Вопрос 14.

Кариотип, его характеристика. Правила хромосом. Идиограмма и Денверская класси-фикация хромосом человека.

Кариотип – хромосомный комплекс соматических клеток определенного вида растений или животных с присущими ему морфологическими особенностями(число, форма, размер хромосом). Каждый род хромосом в кариотипе представлен двумя гомологами, унаследованными от родителей с их половыми клетками.

В 1956 году Ю. Тио и А. Леван изучили кариотип человека.

Мужской: 44 аутосомы и две половые ХУ.

Женский: 44 аутосомы и две половые ХХ.

Правила хромосом:

1. Видовое постоянство числа хромосом – поддерживается митозом и мейозом.

2. Парность хромосом – гомологичные хромосомы.

3. Правило индивидуальности – хромосомы разных пар различаются по форме, размеру и содержанию генетической информации=>негомологичные.

4. Правило непрерывности – хромосомы способны к самоудвоению=>хромосома происходит от хромосомы.

Изучение кариотипа – кариологический анализ, лежит в основе цитогенетического метода – изучение препаратов метафазных хромосом. Материалом для кариотипирования служит клетка с высокой митотической активностью(клетки костного мозга, фибробласти кожи, лимфоциты крови, клетки амнеотической жидкости плода).

Этапы:

1. Получение клеток и помещение их на нейтральную среду с добавлением стимуляторов митоза – ФГА.

2. Остановка митоза на стадии метафазы путем добавления ингибиторов митоза – колхицин.

3. Приготовление микропрепарата и добавление в культуру клетки гипотонического раствора, для получения раздельно лежащих хромосом.

4. Препарат фиксируют, высушивают, окрашивают.

5. Фотографирование препарата, вырезание хромосом.

6. Составление идиограммы – схематичное обощение кариотипа.

Идиограмма – совокупность морфологических особенностей хромосом, как основного и постоянного признака вида.

7. Полученную идиограмму сравнивают с эталоном.

Денверская классификация хромосом(1960 год):

Группа	Величина хромосом	Положение центромеры	число	в 2n
1-А 2-B 3-C 4-D 5-E 6-F 7-G	Самые крупные Крупные Средние Средние Относительно маленькие Маленькие Самые маленькие	Мета и субмета Субметацентрические Субметацентрические Акроцентрические Мета и субмета Метацентрические Акроцентрические	6 4 16 6 6 4 4	6 4 15 6 6 4 5

Билет 15.

Молекулярная организация хромосом. Морфо-функциональная характеристика интерфазных и метафазных хромосом. Изменение хромосом в клеточном цикле. Уровни компактизации ДНП.

Термин «хромосома» был предложен в 1888 году немецким морфологом Вальдейром. В 1909 г – Морган, Бриджес и Стертевант доказали связь наследственного материала с хромосомами. Хромосомам принадлежит главенствующая роль в передаче наследственной информации от клетки к клетке, т.к. они удовлетворяют всем требованиям:

1. Способность к удвоению;

2. Постоянство присутствия в клетке;

3. Равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.

Генетическая активность хромосом зависит от степени компактизации и изменяется в течение митотического цикла клетки.

Деспирализованная форма существования хромосомы в неделящемся ядре называется хроматином, его основу составляют белок и ДНК, которые образуют ДНП (дезоксирибонуклеиновый комплекс).

Химический состав хромосом.

- гистоновые белки Н₁, Н_2а, Н_2в, Н₃, Н₄ – 50% - основные свойства;

- негистоновые белки – кислотные свойства

- РНК, ДНК, липиды (40%)

- полисахариды

- ионы металлов

При вступлении клетки в митотический цикл изменяется структурная организация и функциональная активность хроматина.

Строение метафазной хромосомы (митотической)

Состоит из двух хроматид, соединенных между собой центральной перетяжкой, которая делит хромосому на 2 плеча – р и q (короткое и длинное).

Положение центромеры по длине хромосомы определяет ее форму:

- метацентрическая (p=q)

- субметацентрическая (p>q)

- акрометацентрическая (p<q)

Есть спутники, которые соединяются вторичной перетяжкой с основной хромосомой, в ее области расположены гены, отвечающие за синтез рибосом (вторичная перетяжка – ядрышковый организатор).

На концах хромосом имеются теломеры, которые препятствуют слипанию хромосом между собой, а также способствуют прикрепление хромосом к оболочке ядра.

Для точной идентификации хромосом используют центромерный индекс – отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы (и умножить на 100%).

Интерфазная форма хромосомы соответствует хроматину ядер интерфазных клеток, который виден под микроскопу как совокупность более или менее рыхло расположенных нитчатых образований и глыбок.

Для интерфазных хромосом свойственно деспирализованное состояние, т.е.теряют компактную форму, разрыхляются, деконденсируются.

Уровни компактизации ДНП

Уровень компактизации	Коэффициент компактизации	Диаметр фибриллы
Нуклеосомный. G1, S. Хроматиновая фибрилла, «ниточка бус». Образована: гистоновые белки четырех классов - Н2а, Н2в, Н3, Н4 – которые образуют гистоновый октанет (по две молекулы из каждого класса). На гистоновые октамеры накручивается молекула ДНК (75 оборотов); свободный линкерный (связующий) участок. Характерен для синтетического периода интерфазы.	7 раз	10 нм
Нуклеомерный. G2. Хроматиновая фибрилла – структура соленоида: за счет соединения соседних нуклеосом, за счет встраивания белков в линкерную область.	40 раз	30 нм
Хромомерный. При участии негистоновых белков с образованием петель (при компактизации). Характерен для начала профазы митоза. Одна хромосома – 1000 петель. Одна петля – 20000-80000 нуклеотидных пар.	200-400 раз	300 нм
Хромонемный. Участвуют кислые белки. Характерен для конца профазы.	1000 раз	700 нм
Хромосомный. Характерен для метафазы митоза. Участие гистонового белка Н1. Максимальная степень спирализации.	104-105 раз	1400 нм

Степень компактизации хроматина влияет на его генетическую активность. Чем меньше еровень компактизации, тем больше генетическая активность и наоборот. На нуклеосомном и нуклеомерном уровнях хроматин активен, а в метафазе неактивен и хромосома выполняет функцию хранения и распределения генетической информации.

Билет 16.

Эухроматин, гетерохроматин. Половой хроматин. Значение теста определения полового хроматина в медицине.

Распределение участков хроматина с разной степенью компактизации в интерфазных ядрах является видовым признаком. Участки сильно конденсированного хроматина – гетерохроматин, слабокомпактизированного – эухроматин.

Эухроматин

- уровень компактизации – первый и второй

- функциональная активность - генетически активен

- преобладают аденин и тимин

- потеря участков сказывается на жизни клеточного организма

- функции: синтез белков, РНК

- расположение в участках хромосом, кроме теломер и центромер.

Гетехроматин

- уровень компактизации – третий и четвертый

- функциональная активность – генетически неактивен

- преобладают гуанин и цитозин

- в состав входят повторяющиеся нуклеотидные последовательости – потеря участков не влияет на жизнедеятельность клетки.

- расположение – теломеры и центромеры.

- функции: регуляторная – влияет на экспрессию генов и процесс клеточного деления, поддерживает структурную организацию ядра, способствует конъюгации.

Гетерохроматин:

1) постоянный (конститутивный) – расположен в теломерах и центромерах

2) факультативный (временный) – временно переведенный в неактивное состояние эухроматин. Пример: половой хроматин.

У женщин 1 глыбка, у мужчин глыбки полового хроматина нет. Число глыбки всегда на 1 меньше, чем число Х-хромосом.

Применение: выявление пола плода, диагостика хромосомных заболеваний, связанных с изменениями числа половых хромосом, в большом спорте – как секс-контроль.

Билет 17.

Предмет и методы генетики. Основные этапы развития генетики. Наследственость и изменчивость, - фундаментальные свойства живого, их роль в наследственой патологии человека.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, установленные выдающимся чешским ученым Грегором Менделем (1822 – 1884) при скрешивании различных сортов гороха (1865 г.).

Однако принципиальные результаты его опытов были поняты и оценены наукой лишь в 1900 г., когда голландский ученый де Фриз, немецкий ученый де Корренс и австрийски й ученый Чермак вторично открыли законы наследования признаков. С этого времени началось бурное развитие генетики.

Уже в первое десятилетие развития генетики на основе объединения данных гибридологического анализа и цитологии – изучения поведений хромосом в процессах клеточного деления, созревания гамет и оплодотворения – возникла цитогенетика, связавшая закономерности наследования признаков с поведением хромосом в процессах мейоза и обосновавшая хромосомную теорию наследственности и теорию гена как материальной единицы наследственности. Под термином «ген», введенным в 1909 г. Датским ученым Иогансеном стали понимать наследственный задаток признака. Решающий вклад в обоснование хромосомной теории наследственности был внесен работами Моргана (американский генетик, 1911 г.).

Генетика сыграла большую роль в утверждении и развитии дарвиновской теории эволюции. Эволюционная генетика ( в том числе популяционная генетика) исследует генетические механизмы отбора, роль отдельных генов, генетических систем и мутационного процесса в эволюции.

Фундаментальный вклад в разработку проблем генетики популяций внес советский генетик С.С. Четвериков.

Генетика внесла существующий вклад в теоретическое обоснование методов селекции. Наиболее полное выражение единства генетики и селекции нашло в трудах советского ученого Вавилова, открывшего закон гомологических рядов и наследственной изменчивости и обосновавшего теорию центров происхождения культурных растений. При изучении наследственности и изменчивости на разных уровнях в генетике используют разнообразные методы современной биологии.

1. Гибридологический.

Суть заключается в гибридизации (скрещивании) организмов, отличающихся один от другого по-одному или нескольких признаков, с последующим анализом потомства. Этот метод позволяет анализировать закономерности наследования и изменчивости отдаленных признаков и свойств организма при половом размножении, а также изменчивость генов и их комбинирование.

2. Цитогенетический.

Микроскопическое изучение хромосомных свойств и качеств в клетках человека. Материал – клетки крови, амниотическая жидкость. Значение: 1) диагностика хромосомных заболеваний; 2) изучение мутагенного действия факторов окружающей среды.

3. Биохимический.

Исследование биологической жидкости организма на наличие продуктов обмена веществ. Значение: 1) диагностика моногенных мультифакториальных болезней (ожирение, сахарный диабет, фенилкетонурия); 2) определение гетерогенных носителей с помощью нагрузочных тестов (фенилкетонурия); 3) изучение молекулярных механизмов взаимодействия генов (бомбейский феномен); 4) изучение полиморфизма молекулярных болезней; 5) установление времени включения генов в процессе онтогенеза.

4. Близнецовый.

Изучение генетических закономерностей на близнецах.

5. Клинико-генеалогический

6. Метод генетики соматических клеток

7. Мутационный

8. Молекулярно-генетический и др.

Непрерывность существования и историческое развитие живой природы обусловлены двумя фундаментальными свойствами жизни: наследственностью и изменчивостью. На клеточном и организменном уровнях организации живого под наследственностью понимают свойство клеток или организмов в процессе самовоспроизведения передавать новому поколению способность к определенному типу обмена веществ и онтогенеза, в ходе которого у них формируются общие признаки и свойства данного типа клеток и вида организмов, а также некоторые индивидуальные особенности родителей.

В ходе возникновения и развития жизни на Земле наследственность играла решающую роль, т.к. закрепляла в ряду поколений биологически полезные эволюцилонные приобретения, обеспечивая определенный консерватизм организации живых систем. Наследственность является одним из главных факторов эволюции.

Продолжительное сущестование живой природы во времени на фоне меняющихся условий было бы невозможным, если бы живые системы не обладали способностью к приобретению некоторых изменений, которые полезны в новых условиях среды.

Свойство живых систем приобретать изменения и существовать в различных вариантах называется изменчивостью. У отдельных клетоки организмов одного вида изменчивость проявляется в возникновении различий между ними на популяционно-видовом уровне организации жизни; это свойство проявляется в наличии генетических различий между отдельными популяциями вида, что лежит в основе образования новых видов.

Изменчивость отражает динамичность организации живых систем и наряду с наследственностью является ведущим фактором эволюции.

Эти два фундаментальных свойства образуют неразрывное единство, чем достигается одновременное сохранение в процессе эволюции имеющихся биологических целесообразных качеств и возникших новых, делающих возможным существование жизни в разнообразных условиях.

Билет 18.

Ген как сложная дискретная единица наследственности. Классификация генов и их функции. Свойства генов в отношении признаков (дискретность, специфичность действия и др.). Рассмотреть на примерах.

Ген – участок молекулы ДНК, обеспечивающий синтез определенной белковой молекулы, детерминирующей определенный признак, свойство или функцию. По химической природе ген является полинуклеотидом и он определяет возможность синтеза полипептидной цепи, тРНК или рРНК.

Свойства:

1. Аллельность. Аллель – форма существования гена.

2. Дискретность. Определяется тем, что ген контролирует присутствие или отсутствие отдельной биохимической реакции, от которой зависит развитие или подавление определенного признака.

3. Стабильность. В отсутствие мутации ген передается из поколения в поколение в неизменном виде.

4. Лабильность (мутабильность). Способность гена к мутации под действием экзо- и эндогенных факторов.

5. Специфичность. Один ген обусловливает один признак.

6. Плейотропия. Ген может детерминировать развитие нескольких признаков. Пример: ген белых глаз и плодовитости у дрозофилы; синдром Марфана у человека; сердечно-сосудистая система, зрение, опорно-двигательная система).

7. Экспрессивность. Степень выраженности признака или степень фенотипического проявления гена.

8. Пенетрантность. Частота проявления гена в признак среди его носителей в %.

Число особей с признаком/число особей с таким геном

Пример: подагра – неполная пенетрантность.

9. Взаимодействие генов в системе генотипа.

10. Полимерия. За один признак отвечает несколько генов.

11. Дозированность. Степень выраженности признаков зависит от дозы генов.

Классификация генов и их функций.

В зависимости от локализации генов в структурах клетки различают ядерные и митохондриальные гены. По своему функциональному назначению гены могут быть разделены на 2 группы. Первая группа представлена генами, кодирующими белки; вторая группа – генами, контролирующими синтез РНК. Среди генов, кодирующих белки, различают:

- гены домашего хозяйства, продукты которых необходимы для обеспечения функции любого типа клеток.

- гены терминальной дифференцировки, т.е. гены, обеспечивающие специализированные функции клеток.

- гены транскрипционных факторов, контролирующие особые ядерные белки, способные соединяться с регуляторными областями многих других S-генов, вызывая либо активацию, либо подавление транскрипции.

Гены:

1. Ядерные:

- Белок-кодирующие:

А) Гены «домашнего хозяйства»

Б) Гены транскрипционных факторов

В) Гены терминальной дифференцировки

- РНК-кодирующие

А) – тРНК

- рРНК

- ядерная РНК

Б) Регуляторная РНК

2) Митохондриальные.

По влиянию на физиологические процессы клетке различают летальные, условно летальные, супервитальные гены, гены – мутаторы, гены – антимутаторы.

Билет 19.

Генотип и фенотип. Определение и классификация фенотипических признаков. Взаимодействие аллельных генов в системе генотипа. Анализирующее скрещивание, его значение для определения зиготности генотипов (рассмотреть на примерах).

Генотип – совокупность всех генов организма. Формируется в момент оплодотворения при слиянии геномов мужской и женской гамет. Это совокупность всех генов в диплоидном наборе.

Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних признаков организма. В процессе развития организм меняет свои характеристики, поэтому под фенотипом надо понимать совокупность свойств на всем протяжении онтогенеза.

Генотип + Внешняя среда = Фенотип

Уже на стадии транскрипции контроль экспресии отдельных генов осуществляется путем взаимодействия генетических и негенетических факторов. Следовательно, даже в формировании элементарных признаков организма – полипептидов – принимают участие генотип как система взаимодействующих генов и среда, в которой он реализуется.

Среда первого порядка – совокупность внутриорганизменных факторов (межклеточное взаимодействие, гормоны и др.).

Среда второго порядка – совокупность внешних по отношению к организму факторов.

Классификация признаков:

- морфологические (форма носа, цвет волос).

- физиологические (ЧСС, АД).

- иммунологические (группа крови).

- биохимические (набор ферментов, уровень их активности).

Каждый конкретный признак детерминируется парой аллелей гена, такие признаки называют альтернативными. Пример: праворукость – леворукость, карие глаза – голубые глаза. Для генетических исследований важно узнать генотип особей, обладающих доминантным фенотипом. Для установления генотипа особей, которые не различаются по фенотипу, применяют анализирующие хромосомы – хромосомы гибридной особи с особью, гомозиготной по рецессивным аллелям, т.е. имеющий генотип аа (фенотип ее всегда известен). Анализизирующее скрещивание – один из основных методов, позволяющих установить генотип особи, поэтому что широко используется в генетике и селекции.

Рассмотрим на примере:

Пусть особи с одинаковым фенотипом имеют генотипы АА и Аа

Таким образом, анализирующее скрещивание – это скрещивание особей с доминантным фенотипом и неизвестных генотипом с особью с рецессивным фенотипом.

Билет 20.

Гибридологический метод, его сущность и значение. Моногибридное скрещивание. Первое и второе правила Менделя. Рецессивные и доминантные признаки. Закон «чистоты гамет», его цитологические основы. Ди- и полигибридное скрещивание. Третье правило Менделя, условия его действия и цитологические основы. Менделирующие признаки у человека.

Гибридологический метод – это анализ характера наследования принаков с помощью системы хромосом, суть которых состоит в скрещивании гибридов и анализа их потомства в ряду поколений.

Основоположник Мендель.

1. Чистые линии (гомозиготность по признаку);

2. Точный количественный учет признаков в поколении;

3. Анализируются отдельные альтернативные признаки (взаимоисключающиеся);

4. Поддержание постоянных условий для размножения растений.

Моногибридное скрещивание – скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков.

Рецессивный признак – признак, который передается по наследству, но подавляется, не проявляется у гетерозиготных потомков.

Доминантный признак – преобладающий признак, проявляющийся в потомстве у гетерозиготных особей.

Дигибридное скрещивание – скрешивание форм, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков.

Полигибридное скрещивание – скрещивание форм, отличающихся по трем или более парам альтернативных признаков.

Законы Менделя.

1. Закон единообразия.

При скрещивании чистых линий, отличающихся по одной паре альтернативных признаков наблюдается единообразие гибридов первого поколения.

Условия:

1. Гены, определяющие развитие признаков, должны находиться в разных хромосомах.

2. Между генами не должно быть сцепления.

3. 100% пенетрантность гена.

4. Отсутсвие плейотропии.

5. Отсутствие мутаций.

6. Отсутствие летальных генов.

2. Закон расщепления.

При скрещивании гибридов первого поколения отличающихся по одной паре альтернативных признаков наблюдается расщепление признаков во втором поколении по генотипу 1:2:1, по фенотипу 3:1.

3. Закон независимого наследования (справедлив для генов разных пар).

При скрещивании чистых линий, отличающихся по двум парам альтернативных признаков во втором поколении наблюдается независимое расхождения признаков и соответсвующих им генов.

1902 г. Бэтсон – Гипотеза чистоты гамет.

Гены гибридного организма (гетерозиготы) не смешиваются между собой, а находятся в чистом аллельном состоянии. При мейозе в гаметы попадает один ген из каждой аллельной пары.

Признаки, наследование которых следует закономерностям, установленным Менделем, называются менделирующими. Общее их количество составило более 2300. Все менделирующие признаки дискретны и контролируются моногенно, т.е. одним геном. Например: альбинизм; ресницы: длинные, короткие; ямочки: имеются, или нет; волосы: прямые или вьющиеся.

Билет 21.

Аллельные гены. Множественный аллелизм, его происхождение, примеры. Наследование аномальных гемоглобинов и групп крови АВО (Н) – системы у человека.

Аллельные гены – гены, которые находятся в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечают за развитие альтернативных признаков.

Множественный аллелизм.

Возникает при мутации в одном и том же локусе хромосомы, в результате ген может иметь не два, а несколько аллельных состояний. Помимо доминантного и рецессивного аллеля образуются промежуточные аллели, которые по отношению к доминантному ведут себя как рецессивные, а по отношению к рецессивному ведут себя как доминантные. Следовательно, возникает ряд доминированных форм; в генотипе могут присутствовать только 2 аллеля из всей серии.

Фенотипически группа крови определяется по наличию антител в плазме крови и антигенов на поверхности эритроцитов.

Нормальный гемоглобин HbA – в шестом положении b-цепи глутаминовая кислота. HbS – валин, HbC – лизин.

- нормальный – HbA HbA

- клинически здоровые HbA HbS HbA HbC

- серповидноклеточная анемия HbS HbS

- анемия в легкой форме HbC HbC

- Анемия HbS HbC