Практична робота № 3
Тема: Спадковість та мінливість організмів. Методи дослідження спадковості людини.
Мета: Засвоїти особливості морфологічних змін, форми спадкової мінливості та причини їх виникнення, методи, дослідження спадковості людини.
Знати: Особливості модифікаційної мінливості, форми спадкової мінливості, властивості і класифікацію мутацій, типи успадкування ознак, метод складання родоводів, метод вивчення каріотипу людини, явище конкордантності та дискордантності, Закон Харді-Вайнберга, загальні показники шкірних узорів.
Вміти: Відрізняти мутаційну мінливість від модифікаційної, визначати типи мутацій за каріотипом людини, складати родоводи, проводити їх аналіз, виявляти зміни кількості хромосом на основні аналізу каріограм, визначати за допомогою методу близнят вплив спадковості та довкілля на формування ознак і захворювань, застосовувати формулу Харді-Вайнберга при визначенні структури популяцій, використовувати значення показників шкірних узорів пальців долонь у діагностиці спадкових хвороб.
Обладнання та оснащення
Таблиці:
«Генеологічний метод»,
«Близнюковий метод»,
«Цитогенетичний метод»,
«Генетика клітинних популяцій»,
«Схема нормального хромосомного набору».
Роздавальний матеріал: умови задач для складання родоводів Н.О. Саляк « Практикум з медичної біології».
1) Спадковість та мінливість
Теоретичне обґрунтування
Мінливість – це притаманна всім живим організмам властивість набувати нових ознак. Мінливість зумовлює різноманітність і неповторність живих організмів. Модифікаційна мінливість розкриває процес взаємодії генотипу і навколишнього середовища при формуванні ознак. Людина завдяки модифікаційній мінливості може сприяти розвитку бажаних для себе ознак.
Генотипова, або спадкова, мінливість пов’язана зі змінами генетичних структур організму – хромосом і генів. Вона зумовлює різноманітність живих організмів, створює матеріал для еволюції. Розрізняють дві форми генотипової мінливості : комбінативну та мутаційну.
Комбінативна мінливість виникає внаслідок пере комбінації генів, які передаються від батьків до нащадків. Перекомбінація генів призводить до утворення різних генотипів, але самі гени при цьому не змінюються. Комбінативна мінливість зумовлює різноманітність організмів, їх генотипові індивідуальність та неповторність.
Мутаційна мінливість – це зміни генетичних структур: генів, хромосом, геному. Генетичні зміни називають мутаціями.
Класифікація мутацій:
За характером прояву мутації бувають домінантні та рецесивні.
За місцем виникнення мутації поділяють на соматичні та генеративні. Соматичні мутації виникають у соматичних клітинах, обмежуються організмом, в якому вони виникли. Генеративні мутації виникають у гаметах або в клітинах, з яких формуються гамети. Генеративні мутації при статевому розмноженні передаються нащадкам.
За характером змін спадкового матеріалу мутації поділяють на генні, геномні, хромосомні.
Генні, або точкові, мутації виникають унаслідок молекулярних змін ДНК і як наслідок, зумовлюють зміни в будові та функціях білків. Генні мутації можуть бути домінантними, рецесивними, субдомінантними.
Хромосомні мутації пов’язані зі зміною структури хромосом. Зміни в будові хромосом називають абераціями.
Геномні мутації зумовлені зміною кількості хромосом. До них належать поліплоїдія – кратне збільшення галоїдного набору хромосом та гетероплоїдія – збільшення або зменшення набору хромосом на певне число. Виникають геномні мутації внаслідок порушення розходження гомологічних хромосом під час мейозу. В гаметах набір хромосом збільшується або зменшується і в результаті запліднення в зиготі опиняється змінений набір хромосом. Геномні та хромосомні мутації є причиною хромосомних хвороб. Причиною мутацій є вплив на генетичний матеріал певних речовин, які проникають у клітини і зумовлюють зміни хромосом або генів. Ці речовини називають мутагенами.
Хід заняття
Завдання 1. Скласти схему класифікацій мутації за характером змін спадкового матеріалу, за місцем виникнення, за характером прояву, за значенням. Розглянути малюнки поліплоїдів у рослин і генних мутацій на прикладі серпоподібноклітинної анемії.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 2. Розв’язати ситуаційні завдання:
1. У новонародженого спостерігається алкогольний синдром плода. До якого виду мінливості належить захворювання дитини? Чи можна очікувати алкогольний синдром у внуків матері новонародженої дитини?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. В учасників ліквідації Чорнобильської аварії спостерігається променева хвороба. Прикладом якої мінливості є це захворювання?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Які з перелічених нижче захворювань людини є прикладом модифікаційної мінливості : а) цинга; б) альбінізм; в) ангіна; г) дальтонізм; д) грип; е) рахіт; є) синдром Дауна?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 3. Розв’язати ситуаційні завдання:
1. У гемоглобіні Цюрих відбулося заміщення амінокислоти гістидину на аргінін. Який тип мутацій мав місце?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. У каріотипі дитини виявили не дві, а три хромосоми 13-ї пари. Визначити тип мутації та пояснити механізм виникнення змін кількості хромосом у дитини.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Мати і батько здорові. Методом амніоцентезу виявлено, що плід має 45 (х0) хромосом. Який тип мутацій у плода?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. У жінки, яка працює на хімічному виробництві, в шкірі виявлено клітини із 47 хромосомами. Який тип мутацій у жінки? Чи може успадкуватися ця мутація?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Ділянка 21-ї хромосоми перемістилася на 15-ту. Який тип мутації відбувся? Навести приклад захворювання, що є наслідком такої перебудови хромосом.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Методи дослідження спадковості людини.
Теоретичне обґрунтування.
Генеалогічний метод
Генеалогічний метод запропонував англійський учений Ф. Гальтон для вивчення розумових здібностей людини.
Широкого застосування генеалогічний метод набув для встановлення спадкового характеру моно генних захворювань, типу їх успадкування, а також для визначення ймовірності прояву ознаки чи хвороби в нащадків пробанда. Генеалогічний метод складається з таких станів : збирання анамнезу, складання родоводу, генеалогічного аналізу, встановлення типу успадкування, визначення ймовірності прояву ознаки чи хвороби в поколінні пробанда.
Після складання родоводу до нього додають письмове пояснення – легенду. В легенді надається інформація про членів сім’ї пробанда, близьких і далеких його родичів (здорових, хворих, мертвонароджених, викиднів).
Наступним етапом є аналіз родоводів. Під час аналізу родоводу встановлюють тип успадкування ознак і хвороб, генотипи пробанда та членів роду.
Якщо в родоводі хворими є представники тільки однієї статі, це свідчить про успадкування, зчеплене зі статтю.
Знаючи тип успадкування, можна визначити генотипи пробанда та деяких членів роду. За генотипом пробанда та його дружини можна визначити ймовірність прояву хвороби у їхніх дітей.
Цитогенетичний метод
Цитогенетичний метод дає можливість вивчити структуру та кількість хромосом людини. Каріотип – це набір хромосом у соматичних клітинах. Різні види організмів мають притаманні їм каріотипи. Каріотип характеризується певною кількістю, розміром та формою хромосом. Основними методами цитогенетики є аналіз каріотипів і визначення статевого хроматину.
Для визначення каріотипу людини досліджують культуру лімфоцитів периферійної крові, клітини кісткового мозку та шкіри, а також фібробласти.
Останнім часом усі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів диференціального забарвлення хромосом, які дають змогу відрізнити кожну пару хромосом. Завдяки диференціальному забарвленню хромосом можна виявити незначні зміни в їхній структурі : делецію, транслокацію.
Для швидкого виявлення змін у кількості статевих хромосом досліджують статевий хроматин в інтерфазних епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини.
Статевий хроматин – це одна з двох Х-хромосом. Вона спіральзована і має назву тільця Барра. В нормі у жінок є одне тільце Барра, у чоловіків його немає. Статевий хроматин виявляється також у нейтрофільних лейкоцитах у вигляді відростків ядра – «барабанних паличок», які є тільки в жінок. Зі збільшенням кількості Х-хромосом зростає кількість тілець Барра. Їх кількість на одиницю менша, ніж кількість Х-хромосом.
Для виявлення Y-хромосоми використовують метод люмінесцентної мікроскопії. В мазках епітеліальних клітин після фарбування акрихіновими барвниками в період інтерфази Y-хромосома світиться зеленим сяйвом. В ядрі епітеліальних клітин чоловіка виявляється одна ділянка флуоресценції, у випадку дисомії Y-дві. У здорових чоловіків тілець Барра немає. Цитогенетичний аналіз дає можливість діагностувати хромосомні хвороби, виявляти складні перебудови хромосом і хромосомний поліморфізм.
Дослідження статевого хроматину використовується як бліц-метож для встановлення кількості статевих хромосом.
Метод близнят
Дослідження близнят – один із методів генетики людини для визначення ролі спадковості та навколишнього середовища в розвитку психічних властивостей людини. Найбільшої популярності цей метод набув, коли стало можливим диференціювати моно- та дизиготних близнят. Монозиготні близнята розвиваються з однієї зиготи внаслідок поділу її на два бластомери. Дизиготні близнята з’являються внаслідок одночасного запліднення двох яйцекліток.
Якщо ознака проявляється в обох близнят, їх називають конкордатними за цією ознакою, а якщо лише в одного – дискордантними.
В основі методу близнят лежить порівняльне вивчення моно- та дизиготних близнят. Монозиготні близнята генетично ідентичні, тому відмінності в їхніх фенотипах пояснюються впливом зовнішнього середовища.
Метод близнят дає змогу кількісно оцінити вплив спадкових факторів і середовища на прояв ознак людини
Популяційно – статистичний метод
Популяційно – статистичний метод дає можливість визначати частоти алелів і генотипів, прогнозувати прояву захворювання в наступних поколінняї і планувати профілактичні заходи.
Для дослідження генетичної структури популяції використовують закон Гарді – Вайнберга, згідно з яким частоти алелів і генотипів у популяції, що передаються з покоління в покоління, є сталими.
У популяційній генетиці цей закон використовується для визначення частот патологічних алелів. Це можливо тому, що в панміксичних популяціяї, які існують довгий час, відбувається відтік патологічних генів у процесі природного добору і одночасно з’являються такі самі гени в процесі мутацій.
Згідно з цим законом частоти домінантного алеля А і рецесивного алеля а дорівнюють одиниці (p + q = 1). Співвідношення генотипів виражається формулою
(p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1,
що відповідає
АА + 2Аа +аа = 1
де р2 – частота гомозигот за домінантним алелем (АА); q2 – частота гомозигот за рецесивним алелем (аа); 2pq – частота гетерозигот (Аа).
Якщо відома частота осіб гомозиготних за рецесивним алелем у популяції, то можна підрахувати частоти домінантних алелів, а також генотипів АА та гетерозигот аа.
Якщо
частота гомозиготних особин за рецесивним
геном (аа) становить 36%,
то частота рецесивного алеля q
= 
= 0,6.
Частота домінантного алеля р = 1 – q, тобто р = 1 – 0,6 = 0,4
Частота гомозиготних собин за домінантним алелем дорівнює р2 = =(0,4)2 = 0,16.
Частота гетерозигот (Аа) у популяції дорівнює 2pq. 2pq = 2 * 0,4 x 0,6 = =0,48.
Структура популяції: частота гомозигот за рецесивним геном становить 36%, частота гетерозигот – 48% і частота гомозигот за домінантним геном – 16%.
Метод дерматогліфіки
Дермотогліфіка – це наука, яка вивчає шкірні узори на пальцях, долонях, підошвах людини.
Шкіряний рельєф починає закладатися з ектодерми на 6-19-му тижні розвитку зародка і закінчує на 5-6-му місяці. Він не змінюється впродовж життя та є індивідуальним.
Хід заняття
Завдання 1. За анамнезом скласти родовід, визначити тип успадкування, генотипи всіх членів роду та ймовірність прояву ознаки в нащадків пробанда.
Пробанд і два його брати хворіють на нічну сліпоту. По лінії батька хворих на нічну сліпоту не було. Мати пробанда хвора. Дав сестри та два брати матері про банда здорові, їхні діти також здорові. По материнській лінії бабуся та її сестра хворі, дід здоровий і брат бабусі здоровий. Прадід (батько бабусі) хворий, його сестра та брат хворі. Прапрадід і його брат хворі. Брат мав хвору дочку та двох хворих синів. Жінка пробанда та її родичі здорові. Визначити ймовірність народження хворих дітей у сім’ї пробанда.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 2. Розглянути мікропрепарати каріотипу людини в нормі. Замалювати в робочі зошити каріотип людини, ідентифікувати хромосоми згідно з Денверською класифікацією.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 3. Відповісти на питання, розв’язати ситуаційну задачу.
1) Які мутації відбилися, якщо в каріотипі виявлено:
а) 92 хромосоми;
б) 45 хромосом, одна У-хромосома;
в) 45 хромосом, одна хромосома 5 – ї пари;
г) 47 хромосом;
д) 69 хромосом;
е) 44 хромосоми, відсутня 1-а пара хромосом?
___________________________________________________________________
2) Який набір статевих хромосом у чоловіків, якщо в ядрах епітелію слизової оболонки є зерна Х-статевого хроматину:
а) дві;
б) одна;
в) три;
г) не виявлено?
________________________________________________________________________
3) Який набір статевих хромосом у жінки, якщо в ядрах епітелію буккальних мазків є тільця Барра:
а) два;
б) одне;
в) три;
г) не виявлено?
________________________________________________________________________
4) Скільки тілець Барра має бути в клітинах хворих із синдромом:
а) Паттау;
б) Шерешевського – Тернера;
в) Трипло – Х;
г) Клайнфелтера?
________________________________________________________________________
5) Яка кількість У-хромосом у чоловіків, якщо в ядрах соматичних клітин містяться зони люмінесценції:
а) одна;
б) дві;
в) три?
________________________________________________________________________
6) До медико-генетичної консультації звернувся чоловік з приводу безпліддя. В ядрах більшості клітин епітелію слизової оболонки ротової порожнини виявлено одне тільце Барра. Яка хвороба в чоловіка? Яка цитологічна причина її виникнення?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 4. Розв’язати ситуаційні задачі.
1) Що характеризує конкордатність:
а) схожість за фенотипом;
б) відмінність за фенотипом;
в) схожість генотипів;
г) відмінність генотипів;
д) подібність фенотипів і генотипів?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Один з двох близнят здоровий, а другий страждає на гемофілію. Визначити зиготність близнят, якщо батьки здорові. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3) Обстеження двох близнят показало, що вони мають одну плаценту, один аміон, конкордатні за кольором очей і кольором волосся. Обидва партнери мають резус – плюс в І (0) групу крові за системою АВО. Визначити зиготність близнят. Які дослідження потрібно провести для точної діагностики зиготності? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4) Обстеження двох близнят показало, що вони мають різні плаценти, амніотичні оболонки, обидва мають групу крові резус – мінус, дівчина – ІІ (А) групу крові, хлопчик – ІІІ (В) групу. Визначити зиготність близнят.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 5. Розв’язати ситуаційні задачі.
1) У популяції частота домінантного алеля (А) становить 0,3, рецесивного (а) – 0,7. Визначити частоту генотипів АА,Аа і аа за умови, що популяція перебуває в стані рівноваги.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Популяція складається з 64 % гомозигот АА, 4 5 гомозигот аа, 32 % гетерозигот Аа. Визначити частоту алелів А і а.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Завдання 6. Відповісти на питання.
1) У людини серпоподібно клітинна анемія. Чи спостерігаються зміни у шкірних узорах?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Які зміни шкірних узорів відбуваються в осіб із хворобою Дауна?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3) Які дерматогліфічні зміни відбуваються в осіб із синдромом Клайнфелтера?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4) Які зміни шкірних узорів виникають в осіб із синдромом Шерешевського – Тернера?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Висновок:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________