ЛЗ №5. Виды изменчивости. Мутагенез

1.

Областное государственное автономное профессиональное
образовательное учреждение «Старооскольский
медицинский колледж»
Дисциплина: ОП.04 Генетика человека с основами
медицинской генетики
Лекция 6
Тема: Виды изменчивости.
Мутагенез.
Преподаватель:
Устинова Ольга Вячеславовна

2. Фундаментальные свойства живых организмов

Наследственность –
свойство организмов
обеспечивать
материальную и
функциональную
преемственность между
поколениями
Изменчивость –
это способность живых
организмов в период
онтогенеза утрачивать
старые признаки
и свойства и приобретать
новые под влиянием
факторов среды.

3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ

модификационная
(фенотипическая)
мутационную
(генотипическую)
изменение фенотипа под
действием факторов
внешней среды,
которое происходит без
изменения генотипа.
изменение генетического
материала под влиянием
факторов внешней среды
Комбинативная
- результат кроссинговера и
обмена генов, которые
имелись у родителей

4.

5. Модификационная изменчивость

Примеры модификации
Фенотипическое изменение окраски
шерсти гималайского кролика под
влиянием различных температур
Заяц-беляк летом и зимой.
Горностаевый кролик при
повышенной температуре
остается белым.
Распределение температурных
порогов пигментации в волосах
Генотип не изменяется!!!

6. Модификационная изменчивость

характеризуется рядом особенностей
1. обратимый характер
2. адекватный характер
3. приспособительный
4. массовость
5. модификации не наследуются
Приспособительный
характер
Адекватный
характер
Обратимый
характер

7.

Модификации не наследуются, но наследуется норма реакции
(границы, в которых изменяется фенотип при определенном
генотипе).
У человека:
1) широкая норма реакции (масса тела, пигментация кожи);
2) узкая норма реакции (pH, концентрация K+, Na+, Ca2+ в крови);
3) однозначная норма реакции (группы крови по системе АВО,
цвет глаз, волос).

8.

Какой у Вас фототип кожи, как его определить?
1 й тип - кельтский тип – это, как правило, люди с зелеными
или голубыми глазами, с рыжими и светлыми волосами. Их
отличает нежная, молочно-белая, фоточувствительная
кожа, часто с обилием веснушек; очень светлые грудные
соски. У представителей данного фототипа практически не
образуется пигмент, поэтому солнечный ожог случается
моментально, а загар получается никакой. Загар к вам не
«липнет», а на солнце вы всегда получаете ожог.
2й тип - светлый европейский (нордический или германский) –
сюда относятся обладатели голубых, серых, зеленоватых
глаз и светло-русых, каштановых волос. У них светлая кожа и
светлые грудные соски. Веснушек, как правило, мало или
нет совсем. Такие люди чувствительны к ультрафиолетовым
лучам и потому загорают плохо, при этом легко получая
солнечные ожоги. Солнечный загар проявляется после того,
как проходит ожог.
10

9.

3й тип - темный европейский (среднеевропейский или
смешанный) – этот тип представляют люди с карими, реже
серыми глазами и темно-русыми или каштановыми волосами.
У них слегка смуглая кожа без веснушек, грудные соски
довольно темные. Кожа обладателей этого типа весьма
благосклонно относится в ультрафиолетовым лучам, в
связи с чем они хорошо загорают, но при длительном
пребывании на солнце рискуют получить ожог.
4 й тип - средиземноморский или южно-европейский –
к которому относятся люди с темными глазами, с темными
волосами. Они обладают смуглой, оливковой кожей без
веснушек.
Счастливые
обладатели
данного
фототипа
загорают легко, быстро и практически без ожогов.
5й тип – индонезийский или средне-восточный – почти не
встречается в России. У представителей этого фототипа очень
смуглая кожа без веснушек, волосы, глаза и соски
темные. Получают очень быстрый и глубокий загар, редко
обгорают и практически не имеют противопоказанийк зага1р1у.

10. кельтский тип

нордический или германский
средиземноморский или южно-европейский
среднеевропейский или смешанный
индонезийский или средне-восточный
12

11.

• Для разных признаков и свойств организма границы, определяемые
нормой реакции, неодинаковы.
• Норма реакции может быть широкой и узкой.
• Наибольшей изменчивостью характеризуются количественные
признаки. Качественные признаки мало изменяются при изменении
условий среды.
• Типичность клинической картины заболевания может быть
объяснена подобием нормы реакции у людей, имеющих разные
генотипы. Разные формы течения заболевания связаны с
проявлением индивидуальности генотипов
13

12.

Различные проявления фенотипа организма, которые происходят в
пределах данного генотипа, называются нормой реакции.
Норма реакции бывает:
Широкая. Широкую норму
реакции имеют
количественные признаки
(рост, вес, размер стопы,
кисти, количество
эритроцитов и т.д.)
Узкая. Узкую норму реакции
имеют качественные признаки
(цвет глаз, группы крови и т.д.)

13.

Экспрессивность – степень выраженности фенотипического
проявления признака
Min → Max
Она зависит от факторов внешней среды и влияния других генов
Экспрессивность связана с изменчивостью признака в пределах
нормы реакции. Экспрессивность может выражаться в
изменении
морфологических
признаков,
биохимических,
иммунологических, патологических и других показателей.
Пример, содержание хлора в поте у человека обычно не превышает
40 ммоль/л, а при наследственной болезни — муковисцидозе
(при одном и том же генотипе) колеблется от 40 до 150 ммоль/л
Полидактилия может быть на одной, на двух руках или на ногах, количество пальцев
может быть 6 и более
15

14. Один и тот же признак может проявляться у некоторых организмов

и отсутствовать у других, имеющих тот же ген
Пенетрантность – частота проявления признака, определяемого
геном
Выражается в процентном отношении числа лиц, имеющих
данный признак, к числу лиц, имеющих данный ген
Если, например, мутантный ген проявляется у всех особей, говорят
о 100 % пенетрантности, в остальных случаях — о неполной
пенетрантности
Так, наследуемость групп крови у человека по системе АВ0 имеет
100% пенетрантность, наследственные болезни: эпилепсия — 67
%, сахарный диабет 65%, врожденный вывих бедра — 20 %.
Пенетрантность = 2/6 * 100%
16

15. Мутационная изменчивость

• Мутации – это наследуемые изменения
генетического материала организмов.
• Мутации – случайно возникшие, стойкие
изменения генотипа, затрагивающие целые
хромосомы, их части и отдельные гены.
Процесс возникновения мутаций называют
мутагенез, организмы, у которых произошли
мутации, – мутантами, а факторы среды,
вызывающие появление мутаций, –
мутагенами

16. Мутационная теория

Гуго Де Фриз
(1848-1935)
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,
они проявляются качественными
изменениями.
4. Мутации не направлены – 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, т.е. возникают у
отдельных особей.

17. классификации мутаций

• по месту их возникновения
• по адаптивному значению
• по характеру изменения генотипа
• по характеру проявления мутации

18. по месту их возникновения

Мутации
Генеративные
- возникшие в половых клетках.
Они не влияют на признаки данного
организма, а проявляются только
в следующем поколении
Соматические - возникающие в
соматических клетках. Эти мутации
проявляются у данного организма и
не передаются потомству при
половом размножении. Сохранить
соматические мутации можно только
путем бесполого размножения
(прежде всего вегетативного)

19. по адаптивному значению

Мутации
Полезные повышающие
жизнеспособность
особей
Вредные
понижающие
жизнеспособность
особей
Нейтральные –
не влияющие на
жизнеспособность
особей

20.

по характеру изменения
генотипа
Мутации
Геномные
Хромосомные
Генные

21. Геномные мутации – это изменение числа хромосом в клетках организма

причина: нерасхождение хромосом к полюсам клеток
при мейозе или митозе
Полиплоидuя –
это увеличение
числа хромосом
в клетках, кратное
гаплоидному.
триплоидные (3n),
тетраплоидные (4n)
и т.п.
у человека
не встречаются
Гетероплоидия
(анеуплоидию) –
некратное геному
увеличение или уменьшение
числа хромосом на одну
(реже две и более),
вследствие нерасхождения
какой-либо пары
гомологичных хромосом
в мейозе.
2n+1 (трисомия)
2n-1 (моносомия)
Гаплоидuя –
это уменьшение
диплоидного
набора
хромосом
в 2 раза
у человека
не встречаются

22.

синдром Дауна
Трисомия по 21 хромосоме (21+ или +21)

23. Хромосомные мутации – это изменения в структуре хромосом

p – короткое
плечо
q – длинное
плечо
дупликация – удвоение сегмента
делеция – утрата сегмента,
инверсия – переворот сегмента,
транслокация – перенос сегмента на другую хромосому

24.

делеция – утрата сегмента
A
A
B
B
C
C
D
E
E
F
F
del

25.

инверсия – переворот сегмента
A
B
B
C
C
D
E
F
inv
A
E
D
F

26.

дупликация – удвоение сегмента
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
D
E
F
add

27.

транслокация – перенос сегмента на
другую хромосому
A
B
K
L
C
M
D
N
E
F
trans

28.

Мутация происходит в В-лимфоцитам под действием специфических вирусов

29.

Пример ситуационных задач
1. В результате воздействия биологического мутагена последовательность генов в
хромосоме изменилась с ABCDEFGH на ABCDEH.
Сравниваем: ABCDEFGH на ABCDEH Тип хромосомной аберрации: делеция FG
2. В геноме организма, в результате действия химических мутагенов, произошла
хромосомная перестройка между генами. Последовательность генов изменилась с
ABCDEFGHIJK на ABCDEFJIHGK
Сравниваем: ABCDEFGHIJK на ABCDEFJIHGK
Тип хромосомной аберрации: инверсия GHIJ на JIHG
3. В результате воздействия химического мутагена последовательность генов в
хромосоме изменилась с ABCDEFGHIJKL на ABCDCDEFGHIJKL
Сравниваем: ABCDEFGHIJKL на ABCDCDEFGHIJKL
Тип хромосомной аберрации: дупликация CD
4. Под действием ультрафиолетовых лучей изменилась последовательность генов
в длинном плече хромосомы группы А с ABCDE и на длинном плече хромосомы
группы С с OPQR на ABPQR и OCDE.
Сравниваем: хромосома А с ABCDE на ABPQR
хромосома С с OPQR
на
OCDE
Тип хромосомной аберрации: транслокация

30. Запись геномных мутаций

Набор
половых
хромосом
46,
XY,
Общее
число хромосом
номер хромосомы
«+» - трисомия
+9
Расшифровка аномалии
Запись хромосомных мутаций
Набор
половых
хромосом
46,
XY,
Общее
число хромосом
Изменения
хромосом
trans (9;22)
Участвующие
регионы
(q34;q11)
Расшифровка аномалии
trans – транслокация, q – длинное плечо хромосомы,
p – короткое плечо хромосомы

31. 1) 47, XY,+2; Мужчина, трисомия по 2-ой хромосоме

Сделайте расшифровку кариотипов больных людей:
1) 47, XY,+2; Мужчина, трисомия по 2-ой хромосоме
2) 46,XX,1p+; Женщина, дупликация малого плеча на 1 хромосоме
3) 46,XY,14(q-); Мужчина, делеция большого плеча на 14 хромосоме
4) 47,XX,+17; Женщина, трисомия 17
5) 46,XX,del 1 (q21);
Женщина, делеция 21 локуса большого плеча 1 хромосомы
6) 46,XY,trans(2q-;7q+);
Мужчина, транслокация с 2-ой хромосомы большого плеча на 7-ую
хромосому большого плеча
7)46,XX,inv(18q). Женщина, инверсия большого плеча 18 хромосомы

32. Аномальный кариотип

Комплексные нарушения
кариотипа, наиболее
часто встречались: +7,
-5, -21, add 5 (q36),
del 6 (q21), del 7 (q31),
множественные
маркеры, дицентрики и
двойные
микросегменты.
Кариотип
представленной
пластинки:
46, Х0, -4, +7, +14, -21, Х, +М1, add 5 (q36), del
6 (q21), del 7 (q31).

33. Генные или точечные мутации (трансгенации)

Генные, или точечные, мутации (трансгенации) затрагивают
структуру самого гена и являются результатом изменения
нуклеотидной
последовательности
молекулы
ДНК
в
определенном участке хромосомы
Изменение последовательности азотистых оснований в данном гене
воспроизводится при транскрипции в структуре иРНК и
приводит к изменению последовательности аминокислот в
полипептидной цепи
Существуют разные типы генных мутаций, связанных с
добавлением, выпадением или перестановкой нуклеотидов в гене.
Это:
дупликации,
вставки лишней пары нуклеотидов,
делеции (выпадение пары нуклеотидов),
инверсии,
замены пар нуклеотидов
35

34.

Результат действия мутагенов

35. Серповидноклеточная анемия

заболевание человека, вызываемое заменой нуклеотида в одном
из генов, ответственных за синтез гемоглобина. Это ведет к
изменению молекулярной структуры белка гемоглобина. При
этом эритроциты теряют способность к транспорту кислорода и
вместо округлой приобретают серповидную форму.
Развивается острая анемия.
Нормальный гемоглобин (HbA)
состоит из цепи аминокислот:
вал-гис-лей-тре-про-гли-гли-лиз.
Аномальный гемоглобин (HbS),
вызывающий тяжелое заболевание
– серповидноклеточную анемию,
состоит из цепи аминокислот:
вал-гис-лей-тре-про-вал-гли-лиз.
В РНК
Глицину соответствуют ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ
Валину соответствуют ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
т.е. мутации подвергся 2-ой нуклеотид: гуанин заменился на уроцил
а в ДНК циметидин заменился аденин

36.

37.

Пример: Фенилкетонурия

38. по характеру проявления

Мутации
Спонтанные – мутации,
возникшие естественным
путем под действием
факторов среды обитания
Индуцированные – мутации,
искусственно вызванные
действием мутагенных
факторов

39. Мутагены

физические (ионизирующая радиация,
ультрафиолетовый свет, температура и
т.п.)
химические (формалин, колхицин,
соли тяжелых металлов, некоторые
лекарственные вещества и т.п.)
пищевые добавки (пропиленгликоль,
ванилин, нитрат натрия, нитрат калия,
газированные напитки,
гидрогенерированные жирные кислоты)
биологические (вирусы, токсины
бактерий, паразитов, гельминтов)

40.

Единичные мутации не закрепляются, т.к. есть механизм
репарации(восстановления ДНК)

41.

Механизм
репарации
- восстановление
ДНК

42. Факторы, приводящие к развитию врожденных пороков у детей, не связанных с нарушением наследственного материал, называются

тератогенными
44

43.

Вероятность
появления
пороков развития у плода
высока,
если
беременная
женщина
принимала
определенные
лекарства
или перенесла
коревую
краснуху,
токсоплазмоз,
сифилис.
Пороки, появляющиеся после
этого,
могут
напоминать
признаки
наследственных
заболеваний (фенокопии)
Постимплантационный
эмбрион

44.

• TORCH-инфекции
Toxoplasmosis Rubella (краснуха)
Cytomegalovirus
Herpes
Название
TORCH-инфекции
образовано
начальными буквами в латинских наименованиях
возбудителей заболеваний, потенциально опасных
для нормального развития плода во время
беременности.
• Наличие фенокопий значительно осложняет
диагностику
• Поэтому в критические периоды онтогенеза
необходимо строго следовать здоровому образу
жизни
46

45.

К модификационной изменчивости относятся также фенокопии
Фенокопии – ненаследственные изменения признаков организма
под влиянием среды, копирующие мутации, отсутствующие в
генотипе данного человека
Нормальный
генотип
Мутантный
генотип
Среда
Патологический
фенотип
=
Патологический
фенотип
Фенокопии
47

46.

Незаращение дужки пятого
поясничного позвонка
Волчья пасть
Синдактилия

47. Фактор защиты против неблагоприятных последствий генных мутаций - парность хромосом в диплоидном кариотипе соматических клеток

эукариот. Парность аллелей генов
препятствует фенотипическому проявлению мутаций, если они
имеют рецессивный характер
Определенный вклад в снижение вредных последствий генных
мутаций вносит явление экстракопирования генов, кодирующих
жизненно важные макромолекулы. Оно заключается в наличии в
генотипе нескольких десятков, а иногда и сотен идентичных копий
таких генов. Примером могут служить гены рРНК, тРНК,
гистоновых белков, без которых жизнедеятельность любой клетки
невозможна.
Существенное
значение
имеет
также
функциональная
неравнозначность замен аминокислот в полипептиде. Если новая
и сменяемая аминокислоты сходны по физико-химическим
свойствам, изменения третичной структуры и биологических
свойств белка незначительны.
49

48. Вывод:

Комбинативная
изменчивость
Мутационная
изменчивость
по сути: наследственные
по механизму: изменения,
возникающие в генотипе
передаются последующим поколениям

49. Выводы

1. Ошибки, возникающие в процессе удвоения (репликации)
ДНК, приводят к генным мутациям.
2. Генные мутации представляют собой изменения в
последовательности нуклеотидов ДНК (замена, потеря
или добавление).
3. Генные мутации, происходящие в гаметогенезе, то есть
при образовании гамет, если они не летальны,
увеличивают генетическое разнообразие, повышают
количество гетерозигот, приводят к возникновению
множественного аллелизма.
4. В процессе мейоза могут возникать перестройки
хромосом, отличающиеся от нормальной рекомбинации
(потеря участков, их удвоение, инверсия и др.), возможно
также нерасхождение гомологичных хромосом во время
редукционного деления.

50. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

виды и роды, близкие генетически,
связанные единством
происхождения, характеризуются
сходными рядами
наследственной изменчивости.
Зная, какие формы изменчивости
встречаются у одного вида,
можно предвидеть нахождение
Вавилов
аналогичных форм у других видов
Николай Иванович
(1887–1943)
Фактами, подтверждающими этот закон, являются
случаи альбинизма у позвоночных, гемофилия у
человека и других млекопитающих и т.д.

51.

Все представители семейства
гоминид имеют по 24 пары
хромосом, за исключением
людей, у которых лишь 23 пары.
Человеческая 2-я хромосома,
согласно широко признанной
точке зрения, является
результатом слияния двух
хромосом предков

52.

Бонобо́ [, или карликовый шимпанзе
По размеру он не меньше шимпанзе
обыкновенного, но уступает ему в
плотности телосложения.
Кожа — чёрная, а не розовая, как у
обыкновенных шимпанзе.
Ноги более длинные ноги и узкие,
покатые плечи, в отличие от обыкновенных шимпанзе.
Голосовые сигналы — это резкие, высокие, лающие звуки.
У них красные губы на чёрной морде и небольшие уши, высокий лоб,
длинные чёрные волосы, которые разделены на пробор посередине.
Доказательства слияния основываются на следующих фактах:
• 2-ая хромосома человека соответствует двум хромосомам обезьян.
Ближайший человеческий родственник, бонобо, имеет практически
идентичные находящимся 2-й хромосоме человека
последовательности ДНК, но они расположены на двух отдельных
хромосомах. То же самое верно и для более дальних родственников:
гориллы и орангутана.

53.

Доказательства слияния основываются на следующих фактах:
• На хромосоме человека имеются рудиментарные центромеры.
Обычно хромосома имеет только одну
центромеру, но на длинном плече
2-й хромосомы наблюдаются остатки второй.
• Кроме того на хромосоме человека имеются
рудиментарные теломеры. Обычно теломеры
находятся только на концах хромосомы, но
последовательности нуклеотидов, характерные
для теломер, наблюдаются ещё и в середине 2-й хромосомы.
• 2-я хромосома представляет собой убедительное доказательство в
пользу существования общего предка людей и других обезьян

54. Генофонд современного человека

Генофонд человека – это совокупность всех генов в общей
популяции человека как биологического вида (гены всех живущих на
Земле людей).
Общая популяция человека обозначает совокупность всех людей
Земли
Общая популяция современного человека насчитывает 7,8
млрд. людей и подразделяется на:
• расы (австралийская, азиатская, европейская, негроидная);
• нации (американцы, англичане, китайцы, корейцы, монголы,
русские, татары и т.д.);
• народы и народности (большие и малые популяционные группы);
• этнические группы (около 5-6 тысяч) – у каждой группы свой язык
общения или языковое наречие.
Особенности генофонда человека:
• глубокая дифференцированность или неоднородность генотипов при
сохраняющейся общей совокупности генов;
• зависимость генофонда современного человека от генофонда его предков;
• генетическая целостность генофонда;
• генетический груз.

55.

56.

Адаптация к особенностям питания и
типу хозяйства

57.

58.

60