Виды изменчивости и виды мутаций у человека (лекции 5.1)

1.

АПОУ УР
« Республиканский медицинский колледж имени Героя Советского Союза Ф.А. Пушиной
Министерства здравоохранения Удмуртской Республики
Виды изменчивости и
виды мутаций у человека.
Факторы мутагенеза.
О.И. Скобкарева
Преподаватель АПОУ УР
«РМК МЗ УР»
2020

2.

ВВЕДЕНИЕ
Образовательные потребности:
Сегодня мы рассматриваем одну из ключевых тем генетики
«ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ВИДЫ МУТАЦИЙ У ЧЕЛОВЕКА». Почему
ключевую? Потому, что законы наследственности, которые действуют в
природе, распространяются и на человека. С улучшением условий жизни
вредные мутации не исчезают, а сохраняются и передаются из поколения в
поколение, отрицательно сказываясь на наследственности.
В последнее время вопросу наследственности человека стали уделять
исключительно большое внимание.
Образовательные цели: Вы должны знать
Основные виды изменчивости;
Значение и механизмы комбинативной изменчивости;
Причины и сущность мутационной изменчивости;
Виды мутаций.
Вы должны уметь: Определять типы мутаций по описанию;
Владеть алгоритмом решения задач

3.

Оглавление
1. Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.
Основные виды изменчивости. Норма реакции. Фенокопии,
генокопии.
2. Причины и сущность мутационной изменчивости.
3. Виды мутаций (генные, хромосомные, геномные). Эндо и экзомутагены.
4. Мутагенез, его виды. Пенетрантность и экспрессивность
генов у человека

4.

Сегодняшняя лекция представляется мне
наиболее важной для будущих медиков
поскольку почти вся медицина это
модификационная изменчивость –
попытка при помощи внешних
воздействий повлиять на фенотип!

5.

1. Роль генотипа и внешней среды в
проявлении признаков. Основные виды
изменчивости. Норма реакции.
Фенокопии, генокопии.
Влияние внешней среды на
фенотип можно
продемонстрировать на
примере проект Twin Study
который был создан для
изучения влияния долгих
космических полетов на
здоровье человека.

6.

Развитие любого организма зависит и от генотипа, и от
факторов внешней среды.
Генотип – сумма генов организма, которые он получает от
родителей. Генотип относительно стоек на протяжении всей
жизни.
Фенотип – сумма всех свойств и признаков организма, т.е.
внешнее проявление генотипа, на которое влияют условия
среды, поэтому фенотип может изменяться в течении жизни.
Таким образом Наследственность, то есть генотип,
предполагает каким организм должен быть, но то, каким
организм будет в действительности, каков будет его
фенотип, решается взаимодействием наследственности и
условий среды.

7.

Классификация форм изменчивости особей.
Изменчивость – свойство живого приобретать новые
признаки или утрачивать прежние.
Проявляется в разнообразии

8.

Изменчивость
Ненаследственная
(модификационная)
Носит массовый характер,
изменяется фенотип в
пределах нормы реакции,
носит адаптивный характер,
определяется условиями
среды, обратимая
Мутационная
возникают новые гены,
признаки
Наследственная
(генотипическая)
Носит случайный характер,
индивидуальный характер,
изменяется генотип,
необратимая
Комбинативная
возникают новые сочетания
имеющихся генов, признаков

9.

Генотипическая изменчивость

10.

Модификационная изменчивость изменение фенотипов под воздействием условий внешней
среды, при этом генотип остается постоянным.
Модификационная изменчивость ограничена нормой
реакции.
Норма реакции – генотипически определяемая
способность организма варьировать степень
выраженности признаков в определенных пределах в
зависимости от условий среды.

11.

Норма реакции
Узкая - группа крови, цвет Широкая - рост, масса
волос
;

12.

Таня и Маня загорели по-разному,
т.к. обладали разным генотипом,
иначе говоря, разной нормой реакции.

13.

Гено и фенокопии
Для врача важно отличать морфозы
(модификации) от мутаций, так как прогноз
для потомства отличается.
Морфозы не наследуются, в отличие
от мутаций.
Когда одно и то же фенотипическое
проявление может быть вызвано как
мутациями, так и модификациями, говорят
о гено- и фенокопиях.

14.

Катаракта – помутнение хрусталика, может быть
обусловлено мутацией или вызвано вирусом краснухи

15.

Изменчивость, возникающая под
действием факторов среды называется
модификационной,
а сами изменения называются
модификациями

16.

2. Причины и сущность мутационной
изменчивости
Мутация общая характеристика
1. Мутации - резкие спонтанные изменения генотипа
2. Стойкие, передаются потомкам через половые
клетки (гаметы)
3. Ненаправленные.
4. Большинство мутаций - вредные (часть из них
летальные), лишь очень небольшая часть носит полезный
приспособительный характер, мутации также могут быть
безразличными (нейтральными) для организма
5. Носят индивидуальный характер

17.

Антимутагены. Антиоксиданты
Антимутагены – это вещества, снижающие или
нейтрализующие эффект мутаций.
Антиоксиданты – это вещества, нейтрализующие
свободные радикалы, образующиеся в организме из воды
при действии радиации.
Продукты, содержащие наибольшее количество
антимутагенов и антиоксидантов:
Шпинат, укроп, петрушка, зеленый лук, болгарский перец
всех цветов, оливковое масло холодного отжима, масло
виноградных косточек, орехи, проростки злаковых,
капуста брокколи, тыква, зеленый чай, темный шоколад,
кожура и косточки винограда, натуральное красное сухое
вино и другие….

18.

3. Виды мутаций (генные, хромосомные,
геномные). Эндо - и экзомутагены.
Классификация мутаций
Мутации по месту возникновения
Соматические
мутации
возникают в
клетках тканей
тела. Соматические
мутации
проявляются
мозаично. Не
передаются при
половом
размножении
Генеративные мутации возникают в
незрелых и зрелых половых клетках. Они
передаются при половом размножении
следующему поколению. Если мутация
доминантна, то новый признак или
свойство проявляется даже у
гетерозиготного организма. Если мутация
рецессивна, то мутантный ген может не
проявляться в течение нескольких
поколений, сохраняясь в гетерозиготном
состоянии.

19.

Мутации по фенотипу
Морфологические (видимые) связаны с
изменением в строении
или свойствах органов,
тканей или отдельных
структур клетки.
Физиологические вызывают изменения
физиологических
процессов.
Биохимические изменяют синтез
определенных
химических веществ в
организме.

20.

Мутации по адаптивному значению
Летальные –
ведут к гибели
Полулетальные снижают
жизнеспособность
организмов и
тормозят развитие.
Нейтральные
мутации
Полезные увеличивают
жизнеспособнос
ть особей,
повышают
плодовитость

21.

Мутации по характеру изменения
генотипа:
генные
• хромосомные
• геномные
• цитоплазматические

22.

Генные мутации
Генные (точковые) мутации встречаются у всех
организмов. Они происходят в отдельных клетках и
проявляются скачкообразно у отдельных особей.
Генная мутация заключается в изменении химической
структуры гена.
На 100 тыс. - 1 млн. генов мутирует от одного до пяти.
Каждая гамета у людей несет до 5 – 6 рецессивных
мутантных генов, уменьшающих жизнеспособность.

23.

24.

25.

Результат генных мутаций
Генные мутации приводят к генным заболеваниям.
«Молчащая мутация» - это мутация, затрагивающая
третий нуклеотид триплета, и благодаря вырожденности
генетического кода не отражается на строении белка.
«Нонсенс-мутация» - это преждевременное
возникновение стоп-триплета и прекращение сборки
заведомо патологического белка.
Репарация – это восстановление нормальной структуры
ДНК с помощью специальных репарирующих ферментов

26.

Хромосомные мутации - изменение структуры
хромосом.
Внутрихромосомные изменения
1. Делеции– нехватки части хромосомы.
Большие нехватки, как правило, в гомозиготном
состоянии летальны.
Жизнеспособными могут быть только гетерозиготы.
У человека описан синдром «кошачьего крика».
2. Дупликация – удвоение участка хромосомы;
3.Инверсия – переворот участка хромосомы на 180;

27.

Межхромосомные изменения
Транслокации – обмен участками между
негомологичными хромосомами.

28.

29.

Геномные мутации
Сопровождаются изменением числа хромосом в клетках.
Полиплоидия – это геномная мутация, состоящая в
увеличении числа хромосом, кратном гаплоидному.
Клетки:
3n – триплоидные;
4n – тетраплоидные и т. д.
Полиплоиды обладают большими размерами, высокой
урожайностью, устойчивостью к колебаниям внешних
факторов и др.

30.

Анеуплоидия – это геномная мутация, состоящая в
изменении числа хромосом, некратного гаплоидному.
Причина: нарушения в расхождении некоторых пар
хромосом во время деления клеток (соматических и
половых);
Трисомия –набор хромосом 2n + 1;
Моносомия – 2n – 1;
Нулисомия – 2n – 2;
Например: трисомия 21 или синдром Дауна.
Анеуплоиды менее жизнеспособны, имеют меньшую
продолжительность жизни, менее плодовиты.

31.

32.

Мутагенные факторы
Мутагены (мутагенные факторы) – это
факторы, способные вызывать мутации
Различают:
экзомутагены (химические, биологические, физические)
эндомутагены – нарушения репликации, транскрипции,
трансляции, репарации, гены-мутаторы

33.

3. Мутагенез, его виды. Пенетрантность и
экспрессивность генов у человека .
Спонтанный мутагенез – это процесс возникновения
мутаций в естественных условиях без специального
воздействия специальными агентами.
Закономерности спонтанного мутагенеза:
различные гены в одном генотипе мутируют с разной
частотой (имеются гены мутабильные и стабильные);
сходные гены в разных генотипах мутируют с
различной частотой.

34.

Причины спонтанного мутагенеза:
- физиологическое состояние и биохимические
изменения в клетке;
накопление в генотипе мутаций, блокирующих синтез
тех или иных веществ, вследствие чего будет
происходить чрезмерное накопление
предшественников таких веществ, которые могут
обладать мутагенными свойствами.

35.

Индуцированный мутагенез
- процесс возникновения наследственных изменений
под влиянием специального воздействия факторов
внешней и внутренней среды.
Мутагены:
температура
УФЛ
рентгеновские лучи
химические вещества

36.

Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов показали влияние лучей
радия на наследственную изменчивость у грибов – 1925 г.
В. В. Сахаровым и М. Е. Лобашевым получили мутационный
эффект под действием химических агентов - в 1934 г.
Г. А. Надсон
В.В.Сахаров

37.

Отличия модификаций от мутаций
Мутации
Случайны и не зависят от
силы фактора
Не адекватны вызвавшему
их фактору
Наследуются
Сохраняются после
прекращения действия
фактора
Модификации
Зависят от силы фактора
Адекватны вызвавшему
их фактору
Не наследуются
Исчезают после
прекращения действия
фактора

38.

Когда сила внешнего фактора велика, то
возникают необратимые изменения, которые
называют морфозы
(не путать с ароморфозами).
Морфозы не наследуются.

39.

Факторы, влияющие на развитие зародыша
и приводящие к нарушению развития,
называются тератогены
(греч.teratos - чудовище + genes – рожденный)

40.

Примеры тератогенов
Физические факторы – излучение, повышение
температуры
Химические факторы – дефицит йода, витаминов
(особенно фолиевой кислоты), диабет у матери, алкоголь,
талидомид, ретиноевая кислота и другие
Биологические факторы – краснуха, герпес, сифилис,
цитомегаловирус, токсоплазмоз и другие

41.

1. Талидомидовая трагедия
Талидомид — седативное снотворное лекарственное
средство, получившее широкую известность из-за своей
тератогенности.
В период с 1956 по 1962 годы в ряде стран мира родилось
по разным подсчётам от 8000 до 12 000 детей с
врождёнными уродствами.
Талидомидовая трагедия заставила многие страны
пересмотреть существующую практику лицензирования
лекарственных средств, ужесточив требования к
лицензируемым препаратам.
В настоящее время талидомид применяется для лечения
проказы, а также множественной миеломы и других
тяжёлых онкозаболеваний.

42.

43.

44.

Механизм тератогенного воздействия
талидомида
Молекула талидомида существует в двух конформациях правовращающей и левовращающей.
Одна из них обеспечивает терапевтический эффект
препарата, в то время как вторая является причиной его
тератогенного воздействия. Этот изомер вклинивается в
клеточную ДНК на участках, богатых G-C связями, и
препятствует нормальному процессу транскрипции ДНК,
необходимому для деления клеток и развития зародыша.
Поскольку в организме формы талидомида способны
переходить друг в друга, препарат, состоящий из одного
очищенного изомера, не решает проблему тератогенного
воздействия.

45.

Две формы талидомида

46.

Действие талидомида на зародыши обезьян:
слева – норма, справа - талидомид

47.

Аутосомно-рецессивный синдром Робертса
может давать такую же картину,
как и талидомид.

48.

Пенетрантность и экспрессивность
Фенотипическое проявление информации, заключенной в
генотипе, характеризуется показателями пенетрантности и
экспрессивности.
Пенетрантность – процент носителей соответствующего
генотипа, у которых проявляется признак
Экспрессивность – варьирующее проявление признака у
особей с одинаковым генотипом.

49.

Вопросы для повторения учебного
материала:
• Что такое наследственность и изменчивость организмов?
• Что такое ненаследственная и наследственная
изменчивость?
• Что такое мутация?
• Какие виды мутаций существуют?
•Что такое «мутаген»?
• Различают хромосомные, генные и геномные мутации.
Дайте им характеристику.
• По характеру воздействия на живой организм какими
бывают мутации?
• Виды изменчивости?

50.

Источники литературы:
1. Генетика человека с основами медицинской генетики.Учебник: учебник/М.М. Азова,
О.Б. Гигани, О.О. Гигани, Е.М. Желудова, В.П. Щипков.-Москва: КноРус, 2018.208 с.- Режим дуступа: https://www.book.ru
2. Васильева, Е.Е. Генетика человека с основами медицинской генетики. Пособие по
решению задач: учебное пособие/Е.Е. Васильева.-Санкт-Петербург: Лань, 2016.-96с.
- Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/89943.
3. Биология: учеб. для вузов: в 2 т. / под ред. В. Н. Ярыгина. – М.: ГЭОТАРМедиа, 2013.
2. Биология: учеб. / Н. В. Чебышев [и др.]. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Мед.
информ. агентство, 2010. – 568 с.
4. Генетика человека с основами медицинской генетики: учебник /Е.К.Хандогина,
И.Д.Терехова, С.С.Жилина, М.Е.Майорова, В.В.Шахтарин-2-е изд., перераб. и доп. М: ГЭОТАР-Медиа, 2013 г.
5. Афонькин, С. Ю. Секреты наследственности человека /С. Ю. Афонькин. - СПб.:
Учитель и ученик: КОРОНАпринт, 2002. - 448 с.
6. Биология : учеб. пособие для студентов мед. училищ/В.Н. Ярыгин, И.Н. Волков, В.И.
Васильев; под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высш. шк., 2006. – 453 с.: ил.
7. Дектерев, Н. Д. Клонирование: правда и вымысел / Н. Дектерев. -СПб.: Невский
проспект, 2002.-128 с.- (Наука и жизнь) Интернет-ссылки: http :// window.edu.ru/

51.

Спасибо за внимание!
И успехов в овладении методами модификационной
изменчивости!