46. Модификационная изменчивость. Вариационно-статистический метод изучения модификационной изменчивости.

Модификационная изменчивость (= фенотипическая, = ненаследственная)

Механизм возникновения: взаимодействие генотипа и среды, одно из проявлений – изменение активности гена. При этом наследственный материал изменениям не подвергается.

Результат: Возможны изменения признака в пределах нормы реакции

Биологическая роль: приспособление к изменяющимся факторам среды.

Норма реакции – пределы, в которых возможно изменение признаков у данного генотипа. Во всех случаях наследуется не сам фенотип, а способность к его проявлению.

Целью вариационно-статистического метода изучения является определение нормы реакции изучаемого признака, его средние значения и возможные вариационные отклонения.

М – среднее значение признака, Σ – сумма произведений PV для каждого вариант-класса, V – среднее значение, P – частота встречаемости признака, n – общее число выборки. Полученные данные можно отобразить в виде вариационной кривой в координатах P;V.

47. Генотипическая изменчивость. Мутации, их классификация и механизмы возникновения. Медицинское и эволюционное значение мутаций.

Генотипическая = наследственная изменчивость. Происходят изменения в генотипе. Есть 2 формы генотипической изменчивости: комбинативная и мутационная.

Медицинское значение мутаций: Соматические мутации: опухоли, преждевременное старение органов, структурно-функциональные нарушения органов и тканей. Генеративные мутации: снижение репродуктивной функции, бесплодие, спонтанные аборты, врождённые пороки развития, наследственные заболевания, увеличение генетического груза.

Эволюционное значение: Мутации создают разнообразие особей в популяциях и являются тем первичным материалом, на базе которого осуществляются эволюционные преобразования видов. Мутации не имеют адаптивного значения, а большинство из них, поскольку они нарушают нормальное развитие, вредны. Немногие полезные мутации и их комбинации подхватываются отбором и закрепляются в генотипе. Сегодня принято считать, что рецессивные генные мутации являются фундаментом для последующей эволюции.

48. Генные мутации. Причины и механизмы возникновения генных мутаций. Генные болезни.

Генные мутации затрагивают единичные гены и образуются наиболее часто. С ними связаны большинство изменений морфологических, биохимических и физиологических признаков организма.

Механизмы генных мутаций: замена, выпадение, вставка нуклеотидов (сдвиг рамки считывания); инверсия последовательности нуклеотидов (нарушение процесса сшивания при сплайсинге).

К генным болезням у человека относятся многочисленные болезни обмена веществ. Они могут быть связаны с нарушением обмена углеводов, липидов, стероидов, пуринов и пиримидинов, билирубина, металлов и др.

Болезни аминокислотного обмена

Самая многочисленная группа наследственных болезней обмена веществ. Почти все они наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Причина заболеваний — недостаточность того или иного фермента, ответственного за синтез аминокислот.

фенилкетонурия — нарушение превращения фенилаланина в тирозин из-за резкого снижения активности фенилаланингидроксилазы;

Нарушения обмена углеводов галактоземия — отсутствие фермента галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы и накопление в крови галактозы;

Болезни нарушения обмена соединительной ткани синдром Марфана («паучьи пальцы», арахнодактилия) — поражение соединительной ткани вследствие мутации в гене, ответственном за синтез фибриллина;

Наследственные нарушения циркулирующих белков

гемоглобинопатии — наследственные нарушения синтеза гемоглобина.

49. Хромосомные мутации, их классификация. Механизмы возникновения хромосомных мутаций. Роль хромосомных мутаций в патологических состояниях человека и эволюционном процессе.

хромосомные мутации = хромосомные перестройки (аберрации) (см. рис к вопросу 47) бывают внутрихромосомными и межхромосомными

- (вн) делеция хромосом – утрата хромосомой крупного участка

- (вн) дупликация – удвоение участка хромосомы

- (меж) транслокация – перенос участка хромосомы на другую негомологичную хромосому

- (вн) инверсия – разворот участка хромосомы на 180 градусов.

Механизм перестроек: нарушение кроссинговера в мейозе, неправильное расхождение хроматид в митозе и т.д.

50. Геном, кариотип, их характеристика. Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений организмов.

Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма.

Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК.

Существует также и другое определение термина «геном», в котором под геномом понимают совокупность генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида. Когда говорят о размерах генома эукариот, то подразумевают именно это определение генома, то есть размер эукариотического генома измеряют в парах нуклеотидов ДНК или пикограммах ДНК на гаплоидный геном.

Кариотип — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая 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).

Генетический гомеостаз - поддержание сбалансированной системы генов, содержащих всю биологическую информацию организма.

Механизмы:

а) репликация ДНК

б) репарация ДНК – способность исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК

в) точное распределение наследственного материала при митозе

На организменном уровне генетический гомеостаз поддерживается неспецифическими и специфическими (иммунитет) механизмами

Поддержание гомеостаза обеспечивает:

1. неспецифические защитные механизмы: тканевые барьеры (кожа, слизистые оболочки), гистогематологические барьеры (гистоэнцефалический, гистоофтальмолический, и тд), межжидкостные барьеры (гематоликворный, гематосиновиальный и тд), печень, клеточные барьеры (фагоцитоз), тромбирование ран

2. специфические защитные механизмы (конституциональный, клеточный и гуморальный иммунитет, аллергические реакции)

51. Геномные мутации, механизмы возникновения. Классификация геномных мутаций. Биологические антимутационные механизмы.

Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом

Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза-I и анафаза-II), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидные зиготы.

1. Гаплоидия – уменьшение числа хромосом вдвое

2. Анеуплоидия – изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n, 3n, 5n и т.д.)

3. Полиплоидия – изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках кратно гаплоидному набору (4n, 6n и т.д.)

Биологические антимутационные механизмы, направленные на защиту генетической информации от мутаций:

1. диплоидность

2. избыточность и вырожденность генетического кода

3. повторы (многочисленные копии для особенно для рРНК, тРНК, гистонов)

4. точная репликация ДНК, а если нет, то репарация ДНК

5. разрушение мутагенов ферментами пищеварительной системы и пероксидазой цитоплазмы клетки

6. иммунологический надзор (Т-лимфоциты)

52. Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека.

Особенности человека как объекта генетических исследований состоят в том что:

1. У человека не может быть произведено искусствен­ного направленного скрещивания в интересах исследователя.

2. Низкая плодовитость делает невозможным применение статистического подхода при оценке немногочисленного потомства одной пары родителей.

3. Редкая смена поколений, происхо­дящая в среднем через 25 лет, при значительной продолжительности жизни.

Особенности человека делают невозможным применение для изучения его наследственности и изменчивости клас­сического гибридологического метода генетического анализа, с по­мощью которого были открыты все основные закономерности наследования признаков и установлены законы наследственности. К методам, широко используемым при изучении генетики челове­ка, относятся генеалогический, популяционно-статистический, близ­нецовый, метод дерматоглифики, цитогенетический, биохимический, методы генетики соматических клеток: 1. Генеалогический метод – в основе лежит составление анализ родословных. 2. Близнецовый метод – заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах 1 и 2 – яйцевых близнецов. 3. Популяционно-статистический метод – изучает наследственные признаки в больших группах населения, в одно или нескольких поколений. 4. Цитогенетический метод – основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека. – диагностика хромосомных заболеваний Дерматоглифика, иммунологический метод, генная инженерия.

53. Популяционно-статистический метод в генетике человека. Закон Харди-Вайнберга и его применение для популяций человека.

Под популяцией в генетике понимается совокупность свободно скрещивающихся особей одного ви­да, занимающих определенный ареал и обладающих общим генофондом в ряду поколений. (Генофонд — это вся совокупность генов, встречающихся у особей данной популяции).

В генетике человека популяционно-статистический метод использу­ется при изучении наследственных бо­лезней в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Этим методом можно рассчитать:

1) Частоту встречаемости в популяциях различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, в том числе распространение наследст­венных болезней и возможность про­гнозировать их частоту в последую­щих поколениях.

2) Мутационный процесс, роль наследственности и среды в формировании фенотипического полиморфизма человека по нормальным признакам, а также в возникновении болезней, особенно с наследственной предрасположенностью

3) Роль генетических факторов в антропогенезе, в частности в расообразовании.

Закон Харди — Вайнберга — это закон популяционной генетики — в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению:

   — доля гомозигот по одному из аллелей;

   — частота этого аллеля;

   — доля гомозигот по альтернативному аллелю;

   — частота соответствующего аллеля;

   — доля гетерозигот.

Можно предсказать частоту появления в ближайших поколениях людей с рецессивным признаком, а также гетерозиготных носителей рецессивного аллеля.

54. Генеалогический метод изучения генетики человека. Особенности наследования признаков в родословных с аутосомно-доминантным, аутосомно-рецессивным, Х-сцепленным и Y-сцепленным типах наследования.

Использование этого метода возможно, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях.

Благодаря генеалогическому методу были определены типы наследования многих признаков у человека. По аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), возможность свертывать язык в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обусловленная отсутствием двух фаланг на пальцах), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, заячья губа, волчья пасть, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, сахарный диабет, и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные.

Целый ряд признаков наследуется сцепленно с полом: Х-сцепленное наследование — гемофилия, дальтонизм; Y-сцепленное — гипертрихоз края ушной раковины, перепончатость пальцев ног. Имеется ряд генов, локализованных в гомологичных участках Х- иY-хромосом, например общая цветовая слепота.

Использование генеалогического метода показало, что при родственном браке, по сравнению с неродственным, значительно возрастает вероятность появления уродств, мертворождений, ранней смертности в потомстве. В родственных браках рецессивные гены чаще переходят в гомозиготное состояние, в результате развиваются те или иные аномалии.

Особенности аутосомно-доминантного типа наследования:

1. При достаточном кол-ве потомков признак обнаруживается в каждом поколении;

2. Наследуется признак примерно половиною детей;

3. Потомки мужского и женского пола наследуют признак одинаково часто;

4. Оба родителя в равной мере передают признаки детям.

Аутосомно-рецессивный тип наследования:

1) признак может отсутствовать в поколении детей, но проявляться у внуков;

2) признак может проявляться у детей при отсутствии его у родителей;

3) признак наследуется всеми детьми, если оба родителя имеют его;

4) признак наследуется потомками мужского и женского пола одинаково часто.

Х-сцепленный доминантный тип наследования:

1. При достаточном кол-ве потомков признак обнаруживается в каждом поколении;

2. Признак прослеживается и у мужчин, и у женщин, но женщины имеют его чаще;

3. Мужчины могут наследовать признак только от матери;

4. Женщины передают признак половине дочерей и половине сыновей;

5. Мужчины передают признак всем дочерям и не передают ни одному сыну.

Х-сцепленный рецессивный тип наследования:

1. Признак проявляется преимущественно у гемизиготных мужчин;

2. У женщин признак проявляется лишь в гомозиготном состоянии;

3. У гетерозиготных матерей примерное половина сыновей имеют признак, а половина дочерей-носители;

4. У гемизиготных мужчин все дочери являются гетерозиготными носителями.

Y-сцепленный доминантный тип наследования:

1. Фенотипическое проявление у лиц мужского пола;

2. Передача признака осуществляется от отца к сыну;

3. Среди сыновей распространение признака в 100% случаев.

55. Близнецовый метод изучения генетики человека, возможности метода. Определение соотносительной роли наследственности и среды в развитии признаков и патологических состояний человека.

Изучение закономерностей наследования в парах одно- и разнояйцевых близнецов. Определение соотношения роли наследственности и среды в формировании признака или заболевания. Выявление пенетрантности аллеля, оценка действия на организм внешних факторов. (Пенетрантность — показатель фенотипического проявления аллеля в популяции. Определяется как отношение числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует). Близнецы бывают монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми).

Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, которая на стадии дробления разделилась на две (или более) части. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола. Монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства (конкордантностью).

Дизиготные близнецы развиваются из двух или более одновременно овулировавших и оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток. Поэтому они имеют различные генотипы и могут быть как одного, так и разного пола. Данные о конкордантности близнецов по некоторым признакам приведены в таблице.

Признаки или заболевания	Частота конкордантности, %		Н	Какие факторы преобладают
	Однояйцевые близнецы (ОБ)	Разнояйцевые близнецы (РБ)
Цвет глаз	95	28	0,9	наследственные
Форма носа	100	30	1	наследственные
Туберкулёз	76	28	0,66	среда и генотип
Корь	95	87	0,6	среда и генотип
Сахарный диабет	69	18	0,62	среда и генотип
Шизофрения	65	10	0,6	среда и генотип
Флюороз эмали	97	94	0,5	среда и генотип

Н – коэффициент Хольцингера. Н = 0,7-1 преобладает действие наследственных факторов, Н = 0,5 – 0,7 преобладает действие среды и генотипа, Н<0,5 преобладает действие фактора среды.

Как видно из таблицы, степень конкордантности монозиготных близнецов по всем приведенным признакам значительно выше, чем у дизиготных, однако она не является абсолютной. Благодаря близнецовому методу, была выяснена наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний: шизофрении, эпилепсии, сахарному диабету и другим.

Наблюдения за монозиготными близнецами дают материал для выяснения роли наследственности и среды в развитии признаков. Причём под внешней средой понимают не только физические факторы среды, но и социальные условия.

56. Цитогенетический метод изучения генетики человека. Денверская и Парижская классификация хромосом. Возможности идентификации хромосом человека.

Цитогенетический метод: Цель и возможности метода:

Изучение кариотипа человека в норме и при патологии, строения отдельных хромосом, полового хроматина. Диагностика хромосомных болезней, связанных с изменением кол-ва и структуры хромосом. Экспресс-метод определения полового хроматина, показывающего изменение количествава половых клеток.

В 1960 году в Денвере была проведена унификация хромосом человека по размеру, по положению центромеры, наличию спутника и была составлена Денверская классификация хромосом.

Все пары хромосом были разбиты на 7 групп:

То есть, разглядывая хромосомы в микроскоп мы можем, основываясь на Денверской классификации, по видимым отличиям разложить и по номерам.

В 1971 году а Париже была принята Парижская классификация. Она основана на дифференциальном окрашивании метафазных хромосом человека под действием флюорохромов и выявлении этим способом индивидуального рисунка каждой хромосомы. Другими словами: для каждой хромосомы чередование тёмных и светлых пятен будет своим.

57. Медико-генетические аспекты брака. Кровнородственные браки. Медико-генетическое консультирование. Пренатальная диагностика наследственных заболеваний человека.

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ БРАКА. Проведение консультаций и обследований семей с повышенной вероятностью рождения ребенка с каким-либо наследственным нарушением (заболеванием)...

Показания для медико-генетического консультирования: 1. Рождение ребенка с врожденными пороками развития; 2. Установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье; 3. Задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка; 4. Повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения; 5. Близкородственные браки; 6. Возраст матери старше 35 лет; 7. Неблагоприятный ход беременности.

Биологическая основа последствий кровнородственных браков заключается в том, что в них существенно повышается вероятность рождения потомства, гомозиготного по патологическому рецессивному гену, по сравнению с таковой в потомстве от неродственного брака. Многие редкие рецессивные болезни встречаются в основном у детей от кровнородственных браков

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ, ЗНАЧЕНИЕ. Медико-генетическое консультирование - специализированная медицинская помощь - наиболее распространенная форма профилактики наследственных болезней. Генетическое консультирование - состоит из информирования человека о риске развития наследственного заболевания, передачи его потомкам, а также о диагностических и терапевтических действия.

ЗНАЧЕНИЕ - широкое использование медико-генетического консультирования, разработка способов пренатальной диагностики наследственных заболеваний позволяют существенно уменьшить вероятность появления потомства с наследственной патологией в отдельных семьях.

Пренатальная диагностика наследственных болезней - комплексная, быстроразвивающаяся область медицины, использующая ультразвуковую диагностику, хирургическую технику и лабораторные методы. Методы перенатальной диагностики можно разделить на три группы: просеивающие, неинвазивные, инвазивные (с последующей лабораторной диагностикой). Для каждого метода есть свои показания и противопоказания, разрешающие возможности и осложнения. Тактика перенатальной диагностики должна быть строго индивидуализирована в соответствии с конкретной ситуацией и состояния беременной.

Просеивающие методы позволяют выделить женщин, имеющих повышенный риск рождения ребенка с наследственной патологией.

Неинвазивные методы - это методы обследования плода без оперативного вмешательства. В настоящее время к ним относится только ультразвуковое исследование.

58. Эволюционное учение. Сущность представлений Ч. Дарвина о механизмах эволюции живой природы.

Биологическая эволюция – необратимое историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяции, формированием адаптаций у организмов, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.

Эволюционная теория – учение, которое объясняет движущие силы исторического развития живой природы, механизмы и общие закономерности развития.

ДАРВИНИЗМ: (1859 – «Происхождение видов путём естественного отбора …»)

Основан на достижениях науки и огромном фактическом материале – Теория эволюции органического мира.

1) Наследственность и изменчивость – свойства, на которых основана эволюция. Изменчивость бывает а) определённой (ненаследственной) и б) неопределённой (наследственной) [ведущая роль].

2) Естественный отбор – движущий фактор эволюции. Неизбежно избирательное уничтожение менее приспособленных и размножение более приспособленных.

Естественный отбор в природе осуществляется через внутривидовую, межвидовую борьбу и борьбу с факторами природы.

3) Приспособление организмов к факторам среды всегда носит относительный характер

4) Многообразие видов – результат естественного отбора и связанной с ним дивергенции (расхождение) признаков

5) Эволюционирующая единица ВИД (по Современной Теории Эволюции – ПОПУЛЯЦИЯ)

По Дарвину, в основе эволюции лежат взаимодействие таких природных явлений, как: 1) изменчивость, 2) наследственность, 3) борьба за существование, 4) естественный отбор, 5) расхождение признаков.

59. Микроэволюция. Элементарные эволюционные факторы и их роль в видообразовании.

Микроэволюция – процессы, происходящие в популяции под действием элементарных факторов эволюции и приводящие к образованию нового ВИДА. Изменение структурных генов!

Элементарные эволюционные факторы:

1) Мутационный процесс – изменение генов, хромосом, генома. Наиболее значимы для эволюции генные мутации.

2) Волны жизни (популяционные волны) – периодические или непериодические колебания численности организмов.

3) Изоляция – возникновение любых барьеров, нарушающих свободное скрещивание: горы, холмы, реки и т.д. + Биологическая изоляция: морфофизиологическая, генетическая, экологическая. Изоляция ведёт к укреплению различий между популяциями.

4) Естественный отбор – процесс выживания организмов, генотип которых обеспечивает достаточную приспособленность к среде.

Отбор генотипов происходит только через отбор фенотипов!

60. Популяции. Экологическая и генетическая характеристика популяций.

Популяция – совокупность особей определённого вида в течение долгого времени населяющая определённое пространство, отделённая от других популяций изоляцией.

Считается, что все особи популяции свободно скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство (панмиксия)

1) Экологическая характеристика: численность осотбей, площадь территории проживания, возрастной и половой состав.

2) Генетическая характеристика – генофонд, норма реакции, генетическая гетерогенность, полиморфизм, частота встречаемости генов в генотипе.

NB: Чем меньше особей – тем больше рецессивных гомозигот, чем больше особей – тем меньше рецессивных гомозигот. Стратегия развития популяции – борьба с гомозиготизацией популяции.

+ 3) Морфологическая характеристика – особенности всех особей популяции.

61. Естественный отбор – движущая сила эволюции. Формы естественного отбора. Особенности действия естественного отбора в человеческих популяциях.

Формы естественного отбора

1) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ – сохраняется средний вариант признака (фенотипа). Погибают особи с крайним значениями фенотипа.

2) ДВИЖУЩИЙ – изменение фенотипа в определённом направлении, сдвиг средних значений признака в соответствии с изменениями среды.

3) ДИЗРУПТИВНЫЙ = рассеивающий – выживают организмы с крайними значениями признака. Организмы со средним значением признака погибают.

На распределение ГЕНОТИПА в популяции человека оказывают влияние размер популяции и система браков.

На изменение ЧАСТОТЫ встречаемости ГЕНОВ система браков не влияет, это зависит от элементарных факторов эволюции. (мутационный процесс, популяционные волны, изоляция. естественный отбор). Роль элементарных эволюционных факторов в популяциях человека снижена. Прибавляются СОЦИАЛЬНЫЕ факторы.

Мутационный процесс: сохраняет своё значение в человеческом обществе, его действие на человека сходно с действием на другие организмы. (генные, хромосомные, геномные). На ранних этапах эволюции человека преобладал спонтанный мутагенез, сегодня преобладает индуцированный мутагенез (под действием радиации, химических веществ и т.д.). Генетические мутации накапливаются в генофонде людей = «генетический груз» (патологии, опухоли и т.д.)

Изоляция: для человека важна СОЦИАЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ (разность культур, религий и т.д.)

Популяционные волны: не играют особой роли

Естественный отбор – в популяциях человека утратил функцию видообразования и в основном, действует в эмбриогенезе (выкидыши, мертворождение, ранняя детская смертность)

62. Вид – результат микроэволюции. Структура и критерии вида.

Пути и способы видообразования.

Вид — это совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биологических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое

потомство, приспособленных к определенным условиям

жизни и занимающих в природе определенную область ареал.

Особи любого вида распределены внутри видового ареала

неравномерно. Поэтому вид рассматривается, как

совокупность отдельных групп организмов — популяций.

Критерии вида

Популяция — единица эволюции. В ней совершаются все первичные эволюционные процессы: дивергенция (расхождение признаков) и конвергенция (соединение признаков), что приводит к образованию новых новых популяций, подвидов, видов.