РАЗДЕЛ 4. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И СРЕДА.
ПЛАН:
- роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.
- близнецовый метод.
- изменчивость, её классификация.
- модификационная и мутационная изменчивость. Норма реакции.
- классификация мутации.
- 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:
- 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%.
- 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
- 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:
- появляются внезапно и передаются по наследству.
- носят ненаправленный характер.
- случайны и непредсказуемы.
- не имеют приспособительного характера.
- приводят к образованию новых аллелей.
- 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:
- генеративные - возникают в половых клетках и передаются по наследству.
- соматические - в соматических клетках.
II. По изменению фенотипа:
- морфологические мутации - изменение внешнего вида.
- Аморфные – мутация произошла и признак исчез (альбинизм, безволосость)
- Гипоморфные – уменьшение выраженности признака(карликовость, микроцефалия).
- Гиперморные- усиление выраженности признака (гигантизм, полидактилия).
- Неоморфные - появление нового признака в процессе эволюции 9гемоглобин, позвоночник, головной мозг).
- Антиморфные - вместо одного признака появился другой (9молочные железы вместо потовых).
- физиологические мутации – связаны с изменением физиологических процессов в организме(слабоумие).
- биохимические мутации - - связаны с изменением синтеза химических веществ. Биохимические мутации вызывают химические и морфологические. (фенилаланин→тироксин→меланин.
III. По адаптивному значению для организма:
- полезные - повышают жизнеспособность организма (возникают редко)
- нейтральные- не изменяют состояние организма (цвет радужной оболочки, пигментация кожи).
- полулетальные – снижают жизнеспособность организма, но не приводят к смерти (синдром Дауна, гемофилия у девочек).
- 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:
- 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).
- 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:
- замена азотистых оснований в ДНК.
- сдвиг рамки считывания (выпадение нуклеотида и вставка нуклеотида).
- 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.
- 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.