39

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ

БИОЛОГИИ, ГЕНЕТИКИ

И ЭКОЛОГИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

самостоятельной подготовки для студентов

лечебного факультета.

специальность «лечебное дело»

ТЕМА: АЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ.

Взаимодействие аллельных генов. независимое наследование признаков.

Составители: Л.Н. Самыкина

Р.А. Богданова

Е.В.Самыкина

САМАРА, 2012

Методические указания предназначены для самостоятельной внеаудиторной и аудиторной работы студентов 1-го курса лечебного факультета, специальность «лечебное дело»

Указания составлены с учетом требований единой методической системы университета и в соответствии с действующей программой по биологии.

Рецензенты:

1. Актуальность.

Жизнь любого живого организма – от бактерии до человека целиком зависит от множества клеточных белков, но их структура, многобразие сохраняется неизменным в ряду поколений и эволюция определяется геномом. Генные взаимодействия происходят на следующих уровнях: непосредственно в генотипическом материале клеток; между РНК и образующимися полипептидами; между белками и ферментами одного метаболического пути. Изучается взаимодействие их первичных и вторичных продуктов на путях становления соответствующих признаков. Взаимодействие аллельных генов – один из наиболее сложных вопросов современной генетики. О механизмах взаимодействия генов стало возможным судить лишь после разработки концепции гена и установления закономерности реализации наследственной информации на молекулярном уровне. Взаимодействие аллельных генов лежит в основе наследования количественных признаков, играет существенную роль в наследственной предрасположенности к возникновению многих патологических состояний и заболеваний.

Наследственные болезни являются результатом мутаций соответствующих генов, по-разному влияющих на функциональную активность их аллелей. Молекулярная генетика наследственных болезней позволяет осуществлять химический анализ нуклеотидных последовательностей ДНК, конструирование новых генетических структур, изучение механизмов экспрессии генов и ее регуляции, выделения индивидуальных генов путем их молекулярного клонирования. Только комплексное (молекулярное, биохимическое, клиническое) исследование наследственных дефектов способствует выяснению молекулярных основ моногенных наследственных болезней. Идентификация генов болезней позволяет поставить точный диагноз и выработать наиболее рациональные пути лечения, включая генно-терапевтические воздействия. Количество известных моногенных признаков человека постоянно увеличивается в связи с прогрессом молекулярного анализа генома человека. В настоящее время картированы гены, ответственные за муковисцидоз, рак молочной железы, другие виды наследственных предрасположенностей к опухолям, мышечной дистрофии Дюшенна и миотонической дистрофии, ген, ответственный за преждевременное старение (синдром Вернера), гены, ответственные за нейрофибромотоз и другие заболевания. С точки зрения генетического анализа, большая часть наиболее распространенных заболеваний человека и признаков, имеют мультифакториальную природу. Стремительный прогресс в картировании генов человека связан с появлением новых технологий в цитогенетике, в клеточной биологии, и особенно в молекулярной генетике. Это приведёт к тому, что гены всех встречающихся моногенных заболеваний человека будут идентифицированы.

2. Цель: Изучить механизмы множестенного аллеломорфизма как основу вероятности формирования нормальных и патологических признаков человека. Уметь прогнозировать вероятность формирования нормальных и патологических признаков человека в потомстве.

Студент должен знать:

• типы моногенного наследования признаков: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, промежуточное наследование; сцепленное с половыми хромосомами (Х-сцепленное рецессивное, доминантное, промежуточное; Y-сцепленное наследование);

• виды взаимодействия аллельных генов (межаллельное взаимодействие генов):

- полное доминирование;

- неполное доминирование;

- сверхдоминирование;

- кодоминирование;

- межаллельная комплементация;

• пенетрантность и экспрессивность генов;

• плейотропное действие генов;

• генетическая гетерогенность моногенных заболеваний;

• принципы классификации генов наследственных болезней;

• ДНК- диагностика моногенных болезней в России;

• множественный аллелизм, наследование групп крови у человека.

Студент должен уметь:

• определять генотип и фенотип потомков по генотипу родителей и генотип родителей по фенотипу детей;

• моделировать генетические схемы наследования признаков.

Студент должен владеть:

• навыками составления генетических схем при моно -, ди- и полигенном наследовании (моногенное, ди- и полигенное наследование доминантных и рецессивных генов);

• навыками составления генетических схем при неполном доминировании;

• навыками составления генетических схем наследования групп крови у человека;

• навыками составления генетических схем и расчета пенетрантности.

3. Место проведения.

Кафедра медицинской биологии, генетики и экологии.

4. Время.

135 минут.

5. Оснащение.

Слайды: синдром Марфана, синдром Элерса–Данло, фенилкетонурия, схема развития фенилкетонурии, альбинизм, различные аномалии конечностей, ахондроплазия, микроцефалия, поражение нервов, седая прядь волос, наследование резус фактора, синдром Вернера, слияние зубов, несовершенный амелогенез гипопластический.

6. Блок информации.

Общие основы наследственности одинаковы для всех живых существ. Для человека характерны все известные типы наследования признаков: доминантный, кодоминантный, рецессивный, аутосомный или сцепленный с половыми хромосомами. Только лишь немногие признаки полностью доминантны. Разделение признаков на доминантные и рецессивные у человека условное. Доминантным или рецессивным является учитываемый признак, а не ген. Доминантность или рецессивность – это наблюдаемое действие генов в конкретных условиях, а не его неизменное свойство. Оценка доминантности или рецессивности может меняться в зависимости от степени формирования фенотипа, контролируемого данным геном. Некоторые доминантные признаки характеризуются умеренными или легкими проявлениями в гетерозиготном состоянии: гетерозигота – особь с двумя различным типами аллелей в определенном его локусе (нормальном и мутантном, находящимися в транс-положении) и летальным эффектом в гомозиготном (гомозигота – особь с аллелями одинакового типа в определенном локусе (нормальном и мутантном, находящемся в транс-положении). Два гомологичных гена, определяющие альтернативные признаки, были названы аллеломорфными. Позднее этот термин сохранился до более сокращённого - аллеля. Аллель – одна из возможных альтернативных форм гена: дикий тип - мутантный. В 1901 году Де Фриз предложил, что различные аллели одного и того же гена возникают в результате внезапных скачкообразных изменений этого гена, которые он назвал мутациями. Аллели способны в результате прямых и обратных мутаций переходить друг в друга.

Множественные аллели представляют собой ряд аллелей одного гена, возникающих в результате различных мутаций в одном и том же участке хромосом и влияющие на одни и те же свойства, но в разной мере. Серией множественных аллелей называют три или более состояний одного локуса, обусловливающие разные фенотипы. Явление множественного аллелизма имеет место в популяциях.

Аллели:

- дикого типа – мутации гена, не затрагивающие его функции;

- доминантный – аллель, одна доза которого достаточна для его фенотипического проявления;

- мутантный – мутация гена, нарушающая его функцию;

- рецессивный – аллель, фенотипически проявляющийся только в гомозиготном состоянии и маскирующийся в присутствии доминантного аллеля.

Тип наследования, при котором одного мутантного аллеля, локализованного в аутосоме, достаточно, чтобы болезнь (или признак) могла быть выражена, называется аутосомно-доминатным.

Тип наследования признака или болезни, при котором мутантный аллель, локализованный в аутосоме, должен быть унаследован от обоих родителей, называется аутосомно-рецессивным. Заболевания с данным типом наследования проявляются только у гомозигот. Для большинства болезней этого типа характерно патологическое состояние, не приносящее серьезного ущерба здоровью человека, но у гомозигот, рожденных от двух больных родителей, болезнь протекает обычно тяжелее, чем у гетерозигот.

Функционирование любого гена осуществляется на фоне работы множества других генов, участвующих в выполнении определенной функции организма, т.е. в так называемой генной сети. Такие генные сети включают в себя от нескольких десятков до многих сотен координированно функционировающих генов. Например, система кроветворения включает в себя 500-600 генов. Таким образом, когда мы говорим о групповой ответственности гена за те или иные функции, нужно помнить, что внутри определенной группы генов есть такие, которые выполняют всю работу, другие - контролируют, третьи - обеспечивают чисто вспомогательные функции.

Наиболее общим механизмом регуляции дифференциальной активности генов является избирательная активация и репрессия проявления генов в специализированных соматических клетках. Регуляция экспрессии генов количественно неизменного генома может осуществляться на разных этапах пути от генов к белковым продуктам. В клетках эукариот функционируют механизмы регуляции экспрессии генов: избирательный процессинг про-мРНК в ядре, избирательный транспорт иРНК из ядра в цитоплазму. Дальнейшая регуляция дифференциальной активности осуществляется в цитоплазме:

1. стабилизация поступившей в цитоплазму иРНК;

2. обеспечение необходимого уровня и ассортимента активированных аминоацил-тРНК;

3. регуляция скорости трансляции;

4. резкое сокращение периода полужизни иРНК – например, прекращение синтеза эстрогена посредством гормонов;

5. регуляция в ответ на быстрые физиологические изменения - высвобождение пищеварительных ферментов, свертывание крови. Активация этих процессов связана с посттрансляционными изменениями (отщепление пептидов, фосфорилирование специфических белков).

Повышение сложности генома человека связано не просто с увеличением числа белок-кодирующих генов, а с возникновением большого числа новых белков. Мутации таких генов приводят к типичным моногенным болезням в раннем постнатальном или подростковом периодах жизни.