1. Влияние факторов среды на формирование и степень выраженности признаков. Понятие о факторах среды iго и iiго порядка
 Скачать 60.76 Kb.
|
|
б) химическими мутагенными факторами являются формалин, этиленимин, нитриты, нитраты, иприт, производные хлора, образующиеся при хлорировании воды, выбросы в атмосферу химических производств, выхлопные газы. Мутагены химического происхождения усиливают мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанными (самопроизвольными) мутациями. Многие из них используются для получения высокоактивных штаммов одноклеточных организмов - продуцентов антибиотиков. Химические мутагены используются для получения мутагенных форм плесневых грибков, актиномицетов, бактерий, которые продуцируют антибиотики, а также используют для повышения ферментативной активности у микроорганизмов для получения искусственного белка. в) к биологическим мутагенам относятся вирусы, а также токсины - продукты жизнедеятельности бактерий и плесневых грибков. В начале века учёными было обнаружено, что причиной ряда форм рака оказались вирусы, вызывающие, например, лейкозы и саркомы у кур. Такие вирусы получили название онкогенных, или ретровирусов, так как их генетическая информация может интегрироваться с ДНК человека и млекопитающих и вызывать перерождение нормальных клеток в раковые клетки. Таким образом, вирусы являются не только возбудителями многих болезней растений, человека и животных, но и являются причиной многих спонтанных мутаций. Продукты жизнедеятельности многих плесневых грибов также могут обладать канцерогенным эффектом, т.е. изменять наследственный аппарат клетки, способствуя перерождению её в раковуо клетку. Антимутагенез – это механизм, снижающий неблагоприятный эффект мутаций. В результате мутаций изменяется смысл биологической информации, что негативно отражается на выживаемости организмов, поэтому важная роль принадлежит антимутационным механизмам, которые ограничивают неблагоприятные последствия мутаций, возникающие в процессе эволюции. К факторам защиты наследственного аппарата от мутаций относятся: 1) репарация ДНК(способность повреждённой ДНК к самоисправлению); 2) вырожденность генетического кода( заключается в том, что несколько триплетов кодируют одну аминокислоту, и замена одной пары нуклеотидов в кодоне на другую не может привести к замене аминокислоты); 3) парность хромосом в диплоидном кариотипе (парность аллелей генов препятствует фенотипическому проявлению мутаций, если они имеют рецессивный характер); 4) иммунная система. 12. Классификации мутаций в зависимости от типа клеток, уровня организации наследственного материала, причин возникновения и биологических последствий. Мутации – внезапные скачкообразные изменения наследственных факторов. Представляют собой стойкие изменения наследственного материала. Представляют собой ненаправленные изменения генотипа – они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма. Могут повторяться. Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений. Типы мутаций: - по изменению генотипа: а) генные(замена, утрата, перемещение нуклеотида); б) хромосомные(делеция – а) хромосомная мутация, при которой утрачивается участок хромосомы; б) тип генной мутации, при которой выпадает участок молекулы ДНК; дефишенси – хромосомная мутация, при которой происходит утрата концевого участка хромосомы; дупликация – а) хромосомная мутация, при которой удваивается какой-либо участок хромосомы; б) тип генной мутации, при которой удвоен какой-либо участок ДНК; инверсия – хромосомная мутация, при которой происходит разрыв в двух участках хромосомы с последующим восстановлением ее целостности, так что вырезанный участок оказывается перевернутым на 180°; инцерсия (или вставка) – мутация, при которой имеется вставка отрезка ДНК в структуру гена, или сегмента хромосомы в структуру другой хромосомы); в) геномные(полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному; анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числахромосом в диплоидном наборе, т.е. не кратное гаплоидному; трисомия — наличие трёх гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, что приводит к развитию синдрома Дауна; по 18-й паре — синдрома Эдвардса; по 13-й паре - синдрома Патау); моносомия — наличие только одной из двух гомологичных хромосом). - по изменению фенотипа: а) морфологические(изменяется характер роста и изменение органов, рецессивная мутация по гену «белый» в дрозофилы – белый цвет глаз вместо красного) ; б) биохимические(тормозят или изменяют синтез определенных химических веществ в организме, мутации актичности ферментов) ; в) физиологические(повышается (понижается) жизнеспособность; мутации, влияющие на жизнедеятельность организмов, их развитие); г) летальные и т.д. - по отношению к генеративному пути: а) соматические(происходят в соматических клетках, не наследуются) ; б) генеративные(происходят в половых клетках, наследуются). - по локализации в клетке: а) ядерные(мутация возникла в генетическом материале клетки – ядре); б) цитоплазматические(мутация возникла в цитоплазме, причем они появляются в составе цитоплазматических ДНК-содержащих структур). - по причинам возникновения: а) спонтанные(возникают в естественных условиях вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены); б)индуцированные(возникновение наследственных изменений под влиянием специального воздействия мутагенных факторов внешней и внутренней среды (специально вызваны человеком). Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки. Мутация в соматической клетке сложного многоклеточного организма может привести к злокачественным или доброкачественным новообразованиям, мутация в половой клетке — к изменению свойств всего организма-потомка. В стабильных условиях существования большинство особей имеют близкий к оптимальному генотип, а мутации вызывают нарушение функций организма, снижают его приспособленность и могут привести к смерти особи. 13. Фенотипические проявления мутационной изменчивости. Проявление мутаций зависит прежде всего от той генетической среды, в которую попадает мутантный аллель. Один и тот же мутантный ген у разных особей может обладать неодинаковым фенотипическим проявлением: экспрессивностью (выраженностью степени развития определяемого этим геном признака) в зависимости от условий, в которые он попадает, и пенетрантностью (частота проявления) аллеля, определяемой по проценту особей популяции из числа несущих данный аллель (у которых он проявился с любой экспрессивностью). Любой признак, который мы исследуем, — это результат взаимодействия генетической программы и той среды, где происходило развитие особи. Наследственность определяет спектр возможных состояний данного признака — его норму реакции, но возникновение вариантов этой нормы определяет взаимодействие генотипа и среды. Мутация bar («лентовидная») вызывает редукцию передних и задних фасеток глаза у дрозофилы, в результате чего глаз представляет собой вертикальную полоску фасеток. Степень проявления этой мутации строго зависит от температуры: чем ниже температура, при которой развивались личинки мутантных дрозофил, тем большее число фасеток остается в глазу. Экспрессивность и пенетрантность обусловлены взаимодействием генов в генотипе и различной реакцией каждого генотипа на внешние условия. Например, у наездника известен ген со 100%-ной пенетрантностью как леталь при 30°C и почти нулевой пенетрантностью при низкой температуре. Подобная зависимость проявления мутаций от условий обнаружена в большинстве случаев у растений, животных, грибов и микроорганизмов. Поскольку мутации со значительным фенотипическим эффектом (рано выявляющиеся в онтогенезе) имеют гораздо меньше шансов на сохранение, чем более поздно выявляющиеся малые мутации, онтогенез в целом приобретает тенденцию оставаться консервативным из поколения в поколение. В наибольшей степени это относится к основным процессам формообразования (установление общего плана строения, морфогенез важнейших органов), которые протекают чрезвычайно сходно у всех родственных видов в пределах очень крупных таксономических групп, таких, как классы и даже типы. 14. Естественные биологические антимутационные механизмы. Антимутагенез – это механизм, снижающий неблагоприятный эффект мутаций. В результате мутаций изменяется смысл биологической информации, что негативно отражается на выживаемости организмов, поэтому важная роль принадлежит антимутационным механизмам, которые ограничивают неблагоприятные последствия мутаций, возникающие в процессе эволюции. К факторам защиты наследственного аппарата от мутаций относятся: 1) репарация ДНК; 2) вырожденность генетического кода; 3) парность хромосом в диплоидном кариотипе; 4) иммунная система. 1. Репарация – это способность повреждённой ДНК к самоисправлению: а) световая - происходит активация фермента фотонами света, в состав фермента входит витамин В12; б) темновая - участвуют ферменты, не требующие активации светом. При световой репарации исправляются повреждения, которые возникают при действии ультрафиолетового излучения, а при темновой репарации - повреждения, которые возникают под действием ионизирующего облучения, химических факторов и других. Темновая репарация наблюдается как у прокариот, так и эукариот. Этапы темновой репарации: 1) «узнавание» повреждённого участка ДНК специальным ферментом эндонуклеазой; 2) действие эндонуклеазы на разрыв одной цепочки молекулы ДНК вблизи повреждения; 3) «вырезание» поврежденного участка ДНК; 4) матричный синтез нового участка молекулы ДНК (репаративная репликация); 5) соединение новообразованного участка с ниткой ДНК с помощью ферментов лигазы. 2.Вырожденность - несколько триплетов кодируют одну аминокислоту, и замена одной пары нуклеотидов в кодоне на другую не может привести к замене аминокислоты. 3.Триплетность - допускает минимальное число замен внутри триплета, ведущих к искажению информации. 4. Фактором защиты против неблагоприятных последствий генных мутаций служит парность хромосом в диплоидном кариотипе соматических клеток эукариот. Парность аллельных генов препятствует фенотипическому проявлению мутаций, если они имеют рецессивный характер. 5. В снижение вредных последствий генных мутаций вносит явление экстракопирование генов, кодирующих жизненно важные макромолекулы. 15. Особенности человека как объекта генетических исследований. Раздел генетики, изучающий наследственность и изменчивость у человека, называется антропогенетикой или генетикой человека. Генетика человека – это наука о наследственно обусловленных различиях между людьми. Из генетики человека выделяется медицинская генетика, исследующая механизмы развития наследственных болезней, возможности их лечения и профилактики. В настоящее время человек хорошо изучен морфологически, физиологически, биохимически, что способствует рассмотрению его генетических особенностей. Изучение генетики человека связано с биологическими и социально-этическими особенностями. Биологические особенности: позднее половое созревание, малочисленное потомство у одной пары родителей, в основном моноплодная беременность (исключение - близнецы); большой срок беременности, медленная смена поколений (20 - 25 лет), особенности кариотипа (большое число хромосом и др.), фенотипический полиморфизм. Социально-этические особенности: невозможность направленных скрещиваний в интересах исследователя, отсутствие точной регистрации наследственных признаков (проводится не всегда и не везде), невозможность создания одинаковых условий жизни для всех людей. У человека есть и преимущества перед другими генетическими объектами: способность воспринимать информацию и абстрактно мыслить; значительное число и разнообразие мутаций; высокая численность популяций, доступных для изучения; возможность регистрации наследственных признаков в течение длительного времени; использование гибридизации соматических клеток для генетического анализа. Однако генетиками разработаны методы, позволяющие изучать наследование и изменчивость признаков человека, несмотря не перечисленные ограничения. 16. Особенности проявления патологических доминантных генов. Частота встречаемости низкая и зависит от эффекта гена. Ахондроплазия 1:100000. Проявление гена может быть в любом периоде онтогенеза. Дефект форментов - в течение 1 года. Дефект рецепторов от 1 года до 15-16. Хорея Гентингтона - у пожилых. У гомозиготных заболевание обычно протекает тяжелее, чем у гетерозиготных. Активность патологических генов часто блокируется другими генами (явление эпистаз). Пенетрантность - способность гена проявить себя в фенотипе. Степень выраженности признака может быть различной. 17. Аутосомно-доминантное наследование признаков (характерные особенности, примеры). При аутосомно-доминантном типе наследования аллель гена, определяющий признак, находится в одной из аутосом (неполовых хромосомах) и является доминантным. Такой признак будет проявляться во всех поколениях. Даже при скрещивании генотипов Aa и aa, он будет наблюдаться у половины потомства. Аутосомно-доминантный тип характеризуется следующими признаками: • В большинстве случаев у пробанда болен родитель. • Вероятность заболеть одинакова для мужчин и женщин. • Больной может передать болезнь потомству с вероятностью 50:50. Непораженные члены семьи, как правило, не передают заболевание потомству. • Приблизительно половина членов семьи больны, остальные здоровы. • При анализе родословной можно выявить вертикальную передачу заболевания, которое проявляется в каждом из последующих поколений. Примеры болезней с аутосомно-доминантным наследованием – хорея Хантингтона, синдром Марфана. 18. Аутосомно-рецессивное наследование признаков (характерные особенности, примеры). В случае аутосомно-рецессивного типа признак может не проявляться у одних поколений и проявиться у других. Если родители гетерозиготы (Aa), то они являются носителями рецессивного аллеля, но обладают доминантным признаком. При скрещивании Aa и Aa, ¾ потомков будут иметь доминантный признак, а ¼ рецессивный. При скрещивании Aa и aa у ½ рецессивный аллель гена проявит себя у половины потомков. Аутосомные признаки проявляются с одинаковой частотой у обоих полов. Для возникновения редких аутосомно-рецессивных заболеваний характерны следующие условия: 1) родители больного ребенка, как правило, здоровы; 2) мальчики и девочки заболевают одинаково часто; 3) повторный риск рождения ребенка с аутосомно-рецессивным заболеванием составляет 25%; 4) отмечается «горизонтальное» распределение больных в родословной, т. е. пациенты чаще встречаются в рамках одного сибства; 5) наблюдается увеличение частоты больных детей в группах родителей, связанных родством. Болезнь Тея — Сакса, болезнь Гоше, болезнь Ниманна — Пика. 19. Х-сцепленное доминантное, Х-сцепленное рецессивное, голандрическое наследование признаков (характерные особенности, примеры). Ограниченное полом наследование. Если в х – хромосоме локализуется рецессивный ген, то такой тип наследования называется х – сцепленный рецессивный. Болеет преимущественно лицо мужского пола. Больные дети рождаются от фенотипически здоровых родителей, но мать больного являлась гетерозиготой наследования патологичного гена. Больные мужчины не передают заболевания своим сыновьям, но их дочери становятся носительницами гена. Редкий случай заболевания женщин возможен если их отец болен, а мать носительница. Если в брак вступит здоровый м и гетерозиготная ж, то вероятность рождения больного м в данной семье составляет 50% всех м или 25% от всех детей. А девочки этих родителей будут здоровы, но половина из них станут носительницами патологического гена. В случае если в брак вступает больной мужчина и здоровая женщина все дети будут здоровы, но дочери получают от отца мутантный аллель и стонут носительницами патогенного гена. Заболевания: гемофилия, дальтонизм, миопатия Дюшена (слабость мышц, специфическая походка). Особенности наследования при Х-сцепленном доминантном типе наследования. Заболевание прослеживается в каждом поколении. Если болен отец, то все его дочери будут больными, а все сыновья здоровыми. Если больна мать, то вероятность рождения больного ребенка равна 50% независимо от пола. Болеют как женщины ток и мужчины, но женщины болеют в 2 раза чаще чем мужчины. Заболевания: витамин-Д-резистентный рахит, рото-лице-пальцевый синдром (множественные гиперплазированные уздечки языка, расщелины губы и нёба, гипоплазия крыльев носа, асимметричное укорочение пальцев). Голандрический тип наследования. При этом наследовании гены, ответственные за развитие патологического признака, локализованы в Y-хромосоме. Голандрические признаки, которые вызывают нарушение развития организма, передаются от отца ко всем его сыновьям, и только к сыновьям. Патологические мутации, обусловливающие нарушения формирования семенников или сперматогенеза, не наследуются в связи со стерильностью их носителей. Примеры признаков: гипертрихоз ушных раковин (волосы на ушных каровинах), избыточный рост волос на средних фалангах пальцев кистей, азооспермия (отсуствие сперматозидов в эякуляте). Гены, имеющиеся в кариотипе обоих полов, но проявляющиеся преимущественно лишь у одного пола, называются ограниченные полом. Эти гены могут быть не сцеплены с половыми хромосомами и локализованы в любой аутосомной хромосоме. Вот пример строгой ограниченности полом. Если S и s представляют собой два аллеля, выражение которых ограничено полом, то три генотипа SS; Ss; ss оказываются неразличимыми у одного пола, но дают два или три различных фенотипа у другого пола, в зависимости от того, сходна ли гетерозигота с одной из гомозигот или отличается от обеих. 20. Хромосомные болезни человека, обусловленные аномалиями аутосом (причины возникновения, характерные клинические проявления, методы лабораторной диагностики, способы возможной помощи больным). Есть анеуплоидии – моносомии и трисомии, клеточный мозаицизм, полиплоидия. Моносомия относится к генетическим аномалиям, для которых характерно изменение кариотипа. В норме у человека определяется 23 хромосомы, каждая из которых имеет гомологичную пару. Если одна из них лишается своей пары, то развивается моносомия. Моносомия по любой из аутосом обычно приводит к внутриутробной гибели плода. Моносомия - самый частый вариант хромосомной аномалии при самопроизвольных абортах (может считаться синдром Шер.-Тёрн. - низкорослость, гипогонадизм, деформация суставов, крыловидные складки кожи на шее). В большинстве случаев трисомии возникают случайно в результате нарушения расхождения хромосом в процессе клеточного деления при образовании половых клеток родителей. На одной из стадий мейоза (анафазе) обе хромосомы вместо того, чтобы разойтись, идут к одному полюсу. Второй причиной трисомии является мутация, возникшая уже после оплодотворения, на ранних этапах эмбриогенеза. В этом случае только часть клеток будет аномальный набор хромосом. Трисомии по аутосомам характеризуются меньшей летальностью, но вызывают тяжелейшие пороки развития у детей, родившихся живыми (по 21-й паре, что приводит к развитию синдрома Дауна - плоское лицо с раскосыми глазами, широкими губами, широким плоским языком. Голова круглая, скошенный узкий лоб, ушные раковины уменьшены в вертикальном направлении, с приросшей мочкой, глаза с пятнистой радужной оболочкой; по 18-й паре — синдрома Эдвардса - долихоцефалическая форма черепа, микрофтальмия, недоразвитие ушных раковин, аномалии опорно-двигательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, мочеполовой системы, ЦНС; по 13-й паре — синдрома Патау – расщелина нёба, верхней губы, полидактилия, низкий скошенный лоб). Перераспределения (кроссинговер) в соматических клетках, соматических мутаций в зиготе или на ранних стадиях дробления; неправильного расхождения хромосом при делении клеточного ядра (митозе). У больных с мозаицизмом клиническая картина менее выражена, а выживаемость выше, чем при полной форме трисомии. Полиплоидия - в каждой клетке геном представлен более чем дважды (триплоидные зародыши, нежизнеспособны). Для подтверждения (или установления) диагноза хромосомной болезни используют цитогенетические методы: метод кариотипирования; метод определения полового хроматина. Кариотипирование позволяет изучить кариотип в целом (т.е. число и структуру хромосом). Кариотип изучают в делящихся клетках на стадии метафазы митоза, т.к. в этой стадии хромосомы максимально спирализованы и хорошо видны в световой микроскоп. Препараты изготавливают из лимфоцитов периферической крови. Определение полового хроматина. Половой хроматин – это спирализованная Х-хромосома. Одна из Х-хромосом у женщин инактивируется на 16-19 сутки эмбрионального развития, а вторая остается активной. Спирализованная Х-хромосома обнаруживается в ядрах соматическихклеток в виде темной, хорошо окрашивающейся глыбки. Метод используют для диагностики хромосомных болезней, связанных с изменением числа Х-хромосом. Существует также методика определения У-хроматина, которая используется для диагностики синдрома полисомии У. Лечение хромосомной патологии в основном симптоматическое. Цель такой терапии заключается в том, чтобы скорректировать такие фенотипические проявления, как умственная отсталость, замедленный рост, недостаточная феминизация или маскулинизация, недоразвитие гонад. Используют анаболические гормоны, андрогены и эстрогены, гормоны гипофиза и щитовидной железы, различные витамины. Применяется хирургическое симптоматическое лечение: удаление катаракты, лишнего пальца, операции при незаращении верхней губы и/или неба. 21. Хромосомные болезни человека, обусловленные аномалиями половых хромосом (причины возникновения, характерные клинические особенности, методы лабораторной диагностики, способы возможной помощи больным). |