Тема_07._Изменчивость__генетика_человека.pdf

Transcript

1. ТЕМА 7. ИЗМЕНЧИВОСТЬ, ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ – СВОЙСТВА ОРГАНИЗМОВ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, ИХ ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ. НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ (МОДИФИКАЦИОННАЯ) ИЗМЕНЧИВОСТЬ. НОРМА РЕАКЦИИ. НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ: МУТАЦИОННАЯ, КОМБИНАТИВНАЯ. ВИДЫ МУТАЦИЙ И ИХ ПРИЧИНЫ. ЗНАЧЕНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ЖИЗНИ ОРГАНИЗМОВ И В ЭВОЛЮЦИИ. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА, ИХ ПРИЧИНЫ, ПРОФИЛАКТИКА. ВРЕДНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАГЕНОВ, АЛКОГОЛЯ, НАРКОТИКОВ, НИКОТИНА НА ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КЛЕТКИ. ЗАЩИТА СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МУТАГЕНАМИ. ВЫЯВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ МУТАГЕНОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (КОСВЕННО) И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ИХ ВЛИЯНИЯ НА СОБСТВЕННЫЙ ОРГАНИЗМ
2. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ – СВОЙСТВА ОРГАНИЗМОВ • Изменчивость – общее свойство организмов обладать различиями и приобретать их в пределах одного вида • Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. • Вид – генетически закрытая система • Наследственность и изменчивость обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежат в основе эволюции живой природы • Наследственность и изменчивость изучаются генетикой
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, ИХ ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ • Соматические клетки имеют диплоидный набор хромосом, то есть аллельные гены парные: это могут быть два доминантных аллеля (гомозигота по доминантному аллелю), доминантная и рецессивная (гетерозигота) или две рецессивные (гомозигота по рецессивному аллеллю). При образовании половых клеток в каждую из гамет попадает только один аллельный ген из каждой пары. Гомозиготная особь может продуцировать только один сорт гамет (с доминантным или рецессивным аллелем), тогда как гетерозиготная — два сорта в равных количествах
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ (ДАРВИН) Наследственная (генотипическая) Ненаследственная (фенотипическая = модификационная) • Комбинативная – новые комбинации генов у потомства; изменения - рекомбинации • Наследственная (мутационная, генотипическая); изменения - мутации Изменения - модификации
5. НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ (МОДИФИКАЦИОННАЯ) ИЗМЕНЧИВОСТЬ • Эта форма изменчивости связана с онтогенезом (индивидуальным развитием организма) под влиянием внешней среды. Не передаётся по наследству, но зависит от генотипа, в котором закодирована норма реакции • Норма реакции — способность генотипа формировать в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы. Она характеризует долю участия среды в реализации признака и определяет модификационную изменчивость вида. Чем шире норма реакции, тем проще влияние среды и тем меньше влияние генотипа в онтогенезе. Один и тот же ген в разных условиях среды может реализоваться в несколько проявлений признака (фенов). В каждом конкретном онтогенезе из спектра проявлений признака реализуется только один.
6. НОРМА РЕАКЦИИ Норма реакции – диапазон фенотипических проявлений одного и того же генотипа в разных условиях среды
7. ВАРИАЦИОННЫЙ РЯД И ВАРИАЦИОННАЯ КРИВАЯ
8. НОРМА РЕАКЦИИ: ШИРОКАЯ ИЛИ УЗКАЯ • Признаки, имеющие первостепенное значение для процессов жизнедеятельности, имеют узкую норму реакции • Признаки, не имеющие особого значения для организма, имеют широкую норму реакции
9. МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ • Она же – ненаследственная, фенотипическая, определённая • Фенотип изменяется под действием факторов окружающей среды, генотип при этом не меняется • Не передаётся по наследству (привет, Ламарк!) • Носит приспособительный (адаптивный) и массовый характер • Предсказуема и обратима • Пределы определяются нормой реакции, наследуется не признак, а способность проявлять этот признак в определённых условиях, то есть наследуется норма реакции
10. НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ • Она же генотипическая, неопределённая • Фенотип изменяется вследствие изменения генотипа • Передаётся по наследству • Носит случайный характер • Непредсказуема, необратима • Является основой разнообразия живых организмов и главным материалом эволюционного процесса (естественного отбора) • Бывает комбинативной и мутационной (иногда ещё выделяют соотносительную - коррелятивную)
11. НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ: КОМБИНАТИВНАЯ Обусловлена: • перекомбинацией генов при кроссинговере, • независимым расхождением а) хромосом и б) хроматид в анафазах мейоза – 1 и 2, • а также случайным сочетанием гамет при оплодотворении. При комбинативной изменчивости гены не меняются, просто возникают их новые комбинации (сочетания).
12. МУТАЦИЯ • Мутация (Гуго де Фриз) – стойкое изменение генома (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) • Мутагенез – процесс возникновения мутаций • Мутации возникают в ДНК • Мутации возникают внезапно, скачкообразно, под действием внутренних или внешних факторов • Это относительно редкие события (каждый ген ~1/10-6 человек) • Мутации наследуются, то есть устойчиво передаются из поколения в поколение (клеток) • Мутации ненаправленны и могут возникать повторно
13. МУТАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ • Мутации – это дискретные, редкие, случайные наследственные изменения • Мутации – это качественные изменения, которые возникают ненаправленно (спонтанно) и не образуют непрерывных рядов изменчивости (в отличие от модификаций) • Мутации чаще бывают рецессивными (проявляются в фенотипе только в гомозиготном состоянии) • Мутации чаще бывают вредными, редко – нейтральными или полезными • Одни и те же мутации в определённых условиях могут возникать неоднократно, накапливаясь в генофонде популяций
14. ВИДЫ МУТАЦИЙ • Доминантные/рецессивные • Спонтанные/индуцированные • Соматические/генеративные • Генные/хромосомные/геномные • Летальные/полулетальные/нейтральные/полезные
15. ГЕННЫЕ/ХРОМОСОМНЫЕ/ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ • Генные (точечные) мутации – изменения отдельных генов – замены, делеции (выпадения), инсерции (вставки), инверсии (перестановки) отдельных нуклеотидов. Могут приводить к замене отдельной аминокислоты (миссенс), появлению преждевременного стоп-кодона (нонсенс), или сдвигу рамки считывания (фреймшифт) • Хромосомные мутации – делеции (или дефишенси), дупликации, инверсии или транслокации участков хромосом, то есть групп генов • Геномные – изменения количества хромосом, кратные (3n, 4n - полиплоидия), или некратные (анеуплоидия – 2n+1, 2n-1)
16. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОДИФИКАЦИИ И МУТАЦИИ Признак Модификация Мутация Определение Закономерное изменение проявления генотипа под влиянием фактора внешней среды Случайное изменение генотипа под влиянием внешней или внутренней среды Форма изменчивости Ненаследственная Наследственная Особенности появления Групповая Индивидуальная Направленность Направленная, адекватна условиям среды Ненаправленная Характер возникновения Постепенный Скачкообразный Значение для организма Полезна, способствует выживанию организма Может быть вредной, полезной, нейтральной Значение для эволюции Обеспечивает приспособление организма к условиям внешней среды Предоставляет материал для естественного отбора
17. МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ • Экзогенные – физические, химические, биологические • Эндогенные – особенности строения гена, нарушение функции систем репарации, образование активных форм кислорода в процессе клеточного метаболизма
18. РЕПАРАЦИЯ • Способность клеток устранять повреждения в ДНК (до того, как они вызовут мутации)
20. СВОЙСТВА МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ • Универсальность • Ненаправленность • Отсутствие нижнего порога мутационного действия
21. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ: ВРОЖДЁННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ • Врождённые заболевания, или пороки развития – это отклонения от нормального строения организма, возникающие в процессе внутриутробного или, реже, послеродового развития • Причинами возникновения пороков развития служат разнообразные факторы –болезни матери при беременности (инфекции группы TORCH), курение и употребление алкоголя матерью, употребление тератогенных лекарств при беременности (талидомид) • Вышеперечисленные факторы могут приводить к грубым нарушения в структуре хромосом (хромосомные, геномные мутации), гипоксии плода, разнообразным дисгенезиям и агенезиям • Для постановки диагноза хромосомной болезни применяется цитогенетический метод
22. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ: НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ • Наследственные заболевания – заболевания, развитие и возникновение которых связано с дефектами в генетическом аппарате клеток, передаваемыми по наследству (через гаметы). • Наследственные заболевания могут быть генными или хромосомными. Генные заболевания возникают в результате генных мутаций, наследуются по всем законам генетики. Мутации могут быть доминантными, рецессивными, сцепленными с Х-хромосомой (гемофилия - Хh, дальтонизм - Xd)
23. ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА Человек как генетический объект имеет ряд особенностей, а именно: Особенности, затрудняющие проведение генетических исследований Особенности, облегчающие проведение генетических исследований • Невозможность направленных скрещиваний • Позднее половое созревание • Малочисленность потомства • Невозможность обеспечения одинаковых, строго контролируемых условий для развития потомков от разных браков • Сложный кариотип (много хромосом и групп сцепления) • Почти исчерпывающие сведения по анатомии и физиологии • Большое число мутаций • Многочисленность человеческой популяции
24. XXY X0 СИНДРОМЫ КЛЯЙНФЕЛЬТЕРА И ШЕРЕШЕВСКОГО- ТЕРНЕРА
25. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА, ИХ ПРИЧИНЫ, ПРОФИЛАКТИКА • Наследственные заболевания могут быть генетически обусловленными (болезнь Вильсона), либо человек может быть носителем некоторых аллелей, обусловливающих его наследственную предрасположенность к какому-либо заболеванию (семейная гиперхолестеринемия) • Наследственными заболеваниями человека занимается медицинская генетика
26. ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ • наследственное моногенное заболевание группы ферментопатий, связанное с нарушением метаболизма аминокислот, главным образом фенилаланина. При несоблюдении низкобелковой диеты сопровождается накоплением фенилаланина и его токсических продуктов, что приводит к тяжёлому поражению ЦНС, проявляющемуся, в частности, в виде нарушения умственного развития (фенилпировиноградной олигофрении). • В большинстве случаев заболевание связано с резким снижением или полным отсутствием активности печёночного фермента фенилаланин-4-гидроксилазы, который в норме катализирует превращение фенилаланина в тирозин • Вследствие метаболического блока активируются побочные пути обмена фенилаланина, и в организме происходит накопление его токсичных производных — фенилпировиноградной и фениломолочной кислот, которые в норме практически не образуются. Кроме того, образуются также почти полностью отсутствующие в норме фенилэтиламин и ортофенилацетат, избыток которых вызывает нарушение метаболизма липидов в головном мозге. • Лечение – диета. Диета исключает мясные, рыбные, молочные продукты и другие продукты, содержащие животный и, частично, растительный белок.
27. ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ • Нежелательность родственных браков («генетический груз», «бутылочное горлышко») • Нежелательность браков с носителями наследственных заболеваний • Забота о чистоте среды • Курение, употребление алкоголя, наркотиков будущим отцом или матерью повышают вероятность рождения ребёнка с наследственными и врождёнными патологиями
28. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ПРОРАБОТКА • Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический аппарат клетки • Защита среды от загрязнения мутагенами • Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на собственный организм
29. ДОМАШНЯЯ РАБОТА • 3902640 – онтогенез, генетика – 24 • 4641064 – клетка (25) • 4044037 - наследственность, изменчивость – 7 • 3901176 - наследственность, изменчивость – 8
30. ЗАДАНИЕ 26 № 11144 • Почему однояйцевые близнецы имеют одинаковый генотип?
31. ОТВЕТ • 1) В процессе дробления зиготы образуются первые бластомеры, • 2) первые клетки дробления организма (бластомеры) одинаковы, они отделяются друг от друга, • 3) из каждой развивается новый организм с одинаковым генотипом.
32. ЗАДАНИЕ 26 № 11371 • В чем проявляется значение мутаций для эволюции органического мира? Укажите не менее трёх значений.
33. ОТВЕТ • 1) мутации — материал для естественного отбора; • 2) особи с мутациями размножаются, в результате чего увеличивается генетическая неоднородность популяции; • 3) естественный отбор сохраняет особей с полезными мутациями, что приводит к совершенствованию приспособленности организмов или образованию новых видов.
34. ЧАРЛЬЗ ДАРВИН (1809-1882) • В 1859 году Дарвин опубликовал труд «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life) • Выделил естественный отбор как движущую силу эволюции; подразделял изменчивость на определённую и неопределённую
35. КАРЛ ЦИММЕР • Паразит – царь природы • Эволюция – триумф идеи • И все остальные книги
36. ВИДЫ МОДИФИКАЦИЙ • Морфологические модификации – модификации формы, структуры • Физиологические модификации – связаны с изменением характера работы систем органов • Поведенческие модификации (реакции) • Смешанные (сложные) модификации
37. ВИДЫ РЕПАРАЦИИ • Прямая – непосредственное устранение повреждения, например, снятие метильной группы, фоторепарация (фермент фотолиаза) • Эксцизионная: • Репарация вырезанием оснований – ДНК-гликозилазы узнают видоизменённые основания и вырезают их • Репарация вырезанием нуклеотидов: 1) Мультиферментный комплекс находит искажение цепи, 2) Вырезание эксцизионными гидролазами, 3) ДНК- полимеразы и лигазы заделывают бреши • Пострепликативная: • Гомологичная репарация – по второй хромосоме/хроматиде • Негомологичная репарация – простое сшивание разорванных концов
38. ОТ НОРМЫ РЕАКЦИИ К ЗАКОНУ ОПТИМУМА И ЕСТЕСТВЕННОМУ ОТБОРУ • Закон оптимума (в экологии) — любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы. • Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение. • Минимально и максимально переносимые значения фактора — это критические точки, за которыми организм гибнет • С точки зрения способности переносить изменения факторов виды могут быть эврибионтами – иметь широкую выносливость, либо стенобионтами – узкоспециализированными