Введення
Генетика - наука порівняно молода. Лише на рубежі 18-19 столітьбули зроблені спроби оцінити спадковість людей. Мопертюї в 1750 роцівперше припустив, що різні патології можуть передаватися поспадщину. Потім у 19 столітті були виявлені деякі закономірності. Алеофіційною датою народження генетики прийнято вважати весну 1900 року, колинезалежно один від одного голландський вчений Г. де Фриз німецький Корренс іавстрійський вчений Чермак "перевідкрити" закони Менделєєва, що і далопоштовх до розвитку генетичних досліджень. Уже в 1901-1903 роках Г. де
Фризом була створена мутаційна теорія, постулати якої справедливі ісьогодні: мутації виникають раптово, стійкі, можуть бути прямими ізворотними і, нарешті, можуть виникати повторно.
генотипічну мінливість
Генетика вивчає процеси спадкоємності життя на молекулярному,клітинним, організменном і популяційному рівні. Генетика людини говоритьпро закони спадковості і мінливості у людини в нормі і припатологіях. Так що ж таке мінливість? Генотипічну мінливість --зміни, що відбулися в структурі генотипу і передаються у спадок.
До цього типу мінливості відносять комбінатівную і мутаційні мінливості,які ведуть до збільшення внутрішньовидового розмаїття в природі.
Передбачалося, що саме мінливості таких типів мутацій і зіграливажливу роль у світовій еволюції.
Комбінатівная мінливість.
Комбінатівная мінливість виникла з появою статевогорозмноження, вона пов'язана з різними варіантами перекомбінаціібатьківських задатків і є джерелом нескінченного розмаїттясполучуваних ознак. Так, діти, народжені в різний час у однієїбатьківської пари, схожі, але завжди відрізняються рядом ознак.
Кобінатівная мінливість обумовлюється ймовірносним участю гамет взаплідненні, що мають різні перекомбінаціі хромосом батьків. Прице мінімальне число можливих сортів гамет у чоловіків і жінок величезне,воно дорівнює 223 (без урахування Кросинговер). Тому ймовірність народження наземлі двох однакових людей мізерно мала.
Великий внесок у комбінатівную мінливість вносить якразКросинговер, що приводить до утворення нових груп зчеплення завдякирекомбінації алелей. При цьому можливе число генотипів (g) дорівнює:
g = [r (r +1)] nr - число алелей
-------- n - число генів
2
Цей закон остаточно був сформульований в 1908 англійськоюматематиком Харді і німецьким лікарем-біологм Венбергом. І тепер цей законносить ім'я закон Харді-Венберга.
мутаційна мінливість.
мутаційна мінливість пов'язана з процесом утворення мутацій.
Мутації - це раптові стрибкоподібні стійкі зміни в структурігенотипу. Організми у яких відбулася мутація називаються мутунтамі.
Мутаційна теорія була створена, як говорилося вище, Гуго де фризом в
1901-1903 рр.. На основних її положеннях строіца сучасна генетика:мутації, дискретні зміни спадковості, в природі спонтанні,мутації передаються в спадщину, зустрічаються досить рідко і можуть бутирізних типів. Залежно від того, яка буде ознака покладений в основу, насьогоднішній день існує кілька систем класифікації мутацій.
Класифікація мутацій
1. За способом виникнення. Розрізняють спонтанні і індуковані мутації
Спонтанні відбуваються в природі украй рідко з частотою 1-100 на мільйон екземплярів даного гена. У теперішній час очевидно, що спонтанний мутаційний процес залежить як від внутрішніх, так і від зовнішніх факторів, які називають мутаційні тиском середовища.
Індуковані мутації виникають при дії на людину мутагенами-факторами, що викликають мутації. Мутаген ж бувають трьох видів:
. Фізичні (радіація, електро - магнітне випромінювання, тиск, температура і т.д.)
. Хімічні (цитостатики, спирти, феноли тощо)
. Біологічні (бактерії і віруси)
2. По відношенню до зачатковому шляху. Існують соматичні та генеративні мутації. Генеративні мутації виникають в репродуктивних тканинах і тому не завжди виявляються. Для того, щоб виявилася генеративних мутація, необхідно, щоб мутантна гамета взяла участь у заплідненні.
3. За адаптивний занчення. Виділяють позитивні, негативні і нейтральні мутації. Ця класифікація пов'язана з оцінкою життєздатності утворився мутанта.
4. За зміною генотипу. Мутації бувають генні, хромосомні і геномні геномні.
5. За локалізації в клітині. Мутації поділяються на ядерні та цитоплазматичні. Плазматичні мутації виникають в результаті мутацій в плазмогенах, находящіхяс в мітохондріях. Вважають, що саме вони призводять до чоловічого безпліддя. Причому такі мутації в основному успадковуються по жіночій лінії.
Генні мутації
Генні (точкове) мутації стосуються, як правило, одна абокілька нуклеотидів, при цьому один нуклеотид може перетворитися в інший,може випасти (делеції), продублювати, а група нуклеотидів можерозгорнуться на 180 градусів. Наприклад, широко відомий ген людини,відповідальний за серповидно - клітинну анемію, який може призвести долетального результату. Відповідний нормальний ген кодує одну зполіпептідниз ланцюгів гемоглобіну. У мутантного гена порушено всього одиннуклеотид (ДАА на ГУА). У результаті в ланцюзі гемоглобіну одна амінокислотазамінена на іншу (замість глутаміну - валін). Здавалося б нікчемнезміна, але воно тягне за собою фатальні наслідки: еритроцитдеформується, набуваючи серповидно - клітинну форму, і вже не здатнийтранспортувати кисень, що і призводить до загибелі організму. Геннімутації призводять до зміни амінокислотної послідовності білка.
Найімовірніше мутація генів відбувається при спаровування тісно пов'язанихорганізмів, які успадкували ген у спільного предка. З цієїпричини ймовірність виникнення мутації підвищується у дітей, чиї батькиє родичами. Генні мутації призводять до таких захворювань, якамавротіческая ідіотія, альбінізм, дальтонізм і ін
Цікаво, що значущість нуклеотидних мутацій всередині кодонунерівнозначна: заміна першого і другого нуклеотиду завжди призводить дозміни амінокислоти, треті ж зазвичай не призводить до заміни білка. ДоНаприклад, "мовчати мутація" - зміна нуклеотидноїпослідовності, яка призводить до утворення схожого кодону, врезультаті амінокілотная послідовність білка не змінюється.
Хромосомні мутації
Хромосомні мутації приводять до зміни числа, розмірів іорганізації хромосом, тому їх іноді називають хромосомнимиперебудовами. Хромосомні перебудови діляться на внутрішньо-і межхромосомние.
До внутрехромосмним відносяться:
. Дублікації - одна з ділянок хромосоми представлений більше одного разу.
. Ділок - втрачається внутрішній ділянка хромосоми.
. Інверсія-повороти ділянки хромосоми на 180 градусів.
Межхромосомние перебудови (їх ще називають транслокації) поділяються на:
. Реципрокні - обмін ділянками негомологічних хромосом.
. Нереціпрокние - зміна положення ділянки хромосоми.
. Діцентріческіе - злиття фрагментів негомологічних хромосом.
. Центричних - злиття центромер негомологічних хромосом.
Хромосомні мутації виявляються у 1% новонароджених. Проте цікаво,дослідження показали, що нестабільність соматичних клітин здоровихдонорів не виключення, а норма. У зв'язку з цим була висловлена гіпотеза проте, що нестабільність соматичних клітин слід розглядати не тількияк патологічний стан, але і як адаптивну реакцію організму назмінені умови внутрішнього середовища. Хромосомні мутації можуть володітифенотипічних явищами. Найбільш поширений приклад - синдром
"Котячого крику" (плач дитини нагадує нявкання кішки). Зазвичайносії такої делеції гинуть у дитинстві. Хромосомні мутації частопризводять до паталогічна порушень в організмі, але в той же часхромосомні перебудови зіграли одну з провідних ролей в еволюції. Так, улюдини 23 пари хромосом, а у мавпи - 24. Таким чином різницястановить усього одна хромосома. Учені припускають, що в процесіеволюції сталася хоча б одна перебудова. Підтвердженням цього можеслужити і той факт, що 17 хромосома людини відрізняється від такої жхромосоми шимпанзе лише однієї перецентріческой інверсією. Такі міркуваннябагато в чому підтверджують теорію Дарвіна.
геномні мутації
Головна відмінна риса геномних мутацій пов'язана з порушеннямчисла хромосом в каріотипі. Ці мутації так само підрозділяються на два види:поліплоїдні анеуплоїдних.
поліплоїдні мутації ведуть до зміни хромосом в каріотипі, якекратно гаплоїдном набору хромосом. Цей синдром вперше був виявлений лишев 60-их роках. Взагалі поліплодія характерна в основному для людини, асеред тварин зустрічається вкрай рідко. При поліплоїдії число хромосом вклітці нараховується по 69 (тріплодіе), а іноді і по 92 (тетраплодіе)хромосоми. Така зміна веде практично до 100% смерті зародка.
Тріплодіе має не тільки численні вади, а й призводить до втратижиттєздатності. Тетраплодіе зустрічається ще рідше, але так само частопризводить до летального результату.
анеуплоїдних ж мутації приводять до зміни числа хромосом вкаріотипі, некратное гаплоїдном набору. У результаті такої мутаціївиникають осибі з аномальним чілом хромосом. Як і тріплодія, анеуплодіячасто призводить до смерті ще на ранніх етапах розвитку зародка. Причиною жтаких наслідків є втрата цілої групи зчеплення генів у каріотипі.
У ціле ж, механізм виникнення геномних мутацій пов'язаний зпатологією порушення нормального розбіжності хромосом у мейозі, ввнаслідок чого утворюються аномальні гамети, що й веде до мутації.
Зміни в організмі пов'язані з присутністю генетично різноріднихклітин. Такий процес називається мозаїцизм.
геномні мутації одні з найстрашніших. Вони ведуть до такихзахворювань, як синдром Дауна (трисомія, виникає з частотою 1 хворийна 600 новонароджених), синдром Клайнфельтера та ін
Спонтанні мутації
Мутації, крім якісних властивостей, характеризує і спосібвиникнення. Спонтанні (випадкові) - мутації, що виникають при нормальнихумовах життя. Спонтанний процес залежить від зовнішніх і внутрішніх факторів
(Біологічні, хімічні, фізичні). Спонтанні мутації виникають улюдини в соматичних і генеративних тканинах. Метод визначення спонтаннихмутацій заснований на тому, що у дітей з'являється домінантний ознака, хоча уйого батьків він відсутній. Проведене в Данії дослідження показали,що приблизно одна з 24000 гамет несе в собі домінантну мутацію. Вченийж Голдейн розрахував середню ймовірність появи спонтанних мутацій,яка виявилася дорівнює 5 * 10-5 за покоління. Інший вчений Курт Браунзапропонував прямий метод оцінки таких мутацій, а саме: кількість мутаційрозділити на подвійну кількість обстежених індивідів.
Індуковані мутації.
індукований Мутагенез - це штучне отримання мутацій здопомогою мутагенів різної природи. Вперше здатність іонізуючихвипромінювань викликати мутації була виявлена Г.А. Надсона і Г.С. Філліпова.
Потім, проводячи численні дослідження, була встановлена радіобіологічнихзалежність мутацій. У 1927 році американським вченим Джозефом Мюллером булодоведено, що частота мутацій збільшується зі збільшенням дози впливу.
В кінці сорокових років відкрили існування потужних хімічних мутагенів,які викликали серйозні пошкодження ДНК людини для цілого рядувірусів. Одним із прикладів впливу мутагенів на людину може служитиендомітоз - подвоєння хромосом з наступним поділом центромер, але безрозбіжності хромосом.
Висновок
мутаційний процес є головним джерелом змін,що призводить до різних патологій. Завдання науки на найближчі часвизначаються як зменшення генетичного вантажу шляхом запобігання абозменшити можливість мутацій і усунення що виникли в ДНК змін здопомогою генної інженерії. Генна інженерія - новий напрямок умолекулярної біології, що з'явилося в останні час, кото може вмайбутньому звернути мутації на користь людині, зокрема, ефективноборотися з вірусами. Вже зараз існують речовини званіантімутагени, які призводять до ослаблення темпів мутірованія. Успіхисучасної генетики знаходять застосування у діагностики, профілактики талікуванні ряду спадкових патологій. Так, у 1997 році в США булаотримана рекомбінатівная ДНК. За допомогою генної інженерії вжесконструйовані штучні гени інсуліну, інтерферону та інших речовин.
Таблиця. Приблизна частота мутацій різних генів у людини.
| Характер | Захворювання | Частота мутацій | Число мутацій на 10 |
| спадкування | | | у 6 гамет |
| | Туберкульозний | 8 * 10-4 | 800 |
| Аутосомно-| склероз | | |
| домінантний | | | |
| | Таласемії | 4 * 10-4 | 400 |
| | Ретинобластома | 2.3 * 10-5 | 23 |
| | Анірідія | 5 * 10-6 | --- |
| Аутосомно-| Альбінізм | 2.8 * 10-5 | 28 |
| рецесивний | | | |
| | Колірна сліпота | 2.8 * 10-5 | 28 |
| | Іхтіоз | 1.1 * 10-5 | 11 |
| Рецессивный | Гемофілія | 3.2 * 10-5 | 32 |
Словник термінів
. Альбінізм - діпегмінтація шкіри, волосся, очей. Відсутність забарвлення, не змінюються з віком.
. Аллель - одне з можливих станів гена, кожне з яких характеризується унікальною послідовністю нуклеотидів.
. Анеуплодія - явище при якому клітини мають незбалансований набір хромосом.
. Домінантні аллели - аллели проявляються завжди.
. Гамета - статева клітина, що містить гаплоїдний набір хромосом.
. Генетичний вантаж - всі порушення генетичної інформації людини, що викликають негативні реакції.
. Геном - сукупність генів у гаплоїдної клітці.
. Генотип - сукупність ядерних генів організму.
. Деменція - одна з форм слабоумства.
. Мутаген - фактор, що викликає мутацію.
. Негомологічние хромосоми - хромосоми, що містять несхожі гени.
. Рецесивний ген - ген, прояв якого пригнічується іншими алелями даного гена.
. Фенотип - сукупність зовнішніх ознак організму на даному етапі онтогенезу, які формуються в результаті взаємодії генотипу із зовнішнім середовищем.
. Екзонів - фрагменти переривчастого гена еукаріотів, що несуть у собі іформацію про послідовності амінокислот у поліпептид.
Література
. Основи генетики людини Н.Н.пріходченко, Т. П. Шкурат. "Фенікс" 1997р.
. Айала Ф., Кайгер Дж. Сучасна генетика 3 томи. М., "Світ", 1988р.
. Гілберт С. Біологія розвитку 3 томах., "Світ", 1993р.
. Головачов Г.Д. Спадковість людини., Т., "Наука", 1983р.
. Дубінін Н.П. Нове в сучасної генетики М, "Наука", 1989г.
. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д., Біологія 3 томи, М, "Світ", 1990р.
РЕФЕРАТ
з біології на тему
"генотипічну мінливість"
_______________________________________________________
Москва 1998 г.
