Ответы на билеты по биологии. Билет1 Закономерности существования клетки во времени. Жизненный цикл клетки, его варианты. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла клетки
 Скачать 2.17 Mb.
|
|
Часть таких мутаций вызывает генетический дисбаланс и приводит к серьёзным нарушениям синтеза белка,тогда как другие -инверсии, транслокации обычно не сопровождаются приобретением генетического материала или его разрывами, могут никак не проявиться в генотипе. Отдельный тип представляют динамические мутации,которые характеризуются нарастанием числа триплетных ( а в некоторых случаях и более протяжённых) повторов кодирующей или некодирующей части генов. Новый класс мутаций, как установлено,характерен для полиморфной группы наследственных болезней -болезни экспансии.Увеличение числа повторов по-разному сказывается на функции соответствующих генов.Нейрогенеративные заболевания,хорея Гентингтона,болезнь Кеннеди,Джозефа -Мачадо.Нарастание числа кодонов ЦАГ приводит к синтезу белков с длинными монотонными трактами глютаминовой кислоты(глю-глю-глю).Такие белки обладают токсическим действием,вызывая избирательную гибель нервных клеток человека определённого типа. При других наследственных заболеваниях,миотической дистрофии, атаксии Фридриха увеличение триплетных повторов ГГГ-ЦТА-ГААнарушает транскрипцию и ведёт к дефициту соответствующего белка. В основе механизма экспансии - нарушение процесса репликации ДНК , в частности скольжения в репликативной вилке.Вместе с тем целый ряд молекулярных аспектов в патогенезе белезней экспансии неизвестен.Продолжает изучаться. Специально рассматриваются мутации,обусловленные инсерциями протяжённых мобильных элементов генома- транспонона.Натранспононы до 5% всего генома. Большинство мутаций оказывают повреждающий эффект, причины разнообразных наследственных болезней.При этом патологическое действие мутаций в различных генах реализуется на разных стадиях развития.Это положение хорошо изучено, так как проведены исследования почти на 1000 различных генов.Мутации,затрагивающие гены,кодируют разные ферменты, реализуются в виде заболеваний в течение 1-го года жизни. Одной из важнейших характеристик мутаций является гетерогенность фенотипических проявлений. Мутации разных генов приводят к весьма сходным патологическим состояниям.(болезнь Альцгеймера).Мутации в разных генах,нарушая разные звенья одного и того же биохимического цикла , могут в конечном счёте приводить к одному и тому же биохимическому эффекту.С другой стороны, мутации в одном и том же гене могут совершенно по-разному влиять на функции белкового продукта и давать разный продукт в разных тканях и органах. Обратная ситуация: мутации разных генов зачастую в разных хромосомах, ведут к клинически рождественным , близким по симптоматике заболеваниям. Применительно к гену аллели разделяют на два типа: Дикого типа и Мутантные(приводят к вариациям,нарушениям различных генов).Для любых генов и популяций аллели дикого типа преобладающие. Под мутацией понимается любое изменение в нуклеотидной последовательности ДНК,независимо от локализации и влияния на жизнеспособность. Понятия мутация и мутантная аллель употребляются как синонимы.Изменения в нуклеотидной последовательности по- разному проявляются в фенотипе.Часть не оказывают влияния на структуру и функции соответствующего белка-это фенотипически молчащие мутации,не затрагивающие структурных генов,не приводящие к замене аминокислот в пептидной цепочке. Классификация мутантных аллелей. 1.Мутации,ведущие к потере функций(серповидно-клеточная анемия) 2.Мутации,сопровождающиеся колличественным изменением в мРНК и первичных белковых продуктов.(делеции,вставки) 3.Доминантно-негативные мутации,изменяющие св-ва белковых субъединиц таким образом,что они вызывают повреждающий эффект в воспринимающих их клетках. Частоты мутаций, приводящих даже к наиболее распространённым наследственным заболеваниям,невелики,менее 1 %. Генетический полиморфизм- в отличие от мутаций,Генетический полиморфизм встречается чаще .Может захватывать значительную часть популяции(1-2 %)Генетический полиморфизм - многообразие нуклеотидных последовательностей, в том числе аллельных форм гена.Полиморфен ген,который имеет 2 и более аллеля. Необходимо отметить,что разница между мутациями и генетическим полиморфизмом скорее количественная, чем качественная. Эта особенность далеко не абсолютна.Нередко тяжёлая мутация практически полностью выключает работу гена, встречающегося в популяции чаще, чем многие генетические полиморфизмы. Известно, что в результате протяжной мутации в гене GSTMI почти половина представителей белой рассы не имеет одного из ферментов детоксикации ксенобиотиков.С другой стороны 10-20 % всех представителей белой расы западной Европы гетерогенные носители гена FTR(муковисцедоз) Изменчивость-общее свойство живых организмов приобретать новые или утрачивать прежние признаки особями одного вида.Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней средой, обеспечивает способность адаптироваться и существовать в различных жизненных формах,порождать многообразие живого. Изменчивость имеет боьшое значение в эволюционном процессе,так как является важнейшим условием исторического развития видов.Это один из главных факторов эволюции.Изменчивость служит источником для естественного и искусственного отбора. Классификация изменчивости(В.Н.Ярыгин) 1.Фенотипичекая( ненаследственная): А.Модификационная Б.Случайная. 2.Генотипическая(наследственная) А.Генеративная Б.Соматическая -Комбинативная -Комбинативная -Мутационная ⇓ А.Геномные мутации Б.Хромосомные мутации В.Генные мутации 1.измене 2.Измене 1.Межхро 2.Внутрихро ние числа ние числа мосомные мосомные генов отдельных хромосом а.Гаплоид а.Моносомии а.Транслокации а.Инверсии ная (с изменением ( без измене б.Полипло б.Три- и поли- групп сцепления) ния групп идная сомии сцепления) б.Дупликации, Делеции Дефишенси ( с изменением групп сцепления) Фенотипическая изменчивость- изменчивость, возникающая под влиянием условий развития или факторов внешней среды.Наследственный материал при этом в измненение не вовлекается. Если фенотипические изменения выходят за пределы нормы реакции и вызываются известным фактором внешней среды( изменение рациона питания,физических нагрузок), их называют модификациями.Примером модификации может служить изменение массы тела в зависимости от питания,изменение количества эритроцитов в крови в зависимости от парциального давления кислорода в воздухе, развитие мышечной и костной систем в зависимости от рациона питания и физической нагрузки.Другим примером модификационной изменчивости являются различия ,наблюдаемые у генетически индентичных монозиготных близнецов. Особенности модификационоой изменчивости: -не передаётся по наследству -затрагивает только фенотип,генотип особи изменениям не подвергается. -определяется условиями существования -носит приспособительный(адаптивный) характер -имеет обратимый характер -характеризуется кратковременностью -носит групповой характер Модификационной изменчивости могут подвергаться как качественные , так и количественные признаки. Интенсивность модификационных изменений пропорциональна степени,силе и продолжительности действия на организм факторара, её вызывающего. Модифицирующие условия среды воздействуют на организм в критические периоды развития , изменяя их тетчение.Отрезок времени, в течении которого можно вызвать модификацию определённого признака, называют модификационым периодом.На многие признаки можно влиять в течении длительного периода, а для других характерен определённый короткий чувствительный отрезок онтогенеза.Масштабямодификационной изменяемости ограничиваются обусловленной генетически нормой реакции.В некоторые периоды развития модификации могут вообще не образовываться. Норма реакции представляет собой пределы, в которых возможно варьирование проявления признака данного генотипа.Иначе говоря,Организм наследует не признак, как таковой, а способность формировать определёный фенотип в конкретных условиях среды.Некоторые признаки характеризуются широкой нормой реакции,при которой признак изменяется в широких пределах.Как правило,это количественные признаки, контролируемые полигенами.(масса тела, степень развития мыщц, пигментация кожи).Другие признаки,главным образом качественные(5-типалость руки, цвет глаз,группа крови) обладают очень узкой нормой реакции и слабо или почти не модифицируются в разных условиях. Для характеристики модификаций пользуются статистическими показателями: коэффициент вариации,графическое построение вариационной кривой для характеристики варьирующего признака. Модификационный размах- широта модификациооных изменений признака, или организма.Характеризующаяся по крайним отклонениям от среднего проявления признака. Закономерности фенотипической изменчивости важны для медиципскойпрактики,т.к. знание их помогает оценить значение отдельных факторов среды или всей совокупности условий, в которых протекает онтогенез,для развития фенотипа. Фенотипические изменения называют случайными, если они появляются в результате совместного действия на организм многих факторов среды. Особую группу составляют длительные модификации,наследующиеся по типу фенотипической предетерминации при цитоплазматическом наследовании. В некоторых случаях модификации не имеют приспособительного значения, а, наоборот, представляют собой аномалии или даже уродства.Такие модификации получили название морфозов.Они связаны с нарушениями в работе отдельных генов.Морфозы представляют собой результат резкого отклонения индивидуального развития организма от нормального пути. Типичные морфозы связаны с воздействием различных химических веществ(хемоморфозы) или радиацией(Радиоморфозы). Модификационной изменчивостью объединяется феномен фенокопирования.Фенокопия- изменение признака под влиянием внешних факторов в процессе его развития, зависящего от определённого генотипа.При этом копируются признаки, характерные для другого генотипа.Примером проявления фенокопий могут служить заболевания, приводящие к кретинизму, которые могут обусловливаться наследственными и средовыми ( в частности, отсутствие йода в рационе ребёнка) независимо от его генотипа факторами.Некоторые инфекционные болезни, краснуха, токсоплазмоз, которые перенесла мать, могут стать причиной фенокопий ряда наследственных болезней и пороков развития.Врачу следует помнить, что наличие фенокопий нередко затрудняет постановку диагноза. Особую форму изменчивости представляет онтогенетическая( возрастная) изменчивость.Онтогенетическая изменчивость связана с определённой схемой развития организмов в процессе онтогенеза.Фенотип меняется в соответствии с каждым этапом развития, благодаря морфогенезу и дифференцировке клеток.Морфогенез - это возникновение новых структур на каждом этапе развития ,определяемое генетическим аппаратом клеток, может осуществляться благодаря контактным и дистантным межклеточным взаимодействиям, которые контролируют этот процесс.В случае нарушения морфогенеза возникают тератомы( уродства) и новообразования.Поскольку эти механизмы связаны с изменениями времени действия генов, изменчивость этого рода называется "парагеномная","эпигенетическая"," эпигеномная".Например, один и тот же человек в разные периоды жизни выглядит по-разному. Фенотипическое проявление любого признака обусловлено, в конечном счёте,результатом взаимодействия генов и средовых факторов.Существуют две формы изменчивости:дискретная и непрерывная .При дискретной изменчивости чётко выражены фенотипы , а промежуточные формы отсутствуют( например, группы крови у человека, резус-фактор).Признаки, для которых характера дискретная изменчивость, обычно контролируются одним или двумя генами, и внешние условия мало влияют на их фенотипическую экспрессию.Её иногда называют качественной изменчивостью, поскольку она ограничена чётко выраженными признаками, в отличие от количественной непрерывной изменчивости.У человека примерами непрерывной изменчивости могут быть линейные размеры тела, колебания кровыного давления, вес, рН крови.Эти признаки обусловлены совместным взаимодействием многих генов и факторов среды. Генотипическая изменчивость. Генотипическая изменчивость- изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству.К этому типу изменчивости относят мутационную и комбинативную изменчивость, которые увеличивают внутривидовое разнообразие в природе. Мутационная изменчивость. Мутациями называют скачкообразные качественные изменения наследственно обусловленного признака. Мутации- дискретные изменения наследственной информации особи.Они могут быть генными,хромосомными , геномными.Носители этих изменений называют мутантами, а сами изменения- мутациями.Мутационнаяы теория была создана Гюго-де-Фризом в 1901-1903 гг. Классификация мутаций. Различают следущие виды мутаций. 1.Спонтанные и индуцированные Спонтанные- мутации, происходящие в природе без видимых причин.Чаще всего как результат ошибок при репликации и репарации ДНК.Могут возникать в соматических и генеративных клетках.Происходят крайне редко с частотой 1-100 на миллион экземпляров данного гена.Зависят как от внутренних, так и от внешних факторов.Динамика спонтанного мутирования у человека за последнии 20 лет в клетках периферической крови показывает повышение уровня хромосомных аберраций в 1,5-2 раза.( 1,56 - 2,78 %) Например,ген гемофилии возникает спонтанно,На 10000 гамет мутировало 0,32 гаметы. Индуцированные- мутации., происходящие при направленном воздействии мутагенных факторов.Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутагенный эффект была обнаружена Г.А.Надсоном и Г.С.Филиповым(1925) в исследованиях Н.В.Тимофеева-Рессовского,М.Демереца, К.Штерна,Дж.Ли, М.Дельбрюка и др. были изучены основные радиобиологические зависимости индуцированых мутаций.В частности, было показано, что частота генных мутаций возрастает с увеличением дозы воздействия. 2. Генеративные и соматические Генеративные - мутации, возникающие в клетках полового зачатка и в половых клетках и передающиеся потомкам при половом размножении.Одним из серьёзных последствий возникновения мутационных изменений в половых клетках родителей и развивающейся зиготе являются раннее прерывание беременности и спонтанные аборты, которые в 46-99% случаев происходят в результате возникновения геномных мутаций, структурные аберрации хромосом наблюдаются у 7,2% абортируемых эмбрионов. Соматические- мутации,происходящие в соматических клетках,и проявляющиеся только у самой особи.Распространение их в организме всегда мозаично,т.е. часть клеток данной ткани или органа отличается от остальных по каким-либо свойствам.Эффект соматических мутаций обнаруживается у потомков мутантной клетки,такая мутация делает индивида мозаиком.Мозаик-Это особь со смешанной клеточной популяцией.По геномным мутациям такие особи встречаются довольно часто.Примером соматических мутаций у человека являются мозаицизм по цвету глаз,родимые пятна, некоторые виды новообразований(опухоли). Чем раньше в онтогенезе появляется такая мутация, тем больше образуется мутантных клеток.И тем большим оказывается участок тела, несущий мутантный признак, и чем позднее- тем меньше.При половом размножении следующим поколениям не передаются.При вегетативном размножении соматические мутации наследуются. Соматические мутации являются причиной преждевременного старения, т.к. с возрастом происходит накопление физиологических мутаций.У больных синдромом Вернера клетки обладают сниженной способностью к делению.Наблюдается катаракта,подкожная кальцификация, преждевременный артериосклероз,изменение кожи,сахарный диабет, повышенная частота злокачественных опухолей, хромосомная нестабильность, поседение и преждевременно постаревшее ли.Заболевание - аутосомно-рецессивное. 3.Летальные,сублетальные, нейтральные мутации. Летальные- приводят организм к гибели на ранних этапах индивидуального развития.Характер мутаций формируется в виде 3 вариантов: дисморфогенез(вродённые пороки развития) , нарушенный обмен веществ, смешанные эффекты( дисморфогенез и аномальный обмен веществ) Сублетальные- снижают жизнеспособность организма.Человек, как правило не доживает до репродуктивного возраста. Нейтральные- не влияющие на процессы жизнедеятельности,продолжительность жизни.Например, цвет радужной оболочки, пигментация кожи( если ген не обладает плейотропным действием) Направление биологического эффекта мутаций может быть прямым и обратным.Мутации гена от состояния дикого типа к новому состоянию называют прямыми, а от мутантного к дикому- обратными.Процесс обратного перехода называют реверсией гена.Прямые мутации чаще являются рецессивными(алкаптонурия,фенилкетонурия, слепота и др.), а обратные-доминантными.(аномалии в строении конечностей).Для большинства генов частота прямых мутаций значительно выше, чем обратных. 4.По изменению генетического материала. Генные( точковые) мутации , хромосомные перестройки( аберрации),геномные мутации. 1.Генные(точковые) мутации - затрагивают структуру самого гена, обусловлены качественными изменениями самого гена,связаны с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.Они приводят к тому, что мутантный ген блокируется, и тогда либо не образуются соответствующие РНК и белок,либо синтезируется белок с изменёнными свойствами.Вследствие генных мутаций образуются новые аллели. Механизм возникновения: 1.Замена одних оснований ( нуклеотидов) другими( они составляют 20 % спонтанно возникающих генных изменений) 2.Сдвиг рамки считывания при изменении количества нуклеотидных пар в составе гена. 3.Изменение порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена(инверсии). Характер наследования: доминантный, рецессивный,промежуточный. а.Мутации по типу замены азотистых оснований Они могут быть связаны с изменением структуры основания , уже включённого в спираль ДНК, или происходят под действием активных мутагенов только на стадии репликации ДНК. К первым относятся простые замены в двухцепочечной ДНК-пары А-Тина Г-Ц , и наоборот,и перекрёстные замены урина на пиримидин, и наоборот.Вызываются алкилирующими соединениями. Замены оснований приводят к изменениям смысла кодонов:а)вследствии чего они кодируют другую аминокислоту - миссенс мутации;б)когда на изменённых кодонах прерывается чтение информации гена(УАГ,УАА,УГА)-нонсенс-мутации . Подсчитано, что замена нуклеотидов в одном триплете приводят в 25% случаев к образованию триплетов-синонимов, а в 2-3%- бессмысленных триплетов, в 70-75 % - к возникновению истинных генных мутаций б.Мутации со сдвигом рамки считывания Происходят вследствии выпадения или вставки в нуклеотидную последовательность ДНК одной или нескольких пар комплиментарных нуклеотидов.Приводят к сдвигу триплетной рамки.Различают: -генные делеции - выпадение пары или нескольких пар нуклеотидов; -генные вставки пары или нескольких нуклеотидов; -генные дупликации пары или нескольких нуклеотидов. в.мутации по типу инверсии нуклеотидных последовательностей в гене Происходят вследствии поворота участка ДНК но 180 градусов.обычно этому предшествует образование молекулой ДНК петли,в пределах которой репликация идёт в направлении , обратном правильному.Генные инверсии приводят к перестановке положения нуклеотидов внутри генов. Известно,что благодаря огромному числу генных мутаций , именно генные заболевания составляют основу наследственной патологии человека.Генные мутации могут наследоваться как аутосомно-доминантные(арахнодактилия,нейрофибромотоз и др.), аутосомно-рецессивные( альбинизм,амавротичекая идиотия,галактоземия); сцепленные с полом(гемофилия,дальтонизм).Одна и та же генная болезнь может быть обусловлена разными мутациями.Например,в гене муковисцедоза описано свыше 200 вызывающих болезнь мутаций.Так же установлено, что мутации в разных частях RET-онкогена ведут к 4 клинически разным наследственным болезням: двум формам множественной эндокринной неоплазии, семейной болезни Гирптрунта,семейной медуллярной тиреоидной карценоме.В настоящее время разрабатывается генная терапия злокачественных новообразований. Генные заболевания могут проявляться в разном возрасте, в разные периоды онтогенеза.Большая часть патологических мутаций проявляется внутриутробно(гемофилия , глухота)- до 25 % от всез наследственных патологий.Ещё 20% проявляется в пубертатном юношеском возрасте, и лишь 10 % моногенных болезней развиваются в возрасте старше 20 лет. Общая частота новорожденных с генными болезнями в популяциях в целом составляет приблизительно 1 %, из них с аутосомно-доминантным типом наследования-0,5 %, аутосомно-рецессивным и х-сцепленным -0,25%, у-сцепленные и митохондриальные болезни встречаются крайне редко. Распространённость генных болезней 1:10000- 1:40000.Они обуславливают 50 % общей частоты больных с наследственной патологией 2.Хромосомные абберации(перестройки) мутации, обусловленные изменением размеров и структуры хромосом.В настоящее время известно более 700 структурных нарушений хромосом.Хромосомные пересторойки могут быть внутрихромосомными(делеции, дупликации и инверсии) и межхромосомными(транслокации). а.Внутрихромосомные мутации затрагивают внутреннюю структуру хромосом. -нехватки возникают вследствии потери хромосомой того или иного участка.Нехватка в средней части хромосомы называется делецией.Потеря значительной части хромосомы приводит организм к гибели, утрата незначительных участков вызывает изменения наследственных свойств.Например,делеция короткого плеча 21 хромосомы- хронический миелолейкоз.Делеция короткого плеча хромосомы 4 - синдром Вольфа-Хиршхорна, делеция длинного плеча хромосомы 18- синдром Лежена - эти заболевания приводят к тяжёлым соматическим и умственным растройствам.Нехватка концевого фрагмента хромосомы называется дефишенси.Например, нехватка концевого фрагмента короткого плеча 5 хромосомы- синдром " Кошачьего крика".Частота встречаемости 1:50000.Кроме своеобразного плача, напоминающего крик кошки, у больных наблюдается задержка умственного развития( имбецильность и идиотия), недоразвитие речи.Дети плохо растут и отстают в психическом развитии. -Дупликация(удвоение) связано с включением лишнего, дублирующего участка хромосомы.Может приводить к появлению новых признаков. -Инверсии разрыв участка хромосомы,поворот его на 180 градусов и прикрепление к месту отрыва. Инвертированный участок может включать ( перецентрическая инверсия) или не включать центромеру( парацентрическая инверсия).Изменяется последовательность сцепления генов.Может измениться и конфигурация хромосом, в случае , если инвертированный участок ассиметричен относительно центромеры.Например,у человека 17 хромосома отличается от такой же хромосомы шимпанзе одной перицентрической инверсией, при этом у человека эта хромосома акроцентрична, тогда как у шимпанзе- метацентрична.Результатом парацентрической инверсией на длинном плече 18 хромосомы у человека является умеренная умственная отсталость и потеря слуха. б.Межхромосомные перестройки Происходят между негомологичными хромосомами. |