Теоретические и практические занятия по генетике человека с основами медицинской генетики
календарно-тематическое планирование (11 класс)

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

практического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «История генетики человека. Программа «Геном человека»

Кариотип человека. Жизненный цикл клетки. Митоз, мейоз. Гаметогенез»

Тема:

История генетики человека. Программа «Геном человека»

Кариотип человека. Жизненный цикл клетки. Митоз, мейоз. Гаметогенез Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия: изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: познакомить учащихся с методами изучения генетики человека, сформулировать понятия генеалогический метод, хромосомные мутации, генные мутации; близнецовый метод, цитогенетический метод, биохимический метод;

 Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная , ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии        

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Место проведения: кабинет биологии

Междисциплинарные связи:с генетикой человека с основами медицинской генетики; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности: самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Фронтальный опрос:

1. Наследственные болезни и их классификация.

2. Моногенные и полигенные заболевания.

3. Хромосомные заболевания.

4. Виды хромосомных патологий.

5. Методы определения наследственных болезней.

Приложение №2

Лекция по новому материалу:

История развития генетики

Генетика является разделом биологии.

Генетика – наука о законах наследственности и изменчивости живых организмов. Изучает процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях. Наследственность обеспечивает стабильность генетического материала. Изменчивость связана со способностью генетического материала к изменению и является основой эволюции.

Термин «генетика» предложен в 1906 г. Уильям Бетсоном. Она приобретает все большее значение для современной медицины, педагогов и психологов.

Генетика человека совместно с морфологией, физиологией и биохимией является теоретическим фундаментом современной медицины. Она изучает явления наследственности и изменчивости у человека на всех уровнях его организации.

Антропогенетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости у человека. Основоположником отечественной антропогенетики является С.Н. Давиденков, который разработал методы работы медико-генетических консультаций, провёл анализ наследственных заболеваний человека, решал проблемы полиморфизма наследственных заболеваний нервной системы.

Задачи антропогенетики:

1. Выявление и систематизация признаков и свойств как нормальных, так и патологических у людей.

2. Изучение вариантов наследования признаков и свойств человека нормальных и патологических в ряду поколений.

Методы антропогенетики: специальными методами изучения наследственности и изменчивости у человека являются:

1) Генеалогический (введён в конце XIX века Ф. Гальтоном)

2) близнецовый

3) популяционно-статистический.

Медицинская генетика изучает роль наследственности в возникновении патологии человека, закономерности передачи от поколения к поколению наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики всех форм наследственной патологии.

Медицинская генетика отвечает на следующие вопросы: какие наследственные механизмы поддерживают гомеостаз организма и определяют здоровье индивида, каково значение наследственных факторов в этиологии болезней, каково соотношение наследственных и ненаследственных факторов в патогенезе болезней, какие наследственные факторы определяют специфику фармакологического и других видов лечения.

В настоящее время медицинская генетика развивается в разных направлениях: изучение генома человека, цитогенетика, молекулярная и биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика развития, популяционная генетика, клиническая генетика, экогенетика.

Основные положения медицинской генетики:

1. Наследственные болезни являются частью общей наследственной изменчивости человека.
2. В развитии наследственных признаков или болезней участвуют генотип и внешняя среда.
3. Человечество «отягощено» огромным «грузом» разнообразных мутаций, накопление которых протекало в процессе эволюции.
4. Наследственная «отягощенность» человека современного состоит из двух компонентов. Один – это накопленные в процессе эволюции и истории человечества патологические мутации, другой – вновь возникающие наследственные изменения в половых клетках. Количество таких мутаций может увеличиваться под влиянием мутагенных факторов среды.
5. Среда обитания человека в широком смысле слова, границы браков, планирование семьи резко изменились. Человек сталкивается с новыми факторами среды, испытывает нагрузки социального и экологического характера. Это приводит с экогенетическим болезням. Расширился круг потенциальных брачных партнеров, миграция населения – все это меняет генетическую структуру популяции человека.
6. Прогресс медицины и общества приводит к увеличению продолжительности жизни больных наследственными заболеваниями, восстановлению у них репродуктивной функции и, следовательно, к увеличению их числа в популяциях.

б) Основные этапы развития генетики.

История генетики связана с 20 веком, так как ее развитие совпало с вторичным открытием законов Г.Менделя, установленных в 1865 году. В 1900 году ученые Гуго де Фриз (Голландия), Карл Корренс (Германия), Эрих Чермак (Австрия) независимо друг от друга переоткрыли закономерности наследования родительских признаков. Этот год считается годом рождения генетики как науки. В течение всего 20 столетия углублялась связь генетики с практикой. Был сделан целый ряд открытий, отмеченных Нобелевской премией. Стали получать витамины, гормоны, аминокислоты, антибиотики, и другие вещества синтетическим путем, появилась новая отрасль практической медицины – медико-генетическое консультирование. Разработаны методы пренатальной дородовой диагностики, определения гетерозиготного носительства, диагностики и лечения наследственных болезней. Генетика прошла путь от представления о гене как абсолютной единице наследственности до установления его материальной природы как участка молекулы ДНК кодирующего белка, клонирования генов, создания генетических карт, разработки методов, позволяющих производить коррекцию мутантных генов человека, используя методы генной инженерии, расшифровки генома человека.

В своем развитии генетика прошла три этапа.

Первый этап генетики – менделизм, который ознаменовался установлением природы дискретной наследственности, то есть обнаружения факта существования гена. Над положениями теории гена работали Уильям Бетсон, Вильгельм Иогансен, Ян ПаулусЛотси.

Второй этап – период с 1900 года до начала 50-х годов. Установлена связь между законами Г.Менделя и распределением хромосом при митозе и мейозе. В 1909 году датский ученый Вильгельм Людвиг Иоганнсен предложил термин «ген». В 1911 году профессор Колумбийского университета Т.Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности. Обнаружено, что материальная основа гена – это хромосома в ядре клетки. На базе хромосомной теории разрабатывается теория мутаций, которая раскрыла изменчивость генов как материальных структур. Было изучено строение хромосом. Но за геном признавалась высокая стабильность, а причины мутаций считались внутренними факторами.

Период с 1900-1930 гг., являлся периодом классической генетики, когда был заложен фундамент современного учения о наследственности.

Георгий Надсон и Г.Филиппов провели индуцированный мутагенез на грибах в 1925г. Была открыта возможности индуцированного мутагенеза и получения мутаций с помощью радиации и химических веществ. В этот период произошел синтез генетики с дарвинизмом в познании эволюции организмов.

Третий этап – начало 50-х до современности. Генетика стала комплексной наукой, использующей физику, математику, биохимические и физиологические методы исследования. В 1953 году была открыта структурная и функциональная природа молекул ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Д. Гаррод сформулировал концепцию «1 ген-1 фермент». Удалось расшифровать генетический код. Благодаря этим исследованиям установлена роль внешнего и внутреннего влияний на процессы изменения организмов в филогенезе. Соотносительную роль наследственных и средовых факторов на различных этапах изучают, используя методы гальтоновской генетики, оперирующей такими понятиями, как непрерывная изменчивость и наследуемость, из которой выделилась психогенетика. Достижения генетики человека, общей и молекулярной генетики сделали реальной возможность вмешательства в наследственность человека, в первую очередь с целью замены и коррекции генов наследственных болезней.

2. Программа «Геном человека»

Геном человека – совокупность генов гаплоидного набора хромосом клеток. Молекулярную основу генома человека составляет молекула ДНК. Спираль состоит из нуклеотидов, включающих азотистые основания, углевод дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания двух типов: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимин и цитозин). Пространственная структура поддерживается водородными связями между аденином и тимином и между гуанином и цитозином. В чередовании пар оснований в ДНК заложен генетический код для каждой из 20 аминокислот. Код трехбуквенный, то есть каждой аминокислоте соответствует свой триплет, состоящий из трех нуклеотидов. В каждой клетке человека длина молекулы ДНК около 1,5-2м. Число нуклеотидов достигает 3,3 миллиарда. Гены являются фрагментами такой нити, то есть кодирующими участками генома, определяющими структуру всех белков организма. Первичная структура молекулы ДНК генома человека анализируется с помощью секвенирования, то есть методов, позволяющих определить точное взаиморасположение пар нуклеотидов в спирали ДНК. Сиквенс – это результат секвенирования ДНК либо РНК. "Классическая" последовательность манипуляций заключается в постановке ПЦР (полимеразной цепной реакции).

Проект по расшифровке генома человека – международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов и идентифицировать 20-25 тыс. генов в человеческом геноме. В итоге, полностью картировать все гены человека.

Проект «Геном человека» был начат в 1988 году. Это один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в истории науки. В 1990 году инициатором и пропагандистом программы стал Джейм Уотсон, а распорядитель финансов – Национальный Институт Здравоохранения США, в составе которого в 1995 году появился Национальный Институт Генома Человека. Его возглавил Фрэнсис Коллинз. В этом же году он стал руководителем Международной программы Генома Человека. В программе участвуют ведущие молекулярные лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России (20 лабораторий). Россию в нем представляет профессор Н.К.Янковский. Решающая роль в становлении и развитии отечественной программы принадлежит ученому академику А.А.Баеву. Все хромосомы человека поделены между странами-участницами. России для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы.

Итак, конечной целью проекта является полное картирование всех генов человека. Что же это такое?

Генетические карты сцепления определяют хромосомную принадлежность и взаимное расположение генетических маркеров относительно друг друга. Это определение положения гена или мутации в хромосоме. Маркер – это любой наследуемый признак, доступный идентификации. Картирование генов наследственных болезней важно для медицины, так как открывает возможность непрямой диагностики соответствующих наследственных болезней.

Генетические карты хромосом – это схема взаимного расположения и относительных расстояний между генами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления. Впервые в 1913-1915 годах на возможность построения генетических карт хромосом указал Т.Морган и его сотрудники. Расстояние между генами на генетической карте хромосомы определяют по частоте (проценту) перекреста (кроссинговера) между ними. За единицу расстояния на генетической карте принята морганида, составляющая 1% кроссинговера. Сантиморганида (сМ) – расстояние между двумя локусами и равна длине участка хромосомы, в пределах которого вероятность кроссинговера составляет 1%. Генетические карты имеют огромное теоретическое и практическое значение.

3. Кариотип человека.

Кариотип – это определенный видоспецифический диплоидный набор хромосом организма. Термин введен в 1924 году отечественным цитологомГ.А.Левитским. Для него характерно определенное строение хромосом, число хромосом, структура. Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом (или 23 пары). Из них 22 пары одинаковые у мужчин и женщин - аутосомы, а одна пара - гетеросомы, то есть половые хромосомы X и Y. Кариотип – это паспорт вида. Анализ его позволяет выявить нарушения, приводящие к аномалиям развития, наследственным болезням или гибели плодов и эмбрионов на ранних стадиях развития.

Хромосомы человека различаются по размеру, расположению центромеры вторичных перетяжек. В описании кариотипа человека учитывается 2 основных принципа: расположение хромосомы по длине и группировка хромосом по расположению ценромеры (метацентрические – центромера находится в середине, субметацентрические – хромосомы имеют неравные плечи, короткое и длинное, акроцентрические – длина плеч сильно различается). Все хромосомы подразделяются на семь групп: А- крупные метацентрические хромосомы (1-3), В- крупные субметацентрические (4 и 5), С – среднего размера субметацентрические (6-12 и X), D- крупные акроцентрические (13-15), Е- маленькие субметацентрические (16-18), F-маленькие метацентрические (19-20), G- маленькие акроцентрические (21,22 и Y). Отдельные хромосомы содержат ядрышкообразующий локус или вторичную перетяжку. Ядрышко, образованное таким локусом, содержит РНК, гистоны, ферменты и другие вещества. Дистальный участок хромосомы, находящийся за этим локусом, называют спутником. У человека имеются спутники у 5 пары хромосом, которые образуют 10 ядрышек.

Химический анализ хромосом показал, что, кроме ДНК и гистонов, они содержат сложный остаточный белок, липиды, кальций, магний, железо, молекулы РНК. Гистоны в нуклеотидах постоянно обновляются. ДНК связана с гистонами ионными связями. ДНК отличается стабильностью в пределах жизни клетки и генетической непрерывностью при размножении клеток. Нить ДНК посредством гистонов упакована в регулярно повторяющиеся структуры, называемые нуклеосомами. Нуклеосома включает отрезок ДНК длиной около 200 пар оснований, навитый на белковую сердцевину, состоящую из 8 молекул белков-гистонов. Минимальнаянуклеосома содержит 146 пар азотистых оснований. В нее входят также по 2 молекулы различных гистонов 4 типов: Н4, Н3, Н2А, Н2В. Поверхность молекул гистонов заряжена положительно, а закручивающаяся вокруг них спираль ДНК – отрицательно. ДНК, соединяющая одну нуклеосому с другой, называется линкерной. Нуклеосомы упакованы в нитевидные структуры – фибриллы, имеющих форму петель. Из таких петель построена хроматида. Негистоновые белки – сложная и разнородная группа белков. Среди них обнаружены ферменты ДНК, РНК, гистонов и самих негистоновых белков. Существует три уровня укладки хромосом.

Хроматин – это деспирализованная форма существования хромосом в неделящемся ядре. Его химическую основу составляет комплекс ДНК с белками. Выделяют две разновидности хроматина – деспирализованный эухроматин (греч.хорошо) и конденсированный гетерохроматин (греч. иной, другой). Эухроматин содержит ДНК, на которой идут процессы транскрипции (синтез иРНК), т.е. он генетически активен. Гетерохроматин не транскрибируется, но часть его может деспирализовываться и переходить в разряд эухроматина. В ходе митоза или мейоза хроматин суперспирализуется и образуются хромосомы. Каждая метафазная хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединенных центромерой.

В 1949 году М. Барр обнаружил различие в строении интерфазных ядер женских и мужских соматических клеток. В женских клетках под оболочкой ядра была обнаружена хроматиновая глыбка – половой хроматин или «тельце Барра». Половой хроматин на препаратах имеет обычно треугольную или овальную форму.

Это участки конденсированного хроматина (гетерохроматина), т.е. неактивные участки. Например, в клетках женского организма, где присутствуют две Х – хромосомы, одна находится в активном диффузном состоянии, а вторая – в неактивном, конденсированном состоянии. Может быть выявлен в любой ткани человека (в клетках слизистых оболочек, кожи, крови, биопсированной ткани). В норме он встречается в среднем в 30—40% ядер у женщин и не обнаруживается у мужчин.

Ядра, содержащие половой хроматин (соскоб со слизистой оболочки полости рта здоровой женщины).

Рис. 2. Ядро, не содержащее половой хроматин (соскоб со слизистой оболочки полости рта здорового мужчины). Рис. 3. Ядро, содержащее двойной половой хроматин (соскоб со слизистой оболочки полости рта больной трисомией X).

Половой хроматин изучают при цитологическом определении,для выявления хромосомных болезней (синдром Шерешевского — Тернера, для которого характерно отсутствие полового хроматина у женщин; синдром Клайнфелтера, при котором у мужчин выявляют половой хроматин; синдром трисомии X, при котором в ядре вместо одного тельца полового хроматина выявляют два) (рис. 3); при ряде патологических процессов, особенно злокачественных (в частности, для решения вопроса о виде гормональной терапии при раке молочной железы); для характеристики действия ряда фармакологических средств (например, кортикостероидов — по изменению ими количества клеток, содержащих половой хроматин) и др.

Современные методы цитологического анализа хромосом.

Прямые методы – это получение препаратов делящихся клеток без культивирования.

Непрямые – это получение препаратов хромосом из клеток, культивированных в искусственных питательных средах.

Для анализа хромосом используют их окрашивание:

1) сплошное или равномерное рутинное окрашивание (красители азур-эозин или краситель Гимза), позволяет провести подсчёт хромосом и их групповую принадлежность, проанализировать повреждения хромосом (хромосомные аберрции), но не позволяет провести индивидуальную идентификацию хромосом;

2) метод дифференциального окрашивания хромосом (красители Гимза, флуоресцирующий краситель акрихин или акрихин-пирит), позволяет идентифицировать все хромосомы благодаря линейному рисунку – продольной окрашиваемости для каждой хромосомы в соответствии с типом окраски;

3) молекулярно-цитогенетический метод гибридизации (флуоресцентная гибридизация), основана на обработке препаратов хромосом специфическим ДНК-зондом, который присоединяется к исследуемой хромосоме и, после обработки специальными соединениями и флуоресцентными красителями, препарат исследуют с помощью флуоресцентного микроскопа; это самый высокий разрешающий уровень анализа хромосом, позволяющий определить локализацию гена и расшифровать сложные перестройки хромосом.

Методы цитогенетической диагностики часто используют в комплексе с другими, что позволяет более точно диагностировать сложные проявления наследственной патологии. Особое значение эти методы имеют при оказании помощи больным педиатрического, акушерско-гинекологического и эндокринологического профилей.

Значение генетики для медицины.

Значение генетики для медицины трудно переоценить. Во-первых, она

расширяет и углубляет биологическое мышление специалиста. Генетические знания необходимы для понимания новых методов диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней, создания новых вакцин и лекарств методами генной инженерии. Во-вторых, достижения медицинской генетики широко внедряются во все разделы медицинской помощи и здравоохранения. Известно более 10000 наследственных признаков, почти половину которых составляют наследственные болезни. Около 5% детей рождается с наследственными и врожденными болезнями. Наследственные болезни длительное время не лечились, единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Современное состояние науки позволяет проводить досимптомную и пренатальную диагностику наследственных болезней. Развиваются методы преимплантационной диагностики. Понимание молекулярных механизмов патогенеза и медицинские технологии обеспечили успешное лечение многих форм этой патологии. Существует система профилактики наследственных болезней.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

практического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Строение и генетическая роль нуклеиновых кислот. Ген и его

 свойства. Реализация генетической информации. Биосинтез белка.

Генетический код и его свойства»

Тема:

Строение и генетическая роль нуклеиновых кислот. Ген и его свойства. Реализация генетической информации. Биосинтез белка. Генетический код и его свойства.

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия:изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: Актуализировать знания о белках и нуклеиновых кислотах как биополимерах, их роли в процессах хранения, передачи и реализации наследственной информации.Сформировать представления о принципах кодирования наследственной информации.Формировать навыки решения биологических задач, имеющих математическую или логическую основу (расчеты по длине и молекулярной массе биополимеров, работа с таблицей генетического кода, задачи на использование принципа комплементарности).

Развивающая: Продолжить формировать навыки анализировать информацию, выбирать главное, делать выводы из предложенных фактов; формировать навыки составления графиков биологических процессов.

Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная, ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: презентация; учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии

Оснащение занятия: мультимедийный проектор, презентация «Методы селекции»

Междисциплинарные связи:с генетикой человека с основами медицинской генетики; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности:  по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов:учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Тестовые задания

1*. Двойная спираль ДНК образуется за счет связей между

1)      комплементарными азотистыми основаниями

2)      остатками фосфорной кислоты

3)      аминокислотами

4)      углеводами

2*. Фрагменты одной цепи ДНК имеют следующую последовательность ГЦААТГГГ. Определите соответствующий фрагмент второй ее цепи
1) ГЦААТГГГ

2) АТГГЦААА

3) ЦГТТАЦЦЦ

4) ЦГУУАЦЦ

3*. В молекуле ДНК три расположенных рядом нуклеотида называют

1)      триплетом

2)      геном

3)      геномом

4)      генотипом

4*. В молекуле ДНК насчитывается 31% нуклеотидов с аденином. Сколько нуклеотидов с цитозином в этой молекуле?

1)      45%

2)      43%

3)      25%

4)      19%

5*. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля ее адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа?

1)      40%

2)      45%

3)      80%

4)      90%

6*. К полимерам относят:

ДНК

глюкозу

фосфолипиды

жиры

7*. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 45% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле?

1)      5%

2)      10%

3)      45%

4)      90%

8*. Наследственная информация о признаках организма сосредоточена в

1)      хромосомах

2)      клеточном центре

3)      рибосомах

4)      комплексе Гольджи

9*. Сколько нуклеотидов содержится в гене, в котором закодирована первичная структура белка, состоящая из 35 аминокислотных остатков?

1)      35

2)      70

3)      105 4)      140

10*. Формирование признаков организма зависит от молекул

1)      углеводов

2)      АТФ

3)      ДНК

4)      липидов

11*. Молекулы ДНК в отличие от молекул белка обладают способностью

1)      образовывать спираль

2)      образовывать третичную структуру

3)      самоудваиваться

4)      образовывать четвертичную структуру

12*. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 5% от общего числа. Сколько нуклеотидов с аденином в этой молекуле?

1)      90%

2)      95%

3)      45%

4)      40%

13*. Принцип комплементарности (дополнительности) лежит в основе взаимодействия

1)      аминокислот и образования первичной структуры белка

2)      нуклеотидов и образования двуцепочечной молекулы ДНК

3)      глюкозы и образования молекулы полисахарида клетчатки

4)      глицерина и жирных кислот и образования молекулы жира

14*. Молекулы ДНК

1)      хранят наследственную информацию о свойствах организма

2)      переносят информацию о строении белка в цитоплазму

3)      доставляют к рибосомам аминокислоты

4)      переносят информацию о строении белка к рибосомам

15*. Генетический код не является видоспецифичным, так как

1)      одна и та же аминокислота в клетках разных организмов кодируется одним и тем же триплетом

2)      каждую аминокислоту кодирует один триплет

3)      несколько триплетов кодирует одну и ту же аминокислоту

4)      каждая аминокислота кодируется одним геном

16*.Что представляют собой нуклеиновые кислоты

1)      биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды

2)      биополимеры, состоящие из жирных кислот и глицерина

3)      полимеры, мономерами которых является глюкоза

4)      полимеры, мономерами которых являются аминокислоты

17*. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 5% от общего числа. Сколько нуклеотидов с тимином содержится в этой молекуле?

1. 40%
2. 45%
3. 90%
4. 95%

18*. Молекулы ДНК в отличие от молекул белка выполняют функцию

1. хранения генетической информации
2. запаса питательных веществ
3. ускорения химических реакций
4. транспорта веществ в клетке

19*. Рибосомная РНК

1. принимает участие в транспорте аминокислот в клетке
2. передает информацию о строении молекул белков из ядра к рибосоме
3. участвует в синтезе углеводов
4. входит в состав органоида клетки, участвующего в синтезе белка

20*. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с тимином составляет 20% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с цитозином в этой молекуле?

1. 30%
2. 40%
3. 60%
4. 80%

Ключи:

Приложение №2

Лекция по новому материалу

Генетическая роль нуклеиновых кислот.

Молекулярная биология стала активно развиваться с конца 19 века. Долгое время оставалось неизвестным, что представляет собой вещество способное к саморепликации, мутациям и фенотипическому проявлению.

Нуклеиновые кислоты впервые описал швейцарский биохимик И.Ф. Лишнер (Липшер, Мишер) в 1869 году. Обнаруженное в ядре клетки вещество он первоначально назвал нуклеон от лат. Nucleus - ядро. До начала XX века предполагалось, что наследственную информацию передают белки. Благодаря совместной работе физиков, химиков, биологов, генетиков в XX веке началось активное изучение биологически активных молекул, входящих в состав клетки и оказалось, что наследственная информация зашифрована (закодирована) в молекуле ДНК. Впервые это доказал бактериолог Ф. Гриффит в 1928 году при изучении бактерий пневмококков, которые вызывают пневмонию. В 1927 году русский биолог Н.К. Кольцов сформулировал принцип редупликации наследственных структур. В 1940 году американские учёные Джордж Бидл и Эдвард Татум доказали, что в генах закодирована информация о структуре белка. В 1953 году Френсис Крик и Джеймс Уотсон предложили модель строения ДНК. В 1969 году индийский учёный Г. Корана впервые осуществил искусственный синтез гена. Фундаментальные открытия в области молекулярной биологии позволили понять, как работают механизмы наследственности на молекулярном уровне, с которого начинается формирование любых фенотипических признаков человека.

Генетическая роль нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) стала известна, как только были открыты законы наследственности. Их функция состоит в хранении, передачи и воспроизводстве генетической информации и регуляции жизнедеятельности клетки.

Структура нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты обеспечивают разнообразные процессы хранения, реализации и воспроизведения генетической информации.

Нуклеиновые кислоты – это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид включает в себя азотистое основание, углевод пентозу и остаток фосфорной кислоты.

Рис.  Структура нуклеотида

Азотистые основания нуклеотидов делятся на два типа: пиримидиновые (состоят из одного 6-членного кольца) и пуриновые (состоят из двух конденсированных 5– и 6-членных колец). Каждый атом углерода колец оснований имеет свой определенный номер. Каждый атом углерода пентозы также имеет свой номер, но с индексом штрих ('). В нуклеотиде азотистое основание всегда присоединено к первому атому углерода пентозы.

Именно азотистые основания определяют уникальную структуру молекул ДНК и РНК. В нуклеиновых кислотах встречаются 5 основных видов азотистых оснований (пуриновые – аденин и гуанин, пиримидиновые – тимин, цитозин, урацил) и более 50 редких (нетипичных) оснований. Главные азотистые основания обозначаются их начальными буквами: А, Г, Т, Ц, У. Большинство нетипичных оснований специфичны для определенного типа клеток.

Ген и его свойства.

Ген (др.-греч. γένος -род) - в классической генетике - наследственный фактор, который несёт информацию об определённом признаке или функции организма, и который является структурной и функциональной единицей наследственности. В таком качестве термин «ген» был введён в 1909   году    датским    ботаником,    физиологом    растений   и    генетиком 

Вильгельмом Йоханнсеном.

Ген обладает следующими свойствами:

- специфичность (каждый структурный ген обладает только ему присущим порядком расположения нуклеотидов и детерминирует синтез определенного полипептида)

-целостность ( при программировании синтеза полипептида ген выступает как неделимая единица)

-дискретность (наличие субъединиц - нуклеотидов)

-стабильность (относительно устойчивы)

-лабильность (способны мутировать)

Классификация генов

Накопление знаний о структуре, функциях, характере взаимодействия и других свойствах генов породили несколько вариантов классификации генов.

1. По месту локализации генов в структурах клетки различают расположенные в хромосомах ядра  ядерные  гены  и  цитоплазматические гены.

2. По месту локализации генов в хромосомах различают аллельные гены и неаллельные гены (гены расположенные либо в разных локусах одной хромосомы, либо в хромосомах из разных пар. Отвечают, обычно, за развитие разных признаков и обозначатся разными символами).

3. По функциональному значению различают структурные гены, несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. Среди функциональных генов выделяют гены- модуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных генов(ингибиторы, интеграторы, модификаторы) и гены, регулирующие работу структурных генов (регуляторы и операторы).

4. По влиянию на физиологические процессы в клетке различают летальные (активность данных генов несовместима с жизнью), условно летальные (снижают жизнеспособность организма), протоонкогены – группа генов, регулирующих нормальное клеточное деление и дифференцировку клеток. Измененные мутацией, но активные формы протоонкогенов носят название онкогенов – способных стимулировать развитие опухолевых клеток, последние могут возникать также в результате снижения активности антионкогенов ( продукты этих генов угнетают митотическую активность клеток, участвуют в репарации ДНК и контролируют клеточный цикл).

Реализация генетической информации.

Реакции транскрипции, трансляции, а также репликации (удвоение ДНК) носят название матричных реакций. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют ДНК или иРНК. Мономерные молекулы (нуклеотиды или аминокислоты), из которых синтезируется полимер, в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном порядке. После соединения мономерных звеньев в полимерную цепь, новый полимер сходит с матрицы.

Таким образом, матричные реакции:

ДНК материнской клетки репликация ДНК (дочерних клеток – все клетки многоклеточного организма) транскрипция иРНК трансляция белок.

Реакции матричного синтеза обнаружены только в клетках живых организмов и вне организма, в естественных условиях, неизвестны. Поэтому матричный синтез является одним из специфичных свойств живого.

Биосинтез белка.

Структура белка определяется ДНК, которая находятся в ядре. Ген – участок двойной молекулы ДНК – строго определенная последовательность нуклеотидов – содержащая информацию о первичной структуре одной молекулы белка и определяющая развитие какого-либо признака или свойства организма.

В процессе биосинтеза белка выделяют два последовательных этапа транскрипцию и трансляцию.

I этап – транскрипция (протекает в ядре) – процесс переписывания информации с ДНК на молекулу про-иРНК, согласно принципу комплементарности. Предшественница иРНК (про-иРНК) содержит в себе ряд инертных, бессмысленных участков-интронов. В результате процессинга – созревания иРНК, интроны с помощью фермента рестриктазы вырезаются, а оставшиеся экзоны – смысловые участки, несущие информацию о белке, сшиваются ферментом лигазой в цепочку. Процесс сшивания иРНК в одну нить называется сплайсингом. Сплайсинг идет в ядрышках.

II этап – трансляция (протекает в цитоплазме )– синтез полипептидных цепей белков на матрице иРНК, выполняемый рибосомами..

Во время трансляции выделяют такие стадии:

1. Стадия активизации аминокислот – аминокислоты присоединяются к ножке тРНК, образуя комплекс аминоацил-тРНК.

2. Стадия инициации. Синтез белка начинается с образования комплекса иРНК с рибосомой. Сначала поступившая из ядра в цитоплазму иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы. Первый кодон у всех иРНК несет информацию об аминокислоте метионине, т.к. имеет стартовый кодон АУГ, к которому присоединяется антикодон тРНК-метионин, именуемая инициаторнойтРНК, т.к. обеспечивает связь малой субъединицы рибосомы с большой.

3. Стадия элонгации (от лат. «э» – из, у; «лонг» – длинный) – продолжение трансляции, характеризующаяся удлинением полипептидной цепи, в строгом соответствии с порядком кодонов в молекуле иРНК. Вторая тРНК соединенная с аминокислотой, приходит в рибосому и своим антикодоном (верхушка тРНК) соединяется с кодоном иРНК временными водородными связями, согласно принципу комплементарности. Аминокислота на ножке тРНК соответствует кодону иРНК. Между первой аминокислотой (метионином) и второй образуется пептидная связь. После образования пептидной связи первая тРНК сбрасывается с рибосомы, и пустая уходит в цитоплазму, а рибосома перемещается на следующий триплет иРНК, к этому триплету подходит третья т-РНК, своим антикодом узнает код и временно соединяется с ним. Между второй и третьей аминокислотами вновь образуется пептидная связь, вторая т-РНК уходит, оставляя аминокислоту и рибосома делает следующий "шажок" и т.д., до тех пор, пока рибосома не дойдет до нонсенс-триплета, который шифрует окончание биосинтеза белка на и-РНК.

Дальнейшее удлинение пептидной цепи происходит путем повторения предыдущих фаз.

4. Стадия терминации – окончание биосинтеза белка.иРНК имеет участок, содержащий один из стоп-кодонов при контакте рибосомы с этими кодонами биосинтез белка прекращается, а рибосома распадается на субъединицы.

Генетический код и его свойства.

Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК, а также иРНК.

Основная роль в определении структуры синтезируемого белка принадлежит ДНК.

ДНК – это полимер из нуклеотидов, а белок из аминокислот. Для того, чтобы 4 нуклеотида могли кодировать 20 аминокислот, они должны быть в определенных сочетаниях. Экспериментальным путем было выяснено, что это последовательность из трех нуклеотидов – триплет (или кодон). Разных триплетов из четырех по три будет 64, а аминокислот 20, следовательно, одна и та же аминокислота кодируется несколькими триплетами. И только метионин и триптофан кодируется одним триплетом. Из 64 возможных триплетов 61 кодируют 20 аминокислот, а 3 (нонсенс триплеты) кодируют окончание биосинтеза белка.

Генетический код имеет следующие основные свойства:

1. Универсальность - код един для всех живых организмов;
2. Вырожденность (множественность) - одну аминокислоту кодируют от 2 до 6 триплетов;
3. Триплетность - одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида;
4. Неперекрываемость - нуклеотид одного триплета не может входить в состав соседнего триплета;
5. Специфичность - один триплет кодирует строго определенную аминокислоту.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

практического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Законы Г.Менделя. Типы скрещивания.

Хромосомная теория Т.Моргана»

Тема:

Законы Г.Менделя. Типы скрещивания. Хромосомная теория Т.Моргана

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия: изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: сформировать знания о хромосомной теории наследственности, кариотипе, генотипе, геноме, генофонде, закономерностях сцепленного наследования, наследования, сцепленного с полом. Формирование умений объяснять причины наследственных заболеваний, генных и хромосомных мутаций.

Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная , ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии

Оснащение занятия: учебник «Медицинская генетика» под редакцией Н.П.Бочкова

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Фронтальный опрос

Ответьте на вопросы:

1) Какие гены образуют группу сцепления?

Ответ: Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления.

2) Сколько групп сцепления у человека?

Ответ: 23 группы сцепления

3) Какое наследование называют сцепленным?

Ответ: Наследование генов, локализованных в одной хромосоме, называется сцепленным наследованием.

4) Что является причиной появления в потомстве особей с перекомбинированными признаками?

Ответ: Процесс кроссинговера, протекающий в профазе первого деления мейоза.

5) В чём измеряют расстояние между генами?

Ответ: В морганидах, морганида - единица расстояния между генами, равная 1% кроссинговера.

6) Какой пол называют гомогаметным?

Ответ: Пол, который образуют гаметы, одинаковые по половой хромосоме, называют гомогаметным.

7) Какой пол называют гетерогаметным?

Ответ: Пол, образующий разные гаметы, называют гетерогаметным

8) Приведите примеры признаков, сцепленных с полом у человека

Ответ: У человека известны рецессивные сцепленные с полом признаки, такие как гемофилия, дальтонизм, мышечная дистрофия.

 (за каждый правильный ответ – 1 балл)

Приложение №2

Выберите правильный ответ:

А 1. Сцепленные гены - это

1) аллельные гены

2) гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных

хромосом

3) гены, находящиеся в одной хромосоме

4) совокупность генов гаметы

А 2. Группа сцепления - это

1) аллельные гены

2) гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных

хромосом

3) гены, находящиеся в одной хромосоме

4) совокупность генов гаметы

А 3. Аутосомы

1) одинаковы у самца и у самки

2) различаются у самца и у самки

3) определяют формирование признаков пола у особи

4) представлены Х-хромосомами

А 4. Половые хромосомы

1) представленыаутосомами

2) представлены Х - и Y-хромосомами

3) представлены только Y-хромосомами

4) одинаковы у самца и у самки

А 5. В гаплоидном наборе хромосом яйцеклетки человека

1) содержится одна Y-хромосома

2) содержится одна Х-хромосома

3) содержится либо одна Х -, либо одна Y-хромосома

4) содержатся одна Х - и одна Y-хромосома

А 6. В гаплоидном наборе хромосом сперматозоида человека

1) содержится одна Y-хромосома

2) содержится одна Х-хромосома

3) содержится либо одна Х -, либо одна Y-хромосома

4) содержатся одна Х - и одна Y-хромосома

А 7. Соматическая клетка мужчины содержит

1) 44 аутосомы, одну Х - и одну Y-хромосому

2) 44 аутосомы, две Х-хромосомы

3) 44 аутосомы, две Y-хромосомы

4) 46 аутосом

А 8. Соматическая клетка женщины содержит

1) 44 аутосомы, одну Х - и одну Y-хромосому

2) 44 аутосомы, две Х-хромосомы

3) 44 аутосомы, две Y-хромосомы

4) 46 аутосом

А 9. Наследование, сцепленное с полом, - это наследование

1) признаков пола

2) генов, расположенных в половых хромосомах

3) генов, расположенных в аутосомах

4) генов, необходимых для формирования определённого пола

А 10. Признаки, сцепленные с полом, - это

1) признаки, гены которых расположены в Х - или Y-хромосомах

2) признаки, определяющие все биологические особенности данного пола

3) первичные половые признаки

4) вторичные половые признаки

Эталоны ответов:

А 1. 3

А 2. 3

А 3. 1

А 4. 2

А5.2 
А 6. 3

А 7. 1

А 8. 2

А 9. 2

А 10. 1

(за каждый правильный ответ – 1 балл)

Приложение №3

Лекция по новому материалу:

«Основы генетики. Законы Менделя.»

Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости.
       Наследственность – способность живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению.
       Изменчивость – способность живых организмов существовать в различных формах.
      Ген – участок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка.

I закон Г.Менделя: Закон единообразия

Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя) — при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.

Этот закон также известен как «закон доминирования признаков». Его формулировка основывается на понятии чистой линии относительно исследуемого признака — на современном языке это означает гомозиготность особей по этому признаку. Понятие гомозиготности было введено позднее У. Бэтсоном в 1902 году.

Порядок проведения эксперимента

При скрещивании чистых линий гороха с пурпурными цветками и гороха с белыми цветками Мендель заметил, что взошедшие потомки растений были все с пурпурными цветками, среди них не было ни одного белого. Мендель не раз повторял опыт, использовал другие признаки. Если он скрещивал горох с жёлтыми и зелёными семенами, у всех потомков семена были жёлтыми. Если он скрещивал горох с гладкими и морщинистыми семенами, у потомства были гладкие семена. Потомство от высоких и низких растений было высоким.

Итак, гибриды первого поколения всегда единообразны по данному признаку и приобретают признак одного из родителей. Этот признак — более сильный, доминантный (термин введён Менделем от латинского dominus), всегда подавлял другой, рецессивный.

Этот закон был установлен в ходе первого этапа эксперимента. Были взяты два гороха с разными особенностями – разным цветом семян. Они были обозначены как родительские растения или «РР». Одни были желтые, другие зеленые. Для чистоты эксперимента проводилось искусственное опыление.

Результат

Результатом стало появление гороха первого поколения «F1». У таких растений семена всегда были желтыми. Это значит, что второе поколение представляло собой один определенный тип и имело признаки только одного из растений первого поколения (желтый цвет в данном случае). Такие признаки называются доминантными.

Таким образом у всего второго поколения проявилось единообразие, что и дало название закону.

II закон Менделя: Закон расщепления

Порядок проведения эксперимента

Для следующего этапа исследования использовался только горох первого поколения. Менгель высадил его и оставил без вмешательства, чтобы горох мог самостоятельно опылиться. Это позволило появиться растениям второго поколения «F2».

Результат

Из-за самостоятельного опыления появились семена желтого и зелёного цвета. А поскольку жёлтый цвет является доминантным признаком, то соотношение семян желтого цвета к зеленому составило 3 к 1.

Разделение, а точнее расщепление родительского типа на два различных, дало название второму закону.

Данный опыт помог установить, что признак одного из родителей (зеленый цвет) не исчез полностью, а просто неактивен или подавлен. За него отвечал тот же ген, что и за желтый цвет, за который отвечала часть гена – доминантный аллель. Желтый цвет в себе содержала рецессивная аллель – «а», подавляемая доминантной «А».

Поэтому строение растений:

• зеленый горох-родитель – две рецессивных аллели «аа»;
• желтый горох-родитель – две доминантных аллели «АА»;
• желтый горох первого поколения – одна доминантная и одна рецессивная аллели «Аа»;
• желтый горох второго поколения – он может содержать следующие аллели: «АА», «Аа», «аА». В них цвет обуславливается наличием доминанта;
• зеленый горох второго поколения – две рецессивных аллели «аа».

Третий закон Г.Менделя: независимого наследования признаков

Порядок проведения эксперимента

Для третьего опыта Мендель использовал растения гороха с несколькими различающимися признаками: цвет семян и их гладкость. Один вид имел семена гладкие желтые, а второй – зеленые и ребристые.
В первом поколении растение приобрело следующие признаки: желтый цвет и гладкость семян.

Во втором поколении уже наблюдалось расщепление:

• желтый цвет и гладкие семена;
• желтый цвет и ребристые семена;
• зеленый цвет и гладкие семена;
• зеленый цвет и ребристые семена.

Получившийся результат говорит о том, что передача и наследование двух разных признаков не зависит друг от друга. А соответственно за гладкость отвечает другой ген, у которого своей набор аллелей. Гладкие семена обуславливаются сочетанием аллелей «BB», «Bb», «bB».

Таким образом строение растений:

• зеленый горох-родитель с ребристыми семенами – «аа» и «bb»;
• желтый горох-родитель с гладкими семенами – «АА» и «BB»;
• желтый горох первого поколения с гладкими семенами – «Аа» и «Bb»;
• желтый горох второго поколения с гладкими семенами – «АА», «Аа», «аА» в сочетании с «BB», «Bb», «bB».
• желтый горох второго поколения с ребристыми семенами – «АА», «Аа», «аА» и «bb»
• зеленый горох второго поколения с гладкими семенами – «аа» в сочетании с «BB», «Bb», «bB»;
• зеленый горох второго поколения с ребристыми семенами «аа» и «bb».

Таким образом соотношение цветов и гладкости: 9-3-3-1.

Моногибридное и дигибридное скрещивание

Дигибридное скрещивание - скрещивание организмов, различающихся по двум парам альтернативных признаков, например, окраске цветков (белая или окрашенная) и форме семян (гладкая или морщинистая) .
Если в дигибридном скрещивании разные пары аллельных генов находятся в разных парах гомологичных хромосом, то пары признаков наследуются независимо друг от друга (закон независимого наследования признаков) .
Моногибридное скрещивание — скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков. При этом скрещиваемые предки являются гетерозиготными по положению хромосомы в аллели.
Моногибридное наследование представляет собой пример наследования единственного признака (гена) , различные формы которого называют аллелями. Например, при моногибридном скрещивании между двумя чистыми линиями растений, гомозиготных по соответствующим признакам -- одного с жёлтыми семенами (доминантный признак) , а другого с зелёными семенами (рецессивный признак) , можно ожидать, что первое поколение будет только с жёлтыми семенами, потому что аллель жёлтых семян доминирует над аллелью зелёных. При моногибридном скрещивании сравнивают только один характерный признак.

Хромосомная теория Т.Моргана

В 1909 году в лаборатории американского зоолога Томаса Ханта Моргана в Колумбийском университете начали использовать для генетических экспериментов плодовую мушку Drosophila melanogaster.

Многочисленные мутации, проявившиеся при лабораторном разведении дрозофилы, позволили в первую очередь обнаружить гены, наследовавшиеся «сцепленно с полом». Первой описанной мутацией стала мутация w (от англ. white — белый), обуславливающая белый цвет глаз у мушки. Публикация об этой мутации появилась в 1910 году, в ней Морган отметил, что характер наследования мутации w совпадает с наследованием хромосом, определяющих пол у дрозофилы. Вскоре было описано ещё две сцепленных с полом мутации, и при изучении их совместного наследования Морган пришёл к заключению, что гены должны быть организованы на хромосоме линейно, и их сцепленное наследование может нарушаться из-за кроссинговера, происходящего так, как предположил ранее в своей теории хиазмотипии Янсенс.

В 1913 году Альфред Стёртевант, ученик Моргана, расположил шесть сцепленных с полом генов на первой генетической карте в порядке, соответствующем тому, насколько часто мутации этих генов наследуются совместно[30]. Одно из самых элегантных доказательств связи между генами и хромосомами получил другой ученик Моргана, Кэлвин Бриджес. Он соотнёс редкие случаи исключений при наследовании мутаций, сцепленных с полом, с неправильным расхождением Х-хромосом при мейозе у самок дрозофилы. Он описал самок дрозофилы c аномальным кариотипом XXY вместо нормального XX, при этом по сцепленным с полом признакам они являлись полными копиями своих матерей, что говорило о том, что обе Х-хромосомы были унаследованы от матери. Тем самым эксперименты по скрещиванию были подкреплены цитологическими наблюдениями.

Основные положения хромосомной теории

наследственности Т. Моргана

Анализ явлений сцепленного наследования, кроссинговера, сравнение генетической и цитологической карт позволяют сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности:

• Гены находятся в хромосомах.
• Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности.
• Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален.
• Аллели генов занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.
• Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно сцеплено (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола).
• Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами).
• Каждый биологический вид характеризуется определённым набором хромосом — кариотипом.

Рис. 2. Сцепленное наследование.

Эксперименты Моргана показали, что гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются сцеплено, попадая в одну гамету, т.е. два признака всегда наследуются вместе. Такое явление было названо законом Моргана.

Рис. 3. Кроссинговер.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

теоретического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Типы наследования признаков. Взаимодействие генов.

Наследование групп крови и резус-фактора у человека»

Тема:

Типы наследования признаков. Взаимодействие генов. Наследование групп крови и резус-фактора у человека.

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия: изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: познакомить учащихся с группами крови человека; дать общую характеристику  группам  крови,  выявить  их  особенности;  сформировать  представление о резус-факторе; рассмотреть принцип переливания крови; изучить механизм свёртывания крови и раскрыть его значимость.

Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная, ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: презентация; учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний: беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности: самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Тестовый контроль

Вариант 1

1.Красные кровяные клетки называются:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

2. Защитную функцию в организме выполняют

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

3.Клетки содержащие гемоглобин:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

4.На рисунке изображен:

А) эритроцит Б) лейкоцит В) тромбоцит

5.Функция клетки, изображенной на рисунке:

А) транспорт газов Б) защитную

В) свертывание крови

6. В норме у здорового человека в 1 мм3 крови лейкоцитов должно содержаться в количестве:

А) 5 млн Б)5-10 тыс. В) 400 тыс.

7. Универсальным донором называют людей

А) с 1 группой крови Б) со 2 группой крови

В) с 3 группой крови Г) с 4 группой крови

8. Людям с 4 группой крови можно переливать кровь

А) только 4 группы Б) 2 и 4 группы

В) любой группы Г) только 1 группы

9.Эритроциты лягушки, в отличие от эритроцитов человека

А) мельче Б) содержат ядро

В) не имеют ядра Г) подвижны

10. В свертывании крови участвуют:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

Вариант 2

1.Бесцветные ядерные клетки крови называются:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

2.Функцию транспорта веществ выполняют:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

3. Клетки, способные к передвижению:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

4.На рисунке изображен:

А) эритроцит Б) лейкоцит В) тромбоцит

5.Функция клетки, изображенной на рисунке:

А) транспорт газов Б) защитную

В) свертывание крови

6. В норме у здорового человека в 1 мм3 крови тромбоцитов должно содержаться в количестве:

А) 5 млн Б)5-10 тыс. В) 400 тыс.

7. Универсальным реципиентом называют людей

А) с 1 группой крови Б) со 2 группой крови

В) с 3 группой крови Г) с 4 группой крови

8. Людям с 1 группой крови можно переливать кровь

А) только 4 группы Б) 2 и 4 группы

В) любой группы Г) только 1 группы

9. В ответ на внедрение в организм болезнетворных организм в крови увеличивается количество:

А) эритроцитов

Б) лейкоцитов

В) тромбоцитов

10.Эритроциты человека, в отличие от эритроцитов лягушки

А) мельче Б) содержат ядро В) подвижны

Приложение №2

Типы наследования признаков

Для аутосомного типа наследования в целом характерна равная вероятность встречаемости данного признака как у мужчин, так и у женщин. Это обусловлено одинаковой двойной дозой генов, расположенных в аутосомах у всех представителей вида и получаемых от обоих родителей, и зависимостью развивающегося признака от характера взаимодействия аллельных генов.

При доминировании признака в потомстве родительской пары, где хотя бы один родитель является его носителем, он проявляется с большей или меньшей вероятностью в зависимости от генетической конституции родителей.

Рис.2.Вероятность появления потомков с доминантным признаком от различных супружеских пар (/—III)

Если анализируется признак, не влияющий на жизнеспособность организма, то носители доминантного признака могут быть как гомо-, так и гетерозиготами. В случае доминантного наследования какого-то патологического признака (заболевания) гомозиготы, как правило, нежизнеспособны, а носители этого признака — гетерозиготы.

Таким образом, при аутосомно-доминантном наследовании признак может встречаться в равной мере у мужчин и у женщин и прослеживается при достаточном по численности потомстве в каждом поколении по вертикали. Анализируя родословные, необходимо помнить о возможности неполного пенетрирования доминантного аллеля, обусловленной взаимодействием генов или факторами среды. Показатель пенетрантности может быть вычислен как отношение фактического числа носителей признака к числу ожидаемых носителей этого признака в данной семье. Необходимо также помнить, что некоторые заболевания проявляются не сразу с момента рождения ребенка. Многие болезни, наследуемые по доминантному типу, развиваются лишь в определенном возрасте. Так, хорея Гентингтона клинически проявляется к 35—40 годам, поздно проявляется и поликистоз почек. Поэтому при прогнозировании подобных заболеваний в расчет не принимаются братья и сестры, не достигшие критического возраста.

Первое описание родословной с аутосомно-доминантным типом наследования аномалии у человека было дано в 1905 г. В ней прослеживается передача в ряду поколений брахидактилии(короткопалости). На рис. 2 приведена родословная с этой аномалией. На рис. 2 изображена родословная с ретинобластомой в случае неполной пенетрантности.

Родословные при аутосомно-рецессивном наследовании. Рецессивные признаки проявляются фенотипически лишь у гомозигот по рецессивным аллелям. Эти признаки, как правило, обнаруживаются у потомков фенотипически нормальных родителей — носителей рецессивных аллелей. Вероятность появления рецессивного потомства в этом случае равна 25%. Если один из родителей имеет рецессивный признак, то вероятность проявления его в потомстве будет зависеть от генотипа другого родителя. У рецессивных родителей все потомство унаследует соответствующий рецессивный признак (рис. 3).

Рис. 3. Родословная (А) при аутосомно-доминантном типе наследования (брахидактилия — Б)

    Рис. 4. Родословная с ретинобластомой в случае неполной пенетрантности

Для родословных при аутосомно-рецессивном типе наследования характерно, что признак проявляется далеко не в каждом поколении. Чаще всего рецессивное потомство появляется у родителей с доминантным признаком, причем вероятность появления такого потомства возрастает в близкородственных браках, где оба родителя могут являться носителями одного и того же рецессивного аллеля, полученного от общего предка. Примером аутосомно-рецессивного наследования является родословная семьи с псевдогипертрофической прогрессивной миопатией, в которой часты близкородственные браки (рис. 4). Обращает внимание распространение заболевания в последнем поколении по горизонтали.

Рис. 5. Вероятность появления потомков с рецессивным признаком

от различных супружеских пар (I—IV)

Родословные при доминантном Х-сцепленном наследовании признака. Гены, расположенные в Х-хромосоме и не имеющие аллелей в Y-хромосоме, представлены в генотипах мужчин и женщин в разных дозах. Женщина получает две свои Х-хромосомы и соответствующие гены как от отца, так и от матери, а мужчина наследует свою единственную Х-хромосому только от матери. Развитие соответствующего признака у мужчин определяется единственным аллелем, присутствующим в его генотипе, а у женщин он является результатом взаимодействия двух аллельных генов. В связи с этим признаки, наследуемые по Х-сцепленному типу, встречаются в популяции с разной вероятностью у мужского и женского пола.

При доминантном Х-сцепленном наследовании признак чаще встречается у женщин в связи с большей возможностью получения ими соответствующего аллеля либо от отца, либо от матери. Мужчины могут наследовать этот признак только от матери. Женщины с доминантным признаком передают его в равной степени дочерям и сыновьям, а мужчины — только дочерям. Сыновья никогда не наследуют от отцов доминантного Х-сцепленного признака.

Рис. 6.. Родословная при аутосомно-рецессивном типе наследования (псевдогипертрофическая прогрессирующая миопатия)

Примером такого типа наследования служит описанная в 1925 г. родословная с фолликулярным кератозом —кожным заболеванием, сопровождающимся потерей ресниц, бровей, волос на голове (рис. 7). Характерным является более тяжелое течение заболевания у гемизиготных мужчин, чем у женщин, которые чаще всего являются гетерозиготами.

При некоторых заболеваниях наблюдается гибель мужчин-гомозигот на ранних стадиях онтогенеза. Тогда в родословных среди пораженных должны быть только женщины, в потомстве которых отношение пораженных дочерей, здоровых дочерей и здоровых сыновей равно 1:1:1. Мужские доминантные гомозиготы, не погибающие на очень ранних стадиях развития, обнаруживаются в самопроизвольных абортах или среди мертворожденных. Такими особенностями наследования у человека характеризуется пигментный дерматоз.

Родословные при рецессивном Х-сцепленном наследовании признаков. Характерной особенностью родословных при данном типе наследования является преимущественное проявление признака у гемизиготных мужчин, которые наследуют его от матерей с доминантным фенотипом, являющихся носительницами рецессивного аллеля. Как правило, признак наследуется мужчинами через поколение от деда по материнской линии к внуку. У женщин он проявляется лишь в гомозиготном состоянии, вероятность чего возрастает при близкородственных браках.

Наиболее известным примером рецессивного Х-сцепленного наследования является гемофилия. Наследование гемофилии типа А представлено в родословной потомков английской королевы Виктории (рис. 8).

Рис. 7.. Родословная при Х-сцепленном доминантном типе наследования (фолликулярный кератоз)

Рис. 8. Родословная при Х-сцепленном рецессивном типе наследования (гемофилия типа А)

Другим примером наследования по данному типу является дальтонизм — определенная форма нарушения цветоощущения.

 
Родословные при Y-сцепленном наследовании. Наличие Y-хромосомы только у представителей мужского пола объясняет особенности Y-сцепленного, или голандрического, наследования признака, который обнаруживается лишь у мужчин и передается по мужской линии из поколения в поколение от отца к сыну.

Рис. 9. Родословная при Y-сцепленном (голандрическом) типе наследования

Одним из признаков, Y-сцепленное наследование которого у человека все еще обсуждается, является гипертрихоз ушной раковины, или наличие волос на внешнем крае ушной раковины. Предполагают, что в коротком плече Y-хромосомы кроме этого гена находятся гены, определяющие мужской пол. В 1955 г. у мыши описан определяемый Y-хромосомой трансплантационный антиген, названный HY. Возможно, он является одним из факторов половой дифференцировки мужских гонад, клетки которых имеют рецепторы, связывающие этот антиген. Связанный с рецептором антиген активизирует развитие гонады по мужскому типу (см. разд. 3.6.5.2; 6.1.2). Этот антиген в процессе эволюции остался почти неизменным и встречается в организме многих видов животных, в том числе и человека. Таким образом, наследование способности к развитию гонад по мужскому типу определяется голандрическим геном, расположенным в Y-хромосоме (рис. 9).

1.Пол как признак. Половой диморфизм. Первичные и вторичные половые признаки.

Половое размножение присуще большинству живых организмов. Существование полового процесса у прокариотов и эукариотов предполагает наличие по крайней мере двух полов. В природе чаще всего встречается раздельнополость, т.е. самостоятельное существование женских и мужских особей. Однако иногда у животных, а чаще у растений имеются формы, у которых оба пола существуют совместно. Это так называемый гермафродитизм.

Полпредставляет собой совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих воспроизведение потомства и передачу наследственной информации.

Половой диморфизм– это различия морфологических, физиологических и биохимических признаков у особей разных полов.

У прокариотов черты полового диморфизма выражены слабо и ограничиваются наличием в мужских бактериальных клетках полового фактора – фрагмента ДНК, существующий виде цитоплазматической структуры или структуры, интегрированной в хромосому.

У водорослей, грибов, некоторых простейших (инфузории) имеется несколько половых форм. У водорослей, к примеру, это плюс- и минус-формы, выполняющие соответственно роль «мужских» и «женских» клеток.

У более высоко развитых эукариотов наблюдается четкий половой диморфизм, при котором различия между особями женского и мужского пола проявляются уже и по морфологическим признакам.

Все признаки, отличающие один пол от другого, условно делят на 2 группы: первичные и вторичные.

Первичные половые признакиобеспечивают образование гамет и соединение их в процессе оплодотворения. К ним относятся гонады и половые органы.

Вторичные половые признаки– это совокупность морфологических и физиологических признаков и свойств, определяющих фенотипические различия между особями разных полов. Значение их в размножении косвенное (тип волосяного покрова, тембр голоса, брачная окраска животных), но формирование контролируется деятельностью половых гормонов, т.е. они связаны с функцией гонад.

Иногда выделяют признаки, не относящиеся к чертам полового диморфизма, но проявление их зависит от гормональной активности половых желез. Так, гены молочности не выражаются фенотипически у быков, яйценоскости – у мужских особей птиц.

Количество мужских и женских половых гормонов в крови влияет и на форму доминирования (ген рогатости у баранов, ген лысости у человека).

2. Определение пола.

Давно замечено, что соотношение мужского и женского полов в потомстве фактически от любого скрещивания близко соответствует соотношению 1:1, т.е. в достаточно большой группе потомков на 100 самцов рождается 100 самок. Совершенно очевидно, что такое расщепление коррелирует с результатами особого генетического скрещивания – аналитического – когда один из родителей гетерозиготен, другой – гомозиготен по анализируемому признаку. Поэтому a priori можно предположить, что один из полов как бы гетерозиготен, а другой гомозиготен по фактору, определяющему пол. Цитологический анализ выявляет наиболее заметное различие у полов – сочетание половых хромосом в кариотипе, причем один пол имеет одинаковые хромосомы, в кариотипе другого - две разных половых хромосомы, т.е. этот пол как бы "гетерозиготен".

Привлекает внимание огромное разнообразие вариантов полового размножения и соответствующих ему версий определения пола, затруднена даже их классификация.

Выделяют несколько типов определения пола в зависимости от числа и состава половых хромосом, например, у самца могут быть Х- и Y-хромосомы, а у самки – XX. К такому типу относятся человек, дрозофила, водяной клоп Ligaeus, по имени которого и назван данный тип определения пола, а также многие другие виды животных.

Еще один тип, названный по имени другого водяного клопа Protenor, и встречающийся у некоторых бабочек и червей, связан с наличием у самцов Х0 хромосом, а у самок двух Х-хромосом.

Другой тип хромосомного определения пола найден у птиц, некоторых бабочек, рыб, земноводных и цветковых растений. У них гетерогаметным (т.е. с разными половыми хромосомами) полом является женский, и самки имеют набор половых хромосом ZW или Z0, в то время как самцы – ZZ.

Известны и некоторые другие типы определения пола.

В некоторых случаях появление мужского или женского пола определяется не наследственными различиями, а возникает под влиянием условий среды. Классическим примером служит морской червь Bonellia viridis. Самцы размером в несколько миллиметров живут в матке самки, где выполняют свою задачу – оплодотворяют яйцеклетки. Самец является типичным паразитом, живущим внутри тела самки, размер которой примерно равен размеру сливы.

Свободно плавающие личинки, развивающиеся после оплодотворения яйцеклеток, некоторое время ведут свободный образ жизни, а затем прикрепляются к хоботу половозрелой самки, либо оседают и прикрепляются ко дну.

Половые различия между самкой и самцом у морского червя Bonelliaviridis

Личинки этих двух сортов ничем друг от друга не отличаются. Куда попадает данная личинка – это дело случая. Однако во что превращается личинка, т.е. будет ли она самцом или самкой, определяется условиями в период несвободной жизни личинки. Личинки, прикрепившиеся к хоботу самки, развиваются в самцов. Они проникают в женские половые органы и живут там как паразиты. Личинки, прикрепившиеся ко дну, развиваются в самок.

3. Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты и другие половые отклонения

У дрозофилы и у других организмов известны случаи гинандроморфизма, когда разные участки тела по своим признакам принадлежат разным полам. Организм выглядит как мозаик, у которого одна часть мужская, а другая женская (Рис). В данном случае зигота имела две X-хромосомы и должна была развиться в самку. Она была гетерозиготой по генам белоглазия и маленьких крыльев w m/w+m+. Во время первых делений дробления хромосома w+m+ была утеряна и экватор митотического деления располагался по линии симметрии от головной до хвостовой части эмбриона. В результате левая часть тела мухи состояла из клеток, имеющих только одну Х-хромосому, что соответствует генотипу самца. Правая сторона имела две Х-хромосомы и развилась в самку.

У непарного шелкопряда Lymantria dispar имеются резкие различия между самками и самцами. Скрещивания разных географических рас этой бабочки (европейских и японских) привело к появлению форм, переходных по своим

Билатеральный гинандроморф y Drosophilamelanogastei

признакам между самцами и самками, т.е. к появлению интерсексуальности. Интерсексы обнаружены и у дрозофилы.

От гинандроморфовинтерсексы отличаются тем, что у них отсутствуют различно детерминированные по полу сектора.

У интерсексов до определенного момента развития сохраняется генетически детерминированный пол, но затем развитие продолжается в направлении противоположного пола. В результате интерсексы отличаются от нормальных особей тем, что у них первичные и вторичные половые признаки носят промежуточный характер, образуя непрерывный ряд переходов от нормального самца к нормальной самке.

Наряду с разнополостью у многих растений и у низших животных мужской и женский пол совмещается в одном организме, который таким образом является гермофродитом.

4. Наследование признаков сцепленных с полом.

Наследование признаков, гены которых находятся в X и У хромосомах, называется наследованием, сцепленным с полом.

Т.Г. Морган и его сотрудники провели два типа скрещиваний дрозофил: в одном самки были нормальными по цвету глаз (w+), а самцы имели белые глаза (w), в другом белоглазых самок (w) скрещивали с нормальными самцами

(w ). Такие скрещивания называют реципрокными, т.е. проведенные в обоих направлениях. В скрещивании нормальных самок с белоглазыми самцами

все самцы и самки первого поколения были красноглазыми (w+w и w+Y). Во втором поколении все самки были красноглазыми, а самцы - красноглазыми и белоглазыми, в соотношении 1:1.

Расщепление 3:1 получается, но своеобразное, самки все одного фенотипа, а самцы - двух.

В случае реципрокного скрещивания, когда самка, гомозиготная по гену w (белые глаза), скрещивается с красноглазым самцом, расщепление наблюдается в первом же поколении в отношении белоглазых и красноглазых 1:1.

Схема передачи X-хромосомы от самки w+/w+ и w/w самцу и наследование крисс-кросс

При этом белоглазыми оказываются только самцы, а все самки - красноглазые. В F2 и самки, и самцы представлены и белоглазыми, и красноглазыми особями в равных соотношениях.

Картина наследования, когда в F1 признаки родителей передаются противоположному полу, называется крисс-кросс (criss-cross - крест-накрест).

Эти расщепления полностью коррелируют с поведением половых хромосом. Именно в этом эксперименте была впервые показана генетическим образом роль хромосом в наследственности.

5.Сцепление генов и кроссинговер. Генетические доказательства перекреста хромосом

Как и в других законах наследственности, в законе о сцеплении генов сразу же обнаружили исключения. Морган в 1911 году нашел, что в гомологичной паре хромосом регулярно происходит обмен генами.

В скрещивании организмов, различающихся по паре признаков, в F1 получаются дигетерозиготы АВ/аb.

В скрещивании потомков F1 с родительской формой ab/ab в случае полного сцепления получалось бы расщепление АВ/ab и ab/ab в соотношении 1:1. Однако, всегда появляются новые сочетания признаков, например, Ab/ab и aB/ab. Значит, во время гаметогенеза образовались новые сорта гамет за счет перекреста хромосом и обмена их фрагментами.

Дополнение

Отмечая заслуги Т.Х. Моргана в формулировании хромосомной теории наследственности, в 1933 году ему была присуждена Нобелевская премия.

Т.Х. Морган с сотрудниками скрещивал линии дрозофил, содержащие гены a – черное тело, b - зачаточные крылья).

Далее, ставились реципрокные скрещивания: в одном дигетерозиготой была самка, а дигомозиготой - самец, в другом скрещивании - наоборот.

Если дигетерозиготой был самец, в потомстве 1 часть имеет фенотип Ab, другая часть - aB. Эти классы расщепляются в соотношении 1:1.

В реципрокном скрещивании получено четыре класса потомков, два из которых имеют сцепленные гены, в том порядке, в каком они наблюдались у родителей, а два других класса возникли в результате нарушения сцепления - это кроссоверы:

Эти результаты неопровержимо показывают, что в ходе гаметогенеза произошел обмен фрагментами хромосом.

В каждом из классов число мух было в определенных числовых сотношениях: Ab/ab и aB/ab составляли по 41,5%, т.е. некроссоверов было 83%. Два кроссоверных класса по числу особей были также одинаковыми (8,5%) и сумма их равна 17%.

Процент кроссинговера определяется как отношение числа гамет с зарегистрированными обменами между двумя определенными парами аллелей к общему числу гамет.

Значение частоты кроссинговера между двумя генами, выявляемое в опыте, не может быть более 50 %, т.к. эта частота составляет вероятность нормального, т.е. без кроссинговера, расхождения хромосом.

14 июня отмечается всемирный день донора, приуроченный ко дню рождения Карла Ландштайнера – ученого, впервые разделившего кровь на группы. Это открытие ознаменовало новый этап в развитии медицины.

 Вообще, крови с давних времен приписывали различные лечебные свойства, некоторые даже утверждают, что от группы крови напрямую зависит судьба человека.

В теле взрослого человека содержится в среднем 6-8% крови от общей массы. Правда, среднее количество крови в теле ребенка чуть больше и составляет 8-9%. Кровь движется по человеческому организму с разной скоростью. Быстрее всего она течет по артериям – 1,8 км в час.

Наследование групп крови и резус-фактора

14 июня отмечается всемирный день донора, приуроченный ко дню рождения Карла Ландштайнера – ученого, впервые разделившего кровь на группы. Это открытие ознаменовало новый этап в развитии медицины.

Вообще, крови с давних времен приписывали различные лечебные свойства, некоторые даже утверждают, что от группы крови напрямую зависит судьба человека.

В теле взрослого человека содержится в среднем 6-8% крови от общей массы. Правда, среднее количество крови в теле ребенка чуть больше и составляет 8-9%. Кровь движется по человеческому организму с разной скоростью. Быстрее всего она течет по артериям – 1,8 км в час.

Кровь состоит:

- плазмы – состоит из неорганических (90%-вода и различные минеральные соли) и органических веществ. К органическим веществам плазмы относятся белки, глюкоза, витамины, гормоны и продукты распада белков. 

- клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов).

Эритроциты - иначе называют красными кровяными тельцами, так как в них содержится гемоглобин, который придает крови красный цвет.

Гемоглобин обеспечивает выполнение главной функции эритроцитов – транспорт газов, в частности кислорода. Красные кровяные тельца имеют форму двояковогнутых дисков.

Эритроциты циркулируют в крови 120 дней, а затем разрушаются в печени и селезенке.

Тромбоциты – бесцветные тельца овальной или палочкообразной формы, они играют ключевую роль в процессе свертывания крови и защищают организм от значительных потерь крови при порезах и ранениях. Продолжительность их жизни гораздо меньше, чем эритроцитов, — всего 8-10 дней.

Лейкоциты - Белые клетки крови– часть иммунной системы организма. Основная их функция — защитная. Они участвуют в иммунных реакциях и являются главными "борцами" с вирусами и вредными веществами. В норме лейкоцитов в крови намного меньше, чем других элементов.

Продолжительность жизни лейкоцитов различна: от нескольких часов и суток до нескольких лет.

Медицина прошлого использовала кровь без какого-либо научного обоснования, но само направление мысли о замене, переливании крови заслуживает внимания.

Первое в истории медицины успешное переливание крови было осуществлено в 1667 г. во Франции Жак-Батистом Дени (ставшим впоследствии профессором медицины) и хирургом Эфферезом. Шестнадцатилетнему юноше было перелито 250 мл крови ягненка. Переливание оказалось успешным, больной поправился.

В XVII веке в Европе было сделано около 20 подобных переливаний крови, многие оказались неудачными. Властями и церковью переливание крови от животного человеку было запрещено.

Один из противников метода писал, что «...телячья кровь, перелитая в вены человеку, может сообщить ему все черты, свойственные скотине, — тупость и скотские наклонности».

Первое переливание крови человеку от человека осуществил английский профессор акушерства и гинекологии Дж. Бланделл (1819). Он произвел переливание крови роженице, умиравшей от кровопотери. В 1830 и 1832 гг. подобные операции были проведены в России акушером-педиатром С. Ф. Хотовицким и акушером Г. С. Вольфом.

Но не все переливания крови заканчивались выздоровлением, многие больные погибали по непонятным для врачей причинам.

Медицина вплотную подошла к выяснению причин несовместимости человеческой крови.

Величайшее открытие в этой области сделал австрийский ученый К. Ландштейнер. Экспериментальные исследования 1900-1907 гг. позволили выявить группы крови человека, после чего появилась возможность избежать смертельных осложнений, связанных с переливанием несовместимой крови.

Австрийский иммунолог Карл Ландштейнер, изучая свойства крови, смешивал эритроциты и сыворотки крови, взятых у разных людей.

В некоторых случаях, при добавлении чужой сыворотки эритроциты склеивались.

Ученный предположил, а затем доказал наличие двух реагирующих веществ в эритроцитах и двух, способных вступать с ними в контакт, — в плазме.

Вещества, содержащиеся в эритроцитах, оказались антигенами (аглютиногены) А и В, а вещества плазмы или сыворотки, вступающие с ними в контакт и вызывающие агглютинацию, — антителами (изоагглютининами) α и β.

При встрече «одноименных» антигенов и антител (например, А и α, В и β) происходит склеивание эритроцитов.

Значит, в крови каждого человека должны содержаться такие агглютиногены, которые не склеивались бы агглютининами собственной плазмы.

АНТИГЕ́НЫ (агглютагенны)- Вещества, чужеродные для данного организма, вызывающие образование антител.

АНТИТЕЛА - Белковые соединения плазмы крови, препятствующие размножению микроорганизмов и нейтрализующие выделяемые ими токсические вещества.

Ученый разработал схему переливания крови по группам. О своих наблюдениях Карл Ландштейнер сообщил в 1901 году в статье «Об агглютинативных свойствах нормальной человеческой крови». В 1902 году ученик Ландштейнера Адриано Штурли описал четвертую группу крови.

схема переливания крови по Ландштейнеру

В 1940 году 72-летний Ландштейнер удивил мир еще одним открытием. Вместе с Александром Винером он открыл резус-фактор крови, который, как выяснилось, содержится в эритроцитах 85% людей. Это открытие помогло понять причину тяжелого заболевания – гемолитической желтухи новорожденных.

Резус конфликт - возникает либо при переливании резус-несовместимой крови, либо при беременности женщины с отрицательным резусом, если кровь у плода — резус-положительная.

Когда в кровь матери с отрицательным резусом попадают эритроциты плода, несущие на себе белки системы резус, они воспринимаются ее иммунной системой как чужеродные.

Организм начинает вырабатывать антитела для уничтожения эритроцитов ребенка. При этом в его крови появляется большое количество вещества, называемого билирубином, которое может повредить его мозг. Поскольку эритроциты плода непрерывно уничтожаются, его печень и селезенка стараются ускорить выработку новых эритроцитов, увеличиваясь при этом в размерах. В конце концов, и они не справляются с восполнением убыли эритроцитов. Наступает сильное кислородное голодание, раскручивается новый виток серьезных нарушений. В самых тяжелых случаях это может привести к гибели плода.

Поскольку наличие резус-фактора передается по наследству, угроза резус-конфликта существует только в том случае, если будущая мать резус-отрицательна (Rh-), а отец резус-положителен (Rh+). При таком раскладе в 75% случаев мать и ребенок будут резус-несовместимыми.

Но если у женщины отрицательный резус-фактор, а у мужчины положительный — это еще не повод отказаться от создания семьи.

Первая беременность такой пары скорее всего пройдет нормально. Если ранее женщина не встречалась с резус-положительной кровью, то у нее нет антител, а следовательно, и риска резус-конфликта с плодом. При первой беременности антител вырабатывается не так много (это ведь «первая встреча»). Если же количество проникших в кровь матери эритроцитов плода было значительным, в организме женщины остаются «клетки памяти», которые при последующих беременностях организуют быструю выработку антител против резус-фактора.

ГРУППЫ КРОВИ СИСТЕМЫ АВО

Предложена учёным Карлом Ландштейнером в 1900 году.

В наши дни для классификации крови пользуются системами AB0 и Rh. На их основе выделяют четыре разновидности: 0, A, B, AB или по-другому – I, II, II, IV. В свою очередь, каждая их них может быть Rh-положительной или Rh-отрицательной.

I, или 0 (ά, β) — на поверхности эритроцитов совсем нет антигенов;

II, или А (β) — содержат антиген А с антителом β;

III, или В (ά) — имеется антиген типа В с антителом ά;

IV, или АВ(00) — имеет оба антигена, но не содержит антител.

У многих может возникнуть вопрос о том, как наследуется группа крови и резус-фактор.

Эти признаки передаются по наследству от родителей и формируются еще в материнской утробе. Антигены на поверхности красных клеток появляются к двум-трем месяцам, а в момент рождения уже точно определяются.

Примерно с трех месяцев в сыворотке обнаруживаются естественные антитела к антигенам, и лишь к десяти годам они достигают максимального титра.

Ни группа, ни резус-фактор в течение жизни не изменяются, их наследование никак между собой не связано, и подсчеты вероятности производятся отдельно.

НАСЛЕДОВАНИЕ ПО ГРУППЕ.

Как утверждают ученые, наследование группы крови – процесс достаточно сложный. Многие люди считают, что потомству передадутся только их группы, но в действительности это не так.

Генетики доказали, что наследование крови подчиняется тем же законам, что и другие признаки. Эти принципы, которые сегодня называются законами Менделя, впервые сформулировал австрийский биолог Иоганн Мендель в 19 веке. Таким образом, выделены некоторые закономерности, которые обоснованы с научной точки зрения:

• Если у одного из родителей первая, то у их малыша не может быть четвертой, независимо от того, какую имеет второй родитель.
• Если и отец, и мать – носители первой, у всего их потомства будет только первая и никакая другая.
• У пары, где один из родителей с четвертой, никогда не родится малыш с первой.
• Если у одного в паре первая, а у другого вторая, у них появится потомство только с I или II.
• Если у одного из супругов первая, а у другого третья, у их будущих детей будет или I, или III.
• Если оба в паре – носители второй или оба третьей, у них вполне может появиться ребенок с первой.
• Если один из супругов имеет вторую, а другой – третью, у их малышей может быть любая из четырех.
• Если у обоих родителей четвертая, потомство будет иметь любую, кроме первой.

Наследованием у человека управляет аутосомный ген, состоящий из двух аллелей, один из которых он получает от женщины, другой от мужчины. Аллели гена имеют обозначения: 0, A, B. Из них A и B в равной степени являются доминантными, а 0 по отношению к ним рецессивным. Таким образом, каждой группе соответствуют генотипы:

первой – 00;

второй – AA или A0;

третьей – BB или B0;

четвертой – AB.

Можно попытаться самостоятельно вычислить, чью группу унаследуют будущие дети. Например, у матери вторая, то есть ее генотип AA или A0; у отца третья – соответственно, BB или B0; составив возможные комбинации, получаем, что в этом случае у потомства может быть любая (АВ, 00, A0, B0).

Заключение

Точно определить, какой группы будет кровь у детей, получится только в том случае, если у обоих супругов она первая. Что касается резус-фактора, результат заранее известен лишь для той пары, где оба Rh-отрицательные. В остальных случаях возможны варианты с разной степенью вероятности. Зная принципы наследования, можно самостоятельно делать прогнозы.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

практического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Наследование признаков сцепленных с полом»

Тема:

Типы наследования признаков. Взаимодействие генов. Наследование групп крови и резус-фактора у человека.

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия: изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: познакомить учащихся с группами крови человека; дать общую характеристику  группам  крови,  выявить  их  особенности;  сформировать  представление о резус-факторе; рассмотреть принцип переливания крови; изучить механизм свёртывания крови и раскрыть его значимость.

Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная, ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: презентация; учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний: беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности: самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Тестовый контроль

Вариант 1

1.Красные кровяные клетки называются:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

2. Защитную функцию в организме выполняют

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

3.Клетки содержащие гемоглобин:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

4.На рисунке изображен:

А) эритроцит Б) лейкоцит В) тромбоцит

5.Функция клетки, изображенной на рисунке:

А) транспорт газов Б) защитную

В) свертывание крови

6. В норме у здорового человека в 1 мм3 крови лейкоцитов должно содержаться в количестве:

А) 5 млн Б)5-10 тыс. В) 400 тыс.

7. Универсальным донором называют людей

А) с 1 группой крови Б) со 2 группой крови

В) с 3 группой крови Г) с 4 группой крови

8. Людям с 4 группой крови можно переливать кровь

А) только 4 группы Б) 2 и 4 группы

В) любой группы Г) только 1 группы

9.Эритроциты лягушки, в отличие от эритроцитов человека

А) мельче Б) содержат ядро

В) не имеют ядра Г) подвижны

10. В свертывании крови участвуют:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

Вариант 2

1.Бесцветные ядерные клетки крови называются:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

2.Функцию транспорта веществ выполняют:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

3. Клетки, способные к передвижению:

А) эритроциты Б) лейкоциты В) тромбоциты

4.На рисунке изображен:

А) эритроцит Б) лейкоцит В) тромбоцит

5.Функция клетки, изображенной на рисунке:

А) транспорт газов Б) защитную

В) свертывание крови

6. В норме у здорового человека в 1 мм3 крови тромбоцитов должно содержаться в количестве:

А) 5 млн Б)5-10 тыс. В) 400 тыс.

7. Универсальным реципиентом называют людей

А) с 1 группой крови Б) со 2 группой крови

В) с 3 группой крови Г) с 4 группой крови

8. Людям с 1 группой крови можно переливать кровь

А) только 4 группы Б) 2 и 4 группы

В) любой группы Г) только 1 группы

9. В ответ на внедрение в организм болезнетворных организм в крови увеличивается количество:

А) эритроцитов

Б) лейкоцитов

В) тромбоцитов

10.Эритроциты человека, в отличие от эритроцитов лягушки

А) мельче Б) содержат ядро В) подвижны

Приложение №2

Лекция по новой теме:

Хромосомное определение пола

Большинство животных являются раздельнополыми организмами. Пол можно рассматривать как совокупность признаков и структур, обеспечивающих способ воспроизводства потомства и передачу наследственной информации. Пол чаще всего определяется в момент оплодотворения, то есть в определении пола главную роль играет кариотип зиготы. Кариотип каждого организма содержит хромосомы, одинаковые у обоих полов, — аутосомы, и хромосомы, по которым женский и мужской пол отличаются друг от друга, — половые хромосомы. У человека «женскими» половыми хромосомами являются две Х-хромосомы. При образовании гамет каждая яйцеклетка получает одну из Х-хромосом. Пол, у которого образуются гаметы одного типа, несущие Х-хромосому, называется гомогаметным. У человека женский пол является гомогаметным. «Мужские» половые хромосомы у человека — Х-хромосома и Y-хромосома. При образовании гамет половина сперматозоидов получает Х-хромосому, другая половина — Y-хромосому. Пол, у которого образуются гаметы разного типа, называется гетерогаметным. У человека мужской пол — гетерогаметный. Если образуется зигота, несущая две Х-хромосомы, то из нее будет формироваться женский организм, если Х-хромосому и Y-хромосому — мужской.

У животных можно выделить следующие четыре типа хромосомного определения пола.

1. Женский пол — гомогаметен (ХХ), мужской — гетерогаметен (ХY) (млекопитающие, в частности, человек, дрозофила).

Генетическая схема хромосомного определения пола у человека:

Генетическая схема хромосомного определения пола у дрозофилы:

2. Женский пол — гомогаметен (ХХ), мужской — гетерогаметен (Х0) (прямокрылые).

Генетическая схема хромосомного определения пола у пустынной саранчи:

3. Женский пол — гетерогаметен (ХY), мужской — гомогаметен (ХХ) (птицы, пресмыкающиеся).

Генетическая схема хромосомного определения пола у голубя:

4. Женский пол — гетерогаметен (Х0), мужской — гомогаметен (ХХ) (некоторые виды насекомых).

Генетическая схема хромосомного определения пола у моли:

Наследование признаков, сцепленных с полом

Установлено, что в половых хромосомах находятся гены, отвечающие не только за развитие половых, но и за формирование неполовых признаков (свертываемость крови, цвет зубной эмали, чувствительность к красному и зеленому цвету и т.д.). Наследование неполовых признаков, гены которых локализованы в Х- или Y-хромосомах, называют наследованием, сцепленным с полом.

Изучением наследования генов, локализованных в половых хромосомах, занимался Т. Морган.

У дрозофилы красный цвет глаз доминирует над белым. Реципрокное скрещивание — два скрещивания, которые характеризуются взаимно противоположным сочетанием анализируемого признака и пола у форм, принимающих участие в этом скрещивании. Например, если в первом скрещивании самка имела доминантный признак, а самец — рецессивный, то во втором скрещивании самка должна иметь рецессивный признак, а самец — доминантный. Проводя реципрокное скрещивание, Т. Морган получил следующие результаты. При скрещивании красноглазых самок с белоглазыми самцами в первом поколении все потомство оказывалось красноглазым. Если скрестить между собой гибридов F1, то во втором поколении все самки оказываются красноглазыми, а среди самцов — половина белоглазых и половина красноглазых. Если же скрестить между собой белоглазых самок и красноглазых самцов, то в первом поколении все самки оказываются красноглазыми, а самцы белоглазыми. В F2 половина самок и самцов — красноглазые, половина — белоглазые.

Объяснить полученные результаты наблюдаемого расщепления по окраске глаз Т. Морган смог, только предположив, что ген, отвечающий за окраску глаз, локализован в Х-хромосоме (ХА — красный цвет глаз, Ха — белый цвет глаз), а Y-хромосома таких генов не содержит.

Схема половых хромосом человека и сцепленных с ними генов:
1 — Х-хромосома; 2 — Y-хромосома.

У людей мужчина получает Х-хромосому от матери, Y-хромосому — от отца. Женщина получает одну Х-хромосому от матери, другую Х-хромосому от отца. Х-хромосома — средняя субметацентрическая, Y-хромосома — мелкая акроцентрическая; Х-хромосома и Y-хромосома имеют не только разные размеры, строение, но и по большей части несут разные наборы генов. В зависимости от генного состава в половых хромосомах человека можно выделить следующие участки: 1) негомологичный участок Х-хромосомы (с генами, имеющимися только в Х-хромосоме); 2) гомологичный участок Х-хромосомы и Y-хромосомы (с генами, имеющимися как в Х-хромосоме, так и в Y-хромосоме); 3) негомологичный участок Y-хромосомы (с генами, имеющимися только в Y-хромосоме). В зависимости от локализации гена в свою очередь выделяют следующие типы наследования.

Большинство генов, сцепленных с Х-хромосомой, отсутствуют в Y-хромосоме, поэтому эти гены (даже рецессивные) будут проявляться фенотипически, так как они представлены в генотипе в единственном числе. Такие гены получили название гемизиготных. Х-хромосома человека содержит ряд генов, рецессивные аллели которых определяют развитие тяжелых аномалий (гемофилия, дальтонизм и пр.). Эти аномалии чаще встречаются у мужчин (так как они гемизиготны), хотя носителем генов, обусловливающих эти аномалии, чаще бывает женщина. Например, если ХА — нормальная свертываемость крови, Ха — гемофилия и если женщина является носительницей гена гемофилии, то у фенотипически здоровых родителей может родиться сын-гемофилик:

Биология пола.Пол – это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих воспроизводство потомства и передачу наследственной информации. Половое размножение обеспечивает рекомбинацию генов и генотипическую адаптацию, т.е. лучшую приспособленность к изменяющимся условиям внешней среды.

Признаки, по которым различаются особи разных полов, делятся на первичные и вторичные половые признаки. К первичным половым признакам относятся те морфологические и физиологические особенности организма, которые обеспечивают образование гамет и соединение их в процессе оплодотворения: гонады, половые пути и наружные гениталии. Из числа вторичных половых признаков выделяют три группы:

- ограниченные полом признаки;

-признаки, сцепленные с полом;

- признаки, доминирование или рецессивность которых определяется полом.

К ограниченным полом признакам относят различия полов по размерам (самки некоторых видов крупнее самцов или наоборот). Более яркая окраска у самцов, шпоры у петухов, признаки молочности у коров, яйценоскость у кур – все это признаки, ограниченные полом.

Признаки, сцепленные с полом. Это признаки, гены которых находятся в половых хромосомах. Например, в Х-хромосоме находятся ген окраски глаз дрозофилы, ген цветной слепоты (дальтонизм) и гемофилии у человека.

К третьей группе признаков относится, например, наличие рогов у самцов некоторых пород овец. Причем рога проявляются у самцов уже при гетерозиготности по факту рогатости, самки остаются комолыми (безрогими), рога у них развиваются при гомозиготности по гену рогатости. Считают, что по этому типу наследуется облысение у человека.

Различие особей мужского и женского пола называется половым диморфизмом.

Хромосомная теория определения пола. У большинства видов млекопитающих и птиц половина особей при рождении являются самцами, половина – самками, т. е. соотношение 1:1. У млекопитающих и человека, а также у дрозофилы соматические клетки женских особей имеют одну пару гомологичных хромосом, обозначаемых ХХ, а мужских особей – ХY.

Т. Морган с сотрудниками экспериментально доказали, что Х- и Y-хромосомы имеют отношение к определению пола. Эти хромосомы названы половыми, а остальные – соматическими.

При мейозе у самок образуется один сорт яйцеклеток, у самцов – два сорта: половина с Х-хромосомой, половина с Y-хромосомой. Половые клетки называются гаметами. Пол, образующий один тип гамет, назван гомогаметным, а пол, образующий два типа гамет – гетерогаметным.

В настоящее время выделяют следующие типы детерминации пола:

1.прогамный – определение пола происходит до слияния гамет и независимо от него, благодаря наличию двух типов яйцеклеток (у некоторых червей и коловраток);

2. эпигамный – формирование признаков пола происходит после слияния гамет и независимо от него, под влиянием условий внешней среды (у некоторых растений, морских червей и рептилий);

3. сингамный – пол будущего организма определяется в момент слияния гамет и зависит от типа сливающихся гамет (у большинства живых организмов). К сингамному типу относятся хромосомное определение пола и определение пола по плоидности.

Хромосомное определение пола – это наиболее распространенный механизм, связанный с наличием особых половых хромосом, детерминирующих формирование мужского и женского организмов. Пол, содержащий разные половые хромосомы называется гетерогаметным, содержащий одинаковые половые хромосомы – гомогаметным. Различаю следующие типы хромосомного определения пола: XY, XO, ZW, ZO.

При гетерогаметности мужского пола самцы содержат либо одну Х-хромосому, либо Х- и Y-хромосому. XY-тип характерен для млекопитающих, большинства позвоночных и некоторых беспозвоночных, встречается у человека и дрозофилы. ХО-тип встречается у большинства прямокрылых, клопов, жуков, пауков.

При гетерогаметности женского пола самцы содержат две Z-хромосомы, а самки либо Z и W, либо одну Z-хромосому.

Соотношение полов.Существует генетический механизм определения пола, обеспечивающий соотношение 1:1. Для того, чтобы это соотношение проявилось у новорожденных, необходимы следующие условия:

1. Особи гетерогаметного (мужского) пола должны образовывать половину гамет, определяющих мужской пол, и половину – женский.

2. Гаметы при всех условиях должны обладать одинаковой жизнеспособностью.

3. Гаметы, определяющие мужской и женский пол, должны обладать равной способностью к оплодотворению.

4. Самцы и самки должны обладать одинаковой жизнеспособностью при рождении.

5. Число животных, по которым вычисляется соотношение полов, должно быть достаточно большим.

Различают три типа соотношения полов:

1) первичное – при оплодотворении яйцеклеток;

2) вторичное – при рождении или вылуплении;

3) третичное – для какого-либо более позднего возраста, при рождении, в 1, 2, 10, 70 лет и т. д.

У млекопитающих и человека под соотношением полов понимают вторичное соотношение, у птиц – первичное.

У человека при рождении соотношение полов 103-107 ♂♂: 100 ♀♀.

Наследование признаков, сцепленных с полом.Наследование признаков, гены которых находятся в половых хромосомах, называется наследованием, сцепленным с полом. Изучая наследование таких признаков, сцепленных с полом, Т. Морган установил наличие связи определенных генов с половыми хромосомами у дрозофилы и тем самым заложил основу хромосомной теории наследственности.

Примером сцепленной с полом наследственности у организмов с ХY-типом половых хромосом может быть наследование гена А, расположенного в Х-хромосоме дрозофилы и определяющего окраску глаз (доминантный ген Аопределяет красную окраску глаз, а рецессивный ген а – белую).

Если самку дрозофилы с белыми глазами и генотипом ааскрестить с самцом, имеющим красные глаза и генотип А (так как ген имеется только в хромосоме Х), то в F1 все самцы будут иметь белые глаза (Х-хромосому

они получат от матери, у которой в Х-хромосоме имеется ген а), а все самки – красные глаза, так как одну Х-хромосому они получат от матери, а другую - от отца, имеющую доминантный ген А. В F2 половина самок и самцов будут иметь белые глаза, а вторая половина – красные. Это соответствует распределению в F2 «отцовских» и «материнских» Х-хромосом исходных особей. Таким образом, доминантный ген А, расположенный в Х-хромосоме самца, передается от отца к дочерям и от них внукам и внучкам.

Иначе обстоит дело в тех скрещиваниях, где мать гомозиготна по гену А и имеет красные глаза, а отец обладает геном а и имеет белые глаза.

В этом случае все гибриды F1, как самцы, так и самки, имеют красные глаза, но самки гетерозиготны и являются носительницами рецессивного гена а. В F2 половина самцов имеют белые глаза, а половина самок – носительницы гена а. Таким образом, рецессивный ген а, расположенный в Х-хромосоме самца передается от отца через дочерей-носительниц к внукам.

Y-хромосома обычно не содержит генов, поэтому ген, локализованный в половой Х-хромосоме самца любого млекопитающего, будет передаваться его дочерям, а не сыновьям. Если этот ген рецессивен и если у дочерей имеется полученный от матери его доминантный аллель, то действие этого рецессивного гена не проявится. Наоборот, если рецессивный ген имеется в одной их Х-хромосом самки, а в другой Х-хромосоме отсутствует, то этот сцепленный с полом ген может передаваться половине не только сыновей, но и дочерей самки. Если этот ген полностью рецессивен и если дочь получит от своего отца доминантный аллель этого гена, то его фенотипическое действие не проявится. Если сын получит рецессивный ген от матери, то у сына проявится сцепленный с полом рецессивный признак, так как Y-хромосома не содержит доминантного аллеля.

Признаки, сцепленные с полом, у человека.У человека более 1000 генов сцеплены с Х-хромосомой, в том числе гемофилия, цветовая слепота, мышечная дистрофия Дюшена, потемнение эмали зубов и другие. Часть генов локализована в Y-хромосоме, а часть в Х-хромосоме.

Локализация генов в Y-хромосоме установлена для некоторых случаев синдактилии (перепончатое сращение второго и третьего пальцев на ноге), чешуйчатости кожи, пертрихоза края ушной раковины (ряды волос).

Признаки генов, локализованных в Y-хромосоме, передаются только по мужской линии и наследуются сыновьями.

Х-сцепленный рецессивный тип наследования характерен для таких патологий как дальтонизм и гемофилия.

Если женщина, больная дальтонизмом, выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, то у их детей наблюдается перекрестное наследование. Все дочери от такого брака получат ген отца, и будут иметь нормальное зрение, а сыновья получат ген матери и дальтонизм. Это происходит потому, что сыновья получают Х-хромосому только от матери. Дочери получают одну Х-хромосому от отца, а другую от матери, и все имеют нормальное зрение, так как ген дальтонизма рецессивен. Если дочь от такого брака выйдет замуж за дальтоника, то у них будет рождаться половина сыновей и дочерей с нормальным зрением, а половина дальтоников.

Если отец является дальтоником, а мать имеет нормальное зрение, то все дети от этого брака будут иметь нормальное зрение. При этом все дочери становятся носителями дальтонизма, что может проявиться в последующих поколениях.

Однако если гетерозиготная женщина вступают в брак с мужчиной снормальным зрение, то все дочери будут иметь нормальное зрение, а среди сыновей половина будет дальтониками.

Другим примером наследования, сцепленного с полом, является рецессивный полулетальный ген, вызывающий несвертываемость крови на воздухе – гемофилию. Это заболевание появляется почти исключительно у мальчиков. Передает болезнь мать, гетерозиготная по рецессивному гену гемофилии. Наследуется этот признак так же, как дальтонизм.

Х-сцепленный доминантный тип наследования характерен для некоторых форм патологий, например, витамин D-резистентному рахиту, который вызывает недостаточность органического фосфора в крови. Заболевание проявляется как у гомозигот, так и у гетерозигот. В браке больного мужчины со здоровой женщиной наблюдаются следующие особенности наследования патологии:

1. все сыновья и их дети-мальчики будут здоровыми, так как от отца им может передаться только Y-хромосома;

2. все дочери будут гетерозиготами и фенотипически больными.

В браке гетерозиготных больных женщин со здоровыми мужчинами соотношение больных и здоровых детей 1:1, и половых различий нет. Отмечается более сильное проявление болезни у сыновей, так как у них отсутствует компенсирующее действие нормальногоаллеля.

Другим примером доминантного гена, локализованного в Х-хромосоме человека, может служить ген, вызывающий дефект зубов, приводящий к потемнению эмали.

Наследование признаков, ограниченных полом.Некоторые признаки, независимо от сцепления с полом, проявляются у особей только одного пола. Такие признаки называются ограниченными полом. Примером ограниченных полом признаков являются крипторхизм, паховая грыжа и «болезнь белых телок».

Крипторхизм – это неопущение одного или обоих семенников в мошонку. Встречается у млекопитающих и человека. При паховой грыже петли кишечника проходят через паховое кольцо в мошонку. Встречается также у человека и млекопитающих. «Болезнь белых телок» связана с нарушением развития у эмбрионов самок крупного рогатого скота с белой окраской шерсти мюллеровых протоков. В результате формируется ненормальная матка и влагалище.

Контролируемые полом признаки.Эти признаки проявляются у особей обоих полов, но у одного пола в больше степени и чаще, чем у другого. Примером такого признака является наследование плешивости у мужчин и женщин. У мужчин ген плешивости доминирует, а у женщин нет. Поэтому у мужчин для облысения достаточно одного доминантного аллеля гена, тогда как у женщин для облысения необходимагомозиготность по этому доминантному аллелю.

Появление контролируемых полом признаков определяется соотношение количества мужского и женского полового гормона в крови. Женский половой гормон в данном случае препятствует проявлению доминантного гена, а мужской гормон – способствует.

Модификационная изменчивость. Норма реакции. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций. Взаимодействие среды и генотипа в проявлении признаков человека.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость - изменения в организме, связанные с изменением фенотипа вследствие влияния окружающей среды и носящие адаптивный характер. Генотип при этом не изменяется.

Модификационная изменчивость - не изменения генотипа, а его реакция на условия окружающей среды. При модификационной изменчивости наследственные формы половых клеток не изменяются, - изменяется проявление генов в соматических клетках. При действии окружающей среды на организм изменяется течение ферментативных реакций и появления специализированных ферментов, некоторые из которых (MAP-киназа) ответственны за регуляцию считывания генетической информации и транскрипции генов в ответ на изменения окружающей среды. Таким образом, факторы окружающей среды способны регулировать экспрессию генов, то есть, интенсивность выработки ими специфических белков, функции которых отвечают специфическим факторам окружающей среды. Например, за выработку меланина ответственны четыре гена, которые находятся в разных хромосомах. Наибольшее количество аллелей в этих генах - 8 - содержится у людей негроидной расы. При воздействии специфической окружающей среды, например, интенсивного воздействия ультрафиолетовых лучей, эти гены вызывают усиленный биосинтез фермента тирозиназы. Тирозиназа, в свою очередь, катализирует окислительный процесс аминокислоты тирозина. Дальнейшее образование меланина проходит без участия ферментов, однако большее количество фермента обуславливает более интенсивную пигментацию.

Предел проявления модификационной изменчивости изменения в организме - норма реакции - обусловлена генотипом. Норма реакции может быть широкой (количественные изменения - размеры листка, окраска у бабочек) и узкой (качественные изменения - жирность молока, яйценоскость у птиц). Норма реакции имеет предел для каждого вида - например, усиленное кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет находиться в пределах нормы реакции, характерной для данной породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для разных изменений есть разные пределы нормы реакции. Например, сильно варьируются величина удоя, продуктивность злаков (количественные изменения), слабо - интенсивность окраски животных и т. д. (качественные изменения).

Критические периоды развития. Дискретность онтогенеза проявляется также в так называемых критических периодах развития, найденных у животных. Понятие «критический период» относится не ко всему организму в целом, а к определенным органам и тканям. Любой орган проходит свой критический период в момент интенсивного морфогенеза. Именно в это время он оказывается наиболее чувствительным к действию факторов среды и наиболее изменчивым под их влиянием. Поэтому внешние факторы легче всего могут вызывать фенотипические изменения тех признаков, которые в момент действия данного фактора проходят критический период.

Морфозы. Ненаследственные фенотипические изменения, возникающие под действием какого-либо фактора среды на организм, находящийся на определенной стадии развития (критический период), получили название морфозов. Некоторые морфозы представляют собой ненаследствеппые копии мутаций — они называются фенокопиями.

У разных организмов в результате повреждающего воздействия на один и тот же критический период онтогенеза возникают, как правило, однотипные морфозы.'Например, воздействие каким-либо агентом, тормозящим развитие переднего мозгового пузыря зародыша, вызывает одинаковую аномалию — циклопшо у животных и человека.

Морфозы характеризуются тем, что они могут возникать массово, если действие агента приходится как раз на время критического периода, наступающего синхронно у большей части подвергавшихся воздействию особей. Так, при действии некоторых химических веществ на личинок дрозофилы в критический период развития имагинального диска крыла удается получать до 100% особей с однотипнымиморфозами, имитирующими мутантный признак — вырезку на крыле. Подобные изменения можно вызывать и при воздействии другими агентами, например высокой температурой и др. Это показывает, что действие различных агентов во время критических периодов может быть неспецифичным.

Фенокопии. Фенокопии, имитируя наследственные изменения, сами не наследуются, так как они представляют изменения в соматических клетках, но предрасположение к возникновению определенного типа феиокопий обусловливается генотипом. Известны случаи, когда факторы внешней среды вызывают фенокопии, которые имеют приспособительное значение, например: в периоды низких температур в природе появляются меланистические формы у насекомых, формы с антоциановой окраской у растений и т. д.

Фенокопии — изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации. В медицине фенокопии — ненаследственные болезни, сходные с наследственными. Распространенная причина фенокопий у млекопитающих — действие на беременных тератогенов различной природы, нарушающих эмбриональное развитие плода (генотип его при этом не затрагивается). При фенокопиях изменённый под действием внешних факторов признак копирует признаки другого генотипа (например, у человека приём алкоголя во время беременности приводит к комплексу нарушений, которые до некоторой степени могут копировать симптомы болезни Дауна).

В целом современное понятие «адаптивные модификации» соответствует понятию «определенной изменчивости», которое ввел в науку Чарльз Дарвин.

Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — приспособление организма ко внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Феноти́п— совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом внешне средовых факторов. У диплоидных организмов в фенотипе проявляются доминантные гены.

Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретённых в результате онтогенеза (индивидуального развития). Большинство молекул и структур кодируемых генетическим материалом, не заметны во внешнем виде организма, хотя являются частью фенотипа. Например, именно так обстоит дело с группами крови человека. Поэтому расширенное определение фенотипа должно включать характеристики, которые могут быть обнаружены техническими, медицинскими или диагностическими процедурами. Дальнейшее, более радикальное расширение может включать приобретенное поведение или даже влияние организма на окружающую среду и другие организмы.

Факторы, от которых зависит фенотипическое разнообразие, генетическая программа (генотип), условия среды и частота случайных изменений (мутации), обобщены в следующей зависимости:

генотип + внешняя среда + случайные изменения → фенотип

Способность генотипа формировать в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы называют нормой реакции. Она характеризует долю участия среды в реализации признака. Чем шире норма реакции, тем больше влияние среды и тем меньше влияние генотипа в онтогенезе. Обычно чем разнообразнее условия обитания вида, тем шире у него норма реакции.

Лекция № 21. Изменчивость

Изменчивость — способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Благодаря изменчивости, организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания.

Различают две основные формы изменчивости: наследственная и ненаследственная.

Наследственная, или генотипическая, изменчивость — изменения признаков организма, обусловленные изменением генотипа. Она, в свою очередь, подразделяется на комбинативную и мутационную. Комбинативная изменчивость возникает вследствие перекомбинации наследственного материала (генов и хромосом) во время гаметогенеза и полового размножения. Мутационная изменчивость возникает в результате изменения структуры наследственного материала.

Ненаследственная, или фенотипическая, или модификационная, изменчивость — изменения признаков организма, не обусловленные изменением генотипа.

Мутации

Мутации — это стойкие внезапно возникшие изменения структуры наследственного материала на различных уровнях его организации, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Термин «мутация» введен в науку Де Фризом. Им же создана мутационная теория, основные положения которой не утратили своего значения по сей день.

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходов.
2. Мутации наследственны, т.е. стойко передаются из поколения в поколение.
3. Мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (как при модификационной изменчивости), они являются качественными изменениями.
4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
5. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
6. Мутации индивидуальны, то есть возникают у отдельных особей.

Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

По типу клеток, в которых мутации произошли, различают: генеративные и соматические мутации.

Генеративные мутации возникают в половых клетках, не влияют на признаки данного организма, проявляются только в следующем поколении.

Соматические мутации возникают в соматических клетках, проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

По адаптивному значению выделяют: полезные, вредные (летальные, полулетальные) и нейтральные мутации. Полезные — повышают жизнеспособность, летальные — вызывают гибель, полулетальные — снижают жизнеспособность, нейтральные — не влияют на жизнеспособность особей. Следует отметить, что одна и та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других — вредной.

По характеру проявления мутации могут быть доминантными и рецессивными. Если доминантная мутация является вредной, то она может вызвать гибель ее обладателя на ранних этапах онтогенеза. Рецессивные мутации не проявляются у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняются в популяции в «скрытом» состоянии и образуют резерв наследственной изменчивости. При изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование.

В зависимости от того, выявлен ли мутаген, вызвавший данную мутацию, или нет, различают индуцированные и спонтанные мутации. Обычно спонтанные мутации возникают естественным путем, индуцированные — вызываются искусственно.

В зависимости от уровня наследственного материала, на котором произошла мутация, выделяют: генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Генные мутации — изменения структуры генов. Поскольку ген представляет собой участок молекулы ДНК, то генная мутация представляет собой изменения в нуклеотидном составе этого участка. Генные мутации могут происходить в результате: 1) замены одного или нескольких нуклеотидов на другие; 2) вставки нуклеотидов; 3) потери нуклеотидов; 4) удвоения нуклеотидов; 5) изменения порядка чередования нуклеотидов. Эти мутации приводят к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи и, следовательно, к изменению функциональной активности белковой молекулы. Благодаря генным мутациям возникают множественные аллели одного и того же гена.

Заболевания, причиной которых являются генные мутации, называются генными (фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, гемофилия и т.д.). Наследование генных болезней подчиняется законам Менделя.

Хромосомные мутации

Это изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации (делеция, инверсия, дупликация, инсерция), так и между хромосомами — межхромосомные мутации (транслокация).

Делеция — утрата участка хромосомы (2); инверсия — поворот участка хромосомы на 180° (4, 5); дупликация — удвоение одного и того же участка хромосомы (3); инсерция — перестановка участка (6).

Хромосомные мутации: 1 — парахромосом; 2 — делеция; 3 — дупликация; 4, 5 — инверсия; 6 — инсерция.

Транслокация — перенос участка одной хромосомы или целой хромосомы на другую хромосому.

Заболевания, причиной которых являются хромосомные мутации, относятся к категории хромосомных болезней. К таким заболеваниям относятся синдром «крика кошки» (46, 5р-), транслокационный вариант синдрома Дауна (46, 21 t2121) и др.

Геномные мутации

Геномной мутацией называется изменение числа хромосом. Геномные мутации возникают в результате нарушения нормального хода митоза или мейоза.

Гаплоидия — уменьшение числа полных гаплоидных наборов хромосом.

Полиплоидия — увеличение числа полных гаплоидных наборов хромосом: триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т.д.

Гетероплоидия (анеуплоидия) — некратное увеличение или уменьшение числа хромосом. Чаще всего наблюдается уменьшение или увеличение числа хромосом на одну (реже две и более).

Наиболее вероятной причиной гетероплоидии является нерасхождение какой-либо пары гомологичных хромосом во время мейоза у кого-то из родителей. В этом случае одна из образовавшихся гамет содержит на одну хромосому меньше, а другая — на одну больше. Слияние таких гамет с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим числом хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для данного вида: нулесомия (2n - 2), моносомия (2n - 1), трисомия (2n + 1), тетрасомия (2n + 2) и т.д.

На генетических схемах, приведенных ниже, показано, что рождение ребенка с синдромом Клайнфельтера или синдромом Тернера-Шерешевского можно объяснить нерасхождением половых хромосом во время анафазы 1 мейоза у матери или у отца.

1) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у матери

2) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у отца

Заболевания, причиной которых являются геномные мутации, также относятся к категории хромосомных. Их наследование не подчиняется законам Менделя. Кроме вышеназванных синдромов Клайнфельтера или Тернера-Шерешевского, к таким болезням относятся синдромы Дауна (47, +21), Эдвардса (+18), Патау (47, +15).

Полиплодия характерна для растений. Получение полиплоидов широко используется в селекции растений.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова

«Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство».

Этот закон можно проиллюстрировать на примере семейства Мятликовые, к которому относятся пшеница, рожь, ячмень, овес, просо и т.д. Так, черная окраска зерновки обнаружена у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других растений, удлиненная форма зерновки — у всех изученных видов семейства. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости позволил самому Н.И. Вавилову найти ряд форм ржи, ранее не известных, опираясь на наличие этих признаков у пшеницы. К ним относятся: остистые и безостые колосья, зерновки красной, белой, черной и фиолетовой окраски, мучнистое и стекловидное зерно и т.д.

*Примечание. Знак «+» означает наличие наследственных форм, обладающих указанным признаком.

Открытый Н.И. Вавиловым закон справедлив не только для растений, но и для животных. Так, альбинизм встречается не только в разных группах млекопитающих, но и птиц, и других животных. Короткопалость наблюдается у человека, крупного рогатого скота, овец, собак, птиц, отсутствие перьев — у птиц, чешуи — у рыб, шерсти — у млекопитающих и т.д.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости имеет большое значение для селекции, поскольку позволяет предугадать наличие форм, не обнаруженных у данного вида, но характерного для близкородственных видов. Причем искомая форма может быть обнаружена в дикой природе или получена путем искусственного мутагенеза.

Искусственное получение мутаций

В природе постоянно идет спонтанный мутагенез, но спонтанные мутации — достаточно редкое явление, например, у дрозофилы мутация белых глаз образуется с частотой 1:100 000 гамет.

Факторы, воздействие которых на организм приводит к появлению мутаций, называются мутагенами. Обычно мутагены подразделяют на три группы. Для искусственного получения мутаций используются физические и химические мутагены.

Индуцированный мутагенез имеет большое значение, поскольку дает возможность создания ценного исходного материала для селекции, а также раскрывает пути создания средств защиты человека от действия мутагенных факторов.

Модификационная изменчивость

Модификационная изменчивость — это изменения признаков организмов, не обусловленные изменениями генотипа и возникающие под влиянием факторов внешней среды. Среда обитания играет большую роль в формировании признаков организмов. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип.

Примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разная форма листьев у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде, — стреловидную. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) появляется загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна.

Модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами: 1) ненаследуемость; 2) групповой характер изменений (особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки); 3) соответствие изменений действию фактора среды; 4) зависимость пределов изменчивости от генотипа.

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Это объясняется тем, что генотип определяет конкретные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции. Норма реакции выражается в совокупности фенотипов организмов, формирующихся на основе определенного генотипа под влиянием различных факторов среды. Как правило, количественные признаки (высота растений, урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, то есть могут изменяться в широких пределах, чем качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства.

Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей (n). Степень выраженности изучаемого признака у членов выборочной совокупности различна. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n = 100), подсчитать число колосков в колосе (v) и число колосьев с данным количеством колосков, то вариационный ряд будет выглядеть следующим образом.

Вариационная кривая

На основании вариационного ряда строится вариационная кривая — графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты.

Среднее значение признака встречается чаще, а вариации, значительно отличающиеся от него, — реже. Это называется «нормальным распределением». Кривая на графике бывает, как правило, симметричной.

Среднее значение признака подсчитывается по формуле:

где М — средняя величина признака; ∑(v·p) — сумма произведений вариант на их частоту встречаемости; n — количество вариант.

В данном примере среднее значение признака (числа колосков в колосе) равно 17,13.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

теоретического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Модификационная изменчивость. Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков. Наследственная изменчивость. Мутации, мутагены»

Тема:

Модификационная изменчивость. Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков. Наследственная изменчивость. Мутации, мутагены

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия:изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: изучить и классифицировать понятие «изменчивость», сформировать знания о модификационной и наследственной изменчивостях и их основных характеристиках; научиться определять различные формы изменчивости, расширить знания обучающихся о формах наследственной изменчивости и определить их практическое значение.

 Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная , ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: презентация; учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии

Оснащение занятия:мультимедийный проектор, презентация «Методы селекции»

Междисциплинарные связи:с генетикой человека с основами медицинской генетики; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности:по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

1. Биология пола

2. Хромосомная теория определения пола

3. Соотношение полов

4. Наследование признаков, сцепленных с полом

5. Признаки, сцепленные с полом у человека

6. Наследование признаков, ограниченных полом

7. Контролируемые полом признаки

Приложение №2

Лекция по новому материалу:

Модификационная изменчивость.

Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков

Модификационная изменчивость — это изменения признаков организмов, не обусловленные изменениями генотипа и возникающие под влиянием факторов внешней среды. Среда обитания играет большую роль в формировании признаков организмов. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип.

Примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разная форма листьев у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде, — стреловидную. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) появляется загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна.

Модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами: 

1) ненаследуемость; 

2) групповой характер изменений (особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки); 

3) соответствие изменений действию фактора среды; 

4) зависимость пределов изменчивости от генотипа.

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Это объясняется тем, что генотип определяет конкретные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции. Норма реакции выражается в совокупности фенотипов организмов, формирующихся на основе определенного генотипа под влиянием различных факторов среды. Как правило, количественные признаки (высота растений, урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, то есть могут изменяться в широких пределах, чем качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства.

Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей (n). Степень выраженности изучаемого признака у членов выборочной совокупности различна. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n = 100), подсчитать число колосков в колосе (v) и число колосьев с данным количеством колосков, то вариационный ряд будет выглядеть следующим образом.

Вариационная кривая

На основании вариационного ряда строится вариационная кривая — графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты.

Среднее значение признака встречается чаще, а вариации, значительно отличающиеся от него, — реже. Это называется «нормальным распределением». Кривая на графике бывает, как правило, симметричной.

Среднее значение признака подсчитывается по формуле:

где М — средняя величина признака; ∑(v·p) — сумма произведений вариант на их частоту встречаемости; n — количество вариант.

В данном примере среднее значение признака (числа колосков в колосе) равно 17,13.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

Наследственная изменчивость. Мутации, мутагены. 

Способность организмов изменяться под действием наследственных и ненаследственных факторов называется изменчивостью. Она определяет различия между признаками у особей одного вида, а также между родственными особями одного или нескольких поколений, между родительскими особями и потомками. Изменчивость может быть наследственной — онтогенетической, комбинативной, мутационной, коррелятивной — и ненаследственной — модификационной.

Онтогенетическая изменчивость. Ее можно определить как совокупность последовательных изменений признаков и свойств особи в процессе ее индивидуального развития (онтогенеза). В онтогенезе особи происходит реализация наследственной информации, полученной от родителей, путем последовательного совместного действия комплекса генов. В результате у животного или растения формируются органы, признаки и свойства, характерные для данного вида и присущие только данным особям. В онтогенетической изменчивости важная роль принадлежит морфогенетическим корреляциям, благодаря которым сохраняется строго определенный тип развития органов и их признаков. В процессе онтогенеза каждый признак формируется самостоятельно, но в строгом соответствии с генетически детерминированным общим планом развития данной особи.

Комбинативная изменчивость. В этом случае новые наследственные сочетания признаков у потомства возникают в результате перекомбинации признаков отцовской и материнской форм. Этот вид изменчивости широко используют в животноводстве, при создании новых сортов сельскохозяйственных растений. Сущность комбинативной изменчивости выражена законом Г. Менделя о независимом наследовании признаков. Причиной комбинативной изменчивости может быть кроссинговер, определяющий перекомбинацию генов в группах сцепления родительских хромосом.

В процессе оплодотворения происходит слияние отцовской и материнской половых клеток, объединение в организме потомка наследственной информации родительских форм. В онтогенезе особи признаки родительских форм проявятся в самых различных сочетаниях. В племенном деле, в селекции растений зачастую скрещивают родительские формы с альтернативными признаками. Среди гибридов для создания новой породы или нового сорта отбирают потомков, у которых наиболее удачно сочетаются признаки родительских форм. Например, скрещивание высокоудойных животных черно-пестрой породы с животными айрширской породы, которую отличает высокая жирность молока, позволяет получать помесей, сочетающих наилучшие показатели того и другого признака.

Мутационная изменчивость.Мутациями называют наследственные изменения отдельных признаков и свойств или комплекса их, которые возникают в результате воздействия мутагенных факторов на наследственный аппарат клетки. Под влиянием мутагенов изменяется наследственная информация о развитии соответствующего признака. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, а организм, у которого мутировал тот или иной признак, — мутантом. Мутации могут возникать случайно (их называют спонтанными) или могут быть вызваны путем воздействия на животное или растение различными мутагенами (индуцированные мутации).

Индуцированная мутационная изменчивость довольно широко используется в селекции растений для создания новых сортов, а также в пушном звероводстве. Так, у норок насчитывают 27 мутаций окраски меха, многие из них имеют определенную ценность для пушной промышленности.

Коррелятивная изменчивость. В зависимости от изменчивости или степени развития другого признака коррелятивная (соотносительная) изменчивость может быть положительной или отрицательной. Например, с увеличением живой массы коров-первотелок возрастает удой, с увеличением удоя снижается жирномолочность и т. д. Коррелятивная изменчивость оказывает существенное влияние на онтогенетическую, комбинативную и мутационную изменчивость. Ее влияние распространяется и на степень и характер ненаследственной, модификационной изменчивости.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

практического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Классификация наследственных заболеваний. Хромосомные и моногенные заболевания»

Тема:

Классификация наследственных заболеваний. Хромосомные и моногенные заболевания 

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия:изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: способствовать формированию понятий о наследственных болезнях человека, наследование некоторых признаков, сцепленных с полом человека, болезней генных, хромосомных, геномных мутаций.

 Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная, ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии        

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности:по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Место проведения: кабинет биологии

Оснащение занятия:мультимедийный проектор, презентация «Методы селекции»

Междисциплинарные связи:с генетикой человека с основами медицинской генетики; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности:по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия

Приложение №1

Решение задачи на наследование сцепленное с полом:

1) Ген гемофилии рецессивный признак (н) и локализован в Х хромосоме.

Какими будут от брака дети, если отец гемофилик, а мать здорова.

2) У человека слишком тонкий слой зубной эмали (гипоплазия) обусловлен доминантным геном (А), расположенным в X – хромосоме. Женщина с нормальными зубами выходит замуж за мужчину с этим заболеванием.

1. Сколько типов гамет образуется у женщины?
2. Сколько типов гамет образуется у мужчин?
3. Сколько разных фенотипов может быть у детей в этой семье?
4. Какова вероятность, что мальчики в данной семье будут лишены этого дефекта?
5. Какова вероятность рождения в этой семье здоровой дочери?
6. Если девочки, повзрослев, выйдут замуж за здоровых мужчин, то с какой вероятностью этот дефект может проявиться у их детей?
7. Какого пола будут их дети с этим заболеванием?

3) Какие дети могли бы родиться от брака мужчины-гемофилика с женщиной, страдающей дальтонизмом (а в остальном – имеющей вполне благополучный генотип).

4) Дочь дальтоника выходит замуж за сына другого дальтоника, причем жених и невеста различают цвета нормально. Каким будет зрение у их детей?

5)У человека цветовая слепота обусловлена рецессивным геном (с), локализованным в X-хромосоме, а нормальное умение различать цвета – доминантным геном (С). Определите, каких детей можно ожидать от следующих браков: 1) XcXcXCY; 2) XСXcXсY;                      3) XСXcXCY.

Почему сыновья здоровы? Что значит женщина носительница? А когда могут быть больны дочери? (Мать – носительница, отец – дальтоник.)

предлагаю на данном примере (схема на доске) рассмотреть схему скрещивания при наследовании гемофилии и закончить решение этой задачи.

Н - ген нормальной свертываемости крови

h - ген гемофилии

Приложение №2

Лекция по новому материалу:

Наследственные болезни и их классификация. Генные, хромосомные и геномные наследственные болезни.

Наследственные болезни и их классификация

Наследственные болезни – это заболевания человека, обусловленные хромосомными и генными мутациями. Врожденные болезни – это те заболевания, которые имеются уже при рождении ребенка и могут быть обусловлены как наследственными, так и экзогенными факторами. Например, пороки развития, связанные с воздействием на эмбрион и плод ионизирующего излучения, химических соединений, лекарственных средств, принимаемых матерью, а также внутриутробных инфекций.

Далеко не все наследственные болезни относят к врожденным, т.к. многие из них проявляются уже после периода новорожденности (например, хорея Гентингтона клинически обнаруживается после 40лет).

Хорея Гентингтона – это хроническое заболевание нервной системы, которое медленно прогрессирует и передается по наследству. Болезнь характеризуется психическими нарушениями, нарастающим хореическим гиперкинезом (нерегулируемыми непроизвольными движениями, которые ограничивают двигательную активность больного), а также деменцией (слабоумием). Хорея – это нарушение двигательной функции, которое проявляется в виде беспорядочных, порывистых движений, не поддающихся контролю больного. Это могут быть как жесты руками, так и мимические жесты, гротескные по своему проявлению. Впервые болезнь описал в 1872 г. американский психиатр Джордж Гентингтон, именем которого ее и назвали.

В качестве синонима термина «наследственные болезни» не следует также рассматривать термин «семейные болезни», т.к. семейные заболевания могут быть обусловлены не только наследственными факторами, но и условиями жизни, национальными либо профессиональными традициями семьи.

Существуют различные виды классификаций наследственных болезней. В зависимости от соотношения роли наследственных и экзогенных факторов в этиологии и патогенезе различных заболеваний все болезни человека условно можно разделить на три группы.

Первая группа – это собственно наследственные болезни, т.е. болезни, при которых проявление патологической мутации как этиологического фактора практически не зависит от влияния окружающей среды, которая в этом случае определяет лишь степень выраженности симптомов болезни. Это все хромосомные и генные наследственных болезней с полным проявлением, например, болезнь Дауна, фенилкетонурия, гемофилия и др.

Вторая группа - это мультифакториальные болезни, в основе которых лежит взаимодействие генетических и средовых факторов. К болезням этой группы относятся гипертоническая болезнь, атеросклероз, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, сахарный диабет, аллергические заболевания, многие пороки развития, определенные формы ожирения.

Генетические факторы, представленные полигенной системой, обусловливают генетическую предрасположенность, которая может быть реализована при воздействии неблагоприятных или вредных факторов окружающей среды (физического или умственного переутомления, нарушения режима и сбалансированности питания ит.п.). Для одних из них влияние окружающей среды имеет большее, для других - меньшее значение.

К мультифакториальным болезням относят также состояния, при которых роль генетического фактора может играть один единственный мутантный ген, но проявляется это состояние также только при определенных условиях. Примером такого состояния может служить дефицит глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназы.

Болезни третьей группы связаны исключительно с воздействием неблагоприятных или вредных факторов окружающей среды. К этой группе относят травмы, ожоги, острые инфекционные болезни. Однако генетические факторы могут оказывать определенное влияние на течение патологического процесса, т. е. на темпы выздоровления, переход острых процессов в хронические, развитие декомпенсации функций пораженных органов.

Наследственные болезни обычно подразделяют на три основные группы:

моногенные,

полигенные (мультифакториальные, или болезни с наследственным предрасположением) и

хромосомные.

Клиническая классификация наследственных болезней построена по органному и системному принципам. Согласно этой классификации, выделяют наследственные болезни нервной, эндокринной, дыхательной и сердечнососудистой систем, печени, желудочно-кишечного тракта, почек, системы крови, кожи, уха, носа, глаз и др. Такая классификация условна. Большинство наследственных болезней характеризуется вовлечением в патологический процесс нескольких органов или системным поражением тканей.

2. Моногенные и полигенные заболевания.

Моногенные заболевания обусловлены мутациями или отсутствием отдельного гена. Мутации могут захватывать один или оба аллеля. Клинические проявления возникают в результате отсутствия генетической информации или реализации дефектной. Моногенные заболевания наследуются в полном соответствии с законами Менделя. По типу наследования могут быть аутосомно-доминантными, аутосомно-рецессивными и сцепленными с полом; по фенотипическому проявлению— ферментопатиями (болезнями обмена веществ, в т.ч. болезнями, обусловленными нарушением репарации ДНК): болезнями, обусловленными молекулярной патологией структурных белков; иммунопатологией; нарушениями синтеза транспортных белков (в т.ч. белков крови) и пептидных гормонов; патологией свертывающей системы крови; дефектами механизма переноса веществ через клеточные мембраны.

Аутосомно-доминантный тип наследования характерен для наследственных болезней, в основе которых лежит нарушение синтеза структурных белков или белков, выполняющих специфические функции (например, гемоглобина). Действие мутантного гена проявляется практически всегда. Больные мальчики и девочки рождаются с одинаковой частотой. Вероятность развития болезни в потомстве составляет 50%. Наследуются Марфана синдром, болезнь Олбрайта, дизостозы , отосклероз, пароксизмальная миоплегия и др.

Синдром Марфана - мутации в гене фибриллина, ведущие к нарушению его синтеза. Наиболее специфическими для синдрома Марфана являются нарушения скелета, вывих хрусталика, изменения в сердечнососудистой системе, эктазия твердой мозговой оболочки. Для поражения опорно-двигательной системы характерно – арахнодактилия; высокий рост, длинные конечности; деформация позвоночника (сколиоз, грудной лордоз, гиперкифоз); деформация грудной стенки(вдавленная или «куриная» грудь);ненормальная подвижность суставов(гиперподвижность или контрактура); плоская стопа; высокое арковидное небо; недоразвитость верхней вертлужной впадины или мышечная.  Поражения глаз, кроме вывиха хрусталика, проявляются также в виде, миопии, большой и уплощенной роговице. При исследовании сердечнососудистой системы выявляются аортальная и митральная регургитация, пролапс митрального клапана, аневризма восходящей части аорты и расслоение аорты. При исследовании нервной системы - уже упомянутая, эктазия твердой мозговой оболочки, включая пояснично-крестцовое менингоцеле, и другие аномалии развития.

Дизостозы – это группа наследственных заболеваний скелета, проявляющихся нарушением формообразования костей вследствие дефекта в мезенхимальных и эктодермальных тканях. Различают черепно-ключичный, черепно-лицевой, челюстно-лицевой и ряд других дизостозов (дисплазий). Отосклероз - это поражение костной капсулы лабиринта внутреннего уха, в результате которого развивается анкилоз стремени и связанная с ним кондуктивная тугоухость, расстройство работы звуковоспринимающего аппарата и обусловленная им нейросенсорная тугоухость. Наряду с тугоухостью могут быть ушной шум, боль в ухе, небольшое головокружение, неврастенический синдром. Миоплегия - группа заболеваний, объединенных клиническим синдромом внезапных приступов мышечной слабости. Олбрайта синдром – это заболевание, характеризующееся триадой признаков: фиброзная остеодисплазия, очаги кожной гиперпигментации и преждевременное половое созревание. Значительно чаще встречается у женщин.
Этиология синдрома Олбрайта неизвестна; предполагают неврогенные влияния и эндокринные сдвиги, вызванные врожденными изменениями в гипоталамической области, с преждевременной продукцией гонадотропного гормона передней доли гипофиза на почве склероза и гиперостоза «основания черепа» главным образом в области турецкого седла.

При аутосомно-рецессивном типе наследования мутантный ген проявляется только в гомозиготном состоянии. Больные мальчики и девочки рождаются с одинаковой частотой. Вероятность рождения больного ребенка составляет 25%. Родители больных детей фенотипически могут быть здоровы, но являются гетерозиготными носителями мутантного гена. Характерен для заболеваний, при которых нарушена функция одного или нескольких ферментов,— так называемый ферментопатий.

Например, фенилкетонурия, связанная с недостаточностью печеночного фермента фенилаланингидроксилазы, локус которой расположен в длинном плече хромосомы 12. Дети с фенилкетонурией рождаются здоровыми, но в первые, же недели после рождения в связи с поступлением фенилаланина в организм с молоком матери развиваются клинические проявления заболевания: повышенная возбудимость, гиперрефлексия, повышенный тонус мышц, судорожные эпилептиформные припадки; от ребенка исходит «мышиный» запах. Позже развиваются умственная отсталость, микроцефалия. Поскольку нарушение обмена фенилаланина ведет к снижению уровня тирозина, одно из проявлений заболевания - снижение уровня или прекращение образования меланина, поэтому у больных отмечается уменьшенная пигментация кожных покровов, волос, радужной оболочки глаз. Ранняя диагностика фенилкетонурии и профилактическое лечение (диета) предупреждают развитие клинической картины болезни. Частота заболевания в европейских странах в среднем составляет 1:10000 новорожденных, а частота гетерозигот 1:100.

Муковисцидоз - это системное заболевание, при котором поражаются все органы, которые выделяют слизь: бронхолегочная система, поджелудочная железа, печень, потовые железы, слюнные железы, железы кишечника, половые железы. В основе кистозного фиброза лежит нарушение транспорта ионов хлора и натрия через клеточные мембраны (ген муковисцидоза локализован в хромосоме 7), что приводит к избыточному выведению хлоридов и гиперсекреции густой слизи. Выводные протоки поджелудочной железы закупориваются, образуются кисты. Гиперпродукция слизи в бронхах ведет к закупорке мелких бронхиальных ветвей, что создает условия для присоединения инфекции. Клинически болезнь проявляется в четырех формах (мекониевый илеус новорожденных, кишечная, бронхолегочная и смешанная) с большим размахом клинического полиморфизма. Мекониевый илеус новорожденных - врожденная форма болезни, характеризуется избыточным заполнением кишечника густым миконием к моменту рождения с развитием клиники кишечной непроходимости, требующей оперативного пособия. Врожденная форма встречается редко (не более 1 %). Кишечная форма обусловлена недостаткам панкреатических ферментов, что приводит к нарушению полостного пищеварения. Клиника разворачивается в раннем детском возрасте. Нарушение пищеварения ведет к диарее, гипотрофии, отставанию в развитии. Со временем в патологический процесс вовлекается печень (жировая инфильтрация, холестатический гепатит, цирроз). Нарушение дренажной функции бронхов создает предпосылки для возникновения хронического инфекционно-воспалительного процесса. В дальнейшем формируются бронхоэктазы, эмфизема, пневмосклероз и легочное сердце. Смерть больных наступает в результате тяжелой дыхательной и сердечной недостаточности. Наиболее распространенной (около 70 % всех больных) является смешанная (легочно-кишечная) форма.

Адреногенитальный синдром (врожденная гиперплазия коры надпочечников) относится к группе наследственных нарушений синтеза стероидных гормонов. Наиболее распространенная форма врожденной гиперплазии коры надпочечников — дефицит 21-гидроксилазы, ген локализован в коротком плече хромосомы 6;

Рецессивное наследование, сцепленное с X-хромосомой, заключается в том, что действие мутантного гена проявляется только при XY-наборе половых хромосом, т.е. у мальчиков. Вероятность рождения больного мальчика у матери – носительницы составляет 50%. Девочки практически здоровы, но половина из них является носительницами мутантного гена (так называемые кондукторами). Болезнь у женщин проявляется лишь в гомозиготном состоянии, вероятность чего велика при близкородственных браках. Чаще встречается брак фенотипически здоровых родителей, когда мать является гетерозиготным носителем мутантного гена. В такой семье болезнь передается половине сыновей. Тип наследования характерен для прогрессирующей мышечной дистрофии типа Дюшенна (мутация в гене, ответственном за синтез белка дистрофина (ген расположен в локусе X^21). Выраженная дегенерация мышц, поддерживающих костный каркас скелета, некроз отдельных мышечных волокон), гемофилии А и В, синдрома Леша— Найхана (метаболический синдром, с патологически высоким уровнем содержания мочевой кислоты, что приводит к серьезному умственному отставанию. Основной поведенческой характеристикой являются случаи причинения больными серьезных травм самим себе, включая кусание губы и жевание пальцев, часто приводящие к сильным деформациям), болезни Гунтера (Хроническая фоточувствительность, поражения кожи и разрушение красных клеток крови. Поражённые избегают света, поскольку он вызывает жжение; также у них имеются выраженный диффузный гипертрихоз, рубцы и эритродонтия (окрашивание зубов в красный цвет). Чаще болезнь Гюнтера проявляется уже на 1-м году жизни, но иногда — и позже (на 4-5-м годах). Наряду с нормальным клоном эритроцитов у больных существует и патологический клон, в клетках которого в связи с ферментным дефектом накапливается много уропорфирина. Воспаления и язвы поражают хрящи, уши, нос, веки, изменяя и деформируя их. Постепенно человек становится живой мумией. Больные должны быть максимально возможно изолированы от солнечного света. Характерны повышенно развитый волосяной покров (гипертрихоз, густые брови, длинные ресницы), розовато-коричневое окрашивание зубов (эритродонтия) в связи с отложением в эмали и дентине порфиринов. Типично выделение мочи красного цвета — симптом, ранее всего замечаемый родителями больного ребенка. Определяется увеличение селезёнки и печени, сочетающееся с гемолитической анемией. Летальный исход может наступить ещё в детстве), болезни Фабри, некоторых форм генетически обусловленной недостаточности глюкозо-6-фосфат— дегидрогеназы, дальтонизм, синдром Хантера.

Синдром Хантера – это заболевание, характеризующееся дефицитом лизосомального фермента идуронат-2-сульфатазы и накоплением мукополисахаридов в тканях. Отмечается задержка роста, макроцефалия, деформация костно-суставного аппарата, поражение кожи, сердечно-сосудистой и дыхательной системы, гепатоспленомегалия, нарушение слуха, умственная отсталость.

Доминантное наследование, сцепленное с X-хромосомой, заключается в том, что действие доминантного мутантного гена проявляется в любом наборе половых хромосом (XX, XY, ХО и др.). Заболевание более тяжело протекает у мальчиков. Среди детей больного мужчины в случае такого типа наследования все сыновья здоровы, все дочери поражены. Больные женщины передают измененный ген половине сыновей и дочерей. Этот тип наследования прослеживается, например, при фосфатдиабете, D-резистентном рахите (наследственная гипофосфатемия). Известен ряд мутантных генов, контролирующих синтез факторов свертывания крови. Генетически детерминированные нарушения синтеза антигемофилического глобулина (фактор VIII) приводят к развитию гемофилии А. При нарушении синтеза тромбопластического компонента (фактор IX) развивается гемофилия В. Недостаток предшественника тромбопластина лежит в основе патогенеза гемофилии С.

Особенности Y-сцепленного наследования обусловлены наличием Y-хромосомы только у представителей мужского пола. Действие гена, локализованного в Y-хромосоме, обнаруживается только у мужчин и передается по мужской линии из поколения в поколение от отца к сыну. По такому типу у человека наследуется гипертрихоз ушной раковины. Кроме того, в Y-хромосоме локализуется еще ряд генов: детерминирующий развитие семенников, отвечающий за сперматогенез (фактор азооспермии), контролирующий интенсивность роста тела, конечностей и зубов.

Митохондриальный вид наследования. В последнее время выделяется еще один тип наследования - митохондриальный. Митохондрии передаются с цитоплазмой яйцеклеток. Спермии не имеют митохондрий, поскольку цитоплазма элиминируется в процессе созревания мужских половых клеток. В яйцеклетке содержится около 25000 митохондрий. Каждая митохондрия содержит кольцевую хромосому. Генные мутации в митохондриальной ДНК обнаружены при атрофии зрительного нерва Лебераф, митохондриальных миопатиях, прогрессирующих офтальмоплегиях. Болезни, обусловленные данным типом наследственности, передаются от матери и дочерям, и сыновьям в равной степени. Больные отцы болезнь не передают ни дочерям, ни сыновьям.

Генные мутации могут быть причиной нарушения механизма транспорта различных соединений через клеточные мембраны. Наиболее изучены наследственная патология транспорта аминокислот в кишечнике и почках, синдром мальабсорбции глюкозы и галактозы, отмечены генетически обусловленные нарушения нормального функционирования так называемый К+, Na+- иoннoro насоса (АТФ-азы) клетки.

  Частота встречаемости моногенных наследственных болезней колеблется у разных этнических групп в разных географических зонах. К часто встречающимся наследственным болезням относятся гемофилия (1:10000; болеют мальчики), гипотиреоз (1:7000), синдром мальабсорбции (1:3000), адреногенитальный синдром (1:5000— 1:11000).

Полигенные (мультифакториальные) наследственные болезни, или болезни с наследственным предрасположением, обусловлены взаимодействием нескольких генов в полигенных системах и факторов окружающей среды. Заболевания контролируются сразу несколькими генами, не подчиняются законам Менделя и не соответствуют классическим типам аутосомно-доминантного, аутосомно-рецессивного наследования и наследования, сцепленного с Х-хромосомой. Проявление признака во многом зависит от экзогенных факторов. Генетический риск полигенных болезней в большой степени зависит от семейной предрасположенности и от тяжести заболевания у родителей. Генетический риск полигенных болезней рассчитывают с помощью таблиц эмпирического риска. Определить прогноз нередко сложно. Большое значение имеет поиск фенотипических маркеров наследственной предрасположенности к определенному заболеванию, например, аллергический диатез может быть диагностирован на основании повышенного содержания в крови иммуноглобулина Е и повышенной экскреции с мочой метаболитов триптофана. Определены биохимические маркеры наследственной предрасположенности к сахарному диабету (повышенная толерантность к глюкозе, содержание в крови иммунореактивного инсулина), конституционально-экзогенному ожирению, гипертонической болезни (гиперлипопротеинемия). Болезни с наследственным предрасположением также имеют особенности распространения в разных странах. Та частота расщепления губы и нёба в Англии составляет 1:515, в Японии— 1:333, а врожденный вывих бедра в Японии наблюдается в 10раз чаще, чем в Англии. Болезни с наследственной предрасположенностью можно разделить на три группы.

1. Врожденные пороки развития (гидроцефалия, расщелина губы и неба, вывих бедра, спинномозговая грыжа);
2. Психические и нервные болезни (шизофрения, эпилепсия, рассеянный склероз);
3. Соматические болезни среднего возраста (псориаз, бронхиальная астма, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, ревматизм, сахарный диабет).

Хромосомные заболевания.

Хромосомные болезни - большая группа врожденных заболеваний обусловленных изменением структуры отдельных хромосом или их количества в кариотипе и характеризующихся множественными пороками развития. Два разных типа мутаций (хромосомные и геномные) составляющих основу этих заболеваний объединяют понятием "хромосомные аномалии". Этиологическим фактором являются все виды хромосомных мутаций (делеции, дупликации, инверсии, транслокации) и некоторые генные мутации (тетраплоидия, триплоидия и анэуплоидия). Хромосомные мутации, возникшие в зародышевых клетках (гаметах), проявляются в так называемых полных формах. Нерасхождение хромосом и структурные изменения, появившиеся на ранних стадиях дробления зиготы, ведут к развитию мозаицизма. Вероятность появления хромосомных аберраций резко увеличивается в гаметах женщин старше 35лет. Общим для всех форм хромосомных болезней является множественность поражений. Это черепно-лицевые дизморфии, врожденные пороки развития внутренних органов и частей тела, замедленные рост и развитие организма, умственная отсталость, и другие системные нарушения. Всего при каждой болезни наблюдается от 30 до 80 различных нарушений и отклонений от нормы. Патогенез хромосомных болезней развертывается в раннем внутриутробном и продолжается в постнатальном периоде. Множественные врожденные пороки развития формируются в раннем эмбриогенезе, что и объясняет некоторую общность клинической картины разных хромосомных болезней. Клинический полиморфизм хромосомных болезней обусловлен генотипом организма, степени мозаичности по мутантным клеткам и условиями среды. Вариации в проявлении заболевания могут быть очень широкими: от летального исхода до незначительных нарушений (например, около 70 % случаев трисомии 21 заканчивается внутриутробной гибелью, в 30 % рождаются дети с синдромом Дауна разнообразной клинической картиной). Клиническое сопоставление полных и мозаичных форм показывает, что мозаичные формы протекают легче, что вероятно обусловлено присутствием нормальных клеток компенсирующих генетический дисбаланс.

Частота встречаемости всех хромосомных болезней среди новорожденных составляет 5,6:1000, при этом все виды анеуплоидий, включая мозаичные формы, составляют 3,7:1000, трисомии по аутосомам и структурные перестройки— 1,9:1000. Половину всех случаев структурных перестроек хромосом представляют семейные случаи, все трисомии являются спорадическими случаями, т. е. следствием вновь возникших мутаций. Около 7% всех беременностей осложнены хромосомными аберрациями плода, которые в подавляющем большинстве случаев ведут к спонтанным абортам.

Диагноз ряда наследственных болезней не представляет существенных затруднений и основывается на данных, полученных в результате общего клинического обследования (например, диагноз болезни Дауна, гемофилии, адреногенитального синдрома). Однако при диагностике наследственных болезней возникают серьезные затруднения в связи с тем, что многие из этих болезней по клиническим проявлениям очень сходны с приобретенными болезнями, так называемыми фенокопиями наследственных болезней.

Виды хромосомных патологий.

СиндромДауна - трисомия по 21-й хромосоме - самая частая и наиболее хорошо изученная хромосомная болезнь. Частота рождения детей с синдромом Дауна составляет примерно 1:750 и не имеет какой-либо временной, этнической или географической разницы и родителей одинакового возраста. С возрастом (в большей степени матери и в меньшей мере отца) вероятность рождения ребенка с данной патологией существенно возрастает, и в возрасте 45 лет составляет около 3 %. Соотношение мальчиков и девочек среди новорожденных с синдромом Дауна составляет 1:1. Клиническая картина синдрома Дауна разнообразна: врожденные пороки развития, нарушения постнатального развития нервной системы, иммунодефициты и другие отклонения. Многие симптомы заметны уже при рождении ребенка и дальнейшем проявляются еще более отчетливо. Из черепно-лицевых дизморфий отмечается монголоидный разрез глаз, круглое уплощенное лицо, плоская спинка носа, крупный язык, брахицефалия, деформированные ушные раковины. Так же характерны мышечная гипотония и разболтанность суставов.Часто диагностируются врожденный порок сердца, клинодактилия. Встречаются изменения дерматоглифики в виде четырехпальцевой, или "обезьяньей", складки на ладони, две кожные складки вместо трех на мизинце. Характерен низкий рост (на 20 см ниже среднего). Диагноз синдрома Дауна ставится на основании клинически на основании сочетания ряда симптомов. Наиболее важные из которых: уплощение профиля лица (90 %), отсутствие сосательного рефлекса (85 %) и т.п. Большое значение для диагностики имеет задержка умственного и физического развития ребенка. Больные с синдромом Дауна часто болеют пневмониями, тяжело переносят детские инфекции. У них отмечается недостаток массы тела. Многие больные с трисомией 21 способны вести самостоятельную жизнь, овладевают несложными профессиями, создают семью.

Синдром Патау - трисомия по 13-й хромосоме, выделен в самостоятельную нозологическую форму в 1960 г. Частота синдрома Патау среди новорожденных составляет 1:6000. Соотношение полов при данной патологии близко 1:1. Частое осложнение при вынашивании плода с синдромом Патау - многоводие (50 %). Для заболевания характерны множественные, тяжелые пороки развития головного мозга, мозговой и лицевой частей черепа, внутренних органов. Окружность черепа обычно уменьшена, лоб скошенный, низкий; глазные щели узкие, переносье запавшее, ушные раковины низко расположены и деформированы (80 %). Типичный признак - расщелина верхней губы и неба (70 %). Всегда обнаруживаются пороки внутренних органов в разных комбинациях: пороки сердца (80 %), незавершенный поворот кишечника (40 %), кисты почек (42 %), аномалии внутренних половых органов (73 %), дефекты поджелудочной железы (43 %). Часто наблюдается полидактилия кистей (50 %) и их флексорное положение(44 %). Дети с синдромом Патау практически всегда имеют глубокую идиотию. В связи с тяжелыми врожденными пороками развития большинство детей с синдромом Патау умирают в первые недели или месяцы жизни, но некоторые больные живут до нескольких лет.

Синдром Клайнфельтера относится к группе полисомий по половым хромосомам. Заболевание включает в себя случаи полисомии, при которых имеется не менее двух Х-хромосом и не менее одной Y-хромосомы. Наиболее часто (примерно 1:600) встречается синдром Клайнфельтера с набором 47,XXY. Присутствие Y-хромосомы определяет формирование мужского пола. До периода полового созревания мальчики развиваются почти нормально. Вызываемый добавочной Х-хромосомой генетический дисбаланс проявляется клинически в период полового созревания в виде недоразвития семенников и вторичных мужских половых признаков. Мужчины с синдромом Клайнфельтера обычно имеют высокий рост, астеническое или евнухоидное телосложение, слабое оволосение лица, подмышечных впадин и лобка. Выявляется умственная отсталость легкой и средней степени, а в четверти случаев гинекомастия. Больные бесплодны (азооспермияя, олигоспермия).

Синдром Шерешевского-Тернера - единственная форма моносомии у живорожденных. Более половины всех больных данным синдромом имеют простую полную моносомию по Х-хромосоме (45,Х). В остальных случаях наблюдаются мозаичные формы и более редкие формы со структурными аномалиями Х-хромосом (делеция, транслокация и другие аномалии). Со стороны половой системы отмечается либо полное отсутствие гонад (агенезия), либо гипоплазия матки и маточных труб, первичная аменорея, недостаток эстрогенов, половой инфантилизм. Встречаются различные пороки сердечно-сосудистой системы и почек. Снижения интеллекта не отмечается, однако больные обнаруживают эмоциональную неустойчивость и инфантилизм психических процессов. Внешний вид больных своеобразен. Отмечаются характерные симптомы: короткая шея с избытком кожи и крыловидными складками; в подростковом возрасте выявляется отставание в росте и развитии вторичных половых признаков; для взрослых характерны нарушения скелета, черепно-лицевые дизморфии, вальгусная девиация коленных и локтевых суставов, низкое расположение ушных раковин, диспропорции тела (укорочение ног, относительно широкий плечевой пояс, узкий таз). Рост на 20-30 см ниже среднего.

Синдром кошачьего крика - частичная моносомия по короткому плечу 5-й хромосомы (5p-). Синдром обусловлен делецией короткого плеча 5-й хромосомы. У детей с этой хромосомной аномалией отмечается необычный плач, напоминающий требовательное кошачье мяуканье или крик. Частота синдрома достаточно велика для делеционных синдромов - 1:45000. Наиболее характерный признак - "кошачий крик" - обусловлен изменением гортани. У большинства больных имеются те или иные изменения мозгового черепа и лица: лунообразное лицо, микроцефалия, микрогения, антимонголоидный разрез глаз, высокое небо, плоская спинка носа, деформация ушных раковин. Кроме того, встречаются врожденные пороки сердца, костно-мышечной системы и внутренних органов. Выраженность клинической симптоматики меняется с возрастом. "Кошачий крик", мышечная гипотония, лунообразность лица с возрастом исчезают, а микроцефалия выявляется более отчетливо, прогрессирует психомоторное недоразвитие, косоглазие. Большинство больных умирает в первое десятилетие жизни.

Методы определения наследственных болезней

Генетика человека изучает особенности наследования генетических признаков в зависимости от генотипа человека и факторов внешней среды. Несмотря на трудности в исследованиях, генетика человека сегодня изучена гораздо лучше генетики других организмов.

Ученые выделяют следующие методы определения наследственности и генетических заболеваний.

1. Генеалогический (генетический) метод основывается на изучении родословной человека. Данный метод помогает выявить особенности наследования нормальных и патологических признаков организма человека.
2. Близнецовый метод – изучение близнецов для выявления влияния наследственности и внешней среды на развитие болезней. Основа данного метода — различия между однояйцевыми и разнояйцевыми близнецами, обусловленные разными факторами.
3. Цитогенетический метод. Основой данного метода является исследование структуры хромосом у здоровых и больных людей.
4. Биохимический метод. При помощи этого метода ученые исследуют особенности обмена веществ человека (множество наследственных заболеваний непосредственно связаны с нарушением обмена веществ).
5. Иммуногенетический метод. Данный метод позволяет ставить диагноз при врожденных иммунодефицитных патологиях.
6. Метод дерматоглифики – изучение папиллярных узоров ладоней и стоп. Дерматоглифические узоры остаются неизменными на протяжении всей жизни человека. Дерматоглифический анализ используется для диагностики некоторых геномных и хромосомных мутаций.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Нижегородской области «Арзамасский медицинский колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

теоретического занятия по

ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики

Тема «Методы изучения генетики человека»

Тема:

Методы изучения генетики человека

Продолжительность занятия: 90 минут        

Тип занятия: изучение нового материала и первичное закрепление

Цели занятия:        

Образовательная: познакомить учащихся с методами изучения генетики человека, сформулировать понятия генеалогический метод, хромосомные мутации, генные мутации; близнецовый метод, цитогенетический метод, биохимический метод;

 Воспитательная: Формировать единую естественнонаучную картину мира на примере материала урока.  

Технологии: традиционная, личностно-ориентированная , ИКТ. Методы: беседа, просмотр презентации, работа с учебником, построение графиков процессов, анализ полученной информации.

Тип урока: комбинированный

Основное содержание темы, понятия, термины: естественный отбор; формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой.

Оборудование: учебник «Общая биология. 10-11», авт. А.Каменский, Е. Криксунов, В. Пасечник

Место проведения: кабинет биологии        

Междисциплинарные связи: с биологией; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности:самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Место проведения: кабинет биологии

Междисциплинарные связи:с генетикой человека с основами медицинской генетики; с анатомией и физиологией человека

Методы деятельности: по источникам знаний: словесный; наглядный; видеометод; практический; по характеру познавательной деятельности: объяснительно-иллюстрированный; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: учебная работа под руководством преподавателя

Формы деятельности: по источникам знаний:беседа, объяснение, по характеру познавательной деятельности: самостоятельная работа, проблемные ситуации; методы управления учением по степени самостоятельности студентов: письменная работа

Технологическая карта занятия:

Теоретического занятия