Організменний рівень організації генетичної інформації. Взаємодія генів

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА КЛІНІЧНОЇ ІМУНОЛОГІЇ, ГЕНЕТИКИ

ТА МЕДИЧНОЇ БІОЛОГІЇ

ТЕЗИ ЛЕКЦІЇ

Навчальна дисципліна «Медична біологія»

Модуль № 2 «Організмовий рівень організації життя.

Основи генетики людини»

Змістовий модуль № 2 «Закономірності спадковості та мінливості»

Лекція № 4 «Організмовий рівень організації генетичної інформації.

Взаємодія генів»

Курс І Факультет медичний

Лекцію обговорено на методичній нараді кафедри

«05» квітня2013 р. протокол № 8.

Завідувач кафедри,

Професор ______________________ БАЖОРА Ю. І.

ОДЕСА – 2013

Організменний рівень організації генетичної інформації. Взаємодія генів.

План лекції:

1. Поняття про генетику. Спадковість і мінливість.
2. Моногібридне схрещування. 1-й та 2-й закони Менделя.
3. Ди- та полігібридне схрещування. 3-й закон Менделя.
4. Успадкування груп крові за антигенною системою АВ0 та резус-фактору в людини. Резус-конфлікт.

ГЕНЕТИКА вивчає закономірності спадковості й мінливості. /греч. genetikos – стосовний до походження/.
Спадковість і мінливість – фундаментальні властивості живої матерії.
СПАДКОВІСТЬ - властивість організмів повторювати в ряду поколінь подібні ознаки забезпечувати специфічний характер індивідуального розвитку в певних умовах середовища.
МІНЛИВІСТЬ – явище, протилежне спадковості.
Мінливість – здатність організмів змінювати свої властивості й ознаки.

Історія генетики починається з 1900 р., коли троє вчених - Г. де Фриз /Голландія/, К. Корренс /Німеччина/ і Е. Чермак /Австрія/ незалежно один від іншого перевідкрили закономірності успадкування ознак у потомстві гібридів, уже сформульовані в 1865 р. Г. Менделем і викладені їм у статті "Досліди над рослинними гібридами ".

Термін "ГЕНЕТИКА" запропонував англійський учений У. БЕТСОН в 1906 р., а в 1909 р. датський ботанік В. ЙОГАНСЕН одиниці спадковості назвав ГЕНАМИ. Однак, генетика має прадавню історію. Багато тисячоріч до нашої ери люди виводили домашні породи тварин і культурні сорти рослин.
У Біблії записано: "…скота свого не зводь із іншою породою, поля свого не засівай двома родами насінь", що свідчить про знання прадавніми людьми важливості поддержания чистих ліній тварин і рослин.
Перші теорії спадковості сформовані ще в Прадавній Греції.

Знаменитий лікар ГІППОКРАТ /5 ст. до н.е./ вважав, що в яйці або тілі матері повинен перебувати маленький, але повністю вже сформований організм. Такі переконання пізніше стали називатися ПРЕФОРМІЗМОМ /лат. praeformo - заздалегідь утворюю/.
Менш ніж через 100 років АРІСТОТЕЛЬ висловив протилежні погляди: «Організм розвивається з безструктурної гомогенної маси, здобуваючи властиву йому будову в процесі ембріонального розвитку» - теорія ЭПІГЕНЕЗУ.
Обидва напрямки - ПРЕФОРМІЗМ і ЭПИГЕНЕЗ – досягли найбільшого поширення в ХVІІ і ХVІІІ ст.
Лише після радикально нового підходу, створеного Г. Менделем, настала нова ера в розумінні механізмів, керуючих процесом самовідтворення в людини й інших живих істотах.

ГРЕГОР ІОГАНН МЕНДЕЛЬ створив вчення про закономірності явищ спадковості - МЕНДЕЛІЗМ, яке є найбільшим відкриттям у біології за останні 500 років.
Г. МЕНДЕЛЬ /1822 - 1884 р. р./ з 1856 р. почав проводити в монастирському саду /шириною 7 м і довжиною 35 м/ добре продумані досліди зі схрещування рослин. 8 років ішли експерименти з горохом.
Роботи Г. МЕНДЕЛЯ засновані на досвідах із гібридизації, котрі були на науковій основі початі в Європі в середині ХVІІІ ст.
Г. Мендель ретельно вивчив роботи видатних вчених в галузі гібридизації й дійшов висновку, що їх основною помилкою були не в повному обсязі виконані досвіди.

Г. Мендель проводить ретельне планування досліджень, що лягло в основу розробленого ним ГІБРИДОЛОГІЧНОГО МЕТОДУ вивчення спадковості. Об'єкт для експериментів Г. Мендель обрав рослину, що самозапилюється - садовий горох, що має багато сортів, відмінних за контрасними (альтернативними) ознаками:
- червоне та біле забарвлення пелюсток квіток;
- жовте та зелене насіння;
- гладкі та шорсткуваті поверхні насіння і ін.
При розмноженні ці сорти непохитно успадковували свої особливості.

Гібридологічний метод вивчення спадковості.
У дослідах використовуються тільки особини, які в попередніх дослідженнях не давали зміни ознак / гомозиготні особини чистих ліній рослин гороху/.
1. Схрещуються організми, які відмінні одна від одної за однієї або декількома парами взаємовиключних (альтернативних) ознак.
2. Точний кількісний облік усіх організмів, що різняться за кожною парою досліджуваних ознак, у ряді наступних поколінь.
3. Індивідуальний аналіз нащадків від кожного схрещування в ряду поколінь.

Великою заслугою Г. Менделя було також і те, що він увів для пояснення гібридологического аналізу АЛГЕБРАЇЧНІ СИМВОЛИ, тим самим полегшив сприйняття матеріалу, його аналіз і виведення закономірностей:
Р - батьки / лат. parentes /;
F1 - особини першого покоління / лат. filii - діти /;
F2 - особини другого покоління;
х - схрещування;
Генотипічну формулу материнської особини /♀/ записують першою, а батьківську /♂/ - другою. Спадкоємні фактори /гени/ позначаються буквами латинського алфавіту /домінантний аллель- заголовною, а рецесивний - рядковою /.

Г. МЕНДЕЛЬ уперше вказав на необхідність вивчення закономірностей поведінки однієї пари ознак /рівняння з одним невідомим/.

МОНОГІБРИДНЕ СХРЕЩУВАННЯ - схрещування батьківських особин, які відрізняються за однією парою альтернативних ознак. Повне домінування.
У другому поколінні /F2/ Г. Мендель виявив два явища:
1. Знову з'явилася ознака /біле забарвлення квітів/, яка була відсутня в F1;
2. Співвідношення рослин із червоними й білими квітками було 3:1 / з 926 рослин 705 мали червоні квітки, а 224 - білі - співвідношення 3,15:1/.

Г. Мендель провів аналогічні досліди, враховуючи поведінку інших пар ознак у моногібридному схрещуванні, і одержав подібні результати: з 8023 насіння гороху 6022 були жовті, а 2001 - зелені / 3,01:1 / і т. д.
Г. Мендель міркував так: якщо ознака а виявилася в F2, то вона не зникла в F1, а тимчасово відступила, не розвилася. Отже, ця ознака в гібридах F1 існує у вигляді фактора, його визначаючого. Тим самим він висуває гіпотезу про подвійність факторів. Якщо в гібридів спадкоємні фактори подвоєні, тоді в батьків вони також у подвійному наборі / АА, аа /.
На підставі результатів дослідів Г. МЕНДЕЛЬ зробив два висновки, які були надалі названі першим і другим законами Менделя.
Ознака, що проявляється в першому поколінні, називається

ДОМІНАНТНОЮ.
РЕЦЕССИВНА ознака - ознака, що пригнічується в першому поколінні.
ФЕНОТИП - сукупність усіх ознак організму.
ГЕНОТИП - сукупність усіх генів організму.

1- й ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - Закон одноманітності гібридів першого покоління.
При схрещуванні гомозиготних особин, що відрізняються за однією або декількома парами альтернативних ознак, гібриди першого покоління односхожі як за фенотипом, так і за генотипом.
2- й ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - Закон РОЗЩЕПЛЕННЯ:
При схрещуванні гетерозиготних особин у другому поколінні спостерігається розщеплення за генотипом в співвідношенні 1:2:1, а за фенотипом 3:1.
Блискучий висновок Г. МЕНДЕЛЯ: Рослини гороху передають нащадкам спадкоємні ознаки у вигляді дискретних одиниць. Кожна рослина має гомологічні пари таких одиниць або генів /Йогансен/.

Крім створення гібридологічного методу та відкриття загальних законів генетики, Г. Мендель запропонував гіпотезу "чистоти гамет" і описав явище неповного домінування. Мендель показав,- що спадкоємні фактори розподіляються в нащадків і випадково, - відкриті закономірності носять чисто статистичний характер, - усі випадки передачі ознак підкорюються законам ймовірності: якщо кількість нащадків досить велика, співвідношення їх буде більш точно виражене.
АЛЕЛЬНІ ГЕНИ - гени, що контролюють різне вираження однієї ознаки, що перебувають в однакових локусах гомологічних хромосом.
ГОМОЗИГОТНІ ОСОБИНИ - обидва гена однакові, або домінантні /АА/, або рецесивні /аа/
ГЕТЕРОЗИГОТНІ ОСОБИНИ – обидва гена різні /Аа/
Основне положення закону чистоти гамет: При утворенні статевих клітин у процесі мейозу в гібридних організмів алельні гени, що перебувають у гомологічних хромосомах, розходяться в різні гамети - гамети «чисті».

При заплідненні й утворенні зиготи парність хромосом відновлюється.

АНАЛІЗУЮЧЕ СХРЕЩУВАННЯ.
Гомозиготні за домінантним геном й гетерозиготні особини зовні не відрізняються.
Для аналізу генотипу роблять схрещування особини з невідомим набором генів із гомозиготою за рецесивним геном і залежно від прояву ознак у нащадків визначають генотип:

Р ♀АА х ♂ аа Р ♀ Аа х ♂ аа
G: А а G: А, а а
F1 Аа-100% F1 Аа-50%, аа-50%.
Усі особини несуть домінантну ознаку, ½ особин несе домінантну ознаку.

НЕПОВНЕ ДОМІНУВАННЯ або ПРОМІЖНЕ УСПАДКУВАННЯ.
/домінантний ген не пригнічує повністю дію рецессивного гена./
Класичний приклад - успадкування забарвлення квіток у нічної красуні.
Розщеплення за генотипом і фенотипом 1:2:1 у гібридів F2.

ДИГІБРИДНЕ СХРЕЩУВАННЯ - схрещування батьківських особин, які відрізняються за двома парами альтернативних ознак.
А - жовте забарвлення насіння; В - гладка поверхня.
а - зелене забарвлення насіння; в - зморшкувата.

Р ♀ ААВВ х ♂ аавв
жовті зелені
гладкі насіння зморшкуваті
G: АВ ав. - 100 %
Розщеплення за фенотипом: (3:1)2 = 9:3:3: 1
Розщеплення за генотипом: 1:2:2: 4:1:2: 1:2:1
ААВВ; ААВВ; Аавв; Аавв; ААВВ; Аавв; аавв; аавв; аавв.
3-й ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - ЗАКОН НЕЗАЛЕЖНОГО КОМБІНУВАННЯ ОЗНАК: Гени різних аллельных пар і відповідні їм ознаки передаються нащадкам незалежно один від одного, комбінуючись у різних комбінаціях. (3: 1)n; де n - число парних ознак.
Наприклад: (3:1)3 =27:9:9:9:3:3:3:1.

Успіхи Г. Менделя частково залежали від удалого вибору об'єкта дослідження - гороху посівного. Переваги, які має цей вид:
- є багато сортів, які добре відрізняються один від одного;
- легко вирощувати, дає кілька врожаїв за один сезон;
- самоопильна рослина;
- можливо штучне запилення;
- дає численне плодюче потомство.
- гени вивчених ознак перебувають у різних парах хромосом.

Сучасники Г. Менделя не змогли оцінити важливості зроблених ним висновків і закономірності успадкування залишалися непоміченими аж до 1900 р.
Через роки після смерті Г. Менделя раптом виявилося, що він був великим ученим, що прорвався в невідомий відсік природи. Причому широко ерудованим дослідником, чий оригінальний розум зумів точно задати живій природі одне з корінних питань її буття й у послідовній титанічній праці одержати чітку однозначну відповідь.
Рідкий в історії знань випадок, коли одна стаття "Досліди над рослинними гібридами" знаменує собою народження нової наукової дисципліни - генетики. В 100-літню річницю опублікування роботи, в 1965 р. на території колишнього монастиря був організований музей - меморіал, названий "МЕНДЕЛІАНУМ".
Ряд ознак у людини так само успадковуються моногенно відповідно до універсальних закономірностей успадкування, установленими Г. Менделем і називаються МЕНДЕЛЮЮЧИМИ ОЗНАКАМИ - прояв ознаки визначається взаимодією алельних генів, один з яких домінує /пригнічує/ інший. Для людини характерні всі типи успадкування менделюючих ознак: аутосомно- домінантний, аутосомно-рецесивний, зчеплений з гомологічною ділянкою Х- і Y- хромосом.
Захворювання, які успадковуються за:
1.Домінантним типом: полідактилія, ахондроплазия, еліптоцитоз, міоплегія, короткозорість.
2.Рецессивним типом: альбінізм, гіпертонічна хвороба (деякі форми), цукровий діабет (деякі форми), мікроцефалія, фенілкетонурія, муковісцидоз, галактоземія, відсутність потових залоз (ангідрія), глухонімота, відсутність різців і іклів.

МНОЖИННІ АЛЛЕЛІ.
Більше 2- х аллельних генів утворюють серії множинних алелів. Вони виникають у результаті багаторазового мутування того самого локусу в хромосомі.
Між геном А і геном а з'являються проміжні гени, які стосовно до домінантного гена поводяться як рецессивні, а стосовно до рецессивного - як домінантні аллелі того ж гена.
ПРИКЛАДИ:

- успадкування груп крові за системою АВ0 / 3 алеля/;
- успадкування гемоглобіну / > 100 алелей/.
- резус-належність / 2 алеля /.
Але кожний конкретний диплоїдний організм може бути носієм не більше 2- х аллелей.

Успадкування груп крові за системою АВ0 відкрито австрійським бактеріологом К. ЛАНДШТЕЙНЕРОМ в 1900 р.

Групи Антигени на Антитіла в Гени Генотипи

крові поверх.еритр. сиров.кр.

I(0) - α, β і іі

II(А) А β IА IАIА,IАі

III(B) B α IВ IВIВ,IВі

IV(AB) A,B - IА, IВ IА IВ

4 групи крові визначаються трьома алелями одного гена I (IА, IВ, і), які розташовуються в 9 парі хромосом. Алелі IА и IВ доминантні по відношенню до алеля і кодомінантні по відношенню один до одного.

При наявності 3-х алелей можливо 6 генотипів: IА >і <IВ.

Групи крові стабільні, легко визначені, доступні при вивченні частоти фенотипу в популяці. Успадкування груп крові підкоряється менделівським закономірностям, характеризується генетичною детермінованістю, не залежить від зовнішніх умов і не змінюється протягом життя.
Значення в практичній медицині:
1. У трансфузіології - при доборі донорів для переливання крові.
2. У судовій медицині - виключення батьківства, ідентифікація особи.
Близько 80 % людей мають I і II групи крові, 15 % - III і 5 % - IV групу крові.
У 1940 р. К. Ландштейнер і А. Вінер описали ще один антиген /білок, який виявили в мавпи макака-резус, а потім і в людини/, названий РЕЗУС-ФАКТОРОМ і відкрили нову групу крові - резус Rh.
У 85 % людей в крові є цей фактор - резус- позитивні /Rh+/. У 15 % резус-негативних /Rh-/ цього фактора немає.

Успадкування резус-фактора обумовлено трьома парами генів - C, D, E, тісно зчеплених між собою / локалізовані в 1 парі хромосом/, тому найчастіше імітує моногенное успадкування й у практичній роботі розрізнюють 2 алеля:
- резус-позитивні - у їх крові є головний антиген системи резус - D /ген D/,
- резус-негативні - мають рецесивний ген d.
Отже, резус-фактор успадковується як аутосомно- домінантна менделююча ознака.
Виникнення антитіл у системі АВ0 відбувається природнім шляхом, а в системі резусу - внаслідок реакції імунізації.
Значення в практичній медицині:
- у трансфузіології - повторне переливання Rh+ крові rh- людині може привести до смерті.
- в акушерстві - резус-несумісність Rh(-)матері та Rh(+)плода є причиною імунного конфлікту, що приводить до еритробластозу плода та гемолітичної хвороби новонароджених при повторній вагітності.

У наш час відомо більше 19 систем еритроцитарних груп крові, в які входять більше 120 різних антигенів: АВ0, Rh, MN, Р, ДАФФІ, ЛЬЮЇС, ЛЮТЕРАН, КЕЛЛ, КІДД, ДІЄГО, КРОМЕР тощо.

Тези лекції склала

доцент кафедри клінічної імунології,

генетики та медичної біології ОНМедУ, к.біол.н. ГЛАМАЗДІНА Н. М.

Поиск по сайту: