами.

Выделяют две формы репарации: световую и темновую

А. Световая репарация (или ферментативная фотореактивация). Ферменты репарации активны только в присутствии света. Эта форма репарации направлена на удаление первичных повреждений ДНК вызванных действием УФЛ.

Под действием УФЛ в ДНК активируются пиримидиновые азотистые основания, что приводит к тому, что возникают связи между пиримидиновыми азотистыми основаниями, которые располагаются рядом в одной цепи ДНК, то есть образуются пиримидиновыедимеры. Чаще всего возникают связи: Т=Т; Т=Ц; Ц=Ц.

В норме в ДНК пиримидиновых димеров нет. Образование их приводит к тому, что искажается наследственная информация и нарушается нормальный ход репликации и транскрипции, что приводит впоследствии к генным мутациям.

Суть фотореактивации: в ядре существуют специальный (фотореактивирующий) фермент, который активен только в присутствии света, этот фермент разрушает пиримидиновые димеры, то есть разрывает связи, которые возникли между пиримидиновыми азотистыми основаниями под действием УФЛ.

Темновая репарация происходит в темноте и на свету, то есть активность ферментов не зависит от присутствия света. Она делится на дорепликативная репарацию и пострепликативную репарацию.

Дорепликативная репарация происходит до репликации ДНК, в этом процессе участвует много ферментов:

o Эндонуклеаза

o Экзонуклеаза

o ДНК- полимераза

o ДНК - лигаза

Допустим, в ДНК имеется первичное повреждение.

1 этап. Фермент эндонуклеаза находит поврежденный участок и разрезает его.

2 этап. Фермент экзонуклеаза удаляет поврежденный участок из ДНК (эксцизия) в результате образуется брешь.

3 этап. Фермент ДНК полимераза синтезирует недостающий участок. Синтез происходит по принципу комплементарности.

4 этап. Ферменты лигазы соединяют или сшивают вновь синтезированный участок с цепью ДНК. Таким образом, первичное повреждение в ДНК устраняется.

Пострепликативная репарация.

Допустим, в ДНК имеется первичное повреждение.

1 этап. Начинается процесс репликации ДНК. Фермент ДНК-полимераза синтезирует новую цепь полностью комплементарную старой неповрежденной цепи.

2 этап. Фермент ДНК полимераза синтезирует другую новую цепь, но участок, где находится повреждение, он обходит. В результате во второй новой цепи ДНК образовалась брешь.

3 этап. По окончании репликации фермент ДНК полимераза синтезирует недостающий участок комплементарно новой цепи ДНК.

4 этап. Затем фермент лигаза соединяют вновь синтезированный участок с цепью ДНК, где имелась брешь. Таким образом, первичное повреждение ДНК не перешло на другую новую цепь, то есть не произошла фиксация мутации.

В дальнейшем первичное повреждение ДНК может быть ликвидировано в ходе дорепликативной репарации.

11. Мутации, связанные с нарушением репарации ДНК и их роль в патологии.

Способность к репарации у организмов выработалась и закрепилась в ходе эволюции. Чем выше активность репарирующих ферментов, тем стабильнее наследственный материал. За ферменты репарации отвечают соответствующие гены, поэтому если происходит мутация в этих генах, то снижается активность репарирующих ферментов. У человека при этом возникают тяжелые наследственные заболевания, которые связаны со снижением активности репарирующих ферментов.

Таких заболеваний у человека больше 100. Некоторые из них:

Анемия Фанкони – уменьшение количества эритроцитов, потеря слуха, нарушения в ССС, деформация пальцев, микроцефалия.

Сидром Блума – малый вес новорождённого, замедление роста, повышенная восприимчивость в вирусной инфекции, повышенный риск онкологических заболеваний. Характерный признак: при непродолжительном пребывании на солнечном свету на коже лица появляется пигментация в форме бабочки (расширение кровеносных капилляров).

Пигментная ксеродермия – на коже от света появляются ожоги, которые скоро перерождаются в рак кожи (у таких больных рак возникает в 20.000 раз чаще). Больные вынуждены жить при искусственном освещении.

Частота заболевания – 1: 250.000 (Европа, США), и 1: 40.000 (Япония)

Два вида прогерий – преждевременное старение организма.

12. Генные болезни, механизмы их развития, наследования, частота воз­никновения.

Генные болезни (или молекулярные болезни) достаточно широко представлены у человека, их насчитывается более 1000.

Особую группу среди них составляют врожденные дефекты обмена веществ. Впервые эти заболевания описал А. Гарод в 1902 году. Симптоматика этих заболеваний различна, но всегда имеет место нарушение превращения веществ в организме. При этом одни вещества будут в избытке, другие в недостатке. Например, в организм поступает вещество (А) и превращается далее под действием ферментов в вещество (В). Далее вещество (В) должно превращаться в вещество (С), но этому мешает мутационный блок

(), в результате вещество (С) будет в недостатке, а вещество (В) в избытке.

А → В С

Примеры некоторых болезней, обусловленных врожденным дефектом обмена веществ.

ФКУ (фенилкетонурия, врожденное слабоумие). Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1: 10.000. Фенилаланин является незаменимой аминокислотой для построения белковой молекулы и, кроме того, служит предшественником гормонов щитовидной железы (тироксина), адреналина и меланина. Аминокислота фенилаланин в клетках печени должна превращаться с помощью фермента (фенилаланин-4-гидроксилазы) в тирозин. Если отсутствует фермент, отвечающий за данное превращение, или снижена его активность то содержание фенилаланина в крови будет резко повышено, а содержание тирозина понижено. Избыток фенилаланина в крови приводит к появлению его производных (фенилуксусной, фенилмолочной, фенилпировиноградной и других кетоновых кислот), которые выделяются с мочой, а также оказывают токсическое воздействие на клетки центральной нервной системы, что приводит к слабоумию.

При своевременной постановке диагноза и переводе младенца на диету, лишенную фенилаланина, развитие заболевания можно предупредить.

Альбинизм общий. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В норме аминокислота тирозин участвует в синтезе тканевых пигментов. Если возникает мутационный блок, отсутствует фермент или снижена его активность, то тканевые пигменты не синтезируются. В этих случаях кожа имеет молочно-белый цвет, волосы очень светлые, вследствие отсутствия пигмента в сетчатке просвечивают кровеносные сосуды, глаза имеют красновато-розовый цвет, и повышенную чувствительность к свету.

Алькапнонурия. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 3-5: 1.000.000. Заболевание связано с нарушением превращения гомогентизиновой кислоты, в результате чего эта кислота накапливается в организме. Выделяясь с мочой, эта кислота приводит к развитию заболеваний почек, кроме того, подщелоченная моча при этой аномалии быстро темнеет. Также заболевание проявляется окрашиванием хрящевых тканей, в пожилом возрасте развивается артрит. Таким образом, заболевание сопровождается поражением почек и суставов.

Генные болезни, связанные с нарушением обмена углеводов.

Галактоземия. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1: 35.000-40.000 детей.

В крови новорождённого содержится моносахарид галактоза, который образуется при расщеплении дисахарида молока лактозы на глюкозу и галактозу. Галактоза непосредственно не усваивается организмом, она должна быть переведена специальным ферментом в усваиваемую форму – глюкоза-1-фосфат.

Наследственная болезнь галактоземия обусловлена нарушением функции гена, контролирующего синтез белка-фермента, превращающего галактозу в усваиваемую форму. В крови больных детей будет очень мало этого фермента и много галактозы, что устанавливается биохимическим анализом.

Если диагноз поставлен в первые дни после рождения ребенка, то его кор­мят смесями, где нет молочного сахара, и ребёнок нормально развива­ется. В противном случае ребёнок вырастает слабоумным.

Муковисцидоз. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1: 2.000-2.500. Заболевание связано с мутацией гена, который отвечает за белок-переносчик, встроенный в плазматическую мембрану клеток. Этот белок регулирует проницаемость мембраны к ионам Na⁺ и Ca⁺. Если нарушена проницаемость этих ионов в клетках экзокринных желез, то железы начинают вырабатывать густой, вязкий секрет, который закрывает протоки экзокринных желез.

Выделяют легочную и кишечную формы муковисцидоза.

Синдром Марфана. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-доминантному типу. Связано с нарушением обмена белка фибриллина в соединительной ткани, что проявляется комплексом признаков: «паучьи» пальцы (арахнодактилия), высокий рост, подвывих хрусталика, пороки сердца и сосудов, повышенный выброс в кровь адреналина, сутулость, впалая грудь, высокий свод стопы, слабость связок и сухожилий и т.д. Впервые описано в 1896 году французским педиатром Антонио Марфаном.

ЛЕКЦИЯ 10 Структурные мутации хромосом.

1. Структурные мутации хромосом (хромосомные аберрации).

Выделяют следующие виды хромосомных аберраций.

– делеции

– дупликации

– инверсии

– кольцевые хромосомы

– транслокации

– транспозиции

При данных мутациях изменяется структура хромосом, изменяется порядок расположения генов в хромосомах, изменяется доза генов в генотипе. Эти мутации встречаются у всех организмов, они бывают:

- спонтанные (вызваны фактором неизвестной природы) и индуцированные (природа фактора, вызвавшего мутацию известна)

- соматические (затрагивающие наследственный материал соматических клеток) и генеративные (изменения наследственного материала гамет)

- полезные и вредные (последнее гораздо чаще)

- сбалансированные (система генотипа не изменяется, значит, не меняется и фенотип) и несбалансированные (изменяется система генотипа, а значит, изменяется и фенотип

Если мутация затрагивает две хромосомы, говорят о межхромосомных перестройках.

Если мутация затрагивает 1 хромосому, говорят о внутрихромосомных перестройках.

2. Механизмы возникновения структурных мутаций хромосом.

- гипотеза «разрыв-соединение». Предполагают, что в одной или нескольких хромосомах происходят разрывы. Образуются участки хромосом, которые затем соединяются, но в иной последовательности. Если разрыв происходит до репликации ДНК, то в этот процесс вовлекаются 2 хроматиды – это изохроматидный разрыв. Если разрыв происходит после репликации ДНК, то вовлекается в процесс 1 хроматида – это хроматидный разрыв.

- вторая гипотеза: между негомологичными хромосомами происходит процесс подобный кроссинговеру, т.е. негомологичные хромосомы обмениваются участками.

3. Делеции, их сущность, формы, фенотипический эффект. Псевдодоминирование..

Делеция (нехватка) – потеря участка хромосомы.

в хромосоме может произойти 1 разрыв, и она потеряет концевой участок, который будет разрушен ферментами (дефишенси)

в хромосоме может быть два разрыва с потерей центрального участка, который также будет разрушен ферментами (интерстициальная делеция).

В гомозиготном состоянии делеции всегда летальны, в гетерозиготном состоянии они проявляются множественными пороками развития.

Выявление делеций:

- дифференциальное окрашивание хромосом

- по фигуре петли, которая образуется во время коньюгации гомологичных хромосом в профазу мейоза 1. Петля возникает на нормальной хромосоме.

Впервые делеция была изучена у мушки дрозофилы, при этом произошла потеря участка Х хромосомы. В гомозиготном состоянии эта мутация летальна, а в гетерозиготном состоянии она проявляется фенотипически вырезкой на крыле (Notch-мутация). При анализе этой мутации было выявлено особое явление, которое получило название псевдодоминирование. При этом фенотипически проявляется рецессивный аллель, так как участок хромосомы с доминантным аллелем утрачен вследствие делеции.

У человека делеции чаще происходят в хромосомах с 1 по 18. Например, делеция короткого плеча пятой хромосомы в гетерозиготном состоянии проявляется фенотипически, как синдром " кошачьего крика". Ребёнок рож­дается с большим числом патологий, живет от 5 дней до месяца (очень редко до 10 лет), его плач напоминает резкое мяуканье кота.

В 21 или 22 хромосоме стволовых кроветворных клеток может произойти интерстициальная делеция. В гетерозиготном состоянии она проявляется фенотипически как злокачественная анемия.

4. Дупликации, инверсии, кольцевые хром-мы. Механизм возникновения. Фенотипическое проявление.

Дупликация – удвоение какого-то участка хромосомы (этот участок может повторяться многократно). Дупликации могут быть прямыми и обратными.

При данных мутациях увеличивается доза генов в генотипе, и в гомозиготном состоянии эти мутации летальны. В гетерозиготном состоянии они проявляются множественными пороками развития. Однако эти мутации могли играть определенную роль в ходе эволюции. Таким образом могли возникнуть семейства генов гемоглобина.

Возможно, многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов ДНК появились в результате дупликаций.

Выявление дупликаций:

- дифференциальное окрашивание.

- фигура петли в профазу мейоза 1. Петля возникает на мутировавшей хромосоме.

Инверсия – отрыв участка хромосомы, поворот его на 180° и присоединение на старое место. При инверсиях доза генов не меняется, но изменяется порядок расположения генов в хромосоме, т.е. изменяется группа сцепления. Концевых инверсий не бывает.

В гомозиготном состоянии инверсии летальны, в гетерозиготном состоянии они проявляются множественными пороками развития.

Выявление инверсий:

- дифференциальное окрашивание.

- фигура в виде двух противоположно расположенных петель в профазу мейоза 1.

Инверсии бывают 2 видов:

парацентрическая инверсия, которая не затрагивает центромеру, т.к. разрывы происходят в пределах одного плеча хромосомы

перицентрическая инверсия, которая затрагивает центромеру, т.к. разрывы происходят по обе стороны от центромеры.

При перицентрической инверсии может изменяться конфигурация хромосомы (если концы поворачиваемых участков не симметричны). А это делает невозможным в последующем конъюгацию.

Фенотипическое проявление инверсий наиболее мягкое по сравнению с другими хромосомными абберациями. Если рецессивные гомозиготы погибают, то у гетерозигот чаще всего наблюдается бесплодие.

Кольцевые хромосомы. В норме в кариотипе человека кольцевых хромосом нет. Они могут появляться при действии на организм мутагенных факторов, особенно радиоактивного облучения.

При этом в хромосоме происходит 2 разрыва, и образовавшийся участок замыкается в кольцо. Если кольцевая хромосома содержит центромеру, то образуется – центрическое кольцо. Если центромеры нет, то образуется – ацентрическое кольцо, оно разрушается ферментами и не наследуется.

Выявляются кольцевые хромосомы при кариотипировании.

В гомозиготном состоянии эти мутации летальны, а в гетерозиготном состоянии фенотипически проявляются, как делеции.

Кольцевые хромосомы являются маркерами радиоактивного облучения. Чем больше доза радиоактивного облучения, тем больше кольцевых хромосом, и тем хуже прогноз.

5. Транслокации, их сущность. Реципрокные транслокации, их характеристика и медицинское значение. Робертсоновские транслокации и их роль в наследственной патологии.

Транслокация – это перемещение участка хромосомы. Бывают взаимные (реципрокные) и не взаимные (транспозиции) транслокации.

Реципрокные транслокации происходят в тех случаях, когда две негомологичные хромосомы обмениваются своими участками.

Особую группу транслокаций составляют робертсоновские транслокации (центрические слияния). Им подвергаются акроцентрические хромосомы – они теряют короткие плечи, а их длинные плечи соединяются.

Типы яйцеклеток сперматозоид зигота Последствия

14 + 14, 21 14, 14, 21 моносомия 21 (леталь)

14/21, 21 + 14, 21 14/21, 21, 14, 21 трисомия 21 (дауник)

21 + 14, 21 21, 14, 21, моносомия 14 (леталь)

14, 14/21 + 14, 21 14, 14/21, 14, 21 трисомия 14 (леталь)

14/21 + 14, 21 14/21, 14, 21 фенотипически здоров

14, 21 + 14, 21 14, 21, 14, 21 фенотипически здоров

Как видим, женщина с робертсоновской транслокацией может родить здорового ребенка.

Потеря коротких плеч не влияет ни на что, так как там находятся ядрышкообразующие зоны, а они есть и в других хромосомах.

У больного с транслокационной формой синдрома Дауна в клетках 46 хромосом. В яичнике после транслокации будет 45 хромосом. Однако при сбалансированной мутации у женщины будет 45 хромосом.

Выявление транслокаций:

- дифференциальное окрашивание.

- фигура креста в профазу мейоза 1.

6. Траспозиции. Мобильные генетические элементы. Механизмы перемещения по геному и значение.

Если транслокации не носят характера взаимности, то говорят о транспозиции.

Особую группу транспозонов составляют Мобильные Генетические Элементы (МГЭ), или прыгающие гены, которые обнаружены у всех организмов. У мушки дрозофилы они составляют 5% генома. У человека МГЭ объединяют в семейство ALU.

МГЭ состоят из 300- 400 нуклеотидов, повторяющихся в геноме у человека 300 тыс. раз.

На МГЭ концах находятся повторы нуклеотидов, состоящие при из 50-100 нуклеотидов. Повторы могут быть прямыми и обратными. Повторы нуклеотидов, по-видимому, влияют на перемещение МГЭ.

Выделяют два варианта перемещения МГЭ по геному.

1. с помощью процесса обратной транскрипции. Для этого необходим фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Этот вариант протекает в несколько этапов:

на ДНК фермент РНК-полимераза (другое название – транскриптаза) синтезирует иРНК,

на иРНК фермент обратная транскриптаза синтезирует одну цепь ДНК,

фермент ДНК-полимераза обеспечивает синтез второй цепочки ДНК,

синтезированный фрагмент замыкается в кольцо,

кольцо ДНК встраивается в другую хромосому или в другое место этой же хромосомы.

2. с помощью фермента транспозазы, который вырезает МГЭ и переносит его в другую хромосому или в другое место этой же хромосомы

В ходе эволюции МГЭ играли положительную роль, т.к. они осуществляли перенос генетической информации от одних видов организмов к другим. Важную роль в этом играли ретровирусы, которые содержат в качестве наследственного материала РНК, а также содержат обратную транскриптазу.

МГЭ перемещаются по геному очень редко, одно перемещение на сотни тысяч событий в клетке (частота перемещений 1 х 10^–5).

В каждом конкретном организме МГЭ положительной роли не играют, т.к. перемещаясь по геному, они изменяют работу генов, вызывают генные и хромосомные мутации.

7. Индуцированный мутагенез. Физические, химические и биологические мутагенные факторы.

Индуцированные мутации возникают при действии на организм мутагенных факторов, которые делятся на 3 группы:

- Физические (УФЛ, рентгеновское и радиационное излучения, электромагнитные поля, высокие температуры).

Так ионизирующее излучение может действовать непосредственно на молекулы ДНК и РНК, вызывая в них повреждения (генные мутации). Косвенное воздействие этого

мутагена на наследственный аппарат клеток заключается в образовании генотоксических веществ (Н₂О_2, ОН^-, О₂^-,).

- Химические мутагенные факторы. Существует свыше 2 млн. химических веществ, способных вызывать мутации. Это соли тяжелых металлов, химические аналоги азотистых оснований (5-бромурацил), алкилирующие соединения (СН₃, С₂ Н₅).

- Биологические (вирусы, продукты жизнедеятельности паразитов, МГЭ).

8. Радиационные мутации. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды.

Радиационные мутации это мутации, вызванные радиацией. В 1927 году американский генетик, Генрих Мелёр впервые показал, что облучение рентгеновскими лучами приводит к существенному увеличению частоты мутаций у дрозофилы. Эта работа положила начало новому направлению в биологии – радиационной генетике. Благодаря многочисленным работам, проведенным за последние десятилетия, мы теперь знаем, что при попадании элементарных частиц (кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды с образованием свободных радикалов (ОН^-, О₂^-). Обладая большой химической активностью, они вызывают разрывы ДНК, повреждение нуклеотидов или их разрушение; всё это приводит к возникновению мутаций.

Так как человек является открытой системой, то различные факторы загрязнения окружающей среды могут попадать в человеческий организм. Многие из этих факторов могут изменять или повреждать наследственный материал живых клеток. Последствия воздействия этих факторов столь серьезны, что человечество не может игнорировать загрязнение окружающей среды.

9. Мутагенез и канцерогенез.

Впервые мутационную теорию рака в 1901 году предложил Гюго Де Фриз. В наши дни существует много теорий канцерогенеза.

Одна из них генная теория канцерогенеза. Известно, что в геноме человека содержится более 60 онкогенов, способных регулировать клеточное деление. Они находятся в неактивном состоянии в виде протоонкогенов. Под действием различных мутагенных факторов протоонкогены активируются и переходят в состояние онкогенов, которые вызывают интенсивную пролиферацию клеток и развитие опухолей.

ЛЕКЦИЯ 11 Мутации числа хромосом. Гаплоидия, полиплоидия, анеуплоидия.

1. Сущность мутаций числа хромосом, причины и механизмы возникновения.

Каждый вид организмов характеризуется своим кариотипом. Постоянство кариотипа в ряду поколений поддерживается благодаря процессам митоза и мейоза. Иногда в ходе митоза или мейоза нарушается расхождение хромосом, в результате возникают клетки с измененным числом хромосом. В клетках может изменяться число целых гаплоидных наборов хромосом, в таком случае возникают такие мутации как:

Гаплоидия – одинарный набор хромосом (n)

Полиплоидия – увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору (3n, 4n и т.д.)

Анэуплоидия – изменение числа отдельных хромосом (46 +1).

Набор хромосом может измениться как в соматических клетках, так и в половых.

Причины нарушения расхождения хромосом:

увеличение вязкости цитоплазмы

изменение полярности клетки

нарушение функции веретена деления.

Все эти причины приводят к так называемому явлению “анафазного отставания”.

Это значит, что в анафазу митоза или мейоза хромосомы распределяются неравномерно, т.е. какая-то хромосома или группа хромосом не успевают за остальными хромосомами и теряется для одной из дочерних клеток.

2. Гаплоидия, характер изменения кариотипа, распространенность, феноти­пическое проявление.

Гаплоидия – это уменьшение числа хромосом в клетках организма до гаплоидного. В клетках резко уменьшается количество хромосом и доза генов, то есть изменяется система генотипа, а значит, изменяется и фенотип.

Такие мутации встречаются у растений. Эти растения имеют маленькие размеры, у них снижена жизнеспособность, так как фенотипически проявляются вредные рецессивные гены. У животных и человека такие мутации не встречаются.

3. Полиплоидия, характер изменения кариотипа. Митотическая, зиготичес­кая и мейотическая полиплоидизация.

Полиплоидия – это увеличение числа гаплоидных наборов хромосом в клетках. В клетках организма вместо диплоидного набора хромосом может содержаться 3n, 4n, 5n и т.д. набор хромосом.

В клетках резко увеличивается количество хромосом, увеличивается доза генов, а значит, изменяется генотип и фенотип. Такие мутации могут возникать в результате нарушения расхождения хромосом при митозе или при первом делении зиготы. Поэтому различают митотическую, зиготическую и мейотическую полиплоидию.

Митотическая полиплоидия. Если нарушается расхождение хромосом в анафазу митоза, то в результате часть клеток в организме будут мутантными, а часть нормальными. Такое явление называется – мозаичная форма полиплоидии или мозаицизм.

Накануне митоза происходит репликация ДНК, и клетка вступает в митоз с удвоенным набором хромосом. Однако в анафазу хромосомы не расходятся к полюсам клетки, а остаются в одной клетке.

2n

2n ® интерфаза ® 4n

зигота 2n

норма

0

2n ® интерфаза ® 4n 4n

зигота 4n ® интерфаза ® 8n

тетраплоидная 4n

клетка тетраплоидные

клетки

В результате образуется тетраплоидная клетка, далее в результате ее деления в организме будет образовываться группа тетраплоидных клеток.

Зиготическая полиплоидия. Механизм такой же, как и при митотической полиплоидии, но хромосомы не расходятся при самом первом делении зиготы. В итоге образуется организм, у которого все клетки будут тетраплоидными.

Мейотическая полиплоидия. Нарушение расхождения хромосом может быть во время анафазы мейоза 1 или во время анафазы мейоза 2.

Р 2n x 2n P 2n x 2n

Г Г

F₁

2n F₁ 3n n

норма триплоид гаплоид

После слияния гамет образуется триплоидная или тетраплоидная зигота, из которой разовьется соответствующий организм.

В живой природе тетраплоидных организмов больше, и тому есть несколько причин:

· тетраплоидные растения могут размножаться не только вегетативно, но и половым путем.

· тетраплоидные растения могут возникать и за счёт мейотической полиплоидии, и за счёт зиготической полиплоидии.

· большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для репарации повреждений ДНК.

· большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для скрытия рецессивных мутаций в гетерозиготном состоянии

4. Распространенность полиплоидии в живой природе. Фенотипическое про­явление.

В живой природе полиплоидия встречается у растений и используется в селекции растений. Полиплоидные растения имеют большую массу, в их клетках много питательных веществ, они более устойчивы во внешней среде. Полиплоидия используется в селекции растений для преодоления бесплодия у межвидовых гибридов.

У высших животных и человека полиплоидия встречается, чаще в виде мозаичных форм, но всегда эта мутация приводит к гибели организма на ранних стадиях развития.

5. Анэуплоидия, механизмы возникновения. Мозаичные формы анеуплоидий у человека.

Анэуплоидия – это изменение числа отдельных хромосом в клетках организма. Такая мутация возникает в результате нарушения расхождения отдельных хромосом во время митоза или мейоза (чаще во время мейоза 1).

Если нарушается расхождение хромосом во время деления соматических клеток, то возникают мозаичные формы анеуплоидии. Чем больше мутантных клеток, тем ярче выражено то или иное заболевание.

Если нарушается расхождение хромосом во время мейоза 1, то возникают гаметы с измененным числом хромосом.

Если гамета несет лишнюю хромосому и сливается с нормальной гаметой, то образуется зигота, которая содержит лишние хромосомы. Такая мутация называется – полисомия. Разновидностью полисомии является трисомия, когда зигота содержит на 1 хромосому больше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n + 1.

Если гамета несет на 1 хромосому меньше и сливается с нормальной гаметой, то возникает зигота, которая содержит на 1 хромосому меньше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n – 1. Такая мутация называется – моносомия.

Р 46 х 46 Р 46 х 46

Г Г

F₁ 46 F₁ 47 45

норма 2n + 1 2n – 1

трисомия моносомия

Анэуплоидии встречаются у всех организмов, у человека они являются причиной хромосомных болезней.

6. Общая характеристика фенотипического проявления анэуплоидий у чело­века.

У человека анэуплоидия проявляется множественными пороками развития. Больные, как правило, погибают на ранних стадиях развития или же страдают бесплодием, что не позволяет передавать анэуплоидию по наследству.

7. Хромосомные болезни, механизмы их развития, наследования, частота возникновения. Примеры наиболее распространенных хромосомных болез­ней, связанных с хромосомными абберациями и мутациями числа хромо­сом.

Хромосомные болезни – это наследственные болезни, причиной которых могут являться структурные мутации хромосом или мутации числа хромосом.

Если возникает моносомия по аутосомам, то такой организм погибает на ранних стадиях развития (чаще на стадии зиготы).

1. Синдром кошачьего крика (синдром Лежена). Вызывается делецией короткого плеча пятой хромосомы.

Впервые описан в 1963 году и был так назван потому, что дети, страдающие этим заболеванием, имеют особый, жалобный, «мяукающий» тембр голоса.

2. Синдром. Шерешевского-Тернера

Впервые описан Н.Шерешевским в 1925 году, а затем Г.Тернером в 1938 году. В 1959 году Форд установил, что у больных с этим синдромом отсутствует одна Х-хромосома. Болеют женщины. Их кариотип 45, ХО.

3. Синдром. Клайнфельтера. В классическом варианте 47, ХХУ; (46 + Х). Кроме синдрома Клайнфельтера с двумя Х-хромосомами описаны его варианты с тремя и четырьмя Х-хромосомами: 48, ХХХУ; 49, ХХХХУ. Чем больше Х-хромосом в кариотипе больных, тем больше выражены фенотипические признаки заболевания и степень дебильности

4. Трисомия Х (ХХХ); 47 хр. (46 + Х);

Впервые описан в 1959 году у женщины с наличием двух телец полового хроматина,

Её кариотип которой состоял из 47 хромосом с тремя Х-хромосомами.

5. Синдром Дауна. В классическом варианте трисомия 21; 47 хр. (46 + третья 21 хр.)

Это заболевание впервые описано Дауном в 1866г.

6. Синдром Патау. Трисомия 13; 47 хр. (46 + третья 13 хр.). 1960г.

Выявление хромосомных болезней:

- кариотипирование.

- выявление полового хроматина, или телец Барра (в случае анеуплоидии по половым хромосомам). Количество Х-хромосом на единицу больше количества телец Барра. (или количество телец Барра на одну единицу меньше количества Х-хромосом).

ЛЕКЦИЯ 12 Основные методы изучения наследственности человека.

1. Генетика человека, определение.

Генетика человека – это наука, изучающая наследственность и изменчивость человека.

Ежегодно в мире рождается 5 – 7 % детей с наследственными заболеваниями.

В настоящее время ученые интенсивно изучают работу гена на разных этапах онтогенеза.

У человека известно большое количество заболеваний, имеющих в своей основе наследственную предрасположенность. Например: сахарный диабет, язвенная болезнь, гипертоническая болезнь. Таким образом, очевидно, что какие-то поломки в наследственном аппарате кочуют из одного поколения в другое.

Генетика человека подразделяеется на:

собственно генетику человека, которая изучает наследственность и изменчивость человека в норме.

медицинскую генетику, которая изучает причины и механизмы возникновения

наследственных заболеваний, а также разрабатывает возможные пути лечения и

профилактики наследственных заболеваний.

2. Человек как специфический объект генетического анализа.

у человека известно большое количество хромосом и генов, что обеспечивает большое генетическое разнообразие людей. В кариотипе человека 46 хромосом, а количество генов примерно 23.000.

у человека малочисленное потомство, а у дрозофилы 1.000 потомков.

для человека характерна медленная сменяемость поколений. Например, у дрозофилы каждые 2 недели происходит смена поколения, а у человека только через ≈ 25 лет.

в генетике человека не используется гибридологический метод, так как над человеком нельзя ставить опыты.

3. Основные методы изучения наследственности человека:

а) генеалогический

Это метод родословных. Используется в генетике человека всегда. Человек, который первым попадает в поле зрения врача генетика, называется – пробанд. В отношении этого человека составляется родословная. Дети одной супружеской пары называются – сибсы.

Значение этого метода:

- метод позволяет ответить на вопрос, является ли признак наследственным или он не наследственный (фенокопия).

- позволяет определить пенетрантность гена (степень проявления гена в признак, количественный показатель).

- определить тип наследования.

Типы наследования признаков.

Аутосомно-доминантный тип наследования (карий цвет глаз, праворукость, многопалость, короткопалость).

ген проявляется в признак в гетерозиг