АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Введение. Предмет и задачи генетики человека и медицинской генетики

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).

Рис. 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:

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:

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:

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 (Рис. 2). Поэтому в гаметах появляется новое сочетание генов.

Рис. 2. 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:

Для учета всех возможных генотипов и фенотипов удобно пользоваться решеткой Пеннета

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.

Таблица 1. Доминантные и рецессивные признаки у человека

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

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.

Дата добавления: 2015-01-12 | Просмотры: 1016 | Нарушение авторских прав