ПФ. Семинар 3

Вопрос № 1

Мутаген - это физические или химические агенты, которые вызывают изменения в генетическом материале (как правило, ДНК) организма и повышают частоту мутаций

Мутагенной активностью в зависимости от силы и продолжительности действия обладают очень многие факторы окружающей среды. К числу наиболее активных мутагенов относятся:

1. Физические факторы - ионизирующая радиация, УФЛ, хроническая гипоксия, перегревание.

2. Химические - перекись водорода , альдегиды и кетоны, азотная кислота и ее соли, соли тяжелых металлов и алкилирующие соединения, пищевые красители, инсектициды, гербициды, алкоголь и никотин, цитостатики, ингибиторы синтеза ДНК, лекарства: антибиотики, циклофосфамид, митомицин С и т.д.

3. Биологические - вирусы.

4. Некоторые нарушения в самом организме: нарушения обмена витамина В 12, аутоиммунные заболевания, ошибки репликации

По характеру изменений генома выделяют следующие мутации:

1. Генные - связанные с одной парой нуклеотидов в полипептидной цепи ДНК (цитологически невидимые изменения).

2. Хромосомные - на уровне отдельной хромосомы (делеция - фрагментация хромосом, приводящая к утрате ее части; дупликация - удвоение участка, перестройки хромосом, обусловленные изменением групп сцепленных генов внутри хромосом - инверсия; перемещение участков - инсерция и др.

3. Геномные - а) полиплоидия - изменение числа хромосом, кратное гаплоидному набору; б) анэуплоидия (гетероплоидия) - некратное гаплоидному набору.

По проявлению в гетерозиготе:

1. Доминантные мутации.

2. Рецессивные мутации.

По уклонению от нормы:

1. Прямые мутации – мутации, приводящие к потере функции. Пример: бактерии E. colli в норме сбраживают лактозу (Lac⁺), если произойдет мутация, то они станут Lac^-

2. Реверсии (часть из них – обратные- восстанавливает генотип и фенотип, супрессорные-восстанавливают фенотип, не восстанавливая генотип ). Lac^- превращается в Lac⁺

В зависимости от причин, вызвавших мутации:

1. Спонтанные - ну так получилось 

2. Индуцированные – вызваны благодаря направленному действию человека

По локализации в клетке:

1. Ядерные - изменяется структура ДНК хромосом

2. Цитоплазматические – изменяется структура ДНК пластид и митохондрий

По отношению к особенностям наследования:

1. Генеративные, происходящие в половых клетках

2. Соматические

По фенотипу (летальные, морфологические, биохимические, поведенческие, чувствительности к повреждающим агентам и др.).

Итак, в связи с этим, согласно фенотипической классификации выделяют:

1. Морфологические мутации, при которых отмечается преимущественно изменение роста и формирования органов.

2. Физиологические мутации - повышающие или понижающие жизнедеятельность организма, полностью или частично тормозящие развитие (полу- и летальные мутации). Существует понятие о летальных генах. Такие гены (обычно в гомозиготном состоянии) или ведут к летальному исходу, или увеличивают его вероятность в раннем эмбриогенезе, или в раннем постнатальном периоде. В большинстве случаев конкретная патология пока не выявлена.

3. Биохимические мутации - мутации, тормозящие или изменяющие синтез определенных химических веществ в организме.

Вопрос №2 Типы наследования и все про это …

В связи с этим выделяют следующие основные типы наследования:

1) аутосомно-доминантный,

2) аутосомно-рецессивный,

3) сцепленное с полом доминантное наследование

4) сцепленное с полом рецессивное наследование. Из них отдельно выделяют

4) ограниченный полом аутосомный и

5) голандрический типы наследования.

6) митохондриальное наследование.

1)При аутосомно-доминантном типе наследования аллель гена, определяющий признак, находится в одной из аутосом (неполовых хромосомах) и является доминантным. Такой признак будет проявляться во всех поколениях. Даже при скрещивании генотипов Aa и aa, он будет наблюдаться у половины потомства. Достаточно получить один мутантный аллель от одного из родителей или вследствие мутации de nova

По аутосомно - доминантному типу наследуются хорея Хантингтона, полидактилия (многопалость), брахидактилия (короткопалость, вызванная отсутствием дистальных фаланг), глаукома (заболевание, сопровождающееся повышением внутриглазного давления)

2) В случае аутосомно-рецессивного типа признак может не проявляться у одних поколений и проявиться у других. Если родители гетерозиготы (Aa), то они являются носителями рецессивного аллеля, но обладают доминантным признаком. При скрещивании Aa и Aa, ¾ потомков будут иметь доминантный признак, а ¼ рецессивный. При скрещивании Aa и aa у ½ рецессивный аллель гена проявит себя у половины потомков.

Аутосомные признаки проявляются с одинаковой частотой у обоих полов.

Аутосомно-рецессивный тип наследования характерен для гидроцефалии (заболевание, которое характеризуется аномальным увеличением количества спинно - мозговой жидкости внутри желудочков мозга и в подоболочечных пространствах), серповидно-клеточной анемии (заболевание, при котором эритроциты приобретают серповидную форму), муковисцидоза, фенилкетонурии и др.

3) Сцепленное с полом доминантное наследование похоже на аутосомно-доминантное с одним лишь различием: у пола, чьи половые хромосомы одинаковы (например, XX у многих животных это женский организм), признак будет проявляться в два раза чаще, чем у пола с разными половыми хромосомами (XY). Это связано с тем, что если аллель гена находится в X-хромосоме мужского организма (а у партнера такого аллеля вообще нет), то все дочери будут его обладателями, и ни один из сыновей. Если же обладателем сцепленным с полом доминантным признаком является женский организм, то вероятность его передачи одинакова обоим полам потомков.

По Х - сцепленному доминантному типу наследуется витамин D - резистентный рахит.

4) При сцепленном с полом рецессивном типе наследования также может наблюдаться проскок поколений, как и в случае аутосомно-рецессивного типа. Это наблюдается, когда женские организмы могут быть гетерозиготами по данному гену, а мужские не несут рецессивный аллель. При скрещивании женщины-носителя со здоровым мужчиной у ½ сыновей проявится рецессивный ген, а ½ дочерей будут носителями. У человека так наследуются гемофилия и дальтонизм. Отцы никогда не передают ген болезни своим сыновьям (так как передают им только Y-хромосому).

По данному типу наследуется гемофилия (нарушение свёртывания крови), дальтонизм (нарушение цветового зрения).

5) Голандрическое наследование связано с локализацией исследуемого гена в половой Y-хромосоме. Такой признак, независимо от того доминантный он или рецессивный, проявится у всех сыновей и ни у одной дочери.

Так наследуется признак “волосатых ушей” (гипертрихоз ушной раковины).

6) Наследование в связи с половыми хромосомами: а) через гомологические участки X- и Y-хромосом одинаково у разных полов; наследуются пигментная ксеродерма, спасти- ческая параплегия; б) галандрическое наследование (через негомологичный учас- ток Y-хромосомы); передаются болезни от отца к сыновьям - волосатость ушей, перепонки между пальцами; в) через негомологичный участок Х-хромосомы; наследуются рецессивные для женщин и доминантные (в силу гемизигот- ности) для мужчин заболевания - гемофилия, дальтонизм, ихтиоз; 6) наследование через плазмогены - гены цитоплазмы яйце- клетки (например, синдром Лебера - атрофия зрительного нерва)

Митохондрии обладают собственным геномом, что обуславливает наличие митохондриального типа наследования. Поскольку только митохондрии яйцеклетки оказываются в зиготе, то митохондриальное наследование происходит только от матерей (и к дочерям и к сыновьям, однако сыновья не могут передать митохондрии своей матери далее по дереву наследования).

Ряд редких болезней с необычной комбинацией неврологических и миопатических признаков, кардиомиопатии, диабет, как оказалось, возникают вследствие мутаций митохондриальных генов.

7) Неполное доминирование (промежуточный тип наследования). При гетерозиготности клинические проявления мало выражены (например, эссенциальная гиперхолестеринемия); в случае гомозиготности - выраженная форма патологии (например, ксантоматоз).

Вопрос №3 Популяции и субпопуляции

Популя́ция (от лат. populatio — население) — совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.

Генетическая характеристика. Генетически популяция характеризуется ее генофондом (аллелофондом).

Генофонд представлен совокупностью аллелей, образующих генотипы

организмов данной популяции. В каждой данной популяции состав генофонда из поколения в поколение может постоянно изменяться. Новые сочетания генов

образуют уникальные генотипы, которые в своем физическом выражении, т. е. в

форме фенотипов, подвергаются давлению факторов среды, производящих

непрерывный отбор и определяющих, какие гены будут переданы следующему

поколению.

Демографическая характеристика:

1. Обилие (общее число организмов)

2. Рождаемость (скорость прироста населения)

3. Смертность (скорость сокращения численности в результате гибели особей)

4. Возрастной состав (соотношение численности разновозрастных особей)

5. Естественный прирост (рождаемость минус смертность)

6. Абсолютная рождаемость – общее число появившегося молодняка за какой-либо временной период.

7. Удельная рождаемость – это число потомков на 1 взрослую особь, или даже на 1 самку.

8. Этологическая структура популяции – это система поведенческих взаимоотношений между её членами. Зависит в основном от образа жизни. Различают несколько форм совместного существования особей: а) одиночный образ жизни и объединение только на период спаривания; б) семейный образ жизни; в) групповой образ жизни (колонии, стада, стаи); г) семейно-групповой. 

Субпопуляция — группа особей, находящая внутри популяции, которая скрещивается между собой с сильно ограниченной миграцией. 

Большие популяции обычно подразделяются на субпопуляции:

а) демы - характеризуются малым процентом лиц, происходящих из других групп (1-2%), высокой частотой внутригрупповых браков (89-90%), их численность - 1500-4000 человек:

• численность от 1500 до 4000 человек

• представители других групп людей – 1-2%

• частота внутригрупповых браков 80-90%

• прирост населения за 25 лет не более 25%

б) изоляты - малые популяции (до 1500 человек), представители других групп не более 1%, частота внутригрупповых браков более 90% (за 4 поколения -(около 100 лет) - все члены изолята становятся не менее, чем троюродными братьями и сестрами):

• численность не более 1500 человек

• представители других групп людей не более – 1%

• частота внутригрупповых браков более90%

• прирост населения за 25 лет менее 25%

Популяции человека в широком смысле слова отличаются в настоящее время двумя характерными чертами:

1) относятся к численно возрастающим;

2) снижается давление отбора.

Вопрос № 4 Закон Харди-Вайнберга

в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует естественный 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:

закон Харди-Вайнберга (р² + 2рq + q² = const=1),

• р - частота гомозиготного потомства по аллелю А ;

• рq - частота гетерозигот (А а),

• q - частота гомозиготного потомства по аллелю а .

Закон применяется для анализа популяций: можно выявить действующие на популяцию факторы отбора, определить распространенность патологического гена и частоту гетерозигот, проверить, наконец, гипотезы о моно- или полилокусности (за синтез белковой молекулы отвечает 2 и или более гена) какого-либо признака.

Важнейшей группой факторов, нарушающих равновесие генов, являются факторы, смещающие равновесие генных частот - именно они, в конечном счете, и определяют частоту наследственных болезней. Если бы в популяциях сохранилось строгое равновесие генов и частота их не менялась, то эволюция была бы невозможной.

Все эти факторы обладают разнонаправленным действием:

1) поставляют в популяцию новые аллели или новые комбинации генотипов - мутационный процесс, иммиграция населения;

2) изменяют соотношение различных генотипов в популяции - родственные браки, "дрейф" генов, эмиграция, отбор.

Вопрос № 5 Факторы, влияющие на частоту наследственной патологии в популяции в целом

1. Нарушение панмиксии (свободного скрещивания)

1. Инцестные (запретные) браки - между родственниками первой степени родства (отец-дочь, брат-сестра). сейчас это крайне редкие случаи. Как правило, многие из детей таких браков являются умственно отсталыми или больны-ми.

2. Кровнородственные браки, обусловленные территориальной изолированностью небольших популяций. Изолированные популяции (изоляты) до сих пор еще существуют, хотя и имеется тенденция к их распаду. Изоляты встречаются в Средней Азии (особенно в горных районах), в Дагестане, Сванетии, на Дальнем Востоке и в Сибири.

3. Кровнородственные браки характерны и для некоторых форм социальной изоляции. Среди некоторых групп населения такие браки поощряются по экономическим, религиозным соображениям.

Особенно это выражено у некоторых восточных народов, среди евреев.

2. Малая эффективная численность популяций (дрейф генов)

В малочисленных популяциях параллельно уменьшению популяции возрастают колебания концентрации отдельных аллелей, так что в ряду поколений одни аллели могут быть вовсе утрачены, а другие станут более частыми или даже распространяться на всю популяцию.

Пример: Например, при медико-генетических исследованиях в Туркмении установлены локальные очаги накопления отдельных форм наследственных заболеваний.

3. Межпопуляционные миграции. Переход особей из популяции 1 в популяцию 2 и наоборот.

Передвижение может быть:

• активным

• пассивным (ветер, птицы ). Я думаю, что это относится больше к растениям.

• умышленное перемешивание популяций человеком (местные соболи сибирские + баргузинские )

4. Мутационный процесс (Некоторые мутации лежат в основе чувствительности их носителей к определенным факторам внешней среды). Потенциальные токсические факторы окружающей среды могут приносить вред части населения, генетически предрасположенной к ним. Пример: Наиболее изученной мутацией на загрязнение атмосферы является недостаточность альфа1-антитрипсина - белка крови - ингибитора протеаз. Лица с наследственной недостаточностью фермента особенно гомозиготные, очень склонны к развитию хронических воспалительных заболеваний и эмфиземы.)

5. Действие отбора

Можно выделить два вида отбора:

1. Отбор, действующий на выживаемость организма до периода размножения.

2. Отбор по признакам, определяющим интенсивность размножения.

Второй вид отбора в настоящее время действует очень мало потому, что не большее число детей семьи (1-2) может быть получено путем компенсаций числа беременностей.

Интенсивность отбора у человека во внутриутробном состоянии довольно высока. Более половины зачатий не заканчиваются рождением ребенка. Эмбрион или плод погибает на разных этапах развития по различным причинам. Спонтанные аборты составляют около 15% всех зачатий, мертворожденные - 2%, жесткому отбору подвергаются хромосомные и геномные мутации.

6. Изоляция