Биология как одна из теоретических основ медицины, ее задачи, объект и методы исследования. Биологические науки
 Скачать 420.16 Kb.
|
|
часть РНК, транскрибируемой с генов, после сплайсинга покидает ядро. Значительное количество ее деградирует. Возможно, это является результатом процессинга, приводящего к появлению ≪неправильных≫ матриц. Существуют механизмы, обеспечивающие регуляцию процессов синтеза пептидных цепей. Они менее экономичны, но отличаются быстротой реагирования на изменения потребностей клетки в данном белке. Регуляция трансляции осуществляется на стадии инициации путем воздействия на один из факторов инициации, катализирующий присоединение к малой субъединице рибосомы тРНК, несущей метионин (формилметионин) (см. разд. 3.4.3). В результате при наличии в цитоплазме мРНК трансляции на ней не происходит. Такая ситуация наблюдается, например, при отсутствии в цитоплазме гема, что ведет к выключению трансляции глобиновых цепей гемоглобина. Наконец, регуляция процесса реализации наследственной информации может осуществляться и на стадии посттрансляционных изменений. Прекращение этих процессов обусловливает задержку в формировании активных молекул белка при наличии необходимых для этого пептидных цепей. Например, для формирования активной формы белкового гормона — инсулина — из проинсулина должны вырезаться две субъединицы. Торможение этих процессов уменьшает выход конечного активного продукта. Таким образом, рассмотренный выше пример регуляции экспрессии генов демонстрирует сложнейшие взаимосвязи, которые существуют между ними в геноме. Формирование любого признака поэтому нельзя рассматривать как результат действия одной пары аллельных генов в генотипе. В любом случае регуляция экспрессии ответственного за этот признак гена осуществляется при участии других генов. 25. Формы изменчивости, их значение в онтогенезе и эволюции. Модификационная изменчивость. Норма реакции, фено- и генокопии. Экспрессивность и пенентрантность. Развитие фенотипа как результат реализации генотипа в конкретных условиях среды. Комбинативная изменчивость и ее роль. Модификационная изменчивость Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Так, продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается (надои молока, нагул мяса). В этом случае все особи с одинаковым генотипом отвечают на внешние условия одинаково (Ч. Дарвин этот тип изменчивости назвал определенной изменчивостью). Однако другой признак — жирность молока — слабо подвержен изменениям условий среды, а масть животного — еще более устойчивый признак. Модификационная изменчивость обычно колеблется в определенных пределах. Степень варьирования признака у организма, т. е. пределы модификационной изменчивости, называется нормой реакции. Широкая норма реакции свойственна таким признакам, как удои молока, размеры листьев, окраска у некоторых бабочек; узкая норма реакции — жирности молока, яйценоскости у кур, интенсивности окраски венчиков у цветков и др. Фенотип формируется в результате взаимодействий генотипа и факторов среды. Фенотипические признаки не передаются от родителей потомкам, наследуется лишь норма реакции, т. е. характер реагирования на изменение окружающих условий. У гетерозиготных организмов при изменении условий среды можно вызвать различные проявления данного признака. Свойства модификаций: 1) ненаследуемость; 2) групповой характер изменений; 3) соотнесение изменений действию определенного фактора среды; 4) обусловленность пределов изменччивоти генотипом Норма реакции — это предел изменчивости определенного признака, в зависимости от окружающих воздействий. Пример: у зайца шире норма реакции на колебания температуры окружающей среды, чем у коров. Корова не может себе позволить безнаказанно гулять зимой и прыгать по сугробам. Зайцы же не плохо себя чувствуют и зимой и летом. А у лошадей узкая норма реакции на изменения состава крови, и малейшее его нарушение может быть фатально для животного. Лошади вынуждены пить исключительно чистую воду и остерегаться даже укуса пчелы. А вот обычные домашние свиньи имеют тот же диапазон значительно шире, вот и способны пить и есть практически что угодно. Фенокопии — изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации. В медицине фенокопии — ненаследственные болезни, сходные с наследственными.одно, без вреда организму. Генокопии (лат. genocopia) — это сходные фенотипы, сформировавшиеся под влиянием разных неаллельных генов. То есть это одинаковые изменения фенотипа, обусловленные аллелями разных генов, а также имеющие место в результате различных генных взаимодействий или нарушений различных этапов одного биохимического процесса с прекращением синтеза. Проявляется как эффект определенных мутаций, копирующих действие генов или их взаимодействие. Экспрессия генов - это процесс в ходе, которого информация, содержащаяся в гене, используется для синтеза функционального генетического продукта. Как правило, этим генетическим продуктом являются белки или РНК. Процесс экспрессии генов происходит в организмах всех живых существ: эукариот (в том числе в многоклеточных организмах), прокариот (у бактерий и архей), а также вирусов - для создания макромолекулярных основ для их жизнедеятельности. Некоторые процессы, происходящие при экспрессии генов, могут модулироваться определенными факторами, например транскрипция, сплайсинг РНК, трансляция и посттрансляционная модификация белка. Экспрессия генов обеспечивает поддержание структуры и функции клетки, что является основой для дифференциации клеток, морфогенеза, а также универсальной адаптации любого организма к условиям существования. Регуляция генов может также служить в качестве субстрата для эволюционных изменений, поскольку контроль над временем, местом и интенсивностью экспрессии генов может иметь огромное влияние на функции (действие) генов в клетке или в многоклеточном организме. Пенетрантность (от лат. penetro — проникаю, достигаю), количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, в генотипе которых этот ген присутствует в необходимом для его проявления состоянии (гомозиготном — в случае рецессивных генов или гетерозиготном — в случае доминантных генов). Проявление гена у 100% особей с соответствующим генотипом называется полной П., в остальных случаях — неполной П. Неполная П. свойственна проявлению многих генов человека, животных, растений и микроорганизмов. Например, некоторые наследственные болезни человека развиваются только у части лиц, в генотипе которых присутствует аномальный ген; у остальных же наследственное предрасположение к болезни остаётся нереализованным. Неполная П. гена обусловлена сложностью и многоступенчатостью процессов, протекающих от первичного действия генов на молекулярном уровне до формирования конечных признаков на уровне целостного организма. П. гена может варьировать в широких пределах в зависимости от генотипической среды. Путём селекции можно получать линии особей с заданным уровнем П. Средний уровень П. зависит также от условий среды. См. также Экспрессивность, Феногенетика. Комбинативная изменчивость - это следствие перекреста гомологичных хромосом, их случайного расхождения в мейозе и случайного сочетания гамет при оплодотворении. Комбинативная изменчивость ведет к появлению бесконечно большого разнообразия генотипов и фенотипов. Она служит неиссякаемым источником наследственного разнообразия видов и основой для естественного отбора. Громадное генотипическое и, следовательно, фенотипическое разнообразие в природных популяциях является тем исходным эволюционным материалом, с которым оперирует естественный отбор. 26. Виды наследственной изменчивости: комбинативная и мутационная. Теория мутагенеза. Классификация мутаций: генные, хромосомные, геномные, спонтанные и индуцированные, генеративные, соматические и т.д. Сущность, примеры. Значение мутационной изменчивости. Наследственную изменчивость подразделяют на комбинативную и мутационную. Комбинативной - изменчивость, в основе которой лежит образование таких комбинаций генов, которых не было у родителей. Пример: наследование группы крови. У родителей со второй и третьей могут родиться дети с любой. Практически неограниченными источниками генетической изменчивости служат три процесса: 1) Независимое расхождение гомологичных хромосом в первом мейотическом делении.. 2) Кроссинговер. 3) Случайное сочетание гамет при оплодотворении. Мутационной называется изменчивость самого генотипа. Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. Естественный, или спонтанный, мутагенез происходит вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены. Классификация мутаций: Генные – мутации, произошедшие в результате изменения последовательности нуклеотида в одном гене = фенилкетонурия и альбиниз Хромосомные – измменение СТРУТУРЫ хромосомы = синдром кошачьего крика, шерешевского тернера, Геномные – изменение ЧИСЛА хромосом = синдром Дауна Спонтанные мутации возникают под действием естественных мутагенных факторов среды без вмешательства человека. Они увеличивают разнообразие живых организмов и создают материал для естественного отбора. Индуцированные мутации возникают при направленном воздействии на организм мутагенных факторов. Соматические мутации возникают в любых клетках, кроме гамет. Они затрагивают часть организма (например, разная окраска лепестков в одном цветке, разный цвет глаз у человека и животных). Генеративные мутации возникают в первичных половых клетках или в гаметах, передаются по наследству при половом размножении (например, гемофилия, синдром Дауна у человека). Доминантные мутации проявляются сразу и подвергаются действию естественного отбора (полезные сохраняются, вредные убираются). Большинство мутаций рецессивно, и проявиться они могут только в гомозиготном состоянии. Вероятность такого события мала, поэтому рецессивные мутации долгое время накапливаются в популяции в скрытом виде. Значение: является фактором эволюции, повыщает генетическое разнообразие, обеспечивает приспособленность к среде. 28. Методы изучения наследственности и изменчивости у человека (генеалогический, цитогенетический, биохимический, близнецовый, антропогенетический, методы пренатальной диагностики, молекулярно-генетические методы ДНК-диагностики, гибридизации соматических клеток, метод моделирования). Успехи генетики в развитии новых методов. Генеалогический метод исследования основан на составлении родословной человека и изучении характера наследования признака. Суть его состоит в установлении родословных связей и определении доминантных и рецессивных признаков и характера их наследования. Цитогенетический метод — микроскопическое изучение числа, формы и размеров хромосом в делящихся клетках организма. Исследование кариотипа организма с помощью микроскопа используется для установления геномных и хромосомных мутаций. Биохимический метод — анализ состава веществ, содержащихся в организме, и биохимических реакций, протекающих в его клетках. Близнецовый метод заключается в изучении фенотипов однояйцевых близнецов, которые обладают одинаковым генотипом. Близнецовый метод позволяет определить степень проявления признака у пары, влияние наследственности и среды на развитие признаков. Антропогенетический метод изучает особенности проявления признаков у человека в норме и их изменение при действии биотических, абиотических, антропогенных факторов окружающей среды. Пренатальная диагностика – совокупность диагностических методов, которые могут быть применены для выявления заболеваний плода. Скрининг, узи, амнеоцентез. Соматические клетки содержат весь объем генетической информации. Современная генетика обеспечила новые возможности для исследования деятельности организма: с помощью индуцированных мутаций можно выключать и включать почти любые физиологические процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать развитие на определенной стадии. 29. Понятие о генных болезнях человека: фенилкетонурия, альбинизм, галактоземия, серповидно-клеточная анемия. Механизм развития, методы диагностики, профилактика генных болезней. Генные болезни А: Энзимопатия – заболевания, связанные с нарушением обмена веществ. Фенилкетонурия – заболевание, связанное с нарушением обмена белков (превращение фенилаланина в тирозин). Кариотип: 46 ХХ(ХУ). Генная болезнь. Основная причина развития: в печени человека не вырабатывается фенилаланин-4-гидроксилаза. Клинические проявления: поражение цнс, слабость, беспокойство, малыш не улыбается, невыразительная мимика, не понимает родителей, МЫШИНЫЙ ЗАПАХ. Методы диагностики: микробиологический тест; хроматографию; флюориметрию; масс-спектрометрию. Лечение, прогноз на жизнь: диета, положительный. Галактоземия – заболевание, связанное с нарушением обмена веществ на пути преобразования галактозы в глюкозу. Кариотип: 46 ХХ(ХУ). Генная болезнь. Тип: аутосомно-рецессивный. Причина: мутация структурного гена, ответственного за синтез фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Клиническое проявление: рвота после кормления, понос, вялость, цирроз, отказ от еды, кровоизлияния на коже, катаракта, поражение почек, желтуха, анемия. Диагностика: скрининг, биохимия крови. Лечение: диета, исключить лактозу и галактозу. Прогноз: благоприятный при выявлении на ранних сроках. Б: Гемоглобинозы – заболевания, связанные с нарушением синтеза и продукции гемоглобина. Серповидно-клеточная анемия. Кариотип: 46ХХ(ХУ). Причина: синтез аномального гемоглобина S (HbS). Дефект структуры гемоглобина характеризуется заменой глутаминовой кислоты валином в ß-полипептидной цепи. Генная мутация. Аутосомно-доминантное, с неполным доминированием. Проявление: задержка ур, БАШЕННЫЙ ЧЕРЕП, нарушения позвоночника, артралгия, опухание суставов, желтушность кожи. Диагностика: биопсия, биохимия. Лечение и прогноз: кислородотерапия, введение антибиотиков и фолиевой кислоты. Отрицательный, многие погибают в первое десятилетие от осложнений. Альбинизм - полное или почти полное отсутствие пигмента меланина. Кариотип: 46ХХ(ХУ). Тип наследования: аутосомно-рецессивный. На 2 хромосоме. Проявления: бледность и розоватость кожи, слабое зрение, голубые глаза. Диагностика: секвенирование генов, генетическая диагностика. Лечение и прогноз: наблюдение у врачей, защита от солнца, положительный. 30. Хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом (синдром Патау и Эдварса, болезнь Дауна, синдром Клайнфельтера, синдром Шерешевского-Тернера и др.). Генетическая основа, основные клинические проявления и методы диагностики. Хромосомные болезни: Синдром Дауна (трисомия по 21 хромосоме, транслокация, мозаицизм). Кариотип: 47 ХХ (ХУ) +21. Тип мутации: геномная. Группа: хромосомная. Причина: нерасхождение парных хромосом в овогенезе или сперматогенезе, нарушением клеточного деления уже после оплодотворения либо наследование генетической мутации от матери или отца. Проявление: выкидыш, рождаются доношенными, но с низким весом, плоское лицо, переносица и затылок, монголоидный разрез глазных щелей, так как имеется складка во внутреннем уголке глаза и кожная складка на шее, укорочение конечностей, короткопалость, повернутый вовнутрь большой палец, санаделвидная щель, поперечная ладонная складка, приоткрытый рот, искривление мизинца. Диагностика: узи, скрининг, биопсия хориона. Лечение и прогноз: развитие ребенка с раннего возраста; положительный. Синдром Эдвардса (трисомия по 18 хромосоме). Кариотип: 47 ХХ (ХУ) 18+. Тип мутации: геномный. Группа: хромосомная. Причины: мейотическое нерасхождение хромосом. Проявление: многоводие, слабая активность плода, маленькая плацента, низкая масса тела, при рождении асфиксия, низкий лоб, выступающий затылок, маленький рот, расщелины верхней губы и нёба, косоглазие, короткая шея с избыточной кожной складкой, маленькие мочки или их отсутствие, узкие слуховые проходы, низкое расположение ушей, скрещенные пальцы кистей, укороченная грудина. Диагностика: узи, скрининг. Лечение и прогноз: симптоматическая помощь, дети долго не живут, прогноз отрицательный. |