1.Визначення біології як науки. Місце та завдання біології в підготовці лікаря.

Біологія (від грец. bios - життя, logos - наука) - наука про життя, про загальні закономірності існування і розвитку живих істот: життєві процеси, що в них відбуваються, хід їх життєвих циклів, взаємозв'язок з оточуючим середовищем, походження, історичний та індивідуальний розвиток живих організмів. Вона як фундаментальна при­роднича наука розкриває закономірності розвитку життя, є теоретичною базою медицини й основою підготовки майбутніх лікарів і провізорів. Біології належить провідна роль у навчан­ні студентів-медиків, у формуванні їхніх природничо-наукових і світоглядних позицій. Вивчення біології студентами медичних і фармацевтичних факультетів має дві основні мети: 1. Забезпечити високий рівень загальнобіологічної підготов­ки, оскільки медицина і фармація органічно входить до систе­ ми медикобіологічних наук. 2. Досягти чіткої медико-біологічної орієнтації студентів першого курсу, заклавши фундамент їх навчання на профіль­ них теоретичних кафедрах, а в подальшому — на кафедрах клінічного та фармацевтичного профілю. Одним із основних завдань медичної біології для лікарів і про­ візорів є аналіз впливу на здоров’я людини молекулярно-гене­ тичних, клітинних, онтогенетичних і екологічних факторів. Важливим розділом біології, якому приділяється значна увага в медичних університетах, є генетика. Предмет вивчення генетики — явища спадковості та мінливості, матеріальні носії спадковості. Спадковість лежить в основі усіх життєвих проявів. Генетика також вивчає роль спадковості у патології людини, закономірності передавання із покоління в покоління спадкових хвороб тощо, а це має суттєве значення в підготовці лікаря чи провізора. Важливим аспектом у підго­товці лікарів і провізорів є також вивчення механізмів мута­генної дії різних хімічних речовин і медикаментів. Вивчення питань медичної паразитології важливе тому, що велика кількість паразитарних захворювань досить розповсю­джена серед населення і невпинно зростає. У навчальному посібнику тваринний світ показано як компонент екологічного середовища людини. Приділено значну увагу різним формам взаємовідносин між паразитами й організмом людини, похо­дженню та еволюції паразитизму, життєвому циклові паразитів, методам діагностики та профілактики паразитарних хвороб.

2. Визначення поняття життя на сучасному рівні розвитку біологічної науки. Форми й основні властивості живого. Життя — це унікальне природне явище, для якого харак­терні деякі специфічні прояви, котрі відрізняють живі істоти від неживої природи. До сьогодні суть життя залишається не до кінця зрозумілою тому, що форми і прояви життя дуже різноманітні, немає точного і повноцінного визначення життя. З погляду природничих наук, життя - це гло­бальна планетарна самовпорядкована, енергетич­ но та інформаційно відкрита система, що являє со­бою велике розмаїття форм єдиної у фізико-хімічному відношенні живої речовини. Форми живого: неклітинна (віруси), клітинна (прокаріоти, еукаріоти) Основні властивості живого: 1. Здатність протистояти наростанню ен­ тропії. 2. Самооновлення. В основі самооновлення ле­ жать реакції синтезу, тобто утворення нових моле­ кул і структур на основі інформації, закладеної в послідовності нуклеотидів ДНК 3. Саморегуляція. Саморегуляція, або ауторегуля- ція - це здатність організмів підтримувати віднос­ ну сталість хімічного складу та перебігу фізіологіч­ них процесів - гомеостаз. 4. подразливість - здатність живих організмів реагувати на певні впли­ ви довкілля. (фототаксис, термотаксис, хемотаксис). Рослинам притаманні тропізми, настії, нутації. 5. здатність до самовідтворення (розмноження). 6. біологічна ритмічність. Біоритми - це кількісні й якісні зміни біологічних процесів, які відбуваються на різних рівнях організації. їх виникнення зумовлено планетарними взаємодіями, обертанням Землі навко­ ло своєї осі й навколо Сонця. 7. Спадковість та мінливість. 8. Ріст та розвиток. 9 . Дискретність та цілісність.

3. Структурні рівні організації життя. Їх значення для медицини. 1.Молекулярно-генетичний рівень. Біологічна інфор­мація міститься в молекулі ДНК. Вона переходить у діючу форму завдяки механізмові матричного синтезу й утворення мРНК, яка контролює синтез білків. На молекулярно-генетич­ному рівні дискретні одиниці одноманітні. Біо­логічна енергія запасається в макроергічних зв’язках молекул АТФ. Цей рівень вивчають у курсі молекулярної біології та моле­кулярної генетики. 2. Субклітинний рівень. субклітинні структури (мітохондрії, ендоплазматичний ретикулум, комп­ лекс Гольджі, лізосоми, рибосоми та ін.). За допомогою біохіміч­ них методів з’ясовано їх функції. 3. Клітинний рівень. Клітина — елементарна одиниця цього рівня, найменша структурно-функціональна одиниця живого. Клітинний рівень вивчають такі науки, як цитологія, біо­ хімія, клітинна біологія, молекулярна генетика. 4. Тканинний рівень. Сукупність клітин, подібних за будовою, походженням і функціями, разом із тканинною речовиною утворюють тканину. Вивчення цього рівня проводиться здебільшого гістологіч­ними, біохімічними, імунологічними методами. 5. Рівень організму (онтогенетичний). Елементарна одини­ ця цього рівня — особина в її розвитку від моменту зароджен­ня до припинення існування як живої системи. У процесі онтогенезу в певних умовах зовнішнього середовища відбувається втілення спадкової ін­ формації в біологічні структури і процеси, на основі генотипу формується фенотип організмів певного виду. Основні науки, що вивчають цей рівень, — анатомія та фізіологія. 6. Популяційно-видовий рівень. Популяція — це сукупність особин одно­ го виду, які заселяють один ареал і відносно відокремлені від інших популяцій цього ж виду. Популяція внаслідок можливості міжпопуляційних схрещувань є відкритою генетичною систе­ мою. Дія на генофонд популяції елементарних еволюційних факторів (мутаційний процес, природний добір, коливання чисельності особин) приводить до еволюційно значущих змін генофонду. 7. Екосистемний (біогеоценотичний) рівень. Елементарна одиниця цього рівня — екосистема (сукупність популяцій різних видів, які заселяють територію з певними абіотичними показниками і пов’язані між собою та навколишнім середови­ щем обміном речовин, енергії й інформації). Екосистеми об’єднуються на планеті у єдиний комплекс — біосферу 8. Біосферний рівень. Біосфера — це сукупність усього живого на Землі — всіх ор­ ганізмів, які існують у тісному зв’язку з неживою природою в атмосфері, гідросфері та землі.

4. Клітина – елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Про- та еукаріотичні клітини. . Клітина – елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Клітина — елементарна одиниця живого. З відомих живих організмів тільки віруси є неклітинними формами життя. Усі інші біологічні об’єкти побудовані з клітин — однієї (бактерії, найпростіші) або великої кількості (багатоклітинні тварини, рослини, гриби). Клітини різних організмів відрізняються розмірами, формою, функціями, тривалістю життя. Незважаючи на це, клітини мають загальні властивості: здатність до самовідтворення і передачі генетичної інформації, обміну речовин, росту, розвитку, мінливості, подразливості. Основні положення клітинної теорії: 1) клітина — елементарна структурно-функціональна одиниця організму; 2) нові клітини утворюються в результаті поділу або злиття тих, що раніше існували; 3) для всіх клітин характерна єдність хімічного складу і метаболічних процесів; 4) організм може складатися з однієї або безлічі клітин; 5) багатоклітинні організми являють собою систему клітин, які утворюють тканини й органи, пов’язаних між собою гуморальними та нервовими типами регуляції.   П'ять царств живих організмів утворені двома типами клітин: прокаріотичними, що не мають типових ядер (бактерії і синьозелені водорості), й еукаріотичними, яким властиві ядра (більшість од­ ноклітинних організмів, рослини, гриби і тварини). Прокаріоти. У прокаріотів, до яких належать бактерії і синьозелені водорості, клітини невели­ ких розмірів (0,5-3 мкм). Ці клітини позбавлені ядер­ ної мембрани і не містять чітко оформленого ядра. Генетичний матер­ іал представлений однією довгою кільцевою моле­ кулою ДНК. Прокаріотичні клітини, оточені клітинною стін­ кою, що складається головним чином із вуглеводів і амінокислот. Плазматична або клітинна мембра­ на часто утворює випинання в цитоплазму, які нази­ ваються мезосомами. Вони виконують функцію утворення АТФ - багатої на енергію сполуки. У прокаріотів рух цитоплазми й амебоїдний рух відсутні; переміщуються вони найчастіше за допомогою джгу­ тиків, організованих значно простіше від джгутиків еукаріотів Еукаріоти. Еукаріоти - організми, клітини яких мають ядро (від грец. - κάρυον), оточене мемб­ ранною оболонкою. До еукаріотів належать най­ простіші, гриби, рослини і тварини. Генетичний ма­ теріал зосереджений переважно у хромосомах, що мають складну будову й утворені нитками ДНК і гістоновими білковими молекулами. Поділ клітин - мітотичний. У цитоплазмі розрізняють багато ха­ рактерних органел: центріолі, мітохондрії, пластиди та інші. Серед еукаріот існують як одноклітинні, так і багатоклітинні організми, яким властивий складний принцип структурної організації.

5. Клітинна теорія, її сучасний стан і значення для медицини. На сучасному етапі розвитку цитології клітин­ на теорія включає такі положення: - клітина - елементарна одиниця будови і роз­ витку всіх живих організмів; - клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням (гомологічні), будовою, хімічним складом, основними проявами життєдіяльності; - кожна нова клітина утворюється виключ­но внаслідок розмноження материнської шляхом поділу; - у багатоклітинних організмів, які розвивають­ ся з однієї клітини - зиготи, спори тощо, - різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації впро­довж індивідуального розвитку особини та утворю­ють тканини; - із тканин складаються органи, які тісно по­ в'язані між собою й підпорядковані нервово-гумо­ральній та імунній системам регуляції. Значення клітинної теорії для медицини Клітина - одиниця патології. Клітину необхідно знати не тільки як одиницю будови організму, але і як одиницю патологічних змін. Практично всі хво­ роби пов'язані з порушенням структури і функції клітин, із яких утворюються всі тканини та органи. Порушення структури і функції одних клітин є пер­ шопричиною виникнення і розвитку хвороби, а по­ рушення інших може бути вже наслідком несприят­ ливих змін в організмі. Наприклад, при інфаркті міо­ карда порушується функціонування, а потім настає загибель кардіоміоцитів через гостру нестачу кис­ ню. Внаслідок того, що частина серцевого м'яза не бере участі в скороченні, порушується кровопоста­ чання в організмі, що призводить до гіпоксії і змін функції і структури клітин, у першу чергу нейронів головного мозку. Несприятливими для кліти­ ни чинниками можуть бути хвильові, іонізуючі випромінювання, низькі й високі температури, різні хімічні сполуки, вірусні, бактеріальні та грибкові інфекції, нестача поживних речовин або окремих фізіологічно активних сполук (незамінні амінокис­ лоти і жирні кислоти, вітаміни і мікроелементи), не­ стача кисню тощо. Негативного впливу завдають і внутрішні чинники, такі як мутації спадкового ма­ теріалу, що призводять до природжених дефектів синтезу білків, ліпідів, надлишкової продукції гор­ монів, порушення утилізації токсичних метаболітів. Якщо чинник не цілком ушкодив клітину, то після припинення його дії клітина може відновити свою структуру і функції. Цей процес називається внут­ рішньоклітинною репарацією.

6. Морфозіологія клітини. Цитоплазма і органоїди. Цитозоль утворений переважно білками, забезпечує колоїд­ ні властивості цитоплазми, її в’язкість, еластичність, скорот­ нії вість, внутрішній рух. Функціонально є внутрішнім середо­ вищем клітини, одним із місць здійснення внутрішньоклітин­ ного метаболізму. Ендоплазматичний ретикулум утворений системою ущіль­ нених мембранних мішечків (цистерн) у вигляді трубочок і пластинок. Зернистий (гранулярний) ендоплазматичний ретикулум утворює комплекс із рибосомами і виконує функції синтезу білків. Крім цього, у ділянках гранулярної частини ретикулу- му відбувається синтез білків і ліпідів цитоплазматичних мем­ бран та їх збирання. Агранулярний (гладенький) ендоплазма­ тичний ретикулум функціонально пов’язаний з обміном вугле­ водів, ліпідів та інших речовин небілкової природи, наприклад, стероїдних гормонів. У гепатоцитах на гладенькому ендоплазма­ тичному ретикулумі руйнуються і знешкоджуються токсичні речовини, деякі ліки. Мітохондрй — це органели двомембранної будови у вигляді паличок, гранул, ниток розміром 0,5—7 мкм. Внутрішня мем­ брана мітохондрій утворює кристи, простір, обмежений кри- стами, складає матрикс мітохондрій. Під час аероб­ ного дихання на кристах відбувається окиснювальне фосфорилю- вання і перенос електронів, а у матриксі працюють ферменти циклу Кребса. Основна функція мітохондрій — синтез АТФ. У матриксі є також власні білоксинтезуючі системи. Серед інших функцій мітохондрій — участь у синтезі стероїдних гормонів і деяких амінокислот (глутамінової). Комплекс Гольджі — це система ущільнених мембранних цистерн, від країв яких відшаровуються пухирці (везикули). Комплекс розташований переважно в навколоядерній зоні, контактує з плазматичною мембраною. Він бере участь у кон­ центрації, зневодненні й ущільненні продуктів внутрішньоклі­ тинної секреції та речовин, які надходять ззовні та призначені для виведення з клітини. З ним пов’язаний також синтез поліса­ харидів, ліпідів, формування лізосом, глікозилювання білків. ізосоми — органели одномембранної будови, мають кулясту форму, діаметр 0,2— 1 мкм. Розрізняють первинні лізосоми, які утворюються внаслідок відбрунькування мембранного мі­ шечка від комплексу Гольджі та містять набір ферментів кис­ лих фосфатаз, які каталізують при низьких значеннях рН гідролітичне розщеплення нуклеїнових кислот, білків, жирів, полісахаридів; прелізосоми (фагоцитуючі вакуолі) та вторинні лізосоми, які утворюються у процесі ендоцитозу внаслідок злиття первинних лізосом із прелізосомами. Клітинний центр (центросома) утворений двома центріо- лями, оточеними ущільненою цитоплазмою — центросферою. Кожна центріоля — це циліндричне тільце завдовжки 0,3— 0,5 мкм, діаметром 0,15 мкм і утворене дев’ятьма триплетами мікротрубочок (побудованих із полімеризованого білка тубулі- ну). Функція — утворення ахроматинового веретена під час поділу клітини. Рибосоми — це дрібні органели немембранної будови розмі­ ром 15—35 нм, утворені малою і великою субчастками, об’єд­ нання яких відбувається за наявності мРНК. Це є рибонукле- опротеїнові структури, що виконують функцію активного синтезу білка. Кожна рибосома має два функціональні актив­ ні центри: аміноацильний і пептидильний. Мікротільця — група одномембранних пухирців з дрібно­ зернистим матриксом. До цієї групи належать пероксисоми. Вони утворюються в комплексі Гольджі. їх діаметр стано­ вить — 0,3—1,0 мкм. Пероксисоми містять переважно фермен­ ти для знешкодження пероксиду водню, який утворюється в результаті окиснення деяких органічних речовин і є дуже токсичним для клітини. Переважно пероксид водню розщеп­ люється під дією ферменте каталази. Включення — відносно непостійні компоненти цитоплазми, які виконують функцію запасання поживних речовин (жир, глікоген), продуктів, які підлягають виведенню з клітини (гра­нули секрету), баластних речовин (деякі пігменти). Хлоропласти — це зелені пластиди, зовнішня мембрана яких гладка, а внутрішня утворює тилакоїди гран у вигляді стовпчика монет, з’єднаних між собою ламелами. Вміст хло­ропласта — це строма, багата ферментами. Хромопласти — це кольорові пластиди, в яких синтезують­ ся пігменти каротиноїди, ксантофіли, фікоціани, фікоеритрини. Лейкопласти — це безбарвні пластиди, в яких відкладають­ ся про запас поживні речовини рослинної клітини. Вакуолі з клітинним соком, оточені мембраною (тонопластом).

7. Клітинні мембрани. Хімічний склад. Просторова організація та значення. Цитоплазматична мембрана — вибірково проникний бар’єр, що регулює обмін між клітиною і середовищем. Усі біологічні мембрани складаються з подвійного шару ліпідних молекул, у якому занурені різні мембранні білки. У плазматичній мем­ брані є три основні класи ліпідних молекул — фосфоліпіди, холестерин і гліколіпіди, однак ліпідний склад зовнішнього і внутрішнього моношарів різняться між собою. Різний ліпід­ ний склад характерний і для різних мембран однієї еукаріо­ тичної клітини. Ліпідний бішар визначає основні структурні особливості біологічних мембран, тоді як білки є відповідаль­ ними за більшість мембранних функцій: вони є специфічними рецепторами і ферментами, а також транспортують крізь мем­ брану різноманітних речовин. Велика кількість мембранних білків мають гідрофобні поверхні, тому вони нерозчинні у вод­ них середовищах. Білки асоціюють із ліпідним бішаром різни­ ми способами: деякі з них пронизують бішар наскрізь у вигляді єдиної а-спіралі, інші містяться у більш згорнутій конформації і, таким чином, перетинають бішар кілька разів. Також до складу клітинної оболонки входить глікокалікс — надмембран- на зона, утворена вуглеводневими радикалами глікопротеїнів Мембрани бе­ руть участь у виконанні різноманітних функцій (табл. 1.6). Причому функції біомембран у значній мірі визначають властивості і фізіологію клітини. Наприклад, секреторні клітини містять багато мембран апарату Гольджі та ендоплазматичної сітки. Нервові клітини мають мембранні відрост­ ки (дендрити й аксони), що проводять електричні імпульси. М'язові клітини містять дуже багато мітохондрій. Ліпідний бішар практично непроникний для більшості поляр­ них водорозчинних молекул, оскільки внутрішня частина його гідрофобна. Завдяки такому бар'єру запобігається втрата водорозчинного вмісту клі­ тини. Різні речовини мають неоднакову здатність проникати через цей бар'єр. Великі макромолекули (білки, жири) та їх агре­ гати не можуть проникати крізь мембрану. Для пе­ ренесення існує "макромеханізм" - захоплення клітиною і доставка в певному напрямку (ендоци- тоз і екзоцитоз). Невеликі молекули переносять­ ся за допомогою спеціальних молекулярних ме­ ханізмів через мембрану: шляхом пасивного й ак­ тивного транспорту.

8. Ядро клітини в інтерфазі. Хроматин: рівні організації (упаковки) спадкового матеріалу (еухроматин, гетерохроматин) Ядро еукаріотичної клітини відмежоване від цитоплазми двомембранною оболонкою. Зовнішня та внутрішня мембрани ядерної оболонки містять пори. Зокрема, пори зовнішньої мембрани з’єднані з мембранами ендоплазматичної сітки і за­безпечують взаємозв’язок ядра та цитоплазми. Зовнішня мембрана може бути вкрита рибосомами. Вміст ядра— це каріоплазма. У каріоплазмі є велика кількість ферментів, а також спадковий апарат клітини — хроматин (деконденсовані хромо­ соми). У ядрі також розрізняють ядерця — непостійні струк­ тури. Вони складаються з білків і РНК та формуються вторин­ ними перетяжками хромосом. Ділянки хромосом, які інтенсивно фарбуються барвниками, називаються гетерохроматином. Більш світлі, слабо забарвлені ділянки хромосом, називаються еухроматином. Припускають, що в еухроматині містяться гени, які експресуються, а гетерохроматин містить неактивні гени. Еухроматин - малоконденсований, деспіралізований. Тому під електронним мікроскопом він вияв­ ляється у вигляді світлих ділянок ядра. Еухроматин генетично активний. Із цих ділянок хроматину зчи­ тується інформація й утворюється РНК. У клітинах з інтенсивним синтезом білків еухроматину більше. Статевий хроматин - генетично інактивована Х-хромосома, яка знаходиться в гетеропікнотично- му стані і міститься в ядрах клітин жіночої статі багатьох тварин і у людини. При вивченні клітин крові у жінок встановлено (Девідсон і Сміт, 1954), що в деяких поліморфно- ядерних лейкоцитах міститься особливий додаток, який прикріплений тоненькою ниткою до ядра. Ця структура отримала назву "барабанна паличка". Булавоподібні палички - одна з форм статевого хро­ матину, і не що інше, як одна з Х-хромосом, що пе­ребуває в гетеропікнотичному стані. Кількість тілець статевого хроматину завжди на одиницю менша від кількості Х-хромосом, тобто n = X -1 . Цю ознаку використовують для виявлення аномалій за числом Х-хромосом. Найдрібнішими структурними компонентами хромосоми є нукле- опротеїнові фібрили, які складаються з ДНК і білків, переваж­но гістонів. Молекули гістонів комплексують з ДНК не по всій довжині рівномірно, а окремими ділянками. Комплекс молекул гістонів із ДНК має назву нуклеосоми. Припускають, що хро­ мосома утворена однією величезною фібрилою нуклеопротеїну. За іншими уявленнями, фібрили нуклеопротеїну попарно скру­ чуються, утворюючи хромонеми, які входять до складу напівхроматиди, дві напівхроматиди утворюють хроматиду, а дві хроматиди — хромосому.

9. Хромосомний та геном ний рівні організації спадкового матеріалу під час мітотичного поділу клітини. Най дрібнішими структурними компонентами хромосоми є нукле- опротеїнові фібрили, які складаються з ДНК і білків, переваж­ но гістонів. Молекули гістонів комплексують з ДНК не по всій довжині рівномірно, а окремими ділянками. Комплекс молекул гістонів із ДНК має назву нуклеосоми. Припускають, що хро­ мосома утворена однією величезною фібрилою нуклеопротеїну. За іншими уявленнями, фібрили нуклеопротеїну попарно скру­ чуються, утворюючи хромонеми, які входять до складу на- півхроматиди, дві напівхроматиди утворюють хроматиду, а дві хроматиди — хромосому. Кожна хромосома має первинну пе­ ретяжку (центромеру), яка розмежовує її на два плеча. Залеж­ но від місця розташування розрізняють три типи хромосом: метацентричні (розташування центромери медіанне), субмета- центричні (розташування центромери субмедіанне) і акроцен- тричні (розташування центромери термінальне). Кінці плечей хромосоми називають теломерами. Це спеціалізовані ділянки, які заважають сполученню хромосом між собою або з іншими фрагментами. На плечах хромосом видно товстіші й інтенсив­ніше забарвлені ділянки — хромомери, які чергуються з між- хромомерними нитками. Найкраще помітні хромосоми у метафазній пластинці. Мітоз — непрямий поділ соматичних клітин, у результаті якого з материнської клітини утворюються дві дочірні клітини з таким самим набором хромосом, як і в материнській клітині .Мітоз включає в себе 4 фази: — Профаза: хромосоми спіралізуються, ядерця руйнуються, ядерна оболонка розпадається, центріолі розходяться до полюсів і утворюють веретено поділу. — Метафаза: утворення веретена поділу завершується, хро­мосоми розташовуються в площині екватора й утворюють метафазну пластинку, кожна хромосома розщеплюється на дві хроматиди, що з’єднані в ділянці центромери. — Анафаза: зв’язок між хроматидами (дочірніми хромосо­мами) руйнується, і вони як самостійні хромосоми рухаються до полюсів клітини; після завершення руху на полюсах збира­ються два рівноцінні набори хромосом. — Телофаза: реконструюються інтерфазні ядра дочірніх клітин, хромосоми деспіралізуються, поділ генетичного ма­теріалу завершується; руйнується веретено поділу, материнська клітина ділиться на дві дочірні (цитокінез).

10. Хімічний склад, особливості морфології хромосом. Динаміка їх структури в клітинному циклі (інтерфазні та метафазні хромосоми) Ділянки хромосом, які інтенсивно фарбуються барвниками у інтерфазі, називаються гетерохроматином. Більш світлі, слабо забарвлені ділянки хромосом, називаються еухроматином. Припускають, що в еухроматині містяться гени, які експресуються, а гете- рохроматин містить неактивні гени. Хромосоми можуть перебу­ вати у двох структурно-функціональних станах: конденсованому (спіралізованому) і неконденсованому (деспіралізованому). Най- дрібнішими структурними компонентами хромосоми є нукле- опротеїнові фібрили, які складаються з ДНК і білків, переваж­ но гістонів. Молекули гістонів комплексують з ДНК не по всій довжині рівномірно, а окремими ділянками. Комплекс молекул гістонів із ДНК має назву нуклеосоми. Припускають, що хро­ мосома утворена однією величезною фібрилою нуклеопротеїну. За іншими уявленнями, фібрили нуклеопротеїну попарно скру­ чуються, утворюючи хромонеми, які входять до складу на- півхроматиди, дві напівхроматиди утворюють хроматиду, а дві хроматиди — хромосому. Кожна хромосома має первинну пе­ ретяжку (центромеру), яка розмежовує її на два плеча. Залеж­ но від місця розташування розрізняють три типи хромосом: метацентричні (розташування центромери медіанне), субмета- центричні (розташування центромери субмедіанне) і акроцентричні (розташування центромери термінальне). Кінці плечей хромосоми називають теломерами. Це спеціалізовані ділянки, які заважають сполученню хромосом між собою або з іншими фрагментами. На плечах хромосом видно товстіші й інтенсив­ ніше забарвлені ділянки — хромомери, які чергуються з міжхромомерними нитками. Інтерфаза— період виконання клітиною багатоклітин­ ного організму специфічних функцій. Включає: G1-період (постмітотичний, або пресинтетичний) — відновлюються риси інтерфазної клітини, завершується формування ядерець, від­ бувається біосинтез білка та РНК; 5-період (синтетичний) — від­ бувається редуплікація ДНК, продовжується біосинтез білка та РНК; Суперіод (постсинтетичний, або премітотичний) — від­ бувається синтез РНК, білка та накопичення молекул АТФ. Мітоз — непрямий поділ соматичних клітин, у результаті якого з материнської клітини утворюються дві дочірні клітини з таким самим набором хромосом, як і в материнській клітині (рис. 1.11). Мітоз включає в себе 4 фази: — Профаза: хромосоми спіралізуються, ядерця руйнуються, ядерна оболонка розпадається, центріолі розходяться до полюсів і утворюють веретено поділу. — Метафаза: утворення веретена поділу завершується, хро­ мосоми розташовуються в площині екватора й утворюють метафазну пластинку, кожна хромосома розщеплюється на дві хроматиди, що з’єднані в ділянці центромери. — Анафаза: зв’язок між хроматидами (дочірніми хромосо­ мами) руйнується, і вони як самостійні хромосоми рухаються до полюсів клітини; після завершення руху на полюсах збира­ ються два рівноцінні набори хромосом. — Телофаза: реконструюються інтерфазні ядра дочірніх клітин, хромосоми деспіралізуються, поділ генетичного ма­ теріалу завершується; руйнується веретено поділу, материнська клітина ділиться на дві дочірні (цитокінез).

11. Каріотип людини. Морфофункціональна характеристика та класифікація хромосом людини. Значення вивчення каріотипу в медицині. Диплоїдний набір хромосом клітини — каріотип. Нормаль­ ний каріотип людини включає 46 хромосом, або 23 пари; з них 22 пари аутосом і одна пара статевих хромосом. Для вивчення складного комплексу хромосом каріотипу їх розташовують у вигляді ідіограми. В ідіограмі хромосоми розташовуються попарно у порядку зменшення розмірів, за винятком статевих хромосом. Тільце Барра (Х-статевий хроматин) — утворення, яке спостерігається у світловий мікроскоп в інтерфазному ядрі. Тільце Барра може мати різноманітну форму (трикутну, оваль­ ну, півмісяцеву) і щільно прилягає до ядерної оболонки. Вва­жають, що воно утворене однією Х-хромосомою, яка перебуває у спіралізованому стані (гетерохроматизована). У жінок дві статеві Х-хромосоми, одна з яких є активною, а друга утворює грудочку статевого хроматину і є неактивною. У чоловіків є статеві X і У-хромосоми. Залеж­ но від місця розташування розрізняють три типи хромосом: метацентричні (розташування центромери медіанне), субмета- центричні (розташування центромери субмедіанне) і акроцен тричні (розташування центромери термінальне). Денверська класифікація: Група 1-3 (А): великі хромосоми, які чітко відрізняються одна від одної; центромери розташо­ вані посередині. Група 4-5 (В): великі хромосоми, які мало відрізняються одна від одної; центромери зміщені до одного з кінців хромосоми. Група 6-12 (С): хромосоми середніх розмірів, мало різняться між собою; центромери розташовані ближче до одного з кінців. Найбільша за дов­ жиною з цієї групи хромосом - 6-а, вона схожа з Х-хромосомою. Група 13-15 (D): хромосоми середніх розмірів; центромери майже повністю зміщені до одного з кінців хромосоми (акроцентричні хромосоми). У всіх трьох хромосом виявлені супутники. Група 16-18 (Е): короткі хромосоми; у 16-ї хро­ мосоми центромера розташована майже посередині, у 17-ї і 18-ї хромосом центромери зміщені. Група 19-20 (F): маленькі (короткі) хромосоми; центромери розташовані посередині. Група 21-22 (G): найменші хромосоми; центро­ мери знаходяться на кінцях хромосом (акроцент­ ричні хромосоми). 21-а хромосома має сателіт на короткому плечі. З хромосомами цієї групи схожа t Y-хромосома. Статеві хромосоми виділяються окремо. Дослідження каріотипу людини має важливе значення для діагностики її спадкових захворювань. Зокрема, вони дають змогу діагностувати багато спадкових захворювань навіть на ранніх етапах розвитку (хворобу Дауна та інші).Будову каріотипу застосовують у систематиці організмів для розпізнавання близьких за будовою видів (так званих видів-двійників). Це пов'язане з тим, що в близьких видів хромосомні набори завжди відрізняються або за кількістю хромосом, або за особливостями їхньої будови. За іншими структурними ознаками види- двійники розрізнити дуже важко або взагалі неможливо. Крім того, вивчення каріотипу дає змогу встановлювати ступінь істо­ричної спорідненості між організмами. Адже чим подібніші каріотипи двох видів, тим ці організми ближчі за походженням.

12. Молекулярний рівень організації спадкової інформації. Нуклеїнові кислоти їх значення. Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — матеріальний субстрат спадковості та мінливості. ДНК — це макромолекули, полімери, що утворені нуклеотидами — аденіловим, гуаніло- вим, цитидиловим і тимідиловим. До складу кожного нуклеотиду входить пентоза (дезоксирибоза), ортофосфорна кислота й азотиста основа (пуринова чи піримідинова). Види азотистих основ, які входять до складу нуклеотидів ДНК: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), тимін (Т). Сполучення нуклеотидів у макромолекулу ДНК відбувається через взаємодію гідрокси­ лу одного нуклеотиду з фосфатом наступного з утворенням фосфодіефірного зв’язку. Збирання полінуклеотидного ланцю­ га здійснюється за участю фермента ДНК-полімерази. Особливістю структурної організації ДНК є те, що її молеку­ ли утворені двома полінуклеотидними ланцюгами. Ці ланцюги з’єднуються один з одним гідрогеновими зв’язками між їх азотистими основами за прин­ ципом комплементарності: А з’єднується зТ двома гідрогено- ііими зв’язками, а між Г і Ц різних ланцюгів утворюються три гідрогенові зв’язки. Таке сполучення азотистих основ забезпе­ чує тривкий зв’язок двох ланцюгів і збереження однакової відстані між ними на всьому проміжку. Інша важлива особливість об’єднання двох полінуклеотидних ланцюгів у молекулу ДНК — антипаралельність: 5-кінець од­ ного ланцюга сполучається зЗ-кінцем іншого і навпаки Дані рентгеноструктурного аналізу засвідчили, що двохлан- ірогова молекула ДНК утворює спіраль, закручену навколо власної осі; діаметр спіралі — 2 нм, довжина кроку — 3 ,4 нм, до кожного закруту входить 10 пар нуклеотидів. У живій клітині подвійна спіраль, яка становить вторин­ ну структуру ДНК, не має вигляду розгорнутої молекули, а додатково згорнута у просторі, утворюючи третинні структу­ ри, — суперспіралі. У суперспіралізованому стані молекула ДНК в комплексі з певними клітинними білками входить до складу нуклеоїду прокаріотів та ядерного хроматину еукаріотів. Завдяки суперспіралізації довгі молекули ДНК формують ком­пактні утворення, зокрема хромосоми ядра. Таким чином, у структурній організації молекули ДНК розрізняють первинну будову — полінуклеотидний ланцюг, вторинну — два комплементарні один до одного і антипаралель- ні полінуклеотидні ланцюги, з’єднані гідрогеновими зв’язками, і третинну — трьохвимірну спіраль із певними просторовими характеристиками. Основними біологічними функціями ДНК є: 1. Збереження спадкової інформації. Кількість ДНК у сома­тичних і статевих клітинах організму людини є сталою вели­ чиною, яку ці клітини отримують у процесі запліднення бать­ ківських гамет і подальшого поділу зиготи. 2. Передавання спадкової інформації нащадкам через под­ воєння молекул ДНК під час реплікації. Процес реплікації напівконсервативний, у розплітанні подвійної спіралі ДНК бере участь фермент геліказа. Утворені при цьому ділян­ ки зв’язуються спеціальними дестабілізуючими білками. В міс­ цях розходження полінуклеотидних ланцюгів (у зонах репліка­ ції) утворюються реплікаційні вилки. У кожній з цих ділянок за наявності ферменту ДНК-полімерази синтезується ДНК двох но­ вих дочірніх молекул. У процесі синтезу реплікаційна вилка рухається вздовж материнської спіралі та захоплює нові зони.

13. Будова гена. Гени структурні, регуляторні, синтезу тРНК і рРНК. Ген є елементарною структурно-функціональною одиницею спадковості, що визначає розвиток певної ознаки клітини або організму. Внаслідок пере­ дачі генів у ряді поколінь забезпечується спадкоємність ознак батьків. "один ген - один білок» Відповідно до сучас­ної концепції, гени - це ділянки ДНК, що мають уні­кальну послідовність нуклеотидів, які кодують певні іРНК, тРНК або рРНК. За допомогою трьох різно­ видів РНК відбувається синтез білків, які здійсню­ють метаболізм і зумовлюють розвиток ознак. Ген - це мінімальна кількість спадкового матеріалу, що необхідний для синтезу певної РНК. Наявність генів виявляється за присутності певних білків клітини або ознак організму. Більша частина генів клітин знаходиться в репре­сованому (неактивному) стані. Приблизно 5-10 % генів дерепресовані (активні) і можуть бути транс­крибовані. Гени в ДНК розташовані у лінійному порядку. Кожний ген має своє місце розташування (локус). Теломерні та центромерні ділянки хромосом не містять генів. Структурні гени несуть інформацію про струк­ туру певних поліпептидів. Із цих ділянок ДНК транс­ крибується ІРНК, яка спрямовує синтез білків. Ре­ гуляторні гени контролюють і регулюють процес біосинтезу білка. Сателітна ДНК містить велику кількість повторюваних груп нуклеотидів, що не мають змісту і не транскрибуються. Поодинокі гени серед сателітної ДНК, звичайно, мають регулятор­ ну або посилювальну дію на структурні гени

14. Реплікація ДНК. ЇЇ значення. Самокорекція та репарація ДНК. Реплікація ДНК - складний, багатоступеневий процес, що вимагає залучення великої кількості спеціальних білків і фер­ ментів. Наприклад, ініціаторні білки утворюють ре- плікаційну вилку, ДНК-топоізомерази розкручують ланцюги, ДНК-геліказа і дестабілізуючий білок роз­ щеплюють ДНК на два окремих ланцюги, ДНК-полі­ мераза і ДНК-праймаза каталізують полімериза­ цію нуклеотидтрифосфатів і утворення нового лан­ цюга, ДНК-лігази руйнують РНК-затравки на відстаючих ланцюгах ДНК та ін. Точність реплікації забезпечується комплемен­ тарною взаємодією азотистих основ матричного ланцюга і ланцюга, що будується. Крім цього, весь процес контролюється ДНК-полімеразою, що само- корегує та усуває помилки синтезу. Основні етапи реплікації: 1. Ініціація (від лат. initialis - первинний, по­ чатковий). Активація дезоксирибонуклеотидів. Потім утворюються трифосфати дезоксирибонуклео­ тидів, такі як АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ. У такому ви­ гляді вони енергезовані та здатні до полімеризації. Розпізнавання точки ініціації. Розкручування молекули ДНК. 2. Елонгація. Вільні трифосфати дезоксирибо­ нуклеотидів своїми азотистими основами приєдну­ ються водневими зв'язками до азотистих основ обох ланцюгів ДНК, відповідно до правила комплемен- тарності, тобто А-Т, Ц-Г. Утворення нових ланцюгів ДНК. У подальшо­ му приєднані сусідні нуклеотиди зв'язуються між собою фосфорними залишками та утворюють новий ланцюг ДНК. Процес каталізується ферментом ДНК-полімеразою. При цьому необхідна присутність іонів металів Мп2+ або Mg2+. . Оскільки дві нитки ДНК є антипаралельними, нові нитки повинні утворюватися на старих (материнських) нитках у протилежних на­ прямках. Одна нова нитка утворюється в напрямку 5'-3'. Ця нитка називається провідною. На другій материнській нитці спершу утворюються короткі сегменти РНК у напрямку 3'-5' , а потім замінюються на ДНК. Згодом вони з'єднуються разом, утворюючи довгу відстаючу нитку (рис. 1.55). Утворення праймерів. На відстаючій нитці спо­ чатку утворюється короткий ланцюг РНК за шаб­лоном ДНК. Вона називається РНК-праймером. Праймери пізніше віддаляються, а порожнини, які утворилися, заповнюються дезоксирибонуклеотида- ми ДНК у напрямку 5'-3', що завершує побудову другого ланцюга. На місці праймерів утворюються фрагменти нового ланцюга ДНК, які називаються фрагментами Окадзакі. Цей процес називається дозріванням. 3. Термінація (від лат. terminalis — кінцевий). Після завершення процесу реплікації молекули, що утворилися, розділяються, і кожна дочірня нитка ДНК скручується разом з материнською в подвійну спіраль. Так утворюються дві молекули ДНК, іден­тичні материнській. Здатність клітин до виправлення пошкоджень у молекулах ДНК одержала назву репарації . Процес репарації ДНК полягає в тому, що гене­ тична інформація подана в ДНК двома копіями - по одній в кожному з двох ланцюгів подвійної спіралі ДНК. Завдяки цьому випадкове пошкодження в од­ ному з ланцюгів може бути видалено реплікаційним ферментом і ушкоджена ділянка ланцюга ресинте- зована у своєму нормальному вигляді за рахунок інформації, що міститься в неушкодженому ланцюгу. За часом здійснення у клітинному циклі розріз­ няють дореплікативну, реплікативну і постреп- лікативну репарацію. За механізмами розвитку репарації розрізняють:' ексцизійну, неексцизійну, рекомбінативну репарацію.

15. Генетичний код, його властивості. Клітини, що вико­нують різні функції, здатні синтезувати свої власні білки, використовуючи інформацію, що записана в молекулі ДНК. Ця інформація існує у вигляді особ­ливої послідовності азотистих основ у ДНК і нази­вається генетичним кодом. Встановлено, що кожна амінокислота кодується по­ слідовністю трьох азотистих основ (триплетом, або кодоном) Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК кодує певну послідовність нуклеотидів в іРНК. Кожний триплет нуклеотидів кодує одну конкретну амінокис­ лоту. Внаслідок трансляції, на основі генетичного коду на рибосомах синтезується необхідний білок. Певні амінокислоти можуть кодува­ тися різними триплетами (кодонами-синонімами). Внаслідок цього генетичний код називають виро­дженим або надмірним. Кожний триплет кодує тільки одну певну амінокислоту, що свідчить про його специфічність. Послідовність триплетів у ДНК визначає порядок розташування амінокислот у молекулі білка, тобто має місце колінеарність. Численними дослідженнями встановленаунг- версальність генетичного коду. Він однаковий для всіх живих організмів, від бактерій до рослин і ссавців. Таким чином, генетичний код ДНК має такі фун­даментальні характеристики: 1) триплетність (три сусідні азотисті основи називаються кодоном і ко­дують одну амінокислоту); 2) специфічність (кож­ ний окремий триплет кодує тільки одну певну амі­нокислоту); 3) неперекривність (жодна азотиста основа одного кодону ніколи не входить до складу іншого кодону); 4) відсутність розділових знаків (ге­нетичний код не має "пунктуаційних позначок" між кодуючими триплетами у структурних генах); 5) уні­версальність (даний код он у ДНК або іРНК визна­ чає ту саму амінокислоту в білкових системах всіх організмів від бактерій до людини); 6) надмірність (одна амінокислота часто має більш ніж один кодо­вий триплет); 7) колінеарність (ДНК є лінійним полі- нуклеотидним ланцюгом, а білок - лінійним поліпептидним. Послідовність амінокислот у білку відпові­дає послідовності триплетів у його гені. Тому ген і поліпептид, який він кодує, називають колінеарними); 8) відповідність гени - поліпептиди (клітина може мати стільки поліпептидів, скільки має генів).

16. Основні етапи біосинтезу білка в клітині. Під час трансляції виділяють три фази: 1. Фаза ініціації (початок синтезу поліпептиду) — полягає в об’єднанні двох субчасток рибосом на визначеній ділянці мРНК. Процес ініціації трансляції каталізується особливими білками — факторами ініціації (еІГ-1, еІГ-2, еІГ-3) та ГТФ, які лабільно зв’язані з малою субчасткою рибосоми. Після завершен­ня фази ініціації та утворення комплексу рибосома — мРНК з кодоном ініціації АУГ — аміноацил-тРНК ці фактори від’єд­нуються від рибосоми. 2. Фаза елонгації (продовження пептиду) — включає всі реакції від моменту утворення першого пептидного зв’язку до приєднання останньої амінокислоти. 3. Фаза термінації (завершення синтезу поліпептиду) — пов’язана з упізнаванням специфічним рибосомним білком одного з термінуючих кодонів (УАА, УАГ, УГА). При цьому до останньої амінокислоти в поліпептидному ланцюзі приєд­ нується Н20, і її карбоксильний кінець від’єднується від тРНК. У результаті завершений поліпептидний ланцюг втрачає зв’язок із рибосомою і вона розпадається на дві субчастки.

17. Трансляція: ініціація, елонгація, термі нація. Посттрансляційні перетворення білків – основа їх функціонування. Під час трансляції виділяють три фази: 1. Фаза ініціації (початок синтезу поліпептиду) — полягає в об’єднанні двох субчасток рибосом на визначеній ділянці мРНК. Процес ініціації трансляції каталізується особливими білками — факторами ініціації (еІГ-1, еІГ-2, еІГ-3) та ГТФ, які лабільно зв’язані з малою субчасткою рибосоми. Після завершен­ня фази ініціації та утворення комплексу рибосома — мРНК з кодоном ініціації АУГ — аміноацил-тРНК ці фактори від’єд­нуються від рибосоми. 2. Фаза елонгації (продовження пептиду) — включає всі реакції від моменту утворення першого пептидного зв’язку до приєднання останньої амінокислоти. 3. Фаза термінації (завершення синтезу поліпептиду) — пов’язана з упізнаванням специфічним рибосомним білком одного з термінуючих кодонів (УАА, УАГ, УГА). При цьому до останньої амінокислоти в поліпептидному ланцюзі приєд­ нується Н20, і її карбоксильний кінець від’єднується від тРНК. У результаті завершений поліпептидний ланцюг втрачає зв’язок із рибосомою і вона розпадається на дві субчастки.

Вивільнений полі­ пептид - це прямолінійна молекула, що не має ме­ таболічної активності. Синтезовані з амінокислот поліпептидні ланцюги надалі можуть надходити в цитоплазму, ендоплазматичну сітку або комплекс Гольджі, де завершується формування білкової мо­ лекули. У процесі "дозрівання" вона може втрача­ ти деякі кінцеві амінокислоти за допомогою фер­ менту екзопептидази, а згодом утворювати вторин­ ну і третинну структури. Молекули можуть об'єд­ нуватися з іншими поліпептидами для утворення четвертинної структури складних білків. Синтезо­ вані молекули об'єднуються з вуглеводними або ліпідними молекулами, вбудовуються в біомембра- ни або інші комплекси клітини. Процеси зміни початкової структури поліпептиду та формування нової називаються посттрансляційною модифікацією. Внаслідок цього білки набувають спе­ цифічних властивостей і функціональної активності.

18. Особливості регуляції роботи генетичної інформації у еукаріотів. Екзонно-інтронна організація генів у еукаріотів, процесинг, сплайсинг . Транскриптон (одиниця транскрипції) еукаріотів утворений акцепторною зоною (включає ген-промотор — Р і акцепторні гени — А) й інформативною зоною, що включає структурні гени —S,, S2, S3. У процесі синтезу мРНК, який відбувається в еукаріотичній клітині, утворюється первинний транскрипт (про-мРНК), здатний до перетворення у функціонально повно­ цінну молекулу мРНК у результаті процесингу (дозрівання). Це пов’язано з тим, що геноми еукаріотів і гени, що транслюються у відповідні білки, — екзони, — мають значну кількість нуклеотидних послідовностей, які не несуть генетичної інфор­ мації, — інтронів. Процесинг первинного транскрипта включає: а) приєднання до 5'-кінця молекули специфічної нуклеотид- ної структури — “кепу” ; б) приєднання до З'-кінця первинного транскрипта поліа- денілатного “хвоста” ; в) вирізання інтронів із молекули про-мРНК за участю фер­ ментів рестриктаз і зшивання внутрішніх кінців молекул екзонів — сплайсинг за участю ферментів лігаз.

19. Особливості регуляції роботи генів у про- та еукаріотів. Оперон — це комплекс генетичних елементів, які відповідають за координований синтез групи функціонально зв’язаних ферментних білків. Зокрема, у разі Іас-оперона Е. соїі це є ферменти метаболізму лактози. До складу оперона входять: а) структурні гени, які містять інформацію відносно пер­ винної структури поліпептидів, що транскрибуються з даного оперона; б) контрольні сайти, до яких належать: — промотор — ділянка ДНК, яка первинно взаємодіє з РНК-полімеразою; — ген-оператор — ділянка ДНК, з якою може спе­ цифічно зв’язуватися білок-репресор; ген-оператор безпо­середньо прилягає до структурних генів, і його зв’язування з репресором протидіє зчитуванню РНК-полімеразою ін­ формації зі структурних генів; — ген-регулятор — розташований на певній відстані від оперона і кодує синтез білка-репресора. За відсутності в середовищі, на якому вирощуються бактерії, цукру лактози активний білок-репресор, що синтезується геном-регулятором (І), взаємодіє з оператором (О), чим переш­коджає з’єднанню РНК-полімерази з промотором (Р) і транс­ крипції генів 2, У, А. Поява в середовищі лактози інактивує репресор, він не з’єднується з оператором, РНК-полімераза взаємодіє з промотором і відбувається транскрипція поліцистронної мРНК. Остання забезпечує синтез одночасно всіх фер­ментів, що беруть участь у метаболізмі лактози . . Зменшення вмісту лактози у результаті її ферментативного розщеплення призводить до відновлення здатності репресора з’єднуватися з оператором і припинення транскрипції генів Z, У, А.

20 Генна інженерія та біотехнологія. Генна інженерія - галузь молекулярної біології і генетики, завдання якої - конструювання генетич­них структур за заздалегідь наміченим планом, створення організмів із новою генетичною програ­мою. Основні принципи генної інженерії: а) отримання генетичного матеріалу (штучний син­ тез або виділення природних генів); б) включення цих генів у генетичну структуру, яка реплікується автономно (векторну молекулу ДНК), тобто ство­рення рекомбінантної молекули ДНК; в) введення векторної молекули (з включеним у неї геном) у клітину-реципієнта, де вона вмонтовується в хро­мосомний апарат. Експериментальне перенесення генів в інший ге­ ном називається трансгенезом. У су­ часній генетиці використовуються два способи син­ тезу генів поза організмом - хімічний і фермента­тивний. Синтезовано гени глобіну людини, кроля, голуба, деякі гени мітохондрій печінки пацюків і багато інших. За допомогою методів генної інженерії можна одержати різні організми, які мають у складі свого геному чужорідні гени інших організмів. Такі організми називаються трансгенними. У даний час ця галузь науки швид­ ко розвивається. У різних галузях господарської діяльності люди­ ни використовуються трансгенні бактерії. Крім того, що бактерії використовуються для клонування генів і виробництва білка, вони реконструюються і для інших цілей. Ведуться роботи зі створення біоінженерних рос­ лин, що могли б мати наступні властивості: 1) висо­ ку пристосованість до умов зовнішнього середови­ ща; 2) містити більшу кількість необхідних для лю­ дини поживних речовин; 3) тривалий час зберігати­ ся без псування Швидкими темпами розвивається біоінженерія тварин. Яйцеклітину поміщають у спеціальну мішал­ ку разом з чужорідною ДНК і дрібними силікон-карбідними голками. Голки роблять множинні отвори в оболонці, крізь які ДНК попадає в клітину. За до­помогою цієї технології бичачий гормон росту був введений у яйцеклітини багатьох видів тварин. Зав­ дяки цій технології отримані великі риби, корови, свині, кролики, вівці. Трансгенні тварини створені для виробництва продуктів медичного значення. Трансгенні миші виявилися вкрай необхідними при вивченні моногенних хвороб, злоякісних пухлин і навіть мультифакторіальних хвороб людини.

21. Часова організація клітин. Клітинний цикл, його можливі напрямки та періодизація. У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл. Життєвий цикл значно довший - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції. Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним. Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу (рис. 1.73). Тривалість клітинного цик- лу в різних організмів різна.

Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні мета­болічні процеси. Ядро має гомогенний вигляд - воно заповнено тонкою сіткою, яка складається з пере­плетених між собою досить довгих і тонких ниток - хромонем. Ядро відповідної форми, оточене двошаровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу Інтерфазу поділяють на певні періоди: G1 - період, який передує реплікації ДНК; S-період реплікації ДНК; G2 - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії. Пресинтетичний період (G1 - від. англ. gap - інтервал)настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних спо лук необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріа­ лу для здійснення структурних перебудов і склад­ них рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетично­ го матеріалу буде 2п2с. У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два по­люси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с. Далі настає післясинтетичний період (G2 ) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до міто­зу. Генетичний матеріал складає 2п4с. Після досягнення клітиною певного стану: нако­пичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу.

22. Поділ клітини. Поняття про мітотичну активність. Порушення мітозу. Мітоз (від грец. μίτος - нитка) - непрямий, або мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еука- ріотичних соматичних клітин і притаманний всім ба­ гатоклітинним організмам. При цьому відбувається точний рівномірний розподіл спадкового матеріалу. Внаслідок мітозу кожна дочірня клітина отримує пов­ ний набір хромосом із строгою кількістю ДНК і за їх складом ідентична материнській клітині. Мітоз включає в себе 4 фази: — Профаза: хромосоми спіралізуються, ядерця руйнуються, ядерна оболонка розпадається, центріолі розходяться до полюсів і утворюють веретено поділу. — Метафаза: утворення веретена поділу завершується, хро­ мосоми розташовуються в площині екватора й утворюють метафазну пластинку, кожна хромосома розщеплюється на дві хроматиди, що з’єднані в ділянці центромери. — Анафаза: зв’язок між хроматидами (дочірніми хромосо­ мами) руйнується, і вони як самостійні хромосоми рухаються до полюсів клітини; після завершення руху на полюсах збира­ ються два рівноцінні набори хромосом. — Телофаза: реконструюються інтерфазні ядра дочірніх клітин, хромосоми деспіралізуються, поділ генетичного ма­ теріалу завершується; руйнується веретено поділу, материнська клітина ділиться на дві дочірні (цитокінез). Показник мітотичної активності тканини або культури тканини - це число клітин, що діляться мітозом на 1 000 вивчених клітин на гістологічному препараті. Різні тканини нашого організму мають різну мітотичну активність. Порушення, які виникають у мітозі, призводять до утворення клітин з різними каріотипами. Такий мітоз отримав назву патологічного. Він є одним із механізмів соматичної анеуплоїдії.

З патологічними мітозами пов'язано виникнення багатьох захворювань. Порушення мітозу спостерігається при раку, променевій хворобі, вірусних інфекціях. Хромосомні хвороби, викликані втратою або появою зайвих хромосом, також виникають внаслідок неправильного розходження цих структур. Внаслідок порушення процесу мітозу можуть виникати хромосомні мости, пошкодження центромер, порушення руху хромосом, утворення мікроядер, склеювання хромосом або їх розриви та ін. Значні зміни процесу мітозу спостерігаються в пухлинних клітинах. Вважають, що виникнення патологічних мітозів - одна з причин злоякісного переродження клітин.

Клітини з аномальним числом хромосом переважають у людей літнього і старечого віку.

23. Мейоз. Механізми, що зумовлюють генетичну різноманітність гамет. Мейоз — біологічний процес, який спостерігається у період дозрівання статевих клітин. Його суть полягає в тому, що на певних стадіях розвитку попередники статевих клітин із диплоїдним набором хромосом діляться непрямим шляхом, у результаті чого утворюються гамети з гаплоїдним набором хромосом. Мейоз включає І і II мейо­ тичні поділи. Перший мейотичний поділ (риє. 1.13). Найважливішим і найтривалішим періодом є п р о ф а з а п е р ш о г о п о д і л у . Тут розрізняють кілька стадій: Лептонема — збільшення ядра і виявлення у ньому слабо спіралізованих хромосом. Зигонема — попарне об’єднання гомологічних хромосом, під час якого центромери і плечі точно наближаються один до одного (явище кон’югації). Пахінема — спіралізація хромосом і їх об’єднання у па­ ри — біваленти. У хромосомах ідентифікуються хроматиди, в результаті чого утворюються тетради. При цьому відбуваєть­ ся обмін ділянками хромосом — кросинговер. Диплонема — початок відштовхування гомологічних хро­ мосом, однак у місцях кросинговеру зв’язок зберігається. Діакінез — подальше розходження хромосом, які ще зали­ шаються з’єднаними в бівалентах своїми кінцевими ділянками гомологічних хромосом. У результаті виникають характерні кільцеві фігури. Ядерна мембрана розчиняється У метафазі першого поділу хромосоми, з’єднані в бівален­ тах, розташовуються по екватору. В анафазі відбувається розходження до діаметральних полюсів клітини, не хроматид, а гомологічних хромосом із кожної пари. У цьому принципова відмінність від аналогічної стадії мітозу Телофаза — формування двох клітин із гаплоїдним набором хромосом, проте кількість ДНК ще відповідає диплоїдному наборові (якщо позначити гаплоїдний набір хромосом п, а кіль­ кість ДНК в гаплоїдному наборі с, то в телофазі утворюються клітини з набором хромосом і ДНК (n, 2с). Другий мейотичний поділ (рис. 1.14). Йому передує корот­ ка інтерфаза, у якій синтез ДНК не відбувається. В анафазі розходяться не гомологічні хромосоми, а лише їхні хроматиди. Тому утворені дочірні клітини залишаються гаплоїдними і ма­ ють відповідну до цього набору кількість ДНК, тобто вдвічі меншу, ніж у соматичних клітинах (n, с). Механізми, які забезпечують генетичну мінливість:

1. Зменшення числа хромосом від диплоїдного до гаплоїдного супроводжується розходженням алелів так, що кожна гамета має тільки один алель у локусі. Реципрокний обмін генами між хроматидами гомологічних хромосом може відбуватися у профазі І мейозу. Таким чином утворюються нові групи зчеплення, і відповідно генетичні рекомбінації алелів.

2. Біваленти в екваторіальній площині веретена поділу в метафазі І і хромосоми в метафазі II розташовуються довільно і випадково. Наступне їх розділення (сегрегація) в анафазах І і II відповідно створює нові комбінації алелів у гаметах. Такий незалежний розподіл призводить до великої кількості різних хромосомних комбінацій, до випадкового розподілу материнських і батьківських хромосом між дочірніми ядрами.

3. Утворення хіазм між гомологічними хромосомами у профазі І і наступний кросинговер зумовлюють нові комбінації алелів у хромосомах статевих клітин.

24. Життя клітин поза організмом. Клонування клітин. Значення методу культури тканин для медицини. Декілька десятиліть тому було встановлено, що соматичні клітини еукаріотів можна розмножувати in vitro, тобто підтримувати у вигляді так званих клітинних культур. Розподіл хромосом при розмноженні клітин культури відбувається мітотичним шляхом. Клітинна лінія утворюється з однієї клітини (і, таким чином, є клоном). У лабораторних умовах рослинні та тваринні клітини частіше за все проходять лише об­межену кількість поділів, а потім гинуть. Виняток ста­новлять ракові клітини. Для клітин прокаріотів харак­терна гаплоїдність, а для еукаріотів - диплоїдіність. Це обмежує можливості генетичного аналізу, оскільки рецесивні алелі не виявляються у гетерозиготи. Клоном називають групу генетично ідентичних індивідуумів, отриманих шляхом безстатевого роз­ множення або один від одного, або від деякого за­ гального предка. Найпростішим прикладом такого клону може бути популяція бактерій, всі клітини якої утворилися внаслідок повторних поділів з однієї батьківської клітини. Всі бактерії у такому клоні ус­падковують гени цієї батьківської клітини. У зв'язку з експериментами по пересадженню клітинних ядер відкрилася можливість для клону­вання тварин чи людини . Метод клонування використовують також і для ідентифікації генів. Створюють міжвидові гібридні клітини, в яких і визначають розташування генів.

25. Предмет і завдання генетики людини та медичної генетики. Генетика — наука, яка вивчає закономірності успадкуван­ня ознак, матеріальні носи спадковості та мінливість. Спадковість і мінливість забезпечують: 1. Дискретне успадкування і зміну конкретних ознак. 2. Відтворення в особин кожного покоління всього комплек­су морфофункціональних характеристик організмів конкрет­ного біологічного виду. 3. Перерозподіл у видів зі статевим розмноженням відтво­ рення спадкових задатків, у результаті чого в нащадків спосте­ рігається поєднання ознак, відмінне від їх поєднання у батьків. в історії генетики можна виділити три етапи: 1. Вивчення явищ спадковості на рівні організму. 2. Вивчення явищ спадковості на клітинному рівні. 3. Вивчення явищ спадковості на молекулярному рівні. Генетика тісно пов’язана з медициною. Відомо понад дві тисячі спадкових хвороб і аномалій розвитку. їх вивчають на молекулярному, клітинному рівнях, на рівні організму, попу­ ляції. Генетичними дослідженнями одержані важливі дані про характер успадкування спадкових захворювань, їх пенетрант- ність; розроблені методи ранньої діагностики спадкових захво­ рювань, дефектів розвитку, злоякісних новоутворень.

26. Генотип та фенотип. Генотип — це сукупність генів у соматичних клітинах організму; в диплоїдів — сукупність генів у диплоїдному наборі хромосом. На організмовому рівні організації спадкового матеріалу проявляються його наступні властивості: 1) здатність до самовідновлення і самокорекції в ряді популяцій клітин 2) підтримання сталості каріотипу в наступних поколіннях організмів 3) здатність до рекомбінації спадкового матеріалу в генотипі 4) здатність до зміни геномної організації спад­ кового матеріалу (за рахунок геномних мутацій) Однак всі ці гени взаємодіють і функціонують як єдине ціле. Розрізняють взаємодію алельних і неалельних генів. Фенотип — це сукупність усіх зовнішніх і внутрішніх ознак організму. Фенотип — результат взаємодії зовнішнього середовища і генотипу. У фенотипі майже ніколи не реа­ лізуються всі генетичні можливості, а лише частина з них, для яких умови були оптимальними. Зміна зов­ нішнього середовища або генотипу може викликати відхилення від нормального фенотипу. Наявність пев­ них генів не означає, що їх дія завершиться розвит­ ком відповідних ознак. На дію багатьох генів впли­ ває зміна зовнішнього середовища. Наприклад, кількість еритроцитів у людини могла змінюватися залежно від висоти місцевості над рівнем моря. падковість і середовище є етіологічними фактора­ ми, або відіграють певну роль в патогенезі будь- якого захворювання. З погляду на це всі форми па­ тології людини можна розділити на 4 групи. Першу групу складають спадкові захворювання, в розвитку яких основну етіологічну роль склада­ ють спадкові фактори, а вплив середовища лише модифікує їх прояв. Друга група-це спадкові хвороби, зумовлені патоло­ гічними мутаціями, однак для їх прояву необхідний спе­ цифічний вплив зовнішнього середовища. Прикладом може бути прояв недостатності HbS у гетерозиготних носіїв при зниженому парціальному тиску кисню. У третю групу входить переважна більшість розпов­ сюджених захворювань, особливо в людей старших віко- вих груп (гіпертонічна хвороба, ішемічна хвороба серця, виразкова хвороба тощо). Основним етіологічним чин- ником в їх розвитку є несприятливі фактори довкілля, од- них реалізація їх дії залежить від генетичної схильності (рис. 1.100). Ці хвороби ще називають мультифакто- ріальним, або хворобами з генетичною схильністю. Четверта - це відносно невелика група захворювань. у розвитку яких виключну роль відіграють чин­ники ­­­­ зовнішнього середовища (травми, опіки, інфекції).

27. Закономірності успадкування при моногібридному схрещуванні. Перший і другий закони Менделя. Менделюючі ознаки. Моногенні хвороби. Моногенним називається такий тип успадку­вання, коли спадкова ознака контролюється одним геном. Перший закон Менделя — закон одноманітності гібридів першого покоління: при схрещуванні двох гомозиготних осо­ бин, які відрізняються за однією парою альтернативних виявів ознаки, всі нащадки в першому поколінні одноманітні як за фенотипом, так і за генотипом. Другий закон Менделя — закон розщеплення: при схре­ щуванні гібридів першого покоління, тобто двох гетерозигот­ них особин, у нащадків у другому поколінні спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 3:1; за генотипом 1:2:1 за умови повного домінування ознаки. Менделюючі ознаки людини - це ознаки, які підпорядковуються або успадковуються за зако­ номірностями, встановленими Г. Менделем. Моногенні - це такі спадкові захворювання, які виз­ начаються одним геном - моногенно ,тобто коли прояв захворювання виз­ начається взаємодією алельних генів, один з яких домінує над іншим. За аутосомно-домінантним типом успадковуються деякі нормальні і патологічні ознаки: 1) біле пасмо волосся; 2) волосся жорстке, пряме; 3) шерстисте волосся - коротке, кучеряве, пишне: 4) товста шкіра; 5) здатність згортати язик трубочкою; 6) габсбургська губа - нижня щелепа вузька, виступає вперед, нижня губа відвисла і напіввідкритий рот; 7) полідактилія - багатопалість, коли кількість пальців досягає 6-9 на ногах або руках; 8) синдактилія - зрощення м'яких або кістко­ вих тканин фаланг двох і більше пальців; 9) брахідактилія-короткопалість, недорозвинен­ ня дистальних фаланг пальців; 10) арахнодактилія - сильно видовжені пальці та ін. За аутосомно-рецесивним типом успадковують- ся такі ознаки в людини: волосся пряме, тонке, шкіра тонка, 0(1) група крові, група крові Rh-, хво­ роби обміну речовин (фенілкетонурія, галактоземія та ін.)

28. Закономірності успадкування при ди- і полі гібридному схрещуванні. Третій закон Менделя. Третій закон Менделя — закон незалежного успадкуван­ ня і комбінування ознак: при схрещуванні гомозиготних особин, які відрізняються за двома (або більше) парами аль­ тернативних виявів ознак, у другому поколінні спостерігаєть­ ся незалежне успадкування і довільне комбінування ознак за умови розміщення генів, які визначають розвиток цих ознак, у різних парах гомологічних хромосом.

29. Множинні алелі. Успадкування груп крові людини за антигенною системою АВ0 та резус-фактора. Значення для медицини. У кожного організму є лише по два алельних гени. Разом з тим нерідко в природі кількість алелів може бути більше двох, коли якийсь локус може перебу- вати в різних станах. У таких випадках говорять про множинні алелі або множинний алеломорфізм. Множинні алелі позначаються однією літерою з різними індексами, наприклад А1 , А2 , А3 А4 ... Алельні гени локалізуються в однакових ділянках гомологічних хромосом. Оскільки в каріо­типі завжди присутні по дві гомологічних хромосоми, то і при множинних алелях кожний організм може мати одночасно лише по два однакових або різних алелі. У статеву клітину (разом із розходженням го­ мологічних хромосом) попадає тільки по одному із них. Для множинних алелів характерний вплив всіх алелів на одну і ту ж ознаку. Відмінність між ними полягає лише в ступені розвитку ознаки. Другою особливістю є те, що в соматичних кліти­ нах або в клітинах диплоїдних організмів міститься максимум по два алелі з декількох, оскільки вони розташовані в одному і тому ж локусі хромосоми. Ще одна особливість властива множинним алелям. За характером домінування алеломорфні ознаки роз­ міщуються в послідовному ряду: частіше нормаль­ на, незмінена ознака домінує над іншими; другий ген ряду рецесивний щодо першого, проте домінує над наступними і т.д. Одним з прикладів прояву множинних алелів у людини є групи крові системи АВО. Ж и т т є в о важливо враховувати групи крові при підборі доно­ рів для переливання крові, щоб запобігти агрегації еритроцитів донора при потраплянні їх у кров реципієнта. Крім того, прин­ цип успадкування груп крові за системою АВО використовується у судовій практиці з метою експертизи батьківства. Успадкування резус-фактора. Синтез білка Юі детермінується трьома домінантними гена­ ми С, Б, Е, які абсолютно зчеплені між собою і локалізовані в короткому плечі І хромосоми. Тому успадкування резус-фак­ тора імітує моногенне успадкування. У нормі в людей із резус-негативною кров’ю не виробляють­ ся антитіла до резус-фактора, але вони неодмінно почнуть з’являтись у результаті переливання їм резус-позитивної крові. Якщо у жінки із резус-негативною кров’ю дитина успадкує резус-фактор батька, то перша вагітність, як правило, завер­ шиться цілком нормально. Але при цьому у кров’яному руслі матері утворяться антитіла до резус-фактора. При наступній вагітності антитіла через плаценту проникнуть у кров плода і викличуть руйнування еритроцитів, які мають антиген Ші+. З кожною наступною вагітністю, несумісною за антигенами, кількість антитіл до Ші+-фактора у крові матері зростатиме, що може спричинити викидні та мертвонародження. Множинний алелізм має важливе біологічне і практичне значення, оскільки підсилює комбінативну мінливість, особливо генотипну.

30. Взаємодія алельних генів: повне домінування, неповне домінування, над домінування, кодомінування. Повне домінування — один алель гена повністю приховує наявність іншого алеля. (успадкування резус-факторної системи.) Неповне домінування — домінантний ген не повністю при­ гнічує рецесивний ген. Гетерозиготи мають власний фенотип. Неповне домінування характерне деяким генам, які викли­ кають спадкові аномалії та хвороби людини. Так успадковуєть­ ся серпоподібноклітинна анемія, атаксія Фрідрейха, цисти- нурія, таласемія. Наддомінування — домінантний ген у гетерозиготному стані має сильніший вияв, ніж у гомозиготном. Так, у дрозофіли при генотипі АА - нормальна тривалість життя; Аа - подовжена три­ валість життя; аа - летальний наслідок. Кодомінування — прояв у гетерозиготному стані ознак, що детермінуються двома домінантними алельними генами, кожен із яких окремо має самостійний прояв.(успадкування груп крові у людини)

31. Взаємодія неалельних генів: комплементарна дія, епістаз. Комплементарна дія — це вид взаємодії неалельних генів, при якому для формування ознаки необхідна наявність двох або більше неалельних, як правило, домінантних генів, кожен із яких окремо має самостійний прояв. У людини: а) синтез білка інтерферону: утворення білка пов’язане з комплементарною взаємодією двох неалельних генів, які локалізовані у 2 і 5 хромосомах; б) синтез гемоглобіну: кожен поліпептидний ланцюг гемо­ глобіну кодується окремим незалежним геном, отже, для син­ тезу молекули гемоглобіну необхідна наявність чотирьох ком­ плементарних генів; в) синтез важких і легких поліпептидних ланцюгів імуно- глобулінів: синтез контролюють три різні групи неалельних генів; г) розвиток нормального слуху у людини визначається дво­ ма домінантними генами Б і Е, ген Б відповідає за розвиток завитки вуха, а ген Е — за функціонування слухового нерва; ґ) спадкування різних форм спадкової короткозорості. Епістаз — вид взаємодії неалельних генів, при якій ген із од­ нієї алельної пари пригнічує дію домінантного гена іншої алель- ної пари, але кожен із них окремо має самостійний прояв. Ген, який пригнічує дію іншого гена, називається епістатичним супресором. Його позначають І (і), або S (s). Ген, дія якого пригнічується, називається гіпостатичним. Розрізняють: а) домінантний епістаз; б) рецесивний епістаз. Домінантний епістаз — це пригнічення геном-супресором у домінантному стані дії гіпостатичного домінантного гена. Прикладами домінантного епістазу є успадкуванняферментопатій у людини (фенілкетонурії, альбінізму, галактоземії, лактоземії, тирозинозу). Рецесивний епістаз — це пригнічення геном-супресором у рецесивному стані дії гіпостатичного домінантного гена. Прикладом рецесивного епістазу є “бомбейський феномен”.У сім’ї, в якій мати мала III групу крові, а батько І групу, народилася донька з І групою крові. Вона вийшла заміж за юнака з II групою крові та народила дві дівчинки: першу — з IV групою крові, другу — з і групою. Поява у третьому поколінні дівчинки з IV групою крові від матері з І групою і батька з II групою крові викликала сумнів. У літературі описано кілька подібних випадків.

32. Полімерне успадкування ознак у людини. Плейотропія. Полімерія — вид взаємодії неалельних генів, за якої декіль­ ка домінантних неалельних генів впливають на прояв однієї фенотипової ознаки, підсилюючи її прояв. При нагромадженні домінантних полімерних генів їх дія сумується. Ці гени мають кумулятивний ефект. Полімерні гени прийнято позначати однією літерою латин­ ського алфавіту з цифровим індексом: А2, А3 ... а1 а2, а3. Біологічне значення полімерії полягає втому, що воно за­ безпечує існування безперервних рядів кількісних змін. Озна­ ки, які кодуються полімерними генами, стабільніші, ніж ті, що кодуються одним геном. Організм без полімерних генів був би дуже вразливим: будь-яка мутація або рекомбінація призво­ дила б до зміни ознак і зумовлювала би мінливість організму. Багато морфологічних, фізіологічних і патологічних особ­ ливостей людини визначається полімерними генами: зріст, маса тіла, конституція, величина артеріального тиску, колір шкіри, розумові здібності. Розвиток цих ознак підпорядко­ вується загальним закономірностям полігенного успадкування і дуже залежить від умов середовища. Зокрема, пігментація шкіри у людини визначається п’ятьма або шістьма полімерними генами. У аборигенів Африки (не­ гроїдна раса) переважають домінантні алелі, у представників європеоїдної раси — рецесивні. Тому мулати мають проміжну пігментацію, але при шлюбі мулатів у них можлива поява як більш, так і менш інтенсивно пігментованих дітей. Плейотропність дії гена. У людини відомий синдром Марфана (арахнодактилії, долі- хостеномелії). Ген локалізований у хромосомі 15ц21, відповідає за синтез білка сполучнотканинних волокон фібриліну і фор­ мування довгих, тонких пальців, викликає аномалії в будові грудної клітки, порушення розвитку сполучної тканини, звих кришталика ока, аномалії серцево-судинної системи, ектазію (розширення) твердої оболонки мозку. Захворювання сполучної тканини успадковується за аутосомно-домінантним типом. Плейотропна дія гена може бути: 1. Первинна.. Хвороба Хартнепа. Мутація гена призводить до порушення всмоктування триптофану в тонкому кишківнику і його реабсорб­ ції в ниркових канальцях. Одночасно вражаються мембраниепі- теліальних клітин кишківника і ниркових канальців, спостері­ гаються розлади травної та видільної систем. Вторинна: спостерігається первинний фенотиповий про­ яв гена, за яким розвивається ступінчастий процес вторинних ознак, що призводять до множинних ефектів. (серпоподібно клітинна анемія) Хвороба Тей-Сакса. Порушення обміну гангліозидів, нако­ пичення у нейронах, сітківці ока, печінці ліпоїдоподібних речовин спричинюють зниження гостроти зору аж до повної сліпоти, затримку психічного розвитку, прогресуючий параліч. Успадковується за аутосомно-рецесивним типом.

33. Зчеплене успадкування генів (закон Моргана) Кросинговер. Гени, локалізовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення генів. У кожного виду організмів кількість груп зчеплення дорівнює кількості пар хромосом. Можливі два види зчеплення генів: 1. Абсолютне (повне) зчеплення: кросинговер не відбу­ вається, і у дигетерозиготи при гаметогенезі варто очікувати утворення двох типів гамет. У людини резус-фактор кодують три тісно зчеплені гени: C, D, I . Домінантні гени визначають резус-позитивні властивості крові, а їх рецесивні алелі — резус-негативні. 2. Відносне (неповне) зчеплення: під час мейозу відбуваєть­ ся кон’югація хромосом і обмін ідентичними ділянками гомо­ логічних хромосом. Кросинговер може відбуватись у будь-якій ділянці хромосоми, навіть у кількох місцях однієї хромосоми. Чим більша відстань між окремими локусами, тим частіше відбувається перехрест і обмін алельними генами. У результаті в дигетерозиготи утворюється чотири типи гамет: гамети з перех­ ресними хромосомами (кросоверні гамети) і з неперехресними хромосомами (некросоверні гамети). Некросоверних гамет зав­ жди більше, ніж кросоверних. Томас Морган сформулював закон зчепленого успадкування наступним чином.

• Якщо гени знаходяться в одній хромосомі, вони успадковуються разом, утворюючи групу зчеплення; Сумісне успадкування генів, розташованих в одній хромосомі, називається зчепленим успадкуванням.

• Кількість груп зчеплення відповідає гаплоїдному набору хромосом.

• Зчеплення генів може порушуватися внаслідок кросинговеру.

• Частота кросинговеру між двома генами прямо пропорційна відстані між ними, яка вимірюється в умовних одиницях — морганідах (відстань між генами, за якої кросинговер відбувається з частотою 1%;). Кількісно частота кросинговеру між даними генами дорівнює відсотку кросоверних особин, отриманих при аналізуючому схрещуванні, або відсотку кросоверних гамет, які утворює гетерозиготна батьківська особина.

Кросинговер – явище обміну гомологічними ділянками хромосом у профазі І мейозу.

34. Хромосомна теорія спадковості. 1. Гени локалізовані у хромосомах. Кожна хромосома — це група зчеплення генів. Кількість груп зчеплення у кожного виду дорівнює гаплоїдному наборові хромосом. 2. Гени у хромосомах розміщені лінійно. Кожен ген у хромо­ сомі займає певний локус 3. Між гомологічними хромосомами може відбуватися кон’ю­ гація і кросинговер (обмін алельними генами). 4. Відстань між генами у хромосомі пропорційна процентові кросинговеру між ними і виражається в морганідах: 1 морганіда = 1 % кросинговеру.

35. Сучасний стан дослідження геному людини. Генна інженерія. Генетичні карти хромосом людини. Міжнародна програма "Геном людини" була сформульована на початку 90-х років XX ст. Внас­ лідок копіткої роботи до початку 2003 р. геном лю­ дини повністю секвенований, тобто повністю про­ читана послідовність трьох мільярдів пар основ, з яких побудована ДНК всіх 23 пар хромосом людини. Генетична карта передбачає встановлення по­ слідовності розміщення генетичних маркерів з відстанню не більше 1 см вздовж усіх хромосом. Така генетична карта дозволяє картувати будь-який ген, встановити відносну відстань між локусами. На сьогодні весь геном людини клонований у вигляді великих фрагментів, які перекривають один одного. Розташування кожного з цих фрагментів на хромосомі визначено з високою точністю. Термін клонування означає, що ген картований, виділений, вивчена його структура, знайдена мута­ ція, яка викликає те чи інше захворювання. Розкриття геному людини сприятиме розвитку но­ вих напрямків медицини, вивченню природи спадкових і злоякісних хвороб, розробці генної і клітинної терапії. Генетична карта хромосом — це графічне зображення хромосоми у вигляді лінії, на якій вказано взаємне розташу­ вання генів. Щоб побудувати генетичну карту хромосоми, необхідно: 1. Провести рекомбінантний аналіз (вивчити характер ус­ падкування не менше трьох генів). 2. З’ясувати відстань між генами. 3. З’ясувати порядок розташування генів. Генна інженерія - галузь молекулярної біології і генетики, завдання якої - конструювання генетич­них структур за заздалегідь наміченим планом, створення організмів із новою генетичною програ­мою.

36. Генетика статі. Доза генів. Хромосомні захворювання, що зумовлені зміною кількості статевих хромосом. Геном кожного виду являє собою сукупність генетичних одиниць, які представлені в ньому у чітко визначених дозах. В результаті генотипи особин і генотипи їх клітин збалансовані за дозами генів системи. Інколи збільшення кількості генів призводить до підвищення їх дози (прикладом може бути полімерія), але такий ефект спостерігається не завжди. В організмі існують механізми, які підтримують певне дозове співвідношення генів у генотипі. Наприклад, у процесі еволюції виникає механізм інактивації однієї з Х-хромосом у гомогаметної статі XX. Це врівноважує дозу активно функціонуючих Х-генів відповідно з їх дозою в гетерогаметної статі Х0 або ХY.

Порушення дозової збалансованості генотипу організму призводить до різних відхилень у його розвитку. Прикладом можуть бути порушення розвитку організму при хромосомних перебудовах, коли доза генів змінюється в результаті втрати або переміщення фрагмента хромосоми, а також при зміні кількості хромосом у каріотипі (анеуплоїдія або поліплоїдія).

Таким чином, несприятливі наслідки хромосомних і геномних мутацій зумовлені, в першу чергу, порушенням дозової збалансованості генів у генотипі.

Успадкування статі у різних організмів. Розрізняють чоти­ ри рівні статевого диференціювання: 1. Хромосомне визначення статі. 2. Визначення статі на рівні гонад. 3. Фенотипове визначення статі. 4. Психологічне визначення статі. Хромосомне визначення статі. Стать успадковується як мен- делююча ознака. У людини в ядрі соматичної клітини 46 хро­ мосом, з них 44 аутосоми і 2 статеві хромосоми. Поєднання ста­ тевих хромосом у зиготі визначає стать майбутнього організму. Гомогаметна стать — це стать, у якої при гаметогенезі утворюються гамети одного типу. Гетерогаметна стать — це стать, у якої при гаметогенезі утворюються гамети двох типів. Хромосомні захворювання, що зумовлені зміною кількості статевих хромосом: 1. Синдром Шерешевського— Тернера: Каріотип 45, ХО; тільце Барра відсутнє. Фенотипово синдром характеризується такими ознаками: 1. Низький зріст (139—148 см). 2. Крилоподібна складка на шиї — шия сфінкса. 3. Низький заріст волосся на потилиці. 4. Повільний статевий розвиток, дисгенезія гонад. 5. Первинна аменорея, неплідність. 6 . Аномалії видільної системи (підковоподібна нирка, под­ воєння нирок, сечоводів). 7. Інтелект нормальний, інколи спостерігається психічний інфантилізм, емоційна лабільність. 8. Дерматогліфічні дослідження показують, що на пальцевих узорах зменшується кількість радіальних петель і дуг, а збіль­ шується частота ульнарних петель і завитків. Долонний три- радіус зміщений дистально і ульнарно; кут аій = 66°. 9. Лікування гормональне, спрямоване на корекцію вторин­ них статевих ознак. 2. Синдром Клайнфельтера. Описаний 1942 р. лікарем Г. Клайнфельтером. Каріотип 47, ХХУ; 48, ХХХУ; 49, ХХХХУ. 1 тільце — 2 тіль­ ця — 3 тільця Барра. Частота синдрому 0,1 % . Фенотипово синдром характеризується такими ознаками: 1. Астенічний, євнухоподібний тип будови тіла. 2. Високий зріст. Диспропорція в розмірах кінцівок і тулу­ ба, вузький плечовий пояс, широкий тазовий пояс. 3. Слаборозвинена мускулатура. 4. Розміщення жирової клітковини й оволосіння за жіночим типом, на щоках заріст відсутній. 5. Недорозвинені сім’яники, сперматогенез відсутній. Чо­ ловіки неплідні. 6 . Невисокий інтелект, розумова відсталість, дебільність. 7. Зайва Х-хромосома зумовлює порушення психіки: апа­ тичні, параноїдні стани, психози. 8 . Дерматогліфічні дослідження вказують на збільшення кількості дуг, зменшення гребенів, проксимальне зміщення долонного трирадіуса; 9. Кут аій = 42°. 3. Синдром трипло-Х. Описаний 1959 р. Р. Джекобсоном. Каріотип 47, X XX; 2 тільця Барра. Частота синдрому 0,1 %. Аномалія дуже мінлива у фенотиповому прояві: від явно ви­ раженої до клінічно стертої. Фенотипово синдром характеризується такими ознаками: 1. Супержіночий тип. 2. Незначна дисплазія різних систем органів. 3. Спостерігається затримка росту, епікант, високе тверде піднебіння, клинодактилія мізинців. 4. У 75 % жінок виявлена розумова відсталість, високий ризик захворювання психозом, надто шизофренією. 5. Первинна, частіше вторинна аменорея. 6 . Недостатня функція яєчників з відсутністю фолікулів зумовлює неплідність і прискорює клімакс. 7. Зі збільшенням кількості Х-хромосом спостерігається різке зниження інтелекту. 8 . Трапляються жінки без жодних конституційних, фізіо­логічних і психічних розладів, однак вони фертильні з поси­ леним лібідо. 9. Дерматогліфічні дослідження вказують на підвищення кількості завитків і дуг на пальцях, зменшення гребеневого рахунку. 4. Синдром дубль-У. Описаний 1962 р. Каріотип 47, ХУУ; 2 зони “діамантового сяйва” У-хрома- тину. Частота синдрому 0,45 %. Фенотипово синдром характеризується такими ознаками: 1. Чоловіки високого зросту (вище 186 см). 2. Асиметрія в будові тіла, обличчя, кінцівок. 3. Гіпоплазія сім’яників, неплідність. 4. Підвищений рівень андрогенів та лютеїнізуючого гор­ мону. 5. Інтелект нормальний, проте розумовий розвиток низь­ кий. 6 . Психопатичні риси характеру, агресивність, неправильна поведінка, схильність до асоціальних вчинків. 7. Зайва У-хромосома більше впливає на поведінку, ніж на інтелект: хворі самовпевнені, імпульсивні, афективно нестійкі, гіперсексуальні. 8 . Дерматогліфічні дослідження не дають підстави для діагностики синдрому.

37)Успадкування ознак, зчеплених зі статтю

Гомогаметна стать — це стать, у якої при гаметогенезі утворюються гамети одного типу.

Гетерогаметна стать — це стать, у якої при гаметогенезі утворюються гамети двох типів.

Ознаки, гени яких локалізовані у статевих хромосомах, успадковуються зчеплено зі статтю. Ці гени поділяються на три підгрупи залежно від того, в яких ділянках X і Y хромосом вони розташовані.

1.Частково зчеплені гени - гени, які локалізовані в гомологічних ділянках X і У хромосом. Вони частково зчеплені зі статтю і залишаються обмеженими Х-хромосомою тільки до кросинговеру між локусом їх розташування. Після такого кросинговеру гени переходять із X- у Y-хромосому і виникає вже успадкування, характерне для генів, частково зчеплених із Y-хромосомою.

а) ген загальної кольорової сліпоти;

б) ген пігментного ретиніту;

в) ген хвороби Огуті;

г) ген епідермального бульозу;

ґ) ген геморагічного діатезу;

д) ген спазматичної параплегії;

е) ген судомних розладів.

2. Х-зчеплені гени, які розміщені в тій ділянці Х-хромосоми, що не має гомологічної ділянки в У-хромосомі. Такі гени повністю зчеплені зі статтю, передаються нащадкам разом з Х-хромосомою і не можуть переходити з X-в Y-хромосому.а) ген гемофілії;

б) ген дальтонізму;

в) ген гіпоплазії емалі зубів;

г) ген відсутності других різців;

ґ) ген фавізму;

д) ген м’язової дистрофії Дюшена;

е) ген нецукрового діабету.

3. У-зчеплені гени (голандричні гени), які локалізовані у непарній ділянці У-хромосоми. Голандричні ознаки — це ознаки, що успадковуються через У-хромосому.

а) ген іхтіозу;

б) ген гіпертрихозу;

в) ген гістосумісності;

г) ген чутливості до андрогенів;

ґ) ген, який зумовлює низький тембр голосу;

д) ген наявності шкірної перетинки між пальцями.

Успадкування захворювань, зчеплених із X- і У-хромосомами:

1.Х-зчеплене успадкування: гемофілія — спадкове захворювання, зумовлене нестачею VIII або IX факторів зсідання крові, яке проявляється симптомами підвищеної кровоточивості. Успадковується як рецесивна, зчеплена з Х-хромосомою ознака.

2.Y -зчеплене успадкування: гіпертрихоз — захворювання, при якому спостерігається надмірний розвиток волосяного покриву на вушних мушлях.

Є певні характерні особливості успадкуванняознак, зчеплених зі статтю. Гени, що локалізовані в X- хромосомі, як і при аутосомному успадкуванні, можуть бути домінантними і рецесивними. Відмінною рисою Х-зчепленого успадкування є відсутність передачі відповідного гена від батька до сина; оскільки чоловіки гемізиготні (мають тільки одну Х-хромосому), вони передають свою Х-хромосому тільки донькам.

38)Мінливість, її форми, значення в онтогенезі й еволюції

Мінливістю називають властивість організмів набувати нових ознак під впливом умов зовнішнього середовища або внаслідок змін спадкового апарату. Розрізняють неспадкову і спадкову мінливість, спадкова мінливість поділяється на комбінативну і мутаційну.

Мінливість забезпечує різноманітність за будовою і фізіологічними функціями організмів. Вона є результатом різних процесів. Деякі з них відбуваються у спадковому матеріалі (генотипі). Інші обмежуються фенотипом.

Неспадкова мінливість — здатність організмів реагувати на умови зовнішнього середовища, змінювати свій фенотип у межах норми реакції, заданої генотипом, вона виникає у процесі індивідуального розвитку організмів і не передається нащадкам, не викликає змін генотипу.

Залежно від умов середовища характер розвитку ознаки може зазнавати змін. Усі ознаки, які формуються в постембріональному періоді, зазнають істотного впливу середовища. Це можна спостерігати в монозиготних близнюків, які перебувають у різних умовах. Незважаючи на ідентичність їх генотипу, навіть маса тіла зазнає змін.

Середовище може впливати і на прояв домінантної ознаки. Це залежить як від спадковості, так і від впливу умов середовища. Спадковий матеріал при модифікаційній мінливості змін не зазнає. Зміни ознак і властивостей організму в межах норми реакції, що виникають внаслідок різних умов існування, називаються модифікаціями.

Модифікації мають адаптивний (пристосувальний) характер і є важливими для виживання організмів, виконуючи певну роль у збереженні виду. Крім корисних (пристосувальних), зміни бувають індиферентні.

Модифікаційна мінливість — явище масове. Вона стосується не одного, а сукупності об’єктів, і тому її ще називають груповою, або визначеною.

Модифікаційна мінливість характеризується такими властивостями: 1) не передається по спадковості; 2) груповий характер змін; 3) відповідність змін щодо дії певного чинника середовища; 4) обумовлені генотипом межі змін (хоча напрям змін однаковий, ступінь їх прояву в різних організмів неоднаковий).

Спадкова мінливість — здатність до змін самого генетичного матеріалу, які можуть проходити на різних рівнях його організації. Як зазначалося, розрізняють дві її основні форми: комбінативну і мутаційну.

Комбінативною називають мінливість, яка залежить від перекомбінування алелів у генотипах нащадків порівняно з генотипами батьків, що призводить до появи нових ознак у дітей.

Комбінативна мінливість — найважливіше джерело безмежно великого спадкового розмаїття, яке спостерігається у живих організмів. В основі комбінативної мінливості лежить статеве розмноження. Генотип нащадків являє собою поєднання генів, які були властиві батькам. При статевому розмноженні комбінації генів приводять до формування нового унікального генотипу і фенотипу.

Мутаційна мінливість зумовлена як впливом на організм чинників зовнішнього середовища, так і його фізіологічним станом. Частота виникнення мутацій залежить від таких факторів:

— генотип організму;

— фаза онтогенезу;

— стать;

— стадія гаметогенезу;

— мітотичний і мейотичний цикли хромосом;

— хімічна будова окремих ділянок хромосом тощо.