Наследственная ненаследственная

РАЗДЕЛ 4. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И СРЕДА.

ПЛАН:

1. роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.
2. близнецовый метод.
3. изменчивость, её классификация.
4. модификационная и мутационная изменчивость. Норма реакции.
5. классификация мутации.
6. механизмы, обеспечивающие постоянство генетического материала..

 

1. Влияние генотипа и внешней среды на проявление признаков.

 

Признаки проявляются под влиянием генотипа и внешней среды. При наличии гена, детерминирующего признак, степень выраженности его может изменяться в сторону усиления или ослабления. Это называется экспрессивностью.

 

Пенетрантность - проявление гена- количественная специфика.- это возможность проявления или непроявления признака у организмов с одинаковым генотипом.она проявлется в доле особей проявляющих исследуемый признак, среди всех особей, имеющих одинаковый генотип. это частота фенотипического проявления гена среди носителей этого гена. Если из100 человек носителей гена признак проявился у всех, то это 100% пенетрантность. Если среди 100 человек –носителей гена признак проявился только у некоторых, то это неполная пенетрантность.

Эксперессивность - степень проявления признака (сильнее или слабее). Совокупность признака заболевания может проявиться о легких до тяжелых форм заболеваний (шизофрении, сахарного диабета).

2. Близнецовый метод основан на изучении близнецов. Позволяет определить чем является данная патология: наследственной или вызвана факторами внешней среды.

Выделяют 2 вида близнецов:

1. ОБ. Возникают в том случае, если одна яйцеклетка оплодотворяется одним сперматозоидом и на стадии первых бластомеров развиваются 2 организма. Генетически идентичны. Они всегда одного пола (похожи «как 2 капли воды»). Вся наследственная патология в группе данных близнецов проявляется с частотой 80-90%.
2. РБ. Разнояйцевые близнецы образуются в том случае, если одновременно происходит овуляция 2-х, реже более яйцеклеток, которые оплодотворяются разными сперматозоидами. Организмы могут быть однополые и разнополые. Сходство как у детей в одной семье (т.е. не более, чем брат с сестрой, рожденные в разное время). Т.е. генотип у них разный. Наследственная патология в группе РБ встречается значительно реже, в зависимости от вида патологии, с частотой 65-8-3%. Полиомиелит 3-8%, психические отклонения 65%.

 

Частота появления близнецов у людей составляет около 1% (1/3 ОБ, 2/3 РБ), подавляющее большинство близнецов является двойнями.

Т.к. наследственный материал ОБ одинаков, то различия, которые возникают у них от влияния среды на экспрессию генов. Сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно- и разнояйцевых близнецов позволяет оценить значение наследственных и средовых факторов в развитии фенотипа человека.

Существуют сросшиеся дети- сиамские близнецы.

 

3. изменчивость, её классификация.

 

ИЗМЕНЧИВОСТЬ- совокупность различий между особями одного вида, т.е. свойство организма менять свои признаки в процессе онтогенеза.

Это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки- различия между особями одного вида. (например, у людей- цвет глаз, волос, форма носа, ушей, темперамент и т.д.).

Благодаря изменчивости организмы приспосабливаются к жизни в различных условиях.

 

Изменчивость

Наследственная ненаследственная

(генотипическая) (фенотипическая)

а)комбинативная модификационная

б)мутационная

 

фенокопия- состояние генокопия – состояние организма,

организма, сходное по сходное по своему фенотипическому

проявлению с генетически проявлению, с генетически обуловлен-

обуловленным, но ным, но возникающим мутацией в

возникающим под влиянием разных генах.

факторов внешней среды.

 

Характеристика изменчивости

 

 

Фенотипическая генотипическая

 

Не связана с изменением изменяется генотип,

Генотипа, не закрепляется закрепляется в потомстве.

в потомстве

1. модификационная и мутационная изменчивость. Норма реакции.

 

модификационная изменчивость - происходит под воздействие факторов внешней среды без изменения структуры генотипа., т.е. колеблется в четких границах, которые определяются генотипом. Пределы данной изменчивости называют нормой реакции.

Норма реакции - это норма реагирования на изменяющиеся условия внешней среды (предел модификационной изменчивости). Она контролируется генотипом. Может быть широкая и узкая.

Широкая норма реакции – когда под влиянием факторов внешней среды признак изменяется в широких пределах.

Узкая норма реакции - когда под влиянием факторов внешней среды признак изменяется в узких пределах.

Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоту встречаемости отдельных вариантов, называют вариационной кривой.

Типы модификационной изменчивости:

1. это ненаследственные изменчивости, полезные для организма и способствующие его выживанию в новых условиях

2. модификации, которые возникают случайно, т.к. на организм в критический период развития могут действовать различные внешние факторы, не свойственные для данного организма- это морфозы.

Наследственная изменчивость

(генотипическая)

 

 

комбинативная мутационная

 

Комбинативная изменчивость - это изменчивость, при которой комбинирование генов родителей приводит к появлению новых признаков у детей. Она обеспечивается кроссинговером (в профазе мейоза), свободным комбинированием хромосом и генов (в метафазе мейоза), случайной встречей гамет с разным набором генов при оплодотворении, а также интенсивной миграцией людей (межнациональные браки, браки людей, родившихся на значительных расстояниях ведут к встрече гамет с разными генами).

 

Мутационная изменчивость (мутации)- это изменение строения, количества генов или хромосом, т.е.это изменение генетического материала.

 

Мутации впервые были описаны в 1880 г Гюго де Фризом.

Характеристика мутаций:

1. появляются внезапно и передаются по наследству.
2. носят ненаправленный характер.
3. случайны и непредсказуемы.
4. не имеют приспособительного характера.
5. приводят к образованию новых аллелей.
6. явление всеобщее для всех видов различных живых существ.

Н.И.Вавилов доказал, что у организмов родственных видов и классов возникают похожие мутации. Он назвал это явление законом гомологичных рядов. Например, альбинизм у позвоночных.

Процесс образования мутаций называют мутагенезом, а факторы, вызывающие мутации называются мутагены.

Выделяют 4 вида:

1. физические мутагены (различные виды излучения, температура)

2. химические мутагены (лекарственные вещества, алкоголь, никотин, наркотики).

3. биологические мутагены (вирусы (вызывающие краснуху у беременных ♀→ ребенок с пороком сердца), токсины бактерий, паразитов (простейших, гельминтов).

4. пищевые мутагены (нитрат натрия, нитрат калия, кофеин, газированные безалкогольные напитки..)

 

КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ

I. По месту возникновения:

1. генеративные - возникают в половых клетках и передаются по наследству.
2. соматические - в соматических клетках.

II. По изменению фенотипа:

1. морфологические мутации - изменение внешнего вида.
1. Аморфные – мутация произошла и признак исчез (альбинизм, безволосость)
2. Гипоморфные – уменьшение выраженности признака(карликовость, микроцефалия).
3. Гиперморные- усиление выраженности признака (гигантизм, полидактилия).
4. Неоморфные - появление нового признака в процессе эволюции 9гемоглобин, позвоночник, головной мозг).
5. Антиморфные - вместо одного признака появился другой (9молочные железы вместо потовых).
2. физиологические мутации – связаны с изменением физиологических процессов в организме(слабоумие).
3. биохимические мутации - - связаны с изменением синтеза химических веществ. Биохимические мутации вызывают химические и морфологические. (фенилаланин→тироксин→меланин.

 

III. По адаптивному значению для организма:

1. полезные - повышают жизнеспособность организма (возникают редко)
2. нейтральные- не изменяют состояние организма (цвет радужной оболочки, пигментация кожи).
3. полулетальные – снижают жизнеспособность организма, но не приводят к смерти (синдром Дауна, гемофилия у девочек).
4. летальные – вызывают смерть организма сразу. (гиперплоидия или полиплоидия по крупным хромосомам (1-й, 2-й, 3-й). смерть в эмбриональный период или на разных этапах индивидуального развития).

 

IV. по причинам возникновения:

1. спонтанные -мутации, которые происходят в природе без видимых причин(например, ген гемофилии может возникнуть спонтанно, т.е. когда в анализе родословной не выявлено больных гемофилией).
2. индуцированные- мутации, происходящие при направленном воздействии мутагенных факторов.

 

V.По характеру изменения генотипа:

1. генные

2. хромосомные

3. геномные.

 

I. Генные мутации - обусловленные изменениями в пределах одного гена.

Эти мутации не могут быть обнаружены при микроскопическом анализе хромосом. Они проявляются в изменениях биохимических реакций, происходящих в организме (наследственные дефекты обмена веществ).

В результате генных мутаций возникает большинство болезней обмена веществ (фенилкетонурия, галактоземия, гистидинимия) и другие наследственные болезни.

Выявляются данные мутации биохимическими методами.

 

Механизм возникновения генных мутаций:

1. замена азотистых оснований в ДНК.
2. сдвиг рамки считывания (выпадение нуклеотида и вставка нуклеотида).

 

1. замена азотистых оснований:

a) может быть пуриновое заменено на пуриновое А на Г (Гна А) или пиримидиновое на пиримидиновое Т на Ц (Ц на Т) такие замены называются трансцизии.

Такие замены приводят к генным мутациям. При замене образуется другая аминокислота→другой белок→новый признак.

 

б) может быть пиримидиновое заменено на пуриновое ЦТУ на АГ это трансверсии.

 

1. сдвиг рамки считывания - в результате репликации возможна вставка (инсерция) или выпадение (делеция) одного или нескольких азотистых оснований.

Другая аминокислота→другой белок→другой признак.

II. Хромосомные мутации - обусловлены изменением структур хромосом.

2 группы:

• Внутрихромосомные (делеции, дупликации, инверсии)
• Межхромосомные (транслокции).

Внутрихромосомные.

a) Нехватка хромосом (делеция) – выпадение кусочка хромосом в средней или концевой части хромосомы. Например, синдром «кошачьего крика»-46; ХХ;5р- т.е. теряется участок короткого плеча хромосомы 5. впервые описан в 1963г. Частота встречаемости 1: 40000 (50000). Сообщено более, чем 200 случаев.

в) дупликация- это удвоение участка хромосомы.

1 2 3 4 5 6

1 2 2 3 4 5 6

когда происходит кроссинговер и не произошло 2-го разрыва. Может привести к заболеванию или к изменению фенотипа.

с ) инверсии- это поворот участка хромосомы на 180 º.

1 4 3 2 5 6 7

1 2 3 6 5 4

т.е. разрыв участка хромосомы и поворот его на 180º и прикрепление к месту отрыва.

Межхромосомные мутации между негомологичными хромосомами.

А) транслокация - отрыв участка одной хромосомы и присоединение его к другой негомологичной (например, синдром Дауна: когда 21 хромосома присоединяется к 15).

 

А В С Д 1 2 3 4 все гены остались- все дадут свои белки. У человека не

а в с д 1 ´2 ´3 ´4 ´ большие изменения. Но когда будут образовываться

↓ половые клетки, то возникнут несбалансированные

А В 1 2 С Д 3 4 (т.е.измененные гаметы). У здоровых людей могут

а в с д 1´2´3´4´ родиться дети с патологией.

 

Обнаруживаются хромосомные мутации цитогенетическим методом.

 

III. Геномные мутации - это мутации, сопровождающиеся изменением числа хромосом. Возникают в результате неправильного расхождения хромосом при мейозе.

Выделяют 2 группы геномных мутаций:

Анэуплоидия

Полиплоидия

 

1) анэуплоидия- это мутации, при которых некратное гаплоидному увеличение или уменьшение числа хромосом.(если в паре лишняя- это трисомия, если одной хромосомы из пары не хватает- моносомия, в паре нет двух хромосом- нулесомия).

2n-2 –нулесоми я(не хватает 2 хромосомы).такие организме не жизнеспособны.

2n-1- моносомия (одной хромосомы их пары не хватает). Около 20% случаев моносомии заканчиваются летально ещё в первые дни эмбрионального развития или приводят к гибели зародыша на более поздних сроках развития(спонтанные аборты). Встречаются моносомии и среди родившихся.

Моносомия по половым хромосомам: - синдром Шерешевского-Тернера- 44 аутосомы ХО, по фенотипу ♀ половой хромосомы нет (Y или Х), т.е. 45;ХО

N- норма

2n+1 –трисомия - лишняя хромосома в паре:

трисомия по аутосомам:

по 21-й хромосоме- синдром Дауна (47;ХХ;21+)

по 18-й хромосоме-синдром Эдвардса (47;ХХ;18+)

по 13-й хромосоме- синдром Патау (47;ХХ;13+)

Трисомия по половым хромосомам: (если Х-то сверхженщины, ХХY- синдром Клайнфельтера (47;ХХY).

2n+2- тетрасомики (если ХХY- синдром Клайнфельтера, но может быть ХХХY, ХХYY).

 

2) полиплоидия- это увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному (приводит в увеличению клеток и их размеров). У человека данные мутации летальны.

2 вида полиплоидии:

· автоплоидия - умножение числа хромосом одного вида.

· Аллоплоидия- это кратное умножение числа хромосом разных видов. Такие гибриды называются аллоплоиды, или амфиплоиды. Впервые были получены Г.Д.Карпеченко. он скрещивал капусту и редьку.

 

Спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные - это мутации, возникающие в ДНК в результате эндогенных причин (внутренних).

Причины спонтанных мутаций:

1) ошибки в ходе репликации А-Т Г → изменяется триплет АТЦ→АГЦ

2) ошибки репарации - восстановление, т.е. могут пропустить ошибку репликации. Есть ферменты- полимеразы, которые находят ошибку- неправильность в построении оснований.

3) Ошибки рекомбинации 1 2 3 4 5 1 2 4 5

1 2 3 4 5 1 2 33 4 5

4) Действие генов мутаторов и антимутаторов. Гены-мутаторы повышают число мутаций в 100 или 1000 раз. Гены антимутаторы- наоборот.

5) Влияние мигрирующих элементов генома. Гены, которые перемещаются называются транспозоны.

6) действие вирусов, попадающих в организм. Они могут встраиваться в ДНК и изменять ген→возникает мутация.

7) Действие некоторых кортикостероидных и половых гормонов.

8) Иммунологические конфликты - это нарушение иммунной системы. Например, белки мужа попадая в организм жены не подходят, либо их вообще нет, то выкидыши. Например, не было детей, затем развод→дети у того и другого.

Индуцированные мутации - это мутации, происходящие при направленном действии мутагенных факторов. Они вызывают радиационный и химический мутагенез.

Радиационный впервые был описан в 1925г. Надсоном Г.А. и Филлиповым Г.С.. обнаружили увеличение мутационной активности у дрожжей при облучении лучами радия. В 1927г Меллер обнаружил увеличение мутационной активности у дрозофилы при облучении.

Механизм действия радиации:

I. Теория «мишени »- это действие радиации непосредственно на ДНК.

II. Образование свободных радикалов, т.е. радиация действует на любое химическое соединение, находящееся в клетке (в основном на Н2О) и вызывает образование свободных радикалов. И уже эти свободные радикалы начинают взаимодействовать с ДНК и изменять его структуру. Вещества, которые связывают радикалы- антимутагены.

Например, это спирт. Он может вызывать половую мутацию- дети уроды.

Химический мутагенез

1 группа - наиболее сильные мутагены- диметилсульфат, диэтилсульфат, этилен-иммин.

2 группа - это вещества близкие по строению с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. Это 5-бромурацил, 5-бромоксиурацил.

3 группа - акридинины и их производные, они часто вызывают хромосомные мутации.

4 группа - азотистая кислота, формальдегид, гидроксиламин.