Ответы на экзаменационные вопросы по биологии. Экзамен
.pdf20. Генные мутации, их классификация: делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Причины и механизмы возникновения. Значение в развитии патологических состояний человека. Понятие о моногенных болезнях.
Генные мутации (точковые, истинные) –ГМ– молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка, но большая их часть приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно ГМ обуславливают большинство наследственных форм патологии. Важно отметить, что ГМ затрагивают не генотип, а отдельные участки гена, что обуславливает появление нового варианта признака, т.е. аллели, а не нового признака как такового.
ГМ делятся на 3 группы:
1.Мутации без сдвига рамки считывания (замена 1 нуклеотида на другой);
2.Мутации со сдвигом рамки считывания (изменение числа пар нуклеотидов в пределах гена) – происходит при неравном кроссинговере;
3.Изменение порядка следования нуклеотидов в пределах гена.
В следующей классификации ГМ будут затронуты последние 2 группы.
Классификация ГМ
1)Инверсия;
2)Транслокация;
3)Делеция;
4)Дупликация.
Механизмы и причины возникновения:
Причины:
Различают спонтанные (самопроизвольные) и индуцированные ГМ.
Спонтанные (самопроизвольные) мутации – мутации, которые происходят вне прямой связи с каким-либо физическим или химическим фактором внешней среды.
3 фактора, приводящих к спонтанным мутациям:
1.Таутомерные формы оснований ДНК (Аденин в редкой иминоформе спаривается с цитозином, а не с тимином, что при последующей репликации приводит к транзиции АТ ® GC. Другая причина — неисправленные ДНК-полимеразой ошибки репликации.);
2.Спонтанное дезаминирование метилированных цитозиновых нуклеотидов (Дезаминирование метилированного цитозина превращает его в тимин. Метилирование ДНК — распространенная эпигенетическая модификация, в результате которой динуклеотиды CpG избирательно модифицируются. Однако метилцитозин отличается нестабильностью, и может произойти его спонтанное дезаминирование, которое превращает его в тимин. В результате дезаминирования метилцитозина в ДНК появляется дефект (неспаренные основания G–T), который индуцирует систему репарации);
3.Окисление гуаниновых нуклеотидов (Окисление гуанина происходит свободными радикалами кислорода. Клетка за один день поглощает 1012 молекул кислорода, из которых около 1 % превращаются в свободные радикалы, способные модифицировать ДНК. При окислении свободными радикалами гуанин превращается в 8-оксигуанин, который вместо цитозина присоединяет тимин.
Индуцированные мутации могут быть вызваны физическими (ионизирующая радиация, ультрафиолетовое облучение) и химическими мутагенами.
Механизмы:
1) Инверсия
Поворот участка гена на 180•, в результате чего в этом участке нуклеотиды расположены в последовательности, обратной по сравнению с нормой.
Норма: А-Б-В-Г-Д-Е (участок ВГД совершает поворот на 180 градусов)
Инверсия: А-Б-Д-Г-В-Е.
2) Транслокация
Перемещение какого-либо участка гена в другое место.
Норма: последовательность нуклеотидов №1 А-Б-В-Г-Д-Е
последовательность нуклеотидов №2 К-Л-М-Н-О-П
Транслокация: последовательность нуклеотидов №1 А-Б-В-Н-О-П
последовательность нуклеотидов №2 К-Л-М- Г-Д-Е
3) Делеция
Выпадение участка гена.
Норма: А-Б-В-Г-Д-Е
Делеция: А-Г-Д-Е
4) Дупликация
Удвоение какого-то участка гена.
Норма: А-Б-В-Г-Д-Е
Дупликация: А-Б-В-Г-Д-В-Г-Д –Е
Значение в развитии патологический состояний человека:
Именно ГМ обуславливают развитие большинства наследственных форм патологий.
В результате доминантных (уже в 1ом поколении) и рецессивных (укрытые в гетерозиготах от действия ЕО, поэтому накапливаются в генофонде в большом количестве) мутаций в фенотипе появляются доминантные и рецессивные измененные признаки. Мало благоприятных (повышающих жизнеспособность) и нейтральных (не снижающих жизнеспособность организмов) мутаций, чаще встречаются неблагоприятные, которые делятся на летальные (приводят организм к гибели на ранних этапах индивидуального развития, нр: стадия зиготы) и полулетальные (в таком случае эмбриогенез может быть
завершен, но у носителей мутации настолько снижена жизнеспособность, что он погибает до достижения половой зрелости и не участвует в репродуктивном процессе.
Понятие о моногенных болезнях:
Моногенные болезни (МБ) полностью обусловлена мутацией одного гена. Закономерности наследования генных мутаций соответствуют менделевским правилам расщепления в потомстве.
Классификация МБ основана на нескольких принципах
1.По ведущей системной патологии – органный или системный тип;
2.По этиологии:
2.1Болезни с установленным первичным молекулярным (бх) дефектом; (10%)
2.2Болезни с неустановленным первичным молекулярным (бх) дефектом. (90%)
3.По типу наследования патологического признака;
4.По преимущественному поражению того или иного вида обмена. Многие МБ называются НБО – наследственными болезнями обмена веществ.
4.1Болезни аминокислотного обмена (ФКУ, тирозиноз, алкоптонурия, лейциноз и др.);
4.2Болезни углеводного обмена (галактоземия, гликогенозы, мукополисахаридозы);
4.3Болезни липидного обмена (гагнглиозидозы, сфинголипидозы, цереброзидозы, лейкодистрофии);
4.4Болезни обмена металлов (болезнь Вильсона-Коновалова).
21. Хромосомные мутации, их классификация: делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Причины и механизмы возникновения. Значение в развитии патологических состояний человека.
Хромосомные мутации связаны с изменениями числа и структуры хромосом.
Изменения в числе хромосом определяются добавлением или уменьшением всего набора хромосом,ведущим к полиплоидии или гаплоидии,а так же добавлением или удалением одной или больше хромосом из набора,что ведет к гетероплоидии или анеуплоидии.
-Делеции представляют собой потери сегмента хромосомы,несущего один или несколько генов. Они являются наиболее частой и опасной для человека формой генетических макроповреждений.
У гаплоидных организмов крупные делеции летальны.
Эффект делеции у диплоидных организмов зависит от числа делетированных генов.
В диплоидных клетках или в организмах,гомозиготных по данной делеции,последняя летальна.
-Дубликации представляют собой добавления какого-либо сегмента хромосомы,несущего один или несколько генов,в результате того,что один и тот же сегмент хромосомы может быть повторен несколько раз.
Дубликации часто безвредны для их носителей. Предполагают,что они способствуют формированию полигенов или являются способом введения новых генов в геномы. Некоторые Дубликации однако вредны и даже летальны.
-Инверсии заключаются в поворотах на 180 сегментов,освобождающихся в результате парных разрывов в хромосомах.
Инверсии оказывают влияние на мейоз,что приводит к пониженной фертильности гибридов.
-Транслокация- это обмен частями гомологичной и негомологичной хромосом,образованными разрывами по длине последних.
Хромосомные мутации чаще всего возникают при нарушении деления клеток. Их последствия для организма могут быть разными. Наиболее опасны утрата и делеция, так как может быть потеряна информация о жизненно важном белке.
Патологии:
Болезнь Дауна-монголоидность,открытый рот с большим языком,умственная отсталость
Трисомия 13глухота,аномалии сердца,полилактилия.
Трисомия 18множественные врождённые пороки многих органов.
Синдром Шершевского-Тернера- женщины с недостаточным половым развитием,короткой фигурой,нарушением сердечн-сосуд системы.
Синдром Клайнфельтерамужчины с недоразвитыми тестисами,но развитой грудью,женским голосом
Синдром трипло-х -больные женщины внешне не отличаются от нормальных,но их фолликулы недостаточно развиты.
22. Геномные мутации: классификация, причины, механизмы возникновения хромосомных синдромов на примере синдрома Дауна.
Геномные мутации: классификация, причины, механизмы возникновения хромосомных синдромов на примере синдрома Дауна.
Классификация:
1)Геномные синдромы
2)Структурные аберрации
Причина геномных мутаций изменения числа хромосом.Различают полиплоидию и анеуплоидию.
23. Человек как объект генетических исследований. Цитогенетический метод; его значение для диагностики хромосомных синдромов. Правила составления идиограмм здоровых людей. Идиограммы при хромосомных синдромах (аутосомных и гоносомных). Примеры.
1) Основные генетические закономерности имеют универсальное значение и в полной мере приложимы к человеку.
Для человека характерны все известные в генетике типы наследования признаков: доминантные, кодоминантные, рецессивные, аутосомные и сцепленные с половыми хромосомами, ограниченные и контролируемые полом.
Человек, как объект генетических исследований, имеет специфику, которая создает значительные трудности (недостатки) в изучении его наследственности и изменчивости:
невозможно использовать основной метод в генетике – гибридологический, невозможно скрещивать в искусственных условиях, т.е. проведения прямых экспериментов;
сложный кариотип - большое число хромосом в кариотипе: 2п - 46, большое число групп сцепления – у женщин – 23, у мужчин – 24. Аутосомных – 22 и две
по половым хромосомам: по Х и У хромосомам; немногочисленное потомство – невозможно проводить статистический анализ. Человек -
одноплодная особь (за одну беременность, как правило, рождается один ребенок), исключение - рождение близнецов,
малое количество детей в браке, невозможность формировать необходимую схему брака, так как
люди свободно вступают в брак (в основе браков лежат любые мотивы, кроме научно-исследовательских целей)
позднее половое созреваниепродолжительность цикла развития до наступления половой зрелости,
редкая смена поколений – одно поколение у человека 25 лет продолжительность жизни соизмерима с жизнью исследователя, одновременно можно
наблюдать и проанализировать 3 – 4 поколения.
невозможность создания одинаковых условий, среда для человека более широкое понятие, чем для животных и растений. Наряду с питанием, климатом и др. абиотическими и биотическими факторами, средой для человека являются и социальные факторы, трудно изменяемые по желанию исследователя
характерен большой генотипический и фенотипический полиморфизм(наличие в пределах одного вида резко различаться особей друг от друга)
Достоинства:
исчерпывающие знания по анатомии и физиологии человека, большое число изученных мутаций, пополняемых и в настоящее время,
многочисленность человеческой популяции в целом, позволяют всегда выбрать нужную схему брака.
В связи с этим исследования в области генетики человека и медицинской генетики проводятся с помощью методов, учитывающих особенность человека, как генетического объекта. К таким методам относятся: основные и дополнительные методы.
Основные: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционно-статистический.
Дополнительные: биохимический, микробиологический, гибридизация соматических клеток, дерматоглифический, моделирование, клинический.
2)Цитогенетический метод используется для изучения кариотипа человека и диагностики наследственных заболеваний, вызванных хромосомными мутациями. Также он представляет диагностическую ценность при выявлении мутагенного воздействия лекарственных веществ.
3)Идиограмма - это систематизированный кариотпп. в котором хромосомы располагаются по мере убывания их величины. Точно расположить хромосомы по величине удается далеко не всегда, так как некоторые пары хромосом имеют близкие размеры
Принципы составления идиограмм:
Если расположить фотографии гомологичных хромосом по мере возрастания их размеров, то можно получить так называемую идиограмму кариотипа. Таким образом, идиограмма - это графическое изображение хромосом. На идиограмме пары гомологов располагаются рядами в порядке убывающего размера.
У человека на идиограмме среди 46 хромосом различают три типа хромосом в зависимости от положения в хромосоме центромер:
Метацентрические - центромера занимает центральное положение в хромосоме, оба плеча хромосомы имеют почти одинаковую длину
2. Субметацентрические - центромера располагается ближе к одному концу хромосомы, в результате чего плечи хромосомы разной длины.
24. Биохимический метод изучения генетики человека; его значение для диагностики наследственных болезней обмена веществ.
Биохимические показатели отражают сущность болезни более адекватно, чем клинические симптомы. Эти методы направлены на выявление биохимического фенотипа организма. Им принадлежит ведущая роль в диагностике моногенных наследственных болезней. Принципы биохимической диагностики менялись на разных этапах развития генетики:
до 50-х годов – искали метаболиты в моче (алкаптонурия, фенилкетонурия); 50- 70-е – выявление энзимопатий и метаболитов; с 70-х – белки.
В настоящее время все эти объекты являются предметом биохимических исследований. Так как биохимических методов очень много, поэтому при их использовании дол-жна
быть определенная система схема обследования строится на:
клинической картине болезни; генеалогических сведениях;
поэтапном исключении определенных классов болезней (просеивающий метод). Биохимические методы многоступенчаты.
Объекты биохимических исследований: моча; пот;
плазма и сыворотка крови; форменные элементы крови;
культуры клеток (фибробласты, лимфоциты).
При использовании просеивающего метода в биохимической диагностике выделяют уровни: первичный и уточняющий.
Цель первичной диагностики – выявление здоровых индивидов и отбор индивидов для последующей диагностики. На этом этапе используется моча и небольшое количество крови. Программы первичной биохимической диагностики бывают массовыми и селективными.
Массовые просеивающие программы Применяют в диагностике фенилкетонурии, врожденного гипотериоза,
адреногенитального синдрома, врожденных аномалий развития нервной трубки и болезни Дауна. В основном их используют в пренатальной диагностике:
определение в сыворотке крови беременной женщины веществ (сывороточных маркеров матери) - скрининг -тесты на содержание:
АФП (альфа - фетопротеин), ХГЧ (хорионический гонадотропин), несвязанный эстриол; ассоциированный с беременностью плазменный белок – А; сывороточный
активин – А; выделение клеток или ДНК плода из организма матери.
АФП – белок, вырабатываемый печенью плода, его концентрация меняется на разных сроках беременности (существуют нормативные показатели и показатели при различных
нарушениях): при с.Дауна – понижена, при дефектах нервной трубки и брюшной стенки – повышена.
Селективные программы 1. Используются простые качественные реакции:
тест с FeCl3 на выявление фенилкетонурии – при наличии в моче фенилпировиноградной кислоты фильтровальная бумага окрашивается в зеленый цвет;
тест с динитрофенилгидразином для выявления кетокислот; микробиологический ингибиторный тест Гатри – биохимические нарушения у
новорожденных – аминокислот и углеводов: кровь новорожденного → диск фильтровальной бумаги → на агаровую культуру, которую выращивают на минимальной питательной среде, содержащей антиметаболит искомой аминокислоты (фенилаланина, лейцина, гистидина, фруктозы, галактозы и т.д.) –он должен тормозить рост микробов: при наличии в крови фенилаланина - разрушается антиметаболит и микробы растут.
2. Точные методы (можно обнаружить большие группы отклонений):
тонкослойная хроматография мочи и крови → наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов, мукополисахаридов;
газовая хроматография → наследственные болезни обмена органических кислот; электрофорез гемоглобинов → вся группа гемоглобинопатий.
В современных условиях многие этапы биохимической диагностики осуществляются приборами: аминоанализаторами.
Пример программы селективного скрининга на наследственные болезни обмена веществ с острым течением и летальным исходом (МГНЦ РАМН):
1 этап - 14 тестов (качественных и количественных) на: белок;
●кетокислоты;
●цистин, гомоцистин;
●креатинин;
●ионы аммония и т.д.
2 этап – а) тонкослойная хроматография мочи и крови для выявления:
●аминокислот;
●фенольных кислот;
●моно- и дисахаридов и др.соединений. б) электрофорез мочи для выявления:
●гликозамингликаны.
Показания для применения биохимических методов У новорожденных:
Судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, ацидоз, нарушенное кислотно-основное состояние, остановка роста.
У детей:
Задержка физического и умственного развития, потеря приобретенных функций, специфическая клиническая картина болезни.
У взрослых:
Для диагностики болезни и гетерозиготного носительства:
Гепатолентикулярная дегенерация, недостаточность 1- антитрипсина, недостаточность глюкозо – 6 – фосфатдегидрогеназы и т.д.
Следует отметить, что для диагностики многих болезней биохимические методы заменяются молекулярно-генетическими в связи большей точности и экономичности.
Выявить многие наследственные болезни обмена веществ (НБО), такие как фенилкетонурия, болезни пуринового обмена, гликогеновую болезнь, позволяют биохимические методы. При НБО в организме накапливаются продукты несовершенного метаболизма, и их обнаружение помогает установить диагноз.
Как правило, предположить наличие НБО можно в самом раннем возрасте: у детей отмечают задержку развития, различные нарушения пищеварения, пигментацию кожи, аллергии и т.д. Для анализа берутся кровь или моча.
Обычно биохимическая диагностика проводится в два этапа. Сначала проводят общий анализ, например, у всех новорожденных на наличие фенилкетонурии. Общие обследования также могут проходить все воспитанники специальных учебных заведений. Детей с отклонениями биохимических показателей направляют на более детальное и сложное обследование, которое проводят в генетических лабораториях.
25. Генеалогический метод генетики человека. Основные правила составления и последующего анализа родословных схем. Значение метода в изучении закономерностей наследования признаков.
Генеалогический метод:
В основе этого метода лежат составление и анализ родословных. Его, в сочетании с методом скрещивания, основанном на целенаправленном подборе родительских пар, применяют с древних времен и до наших дней в коневодстве, селекции пород крупного рогатого скота и свиней, при получении чистопородных собак, выведении новых пород пушных животных. Родословные (генеалогические древа) составлялись на протяжении многих столетий в отношении членов царствующих семейств и знати в странах Европы и Азии, в Древнем Египте. В антропогенетике генеалогический метод стали активно использовать с начала ХХ в., когда выяснилось, что анализ родословных, в которых прослеживается передача в ряду поколений конкретного признака, например патологического, может заменить собой практически неприменимый в отношении людей гибридологический метод - значение.
С помощью генеалогического метода устанавливается наследственная обусловленность изучаемого признака, а также тип его наследования. При анализе родословных, составленных по нескольким признакам одновременно, может быть выявлен сцепленный характер их наследования, что используют для составления генетических карт хромосом человека. Этот метод дает возможность изучать интенсивность мутационного процесса, оценить экспрессивность и пенетрантность аллеля (признака). Его широко используют в практике МГК в решении таких задач, как планирование семьи и прогноз генетического здоровья потомства. Определенность медико-генетического заключения на основании анализа родословных снижается в малодетных семьях, а также в связи с явлением фенокопирования, при наличии в анамнезе матери контактов с вредными агентами (профессиональные вредности на рабочем месте, лучевые диагностические и/или терапевтические манипуляции), фактов приема определенных лекарственных препаратов.