Биология экзамен. Биология наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Место и задачи предмета в системе медицинского образования. Биология
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
13. Фенотипическая (модификационная) изменчивость. Норма реакции генетически обусловленных признаков. Адаптивный характер модификаций. Понятие о случайной изменчивости. Модификационная изменчивость - это эволюционно закрепленные реакции организма на изменения условий внешней среды при неизменном генотипе. Характеричтики модификационной изменчивости: обратимость — изменения исчезают при смене специфических условий окружающей среды, спровоцировавших их групповой характер изменения в фенотипе не наследуются, наследуется норма реакции генотипа статистическая закономерность вариационных рядов затрагивает фенотип, при этом не затрагивая сам генотип. Предел проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе — норма реакции. Норма реакции обусловлена генотипом и различается у разных особей данного вида. Фактически норма реакции — спектр возможных уровней экспрессии генов, из которого выбирается уровень экспрессии, наиболее подходящий для данных условий окружающей среды. Норма реакции имеет пределы или границы для каждого биологического вида (нижний и верхний) — например, усиленное кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет находиться в пределах нормы реакции, характерной для данного вида или породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для разных признаков пределы нормы реакции сильно различаются. Например, широкие пределы нормы реакции имеют величина удоя, продуктивность злаков и многие другие количественные признаки), узкие пределы — интенсивность окраски большинства животных и многие другие качественные признаки. Тем не менее, для некоторых количественных признаков характерна узкая норма реакции (жирность молока, число пальцев на ногах у морских свинок), а для некоторых качественных признаков — широкая (например, сезонные изменения окраски у многих видов животных северных широт). Кроме того, граница между количественными и качественными признаками иногда весьма условна. Адаптивный характер модификационной изменчивости — приспособительная реакция организмов на изменения условий среды. 14. Влияние факторов среды на формирование и степень выраженности признаков. Поняние о факторах среды 1 и 2 порядка. Роль факторов среды и навследственности в развитии заболеваний с наследственной предрасположенностью. Среда 1 порядка - это непосредственное окружение, в котором осуществляют свои функции отдельные гены и генотип в целом. Оно образовано всей совокупностью факторов внутренней среды организма: клеточное содержимое (исключая ДНК), характер прямых межклеточных взаимодействий, биологически активные вещества (гормоны). Особенно большое влияние на функцию генотипа факторы этой среды оказывают в период активных формообразовательных процессов, прежде всего в эмбриогенезе. Среда 1 порядка адекватно отвечает изменениям в среде 2 порядка. Основную роль здесь играет эндокринная система. Так, гормоны непосредственно влияют на экспрессивность генов, и если по каким-либо причинам гормон поступает в кровь в ненормальном количестве, то и признак будет выражен по-другому. Влияние среды 2 порядка. Один из классических примеров у животных – опыты Ильина с изменением окраски у горностаевых кроликов. У этой породы мех белый, но отдельные части тела - лапы, уши, кончики морды, хвост - черные. Если на спине кролика, которая покрыта белой шерстью, выбрить небольшой участок и поместить животное в условия пониженной температуры, то на оголенном месте вырастает черная шерсть. Этот факт наглядно свидетельствует о роли одного из физических факторов внешней среды – температуры - в формировании такого признака, как окраска шерсти кролика. Болезни с наследственной предрасположенностью. Роль среды и наследственности в развитии заболевания. Особенности прогнозирования мультифакторных болезней. Эта группа болезней отличается от генных болезней тем, что для своего проявления нуждается в действии факторов внешней среды. Среди них также различают моногенные, при которых наследственная предрасположенность обусловлена одним патологически измененным геном, и полигенные. Последние определяются многими генами, которые в нормальном состоянии, но при определенном взаимодействии между собой и с факторами среды создают предрасположение к появлению заболевания. Они называются мультифакториальными заболеваниями (МФЗ). С определенной долей условности мультифакториальные болезни можно разделить на: 1) врожденные пороки развития, 2) распространенные психические и нервные болезни, 3) распространенные болезни «среднего» возраста. ВПР мультифакториальной природы - расщелина губы и неба, спинно-мозговая грыжа, стеноз привратника, анэнцефалия и черепно-мозговая грыжа, вывих бедра, гидроцефалия, гипоспадия, косолапость Заболевания моногенные с наследственным предрасположением относительно немногочисленны. К ним применим метод менделевского генетического анализа. Учитывая важную роль среды в их проявлении, они рассматриваются как наследственно обусловленные патологические реакции на действие различных внешних факторов (лекарственных препаратов, пищевых добавок, физических и биологических агентов), в основе которых лежит наследственная недостаточность некоторых ферментов. К таким реакциям могут быть отнесены наследственно обусловленная непереносимость сульфаниламидных препаратов, проявляющаяся в гемолизе эритроцитов, повышении температуры при применении общих анестезирующих средств. У человека описана мутация, обусловливающая патологическую реакцию на загрязнение атмосферы, которая проявляется в раннем развитии эмфиземы легких (в возрасте 30—40 лет). У генетически чувствительных индивидов нежелательные реакции могут вызывать некоторые компоненты пищи и пищевые добавки. Известна непереносимость у ряда людей молочного сахара —лактозы. У некоторых людей наблюдается непереносимость к употребляемым в пищу конским бобам, вызывающим у них гемолиз. И т.л. Наряду с химическими агентами у людей отмечается наследуемая патологическая реакция на физические факторы (тепло, холод, солнечный свет) и факторы биологической природы (вирусные, бактериальные, грибковые инфекции, вакцины). Иногда отмечается наследственная устойчивость к действию биологических агентов. Например гетерозиготы HbAHbS устойчивы к заражению возбудителем тропической малярии. К болезням с наследственной предрасположенностью, обусловленной многими генетическими и средовыми факторами, относятся такие заболевания, как псориаз, сахарный диабет, шизофрения. Этим заболеваниям присущ семейный характер, и участие наследственных факторов в их возникновении не вызывает сомнений. Однако генетическая природа предрасположенности к ним пока не расшифрована. Нередко предрасположенность к ряду заболеваний наблюдается у людей с определенным сочетанием различных генов. Так, у людей со II (А) группой крови чаще наблюдается рак желудка и кишечника, матки, яичников и молочной железы, а также пернициозная анемия, сахарный диабет, ишемическая болезнь сердца, холецистит, желчно-каменная болезнь, ревматизм. У людей с I (0) группой крови чаще встречается язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки. Установление с помощью различных методов генетических исследований точного диагноза заболевания, выяснение роли наследственности и среды в его развитии, определение типа наследования в случае наследственных болезней дают возможность врачу разрабатывать методы лечения и профилактики появления этих заболеваний в следующих поколениях. 15 . Комбинативная изменчивость. Механизмы возникновения, генетические и фенотипические последствия комбинативной изменчивости. Комбинативной называют изменчивость, в основе которой лежит образование рекомбинаций, т. е. таких комбинаций генов, которых не было у родителей. В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов. Практически неограниченными источниками генетической изменчивости служат три процесса: Независимое расхождение гомологичных хромосом в первом мейотическом делении. Именно независимое комбинирование хромосом при мейозе является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых гладких и желтых морщинистых семян гороха во втором поколении от скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами — пример комбинативной изменчивости. Взаимный обмен участками гомологичных хромосом, или кроссинговер. Он создает новые группы сцепления, т. е. служит важным источником генетической рекомбинации аллелей. Рекомбинантные хромосомы, оказавшись в зиготе, способствуют появлению признаков, нетипичных для каждого из родителей. Случайное сочетание гамет при оплодотворении. Эти источники комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, обеспечивая при этом постоянную «перетасовку» генов, что приводит к появлению организмов с другими генотипом и фенотипом (сами гены при этом не изменяются). Однако новые комбинации генов довольно легко распадаются при передаче из поколения в поколение. Комбинативная изменчивость является важнейшим источником всего колоссального наследственного разнообразия, характерного для живых организмов. Однако перечисленные источники изменчивости не порождают существенных для выживания стабильных изменений в генотипе, которые необходимы, согласно эволюционной теории, для возникновения новых видов. Такие изменения возникают в результате мутаций. 16. Общие закономерности мутагенеза. Мутагенные факторы среды. Классификация мутаций в зависимости от типа клеток, их биологические последствия. Мутагенез – это процесс возникновения наследственных изменений — мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами —мутагенами. Мутации– это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом. Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой. Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами. В основе мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек. Мутации имеют следующие свойства: они возникают внезапно, скачкообразно; наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение; ненаправлены - может мутировать любой локус хромосом; одни и те же мутации могут возникать повторно; мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными, соматическими и генеративными. Мутагены, физические и химические факторы, вызывающие мутации. Было установлено, что мутагены при определенных условиях оказывают канцерогенное и тератогенноедействие. Канцерогены – это факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний; тератогены – это факторы, провоцирующие развитие различных аномалий, уродств. Наряду с тератами – уродствами – часто встречаются морфозы – изменения, которые не ведут к утрате органом его функций. Отличить мутагенное действие от тератогенного сравнительно легко: тераты (уродства) являются модификациями, они предсказуемы (направлены) и не сохраняются в последующих поколениях. Физические мутагены: ионизирующее излучение;радиоактивный распад;ультрафиолетовоеизлучение;чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены:окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода);алкилирующие агенты (например, иодацетамид);пестициды (например гербициды, фунгициды);некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);продукты переработки нефти;органические растворители;лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты).К химическим мутагенам условно можно отнести и ряд вирусов (мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты — ДНК или РНК). Биологические мутагены: специфические последовательности ДНК — транспозоны;некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа);продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);антигены некоторых микроорганизмов. Классификация мутаций в зависимости от типа клеток: Если мутации возникают в половых клетках, их называют генеративными мутациями, а если в других клетках организма - соматическими мутациями. Соматические мутации - мутации в клетках тела (не гаметах ). Если изменяются гены в соматических клетках, то мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Однако при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих мутировавший ген, мутации могут передаваться потомству. Генеративные мутации - унаследованные мутации, они возникают в половых клетках, но не влияют на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении. 17. Классификация и механизмы возникновения генных мутаций. Фенотипические проявления генных мутаций человека. На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точковых мутациях. Это разнородная по клиническим проявлениям группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне. А если мутации в индивидуальных генах являются причиной болезни, то закономерности их наследования соответствуют законам Г. Менделя (исключения составляют болезни, обусловленные мутациями ДНК митохондрий). Генные болезни можно подразделить на группы согласно типам наследования: - аутосомные (доминантные и рецессивные) - Х-сцепленные (доминантные и рецессивные) - Y-сцепленные (голандрическое наследование) - митохондриальные Клинические особенности генного заболевания связаны с конкретным действием мутантного гена, которое начинает проявляться на молекулярном уровне, а затем на уровне клетки, органа и организма в целом. Наиболее часто встречаются следующие варианты проявления мутантных генов: 1) синтез аномального белка, не способного выполнять специфические функции (серповидно-клеточная анемия) 2) отсутствие выработки первичного продукта (например, фермента) нарушает нормальный процесс обмена веществ в клетках Тироксин ↑ 2 Диета → Фенилаланин → Тирозин → ДОФА → Пигмент меланин 1 3 1 блок – фенилкетонурия; 2 блок – недостаточность тироксина; 3 блок - альбинизм Тот же самый принцип: мутантный ген → патологический первичный продукт, действует и для генов, которые осуществляют контроль за дифференцировкой клеток и органогенезом. Если первичный продукт морфогенетического гена аномальный, то необходимая для дальнейшего правильного развития органа дифференцировка клеток не последует. Соответственно мутация в таких генах приводит к врожденным порокам развития. Процессы, происходящие на молекулярном уровне, неизбежно отражаются отдельных клеточных структурах и всей клетке в целом. При этом различные мутации затрагивают определенные органоиды клеток (лизосомы, пероксисомы, митохондрии, мембраны) и типы клеток. Так, например, отсутствие белков-рецепторов на клеточной мембране может быть причиной семейной гиперхолестеринемии, синдрома тестикулярной феминизации, витамин D-резистентного рахита. Для многих генных болезней характерна генетическая гетерогенность. В генетике существует понятие «генокопии» - различные генетические нарушения (мутации), приводящие одинаковым фенотипическим проявлениям (заболеваниям). В качестве примера можно привести наследственное заболевание – семейная гиперхолестеринемия (аутосомно-доминантный тип наследования). В настоящее время известны несколько типов мутаций рецепторов ЛНП: первые мутации проводят к полному отсутствия рецепторов, вторые – дефектные рецепторы неспособны связывать ЛНП, третьи – рецепторы образуются нормальные, но не могут собираться в группы в окаймленных ямках. Независимо от типа мутаций у больных проявляется основной признак заболевания – высокое содержание холестерина в крови. При этом степень выраженности признаков заболевания зависит от генотипа организма. Фенилкетонурия – аутосомно-рецессивное заболевания (12, q22-24) аминокислотного обмена. Недостаточность фермента фенилаланингидроксилазы приводит к накоплению фенилаланина в крови, к образованию избыточного количества ФПК, которая нарушает формирование миелиновой оболочки вокруг аксонов в ЦНС. Дети рождаются здоровыми, но в первые месяцы после рождения появляются клинические признаки: повышенная возбудимость, повышенный тонус мышц, судорожные припадки, характерный «мышиный запах». Позже развивается умственная отсталость и микроцефалия. У больных снижается или прекращается синтез меланина, поэтому отмечается снижение пигментации кожных покровов, волос, радужной оболочки глаз. Для диагностики генных болезней человека используются биохимические методы и методы ДНК-диагностики. Основными методами лечения больных являются диетотерапия, заместительная и симптоматическая терапии. Стратегии лечения моногенных болезней: Лечение клинических проявлений: -Хирургическое вмешательство (пороки развития) -Переливание крови (гемоглобинопатии) -Пересадка костного мозга -Использование фармакологических препаратов 2) Лечение метаболических нарушений: -Диетотерапия (фенилкетонурия, галактоземия) -Заместительная терапия (гормонотерапия) -Удаление из органа токсичных веществ (плазмаферез) 3) Молекулярное лечение -Генотерапия -Замена патологического белка -Применение кофакторов для повышения функции белка |