Екзаменаційний реферат з біології
«Генетика і проблеми людини»
учня 11 «А» класу
Кіровського Фізико-математичного ліцею < p> Пономарьова Андрія.
Кіров, 2000.
План.
o Введення 3 o Основні етапи розвитку генетики 3 o Нуклеїнові кислоти 8 o Генетичний код 9 o Біосинтез білків 10 o Хромосомний комплекс 10 o Статеві хромосоми людини 11 o Властивості людського геному: мутабельность 11 o Властивості людського геному: мінливість 14 o Дискретна мінливість 14 o Безперервна мінливість 15 o Вплив середовища 15 o Джерела мінливості 16 o Спадкові хвороби 17 o Спадкові хвороби обміну 28 o Летальні гени 30 o Медико-генетичне консультування 31 o Генетичний моніторинг 34 o Висновок 35 o Використана література 37
Введення.
Генетика є однією з основних, найбільш захоплюючихі разом з тим складних дисциплін сучасного природознавства. Місцегенетики серед біологічних наук і особливий інтерес до неї визначаються тим,що вона вивчає основні властивості організмів, а саме спадковість імінливість.
В результаті численних - блискучих за своїм задумом і найтоншихпо виконанню - експериментів у галузі молекулярної генетики сучаснабіологія збагатилася двома фундаментальними відкриттями, які вже знайшлишироке відображення в генетиці людини, а частково і виконані на клітинахлюдини. Це показує нерозривний зв'язок успіхів генетики людини зуспіхами сучасної біології, яка все більше і більше стаєпов'язана з генетикою.
Перше - це можливість працювати з ізольованими генами. Вонаотримана завдяки виділенню гена в чистому вигляді і синтезом його. Значенняцього відкриття важко переоцінити. Важливо підкреслити, що для синтезу геназастосовують різні методи, тобто вже є вибір, коли мова піде про такескладному механізмі як людина.
Друге досягнення - це доказ включення чужорідноїінформації в геном, а також функціонування його в клітинах вищих тварині людини. Матеріали для цього відкриття накопичувалися з різнихекспериментальних підходів. Перш за все, це численні дослідження вобласті вірус-генетичної теорії виникнення злоякісних пухлин,включаючи виявлення синтезу ДНК на РНК-матриці. Крім того, стимульованіідеєю генетичної інженерії досліди з профаговой трансдукції підтвердилиможливість функціонування генів простих організмів в клітинахссавців, включаючи клітини людини.
Без перебільшення можна сказати, що, поряд з молекулярноюгенетикою, генетика людини відноситься до найбільш прогресуючим розділамгенетики в цілому. Її дослідження простягаються від біохімічного допопуляційного, з включенням клітинного і організменного рівнів.
Але розглянемо окремо історію розвитку генетики.
Основні етапи розвитку генетики.
Витоки генетики, як і будь-якої науки, слід шукати в практиці.
Генетика виникла у зв'язку з розведенням домашніх тварин і обробіткомрослин, а також з розвитком медицини. З тих пір, як людина сталазастосовувати схрещування тварин і рослин, він зіткнувся з тим фактом, щовластивості та ознаки потомства залежать від властивостей обраних для схрещуваннябатьківських особин. Відбираючи і схрещуючи кращих нащадків, людина зпокоління в покоління створював споріднені групи - лінії, а потім породи ісорти з характерними для них спадковими властивостями.
Хоча ці спостереження і зіставлення ще не могли стати базою дляформування науки, проте бурхливий розвиток тваринництва і племінноїсправи, а також рослинництва і насінництва в другій половині XIX століттяпородило підвищений інтерес до аналізу явища спадковості.
Розвитку науки про спадковість і мінливість особливо сильносприяло вчення Ч. Дарвіна про походження видів, яка внесла вбіологію історичний метод дослідження еволюції організмів. Сам Дарвіндоклав чимало зусиль для вивчення спадковості і мінливості. Вінзібрав величезну кількість фактів, зробив на їх основі цілу низку правильнихвисновків, однак йому не вдалося встановити закономірності спадковості.
Його сучасники, так звані гібрідізатори, схрещували різніформи і шукали ступінь подібності та розбіжності між батьками і нащадками,також не змогли встановити загальні закономірності успадкування.
Ще однією умовою, що сприяв становленням генетики як науки,з'явилися досягнення у вивченні будови і поведінки соматичних і статевихклітин. Ще в 70-х роках минулого століття поруч дослідників-цитологів
(Чистякове в 1972 р., Страсбургер в 1875 р.) було відкрито непрямеподіл соматичної клітини, назване каріокінезом (Шлейхера в 1878 р.)або Мітоз (Флеммінг в 1882 р.). Постійні елементи ядра клітини в 1888р. за пропозицією Вальдейра отримали назву «хромосоми». У ті ж роки
Флеммінг розбив весь цикл поділу клітини на чотири головні фази: профази,метафаза, анафаза і телофаза.
Одночасно з вивченням мітозу соматичної клітини йшло дослідженнярозвитку статевих клітин і механізму запліднення у тварин і рослин.
О. Гертвіг в 1876 р. вперше у голкошкірих встановлює злиття ядрасперматозоїда з ядром яйцеклітини. Н.Н. Горожанкін в 1880 р. і Е.
Страсбургер в 1884 р. встановлює те ж саме для рослин: перший - дляголонасінних, друга - для покритонасінних.
У ті ж Ван-Бенеденом (1883 р.) та іншими з'ясовується кардинальнийфакт, що в процесі розвитку статеві клітини, на відміну від соматичних,претерпівают редукцію числа хромосом рівно вдвічі, а при заплідненні --злиття жіночого та чоловічого ядра - відновлюється нормальне числохромосом, постійна для кожного виду. Тим самим було показано, що длякожного виду характерне певне число хромосом.
Отже, перераховані умови сприяли виникненню генетики якокремої біологічної дисципліни - дисципліни з власними предметом іметодами дослідження.
Офіційним народженням генетики прийнято вважати весну 1900 р., колитри ботаніка, незалежно один від одного, в трьох різних країнах, на різнихоб'єктах, прийшли до відкриття деяких найважливіших закономірностейуспадкування ознак у нащадків гібридів. Г. де Фриз (Голландія) напідставі роботи з енотери, маком, дурманом та іншими рослинами повідомив
«Про закон розщеплення гібридів»; К. Корренс (Німеччина) встановивзакономірності розщеплення на кукурудзі та опублікував статтю «Закон Грегора
Менделя про поведінку потомства у расових гібридів »; в тому ж році К. Чермак
(Австрія) виступив у пресі зі статтею (Про штучному схрещуванні у
Pisum Sativum).
Наука майже не знає несподіваних відкриттів. Найблискучіші відкриття,створюють етапи в її розвитку, майже завжди мають своїх попередників.
Так сталося і з відкриттям законів спадковості. Виявилося, що триботаніка, які відкрили закономірність розщеплення в потомство внутрішньовидовихгібридів, всього-на-всього «перевідкрити» закономірності успадкування, відкритіще в 1865 р. Грегором Менделем і викладені ним у статті «Досліди надрослинними гібридами », опублікованій в« працях »Товаристванатуралістів в Брюнні (Чехословаччина).
Г. Мендель на рослинах гороху розробляв методи генетичногоаналізу успадкування окремих ознак організму і встановив двапринципово важливих явища:
1. ознаки визначаються окремими спадковими факторами, які передаються через статеві клітини;
2. окремі ознаки організмів при схрещуванні не зникають, а зберігаються в потомство в тому ж вигляді, в якому вони були у батьківських організмів.
Для теорії еволюції ці принципи мали кардинальне значення. Вонирозкрили один з найважливіших джерел мінливості, а саме механізмзбереження пристосованості ознак виду в ряду поколінь. Якщо бпристосувальні ознаки організмів, що виникли під контролем відбору,поглиналися, зникали при схрещуванні, то прогрес виду був би неможливий.
Всі подальший розвиток генетики було пов'язано з вивченням ірозширенням цих принципів та програмою їх до теорії еволюції і селекції.
З встановлених принципових положень Менделя логічно випливаєцілий ряд проблем, які крок за кроком отримують свій дозвіл у мірурозвитку генетики. У 1901 р. де Фриз формулює теорію мутацій, в якійстверджується, що спадкові властивості та ознаки організмів змінюютьсястрибкоподібно - мутаційної.
У 1903 р. датський фізіолог рослин В. Іоганнсен публікує роботу «Проспадкуванні в популяціях і чистих лініях », в якій експериментальновстановлюється, що відносяться до одного сорту зовні схожі рослиниє спадково різними - вони складають популяцію. Популяціяскладається з спадково різних особин чи споріднених груп - ліній. Уцьому ж дослідженні найбільш чітко встановлюється, існування двохтипів ізмен6чівості організмів: спадкової, що визначається генами, інеспадкової, яка визначається випадковим поєднанням факторів, що діютьна прояв ознак.
На наступному етапі розвитку генетики було доведено, що спадковіформи пов'язані з хромосомами. Першим фактом, що розкриває роль хромосом вспадковості, був доказ ролі хромосом у визначенні статі утварин і відкриття механізму розщеплення за статтю 1:1.
З 1911 р. Т. Морган зі співробітниками в Колумбійському університеті СШАпочинає публікувати серію робіт, в якій формулює хромосомну теоріюспадковості. Експериментально доводячи, що основними носіямигенів є хромосоми, і що гени розташовані в хромосомах лінійно.
У 1922 р. Н.І. Вавилов формулює закон гомологічних рядів успадкової мінливості, згідно з яким споріднені за походженнямвиди рослин і тварин мають подібні ряди спадкової мінливості.
Застосовуючи цей закон, Н.І. Вавилов встановив центри походження культурнихрослин, в яких зосереджена найбільша різноманітність спадковихформ.
У 1925 р. у нас в країні Г.А. Надсон і Г.С. Філіппов на грибах, а в
1927 Г. Меллер в США на плодової мушки дрозофілі одержали доказвпливу рентгенових променів на виникнення спадкових змін. Прице було показано, що швидкість виникнення мутацій збільшується більшніж у 100 разів. Цими дослідженнями було доведено мінливість генів підвпливом факторів зовнішнього середовища. Доказ впливу іонізуючихвипромінювань на виникнення мутацій привело до створення нового розділугенетики - радіаційної генетики, значення якої ще більше зросла звідкриттям атомної енергії.
У 1934 р. Т. Пайнтер на гігантських хромосомах слинних залоз двокрилихдовів, що переривчастість морфологічного будови хромосом, що виражається ввигляді різних дисків, відповідає розташуванню генів у хромосомах,встановленому раніше чисто генетичними методами. Цим відкриттям булозапочатковано вивчення структури і функціонування гена у клітині.
У період з 40-х років і по теперішній час зроблено ряд відкриття (восновному на мікроорганізмах) зовсім нових генетичних явищ,розкрили можливості аналізу структури гена на молекулярному рівні. Уостанні роки з введенням в генетику нових методів дослідження,запозичених з мікробіології ми підійшли до розгадки того, яким чиномгени контролюють послідовність розташування амінокислот у білковоїмолекулі.
Перш за все, слід сказати про те, що тепер повністю доведено,що носії спадковості є хромосоми, які складаються з пучкамолекул ДНК.
Були проведені досить прості досліди: з убитих бактерій одногоштаму, що володіє особливим зовнішньою ознакою, виділили чистий ДНК іперенесли в живі бактерії іншого штаму, після чого розмножуютьсябактерії останнього придбали ознака першого штаму. Подібнічисленні досліди показують, що носієм спадковості єсаме ДНК.
У 1953 р. Ф. Крик (Англія) і Дж. Уотстон (США) розшифрували будовамолекули ДНК. Вони встановили, що кожна молекула ДНК складається з двохполідезоксірібонуклеінових ланцюжків, спірально закручених навколо спільної осі.
В даний час знайдені підходи до вирішення питання про організаціюспадкового коду та експериментальної його розшифрування. Генетикаспільно з біохімією і біофізики впритул підійшла до з'ясування процесусинтезу білка у клітині і штучного синтезу білкової молекули. Цимпочинається абсолютно новий етап розвитку не тільки генетики, але і всієїбіології в цілому.
Розвиток генетики до наших днів - це безперервно розширюється, фонтдосліджень функціональної, морфологічної та біохімічної дискретностіхромосом. У цій галузі зроблено вже багато зроблено вже дуже багато, і зкожним днем передній край науки наближається до мети - розгадки природигена. До теперішнього часу встановлено цілий ряд явищ, що характеризуютьприроду гена. По-перше, ген в хромосомі має властивістьсамовідтворюється (авторепродукціі), по-друге, він здатний мутаційноїзмінюватися; по-третє, він пов'язаний з певною хімічної структуридезоксирибонуклеїнової кислоти - ДНК; по-четверте, він контролює синтезамінокислот та їх послідовностей в білкової молекули. У зв'язку зостанніми дослідженнями формується нове уявлення про гені якфункціональної системи, а дія гена на визначення ознакрозглядається в цілісній системі генів - генотипі.
розкриваються перспективи синтезу живої речовини привертаютьвеличезну увагу генетиків, біохіміків, фізиків та інших фахівців.
Нуклеїнові кислоти.
Нуклеїнові кислоти, як і білки, необхідні для життя. Вонипредставляють собою генетичний матеріал всіх живих організмів аж донайпростіших вірусів. З'ясування структури ДНК відкрило нову епоху вбіології, тому що дозволило зрозуміти, яким чином живі клітини точновідтворюють себе і як в них кодується інформація, необхідна длярегулювання їх життєдіяльності. Нуклеїнові кислоти складаються змономірних одиниць, званих нуклеотидами. З нуклеотидів будуються довгімолекули - полінуклеотіди. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин:п'ятивуглецевий цукру, азотистої основи і фосфорної кислоти. Цукор,що входить до складу нуклеотидів, являє собою пентоз.
Розрізняють два типи нуклеїнових кислот - рибонуклеїнових (РНК) ідезоксирибонуклеїнової (ДНК). В обох типах нуклеїнових кислот містятьсяпідстави чотирьох різних видів: два з них належать до класу пуринів,інші - до класу піримідинів. Азот, що міститься в кільцях, надаємолекул основні властивості. Пурин - це аденін (А) і гуанін (Г), апіримідин - цитозин (Ц) і тимін (Т) або урацил (У). У молекулах пуринівє два кільця, а в молекулах піримідинів - одне. В РНК замість тимінуміститься урацил. Тимін хімічно дуже близький до урацілу, а точніше 5 --метилурацил.
Нуклеїнові кислоти є кислотами тому, що в їх молекулахміститься фосфорна кислота. У результаті з'єднання цукру з основоюутворюється нуклеозид. З'єднання відбувається з виділенням молекули води. Дляосвіти нуклеотиду потрібна ще одна реакція конденсації, у результатіякої, між нуклеозидів і фосфорною кислотою виникає фосфоефірнаязв'язок. Різні нуклеотиди відрізняються один від одного природою цукрів іпідстав, які входять до їх складу. Роль нуклеотидів в організмі необмежується тим, що вони служать будівельними блоками нуклеїновихкислот; деякі важливі коферменти також представляють собою нуклеотиди абоїх похідні.
Два нуклеотиду, з'єднуючись, утворюють динуклеотид шляхом конденсації. Урезультаті якої між фосфатної групою одного нуклеотиду та цукруіншого виникає фосфодіефірний місток. При синтезі полінуклеотідов цейпроцес повторюється кілька мільйонів разів. Фосфодіефірние місткивиникають за рахунок міцних ковалентних зв'язків, і це повідомляє всійнуклеотидної ланцюга міцність і стабільність, що дуже важливо, тому що врезультаті цього зменшується ризик «поломок» ДНК, при її реплікації.
РНК має дві форми: транспортну (тРНК) і рибосомна (рРНК). Вонимають досить складну структуру. Третя форма - це інформаційна, абоматрична, РНК (мРНК). Всі ці форми беруть участь у синтезі білка. Матрична рибонуклеїнова кислота - цеодноцепочная молекула, що утворюється на одній з ланцюжків ДНК в процесітранскрипції. При синтезі мРНК копіюється тільки один ланцюг молекули ДНК.
Нуклеотиди, з яких синтезуються мРНК, приєднання?? яются до ДНК ввідповідно до правил спаровування підстав та за участю ферменту РНК --полімерази. Послідовність основ у мРНК являє собоюкомпліментарну копію ланцюга ДНК - матрицю. Довжина її може бути різною, взалежно від довжини поліпептидного ланцюга, яку вона кодує. БільшістьмРНК існує в клітині протягом короткого часу.
Хвороби кодується особливими генами, що знаходяться в декількоххромосомах. Послідовність в рРНК схожа у всіх організмів. Вонаміститься в цитоплазмі, де утворює разом з білковими молекуламиклітинні органели, які називаються рибосомами. На рибосомах відбувається синтезбілка. Тут «код», укладений в мРНК, транслюється в амінокислотнихпослідовність будується поліпептидного ланцюга. Групи, утворенірибосомами - полірібосоми (полісоми) - роблять можливим одночаснийсинтез декількох молекул поліпептидів за участю однієї молекули мРНК.
Для кожної амінокислоти є специфічна тРНК, і всі вонидоставляють що містяться в цитоплазмі амінокислоти до рибосоми. Такимчином, тРНК грають роль сполучних ланок між тріплетним кодом,що міститься в мРНК і амінокислотної послідовністю в поліпептидноголанцюга. Тому що багато амінокислоти кодуються кількома триплету, числотРНК значно більш як 20 (ідентифіковано вже 60). Кожна амінокислотаприєднується до однієї зі своїх тРНК. У результаті утворюється аміноацил --тРНК, в якому енергія зв'язку між кінцевим нуклеотидів А і амінокислотоюдостатня для того, щоб надалі могла утворитися пептидна зв'язокз карбоксильної групою сусідній амінокислоти.
Генетичний код.
Послідовність основ у нуклеотидах ДНК повинна визначатипослідовність амінокислотних білків. Ця залежність між основамиі амінокислотами є генетичним кодом. За допомогою чотирьох типівнуклеотидів записані параметри для синтезу білкових молекул. У код,що складається з трійок підстав, входить чотири різних триплету. Доказтріплетності коду представив Ф. Крик в 1961 р. Для багатьох амінокислотістотне значення має тільки перші літери. Одна з особливостейгенетичного коду полягає в тому, що він універсальний. У всіх живихорганізмів є одні й ті самі 20 амінокислот і п'ять азотистих основ.
В даний час успіхи молекулярної біології досягли такого рівня,що стало можливо визначити послідовність основ в цілих генах.
Ця серйозна віха в розвитку науки, тому що тепер можна штучноможна синтезувати цілі гени. Це знайшло застосування в генній інженерії.
Біосинтез білків.
Єдині молекули, які синтезуються під прямим контролемгенетичного матеріалу клітини, - це білки (якщо не вважати РНК). Білкиможуть бути структурними (кератин, колаген) або грати функціональну роль
(інсулін, фібриноген і, головне, ферменти, відповідальні за регуляціюклітинного метаболізму). Саме набір містяться в даній клітиніферментів визначає, до якого типу клітин вона буде ставитися. У 1961році два французьких біохіміка Жакоб і Моно, виходячи з теоретичнихміркувань, постулювали існування особливої форми РНК, що виконує всинтезі білка роль посередника. Надалі цей посередник отримавназва мРНК.
Дані, отримані за допомогою різних методів в експериментах,показали, що процес синтезу РНК складається з двох етапів. На першому етапі
(транскрипція) відносно слабкі водневі зв'язки між компліментарнимипідставами полінуклеотидних ланцюгів розриваються, що призводить дорозкручування подвійної спіралі ДНК і звільнення одиночних ланцюгів. Одна зцих ланцюгів обирається як матрицю для побудови компліментарноюодиночної ланцюга мРНК. Молекули мРНК утворюються в результаті зв'язування другз одним вільних рібонуклеотідов. Синтезовані молекули мРНК, що несутьгенетичну інформацію, виходять з ядра і прямують до рибосоми. Післятого, як утворилося достатнє число молекул мРНК, транскрипціяприпиняється і два ланцюги ДНК на цій ділянці знову з'єднуються,відновлюючи подвійну спіраль. Другий етап - це трансляція, якавідбувається на рибосомах. Кілька рибосом можуть прикріпитися до молекулимРНК, подібно намистини на нитки, утворюючи структуру, яка називається полісомой.
Перевага такого комплексу полягає в тому, що при цьому на одній молекулімРНК стає можливим одночасний синтез декількох поліпептиднихланцюгів. Як тільки нова амінокислота приєдналася до зростаючоїполіпептидного ланцюга, рибосома переміщається по нитках мРНК. Молекула тРНКзалишає рибосом і повертається в цитоплазму. Наприкінці трансляціїПоліпептидна ланцюг залишає рибосом.
Хромосомний комплекс людини.
На Землі не існує двох абсолютно однакових людей, завинятком однояйцевих близнят. Причини цього різноманіття неважкозрозуміти з генетичних позицій.
Число хромосом у людини - 46 (23 пари). Якщо припустити, щобатьки відрізняються по кожній парі хромосом лише по одному гену, то загальнекількість можливих комбінацій генотипових - 223. Насправдікількість можливих комбінацій буде набагато більше, тому що в цьомурозрахунку не враховано перехрест між гомологічними хромосомами. Отже,вже з моменту зачаття кожна людина генетично унікальний і неповторний.
Статеві хромосоми людини.
Гени, що знаходяться в статевих хромосомах, називаються зчепленими зпідлогою. Явище зчеплення генів, локалізованих в одній хромосомі,відоме під назвою закону Моргана. У Х-хромосомі є ділянка, дляякого в У-хромосомі немає гомолога. Тому у особи чоловічої статіознаки, що визначаються генами цієї ділянки, виявляються навіть у тому випадку,якщо вони рецесивних. Ця особлива форма зчеплення дозволяє пояснитиуспадкування ознак, зчеплених з підлогою, наприклад колірної сліпоти,раннього вирощування та гемофілії у людини. Гемофілія - зчеплений з підлогоюрецесивний ознака, при якому порушується згортання крові. Ген,детермінують цей процес, знаходиться в ділянці Х-хромосоми, що не маєгомолога, і представлений двома алелями - домінантним нормальним ірецесивним мутантним.
Особи жіночої статі, гетерозиготних по рецессіву або за домінанту,називають носієм відповідного рецесивним гена. Вони фенотипнонормальні, але половина їх гамет несе рецесивний ген. Незважаючи на наявністьу батька нормального гена, сини матерів-носіїв з імовірністю 50% будутьстраждати на гемофілію.
Властивості людського геному: Мутабельность.
Мінливість організмів є одним з головних факторів еволюції.
Вона служить основним джерелом для відбору форм, найбільш пристосованих доумов існування.
Мінливість є складним процесом. Зазвичай біологи ділять її наспадкову і Неспадкові. До спадкової мінливості відносятьтакі зміни ознак і властивостей організмів, які при статевомурозмноженні не зникають, зберігаються у ряді поколінь. До неспадковоїмінливості - модифікацій, або флуктуаціями, відносять зміни властивостей іознак організму, які виникають в процесі його індивідуальногорозвитку під впливом факторів зовнішнього середовища, що склалася специфічнимчином для кожного індивідуума, і при статевому розмноженні не зберігаються.
Спадкова мінливість є зміна генотипу,Неспадкові - зміна фенотипу організму.
Термін «мутація» вперше був запропонований Гуго де фризом в йогокласичній праці «мутаційна теорія» (1901 - 1903). Мутацією він називавявище стрибкоподібного, перериваної зміни спадкового ознаки.
Основні положення теорії Г. де Фріза до цих пір не втратили свогозначення, і тому їх варто тут навести:
1) мутація виникає раптово, без жодних переходів;
2) нові форми цілком константних, тобто стійкі;
3) мутації на відміну від Неспадкові змін (флуктуацій) не утворюють безперервних рядів, не групуються навколо середнього типу
(моди). Мутації є якісними змінами;
4) мутації йдуть у різних напрямках, вони можуть бути як корисними, так і шкідливими;
5) виявлення мутацій залежить від кількості особин, проаналізованих для виявлення мутацій .
6) Одні й ті самі мутації можуть виникати повторно.
Однак Г. де Фриз допустив принципову помилку, протиставившитеорію мутацій теорії природного відбору. Він неправильно вважав, щомутації можуть відразу давати нові види, пристосовані до зовнішнього середовища, безучасті природного відбору. Насправді мутації є лишеджерелом спадкових змін, службовців матеріалом для природногоабо штучного відбору. термін "ген" був вперше застосований для позначення спадково -обумовленого ознаки Іогансеном в 1911 р. Зв'язок між геном і білком,структура якого визначається структурою гена вперше була сформульованау вигляді гіпотези "1 ген - 1 фермент" Бідлом і Татум. Прямі доказитого, що мутації гена людини викликають зміну в структурі первинноїбілків отримані в 1949 р. Полінгом при дослідженні спадковихгемоглобінопатії. Досліджую первинну структуру гемоглабіна, виділеного зеритроцитів хворих з серповидно клітинної анемією Полінг показав, щорухливість аномального гемоглобіну в електричному полі (електрофорез)змінена в порівнянні з нормальною. Далі їм було встановлено, що цейефект пов'язаний із заміною амінокислоти Валина на глютаміновую кислоту. Зцього відкриття почалася нова ера відкриттів в людській біохімічноїгенетики спадкових хвороб обміну. Вони викликаються мутаціями генів,які продукують білки з аномальної структурою, що призводить до зміниїх функцій.
Більшість організмів зберігають генетичну інформацію в ДНК - лінійномуполімері, що складається з 4ех різних мономірних одиниць --дезоксірібонуклеотідамі, які зчеплені один з одним в ланцюгфосфодіефірнимі зв'язками. Як було доведено Вотсон і криком, що Типовамолекула ДНК складається з 2ух плінуклеотідних ланцюгів, кожна з якихмістить від кількох тисяч до кількох мільйонів молекул. Коженнуклеотид в одного ланцюга специфічно пов'язаний водневої зв'язком з нуклеотидівіншого ланцюжка. Тільки 2 типу спарювання нуклеотидів знайдені в ДНК:дезоксіаденозінмонофосфат з тімідінмонофосфатом (А-Т пара) ідезоксігуанідінмонофосфат з дезоксіцітідінмонофосфатом (Г-Ц пара). Такимчином послідовність нуклеотидів одного ланцюга точно визначаєпослідовність в інший, і обидві ланцюга є компліментарними одинінший. Послідовність чотирьох нуклеотидів уздовж полінуклеотидних ланцюгаваріює серед ДНК неспоріднених організмів і є молекулярної базоюїх генетичного розбіжності. Оскільки більшість спадковиххарактеристик стабільно передається від батьків до потомства,послідовність нуклеотидів в ДНК повинна точно копіювати прирепродукції організму. Це має місце в обох ланцюгах. Послідовністьнуклеотидів і звідси генетична інформація консервується в ході процесуреплікації. Так як кожен нуклеотид в дочірніх ланцюгах спарений специфічно зкомпліментарним нуклеотидів в батьківських або матричних ланцюгах до того, яквідбудеться процес полімеризації. ДНК вищих організмів регулярно упакованов структуру, яка називається хромосомами, що складаються з нуклеопротеіновихелементів (нуклеосом). Хромосоми відокремлені від всіх інших клітиннихкомпонентів ядерної мембраною. Кожен з нуклеосомних елементів складається зчотирьох, іноді п'яти білкових субодиниць, званих гістонами, якіутворюють стрижневу структуру, навколо якого "намотується" приблизно 140пар нуклеотидів геномної ДНК. Структура гістонів характеризується високоюконсервативністю в царстві еукаріотів. Двуспіральная модель ДНК визначаєспосіб, шляхом якого гени можуть бути реплікованих для передачіпотомства. Процес реплікації є складним, але концептуально простим.
Дві нитки ДНК розділяються, і кожна копіюється серією ферментів, яківставляють компліментарні підстави навпроти кожного підстави на вихідної
(батьківського) ланцюга ДНК. Таким чином дві ідентичні подвійні спіраліутворюються з однієї - у цьому полягає процес реплікації. ДНК "робить" РНК,цей процес називається транскрипцією, а РНК "робить" білок, цей процесназивається трансляцією. Послідовність підстави у специфічному геніультимативно диктує послідовність амінокислот у специфічному білкуце коллінеарність між молекулою ДНК і білком досягається за допомогоюгенетичного коду. Чотири типу основ ДНК зібрані в групи з трьохутворює триплет, кожен з яких утворює кодове слово, або кодон,який визначає включення однієї амінокислоти в структуру кодованогобілка, у такий спосіб визначається включення кожної з 20 амінокислот,які зустрічаються в білках. 64 різних триплету існують для 20амінокислот, що визначає властивості генетичного коду. Таким чиномбільшість амінокислот визначається більш ніж одним кодоном, але коженкодон повністю специфічний.
Хоча в даний час питання про природу гена з'ясований не остаточно,тим не менш міцно встановлений ряд загальних закономірностей мутірованія гена.
Мутації генів виникають у всіх класів і типів тварин, вищих і нижчихрослин, багатоклітинних та одноклітинних організмів, у бактерій і вірусів.
Мутаційна мінливість як процес якісних змін стрибкоподібнихє загальною для всіх органічних форм.
Властивості людського геному: Мінливість.
мінливістю називають всю сукупність відмінностей з того чи іншогоознакою між організмами, що належать до однієї і тієї ж природногопопуляції або виду. Вражаюча морфологічне різноманітність особин вмежах будь-якого виду привернуло увагу Дарвіна та Уоллеса під час їхподорожей. Закономірний, передбачуваний характер передачі таких відмінностейу спадщину послужив основою для досліджень Менделя. Дарвін встановив,що певні ознаки можуть розвиватися в результаті відбору, тоді як
Мендель пояснив механізм, що забезпечує передачу з покоління в поколінняознак, за якими ведеться відбір.
Мендель описав, яким чином спадкові чинники визначаютьгенотип організму, який у процесі розвитку виявляється в структурних,фізіологічних і біохімічних особливості фенотипу. Якщо фенотипічніпрояв будь-якого ознаки обумовлено в кінцевому рахунку генами,контролюючими ця ознака, то на ступінь розвитку певних ознакможе впливати середу.
Вивчення фенотипічних відмінностей в будь якій великій популяції показує, щоіснують дві форми мінливості - дискретна і безперервна. Для вивченнямінливості якого-небудь ознаки, наприклад зростання у людини, необхідновиміряти ця ознака у великої кількості індивідуумів у досліджуваній популяції.
Результати вимірювань подають у вигляді гістограми, що відбиваєрозподіл частот різних варіантів цієї ознаки в популяції. Нарис. 4 представлені типові результати, отримані під час такихдослідженнях, і вони наочно демонструють різницю між дискретної ібезперервної мінливістю.
Дискретна мінливість
Деякі ознаки в популяції представлені обмеженим числом варіантів.
У цих випадках відмінності між особинами чітко виражені, а проміжні формивідсутні; до таких ознак належать, наприклад, групи крові улюдини, довжина крил у дрозофіли, меланістіческая і світла форми уберезової п'ядуна (Biston betularia), довжина стовпчика у первоцвіту
(Primula) і підлога у тварин і рослин. Ознаки, для яких характернадискретна мінливість, звичайно контролюються одним або двома головнимигенами, у яких може бути дві або декілька алелей, і зовнішні умовивідносно мало впливають на їх фенотипическую експресію.
Оскільки дискретна мінливість обмежена деякими чітковираженими ознаками, її називають також якісного мінливістю ввідміну від кількісної, або неперервним, мінливості.
А
Б
Малюнок 1. Гістограми, що відображають розподіл частот у разіпереривчастою (А) і не переривчастою (Б) мінливості.
Безперервна мінливість
За багатьма ознаками в популяції спостерігається повний ряд переходів відоднієї крайності до іншої без всяких розривів. Найбільш яскравими примерзласлужать такі ознаки, як маса (вага), лінійні розміри, форма і забарвленняорг?? нізма в цілому або окремих його частин. Частотне розподіл поознакою, який виявляє безперервну мінливість, відповідає кривоїнормального розподілу. Більшість членів популяції потрапляє в середнючастина кривої, а на її кінцях, що відповідають двом крайнім значеннямданої ознаки, знаходиться зразкова однакова (дуже мале) числоособин. Ознаки, для яких характерна безперервна мінливість,обумовлені спільним впливом багатьох генів (полігенно) та факторівсередовища. Кожен з цих генів окремо надає дуже невеликий впливна фенотип, але разом вони створюють значний ефект.
Вплив середовища
Головний фактор, що детермінують будь-який фенотипічних ознака, - цегенотип. Генотип організму визначається в момент запліднення, але ступіньподальшої експресії цього генетичного потенціалу значною міроюзалежить від зовнішніх факторів, що впливають на організм під час йогорозвитку. Так, наприклад, використаний Менделем сорт гороху з довгимстеблом зазвичай досягав висоти 180 см. Однак для цього йому необхідні буливідповідні умови - освітлення, постачання водою і хороший грунт. Привідсутності оптимальних умов (за наявності лімітують факторів) генвисокого стебла не міг повною мірою виявити свою дію. Ефектвзаємодії генотипу та факторів середовища продемонстрував датський генетик
Йогансен. У ряді експериментів на карликової квасолі він вибирав з кожногопокоління самозапильні рослин найважчі і найлегші насіння івисаджував їх для отримання наступного покоління. Повторюючи ці експериментипротягом кількох років, він виявив, що в межах «важкої» або
«Легкої» селекційної лінії насіння мало розрізнялися по середній вазі, тодіяк середня вага насіння з різних ліній сильно відрізнявся. Це дозволяєвважати, що на фенотипічні прояв ознаки впливають якспадковість, так і середу. На підставі цих результатів можнавизначити безперервну фенотипическую мінливість як «кумулятивний ефектваріюють факторів середовища, що впливають на варіабельний генотип ». Крімтого, ці результати показують, що ступінь успадкованого даної ознакивизначається в першу чергу генотипом. Що стосується розвитку таких чистолюдських якостей, як індивідуальність, темперамент і інтелект, то,судячи за наявними даними, вони залежать як від спадкових, так і відсредовых факторів, які, взаємодіючи в різному ступені у різнихіндивідуумів, які впливають на остаточне вираз ознаки. Саме цівідмінності в тих і інші чинники створюють фенотипічні відмінності міжіндивідуумами. Ми поки що не маємо дані, які твердо вказувалиб на те, що вплив якихось із цих факторів завжди переважає, однакСереда ніколи не може вивести фенотип за межі, детермінованігенотипом.
Джерела мінливості
Необхідно чітко уявляти собі, що взаємодія між дискретноїі безперервного мінливістю і середовищем робить возм
