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
2Этот 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
1. 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 )
2. 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.
3. По адаптивному занчению. Выделяют положительные, отрицательные и
нейтральные мутации. Эта классификация связана с оценкой
жизнеспособности образовавшегося мутанта.
4. По изменению генотипа. Мутации бывают генные, хромосомные и геномные
геномные.
5. 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 мутацииХромосомные 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 |Заболевание |Частота мутаций |Число мутаций на 10|
|наследования | | |в 6 гамет |
| |Туберкулезный |8*10-4 |800 |
|Аутосомно– |склероз | | |
|доминантный | | | |
| |Талассемия |4*10-4 |400 |
| |Ретинобластома |2.3*10-5 |23 |
| |Аниридия |5*10-6 |— |
|Аутосомно- |Альбинизм |2.8*10-5 |28 |
|рецессивный | | | |
| |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.
