Урок 9. Генетика человека
Для генетических исследований человек является очень неудобным объектом, так как у человека: большое количество хромосом; невозможно экспериментальное получение потомства; поздно наступает половая зрелость; малое число потомков в каждой семье.
Для изучения наследственности человека используют ряд методов.
Генеалогический метод. Использование этого метода возможно лишь в том случае, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях. Проводится анализ родословной с целью установления характера наследования изучаемого признака. С помощью этого метода были определены признаки, за развитие которых отвечают гены, находящиеся в аутосомах и половых хромосомах.
По аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, рыжие волосы, подверженность полиомиелиту, сахарный диабет, врожденная глухота наследуются как аутосомно-рецессивные.
Целый ряд признаков наследуется сцеплено с полом: Х-сцепленное наследование — гемофилия, дальтонизм; У-сцепленное — гипертрихоз (повышенное оволосение ушной раковины), перепонки между пальцами. Имеется ряд генов, локализованных в гомологичных участках Х- и У-хромосомы, например общая цветовая слепота.
Использование генеалогического метода показало, что при родственном браке, по сравнению с неродственным, значительно возрастает вероятность появления уродств, мертворождений, ранней смертности в потомстве. В родственных браках рецессивные гены чаще переходят в гомозиготное состояние, в результате развиваются те или иные аномалии. Ярким примером этого является наследование гемофилии в царских домах Европы.
Близнецовый метод. Близнецами называют одновременно родившихся детей. Они бывают монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми). Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, которая на стадии дробления разделилась на две (или более) частей. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола. Монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства (конкордантностью) по многим признакам.
Дизиготные близнецы развиваются из одновременно овулировавших и оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток. Поэтому они наследственно различны и могут быть как одного, так и или разного пола. В отличие от монозиготных, дизиготные близнецы часто характеризуются дискордантностью — несходством по многим признакам. Данные о конкордантности близнецов по некоторым признакам приведены в таблице.
Конкордантность некоторых признаков человека
| Признаки | Конкордантность, % | |
| Монозиготные близнецы | Дизиготные близнецы | |
| Нормальные | ||
| Группа крови (АВ0) Цвет глаз Цвет волос | 99,5 | |
| Патологические | ||
| Бронхиальная астма Корь Туберкулез Шизофрения | 4,8 |
Наблюдения за монозиготными близнецами дают материал для выяснения роли наследственности и среды в развитии признаков. Причем под внешней средой понимают не только физические факторы среды, но и социальные условия.
Цитогенетический метод. Основан на изучении хромосомного набора человека. В норме кариотип человека включает 46 хромосом — 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Такие болезни получили название хромосомных. К их числу относятся: синдром Клайнфельтера, синдром Шерешевского-Тернера, трисомия Х, синдром Дауна и другие.
Чаще всего хромосомные болезни являются результатом мутаций, произошедших в половых клетках одного из родителей во время мейоза.
|
Рис. 10. Синдром Шерешевского-Тернера и синдром Клайнфельтера.
|
Рис. 9. Нерасхождение половых хромосом при мейозе, образование сперматозоидов с лишней половой хромосомой и без половой хромосомы.
Синдром Шерешевского-Тернера (45,Х0) наблюдается у женщин. Он проявляется в замедлении полового созревания, недоразвитии половых желез, отсутствии менструаций, бесплодии. Женщины с синдромом Шерешевского-Тернера небольшого роста, плечи широкие, таз узкий, нижние конечности укорочены, шея короткая со складками (рис. 10).
Синдром Дауна — одна из самых часто встречающихся хромосомных болезней. Она развивается в результате трисомии по 21 хромосоме (47, 21,21,21). Болезнь легко диагностируется, так как имеет ряд характерных признаков: укороченные конечности, маленький череп, плоское, широкое переносье, узкие глазные щели с косым разрезом, наличие складки верхнего века, психическая отсталость. Часто наблюдаются нарушения строения внутренних органов.
Биохимический метод позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные мутациями генов и, как следствие, изменением активности различных ферментов. Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни углеводного обмена (сахарный диабет), обмена аминокислот, липидов, минералов и др.
Фенилкетонурия относится к болезням аминокислотного обмена. При этом блокируется превращение незаменимой аминокислоты фенилаланин в тирозин и фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Заболевание приводит к быстрому развитию слабоумия у детей. Ранняя диагностика и диета позволяют приостановить развитие заболевания.
Генетика человека — одна из наиболее интенсивно развивающихся отраслей науки. Она является теоретической основой медицины, раскрывает биологические основы наследственных заболеваний. Знание генетической природы заболеваний позволяет вовремя поставить точный диагноз и осуществить нужное лечение.
Вопросы к зачету:
1. Что изучает генетика?
2. Что влияет на формирование фенотипа?
3. Каким образом Г. Мендель проводил скрещивание между сортами?
4. В каком соотношении происходит расщепление по фенотипу при скрещивании Аа х Аа при полном и при неполном доминировании?
5. Сформулируйте первый закон Г. Менделя.
6. Сформулируйте второй закон Г. Менделя.
7. Сформулируйте третий закон Г. Менделя.
8. Что такое анализирующее скрещивание?
9. Сколько аллелей по окраске глаз известно у дрозофилы?
10. Какое расщепление по фенотипу и генотипу наблюдается при неполном доминировании?
11. Какие гены называются аллельными?
12. Какие типы аллельного взаимодействия генов вам известны?
13. Сколько и в каком соотношении образуется различных фенотипов при скрещивании дигетерозигот?
14. Сколько различных генотипов образуется при скрещивании дигетерозигот?
15. Сформулируйте закон Моргана.
16. Когда выполняются законы Г. Менделя?
17. Когда выполняется закон Моргана?
18. Сколько групп сцепления у дрозофилы?
19. У каких организмов женский пол гетерогаметен?
20. У каких организмов женский пол гомогаметен?
21. Запишите генотипы мужчины и женщины?
22. Какие заболевания наследуются по Х-сцепленному рецессивному типу?
23. Сколько пар гомологичных хромосом у самца дрозофилы? У самки?
24. Какие половые хромосомы у курицы?
25. Когда определяется пол организма у человека, дрозофилы?
26. Какая изменчивость называется модификационной, определенной?
27. Каковы статистические закономерности модификационной изменчивости?
28. Классификация хромосомных мутаций.
29. Классификация геномных мутаций.
30. Какие мутации называются соматическими?
31. Сформулируйте закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
32. С какими органоидами связана цитоплазматическая наследственность?
33. С помощью каких методов изучается генетика человека?
34. Как называются близнецы, которые образовались из одной яйцеклетки?
35. Приведите три примера наследования признаков человека по аутосомно-доминантному типу.
36. Чем монозиготные близнецы отличаются от дизиготных?
37. Какой набор хромосом у больного с синдромом Дауна?
38. Какой набор хромосом у больного с синдромом Клайнфельтера?
39. Какой набор хромосом у больной с синдромом Шерешевского – Тернера?
40. Какова частота мутаций?