АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Введение. Предмет и задачи генетики человека и медицинской генетики

Прочитайте:
  1. A) введение антигистаминных препаратов
  2. I. Введение в анатомию.
  3. II. Внутривенное высокодозное введение иммуноглобулина гамма.
  4. IV. Введение вакцин
  5. IV. Введение системных антидотов
  6. V 1: Введение в клиническую генетику.
  7. V1: Введение в медицинскую генетику. Наследственность и патология.
  8. А) введение ложек
  9. А) прекратить введение препарата
  10. Б. Внутривенное введение бета-адреноблокаторов

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
                     

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:

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 (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:

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.

Таблица 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.


Дата добавления: 2015-01-12 | Просмотры: 1008 | Нарушение авторских прав



1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |



При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.008 сек.)