6_Изменчивость и ее формы

1.

Изменчивость
и ее формы
Вопросы:
1.Формы изменчивости и их
значение в биологии особи и
эволюционном процессе.
2.Система браков.
3.Геномные, хромосомные и
генные мутации.
4.Понятие о хромосомных и
генных болезнях.
5.Закон гомологических рядов
Н.И. Вавилова.

2.

Изменчивость – свойство
живых
организмов
существовать
в
разных
формах.
По
эволюционному
значению различают:
•групповую изменчивость –
реализуется
группой
организмов
• индивидуальную
изменчивость – реализуется
у одного организма или
группы его клеток

3.

По механизму возникновения и
характеру изменения признаков:
изменчивость
фенотипическая
случайная
генотипическая
соматическая
генеративная
модификационная
мутационная
комбинативная
генная
хромосомная
геномная

4.

Модификационная изменчивость отражает
изменение
фенотипа
под
воздействием
факторов внешней среды и ограничивается
пределами нормы реакции (например, загар,
развитие мышечной и костной массы у спортсменов,
увеличение эритропоэза в условиях высокогорья и
крайнего севера).
Возникшая изменчивость не
наследуется. Наследуется норма
реакции, которая генетически
детерминирована и передается по
наследству.

5.

Фенокопии – вызванные условиями внешней
среды модификации фенотипа, имитирующие
генетические признаки.
Под влиянием внешних условий (биологических,
климатических,
физических
факторов,
химических
веществ, в том числе лекарственных средств) на
генетически нормальный организм копируются признаки
совсем другого генотипа.
Так,
проявление
дальтонизма
может
произойти
под
влиянием
неправильного
питания, плохой психической конституции,
повышенной раздражительности, что приводит
к возникновению фенокопии цветовой слепоты.

6.

Витилиго
Болезнь
поражает
людей
любого
возраста
и
проявляется в виде белых
пятен на поверхности кожного
покрова.
Белые
участки
полностью лишены меланина
– пигмента, который придает
коже телесный цвет.
Генетический
дефект
есть у 30% болеющих, у
остальных
70%
–
профессиональное витилиго,
то есть в результате
воздействия на организм
особых
химических
и
отравляющих
веществ
развивается фенокопия.

7.

Фокомелия (phocomelia; греч. phōkē тюлень +
melos часть тела, конечность)
аномалия
развития,
проявляющаяся
отсутствием
или
значительным
недоразвитием проксимальных
отделов
конечностей,
вследствие чего нормально
развитые стопы и (или) кисти
кажутся
прикрепленными
непосредственно к туловищу.

8.

Генотипическая
изменчивость
может
быть соматической и генеративной.
Соматическая
изменчивость
связана
с
возникновением мутаций в соматических клетках, поэтому
наследуются они только в определенном клоне клеток,
который произошел от мутантной клетки и не передаются
от родителей детям.
При комбинативной изменчивости новых генов не
возникает, происходит их перекомбинация, возникает
новый индивидуальный набор хромосом, а значит, новый
генотип и фенотип.
независимое
расхождение хромосом
в процессе мейоза
случайное сочетание
хромосом при
оплодотворении
Комбинативная
изменчивость
перекомбинация
генов во время
кроссинговера

9.

Система браков
Панмиксия – случайный подбор пар
Отклонения от панмиксии :
1) Люди, состоящие между собой в родстве,
вступают в брак чаще, чем при случайном
подборе – инбридинг (кровнородственные
браки).
2) Люди вступают в брак чаще при
случайном подборе пар, чем при родственном
бракосочетании – аутобридинг.

10.

С
медицинской
точки
зрения
близкими
по
генетическому эффекту считаются избирательные браки
по фенотипическому признаку. Если выбор брачного
партнера оказывает влияние на генотип потомка –
ассортативные браки.
Положительные ассортативные браки – люди, со
схожими фенотипическими признаками, чаще вступают в
брак, чем при случайной подборке пар.
Примерами могут служить браки между глухонемыми,
людьми высокого роста, людей с одинаковым цветом
кожи.
Отрицательные ассортативные браки – люди, со
схожими фенотипическими признаками, реже вступают в
брак, чем при случайной подборке пар.
Отрицательные ассортативные браки отмечены между
рыжеволосыми людьми.

11.

Близкородственные браки часто встречались на ранних этапах
развития человечества.
Выделяют 3 группы инбридинга:
1. между родственниками первого родства – инцестные
(запретные) браки
2. близкородственные браки изолированных популяций
3.
поощряемые
близкородственные
браки
по
социальным, религиозным и другим соображениям.
В США и Великобритании –
браки дядя-племянница, полудядяплемянница – запрещены. В США
браки между двоюродными
сибсами – запрещены, в
Великобритании – разрешены.
В больших
неизолированных
популяциях
близкородственные браки
составляют около 1% в
городе и 3% в селах
Близкородственные
браки поощряются
среди евреев, в
восточных странах (до
12%)

12.

Коэффициент инбридинга –
средняя идентичная по
происхождению:
США, католики – 0,00009
Израиль и Иордания – 0,432
Индия – 0,32
Япония – 0,0046
В Индии половина браков
заключается между
родственниками. Детская
смертность составляет 50%.

13.

Частота встречаемости рецессивных генов
ПатологияЧастота
встречаемости
рецессивных генов
Частота
встречаемости
(обычная)
Частота
встречаемости
(близкородственные
браки)
Фенилкетонурия
1:15000
1:3000
Пигментная
ксеродерма
1:23000
1:2200
Микроцефалия
1:77000
1:4200
Ихтиоз
1:1000000
1:16000
Амавротическая
идиотия
1:310000
1:8600
Акаталаземия
1:360000
1:9600

14.

Мутация – внезапное наследственное
изменение
какого-либо
фенотипического
признака, вызванное резким структурным или
функциональным изменением генетического
материала.

15.

Генные мутации связаны с изменением внутренней
структуры генов, что превращает одни аллели в другие.
Типы генных мутаций на молекулярном уровне:
-
делеция – миопатия Дюшенна,
-
инсерция – болезни Лиддла,
-
дупликация – семейная Х-сцепленная кардиомиопатия (болезнь
Данона),
-
-инверсия – гемофилия А
При синтезе мРНК, начиная с точки, в которой произошла такая
мутация, вся структура полипептида изменится, что может привести к
полной утрате его функциональной активности.
Трансверсия – замена пуринового основания на пиримидиновое или
наоборот (А↔Т, А↔Ц, Г↔Т, Г↔Ц) в одном из кодонов. При этом число
оснований сохраняется прежним.
Транзиция – замена одного пуринового основания на другое (А↔Г)
или одного пиримидинового на другое (Т↔Ц,)в структуре кодона.

16.

Миссенс-мутация –
замена нуклеотидов в
структурных генах,
приводящая к
изменению смысла
гена.
В состав молекулы гемоглобина человека
входят две a-цепи (закодирована в 16-ой
хромосоме) и две b-цепи (закодирована в 11ой хромосоме). В состав b-цепи входит 146
аминокислотных остатков, при этом в
нормальной b–цепи шестым аминокислотным
остатком является глутаминовая кислота. С
участием нормальной b-цепи образуется
нормальный
гемоглобин
–
HbA.
В
нетранскрибируемой нити участка ДНК,
кодирующего b-цепь, глутаминовая кислота
закодирована триплетом ГАА. Если же в
результате мутации в ДНК произойдет замена
триплета ГАА на триплет ГТА, то на месте
глутаминовой
кислоты
в
молекуле
гемоглобина в соответствии с генетическим
кодом появится валин. В итоге вместо
гемоглобина HbA появится новый гемоглобин
– HbS. Такая замена всего лишь одного
нуклеотида и одной аминокислоты приводит к
развитию
тяжелого
заболевания
–
серповидноклеточной анемии.

17.

Hb A
ДНК
мРНК
аминокислота
ГАА
HbS
мутация
ГТА
ЦТТ
ЦАТ
ГАА
ГУА
ГЛУ
ВАЛ
норма
серповидно-клеточная анемия

18.

Миссенс-мутация:
ГГТ
ГЦЦ
АГЦ
ГТЦ
ТАТ
ЦЦА
ЦГГ
ТЦГ
ЦАГ
АТА
нормальная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
АГЦ
ГУЦ
УАУ
полипептид
ГЛИ
АЛА
СЕР
ВАЛ
ТИР
нормальная ДНК
Миссенс-мутация:
Г→А
Ц→Т
ГГТ
ГЦЦ
ААЦ
ГТЦ
ТАТ
ЦЦА
ЦГГ
ТТГ
ЦАГ
АТА
мутантная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
ААЦ
ГУЦ
УАУ
полипептид
ГЛИ
АЛА
АСП
ВАЛ
ТИР
мутантная ДНК

19.

Hb А
Hb A
ДНК
мРНК
аминокислота
ГАА
мутация
ГАГ
ЦТТ
ЦТЦ
ГАА
ГАГ
ГЛУ
норма
ГЛУ
Сеймсенс-мутации - замена нуклеотидов в
структурных генах фенотипически не
проявляется. Это связано с вырожденностью
генетического кода.

20.

Нонсенс-мутация:
мутация, при которой замена одного
нуклеотида другим приводит к
образованию бессмысленных триплетов
ГГТ
ГЦЦ
АГЦ
ГТЦ
ТАТ
ЦЦА
ЦГГ
ТЦГ
ЦАГ
АТА
нормальная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
АГЦ
ГУЦ
УАУ
полипептид
ГЛИ
АЛА
СЕР
ВАЛ
ТИР
нормальная ДНК
Нонсенс-мутация:
Т→Г
А→Ц
ГГТ
ГЦЦ
АГЦ
ГТЦ
ТАГ
ЦЦА
ЦГГ
ТЦГ
ЦАГ
АТЦ
мутантная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
ААЦ
ГУЦ
УАГ
полипептид
ГЛИ
АЛА
АСП
мутантная ДНК
ВАЛ
СТОПКОДОН

21.

Делеция
или
вставка
одного
или
нескольких нуклеотидов ведут за собой
утрату или вставку одной или нескольких
аминокислот в полипептиде. Фенотипического
эффекта может не быть. Если происходят
делеция или вставка 1 нуклеотида (или другого
числа
нуклеотидов
не
кратного
3),
наблюдается сдвиг рамки считывания, при
этом нарушается структура полипептида.
Мутации со сдвигом рамки считывания
составляют ~ 80% от всех генных мутаций.
Вставки иначе называются инсерциями, а
потери – эксцизиями.

22.

Мутация сдвига рамки считывания (вставка
нуклеотидов):
ГГТ
ГЦЦ
АГЦ
ГТЦ
ТАТ
ЦЦА
ЦГГ
ТЦГ
ЦАГ
АТА
нормальная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
АГЦ
ГУЦ
УАУ
полипептид
ГЛИ
АЛА
СЕР
ВАЛ
ТИР
нормальная ДНК
Мутация сдвига рамки
считывания:
А→Т
ГГТ
мутантная ДНК
ГЦЦ
инсерция
ААГЦ
ГТЦ
ТАТ
ЦЦА
ЦГГ
ТТЦГ
ЦАГ
АТА
мутантная мРНК
ГГУ
ГЦЦ
ААГ
ЦГУ
ЦУА
полипептид
ГЛИ
АЛА
ЛИЗ
АРГ
ЛЕЙ

23.

Мутации, изменяющие видимые морфологические
признаки – видимые (мутация альбинизма).
Нормальный
доминантный ген
превращается в
рецессивный, что
приводит к
отсутствию (или
блокаде) фермента
тирозиназы,
необходимой для
нормального синтеза
меланина — вещества,
от которого зависит
окраска тканей.
Альбинизм - врождённое
отсутствие пигмента кожи, волос,
радужной оболочки глаза.

24.

Биохимические мутации
галактоза
лактоза
лактаза
глюкоза
Лактазная недостаточность
Если нет фермента лактазы развиваются неприятные
ощущения, возникающие после приема молока: боли в
животе, метеоризм, жидкий стул или просто дискомфорт.
Эти проблемы нередко встречаются у грудничков, и часто
бывают связаны с непереносимостью молока.

25.

Мутации, нарушающие жизнь – летальные,
полулетальные и сублетальные.
Летальные – приводят к гибели зиготы или
развившегося организма на определенной стадии
эмбриогенеза (например, брахидактилия –
гомозиготы погибают).
Полулетальные и сублетальные ослабляют
жизнеспособность организма или отдельных
клеток (например, гены гемофилии,
серповидноклеточной анемии).

26.

Хромосомные мутации (хромосомные
абберации) – структурные перестройки,
затрагивающие одну или несколько хромосом.
нормальный порядок генов
делеция
дупликация
инверсия
А B C D E F
А B C E F
А B C C D E F
А B C E D F

27.

Гены в инвертированном участке хромосомы располагаются в
обратном по отношению к исходному в хромосоме порядке(46,
XX inv X).
инверсия
А B C E D F
Различают следующие типы транслокаций:
1.реципрокная транслокация
46, ХХ t (9 : 22)
46, ХY t (9 : 22)
2. нереципрокная транслокация
3.
транслокация
типа
центрического
соединения,
или
робертсоновская
реципроктная транслокация
центрическое слияние
А B C L M N
А B C D E F Q R S

28.

Робертсоновская транслокация
(центрическое слияние)

29.

Транслокационный синдром Дауна
Носитель сбалансированной
транслокации
21
21
Здоровый супруг
14
21
14
21
21
21
14
Здоровый
21
14
Нежизнеспособный
21
14
Синдром Дауна
21
14
Носитель
сбалансированной
транслокации
45, XX, t (14 : 21) – женщина – носительница транслокации 14/21

30.

Образование изохромосом путем разделения центромеры
В норме:
продольное деление
центромеры
Формирование изо Х:
метафаза
метафаза
поперечное деление
центромеры
анафаза
анафаза

31.

Появление кольцевых хромосом
Образование кольцевой хромосомы в фазе G2.
А. Два разрыва в одной из двух сестринских хроматид.
Б. Воссоединение разорванных концов; спаривание фрагментов
с гомологичными хроматидными сегментами.
В. Та же кольцевая хромосома в метафазе человека.
31

32.

32

33. Структурные аномалии хромосом:

• Изохромосомы 46,iX = 46,изоХ
• Делеции
46,ХХ,5р- = 46,ХУ,del 5р
• Транслокации 46,ХХ,t(9:22)
• Инверсии
46,ХХ,inv16
• Избыток
46,ХХ,dup18q
• Нехватки
46,ХХ,del5p = 46, ХХ,5р• Кольцевые хромосомы 46,ХХ,r18
46,ХУ,r18
33

34.

Геномные мутации – изменение числа хромосом.
Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное диплоидному
набору (2n, 3n…). У человека триплоидия обнаруживается иногда у
спонтанных абортусов. Клетки печени полиплоидны в норме.
Анэуплоидия (гетероплоидия) - уменьшение или увеличение
количества хромосом не кратное диплоидному.
Моносомия – отсутствие любой аутосомы несовместимо с
нормальным развитием и приводит к ранним абортам (исключение –
моносомия по 21-хромосоме).
Моносомия по половым хромосомам: 45, ХО – синдром
Шерешевского-Тернера
Трисомия – появление в кариотипе дополнительной хромосомы:
синдром Дауна (трисомия по 21 хромосоме), синдром Патау (трисомия
по 13 хромосоме), синдром Эдвардса (трисомия по 18 хромосоме).
Трисомия по половым хромосомам: 47, ХХY – синдром
Клайнфельтера
Гаплоидия – наличие гаплоидного набора хромосом в некоторых
клетках (1n) (как правило, происходит гибель клеток).

35.

Генные болезни - это большая группа заболеваний,
возникающих в результате повреждения ДНК на уровне
гена.
Гемоглобинопатии
(серповидноклеточная
анемия)
Нарушениеобмена
металлов (болезнь
Коновалова-Вильсона)
Нарушение обмена
аминокислот
(фенилкетонурия,
алкаптонурия,
альбинизм,
гистидинемия)
Нарушение пуринового
и пиримидинового
обмена (оротовая
ацидурия, синдром
Леш-Найхана)
Нарушение
липидного
обмена
(липидозы)
Нарушение обмена
соединительной ткани
(синдром Марфана,
мукополисахаридозы,
фибродисплазия)
Нарушение
обмена
углеводов
(гликогенозы)
Нарушение всасывания в
пищеварительном тракте
(муковисцидоз,
непереносимость
лактозы)

36.

Гистидинемия
гистидаза
гистидин
уроканиновая кислота
Характерные симптомы:
отставание детей в психомоторном и речевом
развитии
судороги
нарушение мышечного тонуса.
снижение интеллекта примерно у 50% детей
нарушение поведения, агрессивность
потерю интереса к окружающему, вялость и
медлительность, нарушение внимания
речевые расстройства более чем у половины
детей
Больные гистидинемией обычно имеют русые
волосы, голубые глаза, проявления дерматита.
В отдельных случаях описаны пороки развития,
костные аномалии, анемия.

37.

Гликогенозы
группа заболеваний, связанных с мутациями генов
различных ферментов углеводного обмена (в частности
ферментов, участвующих в синтезе или распаде
гликогена).
Выделяют
печеночные
и
мышечные формы гликогенозов
в зависимости от преобладания
поражения печени или мышц. При
гликогенозах
наблюдается
избыточное отложение гликогена в
скелетной мускулатуре, сердечной
мышце и печени. При некоторых
формах развивается умственная
отсталость.

38.

Гликогенозы

39.

Генные мутации бывают причиной липидозов (нарушения
обмена жиров).
Эти заболевания подразделяются на болезни накопления
(внутриклеточные липидозы, при которых поражаются
нервные клетки, и вторично - проводящие пути) и
лейкодистрофии
(прогрессирующий
распад
белого
вещества). Сопровождаются нарушением функций нервной
системы, умственной отсталостью, прогрессирующим
снижением зрения.

40.

Наследственные
дефекты обмена
нуклеиновых кислот
При
блокаде
в
системе
пиримидиновых
нуклотидов
развивается
оротовая ацидурия.
Организмы гомозиготные по
этому
гену
гибнут
внутриутробно. Дети с этим
заболеванием
являются
умственно
отсталыми,
страдают
анемией
и
повышенной
чувствительностью
к
инфекциям,
вследствие
повреждения
клеточного
иммунного ответа. В органах и
тканях
обнаруживают
отложения оротовой кислоты.
Генетический дефект синтеза
пуриновых
оснований
–
причина
синдрома
ЛешНайхана.
Болеют
только
мальчики. При они рождении
выглядят здоровыми. К первым
признакам
заболевания
относится отмечаемая в первые
несколько
месяцев
жизни
задержка развития двигательных
навыков.
Позднее
присоединяются
навязчивые
движения. Дети начинают кусать
и жевать свои пальцы, губы и
слизистую оболочку щек, что
приводит к увечьям. При данном
синдроме в почках и других
тканях накапливается мочевая
кислота, и возникает подагра.

41.

Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова
Близкородственные виды и
роды благодаря большому
сходству
их
генотипов
обладают
сходной
наследственной
изменчивостью.
Биологическое значение закона:
объясняет полиморфность видов
позволяет предсказывать какие
мутантные
формы
должны
возникнуть у близкородственных
видов
является биологической основой
методов
целенаправленного
получения нужных наследственных
изменений.
Н. И. Вавилов

42.

Благодарю за внимание!