Основные понятия генетики Генетика относится к биологическим

Основные понятия генетики • Генетика относится к биологическим наукам. Ее название происходит от латинского слова генео (рождаю), указывающего, что она изучает наследственность организмов. Наследственность же неразрывно связана с изменчивостью, а поэтому генетика изучает оба эти свойства организма, т. е. является наукой о наследственности и изменчивости. • Наследственность — это важнейшая особенность живых организмов, заключающаяся в способности передавать свои свойства и функции от родителей к потомкам. Эта передача осуществляется с помощью генов. • Изменчивость. Под изменчивостью понимают способность организмов приобретать новые признаки — различия в пределах вида.

Формы изменчивости. Изменчивость подразделяют на наследственную и ненаследственную. • Наследственная изменчивость возникает: • 1) благодаря новому сочетанию в потомстве наследственных особенностей родителей, т. е. их новым комбинациям; • 2) благодаря внезапному изменению наследственного материала, ведущему к появлению совершенно новых наследственных признаков, сначала наблюдаемому у единичных особей, получившему название мутации. В связи с этим различают три формы наследственной изменчивости – комбинативную, мутационную и эпигенетическую.

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ. • В ОСНОВЕ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЛЕЖИТ ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ, КОТОРОЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ОГРОМНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНОТИПОВ

• В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение организмов, которое обеспечивает огромное разнообразие генотипов. Чем обусловлена комбинативная изменчивость?

КОМБИНАТИВНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОБУСЛОВЛЕНА ТЕМ, ЧТО: • ГЕНОТИП ЛЮБОЙ ОСОБИ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ СОЧЕТАНИЕ ГЕНОВ МАТЕРИНСКОГО И ОТЦОВСКОГО ОРГАНИЗМОВ • ПРИ МЕЙОТИЧЕСКОМ ДЕЛЕНИИ ПРОИСХОДИТ НЕЗАВИСИМОЕ РАСХОЖДЕНИЕМ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ • ПРИ МЕЙОТИЧЕСКОМ ДЕЛЕНИИ ПРОИСХОДИТ ТАКЖЕ РЕКОМБИНАЦИЯ ГЕНОВ (ИЗМЕНЕНИЕ ГРУПП СЦЕПЛЕНИЯ), СВЯЗАННАЯ С КРОССИНГОВЕРОМ (ПЕРЕКРЕСТОМ) • ПРИ ОПЛОДОТВОРЕНИИ ПРОИСХОДИТ СЛУЧАЙНОЕ СОЧЕТАНИЕ ГЕНОВ Все обозначенные источники комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, создавая огромное разнообразие генотипов

Мейоз • МЕЙОЗ– (от греч. Meiosis – уменьшение)– форма ядерного • • деления, сопровождающаяся уменьшением числа хромосом с диплойдного ( 2 n ) до гаплойдного ( n ). Мейоз происходит при образовании сперматозойдов и яйцеклеток у животных (гаметогенез). ЗНАЧЕНИЕ МЕЙОЗА— у организмов, размножающихся половым путем, образуется четыре половые клетки, каждая из которых гаплойдна. При оплодотворении ядра гамет сливаются, образуя зиготу, которая содержит постоянное (диплоидное) для каждого вида число хромосом. Кроме того, в результате мейоза создаются множество генных комбинаций, что ведет к изменениям в генотипе и фенотипе потомства.

• При мейозе происходит: • 1. Уменьшение числа хромосом от диплоидного до гаплоидного сопровождается расхождением аллелей, так что каждая гамета несет только один аллель по данному локусу. • 2. Расположение бивалентов в экваториальной пластинке веретена в метафазе I и хромосом в метафазе II определяется случайным образом. Последующее их разделение в анафазах I и II соответственно создает новые комбинации аллелей в гаметах. • Это НЕЗАВИСИМОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ приводит к случайному распределению материнских и отцовских хромосом между дочерними ядрами. • 3. В результате образования хиазм в профазе I между гомологичными хромосомами часто происходит кроссинговер , ведущий к образованию новых комбинаций аллелей в половых клетках. При этом распадаются старые группы сцепления генов и возникают новые. Мейоз тасует карты и сдает их

МУТАЦИИ – СТОЙКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОТИПА (Т. Е. МОЛЕКУЛ ДНК), КОТОРЫЕ МОГУТ ЗАТРАГИВАТЬ ЦЕЛЫЕ ХРОМОСОМЫ, ИХ ЧАСТИ ИЛИ ОТДЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ МУТАЦИИ - ЭТО КРУПНЕЙШИЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР, ОБУСЛАВЛИВАЮЩИЙ ОГРОМНУЮ НАСЛЕДСТВЕННУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ, ЧТО ДАЕТ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭВОЛЮЦИИ.

Соматические и генеративные мутации • Соматические мутации - изменения касаются генотипа соматической • • • клетки. В ходе ее деления новые свойства передаются потомкам данной клетки. Соматические мутации, встречающиеся у человека в процессе эмбрионального развития, способны привести к нарушению развития того или иного органа, т. е. послужить причиной аномалий развития и уродств. . Однако при половом размножении признаки, возникшие в результате соматических мутаций, потомкам не передаются. Генеративные мутации возникают в процессе формирования половых клеток. Новые признаки, обусловленные ими, проявляются лишь у особей следующего поколения (и их потомков) т. е. наследуются.

Различают несколько основных типов мутаций: • ГЕННЫЕ МУТАЦИИ , ПРИ КОТОРЫХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОИСХОДЯТ НА УРОВНЕ ОТДЕЛЬНЫХ ГЕНОВ, Т. Е. УЧАСТКОВ МОЛЕКУЛЫ ДНК • ХРОМОСОМНЫЕ , СВЯЗАНЫЕ С НАРУШЕНИЕМ СТРУКТУРЫ ХРОМОСОМ • ГЕНОМНЫЕ, СВЯЗАННЫЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ ЧИСЛА ХРОМОСОМ

• Причинами мутаций могут быть естественные нарушения в метаболизме клеток (спонтанные мутации), так и действие различных факторов внешней среды (индуцированные мутации). • Факторы, вызывающие мутации называют мутагенами. Мутагенами могут быть физические факторы - радиация, температура. . К биологическим мутагена относят вирусы, способные осуществлять перенос генов между организмами не только близких, но далеких систематических групп. Особую группу составляют химические мутагены. • Хозяйственная деятельность человека принесла в биосферу огромное количество мутагенов.

Генные мутации • Генные, или точковые, мутации связаны с изменением состава • или последовательности нуклеотидов в пределах участка ДНК - гена. Нуклеотид внутри гена может быть заменен на другой или потерян, может быть вставлен лишний нуклеотид и т. д. Генные мутации могут привести к тому, что мутантный ген либо перестанет работать и тогда не образуются соответствующие м-РНК и белок, либо синтезируется белок с измененными свойствами, что приводит к изменению фенотипических признаков особи. Вследствие генных мутаций образуются новые аллели, что имеет большое эволюционное значение.

• Насле дственные заболева ния — заболевания, возникновение и развитие которых связано с дефектами в программном аппарате клеток, передаваемыми по наследству через гаметы.

Орфанные, или «сиротские» , заболевания представляют собой группу редких болезней. На данный момент описано около 7 000 их разновидностей. Орфанные заболевания встречаются у небольшой части населения, их распространенность составляет около 1 : 2 000 и реже. Данная статистика весьма условна, так как одно и то же заболевание может быть редким в одном регионе и частым в другом. Например, проказа часто встречается в Индии, но редко в Европе. Примерно половина орфанных заболеваний обусловлена генетическими отклонениями. Симптомы могут быть очевидны с рождения или проявляться в детском возрасте. В то же время более 50% редких заболеваний проявляются уже во взрослом возрасте.

Различают следующие основные типы моногенных болезней • аутосомно-рецессивные • аутосомно-доминантные • и сцепленные с полом (Х-сцепленное наследование). .

Тип наследования устанавливается путём анализа родословной. При составлении последней учитывают распространение в семье изучаемого заболевания и родственные отношения между носителями патологических генов. Построение и анализ родословной составляют предмет клиникогенеалогического исследования

Тип наследования - аутосомно -рецемссивный Аутосомно-рецессивный тип наследования реализуется при наследственной передаче заболеваний, для клинической манифестации которых необходимо присутствие мутантного гена в гомозиготном состоянии, т. е. на обеих гомологичных хромосомах, унаследованных от родителей. Примеры: муковисцидоз, фенилкетонурия, гомоцистинурия

Фенилкетонурия. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Обнаруживается у одного из 10000 новорожденных

Больной фенилкетонурией. Заболевание выражается также в снижении количества пигмента меланина, поэтому у больных наблюдается слабая пигментация кожи, волос, оболочек глаз. Больные всегда выглядят, как голубоглазые блондины со светлой кожей.

Больная фенилкетонурией

Гомоцистинурия

Тип наследования - аутосомно -доминантный • При аутосомно-доминантном типе наследования • мутантный ген реализуется в признак в гетерозиготном состоянии, то есть для развития болезни достаточно унаследовать мутантный аллель от одного из родителей. Наиболее часто в клинической практике встречаются следующие болезни с аутосомно-доминантном типом наследования: нейрофиброматоз (болезнь Реклингхаузена), синдром Марфана (пенетрантность около 30 %), миотоническая дистрофия, хорея Гентингтона, синдром Элерса-Данло.

Нейрофиброматоз (характеризующееся возникновением Нейрофиброматоз ( опухолей у больного

Синдром Элерса — Данлоса (син. Э-Д; англ. Ehlers. Danlos Syndrome) также известный как «гиперэластичность кожи»

• Миотоническая дистрофия - аутосомнодоминантное заболевание. • Главные клинические проявления: мышечная слабость, катаракты, аритмии сердца, облысение со лба, нарушенная толерантность к глюкозе, умственная отсталость.

Аутосомно-доминантный тип наследования. Продолжение • Синдром Марфана. Секреты Андерсена, Паганини и Чуковского Дефекты некоторых генов, влияющих на образование и развитие соединительной ткани у человека, нередко приводят к непропорциональному гигантизму. Болезнь эта была описана в 1896 г. французским педиатром А. Марфаном. При наиболее ярком проявлении этой доминантной особенности на свет появляются люди с очень длинными руками и ногами и относительно коротким туловищем. Их вытянутые пальцы напоминают лапы огромного паука. Отсюда образное название этой диспропорции – арахнодактилия (от греч. dactyl – палец и Arachna – женщина, по легенде, превращенная Афиной в паука). Люди с подобными дефектами необычайно худы, их грудная клетка бывает деформирована, хрусталик глаза смещен.

Единственная компенсация, которую люди с синдромом Марфана получают от судьбы за свой порок, – повышенное содержание адреналина в крови. Как известно, этот гормон вырабатывается надпочечниками и выбрасывается в кровяное русло в момент опасности. В результате многие параметры человеческого организма (сердцебиение, давление крови) приводятся, так сказать, в боевую готовность. Таким образом, люди с синдромом Марфана всю жизнь находятся в возбужденном состоянии: адреналин постоянно подстегивает нервную систему и делает их невероятными трудоголиками. Синдромом Марфана страдали несколько всемирно известных личностей - Линкольн, Андерсен, Паганини, Чуковского и д. р. , отличавшихся необычайной работоспособностью.

Таков был лесоруб Авраам Линкольн, который благодаря постоянному самообразованию, выдающимся способностям и, главное, потрясающему трудолюбию стал президентом США. Он обладал высоким ростом – 193 см, огромными стопами и кистями рук, маленькой грудной клеткой и длинными гибкими пальцами – типичное телосложение при синдроме Марфана. Очень похож на Линкольна по физическому складу был сын полунищего сапожника, ставший позже великим писателем XIX в. , Ганс Христиан Андерсен. Его необычайное трудолюбие проявилась еще в школе. Свои литературные произведения он переписывал до десяти раз, добиваясь в конечном счете виртуозной точности и одновременно легкости стиля.

В список знаменитых людей, страдавших синдромом Марфана включают фараона Эхнатона (отец Тутанхамона) и маэстро Паганине. Фараон Эхнатон маэстро Паганини

Хорея Хантингтона или Хорея Гентингтона

Хорея Хантингтона или Хорея Гентингтона Хорея Хантингтона — генетическое заболевание нервной системы, характеризующееся постепенным началом обычно в возрасте 30 -50 лет и сочетанием прогрессирующего хореического гиперкинеза ( «танец святого Вита» ) и психических расстройств. Заболевание вызывается умножением кодона CAG в гене IT-15. Этот ген кодирует 350 -k. Da белок хантингтин с неизвестной функцией. В гене дикого типа (не мутантного) у разных людей присутствует разное количество CAG повторов, однако, когда число повторов превышает 36, развивается болезнь. Нейроморфологическая картина характеризуется атрофией стриатумa, а на поздней стадии также атрофией коры головного мозга.

Хорея Хантингтона или Хорея Гентингтона Множество изменений в нервных клетках, которые вызывают болезнь Хантингтона Образуются так называемые внутриклеточные тельца включения. Эти включения механически препятствуют движению везикул, содержащих нейромедиаторы, через цитоскелет, что нарушает передачу сигналов в нейронах. Тельца включения обнаруживают как в ядрах клеток, так и в цитоплазме. На заднем плане - пораженные клетки, окрашенные в голубой цвет. На переднем плане –ядра пораженных клеток (окрашены в оранжевый цвет).

Сцепленные с полом заболевания

Хромосомное определение пола У человека: пол зависит от наличия Y-хромосомы (если она есть, проявляется фенотип самца, если нет — самки). Так, при мутациях, связанных с изменением числа половых хромосом, особи, имеющие в генотипе комбинации XY, XXY, XYY, XXYY и т. п. будут обладать мужским фенотипом различной степени выраженности, а имеющие комбинации XX, X, XXXX и т. п. — женским.

• Болезни, сцепленные с полом , в подавляющем большинстве случаев обусловлены мутациями генов на Ххромосоме , поскольку Y-хромосома несет небольшое число генов. С Yхромосомой сцеплены некоторые нарушения половой дифференцировки.

Болезни сцепленные с Y-хромосомой • На Yp 1 a (в коротком плече Y- хромосомы) локализуется ген SRY , кодирующий фактор развития яичка. Этот ген клонирован; он содержит 900 нуклеотидов и характеризуется высоким консерватизмом у разных млекопитающих. Мутации гена SRY изменяют генетический пол и нарушают формирование гонадного пола.

Болезни, сцепленные с X-хромосомой • Описано более 370 болезней, сцепленных (или предположительно сцепленных) с Х-хромосомой. Тяжесть заболевания зависит от пола. Полные формы болезни проявляются преимущественно у мужчин, поскольку они гемизиготны по генам, локализованным на Х-хромосоме. Если мутация затрагивает рецессивный сцепленный с Х-хромосомой ген ( XR-болезнь ), то гетерозиготные женщины здоровы, но являются носительницами гена (а гомозиготы в большинстве случаев летальны). Если мутация затрагивает доминантный сцепленный с Х-хромосомой ген ( XD-болезнь ), то у гетерозиготных женщин болезнь проявляется в легкой форме (а гомозиготы летальны). Важнейшее свойство болезней, сцепленных с Х-хромосомой , -невозможность их передачи от отца к сыну (поскольку сын наследует Y-, а не Х-хромосому отца).

Нарушением цветовосприятия (дальтонизм)

Хромосомные болезни • К хромосомным болезням относят такие • формы патологии, при которых наблюдаются, как правило, нарушения психики и множественные врожденные пороки различных систем организма человека. Большинство хромосомных болезней возникает спорадически в результате геномной и хромосомной мутаций в гаметах здоровых родителей или на первых делениях зиготы.

Хромосомные болезни (продолжение) В основе классификации хромосомных болезней лежат типы мутаций. • Выделяют числовые и структурные хромосомные мутации. • Числовые изменения сводятся к наличию добавочных хромосом или отсутствию одной из хромосом. • Структурные хромосомные мутации разделятся на внутрихромосомные и межхромосомные.

Хромосомные болезни можно классифицировать по тому, какая из систем хромосом -- половая или аутосомная -- вовлекается в патологический процесс.

Частота встречаемости у молодых женщин 1: 3000

Синдром кошачьего крика • Хромосомно синдром кошачьего крика объясняется частичной моносомией; он развивается при делеции (с утратой от трети до половины, реже полная утрата) короткого плеча пятой хромосомы. Для развития клинической картины синдрома имеет значение не величина утраченного участка, а конкретный незначительный фрагмент хромосомы. Изредка отмечается мозаицизм по делеции или образование кольцевой хромосомы-5.

Синдром Прадера - Вилли

В кариотипе 45 хромосом – из половых хромосом присутствует одна Х-хромосома

Синдром ломкой Х-хромосомы • Синдром ломкой Х хромосомы сцепленное с полом доминантное • заболевание с редуцированной пенетрантностью. Развитие синдрома связано с увеличением числа тринуклеотидов (ЦГГ) в Х хромосоме и приводит к недостаточной экспрессии белка FMR 1, который необходим для нормального развития нервной системы. • Существует четыре основных состояния хромосомного участка • • подверженного нарушениям при синдроме ломкой Х хромосомы. CGG. Нормальное количество повторов (отсутствие синдрома) от 29 до 31. Премутация от 55 до 200 повторов (синдром не развивается). Полная мутация более 200 повторов (обычно от 230 до 4000) — проявляться синдром, промежуточное состояние или аллели серой зоны от 40 до 60 повторов. Распространённость непосредственно заболевания приблизительно 1 из 4000 мужчин и 6000 женщин[2]

А – ломкая хромосома мужчины Б – ломкая хромосома женщины • При специальном культивировании Х- хромосом у больных людей в среде с низким содержанием фолиевой кислоты кончик X-хромосомы свисает

Клиническая картина Мальчики рождаются с большой массой тела — от 3, 5 до 4 кг. Имеются определённые фенотипические признаки: большая голова с высоким и широким лбом, длинное лицо с увеличенным подбородком, несколько уплощённая средняя часть лица, тупой, слегка клювовидно загнутый кончик носа. Уши большие, иногда оттопыренные, низко расположенные. Кисти и стопы широкие, дистальные фаланги пальцев также широкие, суставы имеют повышенную подвижность. Кожа нередко гиперэластична. Часто встречаются светлоокрашенные радужные оболочки, светлые волосы. Не обязательно встречаются все признаки — могут быть один или несколько. Неврологическая симптоматика неспецифична, определяется как и у всех детей с умственной отсталостью. Синдром ломкой Х-ромосомы является самой распространенной причиной умственной отсталости.

Эпигенетика – в биологии, в частности в генетике – представляет собой изучение закономерностей наследования, вызванных механизмами, не затрагивающими изменение последовательности ДНК Примерами эпигенетических изменений являются метилирование ДНК и модификация гистонов

Если говорить научно-популярным языком о предмете исследований эпигенетики: в организме есть белки, активирующие ферменты (белковые группы) , отвечающие за работу тех или иных генов. Влияние различных факторов извне, через метаболические реакции может оказывать положительное или отрицательное влияние на работу таких белков. В следствие этого какие-то гены «включаются» , а какие-то «выключаются» .