РК1 МГ. 1 тема генетика изучает два свойства живых организмов
 Скачать 29.6 Kb.
|
|
1 ТЕМА Генетика изучает два свойства живых организмов: • Наследственность – свойство живых организмов, передавать признаки из поколения в поколение. • Изменчивость - свойство живых организмов приобретать новые признаки и качества и передовать их из поколения в поколение. Медицинская генетика –область медицины, наука, которая изучает наследственность и изменчивость в различных популяциях людей,а так же особенности проявления и развития нормальных и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предрасположенности и условий окружающей среды. Основные термины и понятия в генетике • Гомологичные хромосомы - хромосомы, одинаковые по набору составляющих их генов • Аллельные гены - располагаются в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечают за наследование одного признака . • Признак - морфологическое, физиологическое, биохимическое и т.д. свойство организма или особенность строения на любом уровне организации. • Генотип - совокупность генов, полученных от родителей, вся генетическая информация организма • Фенотип - внешнее проявление свойство организма, зависящих от его генотипа и факторов окружающей среды. • Гомозигота - клетка (организм), содержащая два одинаковых аллеля в конкретном локусе гомологичных хромосом. (одинаковые аллели: АА, аа) • Гетерозигота - клетка (организм), содержащая два различных аллеля в конкретном локусе гомологичных хромосом (разные аллели: Аа) • Гемизиготность - состояние организма, при котором какой то ген представлен в одной хромосоме. • Доминантный признак - преимущественное проявление только одного аллелья в формировании признака у гетерозиготного организма. • Рецессивный признак - не участие аллелья в формировании признака у гетерозиготного организма. • Наследование – способ передачи генетической информации (генетических признаков) от одного поколения организмов к другому. История развития генетики • Гиппократ – теория прямого наследования: репродуктивный материал собирается из всех частей тела. • Аристотель – теория непрямого наследования – репродуктивный материал образуется из специальных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела. Ф.Гальтон – впервые выделил «наследственность» человека как предмет исследования (1865г) • предложил ряд методов генетического анализа человека: генеалогический, близнецовый, статистический, дерматоглифики • изучал характер, интеллект, талантливость, трудоспособность и их наследования • создал направление в генетике – евгенику , целью которой было улучшить человека и человеческий род в целом. Основные законы наследования были сформулированы Грегором Менделем • в 1865г. – «Опыты над растительными гибридами». Главная идея: наследственные задатки (гены) дискретны, не смешиваются друг с другом и могут свободно комбинироваться при образовании половых клеток. Рождение генетики 1900г. – переоткрытие законов Менделя Гуго Де Фризом,Чермаком и Корренсоным. Гершонзон: • Изучал химический мутагенез • обнаружил феномен «прыгающих генов» и обратную транскрипцию. • Намного раньше американца Хейнца Френкель-Конрата он собрал из белков и нуклеиновых кислот живой вирус Этапы развития генетики: Iэтап 1900-1912гг • Доказана универсальность законов Менделя • Генетика оформилась в самостоятельную науку • 1906г. – Бэтсон дал название «генетика» (от лат. «geneo» - порождаю) • 1909г. – Иогансен ввел понятия «ген», «генотип», «фенотип» Основные достижения: 1. Наследственные задатки дискретны и их наследование подчиняется определенным закономерностям 2. Сформировался гибридологический метод изучения наследования 3. Создание мутационной теории Де ФризаКоржинского Гены контролируют течение биохимических процессов • Изучения наследственных болезней начал английский врач А. Гэррод (1908). Исследуя родословные больных с алкаптонурией, он установил наследственный характер этой болезни и предложил генетическую гипотезу происхождения наследственных болезней обмена веществ как “врожденных ошибок метаболизма”, которые возникают вследствие генетически обусловленного дефицита определенного фермента. Предположил, что заболевание наследуется по законам Менделя как рецессивный признак. IIэтап 1912-1925 Создание и утверждение хромосомной теории наследственности Т.Моргана Основные достижения: • Доказано нахождение генов в хромосомах и их линейное расположение • Созданы первые генетические карты Н.Кольцов • Основоположник экспериментальной цитологии и генетики • Сформулировал идею о матричном самоудвоении хромосом • Первые работы по исследованию ассоциации генетических маркеров с заболеваниями Филипченко • 1919г. –основал первую кафедру генетики в Петроградском университете • 1929г. – первый учебник по генетике Н.Вавилов • Основоположник эволюционной генетики растений • Сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости • Создал теорию о центрах происхождения культурных растений III этап -1925-1940гг Основные достижения: • Мутации можно получать искусственно • Показана сложная структура гена, его дробимость • Доказана возможность объединения геномов разных видов растений • Заложены основы генетики человека и медицинской генетики Г.А. Левитский -в 1924г ввел термин «кариотип» в современном его понимании. Автор одного из первых в мире учебников по цитогенетике IV этап 1940- 1955гг. Основные достижения • Заложены основы биохимической генетики • Доказана роль ДНК в передаче наследственной информации • Расшифрована структура ДНК - 1953г. – Д.Уотсон и Ф.Крик Бидл и Тэйтум «Один ген – один фермент» 1945г • Работали с хлебной плесенью Neurospora, получили много разных мутантов, у которых были нарушены разные этапы биосинтеза. Поскольку большинство мутантов были чувствительны к отсутствию только какого-то одного соединения (аминокислота, витамины, пурины, пиримидины, холин), то можно было предположить, что один ген определяет специфичность одного фермента. Л.Полинг - В 1949г. Показал молекулярную природу серповидно-клеточной анемии (методом электрофореза) • 1953г – Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик расшифровали вторичную структуру ДНК V этап 1955- 1990гг. Основные достижения: • Расшифрован генетический код – Ниренберг 1961г. • Изучен механизм регуляции работы генов • Изучен механизм репликации ДНК и биосинтеза белка – Шапвиль, Эрепштейн – роль т-РНК, Спирин – роль рибосом 1968г. • Открыто явление обратной транскрипции Франсуа Жакоб и Жак Моно 1961г- гипотеза оперона Расшифровали механизм регуляции работы генов у кишечной палочки Виктор Маккьюсик в 1966 г. - первое издание книги В.Мак Кьюсика «Менделевское наследование у человека. Каталог аутосомнодоминантных, аутосомнорецессивных и Х-сцепленных фенотипов». VI этап 1990г- … Изучение генома • Геном – полный состав ДНК клетки, т. е. совокупность всех генов и межгенных промежутков • Выделяют геном хромосом (95%) и геном органоидов (5%)- плазмон Геномика - Изучает общие принципы построения геномов и их структурнофункциональную организацию Проект «Геном человека» международный научно-исследовательский проект, начат в 1990г под руководством Джеймса Уотсона Цели: • Секвенирование – определение нуклеотидной последовательности всего генома • Картирование- создание точной генетической и физической карты генома • Определение функций генов и межгенных элементов 2 ТЕМА Даты в истории генетики • 1865 Ген – определяет развитие отдельного признака (Г. Мендель). • 1871 Открытие нуклеиновых кислот (Ф. Мишер). • 1900 Официальный год рождения генетики. Повторно открыты закономерности наследования (Г. де Фриз, К.Корренс, Э. Чермак). • 1909 Сформулированы представления о «генотипе» и «фенотипе» (В.Иогансен). • 1933 Томасу Моргану за открытие роли хромосом в наследственности была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине. • 1944 ДНК как генетический материал (Эвери, МакЛеод, МакКарти). • 1953 Расшифрована структура молекулы ДНК (Уотсон и Крик). • 1957 Структура нуклеотидов и нуклеотидсодержащие коферменты • 1958 Нобелевская премия за открытие рекомбинации у бактерии (Д.Ледерберг). • 1961-1966 Расшифровка генетического кода (М.У. Ниренберг). • 1972 Синтезирован ген тРНК (Корана и др.). • 1973 Полимеразная цепная реакция (ПЦР) (К. Мюллис). • 1977 Прерывистость генов у эукариот (П. А. Шарп, Р.Д. Робертс). • 1994 Опубликованы генетические и физические карты хромосом человека • 1995 Секвенирование геномов бактерий. • 1997 Клонирование млекопитающих из дифференцированной соматической клетки. • 2003 Секвенирование генома человека. • 2002 Изучение генетики и молекулярных механизмов апоптоза (С. Бреннер, Дж. Салтсон и Р. Хорвиц). • 2004 Начато коммерческое клонирование кошек. • 2008 Начато коммерческое клонирование собак. Законы Менделя Моногибридное скрещивание-срещивание особей, отличающихся по одному признаку. При скрещивании особей, имеющих желтые семена, с особями, имеющими зеленые семена, в первом поколении гибридов были получены растения только с желтыми семенами.Отношение желтых семян к зеленым было ровно 3:1. 1 закон-Закон единообразия гибридов первого поколения. Этот закон гласит о том, что при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одному признаку, все гибриды будут схожие только с одним из родителей. Проявившийся в первом поколении гибридов признак называется доминантным, а непроявившийся – рецессивным. Закон чистоты гамет: у гетерозигот при гаметаобразовании аллельные гены не смешиваются, а расходятся в гаметы в полной чистоте, образуя равное число гамет с доминантным и рецессивным аллелем. Анализирующее скрещивание - скрещивание гибридной особи (у которой не известен генотип) с гомозиготой по рецессивному признаку. 3 закон-Закон независимого наследования признаков.Дигибридное скрещивание – скрещивание гомозиготных особей, различающихся по двум парам альтернативных признаков, тригибридное – по трем парам, полигибридное – по нескольким парам альтернативных признаков. При скрещивании особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга, комбинируясь друг с другом во всех возможных сочетаниях. Соотношение по фенотипу 9:3:3:1 Особенности ди- и полигибридного скрещивания. • Гомозиготные особи, образуют 1 тип гамет. • Гетерозиготные особи образуют разное количество гамет в зависимости от числа пар аллельных. • При скрещивании гомозигот независимо от числа пар альтернативных признаков гибриды первого поколения F1 проявляют единообразие по генотипу и фенотипу. • При скрещивании гибридов F1 между собой в потомстве F2 появляются особи с новыми сочетаниями признаков в сравнении с гомозиготными родителями. Исключения из законов Менделя. •Признаки, опосредованные полом. • Митохондриальная наследственность. • Сцепление генов. • Полигенные состояния. • Неполная пенетрантность. • Геномный импритинг. • Динамические мутации. В зависимости от локализации генов в клетке эукариот различают ядерное и цитоплазматическое наследование Наследование в зависимости от расположения генетического материала Ядерное наследственный материал находится в ядре клетки, в хромосомах. Цитоплазматическое Наследственный материал находится в цитоплазме в виде кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид, а также других внеядерных генетических элементов. Цитоплазматическое наследование не подчиняется менделевским законам и признаки наследуются по материнской линии 3 ТЕМА Моногенным называется такой тип наследования, когда наследственный признак контролируется одним геном. Полигенное наследование – это тип наследования признаков, обусловленных действием многих генов, каждый из которых оказывает лишь слабое действие. Фенотипическое проявление полигенно обусловленного признака зависит от условий внешней среды. Типы моногенного наследования признаков Делится на аутомосное и сцепленное с полом. Аутосомно-доминантное наследование – вид наследования, при котором болезнь проявляется в случае, если у человека есть хотя бы один соответствующий ей «дефектный» ген, причем этот ген не содержится в половых (Х и Y) хромосомах. Генетический дефект может быть унаследован от любого из родителей. Мальчики и девочки болеют с одинаковой частотой. Прямая передача через три поколения – признак доминантности. Известно около 4000 аутосомно-доминантных нарушений, некоторые из них встречается с частотой 1:1500, их называют «частыми». Основные продукты экспрессии поврежденных генов – не ферментные белки. Наиболее важные патологические состояния данного типа – ахондроплазия, синдром Марфана, семейная гиперхолестеринемия. Аутосомно-рецессивное наследование заболеваний – вид наследования, при котором генетически обусловленная болезнь проявляется в том случае, если «дефектный» ген был унаследован от обоих родителей и при этом не содержится в половых (Х и Y) хромосомах. Мальчики и девочки болеют с одинаковой частотой. В родословной существует перерывы, а характер наследования носит обычно «горизонтальный» характер (родные братья и сестры могут быть больными, в то время как родители – нет). Примеры: глазокожный альбинизм, врожденная глухота, муковисцидоз, фенилкетонурия и др. Друго вид моногенного наследования-сцепленное с полом Х-сцепленное доминантное наследование Главная характеристика заключается в том, что больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола. Основными признаками Х-сцепленного доминантного типа наследования являются следующие: болезнь встречается у мужчин и женщин, но у женщин в два раза чаще; больной мужчина передает мутантный аллель только своим дочерям, а не сыновьям. больные женщины передают мутантный аллель половине своих детей независимо от пола; женщины в случае болезни страдают менее тяжело (они гетерозиготы), чем мужчины (являющиеся гемизиготами). Х-сцепленное рецессивное наследование При X-сцепленное рецессивное наследование болезнь связана с дефектом какого-либо из генов, расположенных на половой Х-хромосоме, и проявляется только в случае, если другой Х-хромосомы с нормальной копией того же гена у человека нет. При заболеваниях с Х-сцепленным рецессивным наследованием подавляющее большинство больных – мальчики, так как у них есть только одна Х-хромосома. Соответственно, для развития заболевания достаточно, чтобы либо от отца, либо от матери была унаследована одна копия дефектного гена. Девочки могут заболеть только в том случае, если такие гены унаследованы и от отца, и от матери. Если же у девочки одна копия «дефектного» гена и одна копия нормального, то она клинически здорова, но является носительницей заболевания, и у нее могут впоследствии родиться больные дети. Среди примеров болезней с Х-сцепленным рецессивным наследованием можно назвать гемофилии А и В, дальтонизм. • Y-сцепленное (голандрическое) наследование. Это наследование проявляется у представителей гетерогаметного пола (XY). Y-хромосома является самой маленькой хромосомой. У человека так наследуется гипертрихоз — наличие волос на ушной раковине. Это бывает только у мужчин. В Y-хромосоме человека обнаружены гены, контролирующие интенсивность роста тела, конечностей, размер зубов. • Цитоплазматическое наследование. Явление цитоплазматического наследования, связано с хлоропластами у растений и с митохондриями. Гены находящиеся в митохондриях передаются, только через женские гаметы, в яйцеклетках насчитывают более 1000 митохондрий, а в сперматозоидах митохондрий как правило нет.Цитоплазматическое наследование не подчиняется законам Менделя. Генокопии и фенокопии – основы генетического полиморфизма наследственных болезней Генокопии – 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. Термин «генокопия» был введен доктором Х. Нахстхеймом в 1957 г. Фенокопии – изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации. В медицине фенокопии – ненаследственные болезни, сходные с наследственными. Распространенная причина фенокопий у млекопитающих – действие на беременных тератогенов различной природы, нарушающих эмбриональное развитие плода (генотип его при этом не затрагивается). При фенокопиях, изменённый под действием внешних факторов, признак копирует признаки другого генотипа (например, у человека приём алкоголя во время беременности приводит к комплексу нарушений, которые до некоторой степени могут копировать симптомы болезни Дауна). 4 ТЕМА Виды взаимодействия аллельных генов Установлены виды взаимодействия аллельных генов (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование и др.) и неаллельных генов (комплементарность, эпистаз, полимерия и др.). Полное доминирование – такое взаимодействие аллельных генов, при котором гетерозиготы (Аа) фенотипически не отличаются от гомозигот (АА). Примером полного доминирования у человека может быть наследование менделирующих признаков: темных волос, карих глаз, наличие веснушек, многопалости, некоторых форм близорукости и т.д. Неполное доминирование наблюдается, когда фенотип гетерозигот (Аа) отличается от фенотипа гомозигот (АА) промежуточным проявлением признака. Это объясняется тем, что аллель, способная сформировать нормальный признак, находится в двойной дозе у гомозигот, и проявляется сильнее, чем в единственной дозе у гетерозигот. Такие генотипы отличаются экспрессивностью, т.е. степенью выраженности признака. Примером такого взаимодействия генов могут быть многочисленные заболевания у человека :талассемия, серповидно-клеточная анемия, цистинурия). Кодоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот отличается как от фенотипа гомозигот по доминанте, так и от фенотипа гомозигот по рецессиву, и в фенотипе гетерозигот присутствуют продукты обоих генов. Имеет место при формировании, например, IV группы крови системы (АВ0) у человека. I группа крови (0): в эритроцитах отсутствуют антигены, в плазме находятся два вида антител АнтиА(α) и Анти-В(β). II группа (А) в эритроцитах – антиген А, в плазме – антитела Анти-В(β). III группа (В) – в эритроцитах антиген В, в плазме антитела Анти-А(α). IV группа (АВ) – в эритроцитах имеет антигены А и В, в плазме антител не имеет. Фенотипический эффект действия гена характеризуется следующими проявлениями: 1) пенетрантность; 2) экспрессивность; 3) плейотропия Пенетратность-это процент носителей соответствующего генотипа , у которых проявляется признак. Например, пенетрантность врожденного вывиха бедра у человека составляет 25%, т.е. болезнью страдает только 1/4 рецессивных гомозигот. Эспресивность-это варьирующее проявление признака у особей с одинаковым генотипом. Например, аллели групп крови АВ0 у человека имеют постоянную экспрессивность (всегда проявляются на 100%), а аллели, определяющие окраску глаз, – изменчивую экспрессивность. Плейотропия – множественное действие гена. У человека ген, определяющий рыжую окраску волос, одновременно обусловливает более светлую окраску кожи и появление веснушек. Известен доминантный ген, вызывающий целый комплекс патологий, который называемся синдром Марфана. У таких людей отмечается длительный рост конечностей, ненормально длинные пальцы рук и ног(паучьи пальцы), деформации лица, дефект хрусталика глаза, порок сердца, прогрессирующая с возрастом глухота и др. Виды взаимодействия неаллельных генов Комплементарность – явление, когда объединившиеся в генотипе доминантные неаллельные гены формируют новый признак. Комплементарность (или комплементарное взаимодействие генов) проявляется тогда, когда действие одного гена дополняется действием другого, т.е. для формирования признака необходимо наличие в генотипе двух доминантных неаллельных генов. Примером служит формирование зрения и слуха: развитие нормального слуха обусловлено двумя доминантными неаллельными генами D и E, из которых один (D) определяет развитие улитки, а другой (Е)- слухового нерва. Эпистаз и гипостаз. Эпистаз – это такое взаимодействие неаллельных генов, при котором один ген подавляет действие другого неаллельного гена. Угнетение могут вызывать как доминантные, так и рецессивные гены (А>В, а>В, В>А, В>А), и в зависимости от этого различают эпистаз доминантный и рецессивный. Подавляющий ген получил название ингибитора или супрессора. Гены-ингибиторы в основном не детерминируют развитие определенного признака, а лишь подавляют действие другого гена. Если ген-супрессор рецессивный, то возникает криптомерия (греч. хриштад - тайный, скрытый). У человека таким примером может быть «Бомбейский феномен». Полимерия – явление, когда один и тот же признак определяется несколькими аллелями. Примером полимерии является наследование цвета кожи у человека. Этот признак определяется четырьмя генами, ответственными за выработку пигмента меланина. У людей с самой темной окраской кожи имеется восемь аллелей этих генов (поскольку клетки диплоидны): Р1Р1Р2Р2Р3Р3Р4Р4 (гены действуют одинаково, поэтому их обозначают одной и той же буквой). У человека с самой светлой кожей нет ни одного активного аллеля: р1р1р2р2р3р3р4р4. Дети таких двух людей получат четыре активных (доминантных) аллеля от одного из родителей и цвет их кожи будет промежуточным. Генотип детей будет: Р1р1, Р2р2, Р3р3, Р4р4. В зависимости от числа доминантных генов в генотипе может формироваться более светлый или более темный цвет кожи. Такой тип взаимодействия генов называется кумулятивной полимерией. Эффект положения – вид взаимодействия неаллельных генов, обусловленный местом положения гена в генотипе. Пример – наследование белка Rh-фактора (резус-фактора). |