Взаимодействие аллельных генов (полное домин, неполное доминирование, кодоминирование).

Стр 1 из 13Следующая ⇒

Гибридогенетический.2. Цитогенетический.3. Онтогенетический.4. Популяционный.5. Биохимический.6. Математический.7. Генетики соматических клеток.8. Близнецовый.9. Антропометрический.10. Генеалогический.

2.Моногибридное скрещивание.Закон единообразия гибридов первого поколения (Г. Мендель) и его цитологические основы.

Скрещивание,при к-м у родителей учитывается одна пара контрастных признаков, называется моногибридным. закон единообразия гибридов первого поколения или закон доминирования: «При скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по одному признаку,имеющему альтернативные проявления,наблюдается единообразие гибридов первого поколения по фенотипу и генотипу». Для него не существует условий,ограничивающих его действие.Объяснить цитологические основы закона можно, проанализировав поведение той пары хромосом, в которой расположен изучаемый ген,в процессах мейоза и оплодотворения.

3. Закон расщепления Г. Менделя и его цитологические основы. Правило «чистоты гамет». Анализирующее скрещивание и его значение .

Второй закон Менделя, или закон расщепления:«При скрещивании гетерозиготных орг-ов,анализируемых по одному признаку,имеющему альтернативные проявления, набл расщ по фенотипу в соотнош-ии 3:1 и по генотипу 1:2:1» Условия, ограничивающие закона:

1.любое взаимодействие аллельных генов, кроме полного доминирования;2.летальные и полулетальные гены;3.неравная вероятность образования гамет и зигот разных типов;4.неполная пенетрантность гена; 5. плейотропное действие генов - влияние одного гена на развитие двух и более признаков

Скрещивание формы с доминантным признаком с гомозиготной рецессивной называется анализирующим скрещиванием.Бэтсон сформулировал правило чистоты гамет,согласно которому явление расщепления основано на наследовании дискретных единиц – доминантных и рецессивных задатков,не смешивающихся в гетерозиготном организме и расходящихся «чистыми» при образовании гамет

4. Наследование признаков при ди- и полигибридных скрещиваниях. Закон независимого наследования признаков Г.Менделя. Математические формулы расщепления.

Скрещивание,при к-м родительские формы различаются по аллелям двух генов,носит название дигибридного.Гибриды,гетерозиготные по двум генам, называют дигетерозиготные. Т ретий закон Менделя – закон независимого наследования признаков, или независимого комбинирования аллельных генов: «При скрещивании гомозиготных организмов,анализируемых по 2-м признакам, имеющим альтернативные проявления,во втором поколении наблюдается независимое комбинирование признаков и соответствующих им генам разных аллельных пар».Условия, ограничивающие проявление закона:все разновидности взаимодействия неаллельных генов, кроме полного доминирования; - наличие сцепления генов.летальные и полулетальные гены;неравная вероятность образования гамет и зигот разных типов; - неполная пенетрантность гена;- плейотропное действие генов;

Множественный аллелизм, межаллельная комплементация.

Множественный аллелизм – это присутствие в генофонде вида одновременно различных аллелей гена, которые комбинируются в зиготах только попарно. Члены одной серии аллелей могут находиться в различных доминантно-рецессивных взаимоотношениях друг с другом. Межаллельная комплементация – редко, в этом случае в генотипе при определенном сочетании мутантных аллелей может восстановится нормальный фенотип.

Множественный аллелизм – когда ген представлен в генофонде более чем тремя аллелями. Аллель форма существования гена. Множество аллелей между собой могут вступать в разные взаимодействия и образовывать серии (полное, неполное доминирование).Обнаружение множественного аллелизма свидетельствует о большей функциональной лабильности гена.

А-белые

В-белые

А_В_-пурпурные

Р:ААвв х ааВВ

F ₁ :АаВв

Р:АаВв х АаВв

F ₂ :А_В_-пурпурные 9

А_вв-белые 3

ааВ_-белые 3

Аавв-белые 1

I -подавляет окраску

I -не подавляет окраску

С-окрашенное оперение

С-белое оперение

P :♀СС ii × ♂ ccII

G : Ci cI

F₁ CcIi

F ₂ _ _ I _ -белый 12

C _ ii -окрашен 3

ccii -белый 1

Клеточный цикл.

Клеточный цикл – период жизнедеятельности клетки от конца одного деления до конца следующего деления, включает интерфазу (до 90% кц) и деление. Интерфаза:1) G ₁ или пресинтетический (постмитотический); клетка растет, специализируется, происходят усиленные синтезы, выполнение специфических тканевых функций на протяжении всей интерфазы. Во время деления клетка эти функции выполнять перестает.2) S или синтетический; происходит репликация, т.е. самоудвоение ДНК.3) G ₂ или постсинтетический (премитотический).подготовка к делению, синтез необходимых белков.Митотический цикл – совокупность процессов по подготовке клетки к делению и процессов, протекающих во время деления.

Митоз – деление клетки, в результате которого из 1 исходной материнской клетки возникает 2 дочерние, полностью ей идентичные. Так делятся соматические клетки.Значение:1) точная передача наследственной информации;2) увеличение числа клеток,3)один из механизмов восстановления тканей.

Состоит из 2 этапов: деление ядра – карикинеза и деления цитоплазмы – цитокинеза. При митозе клетка приходит 5 стадий: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу,телофазу.Профаза.Хромосомы спирализуются и становятся видимыми.Они располагаются по всему ядру. Хромосома состоит из двух половинок – сестринских хроматид. Удвоение хромосом произошло в интерфазе В клетках животных еще в поздней телофазе или ранней интерфазе произошло удвоение центриолей.В профазе начинается расхождение центриолей. В профазе начинается расхождение центриолей к полюсам и образование ахроматинового аппарата Окончание характеризуется исчезновением ядрышек и оболочки ядра.Прометафаза. характеризуетс движением хромосом к экваториальной полости (меакинез).Метафаза. Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости, перпендикулярной оси веретена, образуют метафазную пластинку.

14.Мейоз как цитологическая основа образования гамет. Стадии мейоза. Значение мейоза.

Био значение мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом при наличии полового процесса.вследствие кроссинговера происходит рекомбинация – появление новых сочетаний наследственных задатков в хромосомах. Мейоз обеспечивает также комбинативную изменчивость – появление новых сочетаний наследственных задатков при дальнейшем оплодотворении.Мейоз I . Во время профазы I происходит коньюгация гомологичных хромосом и при этом осуществляется кроссинговер. В точке обмена образуется видимая в световой микроскоп крестообразная структура, которую наз хиазмой.По морфологии ядра и хромосом, наблюдаемой в световой микроскоп, профазу первого деления мейоза можно разделить на ряд стадий:1) лептотену (стадия тонких нитей);2) зиготену (стадия объединения нитей);3) пахитену (стадия толстых нитей);4) диплотену (стадия двойных нитей);5) диакинез Две центромеры,расходятся к полюсам кл - обр веретено деления.Метафаза I. С помощью микротрубочек гомологичные хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, образуя метафазную пластинку. Анафаза I. Сокращение микротрубочек приводит к расхождению гомологичных хромосом к противоположным полюсам клетки. Каждая хромосома все еще имеет сестринскую хроматиду, в отличие от митоза. Сама клетка удлиняется, готовясь к делению. Телофаза I. Деление завершается, когда хромосомы оказываются у полюсов клетки. Каждая дочерняя клетка содержит половину хромосомного набора, но каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Образуется ядерная оболочка, хромосомы опять раскручиваются, образуя хроматин. После этого деления практически сразу наступает следующее деление Мейоз II. За эту короткую интерфазу ДНК не удваивается. Мейоз II фактически повторяет митоз. Однако вследствие мейоза II образуются 4 гаплоидные клетки из двух гаплоидных, образованных в результате мейоза I.

15. Типы хромосомного определения пола. Регуляция и переопределение пола.

Выделят ряд типов хромосомного определения пола:1) у человека, млекопитающих, растений – гомогаметный женский пол, гетерогаметный – мужской: ♀ XX , ♂ XY ;2) у птиц, пресмыкающихся – ♀ XY , ♂ XX ; в этом случае обозначают Х→ Z , Y → W : ♀ ZW , ♂ ZZ ;3) у некоторых насекомых у мужского пола – одна хромосома, у женского – две: ♀ХХ, ♂Х0.Кроме того, существует еще гаплоидно-диплоидный тип определения пола. Встречается, например, у пчел, у которых самки развиваются из оплодотворенных яйцеклеток (2 n ), а самцы – из неоплодотворенных ( n ).

Сцеплено наследование – совместное наследование генов, расположенных в одной хромосоме. Одна хромосома – одна группа сцепления. Число различных групп сцепления в клетке равно гаплоидному набору хромосом в ней.

Такие бактерии растут в виде шероховатых колоний, обозначаемых буквой R (от англ. rough – «шероховатый»). Эти пневмококки не убивают мышей при инфицировании (из-за отсутствия капсульного полисахарида они фагоцитируются в организме животного). Но если мышей инфицируют бактериями R вместе с инактивированными нагреванием бактериями S (которые сами по себе для мышей не патогенны), животные погибают от пневмококковой инфекции. Ткани погибших животных содержат вирулентные бактерии S .

А.С. Серебровский и его сотрудники доказали протяженность и сложную структуру гена в работах по исследованию ступенчатого аллеломорфизма. Механизм ступенчатого аллелизма не расшифрован. Однако это исследование, показало, что ген не является 1 мутации, было первым прорывов в область сложной структуры гена.

С начала 40-х годов 20 в. начали публиковаться работы по проблеме так называемого «псевдоаллелизма». В них развиваются представления о сложной стр-ре гена. В работах К. Оливера, М. Грина, Е. Льюиса с дрозофилой были получены примеры рекомбинаций мутаций, которые в соответствии с функциональным тестом должны были считаться аллельными. Это противоречие между рекомбинационным и функциональным критериями аллелизма и породило термин «псевдоаллелизм».

28.

Концепция «один ген — один фермент», возникшая на основе идей Tatum и Beadle, может быть сформулирована следующим образом: 1. Все биологические процессы находятся под генетическим контролем. 2. Все биохимические процессы происходят в виде поэтапных реакций. 3. Каждая биохимическая реакция в конечном счете находится под контролем различных отдельных генов. 4. Мутация в определенном гене ведет к изменению способности клетки к осуществлению определенной химической реакции. С тех пор концепция «один ген — один фермент» несколько расширилась, и звучит теперь как «один ген — один белок». Кроме того, последние исследования свидетельствуют, что некоторые гены действуют в содружестве с другими, в результате чего образуются уникальные белки, т. е. некоторые гены могут кодировать более одного белка.

К 1944 г. Эйвери и его коллеги открыли трансформирующую активность ДНК у пневмококков. Эйвери, Маклеод и Маккарти показали, что при удалении белков, полисахаридов и РНК трансформация бактерий не нарушается, а при воздействии на индуцирующее вещество ферментом дезоксирибонуклеазой трансформирующая активность исчезает. В этих экспериментах впервые была продемонстрирована генетическая роль молекулы ДНК. В 1953 г. Уотсону и Крику удалось разгадать, как устроена молекула ДНК. Предложенная ими модель была основана на данных рентгеноструктурного анализа ДНК и учитывала правило эквивалентности Чарграффа. Дальнейшие исследования показали, каким образом относительно просто устроенная молекула справляется со своей генетической ролью. Оказалось, что ДНК передает наследственную информацию в матричных процессах репликации и транскрипции. Наличие же всего четырех азотистых оснований, которые в различных сочетаниях организованы в триплетные кодирующие единицы – кодоны, не ограничивает возможности выполнения этой молекулой своих генетических функций, поскольку различная последовательность оснований и их соотношение обеспечивают генетическое разнообразие видов и индивидуумов.

Процесс восстановления исходной нативной структуры ДНК называют репарацией ДНК, или генетической репарацией, а системы, участвующие в нем – репарационными. Репарация ДНК – один из важнейших генетических процессов в клетке, обеспечивающих ее жизнеспособность и сохранение вида в целом.

Эксцизионная репарация обеспечивает вырезание неверного или поврежденного нуклеотида/участка ДНК, последующую синтез застройку бреши и лигирование. Пострепликативная репарация осуществляется в тех случаях, когда повреждение доживает до фазы репликации (слишком много повреждений, или повреждение возникло непосредственно перед репликацией) или имеет такую природу, которая делает невозможным его исправление с помощью эксцизионной репарации (например, сшивка цепей ДНК).

33. Система рестрикции-модификации и ее биологическое значение .

В молекулах ДНК, полученных из разных источников, встречаются модифицированные основания, например, 5-метилцитозин, 6-метиламинопурин и др. Они не включаются в ДНК при репликации как таковые, а появляются в результате ферментативной модификации синтезируемых молекул, начиная со стадии фрагментов Оказаки. При этом модифицируются основания, занимающие определенное положение в молекуле. Эти реакции осуществляют ферменты, представляющие собой часть единой системы рестрикции-модификации. Модификация определенных оснований предохраняет ДНК от разрушения рестриктирующими эндонуклеазами, которые имеют сродство к тем же последовательностям нуклеотидов, что и ферменты модификации.

Система рестрикции-модификации – это своеобразный барьер, охраняющий клетку от включения в ее генетический материал чужеродных молекул ДНК. Возникновение мутантов, лишенных способности к рестрикции, открывает дополнительные возможности для изменчивости за счет ассимиляции клеткой чужеродной генетической информации.

34. Молекулярный механизм транскрипции у эукариот.

Инициация транскрипции начинается с присоединения σ-субъединицы к участку ДНК, который называется промотором, выполняющему функцию присоединения и ориентации РНК-полимеразы на матрице ДНК. Сам синтез РНК начинается за промотором на расстоянии 6-7- оснований и первый нуклеотид с 5’-конца подвергается модификации (метилированию гуанина), называемой кэпированием. Именно поэтому стартовая точка гена (первый нуклеотид) является кэп-сайтом. На данном этапе образуется инициаторный комплекс, в структуру которого входят специальные инициаторные белки (общие факторы транскрипции) помимо РНК-полимеразы.

Элонгация связана с отделением σ-субъединицы от транскрипционного комплекса, куда входят РНК-полимераза. ДНК-матрица и синтезирующая цепь РНК. РНК-полимераза локально расщепляет двойную спираль ДНК. Между новосинтезированной РНК и матричной ДНК образуются временные гибридные участки двойной спирали ДНК-РНК, включающие 15-20 пар нуклеотидов. Это способствует более точному считыванию цепи ДНК.

Терминация транскрипции РНК характеризуется взаимодействием белкового стоп-сигнала вблизи 3’-конца гена с РНК-полимеразой, что способствует замедлению транскрипции, а затем фермент катализирует синтез последовательности ААУААА, которая блокирует 3’-конец мРНК. Последующий синтез 15 нуклеотидов завершает работу РНК-полимеразы. При отделении транскрипта от матрицы экзонуклеаза отщепляет последние 15 нуклеотидов, а фермент поли(А)-полимераза способствует достраиванию к последовательности ААУААА около 150-200 полиадениловых нуклеотидов (полиА), которые необходимы для транспорта мРНК из ядра, так как в цитоплазме они отщепляются.

Сплайсинг РНК – это сложный двухступенчатый процесс, осуществляемый макромолекулярным комплексом (сплайсомой), в ходе которого из мРНК вырезаются интроны (вставки, не имеющие смыслового значения) и сшиваются экзоны (последовательности генов). Сплайсома состоит из пяти типов ядерных РНК и 50 типов белков. Она комплементарно соединяется на границе экзон-интрон. Вырезание интронов осуществляет РНК, а сшивание экзонов – РНК-лигазы.

35.Молекулярный механизм транскрипции у прокариот.

Между новосинтезированной РНК и матричной ДНК образуются временные гибридные участки двойной спирали ДНК-РНК, включающие 15-20 пар нуклеотидов. Это способствует более точному считыванию цепи ДНК. По мере движения фермента в направлении 5’-3’ вдоль цепи ДНК происходит отхождение цепи РНК и восстановление водородных связей между нуклеотидами ДНК.

Процессинг РНК или созревание связано с модификациями новосинтезированных РНК, сошедших с ДНК матрицы путем гидролиза или присоединением нуклеотидов к концевым группам или метилированием. Так, для мРНК модификации связаны с присоединением нуклеотидов (полиА) к 3’-концу и образованием кэпа путем присоединения 7-метилгуанозина на 5’-конце.

36. Процесс трансляции у эукариот.

Трансляция протекает в пять этапов:

Активация аминокислот . На этом этапе, который протекает не в рибосоме, а в цитозоле, каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к определенной тРНК, используя для этого энергию АТФ. Эти реакции катализируются группой требующих присутствия ионов магния активирующих ферментов, каждый из которых является специфическим по отношению к одной из аминокислот и к соответствующей этой аминокислоте тРНК.

Инициация полипептидной цепи . На этом этапе мРНК, содержащая информацию о данном полипептиде, связывается с малой (40 S ) субъединицей рибосомы, а затем и с инициирующей аминокислотой, прикрепленной к соответствующей тРНК (метионил-тРНК); в результате образуется инициирующий комплекс. тРНК, несущая инициирующую аминокислоту, взаимодействует по принципу комплементарности с находящимся в составе мРНК особым триплетом, или кодоном, который сигнализирует о начале полипептидной цепи (АУГ).

Осуществлению этого процесса, который требует присутствия ГТФ и ионов магния способствуют специфические факторы инициации ( eIF -1, eIF -2, eIF 2 A , eIF -3, eIF -4 A , eIF -4 B , eIF -4C, eIF -4 D и кэп-узнающий фактор).

Элонгация . Далее полипептидная цепь удлиняется за счет последовательного ковалентного присоединения аминоксилот, каждая из которых доставляется к рибосоме (80 S ) и встраивается в определенное положение с помощью соответствующей тРНК, образующей комплементарные пары с отвечающим ей кодонов в мРНК. Элонгация осуществляется при помощи факторов элонгации ( eEF -1 α , eEF -1 βγ и eEF 2). Для связывания каждой поступающей аминоацил-тРНК и для перемещения рибосомы вдоль мРНК на один кодон, т.е. для удлинения растущего полипептида на одно звено, затрачивается энергия, получаемая при гидролизе двух молекул ГТФ.

Терминация и высвобождение . После завершения синтеза полипептидной цепи, о котором сигнализирует терминирующий кодон мРНК (УАА, УАГ и УГА), происходит высвобождение полипептида из рибосомы при участии особых «рилизинг»-факторов, или факторов терминации ( eRF ).

Сворачивание полипептидной цепи и процессинг . Чтобы принять свою нативную биологически активную форму, полипептид должен свернуться, образуя при этом определенную пространственную конфигурацию. До или после сворачивания новосинтезированный полипептид может претерпевать процессинг, осуществляемый ферментами и заключающийся в удалении инициирующих аминокислот, в отщеплении лишних аминокислот, в отщеплении лишних аминокислотных остатков, во введении в определенные аминокислотные остатки фосфатных, метильных, карбоксильных и других групп, а также в присоединении олигосахаридов или простетических групп.

37. Процесс трансляции у прокариот.

Трансляция протекает в пять этапов:

Инициация полипептидной цепи . На этом этапе мРНК, содержащая информацию о данном полипептиде, связывается с малой (30 S ) субъединицей рибосомы, а затем и с инициирующей аминокислотой, прикрепленной к соответствующей тРНК ( N -формилметионил-тРНК); в результате образуется инициирующий комплекс. тРНК, несущая инициирующую аминокислоту, взаимодействует по принципу комплементарности с находящимся в составе мРНК особым триплетом, или кодоном, который сигнализирует о начале полипептидной цепи (АУГ).

Геном про- и эукариот.

У прокариот вся ДНК кодирующая, а для генома эукариот свойственна избыточность, т.е. для кодирования белков организма у некоторых видов доступно 1% ДНК, значит в этом случае 99% избыточности ДНК. У разных видов организмов количество избыточных ДНК различно. У человека область ДНК, кодирующей белки – 2% от общего генома, а кодирующая РНК – 20%.

Установлено, что избыточная ДНК:

У эукариот не установлено оперонной организации генов. Гены, определяющие синтез ферментов одной цепи биохимических реакций, могут быть рассеяны в геноме и не имеют как у прокариот единой регулирующей системы. В связи с этим у эукариот синтезируемые иРНК моноцистронные, т.е являются матрицами для синтеза отдельных полипептидных цепей. Регуляция транскрипции является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется многими генами-регуляторами.

У многих эукариотических генов, транскрибируемых РНК-полимеразой 2, имеется несколько областей, которые узнаются разными белковыми регуляторами. Одна из них – область, включающая ТАТА-блок. Установлено, что для успешного присоединения РНК-полимеразы 2 к промотору необходимо предварительное соединение с ТАТА-блоком особого белка (фактор транскрипции) с образованием стального транскрибирующего комплекса. Именно этот комплекс и узнается РНК-полимеразой 2. ТАТА-блок является неспецифическим регулятором активности.

Энхансеры – области ДНК, располагающиеся на большом расстоянии от регулируемого гена (сотни и тысячи п.н.). Они связываются с определенными белками-регуляторами, являются усилителями транскрипции. Глушители – области ДНК, расположенные в нескольких сотнях п.н. до или после регулируемого гена. Они выключают транскрипцию, изменяя структуру хроматин.

42. Генетический код и его характеристика

Генетический код – это система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, в последовательности чередования нуклеотидов в ДНК и РНК, образующих кодоны соответствующих аминокислот белка. Состоит из 64 кодонов, кодирующих 20 аминокислот, в т.ч. терминирующих кодонов. Генетический код – это совокупность всех кодонов, кодирующих аминокислоты белков.

Свойства генетического кода:

Помехоустойчивость – мутации замен нуклеотидов не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

43. Модификационная изменчивость.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость – изменения в организме, связанные с изменением фенотипа вследствие влияния окружающей среды и носящие, в большинстве случаев, адаптивный характер. Генотип при этом не изменяется. В целом современное понятие «адаптивные модификации» соответствует понятию «определенной изменчивости», которое ввел в науку Чарльз Дарвин.

Новые формы устойчивы.

Наиболее известная моносомия у человека носит название синдрома Шерешевского-Тернера: женщины с кариотипом 45,Х0 имеют только одну половую Х-хромосому. Гораздо чаще встречаются мозаики с кариотипом 46,ХХ/45,Х0.

Полисомия – избыточное число гомологичных хромосом на одну, реже – на большее число хромосом в наборе. Наличие одной дополнительной гомологичной хромосомы приводит к трисомии (2 n +1), двух – к тетрасомии (2 n +2).

48.Геномные мутации. Классификация и механизм их возникновения.

К этому классу мутаций относятся изменения кариотипа, выражающиеся в уменьшении/увеличении числа хромосомных наборов либо числа отдельных хромосом. Существует несколько типов геномных мутаций:

Развитее организма начинается с зиготы, содержащей диплоидное ядро. Затем зигота митотически делится, образуя множество клеток малого размера, содержащие дочерние ядра (клетки идентичны). Затем в ходе дальнейшего развития зародыша эти клетки дают начало различным специализированным типам клеток, в каждом из которых происходит экспрессия определенного набора генов. У многоклеточных организмов условно различают 2 типа клеток: зародышевые (бессмертные), обеспечивающие появление потомства, и соматические, судьба которых – погибнуть, не внеся вклад в последующие поколения. Только зародышевые клетки обладают тотипогенностью, т.е. способностью пройти все этапы развития и дать начало любому типу клеток. В соматических клетках в процессе развития происходит дифференциальная экспрессия генов. Т.е. можно сказать, что в основе формирования организма и его жизнедеятельности лежит регуляция действия генов.

50.Первичная дифференцировка цитоплазмы яйцеклетки до оплодотворения.

Главенствующая роль в онтогенезе принадлежит ядру, но роль цитоплазмы также значительна. Взаимодействия между компонентами цитоплазмы и ядром приводят к дерепрессии определенных генов. Их продукты в дальнейшем и определяют дальнейшее углубление различий между разными частями зародыша, т.е. дифференцировку. Возникающие различия порождают новые взаимодействия между соседними клеточными группами, которые вызывают дальнейшую дерепрессию новых генов, вследствие чего меняется спектр активных генов и, следовательно, генетическая программа на следующий отрезок развития. Таким образом, в ходе индивидуального развития первоначально репрессированный геном зиготы подвергается постепенной дерепрессии Причем в разных частях зародыша дерепрессируются разные группы генов. Набор активно функционирующих генов определяет своеобразие спектра белков, которые синтезируются в клетках, выполняющих разные функции. В процессе онтогенеза в клетках организма происходит смена активности функционирующих генов.

Таким образом, цитоплазма яйцеклетки отличается от цитоплазмы соматической клетки большим разнообразием белков, РНК и других компонентов. Разные участки цитоплазмы имеют разный химический состав и различные потенции. В области анимального полюса цитоплазма обладает потенциями эктодермы, в области вегетативного полюса – энтодермы, на экваторе – мезодермы.

Бовери указывал на то, что определенные участки цитоплазмы яйцеклетки содержат факторы, определяющие судьбу тех или иных дифференцирующихся клеток. В результате неодинакового распределения веществ в цитоплазме яйцеклетки при дроблении зиготы идет неравномерное распределение веществ в бластомеры. На этом основывается предположение, что цитоплазма принимает участие в регуляции активности генов. В цитоплазмы есть активаторы синтеза ДНК и репрессоры синтеза РНК, действующие независимо. У животных первичная морфологическая дифференцировка обусловлена структурой цитоплазмы яйца. Яйцеклетка дифференцирована еще до оплодотворения, поэтому некоторые исследователи предлагают считать началом онтогенеза не момент оплодотворения, а момент созревания яйца.

Развитие организма включает клеточную детерминацию и клеточную дифференцировку. Можно сказать, что развитие характеризуется сменой активности различных генов. Детерминация клеток предполагает развитие их в каком-то определенном направлении. Детерминация начинается в раннем эмбриогенезе и постепенно сужает число возможных превращений клеток до какого-то дифференцированного состояния. Детерминация соматических клеток зародыша, т.е. выбор ими определенного пути развития происходит принципиально иным путем, чем детерминация зародышевых клеток.

52. Стадии и критические периоды в развитии: феноплии и морфозы.

Фенокопии — изменение признака под влиянием внешних факторов в процессе его развития, зависящего от определенного генотипа, ведущего к копированию признаков, характерных для другого генотипа или его отдельных элементов. Такие изменения вызваны факторами внешней среды, однако их фенотип напоминает (копирует) проявление наследственных синдромов. Возникшие фенотипические модификации не наследуются (генотип не изменяется). Фенотипическая идентичность эффекта мутаций и фенокопии не всегда указывает на прямую связь между действием внешних условий и данной мутацией, т.к. развитие признака идет через ряд связанных между собой звеньев. Конечный фенотипический эффект может не зависеть от того, какое из звеньев цепи было выключено или изменено. Установлено, что возникновение фенокопий связано с влиянием внешних условий на определенную ограниченную стадию развития (воздействия до или после прохождения такой чувствительной фазы не приводят к развитию фенокопий). Более того, один и тот же агент в зависимости от того, на какую фазу он действует, может копировать разные мутации, или же одна стадия реагирует на один агент, другая на другой. Для вызывания одной и той же фенокопии могут быть использованы разные агенты, что указывает на отсутствие связи между результатом изменения и воздействующим фактором. Относительно легко воспроизводятся сложнейшие генетические нарушения развития, тогда как копировать признаки значительно труднее.

Примером проявления фенокопий могут служить заболевания, приводящие к кретинизму, которые могут обусловливаться наследственными и передовыми (в частности, отсутствием йода в рационе ребенка, независимо от его генотипа) факторами.

Морфозы — это изменения фенотипа вследствие реакции организма на факторы внешней среды, которым особи в нормальных условиях жизни подвергаются редко или вообще не подвергаются: обычно организм к таким воздействиям не адаптируется. Типичныеморфозы связаны с воздействием различных химических веществ (хемоморфозы) или радиацией (радиоморфозы). Модификации, в отличие от морфозов, являются адаптивными реакциями на внешние воздействия. Модификации не нарушают нормальной жизнедеятельности организма и отношений организма со средой.

Пример.шрамы (пример морфоза)

53. Нехромосомное наследование и его критерии.

Критериями неядерного наследования являются:

1) наследование по материнской линии, т.е. фенотип потомков всегда будет соответствовать фенотипу матери при нехромосомном наследовании;

2) отсутствие менделевских закономерностей в расщеплениях;

3) результаты реципрокных скрещиваний различны (если исключить сцепленное с полом наследование);

4) невозможность определить группу сцепления по кроссинговеру;

Т. Морган предлагал считать началом онтогенеза не момент оплодотворения , а созревание яйцеклетки. В неоплодотворенной яйцеклетке в цитоплазме уже содержится позиционная информация, которая играет решающую роль в процессе детерминации клеток будущего зародыша. Эта информация реализуется в результате экспрессии генов ооцита и питательных клеток материнского организма, окружающих ооцит. Продукты таких генов , поступающие до оплодотворения , получили название морфагены, а сами гены называют гены с «материнским эффектом»

Морфогены распределены в цитоплазме неравномерно. Процесс формирования гетерогенности цитоплазмы яйцеклетки в ходееё развития назыв. Оопластической сегрегацией. В результате формируются 3 градиента:

Анимально-вегетативный

Дорсовентральный

Терминальных структур.

Генетическая структура популяции – это определение соотношения в популяции фенотипов, генотипов, аллелей. Генетическая структура популяции в значительной степени зависит от типа размножения популяции.

Популяции самооплодотворяющихся организмов характеризуются высокой степенью гомозиготности. Т.е. им присуща генетическая однородность. Такие популяции, как правило, представлены чистыми линиями. Чистая линия – это группа особей, являющихся потомками одного самооплодотворяющегося организма. Гетерозиготность в таких популяциях поддерживается только за счет мутаций и она незначительна, поскольку мутирование – процесс редкий. Например, появилась гетерозиготность за счет того, что в одной из аллелей произошла мутация. Поскольку это самооплодотворение, и яйцеклетка, и сперматозоид будут нести одинаковые аллели. Следовательно:

в F ₁ – 50% гетерозигот;

в F ₂ – 25% гетерозигот;

в F ₃ – 12,5% гетерозигот и т.д.

Генетическая структура популяций, размножающихся бесполым путем, определяется генетической структурой исходных родительских особей данной популяции.

Популяции перекрестно оплодотворяющихся организмов характеризуются высокой степенью генетической неоднородности, т.е. в таких популяциях значительное число генов представлено двумя или более аллелями. Такие популяции называются менделеевскими, или панмиктическими (при условии, что особи популяции имеют возможность свободно скрещиваться друг с другом). Панмиксия – это свободное скрещивание. Разнообразие генов панмиктической популяции – это результат мутационной и комбинативной изменчивости.

58.Генетическое равновесие в панмиктической популяции (закон Харди -Вайнберга).

«В значительной по численности панмиктической популяции, на которую не влияют факторы, способные изменить ее генетическую структуру, соотношения фенотипов, генотипов и аллелей есть величина постоянная».

Обозначим через р частоту доминантной аллели, а через q – частоту рецессивной аллели. Если исходить из предположения, что в популяции осуществляется свободное скрещивание, то тогда равновероятно сочетание гамет разных типов популяции. В результате получим:

♂ ♀	pA	qa
pA	p ² AA	pqAa
qa	pqAa	q ² aa

p ² AA + 2 pqAa + q ² aa = 1 => ( pA + qa )² = 1

Закон Харди-Вайнберга применим при следующих условиях (т.е. имеет ряд ограничений):

- высокая численность особей в популяции;

- панмиксия;

- отсутствие факторов генетической динамики структуры популяции: отбор мутации, поток генов, дрейф генов, изоляция).

Поскольку таких идеальных популяций в природе не существует, то закон Харди-Вайнберга применяют обычно для определения генетической структуры популяции в конкретный момент ее существования.

Например: 1) если анализировать не один ген, а несколько, то формула выглядит следующим образом:

( p ² AA + 2 pqAa + q ² aa )*( p ² BB + 2 pqBb + q ² bb )*… = 1

2) для генов, локализованных в Х-хромосоме – следующая модификация уравнения: ♀ ½ p ² AA + pqAa + ½ q ² aa

♂ ½ pA + ½ qa = 1.

Генеалогический метод

Наиболее фундаментальный и самый старый метод генетики человека – генеалогический анализ, или метод анализа родословных. Цель генеалогического анализа – дать заключение о наследственной обусловленности признака.

Популяционный метод

Заключается в определении частоты встречаемости генов и генотипов в популяции. Близнецовый метод

Близнецовый метод позволяет делать обоснованные заключения о роли наследственности и среды в определении тех или иных признаков человека, сравнивая степень сходства и различия по ряду признаков у близнецов разного типа.

Биохимический метод

Цитогенетический метод

Кариотип человека.

Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т.д.) полного набора хромосом, присущий клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы).

У человека нормальный кариотип состоит из 46 хромосом.

Внешний вид хромосом существенно меняется в течение клеточного цикла: в течение интерфазы хромосомы локализованы в ядре, как правило, деспирализованы и труднодоступны для наблюдения, поэтому для определения кариотипа используются клетки в одной из стадий их деления — метафазе митоза.

Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток, для определения человеческого кариотипа используется либо одноядерные лейкоциты, извлечённые из пробы крови, деление которых провоцируется добавлением митогенов, либо культуры клеток, интенсивно делящихся в норме (фибробласты кожи, клетки костного мозга). Обогащение популяции клеточной культуры производится остановкой деления клеток на стадии метафазы митоза добавлением колхицина — алкалоида, блокирующего образование микротрубочек и «растягивание» хромосом к полюсам деления клетки и препятствующего тем самым завершению митоза.

Болезни, этиологическими факторами при которых являются средовые влияния, однако частота возникновения и тяжесть течения болезней зависят от наследственной предрасположенности. К таким болезням относятся атеросклероз, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь, псориаз и др.

3. Болезни, в происхождении которых наследственность не играет роли. Это, например, травмы, ожоги, инфекционные болезни. Генетические факторы в этом случае могут влиять только на течение патологических процессов (скорость регенерации, выздоровления, компенсации функций).

Наследственные болезни. Геномные, хромосомные и генные мутации.

Заболевания, обусловленные изменениями числа и структуры хромосом (геномные и хромосомные мутации соответственно), называются хромосомными болезнями. При хромосомных болезнях нарушается сбалансированность набора генов и наблюдаются отклонения от нормального развития организма. Это приводит к внутриутробной гибели эмбрионов и плодов, врожденным порокам развития и другим клиническим проявлениям. Чем больше хромосомного материала вовлечено в мутацию, тем раньше проявляется заболевание и тем значительнее нарушения в физическом и психическом развитии индивидуума.

Заболевания, обусловленные изменениями структуры молекулы ДНК (генные мутации), называются генными болезнями.
63. Генные наследственные болезни.

Генные болезни – разнородная по клиническим проявлениям группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне. Основой для объединения их в одну группу служат этиологическая генетическая характеристика и, соответственно, закономерности наследования в семьях и популяциях.

Нейрофиброматоз (болезнь Реклингхаузена) – тяжелая многосистемная болезнь с аутосомно- доминантным типом наследования. Наиболее тяжело поражается нервная система, поэтому болезнь считают неврологической.

Миотоническая дистрофия (болезнь Штейнера, дистрофическая миотония) – аутосомно-доминантное многосистемное заболевание, характеризующееся сильно вариабельной экспрессией гена (клиническим полиморфизмом) у обоих полов по началу заболевания и тяжести течения.

Синдром Марфана – наследственная аутосомно-доминантная болезнь соединительно ткани. Клинический полиморфизм выражен очень ярко, а причины его не ясны. С увеличением возраста отца (особенно после 35 лет) повышается вероятность рождения ребенка с синдромом Морфана.

Фенилкетонурия – аутосомно-рецессивная болезнь аминокислотного обмена. Муковисцидоз (кистозный фиброз) – аутосомно-рецессивная болезнь, в основе патогенеза которой лежит нарушение транспорта ионов хлора и натрия через клеточные мембраны. Адреногенитальный синдром (врожденная вирилизующая гиперплазия коры надпочечников) относится к группе наследственных нарушений биосинтеза стероидных гормонов. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Хромосомные болезни – большая группа врожденных наследственных болезней, клинически характеризующихся множественными врожденными пороками развития. В их основе лежат хромосомные или геномные мутации. Эти два разных типа мутаций для краткости объединяют общим термином «хромосомные аномалии».

Синдром Дауна , трисомия 21, - наиболее изученная хромосомная болезнь. Частота синдрома Дауна среди новорожденных равна 1:700-1:800. Частота рождения детей с синдромом Дауна зависит от возраста матери и в меньшей мере от возраста отца.

Синдром Патау (трисомия 13) выделен в самостоятельную нозологическую форму в 1960 г. в результате генетического исследования, проведенного у детей с врожденными пороками развития. Частота синдрома Патау среди новорожденных равна 1:5000-1:7000. Синдром Эдвардса (трисомия 18) почти во всех случаях обусловлен простой трисомной формой (гаметическая мутация у одного из родителей). Частота синдрома Эдвардса составляет 1:5000-1:7000 новорожденных. Соотношение мальчиков и девочек равно 1:3. Причины преобладания больных девочек пока неясны.

Синдром Клайнфельтера включает в себя случаи полисомии по половым хромосомам, при которых имеется не менее двух Х-хромосом и не менее одной Y -хромосомы. Наиболее часто встречающийся и типичный по клинической картине синдром – синдром Клайнфельтера с набором 47, XXY . Этот синдром (в полном и мозаичном варианте) встречается с частотой 1:500-1:750 новорожденных мальчиков.

Синдром дисомии по Y -хромосоме (47, XYY ) встречается с частотой 1:1000 новорожденных мальчиков. Большинство мужчин с таким набором хромосом не отличаются от нормальных индивидов по физическому и умственному развитию. Не исключены некоторые особенности поведения таких лиц: при соответствующих условиях они склонны к агрессивным и даже криминальным поступкам.

Синдром Шерешевского-Тернера (45,Х) – единственная форма моносомии у живорожденных. Частота синдрома среди новорожденных девочек 1:2000-1:5000.

Синдром кошачьего крика – частичная моносомия по коротком плечу хромосомы 5 (5р-). Цитогенетически в большинстве случаев выявляется делеция с утратой от 1/3 до 1/2 длины короткого плеча хромосомы 5. Потеря всего короткого плеча или, наоборот, незначительного участка встречается редко.

Синдром Вольфа-Хиршхорна (частичная моносомия 4р-) – синдром, обусловленный делецией сегмента короткого плеча хромосомы 4. Клинически характеризуется многочисленными врожденными пороками с последующей задержкой физического и психомоторного развития.

Синдром частичной трисомии по короткому плечу хромосомы 9 (9р+) – наиболее частая форма частичных трисомий, четко клинически выраженный синдром. Клинические проявления синдрома однотипны при разных цитогенетических вариантах, что вполне объяснимо, поскольку во всех случаях имеется тройной набор генов части короткого плеча хромосомы 9.

Болезни с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом при провоцирующем действии факторов среды. Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную или моногенную структуру.

Моногенная наследственная предрасположенность определяется одним геном, т.е. связана с патологической мутацией данного гена, но для патологического проявления мутации требуется обязательное действие внешнесредового фактора (как правило, не одного, а нескольких), который обычно точно идентифицируется и по отношения к данной болезни может рассматриваться как специфический.

Примеры моногенных заболеваний:

- недостаточность альфа1-антитрипсина: у гомозигот по мутантному аллелю (PiZZ) альфа1 -антитрипсина в условиях пылевого загрязнения стремительно развиваются хронический воспалительный процесс и эмфизема лёгких;

- непереносимость лактозы: при мутантной форме гена лактазы употребление молока приводит к развитию кишечного дискомфорта и поноса;

- у гомозигот по мутантному аллелю гена, регулирующего реакцию ацетилирования изониазида, стандартная доза этого препарата вызывает поражение периферических нервов, которое проявляется невритами.

Полигенная наследственная предрасположенность определяется сочетанием аллелей нескольких генов. Каждый аллель в отдельности скорее нормальный, чем патологический. Предрасполагает к болезням определенная их комбинация. Идентификация этих генов и их аллелей весьма затруднена. Свой патологический потенциал они проявляют вместе с комплексом внешнесредовых факторов. Это мультифакториальные болезни Соотносительная роль генетических и средовых факторов различна не только для данной болезни, но и для каждого больного.

Полигенные болезни с наследственным предрасположением составляют большую часть хронических неинфекционных болезней, разнообразную по нозологическим формам. В качестве примера приведены следующие основные формы:

Генотерапия.

Генотерапия — совокупность генноинженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Это новая и бурно развивающаяся область, ориентированная на исправление дефектов, вызванных мутациями (изменениями) в структуре ДНК, или придания клеткам новых функций.

Существует два типа генотерапии: заместительная и корректирующая. Заместительная генотерапия заключается во вводе в клетку неповрежденного гена. Внесенная копия заменит по функциям сохранившийся в геноме больного дефектный ген.

Методы селекции.

Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.

Технология рекомбинантных ДНК использует след методы:

· специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

· быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

· конструирование рекомбинантной ДНК;

· гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью;

· клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

Биотехнология.

Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Клеточная инженерия.

Это совокупность методов, используемых для конструирования новых клеток. Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранных средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточных ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов.

Преимущество клеточной инженерии в том, что она позволяет экспериментировать с клетками, а не с целыми организмами. Последнее гораздо сложнее, а иногда и невозможно, особенно в случае млекопитающих животных и человека или при получении отдалённых гибридов. Методы клеточной инженерии в медицине, сельском хозяйстве или биотехнологии часто применяют в сочетании с генной инженерией. при получении отдалённых гибридов. Методы клеточной инженерии в медицине, сельском хозяйстве или биотехнологии часто применяют в сочетании с генной инженерией.

Применение трансгенных растений может оказаться перспективным для нетрадиционных способов терапии диабета. Так, иммунизация мышей, больных диабетом, глутаматдекарбоксилазой, полученной из трансгенного томата, тормозила развитие диабета.

ТРАНСГЕ́ННЫЕ ЖИВО́ТНЫЕ, экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК (трансген), которая передается по наследству по законам Менделя. Получение трансгенных животных осуществляется с помощью переноса клонированных генов (ДНК) в ядра оплодотворенных яйцеклеток (зигот) или эмбриональных стволовых (плюрипотентных) клеток. Затем в репродуктивные органы реципиентной самки пересаживают модифицированные зиготы или яйцеклетки, у которых собственное ядро заменено на модифицированное ядро эмбриональных стволовых клеток, либо бластоцисты (эмбрионы), содержащие чужеродную ДНК эмбриональных стволовых клеток. Имеются отдельные сообщения об использовании спермиев для создания трансгенных животных, однако этот прием пока не получил широкого распространения.

Взаимодействие аллельных генов (полное домин, неполное доминирование, кодоминирование).

Аллельными называют гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом.К взаимодействиям аллельных генов относят:полное доминирование;неполное доминирование;кодоминирование.При полном доминировании один аллельный ген полностью исключает проявление другого. Фенотип гетерозиготы при этом будет доминантным, в F ₂ расщепление по фенотипу 3:1, по генотипу – 1:2:1. Например – окраска семян горошка.При неполном доминировании один аллельный ген частично исключает проявление другого. В этом случае фенотип гетерозиготы будет промежуточным между фенотипами родителей, поэтому неполное доминирование называют еще промежуточным наследованием. В F ₂ расщепление по фенотипу и генотипу совпадает 1:2:1. Например – окраска цветка у ночной красавицы. F ₂ : AA красные,2 Aa розовые,аа бел.При кодоминировании не один из аллельных генов не доминируют и оба проявляются в фенотипе особи (группы крови человека по системе АВ0):

I^AI^BI ⁰

I^A доминирует над I ⁰

I^B доминирует над I ⁰

I^A и I^B не доминируют друг над другом.

I(0) J⁰J⁰

II(A) J^AJ^A, J^AJ⁰

III(B) J^BJ^B, J^BJ⁰

IV(AB) J^AJ^B

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 198; Нарушение авторского права страницы