Výsledkem je mutace genu. Genové mutace: příčiny, příklady, klasifikace

Variabilita- schopnost živých organismů získávat nové znaky a vlastnosti. Díky variabilitě se organismy mohou přizpůsobit měnícím se podmínkám prostředí.

Existují dva hlavní formy variability: dědičné a nedědičné.

dědičný nebo genotypový, variabilita- změny vlastností organismu v důsledku změny genotypu. To se zase dělí na kombinační a mutační. Ke kombinační variabilitě dochází v důsledku rekombinace dědičného materiálu (genů a chromozomů) během gametogeneze a sexuální reprodukce. K mutační variabilitě dochází v důsledku změn ve struktuře dědičného materiálu.

nedědičné nebo fenotypový nebo modifikace, variabilita- změny vlastností organismu, nikoli v důsledku změny genotypu.

Mutace

Mutace- jedná se o přetrvávající náhlé změny ve struktuře dědičného materiálu na různých úrovních jeho organizace, vedoucí ke změně určitých znaků organismu.

Termín „mutace“ zavedl do vědy De Vries. Vytvořil mutační teorie, jehož hlavní ustanovení dodnes neztratila na významu.

1. Mutace se vyskytují náhle, náhle, bez jakýchkoli přechodů.
2. Mutace jsou dědičné, tzn. vytrvale předávané z generace na generaci.
3. Mutace netvoří souvislé řady, nejsou seskupeny kolem průměrného typu (jako u modifikační variability), jsou to kvalitativní změny.
4. Mutace jsou nesměrové – jakýkoli lokus může zmutovat, což způsobí změny v drobných i vitálních funkcích v jakémkoli směru.
5. Stejné mutace se mohou vyskytovat opakovaně.
6. Mutace jsou individuální, to znamená, že se vyskytují u jednotlivých jedinců.

Proces mutace se nazývá mutageneze a faktory prostředí, které způsobují výskyt mutací, jsou mutageny.

Podle typu buněk, ve kterých se mutace vyskytly, se rozlišují: generativní a somatické mutace.

generativní mutace vznikají v zárodečných buňkách, neovlivňují vlastnosti tohoto organismu, objevují se až v další generaci.

Somatické mutace vznikají v somatických buňkách, objevují se v daném organismu a nepřenášejí se na potomstvo při pohlavním rozmnožování. Somatické mutace lze zachránit pouze asexuálním rozmnožováním (především vegetativním).

Podle adaptivní hodnoty se rozlišují: prospěšné, škodlivé (letální, semiletální) a neutrální mutace. Užitečný- zvýšit vitalitu smrtící- způsobit smrt pololetální- snížit životaschopnost neutrální- neovlivňují životaschopnost jednotlivců. Je třeba poznamenat, že jedna a tatáž mutace může být za určitých podmínek prospěšná a za jiných škodlivá.

Podle povahy projevu mutace mohou být dominantní A recesivní. Pokud je dominantní mutace škodlivá, pak může způsobit smrt svého majitele v raných fázích ontogeneze. Recesivní mutace se u heterozygotů nevyskytují, proto zůstávají v populaci dlouhodobě v „latentním“ stavu a tvoří rezervu dědičné variability. Když se změní podmínky prostředí, mohou nositelé takových mutací získat výhodu v boji o existenci.

V závislosti na tom, zda byl identifikován mutagen, který tuto mutaci způsobil, nebo ne, existují indukovaný A spontánní mutace. Obvykle se spontánní mutace vyskytují přirozeně, zatímco indukované mutace jsou způsobeny uměle.

V závislosti na úrovni dědičného materiálu, na kterém se mutace vyskytla, se rozlišují: genové, chromozomální a genomové mutace.

Genové mutace

Genové mutace - změny ve struktuře genů. Protože gen je částí molekuly DNA, genová mutace je změna ve složení nukleotidů této části. Genové mutace mohou nastat jako výsledek: 1) nahrazení jednoho nebo více nukleotidů jinými; 2) vložení nukleotidů; 3) ztráta nukleotidů; 4) zdvojení nukleotidů; 5) změny v pořadí střídání nukleotidů. Tyto mutace vedou ke změně složení aminokyselin polypeptidového řetězce a následně ke změně funkční činnost molekula proteinu. Vlivem genových mutací vzniká více alel stejného genu.

Nemoci způsobené genovými mutacemi se nazývají genové choroby (fenylketonurie, srpkovitá anémie hemofilie atd.). Dědičnost genových chorob se řídí Mendelovými zákony.

Chromozomální mutace

Jde o změny ve struktuře chromozomů. Přestavby mohou být prováděny jak v rámci stejného chromozomu - intrachromozomální mutace (delece, inverze, duplikace, inzerce), tak mezi chromozomy - interchromozomální mutace (translokace).

vymazání- ztráta chromozomového segmentu (2); inverze- rotace chromozomového segmentu o 180° (4, 5); zdvojení- zdvojení stejné části chromozomu (3); vložení— permutace sekce (6).

Chromozomální mutace: 1 - parachromozomy; 2 - výmaz; 3 - duplikace; 4, 5 - inverze; 6 - vkládání.

Translokace- přenos části jednoho chromozomu nebo celého chromozomu na jiný chromozom.

Nemoci způsobené chromozomálními mutacemi jsou klasifikovány jako chromozomální onemocnění. Mezi taková onemocnění patří syndrom "kočičího pláče" (46, 5p -), translokační varianta Downova syndromu (46, 21 t21 21) atd.

Genomická mutace nazýváme změnou počtu chromozomů. Genomické mutace jsou výsledkem narušení normálního průběhu mitózy nebo meiózy.

haploidie- snížení počtu úplných haploidních sad chromozomů.

Polyploidie- zvýšení počtu kompletních haploidních sad chromozomů: triploidů (3 n), tetraploidy (4 n) atd.

heteroploidie (aneuploidie) - opakované zvýšení nebo snížení počtu chromozomů. Nejčastěji dochází ke snížení nebo zvýšení počtu chromozomů o jeden (méně často dva a více).

Nejpravděpodobnější příčinou heteroploidie je nondisjunkce kteréhokoli páru homologních chromozomů během meiózy u jednoho z rodičů. V tomto případě jedna z výsledných gamet obsahuje o jeden chromozom méně a druhá o jeden více. Fúze takových gamet s normální haploidní gametou během oplodnění vede k vytvoření zygoty s méně nebo více chromozomy ve srovnání s diploidní sadou charakteristickou pro tento druh: nullosomie (2n - 2), monosomie (2n - 1), trisomie (2n + 1), tetrasomie (2n+ 2) atd.

Níže uvedené genetické diagramy ukazují, že narození dítěte s Klinefelterovým syndromem nebo Turner-Shereshevského syndromem lze vysvětlit nondisjunkcí pohlavních chromozomů během anafáze 1 meiózy u matky nebo otce.

1) Nedisjunkce pohlavních chromozomů během meiózy u matky

R	♀46,XX		×	♂46, XY
Typy gamet	24.XX 24.0			23, X 23, Y
F	47, XXX trisomie na X chromozomu	47,XXY syndrom Klinefelter		45,X0 Turnerův syndrom Shereshevsky	45, Y0 smrt zygoty

2) Nedisjunkce pohlavních chromozomů během meiózy u otce

R	♀46,XX	×	♂46, XY
Typy gamet	23 X		24, XY 22, 0
F	47,XXY syndrom Klinefelter		45,X0 Turnerův syndrom Shereshevsky

Do kategorie chromozomálních chorob patří také nemoci způsobené genomovými mutacemi. Jejich dědictví se neřídí Mendelovými zákony. Kromě výše zmíněných Klinefelterových nebo Turner-Shereshevského syndromů mezi taková onemocnění patří Downův syndrom (47, +21), Edwards (+18), Patau (47, +15).

polyplodie charakteristické pro rostliny. Produkce polyploidů je široce používána ve šlechtění rostlin.

Zákon homologické řady dědičné variability N.I. Vavilov

„Druhy a rody, které jsou si geneticky blízké, se vyznačují podobnou řadou dědičné variability s takovou pravidelností, že při znalosti počtu forem v rámci jednoho druhu lze předvídat nalezení paralelních forem u jiných druhů a rodů. Blíže geneticky umístěný v společný systém rodů a druhů, tím úplnější je podobnost v řadě jejich variability. Celé čeledi rostlin se obecně vyznačují určitým cyklem proměnlivosti, který prochází všemi rody a druhy tvořícími čeleď.

Tento zákon lze ilustrovat na příkladu rodiny Bluegrass, která zahrnuje pšenici, žito, ječmen, oves, proso atd. Černá barva obilky byla tedy zjištěna u žita, pšenice, ječmene, kukuřice a dalších rostlin a protáhlý tvar obilky byl zjištěn u všech studovaných druhů čeledi. Zákon homologických řad v dědičné variabilitě umožnil N.I. Vavilov najít řadu dříve neznámých forem žita na základě přítomnosti těchto znaků v pšenici. Patří sem: klasy s markýzou a bez klasů, zrna červené, bílé, černé a fialové barvy, moučná a skelná zrna atd.

Dědičná variace vlastností *			Žito	Pšenice	Ječmen	oves	Proso	čirok	Kukuřice	Rýže	pšeničná tráva
Kukuřice	Zbarvení	Černá	+	+	+	—	—	+	+	+	+
		nachový	+	+	+	—	—	+	+	+	—
	Formulář	zaoblený	+	+	+	+	+	+	+	+	+
		protáhlý	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Biol. znamení	životní styl	Zimní plodiny	+	+	+	+				+
		Jaro	+	+	+	+	+	+	+	+

* Poznámka. Znaménko "+" znamená přítomnost dědičných forem se specifikovaným znakem.

Otevřít N.I. Vavilovův zákon platí nejen pro rostliny, ale i pro živočichy. Albinismus se tedy vyskytuje nejen v různé skupiny savci, ale i ptáci a další zvířata. Krátkost prstů je pozorována u lidí, skotu, ovcí, psů, ptáků, nedostatek peří u ptáků, šupiny u ryb, vlna u savců atd.

Zákon homologické řady dědičné variability má velký význam pro šlechtění, protože umožňuje předpovědět přítomnost forem, které se u daného druhu nenacházejí, ale jsou charakteristické pro blízce příbuzné druhy. Kromě toho lze požadovanou formu nalézt ve volné přírodě nebo získat umělou mutagenezí.

Umělé získávání mutací

V přírodě spontánní mutageneze neustále probíhá, ale spontánní mutace jsou poměrně vzácné, například u Drosophila se tvoří mutace bělochů s frekvencí 1: 100 000 gamet.

Faktory, jejichž dopad na tělo vede ke vzniku mutací, se nazývají mutageny. Obecně se mutageny dělí do tří skupin. Pro umělou produkci mutací se používají fyzikální a chemické mutageny.

Indukovaná mutageneze má velký význam, protože umožňuje vytvořit cenný zdrojový materiál pro šlechtění a také odhaluje způsoby, jak vytvořit prostředky k ochraně člověka před působením mutagenních faktorů.

Variabilita modifikace

Variabilita modifikace- jedná se o změny vlastností organismů, které nejsou způsobeny změnami genotypu a vznikají pod vlivem faktorů vnější prostředí. Stanoviště hraje důležitou roli při utváření vlastností organismů. Každý organismus se vyvíjí a žije v určitém prostředí, zažívá působení jeho faktorů, které mohou měnit morfologické a fyziologické vlastnosti organismů, tzn. jejich fenotyp.

Příkladem proměnlivosti znaků pod vlivem faktorů prostředí je různý tvar listů hrotu šípu: listy ponořené do vody mají tvar stuhy, listy plovoucí na hladině jsou kulaté a listy v vzduch mají tvar šipky. Vlivem ultrafialových paprsků dochází u lidí (pokud nejsou albíni) k opálení v důsledku hromadění melaninu v kůži a v odlišní lidé intenzita barvy pleti je různá.

Variabilita modifikace je charakterizována následujícími hlavními vlastnostmi: 1) nedědičnost; 2) skupinový charakter změn (jedinci stejného druhu, umístění do stejných podmínek, získávají podobné vlastnosti); 3) korespondence změn s působením environmentálního faktoru; 4) závislost mezí variability na genotypu.

Navzdory skutečnosti, že pod vlivem podmínek prostředí se znaky mohou měnit, není tato variabilita neomezená. Vysvětluje se to tím, že genotyp definuje specifické hranice, ve kterých může dojít ke změně vlastnosti. Stupeň variace znaku nebo hranice variability modifikace se nazývá reakční rychlost. Rychlost reakce je vyjádřena v souhrnu fenotypů organismů, které se tvoří na základě určitého genotypu pod vlivem různých faktorů prostředí. Kvantitativní znaky (výška rostliny, výnos, velikost listů, výnos kravského mléka, produkce slepičích vajec) mají zpravidla širší reakční rychlost, to znamená, že se mohou značně lišit od kvalitativních znaků (barva vlny, obsah mléčného tuku, struktura květů, krevní skupina). Znalost rychlosti reakce má velký význam pro praxi zemědělství.

Variabilita modifikace mnoha znaků rostlin, zvířat a lidí se řídí obecnými vzory. Tyto vzorce jsou odhaleny na základě analýzy projevu vlastnosti ve skupině jedinců ( n). Míra vyjádření studovaného znaku mezi členy vzorku je různá. Každá konkrétní hodnota studovaného znaku se nazývá volba a označeno písmenem proti. Četnost výskytu jednotlivých variant je označena písmenem p. Při studiu variability znaku ve výběrové populaci se sestavuje variační řada, ve které jsou jedinci uspořádáni vzestupně podle ukazatele zkoumaného znaku.

Pokud například vezmeme 100 klasů pšenice ( n= 100), spočítejte počet klásků v uchu ( proti) a počet klásků s daným počtem klásků, pak bude variační řada vypadat takto.

Možnost ( proti)	14	15	16	17	18	19	20
Četnost výskytu ( p)	2	7	22	32	24	8	5

Na základě série variací, variační křivka- grafické zobrazení četnosti výskytu každé možnosti.

Průměrná hodnota vlastnosti se vyskytuje častěji a variace, které se od ní výrazně liší, jsou méně časté. To se nazývá "normální distribuce". Křivka na grafu je obvykle symetrická.

Průměrná hodnota prvku se vypočítá podle vzorce:

Kde M- průměrná hodnota znaménka; ∑( proti

Podle příčin výskytu se rozlišují spontánní a indukované mutace.

Spontánní (spontánní) mutace vyskytují bez zjevného důvodu. Tyto mutace jsou někdy označovány jako tři chyby P: procesy Replikace, opravy a rekombinace DNA . To znamená, že proces výskytu nových mutací je pod genetickou kontrolou organismu. Například jsou známy mutace, které zvyšují nebo snižují frekvenci jiných mutací; proto existují mutátorové geny a antimutátorové geny.

Četnost spontánních mutací přitom závisí i na stavu buňky (organismu). Například v podmínkách stresu se může zvýšit frekvence mutací.

indukované mutace vznikají pod vlivem mutageny .

Mutageny jsou různé faktory, které zvyšují frekvenci mutací.

Poprvé byly indukované mutace získány domácími genetiky G.A. Nadson a G.S. Filippov v roce 1925, kdy byly kvasinky ozářeny radiovým zářením.

Existuje několik tříd mutagenů:

– Fyzikální mutageny: ionizující záření, tepelné záření, ultrafialové záření.

– Chemické mutageny: analogy dusíkatých bází (např. 5-bromuracil), aldehydy, dusitany, methylační činidla, hydroxylamin, ionty těžkých kovů, některé léky a přípravky na ochranu rostlin.

– Biologické mutageny: čistá DNA, viry, antivirové vakcíny.

– Automutageny– meziprodukty metabolismu (meziprodukty). Například ethylalkohol sám o sobě není mutagen. V lidském těle se však oxiduje na acetaldehyd a tato látka je již mutagenem.

Otázka číslo 21.

Chromozomální mutace, jejich klasifikace: delece a duplikace, inverze, translokace. a mechanismy výskyt. Význam ve vývoji lidských patologických stavů)

S chromozomálními mutací dochází k velkým přestavbám struktury jednotlivých chromozomů. V tomto případě dochází ke ztrátě (deleci) nebo zdvojení části (duplikaci) genetického materiálu jednoho nebo více chromozomů, změně orientace chromozomových segmentů v jednotlivých chromozomech (inverze), jakož i k přenosu tzv. část genetického materiálu z jednoho chromozomu na druhý (translokace) (extrémní případ - sjednocení celých chromozomů

Změny ve struktuře chromozomu jsou zpravidla založeny na počátečním porušení jeho celistvosti - zlomech, které jsou doprovázeny různými přestavbami tzv. chromozomální mutace.

Chromozomové zlomy se přirozeně vyskytují v průběhu křížení, kdy jsou doprovázeny výměnou odpovídajících oblastí mezi homology. Porušení crossing over, při kterém si chromozomy vyměňují nestejný genetický materiál, vede ke vzniku nových vazebných skupin, kde jednotlivé úseky vypadávají - divize - nebo zdvojnásobení - duplikace. S takovými přeuspořádáními se mění počet genů ve vazebné skupině.

K zlomům chromozomů může dojít také pod vlivem různých mutagenních faktorů, především fyzikálních (ionizující a jiné typy záření), některých chemických sloučenin a virů.

Porušení integrity chromozomu může být doprovázeno otočením jeho části umístěné mezi dvěma přestávkami o 180 ° - inverze. V závislosti na tom, zda tato oblast zahrnuje oblast centromery nebo ne, existují pericentrický A paracentrické inverze.

Fragment chromozomu oddělený od něj během zlomu může být buňkou ztracen během další mitózy, pokud nemá centromeru. Častěji je takový fragment připojen k jednomu z chromozomů - translokace. Je možné připojit fragment k vlastnímu chromozomu, ale na novém místě - transpozice. Různé typy inverzí a translokací se tedy vyznačují změnou lokalizace genů.

Změny v chromozomální organizaci, které mají nejčastěji nepříznivý vliv na životaschopnost buňky a organismu, tedy s určitou pravděpodobností mohou být slibné, se dědí v řadě generací buněk a organismů a vytvářejí předpoklady pro evoluci chromozomální organizace dědičného materiálu.

Otázka číslo 22.

Genomické mutace: klasifikace, příčiny, mechanismy. Role ve výskytu chromozomálních syndromů. antimutační mechanismy).

Genomický: - polyploidizace změna v počtu chromozomů, která není násobkem haploidní sady. Podle původu sad chromozomů se alopolyploidy rozlišují mezi polyploidy, které mají sady chromozomů získané hybridizací z odlišné typy a autopolyploidy, u kterých dochází ke zvýšení počtu sad chromozomů jejich vlastního genomu

Genomické mutace zahrnují haploidii, polyploidii a aneuploidii.

Aneuploidie je změna počtu jednotlivých chromozomů - absence (monozomie) nebo přítomnost dalších (trizomie, tetrasomie, obecně polysomie) chromozomů, tzn. nevyvážená sada chromozomů. Buňky se změněným počtem chromozomů se objevují v důsledku poruch v procesu mitózy nebo meiózy, a proto rozlišují mitotické a meiotické.

Příčiny mutací

Mutace dělíme na spontánní a indukované. Spontánní mutace vznikají spontánně po celý život organismu za normálních podmínek. životní prostředí s frekvencí asi - na nukleotid na buněčnou generaci.

Indukované mutace se nazývají dědičné změny v genomu vyplývající z určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále v průběhu procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, narušená oprava DNA a genetická rekombinace.

Asociace mutací s replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech vede k mutacím, ke kterým dochází během replikace. Například díky deaminaci cytosinu může být uracil zahrnut do řetězce DNA naproti němu (vytvoří se pár U-G místo kanonického páry C-G). Když DNA replikuje opačný uracil, adenin je zahrnut do nového řetězce, pár u-a a při další replikaci je nahrazen párem T-A, to znamená, že dojde k přechodu (bodové nahrazení pyrimidinu jiným pyrimidinem nebo purinu jiným purinem).

Asociace mutací s rekombinací DNA

Z procesů spojených s rekombinací vede nestejné křížení nejčastěji k mutacím. Obvykle k němu dochází, když je na chromozomu několik duplikovaných kopií původního genu, které si zachovávají podobnou nukleotidovou sekvenci. V důsledku nestejného křížení dochází v jednom z rekombinantních chromozomů k duplikaci a ve druhém k ​​deleci.

Asociace mutací s opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a k takovým událostem dochází v každé buňce. K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný segment DNA a v tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození. Mutace, které se vyskytují v genech kódujících proteiny odpovědné za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) v rychlosti mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů reparačního systému excize tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to následně vede k rozvoji pigmentové xerodermie a zhoubné nádory kryty.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií. Möller navrhl rozdělit mutace podle charakteru změny ve fungování genu na hypomorfní (změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinového produktu), amorfní (mutace vypadá jako kompletní ztráta funkce genu, například bílá mutace u Drosophila ), antimorfní (mutovaná vlastnost se změní, například barva zrna kukuřice se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

V moderní naučné literatuře se také používá formálnější klasifikace, založená na povaze změn ve struktuře jednotlivých genů, chromozomů a genomu jako celku. V rámci této klasifikace se rozlišují následující typy mutací:

genomický;

chromozomální;

Genomický: - polyploidizace je změna počtu chromozomů, která není násobkem haploidní sady. Podle původu sad chromozomů se mezi polyploidy rozlišují allopolyploidy, které mají sady chromozomů získané hybridizací z různých druhů, a autopolyploidy, u kterých dochází ke zvýšení počtu sad chromozomů vlastního genomu.

Při chromozomálních mutacích dochází k velkým přestavbám struktury jednotlivých chromozomů. V tomto případě dochází ke ztrátě (deleci) nebo zdvojení části (duplikaci) genetického materiálu jednoho nebo více chromozomů, změně orientace chromozomových segmentů v jednotlivých chromozomech (inverze), jakož i k přenosu tzv. část genetického materiálu z jednoho chromozomu do druhého (translokace) (extrémní případ - kombinace celých chromozomů.

Na genové úrovni jsou změny v primární struktuře DNA genů pod vlivem mutací méně významné než u chromozomálních mutací, ale častější jsou genové mutace. V důsledku genových mutací, substitucí, delecí a inzercí jednoho nebo více nukleotidů dochází k translokacím, duplikacím a inverzím. různé části gen. V případě, že se vlivem mutace změní pouze jeden nukleotid, hovoří se o bodových mutacích.

Antimutační mechanismy zajišťují detekci, eliminaci nebo potlačení aktivity onkogenů. Antimutační mechanismy jsou implementovány za účasti onkosupresorů a systémů opravy DNA.

Otázka číslo 23.

(Člověk jako objekt genetického výzkumu. Cytogenetická metoda: její význam pro diagnostiku chromozomálních syndromů. Pravidla pro sestavování idiogramů zdravých lidí. Idiogramy pro chromozomální syndromy (autozomální a gonozomální). příklady)

Člověk jako objekt genetického výzkumu. Antropogenetika, její místo v systému humanitních věd, hlavní genetické markery etnogenetiky. Dědičná onemocnění jako součást obecné dědičné variability člověka.

Člověk jako objekt genetického výzkumu je obtížný:

Hybridologická metoda nemůže být přijata.

Pomalá generační obměna.

Malý počet dětí.

Velké množství chromozomů

Lidská genetika je speciální obor genetiky, který studuje rysy dědičnosti vlastností u lidí, dědičné choroby(lékařská genetika), genetická struktura lidských populací. Lidská genetika ano teoretický základ moderní medicína a moderní zdravotní péče.

Nyní je pevně stanoveno, že zákony genetiky jsou univerzální.

Protože však člověk není pouze biologickou, ale také sociální bytostí, liší se lidská genetika od genetiky většiny organismů v mnoha ohledech:

- pro studium lidské dědičnosti není hybridologická analýza (metoda křížení) použitelná; proto se pro genetickou analýzu používají specifické metody: genealogické (metoda rozboru rodokmenu), dvojčata, dále cytogenetické, biochemické, populační a některé další metody;

- člověk se vyznačuje sociálními znaky, které se nevyskytují v jiných organismech, například temperament, složité komunikační systémy založené na řeči, stejně jako matematické, vizuální, hudební a další schopnosti;

- díky veřejné podpoře je možné přežití a existence lidí se zjevnými odchylkami od normy (ve volné přírodě takové organismy nejsou životaschopné).

Lidská genetika studuje rysy dědičnosti znaků u lidí, dědičné choroby (lékařská genetika), genetickou strukturu lidských populací. Lidská genetika je teoretickým základem moderní medicíny a moderního zdravotnictví. Je známo několik tisíc genetická onemocnění, které jsou téměř 100% závislé na genotypu jedince. Mezi nejstrašnější z nich patří: kyselá fibróza slinivky břišní, fenylketonurie, galaktosémie, různé formy kretinismu, hemoglobinopatie, stejně jako Downův, Turnerův, Klinefelterův syndrom. Kromě toho existují nemoci, které závisí jak na genotypu, tak na prostředí: ischemická choroba, cukrovka, revmatoidní onemocnění, peptický vředžaludku a dvanáctníku, mnoho druhů rakoviny, schizofrenie a další duševní choroby.

Úkolem lékařské genetiky je včas identifikovat nositele těchto onemocnění mezi rodiči, identifikovat nemocné děti a vypracovat doporučení pro jejich léčbu. Důležitou roli v prevenci geneticky podmíněných onemocnění hrají genetické lékařské konzultace a prenatální diagnostika (tedy záchyt chorob na raná stadia vývoj těla).

Existují speciální sekce aplikované genetiky člověka (genetika prostředí, farmakogenetika, genetická toxikologie), které studují genetické základy zdravotní péče. Při vývoji léků, při studiu reakce těla na účinky nepříznivých faktorů, je třeba vzít v úvahu, jak individuální vlastnosti lidé a vlastnosti lidských populací.

Dědičná onemocnění jsou onemocnění způsobená poruchami genetického (dědičného) aparátu zárodečných buněk. Dědičná onemocnění jsou způsobena mutacemi (viz Variabilita), které se vyskytují v chromozomálním aparátu zárodečné buňky jednoho z rodičů nebo u vzdálenějších předků

Otázka číslo 24.

Biochemická metoda pro studium genetiky člověka; její význam pro diagnostiku dědičných metabolických onemocnění. Úloha transkripčních, posttranskripčních a posttranslačních modifikací v regulaci buněčného metabolismu. Příklady).

Na rozdíl od cytogenetické metody, která umožňuje studovat strukturu chromozomů a karyotypu za normálních podmínek a diagnostikovat dědičná onemocnění spojená se změnou jejich počtu a organizace, jsou studována dědičná onemocnění způsobená genovými mutacemi a také polymorfismus v normálních primárních genových produktech. pomocí biochemických metod.

Defekty enzymů se zjišťují stanovením obsahu metabolických produktů, které jsou výsledkem fungování tohoto proteinu v krvi a moči. Nedostatek konečného produktu, doprovázený hromaděním meziproduktů a vedlejších produktů zhoršeného metabolismu, ukazuje na poruchu enzymu nebo jeho nedostatek v těle.

Biochemická diagnostika dědičných metabolických poruch se provádí ve dvou fázích.

V první fázi se vybírají předpokládané případy onemocnění, ve druhé fázi se diagnostika onemocnění upřesňuje přesnějšími a složitějšími metodami. Použití biochemických studií pro diagnostiku onemocnění v prenatálním období nebo bezprostředně po narození umožňuje včas odhalit patologii a zahájit specifická lékařská opatření, jako je tomu v případě fenylketonurie.

Ke stanovení obsahu meziproduktů, vedlejších a konečných produktů metabolismu v krvi, moči nebo plodové vodě se kromě kvalitativních reakcí se specifickými činidly pro určité látky používají chromatografické metody pro studium aminokyselin a dalších sloučenin.

Transkripční faktory jsou proteiny, které interagují s určitými regulačními místy a urychlují nebo zpomalují proces transkripce. Poměr informativní a neinformativní části u eukaryotických transkriptů je v průměru 1:9 (u prokaryot 9:1) Sousední transkripty mohou být od sebe odděleny netranskribovanými oblastmi DNA. Rozdělení DNA do mnoha transkriptů umožňuje individuální čtení (transkripci) různých genů s různou aktivitou.

V každém transkriptu se přepisuje pouze jeden ze dvou řetězců DNA, který se nazývá templát, druhý, k němu komplementární, se nazývá kódující řetězec. Syntéza řetězce RNA jde od 5 "do 3" konce, zatímco templátový řetězec DNA je vždy antiparalelní k syntetizované nukleové kyselině

Posttranskripční modifikace primárního transkriptu tRNA (zpracování tRNA)

Primární transkript tRNA obsahuje asi 100 nukleotidů a po zpracování - 70-90 nukleotidových zbytků. Za účasti RNáz (ribonukleáz) dochází k posttranskripčním modifikacím primárních transkriptů tRNA. Vznik 3'-konce tRNA je tedy katalyzován RNázou, což je 3'-exonukleáza, která "odřízne" jeden nukleotid, dokud nedosáhne sekvence -CCA, která je stejná pro všechny tRNA. U některých tRNA dochází k vytvoření sekvence -CCA na 3" konci (konec akceptoru) jako výsledek postupného přidávání těchto tří nukleotidů. Pre-tRNA obsahuje pouze jeden intron sestávající ze 14-16 nukleotidů. Odstranění intron a sestřih vede k vytvoření struktury zvané "antikodon", - triplet nukleotidů, který zajišťuje interakci tRNA s komplementárním kodonem mRNA při syntéze proteinů

Posttranskripční modifikace (zpracování) primární transkriptové rRNA. Tvorba ribozomů

Lidské buňky obsahují asi sto kopií genu rRNA, lokalizovaných ve shlucích na pěti chromozomech. rRNA geny jsou transkribovány RNA polymerázou I za vzniku identických transkriptů. Primární transkripty jsou dlouhé asi 13 000 nukleotidových zbytků (45S rRNA). Než opustí jádro jako součást ribozomální částice, molekula 45 S rRNA prochází zpracováním, jehož výsledkem je tvorba 28S rRNA (asi 5000 nukleotidů), 18S rRNA (asi 2000 nukleotidů) a 5,88 rRNA (asi 160 nukleotidů), které jsou komponenty ribozomy (obrázek 4-35). Zbytek transkriptu je degradován v jádře.

Otázka číslo 25.

(Genealogická metoda genetiky člověka. Základní pravidla pro sestavování a analýzu rodokmenových schémat (na příkladu vlastního rodinného rodokmenového schématu). Význam metody při studiu zákonitostí dědičnosti znaků).

Základem této metody je sestavení a rozbor rodokmenů. Tato metoda je široce používána od starověku až po současnost v chovu koní, selekci cenných linií skotu a prasat, při získávání čistokrevných psů a také při šlechtění nových plemen kožešinových zvířat. Lidské genealogie byly sestavovány po mnoho staletí ve vztahu k vládnoucím rodinám v Evropě a Asii.

Při sestavování rodokmenů je zdrojem člověk – proband, jehož rodokmen je studován. Obvykle je to buď pacient, nebo nositel určité vlastnosti, jejíž dědičnost je třeba studovat. Při sestavování genealogických tabulek se používají symboly navržené G. Yustem v roce 1931 (obr. 6.24). Generace se označují římskými číslicemi, jednotlivci v dané generaci - ar

Symboly při přípravě rodokmenů (podle G. Yusta)

Pomocí genealogické metody lze stanovit dědičnou podmíněnost studovaného znaku a také typ jeho dědičnosti (autosomálně dominantní, autozomálně recesivní, X-vázaný dominantní nebo recesivní, Y-vázaný). Při analýze rodokmenů pro několik znaků lze odhalit související povahu jejich dědičnosti, což se používá při sestavování chromozomových map. Tato metoda umožňuje studovat intenzitu mutačního procesu, hodnotit expresivitu a penetraci alely. Je široce používán v lékařském genetickém poradenství k předpovídání potomků. Je však třeba poznamenat, že genealogická analýza se stává mnohem komplikovanější, když rodiny mají málo dětí.

Rodokmeny v autozomálně dominantní dědičnosti. Autozomální typ dědičnosti je obecně charakterizován stejnou pravděpodobností výskytu tohoto znaku u mužů i žen. Je to způsobeno stejnou dvojitou dávkou genů umístěných v autosomech všech zástupců druhu a přijatých od obou rodičů a závislostí vyvíjejícího se znaku na povaze interakce alelických genů.

Pokud je analyzován znak, který neovlivňuje životaschopnost organismu, pak nositeli dominantního znaku mohou být homo- i heterozygoti. V případě dominantní dědičnosti některých patologické znamení(nemoci) homozygoti zpravidla nejsou životaschopní a nositeli tohoto znaku jsou heterozygoti.

S autozomálně dominantní dědičností se tedy tato vlastnost může vyskytovat stejně u mužů i žen a lze ji vysledovat s dostatečným počtem potomků v každé generaci podél vertikály. První popis rodokmenu s autosomálně dominantním typem dědičnosti anomálie u člověka byl uveden v roce 1905. Sleduje přenos v řadě generací brachydaktylie (krátké prsty).

Rodokmeny v autozomálně recesivní dědičnosti. Recesivní znaky se fenotypově objevují pouze u homozygotů pro recesivní alely. Tyto znaky se zpravidla nacházejí u potomků fenotypicky normálních rodičů - nositelů recesivních alel. Pravděpodobnost výskytu recesivního potomstva je v tomto případě 25 %. Pokud má jeden z rodičů recesivní rys, pak pravděpodobnost jeho projevu u potomků bude záviset na genotypu druhého rodiče. Všichni potomci recesivních rodičů zdědí odpovídající recesivní rys.

Pro rodokmeny s autozomálně recesivním typem dědičnosti je charakteristické, že se znak neobjevuje v každé generaci. Nejčastěji se recesivní potomci objevují u rodičů s dominantním znakem a pravděpodobnost takového potomka se objevuje v blízce příbuzných manželstvích, kdy oba rodiče mohou být nositeli stejné recesivní alely získané od společného předka. Příkladem autozomálně recesivní dědičnosti je rodokmen rodiny s pseudohypertrofickou progresivní myopatií, ve které jsou častá příbuzenská manželství.

Rodokmeny s dominantní X-vázanou dědičností vlastnosti. Geny umístěné na chromozomu X a nemající žádné alely na chromozomu Y jsou přítomny v genotypech mužů a žen v různé dávky. Žena dostává své dva chromozomy X a odpovídající geny od otce i matky, zatímco muž zdědí svůj jediný chromozom X pouze od své matky. Vývoj odpovídajícího znaku u mužů je dán jedinou alelou přítomnou v jeho genotypu, zatímco u žen je výsledkem interakce dvou alelických genů. V tomto ohledu se znaky zděděné podle typu vázaného na X nacházejí v populaci s různou pravděpodobností u mužů a žen.

U dominantní X-vázané dědičnosti je tato vlastnost častější u žen kvůli jejich větší schopnosti přijímat odpovídající alelu buď od svého otce nebo matky. Muži mohou tuto vlastnost zdědit pouze po své matce. Ženy s dominantním rysem jej předávají stejnou měrou svým dcerám a synům, zatímco muži pouze svým dcerám. Synové nikdy nezdědí dominantní X-spojenou vlastnost od svých otců.

Příkladem tohoto typu dědičnosti je rodokmen popsaný v roce 1925 s folikulární keratózou. - onemocnění kůže doprovázené ztrátou řas, obočí, vlasů na hlavě.

Rodokmeny s recesivní X-vázanou dědičností znaků. Charakteristickým znakem rodokmenů s tímto typem dědičnosti je převládající projev znaku u hemizygotních mužů, kteří jej dědí od matek s dominantním fenotypem, které jsou nositelkami recesivní alely. Zpravidla se vlastnost dědí muži po generaci od dědečka z matčiny strany po vnuka. U žen se projevuje pouze v homozygotním stavu, jehož pravděpodobnost se zvyšuje s blízce příbuznými sňatky.

Nejznámějším příkladem recesivní dědičnosti vázané na X je hemofilie.Dalším příkladem tohoto typu dědičnosti je barvoslepost – určitá forma poruchy vnímání barev.

Rodokmeny v Y-vázané dědičnosti. Přítomnost Y-chromozomu pouze u mužů vysvětluje zvláštnosti Y-vázané neboli holandské dědičnosti znaku, který se vyskytuje pouze u mužů a je přenášen mužskou linií z generace na generaci z otce na syna.

Jedním rysem, jehož dědičnost vázaná na Y u lidí je stále diskutována, je hypertrichóza pinna nebo přítomnost vlasů na vnějším okraji boltce.

Otázka číslo 26.

(Metody lidské genetiky: populačně-statistické; dermatoglyfické (na příkladu analýzy vlastního dermatoglyfu), genetika somatických buněk, studium DNA; jejich role ve studiu dědičné patologie člověka).

Pomocí populačně-statistické metody jsou dědičné znaky studovány u velkých skupin populace, v jedné nebo několika generacích. Podstatným bodem při použití této metody je statistické zpracování získaných dat. Touto metodou lze vypočítat četnost výskytu v populaci různých alel genu a různých genotypů pro tyto alely, zjistit v ní distribuci různých dědičných znaků, včetně chorob. Umožňuje studovat mutační proces, roli dědičnosti a prostředí při formování lidského fenotypového polymorfismu podle normální známky, jakož i při výskytu onemocnění, zejména s dědičnou predispozicí. Tato metoda se také používá k určení hodnoty genetické faktory v antropogenezi, zejména v rasové formaci.

Při statistickém zpracování materiálu získaného zkoumáním populační skupiny na vlastnost, která je pro výzkumníka zajímavá, je základem pro objasnění genetické struktury populace Hardy-Weinbergův zákon genetické rovnováhy. Odráží vzorec, podle kterého za určitých podmínek zůstává poměr genových alel a genotypů v genofondu populace v řadě generací této populace nezměněn. Na základě tohoto zákona, s údaji o frekvenci výskytu v populaci recesivního fenotypu s homozygotním genotypem (aa), je možné vypočítat frekvenci výskytu specifikované alely (a) v genofondu daného generace. Rozšířením této informace na další generace je možné předpovědět frekvenci výskytu u nich osob s recesivním znakem, ale i heterozygotních nositelů recesivní alely.

Matematickým vyjádřením Hardyho-Weinbergova zákona je vzorec (pA. + qa)2, kde p a q jsou frekvence výskytu alel A a a odpovídajícího genu. Zveřejnění tohoto vzorce umožňuje vypočítat četnost výskytu lidí s různými genotypy a především heterozygotů - nositelů skryté recesivní alely: p2AA + 2pqAa + q2aa. Například albinismus je způsoben absencí enzymu podílejícího se na tvorbě melaninového pigmentu a je dědičně recesivním znakem. Četnost výskytu v populaci albínů (aa) je 1:20 000. Proto q2 = 1/20 000, pak q = 1/141, nahoru = 140/141. V souladu se vzorcem Hardyho-Weinbergova zákona je frekvence výskytu heterozygotů = 2pq, tzn. odpovídá 2 x (1/141) x (140/141) = 280/20000 = 1/70. To znamená, že v této populaci se heterozygotní nositelé alely albinismu vyskytují s frekvencí jeden ze 70 lidí.

Frekvenční analýza různá znamení v populaci, pokud splňují Hardy-Weinbergův zákon, umožňuje nám to tvrdit, že znaky jsou způsobeny různými alelami jednoho genu.V případě, že gen v populačním genofondu je reprezentován několika alelami, např. , gen krevní skupiny ABO, poměr různých genotypů vyjadřuje vzorec (pIA + qIB + rI0) 2.

V současné době je stanovena dědičná podmíněnost kožních vzorů, i když povaha dědičnosti není zcela objasněna. Pravděpodobně je tato vlastnost zděděna polygenním typem. Povaha prstových a palmárních vzorů těla je velmi ovlivněna matkou prostřednictvím mechanismu cytoplazmatické dědičnosti.

Dermatoglyfické studie jsou důležité při identifikaci zygozity dvojčat. Předpokládá se, že pokud z 10 párů homologních prstů má alespoň 7 podobné vzory, znamená to monozygotnost. Podobnost vzorů pouze 4-5 prstů svědčí ve prospěch bratrských dvojčat.

Studium lidí s chromozomálními onemocněními u nich odhalilo specifické změny nejen ve vzorcích prstů a dlaní, ale také v povaze hlavních flexorových rýh na kůži dlaní. Charakteristické změny těchto ukazatelů jsou pozorovány u Downova syndromu, u syndromů Klinefelter, Shereshevsky-Turner, což umožňuje použití metod dermatoglyfy a palmoskopie při diagnostice těchto onemocnění. Specifické dermatoglyfické změny jsou také určeny u některých chromozomálních aberací, např. u syndromu „kočičího pláče“. Méně prozkoumané jsou dermatoglyfické změny u genových chorob. Specifické odchylky těchto parametrů jsou však popsány u schizofrenie, myasthenia gravis a lymfoidní leukémie.

Tyto metody se také používají k určení otcovství. Podrobněji jsou popsány v odborné literatuře.

Otázka číslo 27.

(Pojem dědičných onemocnění: monogenní, chromozomální a multifaktoriální onemocnění člověka, mechanismus jejich vzniku a projevu. Příklady).

Monogenní Tento typ dědičnosti se nazývá, když je dědičná vlastnost řízena jedním genem.

Monogenní onemocnění jsou klasifikována podle typu dědičnosti:
autosomálně dominantní (tj. pokud je nemocný alespoň jeden z rodičů, pak bude nemocné i dítě), např.
- Marfanův syndrom, neurofibromatóza, achondroplazie
- autozomálně recesivní (dítě může onemocnět, pokud jsou oba rodiče přenašeči tohoto onemocnění, nebo jeden rodič je nemocný a druhý je přenašečem genových mutací, které toto onemocnění způsobují
choroba)
- cystická fibróza, spinální myoatrofie.
Velká pozornost této skupině nemocí je dána i tím, že jak se ukázalo, jejich počet je mnohem vyšší, než se dosud myslelo. Všechny nemoci mají zcela odlišnou prevalenci, která se může lišit v závislosti jak na geografické poloze, tak na národnosti, například Huntingtonova chorea se vyskytuje u 1 z 20 000 Evropanů a téměř nikdy se nevyskytuje v Japonsku, Tay-Sachsova choroba je charakteristická pro aškenázské Židy a je extrémně vzácná u ostatních národy.
V Rusku jsou nejčastější monogenně dědičná onemocnění cystická fibróza (1/12 000 novorozenců), skupina myoatrofie (1/10 000 novorozenců), hemofilie A (1/5 000 novorozenců mužského pohlaví).
Samozřejmě, že mnoho monogenních onemocnění bylo identifikováno již dlouhou dobu a jsou dobře známy lékařským genetikům.

Na chromozomální zahrnují onemocnění způsobená genomovými mutacemi popř strukturální změny jednotlivé chromozomy. Chromozomální onemocnění jsou výsledkem mutací v zárodečných buňkách jednoho z rodičů. Ne více než 3–5 % z nich se přenáší z generace na generaci. Chromozomální abnormality jsou zodpovědné za přibližně 50 % spontánních potratů a 7 % všech mrtvě narozených dětí.

Všechna chromozomální onemocnění se obvykle dělí do dvou skupin: anomálie v počtu chromozomů a porušení struktury chromozomů.

Nemoci způsobené porušením počtu autozomů (nepohlavních) chromozomů

Downův syndrom - trizomie na 21. chromozomu, příznaky zahrnují: demenci, růstovou retardaci, charakteristický vzhled, změny dermatoglyfů;

Patauův syndrom - trizomie na chromozomu 13, charakterizovaná mnohočetnými malformacemi, idiocie, často - polydaktylie, porušení struktury pohlavních orgánů, hluchota; téměř všichni pacienti se nedožijí jednoho roku;

Edwardsův syndrom - trizomie na chromozomu 18, spodní čelist a ústní otvor je malý, palpebrální štěrbiny jsou úzké a krátké, ušní boltce deformovaný; 60 % dětí umírá do 3 měsíců věku, pouze 10 % se dožívá roku, hlavní příčinou je zástava dechu a narušení činnosti srdce.

Nemoci spojené s porušením počtu pohlavních chromozomů

Shereshevsky-Turnerův syndrom - nepřítomnost jednoho chromozomu X u žen (45 XO) v důsledku porušení divergence pohlavních chromozomů; příznaky zahrnují malý vzrůst, sexuální infantilismus a neplodnost, různé somatické poruchy (mikrognatie, krátký krk atd.);

polysomie na chromozomu X - zahrnuje trizomii (karyota 47, XXX), tetrasomii (48, XXXX), pentasomii (49, XXXXX), dochází k mírnému poklesu inteligence, zvýšené pravděpodobnosti rozvoje psychóz a schizofrenie s nepříznivým typem v. chod;

polysomie na chromozomu Y - jako polysomie na chromozomu X, zahrnuje trizomii (karyota 47, XYY), tetrasomii (48, XYYY), pentasomii (49, XYYYY), klinické projevy také podobná polysomii X-chromozomu;

Klinefelterův syndrom - polysomie na X- a Y-chromozomech u chlapců (47, XXY; 48, XXYY atd.), příznaky: eunuchoidní typ postavy, gynekomastie, slabý růst vlasů na obličeji, v podpaží a na stydké kosti, pohlavní infantilismus, neplodnost; duševní vývoj zaostává, ale někdy je inteligence normální.

Nemoci způsobené polyploidií

triploidie, tetraploidie atd.; důvodem je narušení procesu meiózy v důsledku mutace, v jejímž důsledku dostane dceřiná pohlavní buňka místo haploidního (23) diploidní (46) sadu chromozomů, tedy 69 chromozomů (u mužů tzv. karyotyp je 69, XYY, u žen - 69, XXX); téměř vždy smrtelné před narozením

Multifaktoriální onemocnění, nebo onemocnění s dědičnou predispozicí

Skupina onemocnění se od genových onemocnění liší tím, že ke svému projevu potřebuje působení faktorů prostředí. Mezi nimi se také rozlišují monogenní, u kterých je dědičná predispozice způsobena jedním patologicky změněným genem, a polygenní. Ty druhé jsou určeny mnoha geny, které v normální stav, ale s určitou interakcí mezi sebou a s faktory prostředí vytvářejí predispozici ke vzniku onemocnění. Říká se jim multifaktoriální onemocnění (MFD).

Monogenních onemocnění s dědičnou predispozicí je relativně málo. Je pro ně použitelná metoda Mendelovské genetické analýzy. S ohledem na důležitou roli prostředí v jejich projevu jsou považovány za dědičné patologické reakce na působení různých vnější faktory(drogy, přísady do jídla, fyzikální a biologická činidla), které jsou založeny na dědičném nedostatku určitých enzymů.

©2015-2019 web
Všechna práva náleží jejich autorům. Tato stránka si nečiní nárok na autorství, ale poskytuje bezplatné použití.
Datum vytvoření stránky: 2017-06-11

Genové mutace. Koncept genových chorob.

1. Definice variability. Klasifikace jeho forem.

Variabilita je běžnou vlastností živých organismů, která spočívá ve změně dědičných znaků v průběhu ontogeneze (individuálního vývoje).

Variabilita organismů se dělí na dvě části velký typ:

1. fenotypové, neovlivňující genotyp a nedědičné;

2. genotypový, měnící genotyp a tedy dědičný.

Genotypová variabilita se dělí na kombinační a mutační.

Mutační variabilita zahrnuje genomové, chromozomální a genové mutace.

Genomové mutace se dělí na polyploidii a aneuploidii

Chromozomální mutace se dělí na delece, duplikace, inverze, translokace

2. Fenotypová variabilita. Rychlost reakce geneticky podmíněných znaků. Adaptivní povaha modifikací. Fenokopie.

Fenotypová variabilita (neboli nedědičná, modifikační) je změna fenotypových vlastností organismu pod vlivem faktorů prostředí, aniž by došlo ke změně genotypu.

Například: barva srsti himálajského králíka v závislosti na teplotě stanoviště.

Rychlost reakce je rozsah variability, ve kterém je stejný genotyp schopen produkovat různé fenotypy.

1. široká rychlost reakce - když kolísání atributu jdou do širokého rozmezí (například: spálení sluncem, množství mléka).

2. úzká reakční rychlost - když jsou výkyvy atributu nevýznamné (např.: obsah tuku v mléce).

3. jednoznačná reakční rychlost - kdy se znaménko za žádných okolností nemění (např.: krevní skupiny, barva očí, tvar očí).

Adaptivní povaha modifikací spočívá ve skutečnosti, že variabilita modifikace umožňuje tělu přizpůsobit se měnícím se podmínkám prostředí. Proto jsou úpravy vždy užitečné.

Pokud je během embryogeneze tělo ovlivněno nepříznivými faktory, mohou se objevit fenotypové změny, které přesahují normu reakce a nejsou adaptivní povahy, nazývají se vývojové morfózy. Dítě se například narodí bez končetin nebo s rozštěpem rtu.

Fenokopie jsou vývojové morfózy, které je velmi obtížné odlišit od dědičných změn (nemocí).

Například: pokud těhotná žena onemocněla zarděnkami, může mít dítě s šedým zákalem. Tato patologie se však může objevit také v důsledku mutace. V prvním případě mluvíme o fenokopii.

Diagnóza "fenokopie" je důležitá pro budoucí prognózu, protože s fenoskopií se genetický materiál nemění, to znamená, že zůstává normální.

3. Kombinační variabilita. Hodnota kombinační variability při zajišťování genetické rozmanitosti lidí.

Kombinační variabilita je výskyt nových kombinací genů u potomků, které jejich rodiče neměli.

Variabilita kombinací souvisí s:

s přechodem do profáze meiózy 1.

s nezávislou divergenci homologních chromozomů v anafázi meiózy 1.

s náhodnou kombinací gamet při oplození.

Hodnota kombinační variability – zajišťuje genetickou rozmanitost jedinců v rámci druhu, která je důležitá pro přirozený výběr a evoluci.

4. Mutační variabilita. Hlavní ustanovení teorie mutací.

Hugo de Vries, holandský vědec razil termín „mutace“ v roce 1901.

Mutace je jev přerušované náhlé změny dědičného znaku.

Proces vzniku mutací se nazývá mutageneze a organismus, který v procesu mutageneze získává nové vlastnosti, se nazývá mutant.

Hlavní ustanovení teorie mutací podle Huga de Vriese.

1. mutace vznikají náhle bez jakýchkoli přechodů.

2. výsledné formy jsou celkem stabilní.

3. Mutace jsou kvalitativní změny.

4. Mutace se vyskytují v různých směrech. mohou být prospěšné i škodlivé.

5. stejné mutace se mohou vyskytovat opakovaně.

5. Klasifikace mutací.

I. Podle původu.

1. Spontánní mutace. Spontánní nebo přirozené mutace se vyskytují v normálních přírodních podmínkách.

2. Indukované mutace. Způsobené mutace nebo umělé mutace vznikají, když jsou mutagenní faktory vystaveny tělu.

A. fyzikální (ionizující záření, UV, teplo a tak dále.)

b. chemické (soli těžkých kovů, kyselina dusitá, volné radikály, domovní a průmyslový odpad, léky).

II. Podle místa původu.

A. Somatické mutace vznikají v somatických buňkách a jsou zděděny potomky těch buněk, ve kterých vznikly. Nepředávají se z generace na generaci.

b. Generativní mutace se vyskytují v zárodečných buňkách a předávají se z generace na generaci.

III. Podle povahy změn fenotypu.

1. Morfologické mutace, charakterizované změnou struktury orgánu nebo organismu jako celku.

2. Fyziologické mutace charakterizované změnit f-tý orgán nebo organismus jako celek.

3. Biochemické mutace spojené se změnou makromolekuly.

IV. Vliv na životaschopnost organismu.

1. Smrtelné mutace ve 100 % případů vedou ke smrti organismu na vady neslučitelné se životem.

2. Pololetální mutace vedou v 50–90 % případů ke smrti. Obvykle organismy s takovými mutacemi nepřežijí do reprodukčního období.

3. Podmíněně letální mutace, v některých stavech organismus umírá, ale v jiných přežívá (galaktosemie).

4. Prospěšné mutace zvyšují životaschopnost organismu a používají se v chovu.

proti. Podle povahy změny dědičného materiálu.

1. Genové mutace.

2. Chromozomální mutace.

6. Genové mutace, definice. Mechanismy výskytu spontánních genových mutací.

Genové mutace nebo bodové mutace jsou mutace, které se vyskytují v genech na úrovni nukleotidů, přičemž se mění struktura genu, mění se molekula mRNA, mění se sekvence aminokyselin v proteinu, mění se v těle vlastnost.

Typy genových mutací:

- missense mutace - nahrazení 1 nukleotidu v tripletu jiným povede k tomu, že do proteinového polypeptidového řetězce bude zařazena další aminokyselina, která by za normálních okolností neměla být, a to povede ke změnám vlastností a funkcí proteinu .

Příklad: nahrazení kyseliny glutamové valinem v molekule hemoglobinu.

CTT - kyselina glutamová, CAT - valin

Pokud k takové mutaci dojde v genu, který kóduje β řetězec hemoglobinového proteinu, pak je do β řetězce místo kyseliny glutamové zařazen valin → v důsledku takové mutace se mění vlastnosti a funkce hemoglobinového proteinu a HbS místo normálního HbA se objevuje srpkovitá anémie (změny erytrocytů).

- nesmysl mutace - nahrazení 1 nukleotidu v tripletu jiným způsobí, že se geneticky významný triplet změní na stop kodon, což vede k přerušení syntézy proteinového polypeptidového řetězce. Příklad: UAC - tyrosin. UAA je stop kodon.

Mutace s posunem ve čtecím rámci dědičné informace.

Pokud se v důsledku genové mutace objeví v těle nový znak (například polydaktylie), pak se nazývají neomorfní.

pokud v důsledku genové mutace tělo ztratí nějakou vlastnost (např. při PKU zmizí enzym), pak se nazývají amorfní.

- seimsens mutace - nahrazení nukleotidu v tripletu vede ke vzniku synonymního tripletu, který kóduje stejný protein. To je způsobeno degenerací genetického kódu. Například: CTT - glutamin CTT - glutamin.

Mechanismy vzniku genových mutací (náhrada, inzerce, ztráta).

DNA se skládá ze 2 polynukleotidových řetězců. Za prvé, ke změně dochází v 1. vláknu DNA – jedná se o semimutační stav neboli „primární poškození DNA“. Každou sekundu dojde v buňce k 1 primárnímu poškození DNA.

Když poškození přejde na druhý řetězec DNA, říká se, že mutace byla zafixována, to znamená, že došlo k „úplné mutaci“.

K primárnímu poškození DNA dochází, když jsou narušeny mechanismy replikace, transkripce a křížení.

7. Frekvence genových mutací. Mutace jsou přímé a reverzní, dominantní a recesivní.

U lidí je frekvence mutací = 1x10 -4 - 1x10 -7, to znamená, že v každé generaci je mutováno v průměru 20-30 % lidských gamet.

U Drosophila je frekvence mutace = 1x10 -5, to znamená, že 1 gameta ze 100 tisíc nese genovou mutaci.

A. Přímá mutace (recesivní) je mutace genu z dominantního stavu do recesivního stavu: A →a.

b. Reverzní mutace (dominantní) je mutace genu z recesivního stavu do dominantního stavu: a → A.

Genové mutace se vyskytují ve všech organismech, geny mutují různými směry, stejně jako s různá frekvence. Geny, které mutují zřídka, se nazývají stabilní a geny, které často mutují, se nazývají mutovatelné.

8. Zákon homologických řad v dědičné variabilitě N.I.Vavilova.

Mutace se vyskytuje v různých směrech, tzn. náhodou. Tyto nehody však podléhají vzoru objevenému v roce 1920. Vavilov. Formuloval zákon homologní řady v dědičné variabilitě.

"Druhy a rody geneticky blízké se vyznačují podobnou řadou dědičné variability s takovou pravidelností, že při znalosti počtu forem v rámci jednoho druhu lze předvídat existenci paralelních forem u jiných druhů a rodů."

Tento zákon umožňuje předpovídat přítomnost určitého znaku u jedinců různých rodů téže čeledi. Byla tedy předpovězena přítomnost lupiny bez alkaloidů v přírodě. v rodině luštěnin existují rody fazole, hrachu a fazole, které neobsahují alkaloidy.

V medicíně Vavilovův zákon umožňuje používat jako genetické modely zvířata, která jsou geneticky blízká lidem. Provádějí experimenty na studium genetických chorob. Studuje se například šedý zákal u myší a psů; hemofilie – u psů, vrozená hluchota – u myší, morčata, psi.

Vavilovův zákon umožňuje předvídat výskyt indukovaných mutací neznámých vědě, které lze využít při šlechtění k vytvoření rostlinných forem cenných pro člověka.

9. Antimutační bariéry organismu.

- Přesnost replikace DNA. Někdy při replikaci dochází k chybám, pak se aktivují autokorekční mechanismy, které jsou zaměřeny na eliminaci chybného nukleotidu. Důležitou roli hraje enzym DNA polymeráza a chybovost je snížena faktorem 10 (z 10–5 na 10–6).

- Degenerace genetického kódu. 1 aminokyselina může kódovat několik tripletů, takže nahrazení 1 nukleotidu v tripletu v některých případech nezkresluje dědičnou informaci. Například CTT a CTC jsou kyselina glutamová.

- Extrakce některé geny zodpovědné za důležité makromolekuly: rRNA, tRNA, histonové proteiny, tzn. vzniká mnoho kopií těchto genů. Tyto geny jsou součástí středně repetitivních sekvencí.

- Redundance DNA– 99 % je nadbytečných a mutagenní faktor častěji spadá do těchto 99 % nesmyslných sekvencí.

- párování chromozomů v diploidní množině. V heterozygotním stavu se mnoho škodlivých mutací neobjevuje.

- utracení mutantní pohlavní buňky.

- oprava DNA.

10. Oprava genetického materiálu. .

Oprava DNA je odstranění primárního poškození z DNA a její nahrazení normálními strukturami.

Existují dvě formy nápravy: světlá a tmavá

A. Oprava světlem (nebo enzymatická fotoreaktivace). Reparační enzymy jsou aktivní pouze za přítomnosti světla. Tato forma opravy má za cíl odstranit primární poškození DNA způsobené UV světlem.

Působením UV světla se v DNA aktivují pyrimidinové dusíkaté báze, což vede k vytvoření vazeb mezi pyrimidinovými dusíkatými bázemi, které jsou umístěny vedle sebe ve stejném řetězci DNA, to znamená, že se tvoří pyrimidinové dimery. Nejčastěji se jedná o spojení: T=T; T=C; C=C.

Normálně v DNA nejsou žádné pyrimidinové dimery. Jejich vznik vede ke zkreslení dědičné informace a narušení normálního průběhu replikace a transkripce, což následně vede ke genovým mutacím.

Podstata fotoreaktivace: v jádře se nachází speciální (fotoreaktivační) enzym, který je aktivní pouze za přítomnosti světla, tento enzym ničí pyrimidinové dimery, to znamená, že působením pyrimidinových dusíkatých bází rozrušuje vazby vzniklé mezi UV světlo.

K opravě tmy dochází ve tmě a na světle, to znamená, že aktivita enzymů nezávisí na přítomnosti světla. Dělí se na pre-replikativní opravu a post-replikativní opravu.

Před replikační opravou dochází před replikací DNA, na tomto procesu se podílí mnoho enzymů:

o Endonukleáza

o Exonukleáza

o DNA polymeráza

o DNA ligáza

Fáze 1. Enzymová endonukleáza najde poškozenou oblast a rozřízne ji.

Fáze 2. Enzym exonukleáza odstraňuje poškozenou oblast z DNA (excize), což má za následek mezeru.

Fáze 3. Chybějící místo syntetizuje enzym DNA polymeráza. Syntéza probíhá podle principu komplementarity.

Fáze 4. Ligázové enzymy spojují nebo přišívají nově syntetizované místo k vláknu DNA. Primární poškození v DNA je tak eliminováno.

Postreplikativní oprava.

Předpokládejme, že došlo k primárnímu poškození DNA.

Fáze 1. Začíná proces replikace DNA. Enzym DNA polymeráza syntetizuje nové vlákno, které je plně komplementární ke starému intaktnímu vláknu.

Fáze 2. Enzym DNA polymeráza syntetizuje další nový řetězec, který však obchází místo, kde se nachází poškození. V důsledku toho se ve druhém novém řetězci DNA vytvořila mezera.

Fáze 3. Na konci replikace syntetizuje enzym DNA polymeráza chybějící část komplementárního nového řetězce DNA.

Fáze 4. Enzym ligáza pak spojuje nově syntetizovanou oblast s vláknem DNA, kde byla mezera. Primární poškození DNA se tedy nepřeneslo do dalšího nového vlákna, to znamená, že se mutace nezafixovala.

Následně může být primární poškození DNA eliminováno během pre-replikativní opravy.

11. Mutace spojené s narušenou opravou DNA a jejich role v patologii.

Schopnost reparace v organismech byla vyvinuta a upevněna v průběhu evoluce. Čím vyšší je aktivita reparačních enzymů, tím stabilnější je dědičný materiál. Odpovídající geny jsou zodpovědné za opravné enzymy, takže pokud v těchto genech dojde k mutaci, aktivita opravných enzymů se sníží. V tomto případě se u člověka vyvinou těžká dědičná onemocnění, která jsou spojena se snížením aktivity reparačních enzymů.

U lidí existuje více než 100 takových onemocnění. Některé z nich jsou:

Anémie Fanconi- snížení počtu červených krvinek, ztráta sluchu, poruchy kardiovaskulárního systému, deformace prstů, mikrocefalie.

Bloomův syndrom – nízká porodní hmotnost, retardace růstu, zvýšená náchylnost k virová infekce, zvýšené riziko onkologická onemocnění. Charakteristický znak: při krátkodobém vystavení slunečnímu záření se na kůži obličeje objevuje motýlkovitá pigmentace (rozšíření krevních kapilár).

Pigmentová xeroderma- na kůži se od světla objevují popáleniny, které se brzy zvrhnou v rakovinu kůže (u takových pacientů se rakovina vyskytuje 20 000krát častěji). Pacienti jsou nuceni žít pod umělým osvětlením.

Frekvence onemocnění je 1: 250 000 (Evropa, USA) a 1: 40 000 (Japonsko)

Dva druhy progerie- předčasné stárnutí organismu.

12. Genetická onemocnění, mechanismy jejich vzniku, dědičnost, frekvence výskytu.

Genová onemocnění (neboli molekulární onemocnění) jsou u člověka zastoupena poměrně široce, je jich více než 1000.

speciální skupina mezi nimi jsou vrozené metabolické vady. Tyto nemoci poprvé popsal v roce 1902 A. Garode. Příznaky těchto onemocnění jsou různé, ale vždy dochází k porušení přeměny látek v těle. V tomto případě bude některých látek nadbytek, jiných nedostatek. Například látka (A) vstupuje do těla a dále se působením enzymů přeměňuje na látku (B). Dále by se látka (B) měla změnit na látku (C), ale tomu je zabráněno blokem mutace

(), v důsledku toho bude látky (C) nedostatek a látky (B) bude přebytek.

Některé příklady nemocí spojených s vrozená vada metabolismus.

PKU(fenylketonurie, vrozená demence). Genové onemocnění, zděděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 1:10 000. Fenylalanin je esenciální aminokyselina pro stavbu molekuly proteinu a navíc slouží jako prekurzor hormonů štítné žlázy (tyroxinu), adrenalinu a melaninu. Aminokyselina fenylalanin v jaterních buňkách musí být přeměněna pomocí enzymu (fenylalanin-4-hydroxylázy) na tyrosin. Pokud za tuto přeměnu není odpovědný žádný enzym nebo je jeho aktivita snížena, pak se prudce zvýší obsah fenylalaninu v krvi a sníží se obsah tyrosinu. Nadbytek fenylalaninu v krvi vede k výskytu jeho derivátů (fenyloctové, fenylmléčné, fenylpyrohroznové a dalších ketonových kyselin), které se vylučují močí a mají také toxický účinek na buňky centrálního nervového systému, což vede k demenci.

Včasnou diagnózou a převedením kojence na dietu bez fenylalaninu lze rozvoji onemocnění předejít.

Albinismus je běžný. Genetické onemocnění děděné autozomálně recesivním způsobem. Normálně se aminokyselina tyrosin podílí na syntéze tkáňových pigmentů. Pokud dojde k mutačnímu bloku, enzym chybí nebo je jeho aktivita snížena, pak nejsou tkáňové pigmenty syntetizovány. V těchto případech kůže mléčně bílá barva, chloupky jsou velmi světlé, díky nedostatku pigmentu v sítnici prosvítají cévy, oči jsou červenorůžové a přecitlivělost ke světlu.

Alkapnonurie. Genové onemocnění, zděděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 3-5:1 000 000. Onemocnění je spojeno s porušením přeměny kyseliny homogentisové, v důsledku čehož se tato kyselina hromadí v těle. Tato kyselina se vylučuje močí a vede k rozvoji onemocnění ledvin, navíc alkalizovaná moč s touto anomálií rychle tmavne. Také se onemocnění projevuje barvením chrupavčitých tkání, artritida se vyvíjí ve stáří. Onemocnění je tedy doprovázeno poškozením ledvin a kloubů.

Genová onemocnění spojená s poruchou metabolismu sacharidů.

galaktosémie. Genetické onemocnění, děděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 1:35 000-40 000 dětí.

Krev novorozence obsahuje monosacharid galaktózu, která vzniká při rozkladu disacharidu mléka. laktóza pro glukózu a galaktóza. Galaktóza není tělem přímo absorbována, musí být přeměněna speciálním enzymem na asimilovanou formu - glukóza-1-fosfát.

dědičné onemocnění galaktosémie je způsobena špatnou funkcí genu, který řídí syntézu protein-enzymu, který přeměňuje galaktózu na vstřebatelnou formu. V krvi nemocných dětí bude velmi málo tohoto enzymu a hodně galaktózy, což je stanoveno biochemickou analýzou.

Pokud je diagnóza stanovena v prvních dnech po narození dítěte, je krmeno směsmi, kde není mléčný cukr a dítě se vyvíjí normálně. Jinak z dítěte vyroste slaboduchý.

cystická fibróza. Genové onemocnění se dědí autozomálně recesivním způsobem, vyskytuje se s frekvencí = 1:2 000-2 500. Onemocnění je spojeno s mutací genu, který je zodpovědný za nosný protein zabudovaný do plazmatické membrány buněk. Tento protein reguluje propustnost membrán pro ionty Na a Ca. Pokud je propustnost těchto iontů v buňkách exokrinních žláz narušena, pak žlázy začnou produkovat husté, viskózní tajemství, které uzavírá kanálky exokrinních žláz.

Přidělte plicní a střevní formy cystické fibrózy.

Marfanův syndrom. Genetické onemocnění děděné autozomálně dominantním způsobem. Souvisí s poruchou metabolismu fibrillinového proteinu v pojivové tkáně, která se projevuje komplexem znaků: „pavoučí“ prsty (arachnodaktylie), vysoký růst, subluxace čočky, srdeční a cévní vady, zvýšené emise do krve adrenalin, shrbený, propadlý hrudník, vysoká klenba chodidla, slabost vazů a šlach atd. Poprvé popsal v roce 1896 francouzský pediatr Antonio Marfan.

PŘEDNÁŠKA 10 Strukturní mutace chromozomů.

1. Strukturní mutace chromozomů (chromozomové aberace).

Rozlišují se následující typy chromozomálních aberací.

– výmazy

– duplikace

– inverze

- prstencové chromozomy

– translokace

– transpozice

Těmito mutacemi se mění struktura chromozomů, mění se pořadí genů v chromozomech, mění se dávka genů v genotypu. Tyto mutace se nacházejí ve všech organismech, jsou to:

Spontánní (způsobené faktorem neznámé povahy) a indukované (povaha faktoru, který způsobil mutaci, je známa)

Somatické (ovlivňující dědičný materiál somatických buněk) a generativní (změny dědičného materiálu gamet)

Užitečné a škodlivé (to druhé je mnohem běžnější)

Vyvážené (genotypový systém se nemění, což znamená, že se nemění fenotyp) a nevyvážené (mění se genotypový systém, což znamená, že se mění i fenotyp)

Pokud mutace postihne dva chromozomy, hovoří se o interchromozomálních přestavbách.

Pokud mutace postihne 1 chromozom, hovoří se o intrachromozomálních přestavbách.

2. Mechanismy výskytu strukturních mutací chromozomů.

Hypotéza mezerového spojení. Předpokládá se, že zlomy se vyskytují v jednom nebo více chromozomech. Vznikají úseky chromozomů, které se pak spojují, ale v jiném pořadí. Pokud dojde ke zlomu před replikací DNA, pak se tohoto procesu účastní 2 chromatidy – to je izochromatid mezera. Pokud ke zlomu dojde po replikaci DNA, pak se do procesu zapojí 1 chromatid – toto chromatid mezera.

Druhá hypotéza je, že mezi nehomologními chromozomy dochází k procesu podobnému cross-overu, tzn. nehomologní chromozomy jsou vyměněny.

3. Delece, jejich podstata, formy, fenotypový efekt. Pseudodominance..

Delece (nedostatek) je ztráta segmentu chromozomu.

V chromozomu může nastat 1 zlom a dojde ke ztrátě terminální části, která bude zničena enzymy (nedostatek)

mohou nastat dva zlomy v chromozomu se ztrátou centrální oblasti, která bude také zničena enzymy (intersticiální delece).

V homozygotním stavu jsou delece vždy letální, v heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi.

Detekce smazání:

Diferenciální barvení chromozomů

Podle obrázku smyčky, která vzniká při konjugaci homologních chromozomů v profázi meiózy 1. Smyčka se vyskytuje na normálním chromozomu.

Delece byla nejprve studována u mouchy Drosophila, u které došlo ke ztrátě části chromozomu X. V homozygotním stavu je tato mutace letální a v heterozygotním stavu se fenotypově projevuje jako zářez na křídle (Notch mutace). Při analýze této mutace byl identifikován zvláštní fenomén, který se nazýval pseudodominance. V tomto případě se recesivní alela projevuje fenotypově, protože oblast chromozomu s dominantní alelou je ztracena v důsledku delece.

U lidí se delece vyskytují častěji na chromozomech 1 až 18. Například delece krátkého raménka pátého chromozomu v heterozygotním stavu se fenotypově projevuje jako syndrom „kočičího pláče“. Dítě se rodí s velkým počtem patologií, žije od 5 dnů do měsíce (velmi zřídka až 10 let), jeho pláč připomíná kočičí ostré mňoukání.

Na chromozomu 21 nebo 22 hematopoetických kmenových buněk může dojít k intersticiální deleci. V heterozygotním stavu se fenotypově projevuje jako perniciózní anémie.

4. Duplikace, inverze, kruhové chromy. Mechanismus vzniku. fenotypový projev.

zdvojení- duplikace některé části chromozomu (tato část se může mnohokrát opakovat). Duplikace mohou být přímé a reverzní.

S těmito mutacemi se zvyšuje dávka genů v genotypu a v homozygotním stavu jsou tyto mutace letální. V heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi. Tyto mutace však mohly hrát roli v evoluci. Tímto způsobem by mohly vzniknout rodiny hemoglobinových genů.

Je možné, že se v důsledku duplikací objevily opakovaně se opakující sekvence nukleotidů DNA.

Detekce duplicit:

Obrázek smyčky v profázi meiózy 1. Smyčka se vyskytuje na mutovaném chromozomu.

Inverze - oddělení segmentu chromozomu, jeho otočení o 180 ° a připojení ke starému místu. Při inverzích se nemění dávka genů, ale mění se pořadí genů v chromozomu, tzn. změny skupiny spojky. Neexistují žádné inverze konce.

V homozygotním stavu jsou inverze letální, v heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi.

Detekce inverzí:

Diferenciální barvení.

Postava ve formě dvou protilehlých smyček v profázi meiózy 1.

Inverze jsou 2 typů:

paracentrická inverze, která neovlivňuje centromeru, protože zlomy se vyskytují v jednom rameni chromozomu

pericentrická inverze, která ovlivňuje centromeru, as zlomy se vyskytují na obou stranách centromery.

Při pericentrické inverzi se může změnit konfigurace chromozomu (pokud nejsou konce pootočených úseků symetrické). To znemožňuje následnou konjugaci.

Fenotypový projev inverzí je ve srovnání s ostatními chromozomálními aberacemi nejmírnější. Pokud recesivní homozygoti zemřou, pak je neplodnost nejčastěji pozorována u heterozygotů.

Prstencové chromozomy. Normálně v lidském karyotypu nejsou žádné kruhové chromozomy. Mohou se objevit zejména při působení mutagenních faktorů na tělo radiační zátěž.

V tomto případě nastanou v chromozomu 2 zlomy a výsledná oblast se uzavře do prstence. Pokud prstencový chromozom obsahuje centromeru, vytvoří se centrický prstenec. Pokud neexistuje centromera, pak se vytvoří acentrický prstenec, který je zničen enzymy a není zděděn.

Kruhové chromozomy jsou detekovány karyotypizací.

V homozygotním stavu jsou tyto mutace letální, zatímco v heterozygotním stavu se fenotypově projevují jako delece.

Kruhové chromozomy jsou markery radiační expozice. Jak více dávky radiační zátěž, čím více prstencových chromozomů, a tím horší prognóza.

5. Translokace, jejich podstata. Reciproční translokace, jejich charakteristika a medicínský význam. Robertsonovy translokace a jejich role v dědičné patologii.

Translokace je pohyb segmentu chromozomu. Existují vzájemné (reciproční) a nereciproční (transpoziční) translokace.

K reciprokým translokacím dochází, když si dva nehomologní chromozomy vymění své oblasti.

Robertsonovy translokace (centrické fúze) tvoří zvláštní skupinu translokací. Jsou mu vystaveny akrocentrické chromozomy – přijdou o krátká ramena a dlouhá ramena jsou spojena.

Příčinou 4-5% případů narození dítěte s downickem jsou Robertsonovy translokace. Dlouhé raménko chromozomu 21 se v tomto případě přesune na jeden z chromozomů skupiny D (13, 14, 15, častěji je zapojen chromozom 14).

Typy důsledků zygoty spermatu vajíčka

14 + 14, 21 14,14,21 monosomie 21 (smrtelná)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomie 21 (Downic)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomie 14 (smrtelná)

14.14/21 + 14, 21 14.14/21.14.21 trisomie 14 (smrtelná)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotypicky zdravý

Jak vidíte, žena s Robertsonovou translokací může porodit zdravé dítě.

Ztráta krátkých ramen nic neovlivní, protože existují zóny tvořící jadérko a jsou také v jiných chromozomech.

Pacient s translokační formou Downova syndromu má v buňkách 46 chromozomů. Vaječník po translokaci bude mít 45 chromozomů. Avšak s vyváženou mutací bude mít žena 45 chromozomů.

Detekce translokací:

Diferenciální barvení.

Postava kříže v profázi meiózy 1.

6. Trapozice. Mobilní genetické prvky. Mechanismy pohybu genomem a význam.

Pokud translokace nemají povahu reciprocity, pak se mluví o transpozici.

Zvláštní skupinou transposonů jsou Mobile Genetic Elements (MGE), neboli skokové geny, které se nacházejí ve všech organismech. U mouchy Drosophila tvoří 5 % genomu. U lidí jsou MGE seskupeny do rodiny ALU.

MGE se skládají z 300-400 nukleotidů, opakujících se 300 tisíckrát v lidském genomu.

Na koncích MGE jsou nukleotidové repetice, skládající se z 50-100 nukleotidů. Opakování může být přímé a obrácené. Zdá se, že nukleotidové repetice ovlivňují pohyb MGE.

Existují dvě varianty pohybu MGE genomem.

1. pomocí procesu reverzní transkripce. To vyžaduje enzym reverzní transkriptázu (revertázu). Tato možnost probíhá v několika fázích:

na DNA, enzym RNA polymeráza (jiný název je transkriptáza) syntetizuje mRNA,

na mRNA syntetizuje enzym reverzní transkriptáza jeden řetězec DNA,

enzym DNA polymeráza zajišťuje syntézu druhého vlákna DNA,

syntetizovaný fragment je uzavřen do kruhu,

prstenec DNA je vložen do jiného chromozomu nebo do jiného místa na stejném chromozomu.

2. pomocí enzymu transposázy, který vyřízne MGE a přenese jej na jiný chromozom nebo na jiné místo na stejném chromozomu

V průběhu evoluce sehrál MGE pozitivní roli, protože prováděli přenos genetické informace z jednoho druhu organismů na druhý. Důležitou roli v tom sehrály retroviry, které obsahují RNA jako dědičný materiál a obsahují také reverzní transkriptázu.

MGE se pohybují po genomu velmi zřídka, jeden pohyb na stovky tisíc událostí v buňce (frekvence pohybů je 1 x 10–5).

V každém konkrétním organismu nehrají MGE pozitivní roli, protože pohybující se genomem mění práci genů, způsobují genové a chromozomální mutace.

7. indukovaná mutageneze. Fyzikální, chemické a biologické mutagenní faktory.

K indukovaným mutacím dochází, když je tělo vystaveno mutagenním faktorům, které se dělí do 3 skupin:

Fyzikální (UFL, RTG a záření, elektromagnetická pole, vysoké teploty).

Ionizující záření tedy může působit přímo na molekuly DNA a RNA a způsobit v nich poškození (genové mutace). Nepřímý dopad tohoto

mutagenem na dědičném aparátu buněk je tvorba genotoxických látek (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Chemické mutagenní faktory. Existuje více než 2 miliony chemikálií, které mohou způsobit mutace. Jedná se o soli těžkých kovů, chemické analogy dusíkatých bází (5-bromuracil), alkylační sloučeniny (CH 3, C 2 H 5).

8. radiační mutace. Genetické nebezpečí znečištění životního prostředí.

Radiační mutace jsou mutace způsobené zářením. V roce 1927 americký genetik Heinrich Mehler poprvé ukázal, že rentgenové ozařování vede k výraznému zvýšení frekvence mutací u Drosophila. Tato práce znamenala začátek nového směru v biologii – radiační genetiky. Díky četným pracím provedeným v posledních desetiletích nyní víme, že když elementární částice (kvanta, elektrony, protony a neutrony) vstupují do jádra, dochází k ionizaci molekul vody za vzniku volných radikálů (OH - , O 2 -) . Mají velkou chemickou aktivitu a způsobují zlomy DNA, poškození nukleotidů nebo jejich destrukci; To vše vede k mutacím.

Jelikož je člověk otevřeným systémem, mohou do něj spadat různé faktory znečištění životního prostředí Lidské tělo. Mnoho z těchto faktorů může změnit nebo poškodit dědičný materiál živých buněk. Důsledky těchto faktorů jsou tak závažné, že lidstvo nemůže ignorovat znečištění životního prostředí.

9. Mutageneze a karcinogeneze.

Mutační teorii rakoviny poprvé navrhl Hugo De Vries v roce 1901. V dnešní době existuje mnoho teorií karcinogeneze.

Jednou z nich je genová teorie karcinogeneze. Je známo, že lidský genom obsahuje více než 60 onkogenů schopných regulovat buněčné dělení. Jsou v neaktivním stavu jako protoonkogeny. Pod vlivem různých mutagenních faktorů se protoonkogeny aktivují a stávají se onkogeny, které způsobují intenzivní buněčnou proliferaci a vývoj nádorů.

PŘEDNÁŠKA 11 Mutace v počtu chromozomů. haploidie, polyploidie,

Aneuploidie.

1. Podstata mutací v počtu chromozomů, příčiny a mechanismy vzniku.

Každý typ organismu se vyznačuje svým vlastním karyotypem. Stálost karyotypu v řadě generací je udržována prostřednictvím procesů mitózy a meiózy. Někdy během mitózy nebo meiózy je divergence chromozomů narušena, což má za následek buňky se změněným počtem chromozomů. V buňkách se může měnit počet celých haploidních sad chromozomů, v takovém případě dochází k takovým mutacím jako:

Haploidie - jedna sada chromozomů (n)

Polyploidie - zvýšení počtu chromozomů o násobek haploidní sady (3n, 4n atd.)

Aneuploidie je změna počtu jednotlivých chromozomů (46 +1).

Sada chromozomů se může měnit jak v somatických buňkách, tak v pohlavních buňkách.

Příčiny porušení divergence chromozomů:

zvýšená viskozita cytoplazmy

přepólování buňky

dysfunkce vřetena.

Všechny tyto důvody vedou k tzv. fenoménu „anaphase lag“.

To znamená, že v anafázi mitózy nebo meiózy jsou chromozomy rozmístěny nerovnoměrně, tzn. některý chromozom nebo skupina chromozomů nedrží krok se zbytkem chromozomů a je ztracena pro jednu z dceřiných buněk.

2. Haploidie, charakter změny karyotypu, prevalence, fenotypové projevy.

Haploidie je snížení počtu chromozomů v buňkách organismu na haploidní. V buňkách se prudce snižuje počet chromozomů a dávka genů, to znamená, že se mění genotypový systém, což znamená, že se mění i fenotyp.

Mutace je srozumitelná změna množství a struktury DNA v buňce nebo v organismu. Jinými slovy, mutace je změna genotypu. Rysem změny genotypu je, že tato změna v důsledku mitózy nebo meiózy může být přenesena do dalších generací buněk.

Nejčastěji se mutacemi rozumí malá změna v sekvenci nukleotidů DNA (změny jednoho genu). Jedná se o tzv. Kromě nich však existují i ​​případy, kdy změny postihnou velké úseky DNA, případně se změní počet chromozomů.

V důsledku mutace se v organismu může náhle objevit nová vlastnost.

Myšlenku, že právě mutace je příčinou vzniku nových vlastností přenášených z generace na generaci, poprvé vyslovil Hugh de Vries v roce 1901. Později mutace v Drosophila studoval T. Morgan a zaměstnanci jeho školy.

Mutace – škoda nebo prospěch?

Mutace, které se vyskytují v „bezvýznamných“ („tichých“) úsecích DNA, nemění vlastnosti organismu a lze je snadno předávat z generace na generaci (přirozený výběr na ně nebude působit). Takové mutace lze považovat za neutrální. Mutace jsou také neutrální, když je genový segment nahrazen synonymem. V tomto případě, i když bude nukleotidová sekvence v určité oblasti odlišná, bude syntetizován stejný protein (se stejnou sekvencí aminokyselin).

Mutace však může ovlivnit významný gen, změnit sekvenci aminokyselin syntetizovaného proteinu a následně způsobit změnu charakteristik organismu. Následně, pokud koncentrace mutace v populaci dosáhne určité úrovně, povede to ke změně charakteristický rys celé populace.

Ve volné přírodě se mutace vyskytují jako chyby v DNA, takže všechny jsou a priori škodlivé. Většina mutací snižuje životaschopnost organismu, způsobuje různé nemoci. Mutace, které se vyskytují v somatických buňkách, se nepřenášejí do další generace, ale v důsledku mitózy se tvoří dceřiné buňky, které tvoří konkrétní tkáň. Často somatické mutace vedou ke vzniku různých nádorů a dalších onemocnění.

Mutace, které se vyskytují v zárodečných buňkách, mohou být předány další generaci. Ve stabilních podmínkách prostředí jsou téměř všechny změny v genotypu škodlivé. Ale pokud se změní podmínky prostředí, může se ukázat, že dříve škodlivá mutace bude prospěšná.

Například mutace způsobující krátká křídla u hmyzu bude pravděpodobně škodlivá v populaci, která žije v místech, kde nefouká silný vítr. Tato mutace bude podobná deformaci, nemoci. Hmyz s ním bude mít potíže najít partnery pro páření. Pokud ale na terén začnou foukat silnější větry (například lesní plocha byla zničena v důsledku požáru), pak hmyz s dlouhými křídly vítr odfoukne, bude pro něj těžší se pohybovat. Za takových podmínek mohou krátkokřídlí jedinci získat výhodu. Najdou si partnery a potravu častěji než dlouhokřídlí. Po nějaké době bude v populaci více krátkokřídlých mutantů. Mutace se tedy zafixuje a stane se normou.

Mutace jsou základem přirozeného výběru a to je jejich hlavní přínos. Pro tělo je převážný počet mutací škodlivý.

Proč dochází k mutacím?

V přírodě se mutace vyskytují náhodně a spontánně. To znamená, že jakýkoli gen může kdykoli mutovat. Míra mutace v různé organismy a buňky jsou různé. Souvisí to například s dobou trvání životní cyklus: čím je kratší, tím více mutací se vyskytuje. Mutace se tedy vyskytují mnohem častěji u bakterií než u eukaryotických organismů.

Až na spontánní mutace(děje se přirozeně) jsou indukovaný(osobou v laboratorních podmínkách nebo nepříznivých podmínkách prostředí) mutace.

Mutace se v zásadě vyskytují v důsledku chyb v replikaci DNA (zdvojení), opravě (obnovení) DNA, s nestejným křížením, nesprávnou segregací chromozomů v meióze atd.

Takže v buňkách neustále probíhá obnova (oprava) poškozených úseků DNA. Pokud však v důsledku různé důvody opravné mechanismy jsou narušeny, pak chyby v DNA zůstanou a budou se hromadit.

Výsledkem chyby replikace je nahrazení jednoho nukleotidu v řetězci DNA jiným.

Co způsobuje mutace?

Zvýšené hladiny mutací způsobují rentgenové záření, ultrafialové a gama záření. Mezi mutageny patří také α- a β-částice, neutrony, kosmické záření (to vše jsou vysokoenergetické částice).

Mutagen je něco, co může způsobit mutaci.

Kromě různých záření mnoho chemické substance: formaldehyd, kolchicin, tabákové složky, pesticidy, konzervační látky, některé léky atd.

Příčiny mutací

Mutace se dělí na spontánní A indukovaný. Spontánní mutace se vyskytují spontánně po celý život organismu za normálních podmínek prostředí s frekvencí asi 10 až -9 mocnin - 10 až -12 na nukleotid na buněčnou generaci. Indukované mutace se nazývají dědičné změny v genomu vyplývající z určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále v průběhu procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, narušená oprava DNA a genetická rekombinace.

Asociace mutací s replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech vede k mutacím, ke kterým dochází během replikace. Například díky deaminaci cytosinu může být uracil zahrnut do řetězce DNA naproti němu (namísto kanonického páru C-G vzniká U-G pár). Při replikaci DNA naproti uracilu je do nového řetězce zařazen adenin, vzniká U-A pár a při další replikaci je nahrazen T-A párem, tedy dochází k přechodu.

Asociace mutací s rekombinací DNA

Z procesů spojených s rekombinací vede nestejné křížení nejčastěji k mutacím. Obvykle k němu dochází, když je na chromozomu několik duplikovaných kopií původního genu, které si zachovávají podobnou nukleotidovou sekvenci. V důsledku nestejného křížení dochází v jednom z rekombinantních chromozomů k duplikaci a ve druhém k ​​deleci.

Asociace mutací s opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a k takovým událostem dochází v každé buňce. K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný segment DNA a v tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození. Mutace, které se vyskytují v genech proteinů odpovědných za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) frekvence mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů excizního reparačního systému tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to zase vede k rozvoji xeroderma pigmentosa a maligních nádorů kůže.

Mutageny

Existují faktory, které mohou výrazně zvýšit frekvenci mutací – mutagenní faktory. Tyto zahrnují:

• chemické mutageny – látky, které způsobují mutace,
• fyzikální mutageny – ionizující záření, včetně přirozeného záření na pozadí, ultrafialové záření, vysoká teplota atd.,
• biologické mutageny - např. retroviry, retrotranspozony.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií. Möller navrhl rozdělit mutace podle charakteru změny ve fungování genu na hypomorfní(změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinového produktu), amorfní(mutace vypadá jako úplná ztráta funkce genu, například mutace bílý v Drosophila) antimorfní(mutovaná vlastnost se mění, například barva kukuřičného zrna se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

V moderní naučné literatuře se také používá formálnější klasifikace, založená na povaze změn ve struktuře jednotlivých genů, chromozomů a genomu jako celku. V rámci této klasifikace se rozlišují následující typy mutací:

• genetický
• chromozomální
• genomický.

Důsledky mutací pro buňku a organismus

Mutace, které narušují aktivitu buňky v mnohobuněčném organismu, často vedou k destrukci buňky (zejména k programované buněčné smrti, apoptóze). Pokud intra- a extracelulární obranné mechanismy mutace nebyla rozpoznána a buňka prošla dělením, pak se mutantní gen přenese na všechny potomky buňky a nejčastěji vede k tomu, že všechny tyto buňky začnou fungovat jinak.

Role mutací v evoluci

S významnou změnou podmínek existence se mohou ty mutace, které byly dříve škodlivé, ukázat jako prospěšné. Mutace jsou tedy věcí přirozeného výběru. Melanistické mutanty (tmavě zbarvené jedince) v populacích zavíječe březového (Biston betularia) v Anglii tak vědci poprvé objevili mezi typickými světlými jedinci v polovině 19. století. Tmavé zbarvení vzniká v důsledku mutace jednoho genu. Motýli tráví den na kmenech a větvích stromů, obvykle pokrytých lišejníky, proti kterým se maskuje světlá barva. V důsledku průmyslové revoluce, doprovázené znečištěním ovzduší, uhynuly lišejníky a světlé kmeny bříz byly pokryty sazemi. Výsledkem bylo, že do poloviny 20. století (po 50-100 generací) v průmyslových oblastech tmavý morph téměř úplně nahradil světlý. Bylo to ukázáno hlavní důvod Převládajícím přežíváním černé formy je predace ptáků, kteří selektivně jedli světlé motýly ve znečištěných oblastech.

Pokud mutace postihne „tiché“ úseky DNA, nebo vede k nahrazení jednoho prvku genetického kódu synonymním, pak se ve fenotypu většinou nijak neprojeví (projevem takové synonymní záměny může být např. spojené s různými frekvencemi použití kodonů). Takové mutace však mohou být detekovány metodami genové analýzy. Protože k většině mutací dochází v důsledku přirozené příčiny, pak za předpokladu, že se základní vlastnosti prostředí nezměnily, ukazuje se, že rychlost mutace by měla být přibližně konstantní. Tohoto faktu lze využít ke studiu fylogeneze – studia původu a vztahů různých taxonů včetně člověka. Mutace v tichých genech tedy slouží výzkumníkům jako jakési „molekulární hodiny“. Teorie „molekulárních hodin“ také vychází ze skutečnosti, že většina mutací je neutrálních a rychlost jejich akumulace v daném genu nezávisí nebo jen slabě závisí na působení přirozeného výběru a zůstává tedy po dlouhou dobu konstantní. U různých genů se však tato rychlost bude lišit.

Studium mutací v mitochondriální DNA (zděděné po mateřské linii) a v Y-chromozomech (zděděných po otcovské linii) je široce využíváno v evoluční biologii ke studiu původu ras a národností, k rekonstrukci biologického vývoje lidstva.

Problém náhodných mutací

Ve 40. letech 20. století byl mezi mikrobiology populární hledisko, podle kterého jsou mutace způsobeny expozicí environmentálnímu faktoru (například antibiotiku), kterému umožňují adaptaci. K ověření této hypotézy byl vyvinut fluktuační test a metoda repliky.
Luria-Delbruckův fluktuační test spočívá v tom, že se malé části počáteční kultury bakterií rozptýlí do zkumavek s kapalným médiem a po několika cyklech dělení se do zkumavek přidá antibiotikum. Poté (bez následného dělení) se přežívající bakterie odolné vůči antibiotikům nanesou na Petriho misky s pevným médiem. Test ukázal. že počet stabilních kolonií z různých zkumavek je velmi variabilní - ve většině případů je malý (nebo nulový) a v některých případech je velmi vysoký. To znamená, že mutace, které způsobily rezistenci na antibiotika, se vyskytly v náhodných časech před i po expozici antibiotiku.
Metoda replik (v mikrobiologii) spočívá v tom, že z původní Petriho misky, kde kolonie bakterií rostou na pevném médiu, se udělá otisk na vlnitou tkáň a poté se bakterie přenesou z tkáně do několika dalších misek, kde vzor jejich uspořádání se ukazuje být stejný jako na původním šálku. Po vystavení antibiotiku na všech plotnách přežívají kolonie umístěné na stejných místech. Nasazením takových kolonií na nové plotny lze prokázat, že všechny bakterie v kolonii jsou odolné.
Oběma metodami tedy bylo prokázáno, že „adaptivní“ mutace vznikají nezávisle na vlivu faktoru, kterému umožňují adaptaci, a v tomto smyslu jsou mutace náhodné. Není však pochyb o tom, že možnost určitých mutací závisí na genotypu a je usměrňována předchozím průběhem evoluce (viz zákon homologní řady v dědičné variabilitě). Navíc frekvence mutací různých genů se přirozeně liší a různé stránky v rámci stejného genu. Je také známo, že vyšší organismy využívají „cílené“ (tj. vyskytující se v určitých oblastech DNA) mutace v mechanismech imunity. S jejich pomocí se vytváří různé klony lymfocytů, mezi nimiž se v důsledku vždy najdou buňky schopné dát imunitní odpověď na nové tělu neznámé onemocnění. Vhodné lymfocyty jsou pozitivně vybrány, což vede k imunologické paměti.

viz také

Odkazy

Inge-Vechtomov S.V. Genetika se základy selekce. M., Vyšší škola, 1989.

Poznámky

evoluční biologie
Mechanismy a procesy	Adaptace Speciace Genetický drift Přírodní výběr Dědičnost Variabilita Mikroevoluce Makroevoluce Mutace Přenos genů
Vznik života	Chemická evoluce Hypotéza světa RNA Biologická evoluce
Historie evoluční doktríny	Geoffreyismus Brockismus Darwinismus Lamarckismus Pangeneze Ortogeneze Autogeneze Nomogeneze Saltationismus Katastrofismus Neokatastrofismus
Moderní koncepty	Syntetická teorie evoluce Teorie přerušované rovnováhy Neutrální teorie molekulární evoluce Epigenetická teorie evoluce Ekosystémová teorie evoluce
Člověk	Antropogeneze

Nadace Wikimedia. 2010 .