Медицинская биология
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
Вопрос 69. Генотипичоская (наследственная) изменчивость 1. Комбинативная и мутационная изменчивость 2. Полиплоид 1. Наследственную изменчивость принято делить: • на комбинативную; • мутационную. Комбинативная изменчивость связана с получением новых сочетаний генов в генотипе, что достигается в результате трех процессов: • независимого расхождения хромосом при мейозе; • случайного их сочетания при оплодотворении; • рекомбинации генов благодаря кроссинговеру. Сами наследственные факторы (гены) при этом не изменяются, но новые их сочетания между собой приводят к появлению организмов с новым фенотипом. К комбинативной изменчивости примыкает явление гетерозиса, или "гибридной силы", которая может наблюдаться в первом поколении при гибридизации между представителями различных видов или сортов, проявляется повышением жизнеспособности, увеличением роста и другими особенностями. Мутационная изменчивость связана с мутациями — изменениями генетического аппарата клетки, обусловленными реорганизацией генетических структур. Этим мутации резко отличаются от модификаций, не затрагивающих генотипа особи. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, в результате чего новый организм иногда резко отличается от исходной формы. По характеру изменений генетического аппарата различают мутации. обусловленные: • изменением числа хромосом (генома); • изменением специфики хромосом (хромосомные аберрации); • изменением молекулярной структуры гена (генные мутации). 2. Мутации, связанные с изменением числа хромосом, называются геномными. К ним относятся: • полиплоидия; • гетероплоидия. Полиплоидия — увеличение диплоидного числа хромосом путем добавления целых хромосомных наборов в результате нарушения мейоза. Полиплоидные формы фенотипически отличаются от диплоидной. Вместе с изменением числа хромосом изменяются и наследственные свойства. У полиплоидов клетки обычно крупные, иногда растения достигают гигантских размеров. Формы, возникшие в результате умножения хромосом одного генома, называются полиплоидами. Однако известна и другая форма полиплоидии — аллоплоидия, при которой умножается число хромосом двух разных геномов. В результате нарушений процессов мейоза и синтеза ДНК число хромосом может изменяться и становиться некратным гаплоидному набору. Явление, когда какая-либо из хромосом, вместо того чтобы быть парной, оказывается тройной, называется трисомией. Если наблюдается трисомия по одной хромосоме, то такой организм называется трисомиком, а его хромосомный набор записывается как 2« + 1. Явление, противоположное трисомии, т. е. утрата одной хромосомы из пары в диплоидном наборе, называется моносомией, а такой организм — моносомиком; его генотипическая формула записывается как 2п - 1. Если из диплоидного набора выпадают обе гомологические хромосомы, организм называется нуллисомиком. Анэуплоидия, т. е. нарушение нормального числа хромосом, приводит к изменениям в строении и снижению жизнеспособности организма. Вопрос 70. Хромосомные и генные изменения /. Хромосомные аберрации, их типы 2. Генные мутации 1. Хромосомные аберрации возникают в результате перестройки хромосом и являются следствием разрыва хромосом, приводящего к образованию фрагментов, которые в дальнейшем воссоединяются, но при этом нормальное строение хромосом не восстанавливается. Различают четыре основных типа хромосомных аберраций: • нехватки — возникают вследствие потери хромосомой того или иного участка. Нехватки в средней части хромосомы называют делениями. Потеря значительной части хромосомы приводит организм к гибели, утрата незначительных участков вызывает изменение наследственных свойств. При нехватке участка одной из хромосом у кукурузы ее проростки лишаются хлорофилла; • удвоения — связаны с включением дополнительного (лишнего) дублирующего участка хромосомы, что также ведет к появлению новых признаков; • инверсии — наблюдаются при разрыве хромосомы и переворачивании оторвавшегося участка на 180°. Если разрыв произошел в одном месте, образовавшийся фрагмент прикрепляется к хромосоме противоположным концом, если разрыв случился в двух местах, то средний фрагмент, перевернувшись, прикрепляется к местам разрыва, но другими концами; • транслокации — возникают в случаях, когда участок хромосомы из одной пары прикрепляется к негомологичной хромосоме, т. е. хромосоме из другой пары. Транслокация участка одной из хромосом известна у человека: она может быть причиной болезни Дауна. Большинство транслокаций, затрагивающих крупные участки хромосом, делает организм нежизнеспособным. 2. Генные мутации затрагивают структуру самого гена. Мутации могут изменять участки молекулы ДНК различной длины. Наименьший участок, изменение которого приводит к появлению мутации, назван мутоном. Его может составить только одна пара нуклеотидов. Изменение последовательности нуклеотидов в конечном итоге может вызвать нарушения в программе синтеза белка. Нарушения в структуре ДНК приводят к мутациям только тогда, когда не осуществляется репарация. Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира, — генные. Гены, возникшие в результате мутации одного локуса, являются аллельными. Появление мутации для каждого генного локуса — событие довольно редкое. Различные аллели имеют неодинаковую частоту мутирования. Для каждой аллели частота мутирования более или менее постоянна и колеблется в пределах 105—107- Однако ввиду огромного числа генов у каждого организма мутации довольно часты. Мутации возникают в любых клетках, поэтому их делят: • на соматические; • генеративные. Биологическое значение их неравноценно и связано с характером размножения организмов. При делении мутировавшей соматической клетки новые свойства передаются ее потомкам. При половом размножении признаки, появившиеся в результате соматических мутаций, потомкам не передаются и в процессе эволюции никакой роли не играют. Однако в индивидуальном развитии они могут влиять на формирование признака: чем в более ранней стадии развития возникает соматическая мутация, тем больше участок ткани, несущий данную мутацию. Такие особи называются мозаиками. Если мутация происходит в клетках, из которых развивается гаметы, или в половой клетке, то новый признак проявится в ближайшем или последующих поколениях. Наблюдения показывают, что многие мутации вредны для организма. Это объясняется тем, что функционирование каждого органа сбалансировано в отношении как других органов, так и внешней среды. Нарушение существующего равновесия обычно ведет к снижению жизнедеятельности или гибели организма. Мутации, снижающие жизнедеятельность, называются семилетальными, или полулетальными, мутации, несовместимые с жизнью, — летальными. Однако часть мутаций оказывается полезной. Такие мутации — материал для прогрессивной эволюции, селекции ценных пород домашних животных и растений. Мутации делятся: • на спонтанные, т. е. возникшие под влиянием неизвестных природных факторов, чаще всего как результат ошибок при репликации ДНК; - индуцированные, которые вызываются специальными направленными воздействиями, повышающими мутационный процесс. Факторы, способные индуцировать мутационный эффект, получили название мутагенных. Важнейшими мутагенными факторами являются: • некоторые химические соединения; • различные виды излучений внутренней среды, которые могут нарушить гомеостаз; • способны вызвать мутацию и биологические факторы. Вопрос 71. Химический и радиационный мутагенез. Гомологические ряды в наследственной изменчивости 1. Мутагенная роль химических веществ 2. Действие излучения 3. Закон гомологических рядов 1. Открыты сотни химических мутагенов. Некоторые из них усиливают мутагенный эффект во много раз по сравнению со спонтанными и называются супермутагенами. В экспериментах мутации индуцируются разнообразными химическими агентами. По-видимому, и в естественных условиях подобные факторы служат причиной появления спонтанных мутаций у различных организмов, в том числе у человека. Доказана мутагенная роль различных химических веществ и даже некоторых лекарственных препаратов, что говорит о необходимости изучения мутагенного действия новых фармакологических веществ и других химических соединений, широко используемых в медицине и сельском хозяйстве. Химические мутагены обладают тремя качествами: • высокой проникающей способностью; • свойством изменять коллоидное состояние хромосом; • определенным действием на состояние гена или хромосомы. 2. Индуцированные мутации, вызванные облучением (радиацией), впервые были обнаружены советским ученым Г.А. Надсоном. Для вызывания искусственных мутаций часто используются гамма-лучи, источником которых может быть, например, радиоактивный кобальт. Облучение индуцирует как генные мутации, так и структурные хромосомные перестройки всех описанных выше типов — нехватки, инверсии, удвоения и т. д. Все структурные изменения связаны с разрывом хромосом. Причиной этого являются некоторые особенности процессов, происходящих в тканях при действии излучения. Жесткие излучения вызывают в тканях ионизацию, в результате которой: • одни атомы теряют электроны; • другие присоединяют их; • образуются положительно или отрицательно заряженные ионы. Подобный процесс внутримолекулярной перестройки, если он происходит в хромосомах, может привести к их фрагментации. Доказано, что связь между облучением и мутационными изменениями может носить и непрямой характер. По-видимому, энергия излучения может вызывать в среде, окружающей хромосому, химические изменения, которые ведут к индуцированию генных мутаций и структурных перестроек в хромосомах. Одно из самых опасных последствий облучения — образование свободных радикалов ОН или НО2 при радиолизе воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью и могут воздействовать на многие органические вещества, в том числе нуклеиновые кислоты. 3. Многообразие мутирования подчиняется определенным закономерностям, которые впервые были обнаружены в 1920 г. Н.И. Вавиловым. При сравнении признаков различных сортов культурных растений и близких к ним диких видов обнаружилось много общих наследственных изменений, что позволило Вавилову сформулировать закон гомологических рядов в наследственной изменчивости: "Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть существование параллельных форм у других видов и родов". Вавилов указывал, что гомологические ряды часто выходят за пределы родов и даже семейств. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости имеет прямое отношение к изучению наследственных болезней у человека. Вопросы лечения и профилактики наследственных заболеваний не могут быть решены без широкомасштабных исследований на животных с наследственными аномалиями. Согласно закону Вавилова, мутации, аналогичные наследственным болезням человека, должны встречаться у животных. Так, у собак наблюдается гемофилия, сцепленная с полом. Альбинизм зарегистрирован у многих видов грызунов, кошек, собак и птиц. Моделями для изучения мышечной дистрофии могут служить мыши и крупный рогатый скот, эпилепсии — кролики и крысы, аномалий в строении глаз — многие виды грызунов, собаки и свиньи. Наследственная глухота обнаруживается у морских свинок, мышей и собак. Аномалии, аналогичные заячьей губе и волчьей пасти, бывают у мышей, собак, свиней. Вопрос 72. Особенности генетики человека. Методы изучения наследственности у человека 1. Локализация генов в половых хромосомах 2. Методы изучения наследственности у человека. Семейно-генеалогический анализ 3. Близнецовый метод 1. Предполагается, что у человека имеется около 1 млн генов, однако тип наследования установлен не более чем у нескольких сотен из них. По характеру наследования признаков человек имеет ряд особенностей, отличающих его от других организмов: • преобладают гены с неполным доминированием — важный фактор в проявлении многих доминантных и рецессивных генов; • многие признаки обусловлены полимерными генами; • установлены все 24 теоретически возможные группы сцепления генов. Из них 22 локализованы в аутосомах, в каждой из которых содержится по несколько генов; • более 100 генов локализовано в половых хромосомах. По наследованию через половые хромосомы человек также отличается от других животных. У млекопитающих, в том числе у человека, Х- и Y-хромосомы имеют гомологический участок, в котором происходит их синопсис и возможен кроссинговер. В зависимости от того, в каких участках половых хромосом человека находятся локализованные в них гены, их можно разделить на три группы: • гены, локализованные в той части Х-хромосомы, которая не имеет гомологического участка в Y-хромосоме. Они полностью сцеплены с полом и передаются исключительно через Х-хромосому. Доминантные гены из этого участка одинаково проявляются у обоих полов, рецессивные — только в гомозиготном состоянии у женщин и только в гетерозиготном — у мужчин. К таким генам относятся: • гены гемофилии; • дальтонизма; • атрофии зрительного нерва и т. д.; • группа генов, расположенных в непарном участке Y-хромосомы. Могут встречаться только у лиц мужского пола и передаются от отца к сыну. К таким генам относятся: • гены волосатости ушей; . ихтиоза; . перепончатых пальцев на ногах; • гены, расположенные в парном сегменте половых хромосом, т. е. гомологичном для Х- и Y-хромосомы. Их называют неполно или частично сцепленными с полом. Они могут передаваться как с Х-, так и с Y-хромосомой и переходить из одной в другую в результате кроссинговера. Если такие гены находятся в Х-хромосоме, то в ряду поколений они ведут себя как сцепленные с полом, т. е. рецессивные гены у женщин проявляются лишь в гомозиготном состоянии, а у мужчин — в гетерозиготном. Однако в результате кроссинговера эти гены могут попасть в Y-хромосому и составить с ней одну группу сцепления. Тогда они будут вести себя как сцепленные с полом и передаваться от отца только к сыновьям, до тех пор пока не произойдет кроссинговер. К этой группе относится большинство генов, локализованных в половых хромосомах, например гены общей цветной слепоты. 2. Морфологические, физиологические и патологические признаки ни у одного из видов организмов не изучены столь детально, как у человека, поэтому, казалось бы, человек должен быть наиболее удобным объектом для изучения наследственных болезней. Однако такие исследования связаны с рядом трудностей: • низкой плодовитостью; • медленной сменой поколений; • невозможностью постановки специальных экспериментов; -большим числом хромосом. Все эти факторы делают человека весьма непростым объектом для генетических исследований. В то же время в этом отношении человек подчиняется тем же законам наследственности, что и все другие организмы. В предыдущих разделах генетические явления не раз иллюстрировались примерами, показывающими единство закономерностей наследования для всего органического мира. Один из основных методов изучения наследственности — сбор сведений о наличии признаков в отдельных семьях на протяжении нескольких поколений — семейно-генеалогический метод. По семейным и архивным материалам составляют родословные. Лицо, с которого начинается составление родословной, принято называть пробандом, его братьев и сестер — сибсами, а если у пробанда есть братья и сестры от другого брака одного из родителей, их называют полусибсами. Генеалогический анализ позволяет установить следующее: • характер признака (наследственный или ненаследственный); • тип наследования (доминантный или рецессивный); • зиготность пробанда по данному признаку (гомо- или гетерозиготность); • степень пенетрантности и экспрессивности изучаемого гена. Благодаря генеалогическому методу известно, что: • дальтонизм и гемофилия контролируются рецессивными генами, локализованными в Х-хромосоме; • цвет волос человека зависит от нескольких генов, находящихся в аутосомах. Темный цвет доминирует над светлыми, рыжий цвет рецессивен по отношению к "нерыжему"; • цвет глаз тоже обусловлен несколькими генами, контролирующими количество и характер расположения пигмента в радужной оболочке, но в общем темная окраска превалирует над светлой. Полное отсутствие пигмента (альбинизм) наследуется рецессивно по отношению к наличию пигмента; • по ayтосомно-доминантному типу наследуются: • близорукость; • косолапость; • полидактилия; • аутосомно-рецессивному типу наследуются: • эпилепсия; • сахарный диабет и др. |