47590

ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА

Книга

Биология и генетика

Взаимодействие генов Взаимодействие аллельных генов Взаимодействие неаллельных генов Генотип – совокупность система всех генов организма которые взаимодействуют между собой.

Русский

2013-11-30

1.32 MB

87 чел.

МИНИСТЕРСТВОЗДРАВООХРАНЕНИЯУКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.ГОРЬКОГО

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ БИОЛОГИИ

Ш.Б. БРАГИН, Л.Н. ТКАЧЕНКО

ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА

ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ

Под редакцией  Ш.Б. Брагина

Издание четвертое, переработанное и дополненное

Донецк – 2012


УДК 575(075.8)-057.875-054.68

ББК 52.522.15.я73

Б87

Ш.Б. Брагин, Л.Н. Ткаченко

Основы генетики человека. Организменный уровень.

Учебное пособие. Издание четвертое, переработанное и дополненное.

Донецк: ДонНМУ, 2012. – 52 с.

Под редакцией Ш.Б. Брагина

Рецензенты:  д.биол.н, профессор, заведующий кафедрой ботаники и экологии ДонНУ А.З. Глухов;

д.биол.н, ст. науч .с. Донецкого ботанического сада НАН Украины А.К. Поляков

Рекомендовано к изданию Ученым Советом ДонГМУ. Протокол №7 от 19.10.2006 г.

Учебное пособие предназначено для студентов первого курса медицинских ВУЗов всех факультетов в качестве дополнительной литературы. Учебный материал по основам генетики человека (организменный уровень) изложен в соответствии с программой по медицинской биологии в компактной и адаптированной форме для более быстрого усвоения знаний по данному разделу, а также их систематизации после проработки основной литературы.

© Донецкий национальный медицинский университет, 2012

© Ш.Б. Брагин, Л.Н. Ткаченко, 2012


Содержание


[1] Содержание

[2] Введение

[2.1] Предмет и задачи генетики человека и медицинской генетики

[2.2] Основные термины генетики, условные обозначения

[3] ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ

[3.1] Законы Менделя

[3.2] Менделирующие признаки у человека

[3.3] Взаимодействие генов

[3.3.1] Взаимодействие аллельных генов

[3.3.2] Наследование групп крови

[3.3.3] Взаимодействие неаллельных генов

[3.4] Сцепленное наследование

[3.5] Генетика пола. Сцепленное с полом наследование

[3.6] Типы наследования

[4] Изменчивость у человека как свойство жизни и генетическое явление

[4.1] Фенотипическая изменчивость

[4.2] Генотипическая изменчивость

[4.3] Классификация и примеры мутаций

[5] МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ наследственности ЧЕЛОВЕКА

[6] НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА

[6.1] Генные болезни

[6.2] Хромосомные болезни

[6.3] Болезни с наследственной предрасположенностью

[6.4] Генетические болезни соматических клеток

[6.5] Болезни генетической несовместимости
матери и плода по антигенам

[6.6] Митохондриальные болезни


Введение

Предмет и задачи генетики человека и медицинской генетики

Генетика – биологическая наука о наследственности и изменчивости у организмов.

Наследственность – это способность организмов передавать новым поколениям определенную программу развития и сохранять характерные для них свойства и признаки. Изменчивость – противоположное наследственности свойство организмов. Это появление у организмов новых признаков, свойств, их вариантов и разных комбинаций родительских признаков. Наследственность и изменчивость являются важнейшими свойствами всего живого. Они тесно связаны друг с другом. Изменения, которые появляются у отдельных особей, могут иметь значение для следующих поколений и эволюции, если они закрепляются наследственностью. Это обеспечивается механизмами наследования.

Наследование – это процесс и результат передачи генетической информации от одного поколения к другому.

Закономерности наследственности и изменчивости применительно к человеку изучает специальная научная дисциплина – генетика человека (антропогенетика). Она рассматривает эти явления на всех уровнях организации и существования человека: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.

Антропогенетика является основой биологии человека. Она изучает закономерности наследственности и изменчивости в норме и при патологии. В настоящее время это одна из важнейших научных основ медицины.

Специальным разделом генетики человека является медицинская генетика. Предметом медицинской генетики служит изучение зависимости болезней человека от наследственных факторов, а также изучение закономерностей передачи из поколения в поколение наследственных болезней, их распространения в популяциях людей. На основе полученных знаний необходимо разрабатывать и осуществлять мероприятия по профилактике пороков развития и наследственных заболеваний. Это одна из главных задач генетики человека и медицинской генетики.

Сейчас известно более 6 тысяч наследственных болезней и аномалий развития. При этом количество больных с наследственной патологией в большинстве стран увеличивается. Решением клинических проблем у таких пациентов занимается клиническая генетика как практический, прикладной раздел медицинской генетики.

Основные термины генетики, условные обозначения

Ген – единица наследственной информации, участок молекулы ДНК, в котором закодирована (записана) информация о синтезе определенного белка (полипептида) или РНК. Ген несет информацию об одном элементарном признаке.

Генотип – совокупность (система) всех генов организма, которые взаимодействуют между собой. Термин «генотип» используется и в более узком смысле для обозначения тех генов, наследование которых учитывается в конкретном случае (например, Aa).

Фенотип – совокупность всех признаков и свойств данного организма (морфологические, физиологические, биохимические и другие). В более узком смысле – для обозначения конкретных изучаемых признаков (например «карие глаза», «светлые волосы»). Фен – элементарный, отдельно взятый признак организма.

Геном – совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом данного вида организмов.

Гомологичные хромосомы – парные хромосомы из диплоидного набора, одинаковые по строению и составу генов.

Аллельные гены (аллели) – гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом; отвечают за один и тот же признак, но могут кодировать различные его проявления. Обозначаются буквами латинского алфавита (например, пары аллелей: A, a; B, b; C, c и т. д.).

Гомозигота – организм, у которого аллельные гены одинаковые (оба доминантные – AA или рецессивные – aa). Такой организм по данному гену образует один сорт гамет (A при генотипе AA или a при генотипе aa).

Гетерозигота – организм с разными аллельными генами (доминантным и рецессивным – Aa); образует два сорта гамет по данному гену (A и a).

Если у организма учитываются два или несколько признаков, то по одним признакам он может быть гомозиготным, а по другим – гетерозиготным (AABbcc).

Альтернативные признаки – контрастные, противоположные, взаимоисключающие проявления одного из признаков; определяются аллельными генами.

Доминантный ген – преобладающий ген, который у гетерозигот подавляет действие другого (рецессивного) гена. В фенотипе доминантный ген проявляется как у гетерозигот, так и гомозигот. Обозначается большой латинской буквой (А, В, С).

Рецессивный ген – ген, который у гетерозигот подавляется доминантным геном. Обозначается маленькой латинской буквой (a, b, с). Фенотипически проявляется у гомозигот (aa).

А

А

a

a

 

А

a

В

В

b

b

b

В

C

C

c

c

C

c

D

D

d

d

d

D

E

E

e

e

E

E

F

F

f

f

F

F

1

2

3

  1.  Схема расположения аллельных генов в гомологичных хромосомах: 1 – гомозигота по доминантным генам; 2 – гомозигота по рецессивным генам; 3 - гетерозигота по аллелям генов А, B, С, D и гомозигота по генам E, F.

Гибрид (F) – организм, полученный при скрещивании в результате объединения генетического материала родительских особей с альтернативными признаками.

Моногибридное скрещивание – у родительских особей анализируется одна пара альтернативных признаков (АА×аа).

Дигибридное скрещивание – у родительских особей учитывается две пары признаков (ААВВ×аавв), полигибридное – анализируется несколько пар признаков (ААВВСС×ааввсс).

Анализирующее скрещивание – скрещивание для определения генотипа организма, при котором он скрещивается с рецессивной гомозиготой (АА × аа, Аа × аа).

Остальные понятия и термины, которые используются в генетике человека, будут объяснены дальше, в процессе изложения материала.

При решении задач для определения наследования признаков у организмов записи ведутся в виде генетических схем. В этих схемах для условных обозначений используют латинские буквы:

P – родители (♀ - женская особь – обычно записывается первой; ♂ - мужская особь);

G – гаметы (половые клетки);

F – потомство, дети (F1 – первое поколение, F2 – второе и т. д.)

× - знак скрещивания, ставится между родительскими генотипами.

Заглавными (большими) буквами обозначают доминантные признаки и соответствующие им аллели, строчными (маленькими) – рецессивные признаки и их аллели. Генотипы организмов по каждому элементарному признаку записывают двумя буквами. Например: если аллель A определяет карие глаза у человека (доминантный признак), аллель a – голубые глаза (рецессивный признак), то у людей с карими глазами генотипы могут быть либо AA (доминантные гомозиготы), либо Aa (гетерозиготы); люди с голубыми глазами имеют генотип aa (рецессивные гомозиготы).

В гаметах из каждой пары аллельных генов записывают по одному аллелю. Основанием для этого является то, что в процессе мейоза при образовании гамет аллельные гены расходятся в разные клетки. В дальнейшем при оплодотворении они заново соединяются в разных комбинациях.

Пример генетической записи:

P:

♀ aa

×

♂ Aa

G:

a

;

A, a

F1:

Aa, aa

При этом у гетерозигот в каждой паре генов, доминантный ген записывается первым, рецессивный – вторым.


ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ

Закономерности наследования признаков открыты Г. Менделем в 1865 г. Для проведения опытов Г. Мендель разработал гибридологический метод. Это метод скрещивания особей с альтернативными признаками и их количественного анализа у потомства в нескольких поколениях.

Основные положения метода:

1) анализируются не все признаки, а отдельные пары альтернативных признаков;

2) для первого скрещивания используются гомозиготные родители с альтернативными признаками;

3) проводится количественный учет потомков (гибридов) и проявления у них изучаемых признаков;

4) анализируется наследование признаков в нескольких поколениях.

Законы Менделя

Первый закон Менделя – закон единообразия (единообразный - одинаковый) гибридов первого поколения (F1). Г. Мендель скрещивал гомозиготные организмы (например, АА × аа). У гомозиготных организмов аллельные гены одинаковые, поэтому они образуют один тип (сорт) гамет (АА → А, аа → а). При слиянии гамет может быть только одно сочетание генов - Аа. Гибриды первого поколения будут одинаковы по генотипу и фенотипу. У них проявляется доминантный признак. Поэтому этот закон называют еще законом доминирования.

Первый закон Менделя: при скрещивании гомозиготных особей с альтернативными признаками все гибриды первого поколения единообразны (одинаковы) по фенотипу и генотипу.

Схема моногибридного скрещивания гомозигот:

P:

♀ AA

×

♂ aa

G:

A

;

a

F1:

Aa – 100%

Второй закон Менделя – закон расщепления. Гетерозиготные особи из F1 образуют два типа гамет (Аа → А, а). При скрещивании двух таких одинаковых гетерозигот возможны различные варианты соединения их гамет. В результате образуются особи с различными генотипами и фенотипами. Таким образом, происходит расщепление изучаемого признака – часть особей в потомстве появляется с доминантным признаком, другая часть – с рецессивным.

Схема моногибридного скрещивания гетерозигот:

P(F1):

♀ Aa

×

♂ Aa

G:

A, a

;

A, a

F2:

AA, Aa, Aa, aa

Как видно из схемы, расщепление по генотипу происходит в соотношении 1AA : 2Aa : 1aa.

При полном доминировании гетерозиготы (Aa) будут иметь одинаковый фенотип с гомозиготами по доминантному гену (AA). Поэтому расщепление признака по фенотипу происходит в соотношении 3:1. Значит, по фенотипу 75% особей несут доминантный признак, 25% - рецессивный.

Второй закон Менделя: при моногибридном скрещивании гетерозиготных организмов наблюдается расщепление признака по фенотипу в соотношении 3:1, по генотипу 1:2:1.

Надо понимать, что генетические схемы скрещивания показывают теоретически ожидаемое расщепление и вероятность появления особей с теми или иными генотипами и фенотипами. Следовательно, законы Менделя носят статистический (вероятностный) характер и применимы для больших чисел. В таких случаях, чем больше опытов или наблюдений, тем больше фактическое расщепление приближается к теоретически ожидаемому.

Третий закон Менделя – закон независимого комбинирования и наследования признаков.

При дигибридном (полигибридном) скрещивании признаки комбинируются и наследуются независимо друг от друга. Это может происходить в тех случаях, если гены, определяющие эти признаки, локализуются в разных парах гомологичных хромосом. При мейозе хромосомы из разных пар у каждого из родителей могут комбинироваться между собой в любых сочетаниях. Каждая пара хромосом со своими генами расходится независимо от других. Вследствие этого аллели одного гена свободно комбинируются с аллелями другого гена (). Поэтому в гаметах появляется новое сочетание генов.

  1.  Схема свободного комбинирования генов в гаметах

Как видно, у дигетерозиготной особи образуется четыре типа гамет (АаBb → AB, Ab, aB, ab). Всех типов гамет при их большом количестве будет поровну (по 25 %). При скрещивании дигетерозигот число возможных комбинаций гамет при оплодотворении будет равно 16 (см. схему скрещивания). 9 частей особей из 16 имеют фенотип с проявлением двух доминантных признаков А-В-, 3 части – первого – доминантного, второго – рецессивного А-bb, 3 части – первого – рецессивного, второго – доминантного aaB-, 1 часть – двух рецессивных признаков aabb. Наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:3:1.

Схема дигибридного скрещивания:

P:

♀ AABB

×

♂ aabb

G:

AB

;

ab

F1:

AaBb (единообразие гибридов первого поколения)

P(F1):

♀ AaBb

×

♂ AaBb

G:

AB, Ab, aB, ab

;

AB, Ab, aB, ab

F2:

9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB- : 1 aabb

Для учета всех возможных генотипов и фенотипов удобно пользоваться решеткой Пеннета

Гаметы

АВ

Аb

аВ

аb

АВ

AABB

AABb

AaBB

AaBb

Аb

AABb

AAbb

AaBb

Aabb

AaBB

AaBb

aaBB

aaBb

аb

AaBb

Aabb

aaBb

aabb

Расщепление признака, который контролируется аллелями А, а, составит: 12А : 4а = 3 : 1. Расщепление признака, который контролируется аллелями B, b, составит: 12B : 4b = 3 :1. Таким образом, при дигибридном скрещивании каждая пара признаков дает расщепление независимо от другой пары. Это выражается формулой (3+1)2 = 9 + 3 + 3 + 1.

Третий закон Менделя: при дигибридном (полигибридном) скрещивании гетерозиготных особей наследование по каждой паре признаков происходит независимо от других пар.

Закон чистоты гамет: 1) у гетерозигот аллельные гены не смешиваются и не изменяют друг друга; 2) при мейозе из каждой пары аллельных генов в гамету попадает только один ген.

Количество типов гамет, которые образует особь, можно определить по формуле 2n, где n - число генов (пар аллелей)  в гетерозиготном состоянии. Например, АаBb = 22 = 4; АаBbСс = 23 = 8; Ааbb = 21 = 2.

Менделирующие признаки у человека

Закономерности, установленные Менделем, характерны и для человека. Например, у человека способность работать правой рукой (правша) доминирует над способностью работать левой рукой (левша). Вступают в брак гомозиготные правша и левша. Вероятность (р) рождения детей (F1) с одинаковым генотипом и фенотипом по данному признаку равна 100 %. По генотипу они должны быть гетерозиготны, а по фенотипу – правши.

Такие признаки, которые наследуются в соответствии с законами Менделя, называются менделирующими. Так могут наследоваться нормальные и патологические признаки (некоторые болезни).
В настоящее время известен большой ряд доминантных и рецессивных признаков и заболеваний у человека. Некоторые из них приводим в таблице.

  1.  Доминантные и рецессивные признаки у человека

Доминантные

Рецессивные

Нормальные

Карие глаза

Голубые глаза

Большие глаза

Маленькие глаза

Темные волосы

Светлые волосы

Поседение волос в возрасте до 25 лет

Поседение волос в возрасте после 40 лет

Облысение у мужчин

Облысение у женщин

«Ямочки» на щеках

Отсутствие «ямочек»

Наличие веснушек

Отсутствие веснушек

Наличие зубов при рождении

Отсутствие зубов при рождении

Полные губы

Тонкие губы

Преимущественное владение правой рукой (правша)

Преимущественное владение левой рукой (левша)

Положительный резус-фактор

Отрицательный резус-фактор

Патологические

Близорукость

Нормальное зрение

Наличие пигмента

Альбинизм (отсутствие пигмента)

Полидактилия (шестипалость)

Норма

Брахидактилия (короткопалость)

Норма

Синдром Марфана (нарушение развития соединительной ткани)

Нормальное развитие соединительной ткани

Нормальный обмен фенилаланина

Фенилкетонурия (нарушение обмена фенилаланина)

Нормальное усвоение лактозы

Галактоземия

Отклонение (отличие) от ожидаемого расщепления по законам Менделя вызывают летальные гены. У человека так наследуются некоторые генные болезни. Например, доминантный ген брахидактилии (короткие пальцы) у гетерозигот вызывает укорочение пальцев. Гомозиготы погибают на ранних стадиях эмбриогенеза.

Отклонение от законов Менделя вызывают также различные виды взаимодействия генов.

Взаимодействие генов

Взаимодействие генов

I. АЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ

II. НЕАЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ

  1.  Полное доминирование
  2.  Неполное доминирование
  3.  Сверхдоминирование
  4.  Кодоминирование
  1.  Комплементарное действие
  2.  Эпистаз
  3.  Полимерия
  4.  Модифицирующее действие

Основой взаимодействия генов являются белки-ферменты, которые синтезируются под контролем генов. Следовательно, взаимодействуют между собой первичные и вторичные продукты генной активности. Это и определяет проявление у организмов характерных для них признаков. Поэтому термин «взаимодействие генов» является довольно условным, так как взаимодействуют не сами гены, а их продукты.

Взаимодействие аллельных генов

1. Полное доминирование. Один ген полностью подавляет проявление другого аллельного гена. Наследование признаков подчиняется законам Менделя.

2. Неполное доминирование (промежуточное наследование). Доминантный ген не полностью подавляет проявление действия рецессивного аллельного гена. У гибридов первого поколения (F1) наблюдается промежуточное наследование. Во втором поколении (F2) происходит расщепление по фенотипу и генотипу одинаково 1 : 2 : 1.

Генетическая запись:

гены

признак

А

курчавые волосы

а

прямые волосы

Аа

волнистые волосы

В таких случаях при записи у гетерозигот над доминантным геном можно ставить черточку ().

P:

×

G:

A, a

;

A, a

F1:

AA, , , aa – 1:2:1 по фенотипу и генотипу

3. Сверхдоминирование. Доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляет себя сильнее, чем в гомозиготном (Aa>AA). Сверхдоминирование лежит в основе гетерозиса – явления, когда гибрид обладает улучшенными свойствами по сравнению с родительскими генотипами.

4. Кодоминирование. Это такое взаимодействие, при котором аллельные гены не подавляют друг друга и оба проявляются в фенотипе за счет образования соответствующих белков. Например, четвертая группа крови (IV, АВ) системы АВ0. У людей группы крови АВ0 определяются тремя аллельными генами: i – рецессивный, IА – доминантный, IВ – доминантный.

Эти гены в различных комбинациях по два есть у каждого человека в девятой паре хромосом, и их наличие определяет группу крови человека по системе AB0. Ген i – контролирует первую (0), ген IА – вторую (А), ген IВ - третью группу (В) крови. Сочетание в генотипе двух доминантных аллельных генов IА и IВ определяет новый вариант признака – четвертую группу крови (АВ), так как эти гены равноценны, кодоминантны.

Кодоминирование характерно и при наследовании групп крови по системе MN. Эта система контролируется двумя аллелями: JM и JN. Оба аллеля кодоминантные. Люди с генотипом JMJN имеют в фенотипе оба фактора M и N.

Наследование групп крови

Группы крови по системе AB0. Фенотип групп крови по системе АВ0 определяют четыре вида белков: А, В, α, β. Белки А и В (агглютиногены) обладают свойствами антигенов и связаны с мембранами эритроцитов. Белки α и β (агглютинины) обладают свойствами антител и находятся в плазме крови. Сочетание этих белков обусловливает фенотипически четыре группы крови, что является результатом взаимодействия аллельных генов. Знание групп крови имеет большое практическое значение, например, при переливании крови, в судебно-медицинской и акушерско-гинекологической практике.

Группы крови по системе AB0

Группа крови

Генотипы людей

Фенотип

агглютиногены (антигены)

агглютинины (антитела)

А

В

α

β

I (0)

ii

+

+

II (А)

IАIА, IАi

+

+

III (В)

IВIВ, IВi

+

+

IV (АВ)

IАIВ

+

+

Группы крови АВ0 контролируются тремя аллельными генами. Если аллельных генов в популяциях каких-то организмов больше чем два, их называют серией множественных аллелей. Гены групп крови АВ0 относятся к множественным аллелям. Множественные аллели возникают в результате многократного мутирования одного и того же локуса (участка) хромосомы. Среди множественных аллелей кроме доминантного и рецессивного генов есть промежуточные аллели. По отношению к доминантному гену они проявляют себя как рецессивные, а по отношению к рецессивному – как доминантные (А > а1 > а2 > а3 > а).

Наследование резус-фактора.

Кроме групп крови систем АВ0 и МN есть еще также эритроцитарная антигенная система резус-фактора. Наследование резус-фактора идет по типу полного доминирования, определяется тремя парами генов (C, c; D, d; K, k). Эти гены находятся рядом в первой паре хромосом и тесно сцеплены между собой. Поэтому практически (упрощенно) наследование резус-фактора можно рассматривать как моногенное (определяется одной парой генов, например, аллельными генами D и d). При этом резус-положительные люди (Rh+) могут иметь генотипы DD или Dd, резус-отрицательные (Rh-) иметь генотип dd. Rh-фактор представляет собой антиген (белок) в эритроцитах, который есть у Rh+ людей. Антитела к Rh-фактору появляются только у Rh- людей  и только после контакта иммунной системы с антигеном, поскольку в эритроцитах таких людей нет резус-фактора. В отличие от системы AB0 до контакта с антигеном антител в плазме крови у Rh- людей нет. Поэтому при необходимости переливания крови Rh- человеку можно переливать только Rh- кровь. При беременности у Rh- женщин, если плод является Rh+, между матерью и плодом в определенных ситуациях может происходить резус-конфликт. Это может приводить к срыву беременности или рождению ребенка с гемолитической болезнью (гемолиз разрушение эритроцитов).

Взаимодействие неаллельных генов

  1.  Комплементарное взаимодействие – два доминантных неаллельных гена, находясь в генотипе, определяют появление нового варианта признака. В виде схемы это можно выразить так:

Ген 1 → фермент 1 → признак 1

признак 3

Ген 2 → фермент 2 → признак 2

Пример. У человека нормальный слух обусловлен двумя доминантными неаллельными генами D и Е. Ген D определяет развитие улитки, ген Е – слухового нерва. Рецессивные гены d и e в гомозиготном состоянии приводят соответственно к недоразвитию улитки и слухового нерва. Люди, у которых есть два доминантных гена (D-Е-), будут иметь нормальный слух, а при генотипах D-ее, ddE-, ddee – будут глухими. При таком комплементарном взаимодействии генов у глухих родителей с разными формами глухоты могут рождаться дети с нормальным слухом.

P:

DDee

×

ddEE

G:

De

;

dE

F1:

DdEe

  1.  Эпистаз – ген из одной аллельной пары подавляет действие гена из другой аллельной пары. Подавляющий ген (супрессор) может быть как доминантным, так и рецессивным.

У человека описан «бомбейский феномен» в наследовании групп крови по системе АВ0. Женщина получила от матери ген IB, а фенотипически у нее проявилась I (0) группа крови. Установили, что действие гена IB было подавлено рецессивным эпистатическим геном χ (хи) в гомозиготном состоянии. Далее было установлено, что IA также может подавляться аллелем χ и у человека проявляется I (0) группа крови.

  1.  Полимерия – различные доминантные неаллельные гены усиливают проявление одного и того же признака. Такие гены называются полимерными. Полимерные гены обозначают одной буквой латинского алфавита с цифровыми индексами, например, А1А1А2А2а3а3 и т.д. Признаки, которые определяются полимерными генами, называются полигенными. У человека многие количественные и некоторые качественные признаки контролируются полимерными генами. Это рост, масса тела, величина артериального давления, цвет кожи и др.

Важная особенность полимерии – суммирование действия неаллельных генов в развитии признака. Чем больше доминантных генов в генотипе, тем сильнее выражен признак. Схематически полимерное взаимодействие генов можно выразить так:

  Ген1    Ген2    Ген3

признак1 + признак1 + признак1 = Σпризнаков1

Необходимо также учитывать, что развитие полигенных признаков существенно зависит от влияния условий среды.

Плейотропия – один ген определяет развитие нескольких признаков.

Например, у человека известно наследственное заболевание – синдром Марфана (арахнодактилия). Заболевание проявляется сочетанием нескольких аномальных признаков: разрастание соединительной ткани, очень длинные и тонкие пальцы ног и рук («паучьи пальцы» – арахнодактилия), дефект хрусталика, пороки сердечно-сосудистой системы. Тип наследования – аутосомно-доминантный.

Плейотропное действие гена может быть первичным и вторичным. При первичной плейотропии ген одновременно проявляет свое множественное действие (например, синдром Марфана). При вторичной плейотропии имеется первичное фенотипическое проявление гена, а за ним последовательно развиваются другие признаки. Например, ген серповидно-клеточной анемии → аномальный гемоглобин → эритроциты серповидной формы → слипание и разрушение эритроцитов → анемия → увеличение селезенки → нарушение функции почек, сердца, мозга.

Многие гены, кроме своего основного действия, вследствие плейотропии, оказывают влияние на формирование других признаков, то есть модифицируют их. Это модифицирующее действие генов – взаимодействие неаллельных генов через первичные и вторичные продукты их активности.

Схема действия плейотропных генов

Первичная плейотропия

Ген

Белок – фермент

Биохимические процессы

  

Признак А Признак В Признак С

Вторичная плейотропия

Ген

Белок – фермент

Биохимические процессы

Признак А

Признак В

Признак С

Сцепленное наследование

Число генов у разных видов организмов намного превышает число хромосом. Поэтому в каждой хромосоме может находиться сотни и тысячи генов. Гены, которые находятся в одной хромосоме, называются сцепленными. Совместное наследование таких генов называется сцепленным наследованием. Фенотипически сцепленное наследование проявляется в формировании многих признаков совместно (вместе). Закон Менделя о независимом комбинировании признаков в этом случае не выполняется. Сцепленное наследование было описано американским генетиком Т. Морганом и его сотрудниками в 1911-1912 г.г.

Все гены одной хромосомы называются группой сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом (n). У человека (и многих организмов) половые хромосомы X и Y не полностью гомологичны друг другу и образуют отдельные группы сцепления. Поэтому число групп сцепления в мужском организме будет равно n + 1.

Дигетерозиготные особи при полном сцеплении генов образуют два типа гамет в соотношении 50 % : 50 % ().


50 % 50 %

  1.  Схема образования гамет при полном сцеплении генов

Сцепление генов в хромосоме может нарушаться в результате кроссинговера. Кроссинговер – это обмен сходными участками гомологичных хромосом. Он происходит в профазу первого деления мейоза (). В результате появляются кроссоверные хромосомы с новым сочетанием генов (рекомбинантные хромосомы).

  1.  Схема кроссинговера

Кроссоверные и некроссоверные хромосомы в процессе мейоза попадают в разные гаметы. У дигетерозиготных особей образуется четыре типа гамет. Гаметы, которые несут кроссоверные хромосомы, называются кроссоверными. Гаметы, которые содержат хромосомы без кроссинговера, называются некроссоверными. В таких случаях соотношение гамет не будет равным 1 : 1 : 1 : 1 (в отличие от действия третьего закона Менделя), так как кроссинговер происходит не всегда.

При анализе сцепленных генов генотипы особей записываются в хромосомном выражении:

Гомологичные хромосомы изображаются в виде параллельных линий. Над ними записывают гены, пришедшие от одного родителя, а под ними – от другого. У особи с генотипом  при неполном сцеплении генов благодаря кроссинговеру образуются всего четыре сорта половых клеток по указанным генам: а) ,  – некроссоверные;  б) ,  – кроссоверные, они содержат новые комбинации генов.

Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами в хромосоме. Между этими величинами прямая пропорциональная зависимость. Чем больше расстояние между генами, тем чаще на этом участке происходит кроссинговер. Частота кроссинговера между одними и теми же генами величина постоянная. Поэтому расстояния между генами измеряются в относительных единицах - процентах кроссинговера, или морганидах. В исследованиях и литературе также используется единица измерения – сантиморган (cM). 1 cM = 1 морганида = 1 % кроссинговера.

Основные положения хромосомной теории наследственности впервые были сформулированы Т. Морганом в 1911 г. В дальнейшем они были дополнены и уточнены.

1. Гены находятся в хромосомах. Гены расположены в хромосомах в линейном порядке. Каждый ген занимает в хромосоме определенное место (локус).

2. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом.

3. Между гомологичными хромосомами может происходить обмен аллельными генами (кроссинговер), который нарушает сцепление генов.

4. Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними. Единица расстояния – 1 морганида, равная 1 % кроссинговера.

5. Гомологичные хромосомы, а вместе с ними аллельные гены разделяются и независимо комбинируются при мейозе в разные гаметы.

6. Гомологичные хромосомы, а с ними и аллельные гены заново объединяются в зиготе при оплодотворении.

Закономерности, установленные Т. Морганом, были использованы для построения генетических карт хромосом. Генетические карты хромосом – это линейные изображения хромосом с указанием локусов генов и относительных расстояний между ними. Генетическая карта имеет вид прямой линии. На ней обозначается расположение генов и указывается расстояние между ними.

Пример. Построить генетическую карту хромосомы, несущей гены А, В и С. Известно, что расстояние между генами А и В составляет 12 % кроссинговера, генами В и С – 7 %, а А и С – 5 % кроссинговера.

Выбираем масштаб и рисуем прямую линию. На ней наносим точки расположения генов, между которыми наибольший процент кроссинговера. Это гены А и В. Затем находим место гена С. Оно может быть только между генами А и В, потому что от гена В до гена С - 7 % кроссинговера, а от С до А – 5 %. Тогда в сумме расстояние между генами А и В составит 12 %.

А С В

5 % 7 %

То, что гены сцеплены, и расстояния между ними в процентах кроссинговера определяют гибридологическим методом. Проводят серии дигибридных анализирующих скрещиваний. В случаях сцепленного наследования подсчет суммарного процента кроссоверных особей по отношению к общему количеству особей в потомстве указывает на относительные расстояния между генами, которые учитываются.

Генетика пола. Сцепленное с полом наследование

У человека в большинстве соматических клеток в норме 46 хромосом. 44 хромосомы одинаковые у лиц женского и мужского пола. Они называются аутосомами. По одной паре хромосом женский и мужской пол отличаются. Это Х- и У-хромосомы, которые называются половыми хромосомами или гетеросомами. Женский организм имеет две Х хромосомы (44+ХХ) и образует гаметы с одинаковыми половыми хромосомами. Организм, у которого гаметы несут одинаковые половые хромосомы, называется гомогаметным. У лиц мужского пола в кариотипе имеются Х- и У-хромосомы (44+ХУ). В процессе гаметогенеза у них образуется два типа гамет: половина из них несет Х-хромосому, половина – У-хромосому. Организм, который образует гаметы с разными половыми хромосомами, называется гетерогаметным.

Сочетание половых хромосом в зиготе определяет пол будущего организма. У человека пол потомства зависит от сочетания половых хромосом во время оплодотворения (или XX, или XY). Это хромосомный механизм определения пола.

Наследование признака пола подчиняется законам Менделя. Генетическая схема наследования признака пола имеет вид:

P:

♀ 44+XX

×

44+XY

G:

22+X

;

22+X, 22+Y

F1:

44+XX, 44+XY

Теоретическое соотношение полов составляет 1 : 1., т.е. вероятность рождения девочек и мальчиков одинакова (по 50 %).

Половые хромосомы так же, как и аутосомы, содержат гены. Признаки, гены которых находятся в половых хромосомах, называются сцепленными с полом. У человека сцеплено с полом наследуются некоторые заболевания (дальтонизм, гемофилия, рахит и др.).

Если ген локализован в Х-хромосоме, он передается от отца только дочерям, а от матери – сыновьям и дочерям поровну.

Пример. Дальтонизм наследуется как рецессивный сцепленный с Х-хромосомой признак. Отец и сын – дальтоники, а мать различает цвета нормально. От кого сын унаследовал ген дальтонизма?

Обозначения: D – нормальное цветовосприятие, d – дальтонизм.

P:

XDXd

×

XdY

G:

XD, Xd

;

Xd, Y

F1:

XDXd, XdXd, XDY, XdY

Сыновья получают Y-хромосому от отца, а Х- хромосому от матери. Ген дальтонизма локализуется в Х-хромосоме. Значит, сын унаследовал дальтонизм от матери.

Х-хромосома по своим размерам значительно больше У-хромосомы. В Х- и У-хромосомах имеются гомологичные и негомологичные участки. В гомологичных участках локализуются аллельные гены (, гены А,В,С). В негомологичных участках каждая из хромосом несет гены, аллелей которых нет в другой хромосоме (, гены h, D, K, n; m, F).

h

D

a

A

b

B

C

c

K

m

n

F

Х-хромосома

У-хромосома

  1.  Схема расположения генов в половых хромосомах

Особи, которые в генотипе несут только один из аллельных генов, называются гемизиготными. Так, в Х-хромосоме есть ген свертываемости крови (H – нормальная свертываемость, h – гемофилия, несвертываемость крови), а в У-хромосоме его нет. Женский организм может быть гомозиготным и гетерозиготным по этому гену (ХHХH, ХHХh). Мужской организм является гемизиготным (XHУ, XhУ). У лиц мужского пола гемизиготные признаки (как доминантные, так и рецессивные) всегда проявляются в фенотипе.

Ряд признаков наследуются через Y-хромосому, в том числе мужской пол. Установлено, что в Y-хромосоме находятся гены, которые определяют дифференцировку семенников. В негомологичном участке Y-хромосомы есть гены, которых нет в X-хромосоме. Например, ген ушного гипертрихоза (рост волос на ушной раковине), ряд генов, определяющих мышечную силу, тембр голоса и другие. Признаки, которые наследуются через Y-хромосому, называются голандрическими. Они передаются по мужской линии (от отца к сыновьям).

Кроме основных хромосомных механизмов определения пола, у некоторых организмов могут иметь значение другие факторы. Например, окружающая среда или гормоны.

У человека в настоящее время принято различать следующие уровни половой дифференцировки:

1. Хромосомное определение пола (46, XX или 46, XY).

2. Определение пола на уровне полового аппарата (яичники или семенники, органы совокупления).

3. Фенотипическое определение пола (мужчина или женщина, особенности вторичных половых признаков).

4. Психологическое определение пола (особенности психики, поведения, характера).

5. Социальное становление пола.

У ряда организмов встречается гермафродитизм (обоеполость). Гермафродитизм бывает истинный и ложный. Истинный гермафродит – это организм, у которого образуются женские и мужские половые клетки (сосальщики, ленточные черви). При ложном гермафродитизме наблюдается несоответствие первичных и вторичных половых признаков. У человека встречается, как правило, ложный гермафродитизм (псевдогермафродитизм). Так, у человека известны случаи проявления мужского фенотипа при генотипе XX и женского (синдром Морриса, или синдром тестикулярной феминизации) – при генотипе XY. Синдром Морриса связан с формированием женского фенотипа при генотипе XY в результате нечувствительности соматических клеток к мужскому половому гормону (тестостерону). Так как в клетках такого зародыша имеется Y-хромосома, сначала у него идет закладка семенников. Они начинают продуцировать мужские половые гормоны. Но у таких зародышей не образуется белок-рецептор тестостерона вследствие генной мутации в X-хромосоме. Поэтому тестостерон клетками не воспринимается и мужской фенотип не формируется. Получается смешанный фенотип, более сходный с женским. По международной классификации болезней эта патология еще называется синдром андрогенной резистентности.

Типы наследования

Установленные Г.Менделем, Т.Морганом и другими учеными закономерности передачи и проявления признаков во многих поколениях у разных высокоорганизованных организмов позволили выделить следующие типы наследования ().

Наследование

  

моногенное

  

полигенное

аутосомное

 

гоносомное

  

доминантное

рецессивное

X-сцепленное
(сцепленное с полом)

 

Y-сцепленное (голандрическое)

Промежуточное (неполное доминирование)

доминантное

рецессивное

  1.  Типы наследования признаков


Изменчивость у человека как свойство жизни и генетическое явление

Изменчивость это свойство живых систем, которое заключается в появлении у них новых признаков, их вариантов и разных новых комбинаций признаков. На уровне организмов, в том числе человека, различают изменчивость фенотипическую (ненаследственную) и генотипическую (наследственную).

Изменчивость
 

Фенотипическая
(ненаследственная)

Генотипическая
(наследственная)
 

Модификационная

Комбинативная

Мутационная

Фенотипическая изменчивость

Фенотипическая, или модификационная изменчивость связана с влиянием условий внешней среды на фенотип. При этом генотип не изменяется. Условия среды влияют на ферментативные реакции организма. В результате происходит фенотипическое изменение признака. Например, при физических нагрузках у человека увеличивается мышечная масса тела. Под влиянием ультрафиолета усиливается пигментация кожи как защитная реакция организма. В теплое время года повышается выделение пота (терморегуляция) и др. При уменьшении поступления ультрафиолета пигментация кожи станет слабее. Похолодание приведет к снижению потоотделения. Таким образом, модификационная изменчивость обычно имеет приспособительный характер, не связана с изменением генотипа и не передается по наследству.

Любой признак может изменяться только в определенном диапазоне. Диапазон модификационной изменчивости называется нормой реакции. Норма реакции определяется генотипом и наследуется. От генотипа зависит диапазон изменения под действием факторов окружающей среды (максимальное, минимальное и промежуточные  значения) массы тела, пигментации кожи, выделения пота и т.д.

Норма реакции может быть широкой и узкой. Широкая норма реакции - это когда признак изменяется в больших пределах (например, пигментация кожи, рост или масса тела у человека). Узкая норма реакции – незначительное изменение признака (например, температура тела, pH в тканях).

Факторы среды вызывают разную степень проявления признака. Степень фенотипического проявления признака называется экспрессивностью. Например, у человека уровень сахара (глюкозы) в крови может быть нормальным, пониженным и повышенным. Содержание хлора в поте в норме не превышает 40 ммоль/л, а при муковисцидозе (наследственная болезнь) может достигать 150 ммоль/л.

Количественный показатель частоты фенотипического проявления гена у людей, имеющих его, называется пенетрантностью. Пенетрантность определяется отношением числа особей, имеющих признак, к числу особей, имеющих ген этого признака (выражается в процентах). Пенетрантность = (доминантный признак проявился/общее количество АА и Аа) × 100% или (рецессивный признак проявился/общее количество аа) × 100%. Например, пенетрантность сахарного диабета равна 65 %. Это значит, что из 100 человек, имеющих ген склонности к сахарному диабету, признак проявляется у 65.

К модификационной изменчивости относятся фенокопии. Фенокопии – это ненаследственное изменение фенотипа под влиянием внешних факторов, сходное с проявлением другого генотипа. То есть ненаследственная изменчивость копирует наследственную. Например, если во время беременности женщина перенесла краснуху (вирусное заболевание), то дети могут родиться глухонемыми. Фенотипически этот признак не отличается от наследственной глухонемоты.

Генотипическая изменчивость

Генотипическая (наследственная) изменчивость связана с изменением генотипа, поэтому может передаваться по наследству. Эту изменчивость делят на комбинативную и мутационную.

Комбинативная изменчивость обусловлена новым сочетанием генов в генотипе. Механизмы ее следующие: 1) рекомбинация генов при кроссинговере; 2) независимое расхождение каждой пары хромосом при мейозе; 3) случайное сочетание гамет при оплодотворении. Например, если у родителей Ι и ΙV группа крови, то у детей могут быть ΙΙ и ΙΙΙ.

P:

ii

×

IAIB

G:

i

;

IA, IB

F1:

IAi, IBi

Комбинативная изменчивость является наследственной, новые комбинации генов и признаков могут передаваться следующим поколениям.

Мутационная изменчивость связана с появлением мутаций. Мутации – это внезапные скачкообразные изменения наследственного материала. Мутационная изменчивость в зависимости от ее вида может передаваться по наследству.

Классификация и примеры мутаций

1. По способу возникновения различают мутации спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации происходят самопроизвольно под действием факторов среды без вмешательства человека. Индуцированные мутации вызываются специально с помощью мутагенов (различные физические, химические и биологические мутагенные факторы, то есть воздействия, вызывающие мутации).

2. По типу клеток, в которых произошла мутация, выделяют мутации генеративные и соматические. Генеративные мутации происходят в половых клетках. Они передаются по наследству при половом размножении. Соматические мутации возникают в соматических клетках. Потомкам не передаются. С соматическими мутациями связано явление мозаицизма. Особи, у которых часть соматических клеток являются мутантными, называются мозаиками.

3. По значению для организма мутации бывают: положительные, нейтральные, отрицательные. Положительные или нейтральные мутации у человека - это пигментация кожи, цвет глаз, форма носа, ушей и т.д. Отрицательные мутации снижают жизнеспособность или несовместимы с жизнью. Мутации, снижающие жизнеспособность, называются полулетальными. Мутации, несовместимые с жизнью (ведут к смерти), называются летальными.

4. По характеру и уровню изменения генетического аппарата мутации делят на: 1) геномные; 2) хромосомные аберрации; 3) генные (точковые), или трансгенации.

Геномные мутацииизменение числа хромосом. Это полиплоидия и анэуплоидия.

Полиплоидия - увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному (3n, 4n, 5n,…). У человека такие мутации при образовании зигот несовместимы с жизнью.

Анеуплоидия (или гетероплоидия)– увеличение или уменьшение числа хромосом, некратное гаплоидному набору (2n±1, 2n±2 и т.д.). В большинстве случаев, если образуются зиготы с такими мутациями, развитие зародыша вскоре прерывается. Если развитие продолжается, то рождается ребенок с хромосомным заболеванием. У человека известны трисомии и моносомии. Трисомия – три гомологичных хромосомы в кариотипе. Например, синдром Дауна (трисомия по 21-й хромосоме). Моносомия - отсутствие одной из гомологичных хромосом в кариотипе. Например, при синдроме Шерешевского - Тернера отсутствует одна Х-хромосома. Нуллисомия - отсутствие двух гомологичных хромосом (летальная мутация).

Хромосомные аберрацииизменение структуры хромосом ().

1) Делеция (нехватка) – выпадение части хромосомы. Делеция средней части хромосомы в зиготе обычно приводит к гибели особи.

2) Дупликация – удвоение участка хромосомы. Например, у дрозофилы с дупликацией связано появление полосковидных глаз, вместо круглых.

3) Инверсия – отрыв участка хромосомы, поворот его на 1800 и прикрепление к месту отрыва. Инверсии широко распространены у дрозофил.

4) Транслокация – обмен участками между негомологичными хромосомами или соединение двух хромосом. Известен транслокационный синдром Дауна. Транслокация между хромосомами 9 и 22 вызывает хронический миелолейкоз.

1

2

3

4

A

A

A

A

B

B

B

B

C

C

C

C

D

D

D

F

E

E

E

F

F

D

E

F

  1.  Типы хромосомных аберраций: 1 – нормальная хромосома; 2 – делеция участка, 3 – дупликация участка, 4 – инверсия участка

Хромосомные аберрации у зародышей человека чаще всего несовместимы с жизнью, так как нарушают развитие эмбриона, его генный баланс, взаимодействие генов, дифференцировку клеток. Поэтому такие беременности в большинстве случаев прерываются.

Генные мутации, или трансгенацииизменения структуры гена (молекулы ДНК). Наименьший участок, изменение которого приводит к появлению мутации, называется мутон. Мутон соответствует одной паре комплементарных нуклеотидов.

У человека известны разные виды генных мутаций: а) замена одной пары нуклеотидов другой парой; б) изменение последовательности нуклеотидов; в) выпадение или вставка одного или нескольких нуклеотидов.

Генные мутации определяют генетическое разнообразие, полиморфизм особей в пределах вида, дают материал для естественного отбора. Возникновение множественных аллелей, в том числе по антигенному составу, связано с генными мутациями. Например, разные группы крови по системам AB0, Rh, MN и другим.

Однако практически в своем большинстве различные генные мутации дают отрицательный эффект. Они нарушают тот генетический баланс, который длительно, постепенно сложился в ходе эволюции. Их возникновение, накопление и распределение среди населения составляет генетический груз, который имеет человечество. Это совокупность патологических аллелей в популяциях человека. Генные мутации могут вызывать нарушения обмена веществ и приводить к наследственным генным болезням.

Генокопии – сходные фенотипические признаки, обусловленные мутациями разных генов. Например, гемофилия А и гемофилия В вызываются мутациями разных неаллельных генов. Но они фенотипически похожи, так как одинаково проявляются несвертываемостью крови при ранениях.

Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами. Мутагенные факторы различают: а) физические б) химические; в) биологические.

К физическим мутагенным факторам относятся разные виды излучений (радиация, ультрафиолет и др.), температура, влажность. К химическим мутагенам относятся: спирты, фенолы, пестициды, лекарственные вещества, гормоны, йод и др. Биологические мутагены – это вирусы, бактерии, гельминты, паразитические простейшие.

Мутации являются причиной наследственных болезней у человека. Болезни, вызванные геномными мутациями и хромосомными аберрациями, объединены в группу хромосомных болезней. Болезни, связанные с мутациями на молекулярном уровне, относят к генным болезням.


МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ наследственности ЧЕЛОВЕКА

При изучении наследственности человека используются следующие методы: генеалогический, клинико-генеалогический, близнецовый, популяционно-статистический, дерматоглифика, цитогенетические, гибридизация соматических клеток, биохимические, молекулярно-генетические, методы пренатальной диагностики.

Генеалогический и клинико – генеалогический метод. Метод основан на составлении и анализе родословных по отдельным признакам нормы (генеалогический), по заболеваниям (клинико-генеалогический). Синоним слова «родословная» - «генеалогия». Отсюда название метода. Метод включает три этапа: 1) Сбор генеалогических данных; 2) Построение родословной; 3) Анализ родословной. Сбор данных начинается с пробанда. Пробанд – это человек, родословную которого нужно составить. Пробандом может быть как больной, так и здоровый человек. Родные братья и сестры в родословной называются сибсами. При составлении родословных используют условные обозначения ().

Поколения обозначают римскими цифрами сверху вниз (слева от родословной). Потомство одного поколения располагают в одном горизонтальном ряду и обозначают арабскими цифрами. С помощью метода определяют:

1. Имеет ли признак наследственный характер, т.е. передается он по наследству или нет.

2. Тип наследования.

3. Вероятность (обычно в процентах) появления признака в потомстве, а также риск (вероятность) рождения больного ребенка.

  1.  Условные обозначения при составлении родословных.

Если признак (заболевание) встречается в родословной несколько раз, это значит, что он, как правило, имеет наследственный характер. Хотя некоторые «семейные болезни» могут быть не наследственными, а связанными с действием одинакового вредного фактора.

Для аутосомно-доминантного (АД) наследования характерно: а) в родословной признак проявляется как у мужчин, так и у женщин; б) признак проявляется у многих во всех поколениях (по вертикали и горизонтали).

Аутосомно-рецессивное (АР) наследование: а) признак проявляется не во всех поколениях; б) у фенотипически здоровых родителей могут быть больные дети.

Сцепленное с Х-хромосомой рецессивное (ХР) наследование: а) чаще болеют мужчины; б) мальчики наследуют болезнь от матери (так как имеют материнскую Х-хромосому); в) от больного отца ген наследуют девочки.

Сцепленное с Х-хромосомой доминантное (ХД) наследование: а) женщины болеют в 2 раза чаще, чем мужчины; б) от больной матери ген наследуют и девочки, и мальчики; в) от больного отца признак наследуют девочки.

Y – сцепленный тип наследования (ген расположен в Y-хромосоме): признак передается по мужской линии – от отца к сыну. Такие признаки называются голандрическими.

Близнецовый метод. Метод используется для определения степени влияния наследственности и среды на развитие нормального или патологического признака. Монозиготные близнецы (развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки) генетически одинаковые. Если между такими близнецами по какому-то признаку появляются различия, значит, формирование признака зависит от факторов среды. Если у близнецов в разных условиях среды сходство сохраняется, тогда признак является наследственным. Совпадения одинаковых признаков у близнецов называется конкордантностью (выражается в процентах). Несовпадения признака между близнецами называется дискордантность (тоже в %).

Метод дерматоглификиэто изучение узоров кожи на пальцах, ладонях и стопах. Узоры на этих участках кожи индивидуальны для каждого человека и не изменяются в течение жизни. Метод используется для определения зиготности близнецов, в криминалистике, судебной медицине, а также как вспомогательный  для диагностики некоторых наследственных болезней (например, болезни Дауна и др.).

Популяционно-статистический метод. Популяционно-статистическим методом изучают генетическую структуру популяций (частоты встречаемости генов и генотипов). Для определения генетической структуры популяций используют закон Харди-Вайнберга. Математически закон имеет вид: (p+q)2=1, где p – частота встречаемости доминантного гена А, q – частота встречаемости рецессивного гена а. При раскрытии формулы будет: p2+2pq+q2=1, где p2 – частота доминантных гомозигот (AA), q2– частота рецессивных гомозигот (aa), 2pq – частота гетерозигот (Aa). По этой формуле рассчитывают частоту встречаемости генов и гетерозиготных носителей патологических аллелей в разных группах населения. Например, альбинизм – рецессивный признак. Частота встречаемости альбиносов (аа) равна 1:20000. Значит, q2=1/20000, q=0,007, а p=1–q=0,993. В соответствии с законом Харди-Вайнберга частота встречаемости гетерозигот равна 2pq, т.е. 2×0,007×0,993=0,014 или 1,4%. Из 20000 населения 280 человек являются гетерозиготными носителями гена альбинизма.

Цитогенетические методы основаны на микроскопическом исследовании хромосом и хроматина. Кариотипирование (или хромосомный анализ) позволяет обнаружить изменение числа хромосом и нарушение их структуры. Используется также для пренатальной (до рождения) диагностики хромосомных болезней человека. Хромосомы изучают в делящихся клетках на стадии метафазы. На этой стадии хромосомы максимально спирализованы (конденсированы), хорошо окрашиваются и видны в световой микроскоп.

Метод определения полового хроматина. Половой X-хроматин или тельце Барра – это спирализованная, неактивная Х-хромосома. Определяется в соматических клетках женского организма. Имеет вид окрашенной глыбки и находится рядом с ядерной мембраной. Метод используется для диагностики хромосомных болезней по половым хромосомам. Количество телец Барра в клетке на единицу меньше, чем половых хромосом. Например, в норме у женщин при кариотипе 46(ХХ) – 1 тельце, при 47(ХХХ) – 2 тельца и т.д. Изучают чаще всего в клетках буккального эпителия (эпителий слизистой оболочки щеки).

Половой Y-хроматин определяется в соматических клетках у мужчин.

Метод гибридизации соматических клеток используется для картирования хромосом, т.е. для определения локуса гена. На питательной среде выращивают соматические клетки разных организмов (человек-мышь, человек - крыса и др.). Клетки растут и сливаются. Образуются гибридные клетки, которые имеют хромосомы обоих родительских типов. При делении гибридные клетки теряют часть хромосом. Изучают параллельно оставшиеся хромосомы и белки, которые синтезируются в клетке. Так определяют сцепленные гены и их возможные локусы в определенной хромосоме.

Биохимические методы используются для диагностики наследственных заболеваний, связанных с мутациями генов. Генные мутации приводят к нарушению обмена веществ. Продукты обмена веществ изучают в биологических средах (в крови, моче, амниотической жидкости и др.).

Молекулярно-генетические методы (полимеразная цепная реакция – ПЦР, ДНК-чипы, секвенирование ДНК) Это группа методов для идентификации выделенных из клеток молекул нуклеиновых кислот и определения нуклеотидных последовательностей в молекулах ДНК.

Методы пренатальной диагностики (до рождения ребенка). 1) Амниоцентез – получение амниотической жидкости и клеток плода для анализа. Жидкость используют для биохимических исследований, а клетки – для цитогенетического анализа. 2) Хорионбиопсия – взятие эпителия ворсинок хориона. Полученную ткань используют для биохимических и цитогенетических исследований. 3) Ультразвуковое исследование (УЗИ) плода.


НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Наследственные болезни – это большая группа разнообразных заболеваний, причиной которых исходно являются мутации наследственного аппарата клеток. Этот термин необходимо отличать от термина «врожденные болезни». Врожденные болезни – это такие состояния, которые существуют уже при рождении ребенка. Они проявляются сразу или вскоре после рождения и могут быть обусловлены не только наследственными факторами, но и вредными воздействиями окружающей среды. Например, врожденные инфекции и инвазии (сифилис, краснуха, токсоплазмоз), травмы. Токсические химические вещества, которые действуют на эмбрион через материнский организм, могут нарушать его развитие. Это может приводить к фенокопиям, которые сходны с наследственными болезнями. В то же время не все наследственные болезни являются врожденными, так как могут проявляться позже в зрелом и пожилом возрасте.

В настоящее время описано более 6 тысяч наследственных болезней и аномалий развития. Около 6% детей рождаются с врожденными болезнями, большинство из которых имеют наследственную природу. 40% детской смертности частично или полностью обусловлены наследственными и врожденными дефектами.

Таким образом, в широком смысле наследственная патология является такой же существенной во всей патологии человека, как и распространенные инфекционные болезни.

Классификация наследственных болезней, наряду с клинической, проводится на основе генетических причин их возникновения (генетическая классификация).

  1.  Генные болезни.
  2.  Хромосомные болезни.
  3.  Болезни с наследственной предрасположенностью.
  4.  Генетические болезни соматических клеток (некоторые виды опухолей, например ретинобластома и др.).
  5.  Болезни генетической несовместимости матери и плода по антигенам (1% новорожденных, например, резус-конфликт).
  6.  Митохондриальные болезни.

Генные болезни

Генные болезни – это наследственно обусловленные нарушения обмена веществ, связанные с мутациями генов. Повреждения и нарушения происходят на молекулярном уровне. Поэтому эти болезни еще называют молекулярными. Встречаются у 1% новорожденных.

У человека известны летальные и сублетальные мутантные гены. Летальные гены вызывают внутриутробную смерть или смерть сразу после рождения. Они могут быть доминантными и рецессивными. С рецессивными летальными генами связаны такие заболевания, как: ихтиоз (тяжелое поражение кожи), анэнцефалия (отсутствие мозга). Проявлением доминантного летального гена является брахидактилия (короткие пальцы). Гетерозиготы имеют укороченные пальцы, гомозиготы нежизнеспособны. Сублетальные гены значительно снижают жизнеспособность и приводят к смерти до достижения полового созревания. К сублетальным относятся идиотия Тея-Сакса (отложение липидов в нервных клетках), серповидно-клеточной анемия (образование аномального гемоглобина) и др. Гомозиготы по серповидно-клеточной анемии умирают в раннем детском возрасте.

Генные мутации приводят к нарушению обмена веществ. В результате в клетках могут накапливаться токсические продукты. Генные болезни, которые связаны с блоком какой-то биохимической реакции и накоплением не вступивших в реакцию веществ, называются болезнями накопления. Обычно это определяется неактивной формой фермента, который должен катализировать соответствующую реакцию. Таким образом, имеет место ферментопатия.

  1.  Генные болезни человека

Болезнь

Тип насле-до-вания

Фенотипические проявления

Нарушение аминокислотного обмена

Фенилкетонурия

АР

Не усваивается аминокислота фенилаланин. Не образуются тирозин, адреналин, норадреналин. Фенилаланин накапливается в крови и превращается в фенилпировиноградную кислоту – вещество, которое поражает деятельность нервной системы. Развивается умственная отсталость, нарушается регуляция движений.

Альбинизм

АР

Нарушается образование пигмента меланина из аминокислоты тирозин. Отсутствие пигмента обусловливает молочно-белый цвет кожи, очень светлые волосы и глаза. Повышается чувствительность к солнечным лучам.

Нарушение углеводного обмена

Галактоземия

АР

Неусвоение и накопление в крови галактозы, которая образуется из молочного сахара – мальтозы. Развивается печеночная недостаточность, катаракта, умственная отсталость. Без лечения больные погибают в первые месяцы жизни.

Фруктозурия

АР

Неусвоение фруктозы. Задерживается физическое развитие. Умственная отсталость.

Нарушение липидного обмена

Идиотия Тея-Сакса

АР

Накопление гликолипидов в нервных клетках. Умственная отсталость, расстройство движений, слепота. Смерть в 3-4 года.

Нарушение пуринового обмена

Подагра

АД

Отложение мочевой кислоты в суставах. Нарушение подвижности суставов.

Нарушение минерального обмена

Гепато-церебральная дистрофия (болезнь Вильсона-Коновалова)

АР

Недостаток белка церуллоплазмина, накопление меди в печени, селезенке и мозге. Дегенерация этих органов.

Нарушение развития органов и тканей

Ахондроплазия

АД

Недоразвитие трубчатых костей в длину, короткие конечности, карликовость (рост до 120см при нормальной длине туловища).

Брахидактилия

АД

Недоразвитие костной системы. Короткие пальцы.

Ихтиоз

АР, есть формы АД

Тяжелое поражение кожи. Эпидермис имеет вид роговых чешуек; кожа трескается и кровоточит.

Синдром Марфана (арахнодактилия)

АД

Разрастание соединительной ткани. Поражение опорно-двигательной, сердечно-сосудистой систем, хрусталика глаза. Характерный признак – длинные и тонкие пальцы (арахнодактилия).

Нарушение свертывающей системы крови

Гемофилия

ХР есть формы АР и АД

Низкая свертываемость крови, проявляется при ранениях.

Нарушение структуры гемоглобина

Серповидно-клеточная анемия

АР

В 6-м положении α – цепи нормального гемоглобина (HbA) глутаминовая аминокислота замещена валином. Образуется аномальный гемоглобин (HbS), который плохо переносит кислород. Эритроциты распадаются, развивается тяжелая гипоксия.

Для изучения генных болезней используются методы: биохимические, клинико-генеалогический, популяционно-статистический, методы пренатальной диагностики. Для лабораторной диагностики генных болезней у конкретных больных основными являются биохимические методы. В настоящее время в медицинской практике стали пользоваться молекулярно-генетическими методами (ДНК-анализ, полимеразная цепная реакция – ПЦР, секвенирование ДНК).

Хромосомные болезни

Хромосомные болезни – это наследственные болезни, обусловленные изменением количества (геномные мутации) и структуры (хромосомные аберрации) хромосом. Описано более 1000 хромосомных болезней. Около 100 болезней имеют четкую клиническую картину (комплекс характерных, взаимосвязанных патологических признаков) и называются синдромами. Причиной изменения числа хромосом в клетке является нерасхождение их в анафазе мейоза. В результате возникают моносомии и трисомии как по аутосомам, так и гетеросомам. Известны также хромосомные болезни, связанные с нарушением структуры хромосом. Причиной таких болезней являются делеции, транслокации и др.

  1.  Хромосомные болезни

Болезнь

Кариотип

Фенотипические проявления

Изменение числа аутосом

Синдром Дауна

(трисомия 21)

Синдром Дауна транслокационный

47 (21+)

46 (21/13-15)

Плоское лицо, монголоидный разрез глаз, эпикант (нависающее верхнее веко), расширенная и уплощенная переносица, маленькие низко посаженные уши, большой язык, умственная отсталость.

Синдром Патау

(трисомия 13)

47 (13+)

Микроцефалия (недоразвития мозга). Расщелины твердого и мягкого неба, незаращение верхней губы, недоразвитие или отсутствие глаз, полидактилия, синдактилия. Врожденные пороки сердца и почек. Дети живут до 1 года.

Синдром Эдвардса

(трисомия 18)

47 (18+)

Множественные пороки развития. Аномалии мозгового черепа и лица. Недоразвитие нижней челюсти, узкий лоб, широкий затылок, деформированные, низко посаженные уши. Дети живут 2-3 месяца.

Изменение числа половых хромосом

Синдром Шерешевкого-Тёрнера (моносомия – Х)

45 (Х0)

Кариотип женский. Короткая шея, кожные крыловидные складки на шее (шея сфинкса), укороченные нижние конечности, рост 135-145 см, эпикант, недоразвитие яичников. Отсутствие или слабое развитие молочных желез.

Трисомия - Х

47 (ХХХ)

Нарушение функции яичников, ранний климакс. Физическое и психическое развитие у большинства больных нормальное.  

Синдром Клайнфельтера

47 (ХХУ)

Недоразвитие семенников и отсутствие сперматогенеза; высокий рост, непропорционально длинные конечности; узкие плечи, широкий таз; отложение жира и рост волос на теле по женскому типу; сниженный интеллект.

Изменение структуры хромосом

Синдром «крика кошки»

46 (5р-)

Делеция короткого плеча 5-й хромосомы.

Микроцефалия. Лунообразное лицо, нарушение строения гортани, крик и плач, похожий на мяуканье кошки, умственная отсталость.

Синдром «хронического миелолейкоза»

46 t(9;22)(q34;q11)

Реципрокная транслокация участков длинных плеч 22-й и 9-й хромосом. Нормальные лейкоциты замещаются аномальными. Развивается хроническое белокровие.

Для диагностики хромосомных болезней используются методы: цитогенетические (кариотипирование, определение полового X- и Y- хроматина), дерматоглифика, методы пренатальной диагностики. Основным является кариотипирование (хромосомный анализ).

Болезни с наследственной предрасположенностью

Болезни с наследственной предрасположенностью – это очень большая, разнообразная группа болезней, развитие которых обусловливается взаимодействием определенных наследственных факторов (мутаций или сочетаний аллелей) и факторов среды. Эти болезни возникают у людей с определенными генотипами при провоцирующем действии средовых факторов.

Болезни с наследственной предрасположенностью могут быть моногенными (определяются одним мутантным геном) и полигенными (определяются сочетанием аллелей нескольких генов). Полигенная наследственная предрасположенность обычно проявляется при воздействии комплекса нескольких внешнесредовых факторов. Это характерно для мультифакториальных болезней (многофакторных). К ним относится большинство неинфекционных распространенных болезней людей  (например: гипертоническая болезнь, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, бронхиальная астма, сахарный диабет, шизофрения, эпилепсия, злокачественные опухоли и другие).

Для болезней с наследственной предрасположенностью характерна более высокая частота проявления заболеваний у близких родственников, чем частота таких же заболеваний в целом среди населения. Поэтому необходимо выявлять группы риска (людей с повышенной вероятностью заболевания) для того, чтобы заранее проводить различные лечебно-профилактические мероприятия. Выявление лиц, склонных к определенным заболеваниям в конкретных семьях, проводится с помощью клинико-генеалогического метода. Также для некоторых указанных заболеваний разработаны биохимические и молекулярно-генетические методы лабораторной диагностики.

Генетические болезни соматических клеток

Генетические болезни соматических клеток выделены в отдельную группу наследственной патологии недавно. Поводом к этому послужило обнаружение при злокачественных новообразованиях специфических хромосомных перестроек в клетках, вызывающих активацию онкогенов (ретинобластома, опухоль Вильмса). Эти изменения в генетическом материале клеток являются этиопатогенетическими для злокачественного роста и поэтому могут быть отнесены к категории генетической патологии. Уже имеются первые доказательства того, что спорадические случаи врождённых пороков развития являются результатом мутаций в соматических клетках в критическом периоде эмбриогенеза. Следовательно, такие случаи можно рассматривать как генетическую болезнь соматических клеток.

Весьма вероятно, что аутоиммунные процессы и старение могут быть отнесены к этой же категории генетической патологии.

Болезни генетической несовместимости
матери и плода по антигенам

Болезни, возникающие при несовместимости матери и плода по антигенам (Аг), развиваются в результате иммунной реакции матери на Аг плода. Кровь плода в небольшом количестве попадает в организм беременной. Если плод унаследовал от отца такой аллель Аг (Аг+), которого нет у матери (Аг), то организм беременной отвечает иммунной реакцией. Антитела матери, проникая в кровь плода, вызывают у него иммунный конфликт. Наиболее типичное и хорошо изученное заболевание этой группы — гемолитическая болезнь новорождённых, возникающая в результате несовместимости матери и плода по Rh-Ar. Болезнь возникает в тех случаях, когда мать имеет Rh группу крови, а плод унаследовал Rh+ аллель от отца.

Иммунные конфликты различаются и при несовместимых комбинациях по Аг группы АВО между беременной и плодом.

В целом эта группа составляет значительную часть патологии (в некоторых популяциях у 1% новорождённых) и довольно часто встречается в практике акушера-гинеколога и в медико-генетических консультациях.

Митохондриальные болезни

Митохондрии передаются с цитоплазмой яйцеклеток. Спермии не имеют митохондрий, поскольку цитоплазма элиминируется при созревании мужских половых клеток. В каждой яйцеклетке содержится около 25 000 митохондрий. Каждая митохондрия имеет кольцевую хромосому. Описаны мутации различных генов митохондрий. Генные мутации в митохондриальной ДНК обнаружены при атрофии зрительного нерва Лебера, митохондриальных миопатиях, доброкачественной опухоли (онкоцитоме), при прогрессирующих офтальмоплегиях.


Для митохондриальных болезней характерны следующие признаки:

1. Болезнь передаётся только от матери.

2. Больны и девочки, и мальчики.

3. Больные отцы не передают болезни ни дочерям, ни сыновьям.





 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76968. Понятие и сущность административно-правовых режимов, их виды и правовые основания введения и использования 28.07 KB
  Понятие и сущность административно-правовых режимов их виды и правовые основания введения и использования. Административно-правовые режимы ставят перед собой цель создание на пути правонарушителей надежных правовых барьеров которые бы затрудняли или же полностью исключали достижение противоправных целей. Ласточкин рассматривает его как совокупность правовых установок и необходимых организационных управленческих мер которые обеспечивали бы порядок реализации отдельными гражданами своих соответствующих прав и обязанностей а также порядок...
76969. Режим чрезвычайного положения 27.67 KB
  Режим чрезвычайного положения. Режим чрезвычайного положения – это вводимый в соответствии с Конституцией и ФКЗ О чрезвычайном положении на всей территории Российской Федерации или в ее отдельных местностях особый правовой режим деятельности органов государственной власти органов местного самоуправления организаций независимо от организационно правовых форм и форм собственности их должностных лиц общественных объединений допускающий установленные данным ФКЗ отдельные ограничения прав и свобод граждан Российской Федерации иностранных...
76970. Режим военного положения 27.09 KB
  Режим военного положения. Целью введения военного положения является создание условий для отражения или предотвращения агрессии против России. Основания введения военного положения агрессия против РФ или ее непосредственная угроза а цель создание условий для ее отражения или предотвращения. Режим военного положения включает в себя комплекс экономических политических административных военных и иных мер направленных на создание условий для отражения или предотвращения агрессии против РФ.
76971. Режим противодействия терроризму 26.86 KB
  Нормы административного права определяют их правовой статус полномочия механизм взаимодействия с другими субъектами права. В отличие от других отраслей права оно реализует весь арсенал названных способов воздействия на поведение физических и юридических лиц. Для решения задач противодействия терроризму недостаточно мощности дозволительного способа правового регулирования который предполагает определенную автономность поведения субъекта права. На первый план выступают разрешительный и запретительный способы воздействия на поведение...
76972. Режим охраны Государственной границы Российской Федерации 28.46 KB
  Режим охраны Государственной границы Российской Федерации. Понятие государственной границы определяется тремя критериями: фактическим юридическим техническим. Технический критерий это обозначение соответствующей линии на местности обустройство границы организация ее охраны. Охрана государственной границы важное условие защиты политических экономических интересов и безопасности России.
76973. Паспортная система в Российской Федерации и режим её обеспечения: понятие, сущность, правовые основы, система органов, обеспечивающих режим 28.05 KB
  К ним относятся: фамилия имя отчество гражданина; пол число месяц год и место его рождения; отметки о регистрации и расторжении брака о детях; об отношении к военной службе; о регистрации по месту жительства и снятии гражданина с регистрационного учета. Выдача обмен паспортов вклеивание в них фотографий осуществляются подразделениями Федеральной миграционной службы по месту жительства. Значительные изменения паспортная система претерпела с принятием Закона РФ О праве граждан Российской Федерации на свободу передвижения выбор места...
76974. Административное принуждение как метод государственного управления в России: понятие, сущность и правовая природа. Виды мер административного принуждения 27.09 KB
  Следовательно принудительные меры связаны с возможностью заставить физически и или психически управляемый объект совершить определенные действия или позволить совершить такие действия по отношению к нему. Административное принуждение находит свое выражение в наборе мер принуждения которые можно классифицировать на следующие группы в зависимости от характера и степени принудительного воздействия а также цели принуждения: административнопредупредительные; административнопресекательные; административновосстановительные; меры...
76975. Особенности и содержание административно-предупредительных мер 24.45 KB
  Административнопредупредительные меры это меры принудительного характера которые применяются как это следует из их названия в целях предупреждения возможных правонарушений в сфере государственного управления которые могут привести к нарушениям общественного порядка и общественной безопасности другим явлениям вредным для режима управления государством. Они применяются например для предотвращения аварий на производстве дорожнотранспортных происшествий пожаров; обеспечения санитарноэпидемиологического благополучия населения...
76976. Меры административного пресечения: назначение, виды, субъекты применения и правовые основы их использования 27.78 KB
  Меры административного пресечения применяются в целях прекращения противоправных действий и предотвращения их вредных последствий. Эти меры так же как и административнопредупредительные достаточно многообразны и осуществляются различными субъектами системы исполнительной власти во многих сферах государственного управления. Наиболее типичные из них связаны: с требованием прекратить противоправное деяние; административным задержанием лица совершившего административное правонарушение; принудительным лечением лиц страдающих заболеваниями...