Ответы на вопросы экзамена по биологии.. Содержаниесправочник указатель Стр что именно

• Название: Содержаниесправочник указатель Стр что именно
• Анкор: Ответы на вопросы экзамена по биологии..doc
• Дата: 14.12.2017
• Размер: 338 Kb.
• Имя файла: Ответы на вопросы экзамена по биологии..doc
• Тип: Документы; #11406
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 5 из 6

Гипотеза М. Лайон о женском мозаицизме по половым хромосомам
В 1949 г. М. Барр и Ч. Бертрам установили, что п ядрах нервных клеток млекопитающих, взятых от женских особей, у ядерной мембраны обнаруживается глыбка интенсивно окра­шивающегося хроматина. В ядрах клеток, взятых от мужских особей, такая глыбка, как правило, не выявляется. Она полу­чила название тельце Барра или половой хроматин. В дальней­шем было установлено, что тельце Барра представляет собой одну инактивированную X-хромосому.

В начальном периоде эмбрионального развития в каждой клетке женских зародышей функционируют обе X-хромосомы, т. с. вырабатывается вдвое больше, чем у мужских зароды­шей, белков и ферментов, закодированных генами X-хромосомы. Это одно из объяснений большей жизнестойкости жен­ских эмбрионов.

В 1962г. М. Лайон высказала гипотезу инактивации одной Х-хромосомы у женского организма млекопитающих на 16-й день эмбриогенеза с образованием глыбки полового хромати­на. Процесс инактивации случайный, поэтому примерно в половине клеток активной сохраняется материнская Х-хромосома (X^матер), а отцовская инактивируется; в другой половине клеток активной остается отцовская Х-хромосома (Х^{отцовск}), а инактивируется материнская. В дальнейшем "пере­активации" Х-хромосом не происходит, т. е. все потомки клет­ки с активной материнской хромосомой будут иметь неактив­ной отцовскую. Материнская и отцовская Х-хромосомы со­держат аллельные, но не абсолютно одинаковые гены, т. е. в одной хромосоме может локализоваться доминантная аллель, а в другой - рецессивная, Каждый ген детерминирует синтез определенного белка-фермента, и, следовательно, наличие двух вариантов фермента, которые несколько различаются по своим температурным или рН-оптимумам либо по сродству к субстрату или репрессорным веществам, расширяет адаптив­ные возможности женского организма, особенно при нагруз­ках и патологических состояниях, отравлениях, недостаточ­ном питании, жаре или холоде и т. п. В этом суть мозаицизма женского организма по половым хромосомам.
Женский организм более устойчив к голоданию, ионизи­рующим излучениям, эмоциональным перегрузкам. Женщи­ны чаше мужчин плачут. Вместе со слезами выделяются ак­тивные амины, в результате чего снимается напряжение цен­тральной нервной системы и снижается кровяное давление. Большую жизнестойкость женского организма определяют и другие факторы: эндокринные, социальные (женщины мень­ше курят, употребляют меньше алкоголя, реже работают в тя­желых и вредных условиях) и др.

Если бы гипотеза Лайон в действительности не имела ограничений, то не было бы фенотипических различий между здоровыми женщинами с двумя Х-хромосомам и и больными с одной Х-хромосомой (Х0), между здоровыми мужчинами и больными с синдромом Клайнфелтера (XXY). Очевидно, что вторая Х-хромосома инактивируется не полностью: в ней со­храняются генетически активные локусы, что находит и экс­периментальное подтверждение.

Методы пренатальной диагностики наследственных болезней

Пренатальная диагностика связана с решением ряда биоло­гических и этических проблем до рождения ребенка, когда на первое место выдвигается задача предупреждения рождения ребенка с патологией, не поддающейся лечению (обычно пу­тем прерывания беременности с согласия женщины). Совре­менный уровень развития методов пренатальной диагностики позволяет диагностировать все хромосомные болезни, боль­шинство врожденных пороков развития, энзимопатий, при которых известен биохимический дефект. Часть из них мож­но установить практически на любом сроке беременности (хромосомные болезни), часть — после 12-й недели (редукцион­ные пороки конечностей, атрезии, анэнцефалию), часть — толь­ко во второй половине беременности (пороки сердца, почек).

Показания для пренатальной диагностики:

♦ наличие в семье точно установленного наследственного заболевания;

♦ возраст матери старше 37 лет;

♦ носительство матерью гена сцепленного рецессивного заболевания;

♦ наличие в анамнезе у беременных спонтанных абортов в ранние сроки беременности, мертворождений неясного гене-за, детей с множественными пороками развития и с хромо­сомной патологией;

♦ наличие структурных перестроек хромосом (особенно транслокаций и инверсий) у одного из родителей;

♦ гетерозиготность обоих родителей по одной паре алле­лей при патологии с аутосомно-рецессивным типом наследо­вания;

♦ беременные из зоны повышенного радиационного фона.

В настоящее время применяют непрямые и прямые мето­ды пренатальной диагностики. При непрямых методах обследуют беременную женщину (акушерско-гинекологические методы, анализ сыворотки крови на альфа-фетопротеин). При прямых методах обследуют плод. К прямым неинвазивным (без хирургического вмешательства) методам от­носится ультрасонография, к прямым инвазивным (с наруше­нием целостности тканей) — хорионбиопсия, амниоцентез и фетоскопия.

Определение альфа-фетопротеина (АФП) в амниотической жидкости и сыворотке крови беременной женщины помогает диагностировать некоторые серьезные пороки развития пло­да (открытые дефекты нервной трубки, анэнцефалия, врож­денные дефекты кожи и др.), при которых его содержание зна­чительно повышается. В случаях хромосомных болезней, напро­тив, концентрация АФП снижается. Концентрацию АФП опре­деляют радиоиммунными методами. АФП обнаруживается в норме в амниотической жидкости уже на 6-й неделе беремен­ности (1,5 мкг/мл); наиболее высокая его концентрация на­блюдается на 12—14-й неделе беременности (около 30 мкг/мл), затем она резко снижается и на 20-й неделе со­ставляет лишь 10 мкг/мл. Хорошие результаты дает определе­ние уровня АФП в сыворотке крови матери. Его повышение обусловлено поступлением этого белка из сыворотки крови плода через плаценту при названных выше пороках развития.

Ультрасонография (эхография) — это использование ульт­развука для получения изображения плода и его оболочек. По общему мнению, метод безопасен, поэтому продолжитель­ность исследования не ограничена и в случае необходимости его можно применять повторно. Эхография основана на том, что высокочастотные звуковые волны проникают через ткани организма и отражаются от границ сред с различными акусти­ческими свойствами. Ультразвук не проникает через костную ткань и полые органы, заполненные воздухом. Начиная с 5-й недели беременности можно получить изображение оболочек эмбриона, а с 7-й недели - и его самого. К концу 6-й недели беременности можно зарегистрировать сердечную деятель­ность эмбриона. В первые два месяца беременности ультразву­ковое исследование еще не выявляет аномалий развития пло­да, но может определить его жизнеспособность. Во втором триместре возможности ультразвуковой диагностики значи­тельно возрастают. На 12—20-й неделе беременности уже воз­можно диагностировать близнецовую беременность, локализа­цию плаценты, анэнцефалию, дефекты костной системы и за­крытия нервной трубки, атрезию желудочно-кишечного тракта.

Хорионбиопсия — взятие эпителия ворсинок хориона для исследования — проводится трансцервикально (через канал шейки матки) под контролем УЗИ между 8-й и 10-й неделями беременности. Полученную ткань используют для онтогенетических и биохимических исследований и анализа ДНК. С помощью этого метода можно выявлять все виды му­таций (генные, хромосомные и геномные).

Амниоцентез — получение амниотической жидкости и кле­ток плода для последующего анализа. Пункцию проводят в начале второго триместра беременности (15-17 недель) через брюшную стенку, матку и плодные оболочки в амбулаторных условиях под контролем ультразвукового обследования. Стерильным одноразовым шприцем набирают 10-20 мл амниотической жидкости. Жидкость используют для биохимических исследований (выявляют генные мутации), а клетки - для анализа ДНК (выявляют генные мутации), цито-генетического анализа и выявления Х- и У-хроматина (диа­гностируют геномные и хромосомные мутации). Осложнения при этом методе исследования не превышают 1%.

Фетосктия - осмотр плода фиброоптическим эндоско­пом, введенным в амниотическую полость через брюшную стенку матки. Метод позволяет осмотреть плод, пуповину, плаценту, произвести биопсию и взятие крови плода. Фетоскопня сопровождается высоким риском прерывания бере­менности и технически сложна, поэтому имеет ограниченное применение.

Дальнейшее совершенствование методов пренатальной диагностики наследственных заболеваний позволит значи­тельно снизить частоту наследственной патологии новорож­денных.

Репликация ДНК
Репликация молекул ДНК происходит в синтетический период интерфазы. Каждая из 2 цепей «материнской» молекулы служит матрицей для синтеза новой цепи по принципу комплементарности. После репликации молекула ДНК со­держит одну "материнскую" цепочку и одну "дочернюю", вновь синтезированную (син­тез ДНК является полуконсервативным). Так как две компле­ментарные цепи в молекуле ДНК направлены в противопо­ложные стороны, а ДНК-полимераза может продвигаться вдоль матричных цепей лишь от 5'- конца к 3'-кониу, то син­тез новых цепей идет антипараллельно (принцип антипараллельности).

Для матричного синтеза новой молекулы ДНК необходи­мо, чтобы старая молекула была деспирализована и вытянута. Но одновременное раскручивание спиралей, состоящих из огромного числа пар нуклеотидов (нескольких миллионов), невозможно. Поэтому репликация начинается в нескольких местах молекулы ДНК. Участок молекулы ДНК от точки на­чала одной репликации до точки начала другой называется репликоном. В бактериальную хромосому входит один репликон. Эукариотическая хромосома содержит много репликонов, в которых удвоение молекулы ДНК идет одновре­менно. Репликон обязательно имеет контролирующие эле­менты: точку начала, в которой инициируется репликация, она определяется праймерами (затравками), состоящими из 10—200 пар нуклеотидов, и точку окончания, в которой репли­кация останавливается. Место, в котором происходит репли­кация, получило название репликационной вилки. В репликационной вилке ферменты ДНК-топоизомеразы раскручивают двойную цепочку ДНК, а хеликазы разрывают водородные связи между ее цепочками, Репликационная вилка постепен­но движется вдоль молекулы ДНК от ее стартовой точки (точ­ки начала) до точки окончания. Так как ДНК-полимераза мо­жет двигаться только в одном направлении (5'-3'), то в каж­дой репликационной вилке она может постепенно и непре­рывно строить лишь одну новую цепь молекулы ДНК. Другая дочерняя молекула ДНК по мере расплетания материнской молекулы синтезируется отдельными короткими участками по 150—200 нуклеотидов (фрагменты Оказаки) под действием фермента ДНК-полимеразы, движущегося в противополож­ном направлении. Эти короткие участки вновь синтезируе­мой полинуклеотидной цепи одного репликона связываются воедино ферментом лигазой. Такой принцип синтеза новых цепей ДНК называется прерывистым. Ферменты ДНК-топо­изомеразы скручивают нити реплицированных участков ДНК. Участки "дочерних" молекул ДНК, синтезированные в соседних репликонах, также "сшиваются" ферментом лигазой. Весь геном клетки реплицируется только один раз за пери­од времени, соответствующий одному митотическому циклу.
Методы рекомбинантной ДНК
Методы рекомбннантной ДНК позволяют анализи­ровать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены и их сегменты и устанавливать в них последовательность нуклеотидов.

Метод клонирования ДНК позволяет Изолиро­вать отдельные гены или их фрагменты (ферменты рестрикта-

Генетика человека 169

зы), создавать неограниченное количество их копий (фермент ДНК-полимераза), транскрибировать (фермент РНК-лолимераза) и транслировать изолированные гены (получать ко­дируемые полипептиды), что стало возможным благодаря от­крытию ферментов - рестриктаз. Разные рестриктазы "распо­знают" различные последовательности нуклеотидов и "разре­зают" ДНК в разных местах - сайтах, что позволяет выделять отдельные гены.

Метод гибридизации нуклеиновых кислот позволяет устанавливать порядок нуклеотидов в молекуле ДНК и обнаруживать единственный ген среди десятков ты­сяч. Линейные отрезки двухцепочечной ДНК (выделенные с помощью рестриктаз) подвергают тепловой обработке и полу­чают одноцепочечные фрагменты (денатурирование). Далее денатурированную ДНК инкубируют при таких условиях (t= 37 °С), когда происходит гибридизация, т. е. взаимное распознавание двух комплементарных нитей посредством спаривания азотистых оснований. Часто для идентификации порядка нуклеотидов используют в качестве зонда одну ра­диоактивную нить ДНК с известной последовательностью нуклеотидов. Гомологичные последовательности можно идентифицировать как полностью, так и частично. Ра1лич-ные модификации этого метода позволяют в клинике анали­зировать очень малые количества ДНК, взятые у больного.

Для успешного применения в практическом здравоохране­нии методов рекомбинантной ДНК необходимо создание биб­лиотек радиоактивных зондом всех последовательностей ДНК генома человека, и в этом направлении уже многое сделано.
Этапы генной инженерии.

Методы генной инженерии были разработаны в 60—70-х годах прошлого столетия. Они включают следующие основ­ные этапы:

♦ получение генетического материала;

♦ включение этого материала в автономно реплицирую­щуюся генетическую структуру (векторную молекулу) и со­здание рекомбинантной ДНК;

♦ введение рекомбинантных молекул ДНК в клетку-реципиент и включение ее в хромосомный аппарат;

♦ отбор трансформированных клеток, в геном которых пключен переносимый ген.

В настоящее время применяют несколько способов полу­чения генов для пересадки. Если полностью расшифрована последовательность нуклеотидов, то ген может быть синте­зирован химическим путем. Впервые искусствен­ный ген аланиновой т-РНК, состоящий из 77 пар нуклеоти­дов, был синтезирован индийским ученым Г. Корана (1970). В 1976 г. был синтезирован ген тирозиновой т-РНК, состоя­щий из структурной и регуляторной частей (промотор и терми­натор), который при введении в бактериальную клетку нор­мально функционировал. Однако химическим способом удает­ся синтезировать только небольшие по размеру гены прокариот.

Синтез сложных генов осуществляют с помощью процес­сов обратной транскрипции, в основе которых лежит метод ферментативного синтеза. Выделяют и-РНК, и на ней, как на матрице, с помощью фермента ревертазы синте­зируют комплементарную ей нить ДНК, которую затем реп­лицируют (фермент ДНК-полимераяа). Гены, синтезирован­ные с ПОМОЩЬЮ ревертазы, не имеют регуляторной части и промотора и вследствие этого не могут функционировать в животных клетках. При переносе в бактерию к структурным генам присоединяют промотор микробной клетки, после чего транскриптон начинает работать.

Выделять необходимые для пересадки гены можно с по­мощью ферментов рестриктаз. В 1974 г. были от­крыты ферменты рестриктазы, способные узнавать опреде­ленные последовательности нуклеотидов и делать симмет­ричные, расположенные наискось друг от друга разрывы в цепях ДНК на равных расстояниях от центра узнавания. В ре­зультате на концах каждого фрагмента расщепленной ДНК образуются короткие одноцепочечные участки, называемые "липкими концами" (рис. 3.21). К настоящему времени выделено свыше 200 различных рестриктаз, разрывающих молекулы ДНК с разной последовательностью нук­леотидов. Используя различные рестриктазы, удается выделять необходимые для пересадки гены.

Полученные различными спо­собами гены соединяются с вектор­ными молекулами, которыми могут служить плазмиды бактерий, липосомы, фаги и вирусы. Фаги и виру­сы передают генетическую инфор­мацию посредством трансдукции. Кольцевая молекула ДНК плазмиды разрывается той же рестриктазой, что и выделяемый ген. В области разрыва образуются "липкие концы", комплемен­тарные "липким концам" пересаживаемого гена. Фермент лигаза сшивает "липкие концы" гена и плазмиды. Получается рекомбинантная молекула ДНК, которая обладает способностью прони­кать в клетку-реципиент, Комбинируя различные рестриктазы и лигазы, можно разрезать нить ДНК. в разных местах и получать рекомбинантные молекулы (рис. 3.22).

Так как рекомбинированные молекулы ДНК попадают не во все клетки, то с помощью специальных методов (чаще все­го на селективных питательных средах) осуществляют отбор трансформированных клеток (с перенесенным геном). В дальнейшем проводят клонирование — размножение клеток с рекомбинантной ДНК — и получают клон клеток, с заданны­ми свойствами.

Объединение чужеродных генов в ОДНОЙ клетке чревато опас­ными последствиями. Плазмиды способны соединяться в любых комбинациях независимо от видовых и иммунологических барь­еров. Конструирование новых разновидностей болезнетворных бактерий, устойчивых к лекарственным препаратам, может при­вести к возникновению серьезных эпидемий. В 1973 г. была про­ведена первая международная конференция по предупреждению опасных последствий генной инженерии.

Трисомии
Наиболее часто у человека встречаются трисомии по 13-й, 18-й и 21-й парам хромосом.

Синдром Патау (син­дром трисомии 13) встре­чается с частотой 1: 6000. Име­ются два цитогенетнческих варианта синдрома Патау: про­стая трисомия и робертсоновская транслокаимя.

Дети с синдромом Патау рождаются с массой тела ниже кормы (2500 г). У них наблюдаются умеренная мик­роцефалия, нарушение разви­тия различных отделов цент­ральной нервной системы, низ­кий скошенный лоб, суженные глазные щели, расстояние меж­ду которыми уменьшено, микроцефалия, помутнение роговицы, запавшая переносица, широкое основание носа, деформированные ушные ракови­ны, расщелина верхней губы и нёба, полидактилия, флексор-нос положение кистей, короткая шея. У 80% новорожденных встречаются пороки развитии сердца: дефекты межжелудоч­ковой и межпредсердной перегородок, транспозиции сосу­дов и др. Наблюдаются фиброкистозные изменения подже­лудочной железы, добавочные селезенки. Почки увеличены, имеют повышенную дольчатость и кисты в корковом слое. Большинство больных с синдромом Патау (98%) умирают в возрасте до года, оставшиеся в живых страдают глубокой идиотией.

Синдром Эдвардса (синдром трисомии 18) встречается с частотой примерно 1:7000. Дети с трисомией 18 чаше рождаются у женщин после 35 лет. Для женщин старше 45 лет риск родить больного ребенка составляет 0,7%.

Цитогенетически синдром Эдвардса представлен простой трисомией 18. У девочек он встречается значительно чаще чем у мальчиков, что связано, возможно, с большей жизнестой­костью женского организма. Дети с трисомией 18 рождаются с низ­кой массой тела (в среднем 2177 г), хотя сроки беременности нор­мальные или даже превышают норму. Фенотипические проявле­ния синдрома Эдвардса многооб­разны. Наиболее часто отмечаются аномалии мозгового и лицевого черепа. Мозговой че­реп долихоцефалической формы. Нижняя челюсть и ротовое отвер­стие маленькие. Глазные щели уз­кие и короткие. Ушные раковины деформированы и в подавляю­щем большинстве случаев распо­ложены низко, несколько вытя­нуты в горизонтальной плоско­сти. Мочка уха, а часто и козелок отсутствуют. Наружный слу­ховой проход сужен, иногда отсутствует. Грудина короткая, из-за чего межреберные промежутки уменьшены и грудная клетка шире и короче нормальной. В 80% случаев наблюдает­ся аномальное развитие стопы: пятка резко выступает, свод провисает (стопа-качалка), большой палец утолщен и укоро­чен. Из дефектов внутренних органов наиболее часто отмеча­ются пороки сердца и крупных сосудов: дефект межжелудоч­ковой перегородки, аплазии одной створки клапанов аорты и легочной артерии. У всех больных наблюдаются гипоплазия мозжечка и мозолистого тела, изменения структур олив.

Продолжительность жизни детей с синдромом Эдвардса невелика: 60% детей умирают в возрасте до 3 месяцев; до года доживает лишь один ребенок из десяти; оставшиеся в живых — глубокие олигофрены.

Синдром Дауна (синдром трисомии 21) -наиболее часто встречающаяся форма хромосомной патоло­гии у человека — 1:750. Достоверно установлено, что дети с синдромом Дауна чаще рождаются у немолодых родителей. Если возраст матери 41—46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1%.

Цитогенетически синдром Дауна представлен простой трисомией (94% случаев), транслокационной формой ИЛИ мозаицизмом (4% и 2% соответственно). За возникнове­ние фенотипических проявле­ний синдрома Дауна отвечает лишь небольшой участок длинного плеча 21-й хромосо­мы (21q22.3) и независимо от механизма удвоения развива­ется типичная клиническая картина.

Масса тела новорожденных с синдромом Дауна в среднем 3167 г. Для больных характер­ны округлой формы голова с уплощенным затылком, узкий лоб, широкое, плоское лицо.

Типичны эпикант, запавшая спинка носа, косой (монголо­идный) разрез глазных щелей, пятна Брушфильпа (светлые пятна на радужке), толстые губы, утолщенный язык с глубо­кими бороздами, выступающий изо рта, маленькие, округлой формы, низко расположенные ушные раковины со свисаю­щим завитком, недоразвитая верхняя челюсть, высокое небо, неправильный рост зубов, короткая шея (рис. 11.3). Из поро­ков внутренних органов наиболее типичны дефекты сердеч­но-сосудистой системы (межжелудочковой или межпредсердной перегородок и др.) и органов пищеварения (атрезии и стенозы различных отделов). У маленьких детей резко вы­ражена мышечная гипотония, а у детей старшего возраста ча­сто обнаруживаются катаракты. Характерна умственная от­сталость, преимущественно имбецильность (65-90%); дебильность и идиотия диагностируются примерно в равном соотношении.

Средняя продолжительность жизни при синдроме Дауна значительно ниже (36 лет), чем в популяции.