Введение
Генетика –
наука сравнительно
молодая. Лишь
на рубеже 18-19 веков
были сделаны
попытки оценить
наследственность
людей. Мопертюи
в 1750 году впервые
предположил,
что различные
патологии могут
передаваться
по наследству.
Затем в 19 веке
были выявлены
некоторые
закономерности.
Но официальной
датой рождения
генетики принято
считать весну
1900 года, когда
независимо
друг от друга
голландский
ученый Г. де
Фриз немецкий
Корренс и австрийский
ученый Чермак
"переоткрыли"
законы Менделеева,
что и дало толчок
к развитию
генетических
исследований.
Уже в 1901-1903 годах
Г. де Фризом
была создана
мутационная
теория, постулаты
которой справедливы
и сегодня: мутации
возникают
внезапно, устойчивы,
могут быть
прямыми и обратными
и, наконец, могут
возникать
повторно.
Генотипическая
изменчивость
Генетика изучает
процессы
преемственности
жизни на молекулярном,
клеточным,
организменном
и популяционном
уровне. Генетика
человека говорит
о законах
наследственности
и изменчивости
у человека в
норме и при
патологиях.
Так что же такое
изменчивость?
Генотипическая
изменчивость
– изменения,
произошедшие
в структуре
генотипа и
передаваемые
по наследству.
К этому типу
изменчивости
относят комбинативную
и мутационную
изменчивости,
которые ведут
к увеличению
внутривидового
разнообразие
в природе.
Предполагалось,
что именно
изменчивости
таких типов
мутаций и сыграли
немаловажную
роль в мировой
эволюции.
Комбинативная
изменчивость.
Комбинативная
изменчивость
возникла с
появлением
полового размножения,
она связана
с различными
вариантами
перекомбинации
родительских
задатков и
является источником
бесконечного
разнообразия
сочетаемых
признаков. Так,
дети, рожденные
в разное время
у одной родительской
пары, похожи,
но всегда отличаются
рядом признаков.
Кобинативная
изменчивость
обуславливается
вероятностным
участием гамет
в оплодотворении,
имеющих различные
перекомбинации
хромосом родителей.
При этом минимальное
число возможных
сортов гамет
у мужчин и женщин
огромно, оно
равно 223 (без
учета кроссинговера).
Поэтому вероятность
рождения на
земле двух
одинаковых
людей ничтожно
мала.
Большой вклад
в комбинативную
изменчивость
вносит как раз
кроссинговер,
приводящий
к образованию
новых групп
сцепления
благодаря
рекомбинации
аллелей. При
этом возможное
число генотипов
(g) равно:
g=[r(r+1)]
n r
– число аллелей
——– n –
число генов
2
Этот закон
окончательно
был сформулирован
в 1908 английским
математиком
Харди и немецким
врачом-биологм
Венбергом. И
теперь этот
закон носит
имя закон
Харди-Венберга.
Мутационная
изменчивость.
Мутационная
изменчивость
связана с процессом
образования
мутаций. Мутации
– это внезапные
скачкообразные
стойкие изменения
в структуре
генотипа. Организмы
у которых произошла
мутация называются
мутунтами.
Мутационная
теория была
создана, как
говорилось
выше, Гуго де
Фризом в 1901-1903 гг.
На основных
ее положениях
строица современная
генетика: мутации,
дискретные
изменения
наследственности,
в природе спонтанны,
мутации передаются
по наследству,
встречаются
достаточно
редко и могут
быть различных
типов. В зависимости
от того какой
признак положен
в основу, на
сегоднешний
день существует
несколько
систем классификации
мутаций.
Классификация
мутаций
По способу
возникновения.
Различают
спонтанные
и индуцированные
мутации Спонтанные
происходят
в природе крайне
редко с частотой
1-100 на миллион
экземпляров
данного гена.
В настоящие
время очевидно,
что спонтанный
мутационный
процесс зависит
как от внутренних,
так и от внешних
факторов, которые
называют мутационным
давлением
среды.
Индуцированные
мутации возникают
при воздействии
на человека
мутагенами
–факторами,
вызывающими
мутации. Мутагены
же бывают трех
видов:
Физические
( радиация, электро
– магнитное
излучение,
давление,
температура
и т.д.)
Химические
(цитостатики,
спирты,фенолы
и т.д.)
Биологические
( бактерии и
вирусы )
По отношению
к зачатковому
пути. Существуют
соматические
и генеративные
мутации. Генеративные
мутации возникают
в репродуктивных
тканях и поэтому
не всегда
выявляются.
Для того, чтобы
выявилась
генеративная
мутация, необходимо,
чтобы мутантная
гамета учавствовала
в оплодотворении.
По адаптивному
занчению. Выделяют
положительные,
отрицательные
и нейтральные
мутации. Эта
классификация
связана с оценкой
жизнеспособности
образовавшегося
мутанта.
По изменению
генотипа. Мутации
бывают генные,
хромосомные
и геномные
геномные.
По локализации
в клетке. Мутации
делятся на
ядерные и
цитоплазматические.
Плазматические
мутации возникают
в результате
мутаций в
плазмогенах,
находящихяс
в митохондриях.
Полагают, что
именно они
приводят к
мужскому бесплодию.
Причем такие
мутации в основном
наследуются
по женской
линии.
Генные
мутации
Генные ( точковые
) мутации затрагивают,
как правило,
один или несколько
нуклеотидов,
при этом один
нуклеотид может
превратиться
в другой, может
выпасть(делеция),
продублироваться,
а группа нуклеотидов
может развернутся
на 180 градусов.
Например, широко
известен ген
человека,
ответственный
за серповидно
– клеточную
анемию, который
может привести
к летальному
исходу. Соответствующий
нормальный
ген кодирует
одну из полипептидныз
цепей гемоглобина.
У мутантного
гена нарушен
всего один
нуклеотид (ГАА
на ГУА). В результате
в цепи гемоглобина
одна аминокислота
заменена на
другую( вместо
глутамина –
валин). Казалось
бы ничтожное
изменение, но
оно влечет за
собой роковые
последствия:
эритроцит
деформируется,
приобретая
серповидно
– клеточную
форму, и уже не
способен
транспортировать
кислород, что
и приводит к
гибели организма.
Генные мутации
приводят к
изменению
аминокислотной
последовательности
белка. Наиболее
вероятное
мутация генов
происходит
при спаривание
тесно связанных
организмов,
которые унаследовали
мутантный ген
у общего предка.
По этой причине
вероятность
возникновения
мутации повышается
у детей, чьи
родители являются
родственниками.
Генные мутации
приводят к
таким заболеваниям,
как амавротическая
идиотия, альбинизм,
дальтонизм
и др.
Интересно, что
значимость
нуклеотидных
мутаций внутри
кодона неравнозначна:
замена первого
и второго нуклеотида
всегда приводит
к изменению
аминокислоты,
третий же обычно
не приводит
к замене белка.
К примеру,
"Молчащая
мутация"- изменение
нуклеотидной
последовательности,
которая приводит
к образованию
схожего кодона,
в результате
аминокилотная
последовательность
белка не меняется.
Хромосомные
мутации
Хромосомные
мутации приводят
к изменению
числа, размеров
и организации
хромосом, поэтому
их иногда называют
хромосомными
перестройками.
Хромосомные
перестройки
делятся на
внутри- и межхромосомные.
К внутрехромосмным
относятся:
Дубликация
– один из участков
хромосомы
представлен
более одного
раза.
Делеция –
утрачивается
внутренний
участок хромосомы.
Инверсия –повороты
участка хромосомы
на 180 градусов.
Межхромосомные
перестройки
(их еще называют
транслокации)
делятся на:
Реципрокные
– обмен участками
негомологичных
хромосом.
Нереципрокные
– изменение
положения
участка хромосомы.
Дицентрические
– слияние фрагментов
негомологичных
хромосом.
Центрические
– слияние центромер
негомологичных
хромосом.
Хромосомные
мутации проявляются
у 1% новорожденных.
Однако интересно,
исследования
показали, что
нестабильность
соматических
клеток здоровых
доноров не
исключение,
а норма. В связи
с этим была
высказана
гипотеза о том,
что нестабильность
соматических
клеток следует
рассматривать
не только как
патологическое
состояние, но
и как адаптивную
реакцию организма
на измененные
условия внутренней
среды. Хромосомные
мутации могут
обладать
фенотипическими
явлениями.
Наиболее
распостраненный
пример – синдром
"Кошачьего
крика" (плачь
ребенка напоминает
мяукание кошки).
Обычно носители
такой делеции
погибают в
младенчестве.
Хромосомные
мутации часто
приводят к
паталогическим
нарушениям
в организме,
но в то же время
хромосомные
перестройки
сыграли одну
из ведущих
ролей в эволюции.
Так, у человека
23 пары хромосом,
а у обезьяны
– 24. Таким образом
различие составляет
всего одна
хромосома.
Ученые предполагают,
что в процессе
эволюции произошла
хотя бы одна
перестройка.
Подтверждением
этого может
служить и тот
факт, что 17 хромосома
человека отличается
от такой же
хромосомы
шимпанзе лишь
одной перецентрической
инверсией.
Такие рассуждения
во многом
подтверждают
теорию Дарвина.Геномные
мутации
Главная отличительная
черта геномных
мутаций связана
с нарушением
числа хромосом
в кариотипе.
Эти мутации
так же подразделяются
на два вида:
полиплоидные
анеуплоидные.
Полиплоидные
мутации ведут
к изменению
хромосом в
кариотипе,
которое кратно
гаплоидному
набору хромосом.
Этот синдром
впервые был
лишь обнаружен
в 60-ых годах. Вообще
полиплодия
характерна
в основном для
человека, а
среди животных
встречается
крайне редко.
При полиплоидии
число хромосом
в клетке насчитывается
по 69 (триплодие)
, а иногда и по
92 (тетраплодие)
хромосомы.
Такое изменение
ведет практически
к 100 % смерти зародыша.
Триплодие имеет
не только
многочисленные
пороки, но и
приводит к
потере жизнеспособности.
Тетраплодие
встречается
еще реже, но
так же зачастую
приводит к
летальному
исходу.
Анеуплоидные
же мутации
приводят к
изменению числа
хромосом в
кариотипе,
некратное
гаплоидному
набору. В результате
такой мутации
возникают осыби
с аномальным
чилом хромосом.
Как и триплодия,
анеуплодия
часто приводит
к смерти еще
на ранних этапах
развития зародыша.
Причиной же
таких последствий
является утрата
целой группы
сцепления генов
в кариотипе.
В цело же, механизм
возникновения
геномных мутаций
связан с патологией
нарушения
нормального
расхождения
хромосом в
мейозе, в результате
чего образуются
аномальные
гаметы, что и
ведет к мутации.
Изменения в
организме
связаны с
присутствием
генетически
разнородных
клеток. Такой
процесс называется
мозаицизм.
Геномные мутации
одни из самых
страшных. Они
ведут к таким
заболеваниям,
как синдром
Дауна (трисомия,
возникает с
частотой 1 больной
на 600 новорожденных),
синдром Клайнфельтера
и др.Спонтанные
мутации
Мутации, помимо
качественных
свойств, характеризует
и способ возникновения.
Спонтанные
(случайные) –
мутации, возникающие
при нормальных
условиях жизни.
Спонтанный
процесс зависит
от внешних и
внутренних
факторов (
биологические,
химические,
физические
). Спонтанные
мутации возникают
у человека в
соматических
и генеративных
тканях. Метод
определения
спонтанных
мутаций основан
на том, что у
детей появляется
доминантный
признак, хотя
у его родителей
он отсутствует.
Проведенное
в Дании исследование
показали, что
примерно одна
из 24000 гамет несет
в себе доминантную
мутацию. Ученый
же Холдейн
рассчитал
среднюю вероятность
появления
спонтанных
мутаций, которая
оказалась равна
5*10-5 за поколение.
Другой ученый
Курт Браун
предложил
прямой метод
оценки таких
мутаций, а именно:
число мутаций
разделить на
удвоенное
количество
обследованных
индивидов.
Индуцированные
мутации.
Индуцированный
мутагенез –
это искусственное
получение
мутаций с помощью
мутагенов
различной
природы. Впервые
способность
ионизирующих
излучений
вызывать мутации
была обнаружена
Г.А. Надсоном
и Г.С. Филлиповым.
Затем, проводя
обширные
исследования,
была установлена
радиобиологическая
зависимость
мутаций. В 1927 году
американским
ученым Джозефом
Мюллером было
доказано, что
частота мутаций
увеличивается
с увеличением
дозы воздействия.
В конце сороковых
годов открыли
существование
мощных химических
мутагенов,
которые вызывали
серьезные
повреждения
ДНК человека
для целого ряда
вирусов. Одним
из примеров
воздействия
мутагенов на
человека может
служить эндомитоз
– удвоение
хромосом с
последующим
делением центромер,
но без расхождения
хромосом.
Заключение
Мутационный
процесс является
главным источником
изменений,
приводящим
к различным
патологиям.
Задачи науки
на ближайшие
время определяются
как уменьшения
генетического
груза путем
предотвращения
или снижения
вероятности
мутаций и устранения
возникших в
ДНК изменений
с помощью генной
инженерии.
Генная инженерия
– новое направление
в молекулярной
биологии, появившееся
в последние
время, котоое
может в будущем
обратить мутации
на пользу человеку,
в частности,
эффективно
бороться с
вирусами. Уже
сейчас существуют
вещества называемые
антимутагены,
которые приводят
к ослаблению
темпов мутирования.
Успехи современной
генетики находят
применение
в диагностики,
профилактике
и лечении ряда
наследственных
патологий .
Так, в 1997 году в
США была получена
рекомбинативная
ДНК. С помощью
генной инженерии
уже сконструированы
искусственные
гены инсулина,
интерферона
и других веществ.
Таблица. Приблизительная
частота мутаций
различных генов
у человека.
Характер
наследования
Заболевание
Частота
мутаций
Число
мутаций на
10 в 6 гамет
Аутосомно–
доминантный
Туберкулезный
склероз
8*10-4
800
Талассемия
4*10-4
400
Ретинобластома
2.3*10-5
23
Аниридия
5*10-6
—
Аутосомно-
рецессивный
Альбинизм
2.8*10-5
28
Цветовая
слепота
2.8*10-5
28
Ихтиоз
1.1*10-5
11
Рецессивный
Гемофилия
3.2*10-5
32
Словарь
терминов
Альбинизм –
дипегминтация
кожи, волос,
глаз. Отсутствие
окраски, не
меняющиеся
с возрастом.
Аллель – одно
из возможных
состояний
гена, каждое
из которых
характеризуется
уникальной
последовательностью
нуклеотидов.
Анеуплодия
– явление при
котором клетки
имеют несбалансированный
набор хромосом.
Доминантные
аллели – аллели
проявляющиеся
всегда.
Гамета – половая
клетка, содержащая
гаплоидный
набор хромосом.
Генетический
груз – все нарушения
генетической
информации
человека, вызывающие
отрицательные
реакции.
Геном – совокупность
генов в гаплоидной
клетке.
Генотип –
совокупность
ядерных генов
организма.
Деменция –
одна из форм
слабоумия.
Мутаген – фактор,
вызывающий
мутацию.
Негомологичные
хромосомы –
хромосомы,
содержащие
несходные
гены.
Рецессивный
ген – ген, проявление
которого подавляется
другими аллелями
данного гена.
Фенотип –
совокупность
внешних признаков
организма на
данном этапе
онтогенеза,
формирующихся
в результате
взаимодействия
генотипа с
внешней средой.
Экзоны – фрагменты
прерывистого
гена эукариот,
несущие в себе
иформацию о
последовательности
аминокислот
в полипептиде.
Литература
Основы генетики
человека
Н.Н.приходченко,
Т.П.Шкурат. "Феникс"
1997г.
Айала Ф., Кайгер
Дж. Современная
генетика 3 тома.
М., "Мир",1988г.
Гилберт С. Биология
развития 3 томам.,
"Мир",
1993г.
Головачев Г.Д.
Наследственность
человека., Т.,
"Наука",
1983г.
Дубинин Н.П.
Новое в современной
генетики М,
"Наука",
1989г.
Грин Н., Стаут
У., Тейлор Д.,
Биология 3 тома,
М, "Мир",
1990г.
РЕФЕРАТ
по
биологии
на
тему
"Генотипическая
изменчивость"
_______________________________________________________
Москва
1998 г.