1. Форми життя клітинна та неклітинна
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
24. Фенотип людини як сукупність видових та індивідуальних ознак і властивостей організму. Фенотип - це сукупність всіх ознак (зовнішніх і внутрішніх) і властивостей організму, які можна спостерігати при анатомічних, фізіологічних, морфологічних і цитологічних дослідженнях. Фенотип - це результат реалізації генотипу за певних умов зовнішнього середовища. У фенотипі майже ніколи не реалізуються всі генетичні можливості, а лише частина з них, для яких умови були оптимальними. Зміна зовнішнього середовища або генотипу може викликати відхилення від нормального фенотипу. Наявність певних генів не означає, що їх дія завершиться розвитком відповідних ознак. На дію багатьох генів впливає зміна зовнішнього середовища. Наприклад, кількість еритроцитів у людини могла змінюватися залежно від висоти місцевості над рівнем моря. Зміни фенотипу можуть бути зумовлені генетично. Наприклад, різні фенотипні групи крові за системою АВО в людини викликані комбінацією алельних генів. Наведені приклади яскраво демонструють, що в реалізації фенотипу важливу роль відіграють як складові генотипу, так і фактори зовнішнього середовища. Співвідносну роль цих чинників у формуванні фенотипу людини можна оцінити на прикладі монозиготних близнюків, які генетично ідентичні. Відповідно, фенотипні відмінності у них пов'язані тільки впливом середовища. При цьому розраховують ступінь подібності (конкордантності) і відмінності (дискордантності) ознак у близнюків. Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахунки за формулою: де Н - коефіцієнт спадковості, ОБ - одно- і ДБ - двояйцеві близнюки. При Н, що дорівнює одиниці, ознака цілком визначається спадковим компонентом; при Н, що дорівнює нулю, визначальну роль відіграє вплив середовища. Коефіцієнт, який близький до 0,5, свідчить про приблизно однаковий вплив спадковості і середовища на формування ознаки. Середовище впливає не тільки на розвиток ознаки, але й на її домінування. Так, у дрозофіли відомі дві алельні мутації, які впливають на розмір і форму крила. Площа крила у одного з мутантів у гомозиготному стані більша, ніж в іншого. Коли температура, при якій вирощували личинок, була 24 °С, то гетерозиготи за розмірами крил наближувалися до мутантів з більшими крилами, а якщо температуру підвищували до 30 °С, то гетерозиготи ставали подібними до мутантів з меншими крилами. Для майбутнього лікаря важливо розуміти, що спадковість і середовище є етіологічними факторами, або відіграють певну роль в патогенезі будь-якого захворювання. З погляду на це всі форми патології людини можна розділити на 4 групи. Першу групу складають спадкові захворювання, в розвитку яких основну етіологічну роль складають спадкові фактори, а вплив середовища лише модифікує їх прояв. Друга група - це спадкові хвороби, зумовлені патологічними мутаціями, однак для їх прояву необхідний специфічний вплив зовнішнього середовища. Прикладом може бути прояв недостатності НbS у гетерозиготних носіїв при зниженому парціальному тиску кисню. У третю групу входить переважна більшість розповсюджених захворювань, особливо в людей старших вікових груп (гіпертонічна хвороба, ішемічна хвороба серця, виразкова хвороба тощо). Основним етіологічним чинником в їх розвитку є несприятливі фактори довкілля, однак реалізація їх дії залежить від генетичної схильності Ці хвороби ще називають мультифакторіальним, або хворобами з генетичною схильністю. Четверта - це відносно невелика група захворювань, у розвитку яких виключну роль відіграють чинники зовнішнього середовища (травми, опіки, інфекції). Таким чином, фенотип людини є результатом взаємодії історично сформованого генотипу, який реалізується під впливом факторів довкілля. Більшість філогенетично сформованих фенотипних ознак людини мають адаптивний характер. 25. Моногенне успадкування. Моногенні хвороби. Моногенним називається такий тип успадкування, коли спадкова ознака контролюється одним геном. Досліджував закономірності моногенного успадкування видатний вчений Г. Мендель. Він експериментально обґрунтував наявність одиниць спадковості (спадкових задатків, спадкових факторів) і описав їх важливі властивості - дискретність, стабільність, специфічність алельного стану. Принципово нове, внесене Г. Менделем у вивчення успадкування, - це гібридологічний метод (гібрид - це сукупність). Аналізуючи результати моно- і дигібридного схрещувань гороху, він дійшов висновку, що: 1) розвиток спадкових ознак залежить від передачі нащадкам спадкових факторів; 2) спадкові чинники, які контролюють розвиток окремої ознаки, - парні: один походить від батька, другий - від матері; у функціональному відношенні чинники мають властивості домінантної і рецесивної ознак; домінантна (від лат. dominans - панувати) ознака - яка проявляє себе, рецесивна (від лат. reсessivus - відступаючий) ознака - себе не проявляє в одинарній дозі; 3) спадкові фактори передаються в ряду поколінь, не втрачаючи своєї індивідуальності, тобто характеризуються сталістю; 4) у процесі утворення статевих клітин парні алельні гени потрапляють у різні гамети (закон чистоти гамет); відновлення таких пар відбувається в результаті запліднення; 5) материнський і батьківський організми рівною мірою беруть участь у передачі своїх спадкових факторів нащадкам. Нове покоління отримує не готові ознаки, а тільки матеріальні фактори. На цих принципах ґрунтуються правила (закони) успадкування, сформульовані Г. Менделем. Менделюючі ознаки людини. Загальні закони спадковості однакові для всіх живих істот. Для людини характерні відомі типи успадкування ознак: домінантний і рецесивний, аутосомний і зчеплений із статевими хромосомами. Відомо понад 100 видів метаболічних аномалій у людини, які успадковуються згідно з менделівською моногібридноюсхемою, наприклад, галактоземія, фенілкетонурія, різні форми гемоглобінопатії та інші. Домінантною або рецесивною є ознака, а не ген .Домінантність чи рецесивність - це наслідок дії гена, а не його властивість. Менделюючі ознаки людини - це ознаки, які підпорядковуються або успадковуються за закономірностями, встановленими Г. Менделем. Моногенні - це такі спадкові захворювання, які визначаються одним геном, - моногенно (від грец. μόνος - один), тобто коли прояв захворювання визначається взаємодією алельних генів, один з яких домінує над іншим. Аутосомно-домінантпний тип успадкування. Внаслідок того, що домінантні гени, які викликають розвиток захворювання, в гомозиготному стані здебільшого летальні, то всі шлюби між здоровими і хворими відносяться до типу Аа х аа, де А - домінантний ген, який визначає розвиток спадкового захворювання, а - рецесивний ген. За цього типу успадкування переважають такі умови: 1) кожна хвора людина має хворого одного з батьків; 2) захворювання передається по спадковості; в поколіннях; хворі є в кожному поколінні; 3) у здорових батьків діти будуть здоровими; 4) захворіти можуть і чоловіки, і жінки однаково часто, оскільки ген локалізується в аутосомі; 5) імовірність народження хворої дитини, якщо хворий один з батьків, складає 50 %. За таким типом успадковуються деякі нормальні і патологічні ознаки: 1) біле пасмо волосся; 2) волосся жорстке, пряме; 3) шерстисте волосся - коротке, кучеряве, пишне: 4) товста шкіра; 5) здатність згортати язик трубочкою; 6) габсбургська губа - нижня щелепа вузька, виступає вперед, нижня губа відвисла і напіввідкритий рот; 7) полідактилія - багатопалість, коли кількість пальців досягає 6-9 на ногах або руках; 8) синдактилія - зрощення м'яких або кісткових тканин фаланг двох і більше пальців; 9) брахідактилія - короткопалість, недорозвинення дистальних фаланг пальців; 10) арахнодактилія - сильно видовжені пальці та ін. Аутосомно-домінантному типу успадкування властиві такі ознаки: 1) передавання захворювання з покоління до покоління (успадкування по вертикалі); 2) передача захворювання від хворих батьків дітям; 3) здорові члени сім'ї, як правило, мають здорових нащадків; 4) обидві статі уражуються однаково часто. Діагностика аутосомно-домінантного типу успадкування іноді складає певні труднощі, зумовлені такими властивостями, як пенетрантність (ймовірність прояву гена) та експресивність (ступінь вираженості ознаки, для хвороби — це - суть перебігу захворювання) Аутосомно-рецесивний тип успадкування. Якщо рецесивні гени локалізовані в аутосомах, то появляються вони тільки при шлюбі двох гетерозигот або гомозигот за рецесивним алелем. Існують три варіанти шлюбів: 1) аа х аа - всі діти хворі; 2) Аа х аа - 50 % дітей будуть хворими, 50 % фенотипно здорові, але є носіями мутантного гена; 3) Аа х Аа - 25 % дітей будуть хворими, 75 % фенотипно здорові, але 50 % з них є носіями патологічного гена. За аутосомно-рецесивним типом успадковуються такі ознаки в людини: волосся пряме, тонке, шкіра тонка, 0(1) група крові, група крові Rh-, хвороби обміну речовин (фенілкетонурія, галактоземія та ін.) Частота виникнення аутосомно-рецесивного захворювання знаходиться в прямій залежності від ступеня поширеності мутантного гена. Ймовірність рецесивних спадкових хвороб особливо зростає в ізолятах та популяціях, в яких багато близькородинних шлюбів. Це зумовлено тим, що тут "концентрація" гетерозиготного носійства вища, ніж у загальній популяції. Аутосомно-рецесивний тип успадкування має ряд відмінних рис: 1) від здорових батьків народжуються хворі діти; 2) від хворого батька народжуються здорові діти; 3) хворіють в основному сибси (брати, сестри), а не батьки - діти, як при домінантному типі успадкування; 4) у родоводі переважає більший відсоток близькородинних шлюбів; 5) всі здорові батьки хворих дітей є гетерозиготними носіями патологічного гена; 6) однаково часто хворіють чоловіки і жінки; 7) у гетерозиготних носіїв співвідношення хворих і здорових дітей складає 1:3. При аутосомно-рецесивному типі успадкування, як і при аутосомно-домінантному, можливі різного ступеня експресивність ознаки і частота пенетрантності. 26. Взаємодія алельних генів. Гени, які займають ідентичні (гомологічні) локуси в гомологічних хромосомах, називаються алельними. У кожного організму є лише по два алельних гени. Відомі такі форми взаємодії між алельними генами: повне домінування, неповне домінування, кодомінування і наддомінування. Основна форма взаємодії - повне домінування, яке вперше описано Г. Менделем (рис. 1.104). Суть його полягає в тому, що в гетерозиготного організму прояв одного з алелів домінує над проявом іншого. За повного домінування розщеплення за генотипом 1:2:1 не співпадає з розщепленням за фенотипом - 3:1. У медичній практиці з двох тисяч моногенних спадкових хвороб у майже половини має місце домінування прояву патологічних генів над нормальними. У гетерозигот патологічний алель проявляється у більшості випадків ознаками захворювання (домінантний фенотип). Неповне домінування - така форма взаємодії, коли у гетерозиготного організму (Аа) домінантний ген (А) не повністю пригнічує рецесивний ген (а), внаслідок чого проявляється проміжна між батьківськими ознака. Тут розщеплення за генотипом і фенотипом співпадає і складає 1:2:1 При кодомінуванні в гетерозиготних організмів кожний з алельних генів викликає формування залежного від нього продукту, тобто виявляються продукти обох алелів. Класичним прикладом такого прояву є система груп крові, зокрема система АВО, коли еритроцити людини несуть на поверхні антигени, що контролюються обома алелями. Така форма прояву носить назву кодомінування. Наддомінування - коли домінантний ген у гетерозиготному стані виявляється сильніше, ніж у гомозиготному. Так, у дрозофіли при генотипі АА - нормальна тривалість життя; Аа - подовжена тривалість життя; аа - летальний наслідок. 27. Менделюючі ознаки людини. Множинний алелізм. Менделюючі ознаки людини - це ознаки, які підпорядковуються або успадковуються за закономірностями, встановленими Г. Менделем. Множинний алелізм — це існування в популяції більше ніж двох алелів даного гена. Виникає як наслідок різних мутацій одного локуса. Гени множинних алелів взаємодіють між собою усіляким чином. У кожного організму є лише по два алельних гени. Разом з тим нерідко в природі кількість алелів може бути більше двох, коли якийсь локус може перебувати в різних станах. У таких випадках говорять про множинні алелі або множинний алеломорфізм. Множинні алелі позначаються однією літерою з різними індексами. Алельні гени локалізуються в однакових ділянках гомологічних хромосом. Оскільки в каріотипі завжди присутні по дві гомологічних хромосоми, то і при множинних алелях кожний організм може мати одночасно лише по два однакових або різних алелі. У статеву клітину (разом із розходженням гомологічних хромосом) попадає тільки по одному із них. Для множинних алелів характерний вплив всіх алелів на одну і ту ж ознаку. Відмінність між ними полягає лише в ступені розвитку ознаки. Другою особливістю є те, що в соматичних клітинах або в клітинах диплоїдних організмів міститься максимум по два алелі з декількох, оскільки вони розташовані в одному і тому ж локусі хромосоми. Ще одна особливість властива множинним алелям. За характером домінування алеломорфні ознаки розміщуються в послідовному ряду: частіше нормальна, незмінена ознака домінує над іншими; другий ген ряду рецесивний щодо першого, проте домінує над наступними і т.д. Одним з прикладів прояву множинних алелів у людини є групи крові системи АВО. Множинний алелізм має важливе біологічне і практичне значення, оскільки підсилює комбінативну мінливість, особливо генотипну. 28. Взаємодія неалельних генів. Не алельні гени– гени, які займають неодинакові локуси хромосом. Відомо багато випадків, коли ознака або властивості детермінуються двома або більше неалельними генами, які взаємодіють між собою. Хоча і тут взаємодія умовна, бо взаємодіють не гени, а контрольовані ними продукти. При цьому має місце відхилення від менделівських закономірностей розщеплення. Розрізняють чотири основних типи взаємодії генів: комплементарність, епістаз, полімерію і модифікуючу дію (плейотропія). Комплементарність - такий тип взаємодії неалельних генів, коли один домінантний ген доповнює дію іншого неалельного домінантного гена, і вони разом визначають нову ознаку, яка відсутня у батьків. Причому відповідна ознака розвивається тільки в присутності обох неалельних генів. Прикладом комплементарної взаємодії генів у людини може бути синтез захисного білка - інтерферону. Його утворення в організмі пов'язано з комплементарною взаємодією двох неалельних генів, розташованих у різних хромосомах. Епістаз - це така взаємодія неалельних генів, за якої один ген пригнічує дію іншого неалельного гена. Пригнічення можуть викликати як домінантні, так і рецесивні гени (А>В, а>В, В>А, Ь>А), і залежно від цього розрізняють епістаз домінантний і рецесивний. Пригнічуючий ген отримав назву інгібітора, або супресора. Гени-інгібітори в основному не детермінують розвиток певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена. Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного. Якщо ген-супресор рецесивний, то виникає криптомерія. У людини таким прикладом може бути "бомбейський феномен". У цьому випадку рідкісний рецесивний алель "х" у гомозиготному стані (хх) пригнічує активність гена JВ (який визначає В (III) групу крові системи АВО). Тому жінка з генотипом JB_хх, фенотипно має І групу крові - 0 (І). Полімерія - два або більше домінантних алелі однаковою мірою впливають на розвиток однієї і тієї ж ознаки. Плейотропія - це залежність кількох ознак від одного гена, тобто множинна дія одного гена. 29. Полігенне успадкування кількісних ознак. Більшість кількісних ознак організмів визначається декількома неалельними генами (полігенами). Взаємодія таких генів у процесі формування ознаки називається полімерною. У цьому випадку два або більше домінантних алелі однаковою мірою впливають на розвиток однієї і тієї ж ознаки. Тому полімерні гени прийнято позначати однією літерою латинського алфавіту з цифровим індексом, наприклад: А1А1 і а1а1, А2А2 і а2а2; А3А3 і а3а3 і т. д. Вперше однозначні фактори були виявлені шведським генетиком Нільсоном-Еле (1908 р.) при вивченні успадкування кольору у пшениці. Було встановлено, що ця ознака залежить від двох полімерних генів, тому при схрещуванні домінантних і рецесивних дигомозигот - забарвленої (А1А1А2А2) з безколірною (а1а1 а2а2) — у F1 всі рослини дають забарвлене насіння, хоча вони помітно світліші, ніж батьківські екземпляри, які мають червоне насіння. У F2 при схрещуванні особин першого покоління виявляється розщеплення за фенотипом у співвідношенні 15 : 1, бо безколірними є лише рецесивні дигомозиготи (а1а1 а2а2). У пігментованих екземплярів інтенсивність кольору дуже коливається залежно від кількості отриманих ними домінантних алелів: максимальна в домінантних дигомозигот (А1А1А2А2) і мінімальна в носіїв одного домінантних алелів (A1 a1 а2а2 і а1а1 А2 а2). Важлива особливість полімерії - сумація (адитивність) дії неалельних генів на розвиток кількісних ознак. Якщо при моногенному успадкуванні ознаки можливі три варіанти "доз" гена в генотипі: АА, Аа, аа, то при полігенному кількість їх зростає до чотирьох і більше. Сумація "доз" полімерних генів забезпечує існування неперервних рядів кількісних змін. Біологічне значення полімерії полягає ще й в тому, що ознаки, які кодуються цими генами, більш стабільні, ніж ті, що кодуються одним геном. Організм без полімерних генів був би дуже нестійким: будь-яка мутація або рекомбінація призводила б до різкої мінливості, а це в більшості випадків має несприятливий характер. У тварин і рослин є багато полігенних ознак, серед них і цінні для господарства: інтенсивність росту, скороспілість, несучість, кількість молока, вміст цукристих речовин і вітамінів тощо. Пігментація шкіри у людини визначається п'ятьма або шістьма полімерними генами. У корінних жителів Африки (негроїдної раси) переважають домінантні алелі, у представників європеоїдної раси - рецесивні. Тому мулати мають проміжну пігментацію, але при шлюбах мулатів у них можлива поява як більш, так і менш інтенсивно пігментованих дітей. Багато морфологічних, фізіологічних і патологічних особливостей людини визначається полімерними генами: зріст, маса тіла, величина артеріального тиску та ін. Розвиток таких ознак у людини підпорядковується загальним законам полігенного успадкування і залежить від умов середовища. У цих випадках спостерігається, наприклад, схильність до гіпертонічної хвороби, ожиріння тощо. Дані ознаки за сприятливих умов середовища можуть не проявитися або проявитися незначною мірою. Цим полігенно-спадкові ознаки відрізняються від моногенних. Змінюючи умови середовища, можна значною мірою забезпечити профілактику ряду полігенних захворювань. |