Генетика человека с основами медицинской генетики

1.

«Биология – теоретическая основа медицины»
(академик И. В. Давыдовский)
Генетика человека
с основами
медицинской
генетики
З. М. Смирнова
1

2.

Актуальность темы
Размножение клеток и организмов – одно
из основных свойств живого. Знание
данного материала, основных типов
деления клеток позволяет понять
механизм возникновения наследственной
патологии. С помощью хромосом
осуществляется передача наследственной
информации дочерним клеткам и
последующим поколениям организмов.
Изменения в структуре хромосомного
набора приводят к тяжелым
наследственным заболеваниям.
2

3.

1n
Амитоз –
прямое деление,
клетки путем
Митоз –
перешнуровки
непрямое
или фрагментации
деление,
интерфазного
характерно для
ядра без
соматических
спирализации
клеток,
хромосом и
обеспечивает
образования
постоянство
веретена деления.
кариотипа
При амитозе НЕ
в ряду
обеспечивается
поколений
равномерное
клеток
распределение
2n2c
генетического
2n4c
материала
2n2c
Мейоз – характерен
для половых клеток,
уменьшает набор
хромосом вдвое, что
обеспечивает, при
последующем
слиянии гамет,
сохранение кариотипа
(2n) из поколения в
поколение
организмов
2n4c
1n2c
1n1c
1n1c
1n2c
1n1c
1n1c
Зигота 2n
3

4.

При амитозе интерфазное ядро делится путем перетяжки,
без образования веретена деления. Хромосомы не
выявляются.
Распределение наследственного материала
осуществляется произвольно.
Нередко ядро делится без последующего разделения
цитоплазмы, образуются двух- и многоядерные клетки.
Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшим не способна
вступать в нормальный митотический цикл.
Амитоз характерен для клеток печени, хрящей, роговицы
глаза, а также встречается в клетках и тканях, обреченных
на гибель, например, в клетках зародышевых оболочек
млекопитающих, в клетках опухолей.
4

5.

Постсинтетический
период
G2
2n4c
.
С
И
Н
Т
Е
Т
И
Ч
Е
С
К
И
Й
Т- А - Т-А
Г- Ц - Г-Ц
Г- Ц - Г-Ц
Ц-Г - Ц-Г
2n А-Т - А-Т
4c Т- А - Т-А
Г- Ц - Г-Ц
Г- Ц - Г-Ц
s
.
G1
2n2c
Предсинтетический
период
n – число хромосом
с – количество ДНК
в хромосомах
5

6.

В интерфазе выделяют следующие периоды
Предсинтетический
период (G1) –
наступает после
деления: клетка
растет, накапливает
нуклеотиды,
ферменты,
участвующие в
удвоении ДНК.
Набор хромосом 2n, количество ДНК
в хромосомах- 2с.
Синтетический
период (S) –
характеризуется
удвоением ДНК и
центриолей.
Наследственный
аппарат 2n 4с.
1c + 1c
2c
Постсинтетический
период (G2) –
в этот период
хроматин
удвоенный 2n4с,
клетка накапливает
ферменты и АТФ,
которые будут
участвовать в
митозе.
2n4c
6

7.

деление ядра эукариотической клетки
Удвоение хромосом происходит в интерфазе. В
результате этого в митоз хромосомы вступают
двухроматидные, напоминающими букву X
Профаза
Прометафаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза
7

8.

Из микротрубочек начинает формироваться веретено деления
Ядерная оболочка и ядрышки распадаются.
Происходит спирализация хроматина и образование
хромосом.
2n4c
2n4c
Центромеры хромосомы начинают вступают в контакт с
микротрубочками веретена деления
К концу прометафазы формируется веретено деления
2n4c
8

9.

Веретено деления полностью формируется в начале метафазы
Микротрубочки веретена деления прикрепляются к
центромерам, или кинетохорам хромосомы.
Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя
метафазную пластинку.
Каждая хромосома продольно расщепляется на
две хроматиды (дочерние хромосомы) которые
оказываются связанными только в участке центромеры.
Расщепление
2n4c
9

10.

Каждая хромосома продольно расщепляется
на две идентичные хроматиды, которые
расходятся к противоположным полюсам клетки.
Таким образом, за счет идентичности дочерних
хроматид у двух полюсов клетки оказывается
одинаковый генетический материал: такой же,
какой был в клетке до начала митоза.
Наследственный аппарат 4n4c.
1c
2c
1c
4n4c
10

11.

Телофаза
Хромосомы деспирализуются
Формируются ядерные оболочки и ядрышки
Разрушается веретено деления
Набор хромосом и ДНК в дочерних клетках 2n2c
Заканчивается деление ядра (кариокинез)
Начинается цитокинез (деление цитоплазмы)
В животных клетках этот процесс начинается с
образования в экваториальной плоскости перетяжки,
которая углубляясь, делит материнскую клетку на две
дочерние
4n4c
2n2c
+
2n2c
В растительных клетках образуется внутриклеточная
перегородка из за жесткой клеточной стенки
11

12.

Обеспечивает
сохранение
генетического 2n2c
2n2c
Интерфаза
материала в
2n4c
ряду поколений
Телофаза
клеток ;
Это обеспечивается
тем, что при
Профаза
репликации ДНК
2n4c
возникают два
одинаковых
2n2c
2n2c
набора хромосом,
Прометафаза
Анафаза
которые в
2n4c
4n4c
процессе митоза
Метафаза
равномерно
2n4c
распределяются
по дочерним
клеткам.
12

13.

Мутация
Норма
-1
+1
2n
2n
2n
2n
2n - 1
2n + 1
Нерасхождение хроматид при митозе дает
нарушение только в потомстве данной клетки
(соматическая мутация). Такой организм
называется «мозаик».
13

14.

вид деления клеток, при котором происходит уменьшение числа
хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное
Мейоз представляет собой последовательность двух делений
2n2c
Интерфаза I 2n4c
I деление мейоза – редукционное
Характеризуется
уменьшением
числа хромосом
(2n) вдвое
2n4c
Профаза I
Метафаза I
Анафаза I
Телофаза I
1n2c
1n2c
Интеркинез – промежуток времени между делениями (нет удвоения хроматид)
II деление мейоза – эквационное
Характеризуется
уменьшением
количества ДНК
1n1c
1n2c
Профаза II
Метафаза II
Анафаза II
Телофаза II
1n2c
1n1c
1n1c
1n1c
14

15.

Мейоз
I деление мейоза – редукционное
Профаза I
В точке рекомбинации образуется
видимая в световой микроскоп
крестообразная структура – хиазма.
ПахитенаДиплотенаДиакинезОбмен
происходит
только
между
стадия толстых
стадия на которой
отталкивание
нитей. Хромосомы
гомологичные
продолжается,
но
двумя из
четырех хроматид.
Число
соединяются в пары- хромосомы
гомологичные
хиазм
зависит
от
длины
биваленты. Число
начинают
хромосомы все ещё
бивалентовхромосомы:
равно
отталкиваться
друг
остаются
чем длиннее
гаплоидному набору от друга, но все ещё соединенными в
хромосома,
тем больше
хиазм.
хромосом. На этой
остаются
биваленты своими
(выделяют 5 стадий)
Лептотена-
Зиготена-
стадия длинных
хромосом с
хромомерами
(утолщениями)
стадия попарного
соединения
гомологичных
хромосомконьюгация
хиазмы
стадии происходит
кроссинговер
(перекрест)-обмен
участками хромосом
соединенными
концами, образуя
A
A
a
a
A
A
a
a
AХромосомы
a Aa
своими концами
хиазмы.
максимально
спирализованы,
BB b b
B B bядерная
b
Bоболочка
B b b
растворяется
коньюгация
Кроссинговер резко увеличивает наследственную
изменчивость, образование
благодаря появлению хромосом с новой
бивалентов
15
комбинацией генов

16.

I деление мейоза – редукционное
приводит к образованию гаплоидных клеток из диплоидных
Профаза I
2n4c
Профаза I
заканчивается
исчезновением
ядрышек,
ядерной
оболочкой,
образованием
веретена
деления (2n4c)
Метафаза I
2n4c
Завершается
формирование
веретена деления.
Хромосомы
объединены
в биваленты.
Биваленты
выстраиваются по
экватору клетки,
образуя
метафазную
пластинку (2n4c
Анафаза I
2n4c
Хромосомы
расходятся к
полюсам клетки,
при этом у
каждого полюса
оказывается
гаплоидный
набор хромосом,
состоящий их
двух хроматид
(2n4c)
Телофаза I
1n2c1n2c + 1n2c
1n2c
В телофазе I
восстанавливает
ся ядерная
оболочка, после
чего материнская
клетка делится на
две дочерние
(1n2c)
16

17.

II деление мейоза – эквационное
Второе деление мейоза начинается сразу после первого и сходно с
митозом, однако вступающие в него клетки несут 1n набор хромосом
Телофаза I
1n2c
Профаза II
1n2c
1n2c
Метафаза II
1n2c
1n2c
Анафаза II
1n2c
Телофаза II
1n1c + 1n1c
1n2c
1n1c + 1n1c
Характеризуется
Центромеры
Хромосомы
Профаза II
процессами
делятся,
располагаются в
очень
обратными
хроматиды
экваториальной
короткая;
профазе.
становится
формируется плоскости,
Образуется
самостоятельными
образуется
веретено
перетяжка,
хромосомами
и
веретено
деления
которая делит
растягиваются
к
деления
клетку пополам
полюсам
Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной клетки
образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.
17

18.

Задание:
определите
фазы и
события
мейоза
18

19.

2n4c
1n2c
2n4c
1n2c
2n4c
1n2c
2n4c
1n2c
Мейоз
1n2c
2n2c
1n1c
1n1c
1n1c
1n1c
1n2c
2n2c
Мейоз обеспечивает два
механизма рекомбинации
генетического материала:
• непостоянный – обмен
гомологичными участками между
хромосомами (кроссинговер).
• постоянный – независимое
расхождение гомологичных
хромосом в анафазе I мейоза.
В результате гаметы получают
разное число хромосом
отцовского и материнского
происхождения.
Биологическое значение
мейоза:
• обеспечивает передачу
генетической информации от
организма к организму при
половом размножении;
• дочерние клетки генетически
не идентичны материнской и
между собой.
19

20.

Митоз
Профаза
Хромосомы
состоят из
двух
сестринских
хроматид
Метафаза
Анафаза
Репликация
ДНК
2n2c
2n4c
Репликация
ДНК
I деление
мейоза:
Профаза I
2n4c
Биваленты
Хромосомы выстраиваются по
выстраиваются экватору клетки,
образуя
по экватору
метафазную
клетки, образуя
пластинку
кроссинговер
бивалент
Метафаза I
метафазную
Гомологичные
пластинку
хромосомы
расходятся к
Сестринские
полюсам
хроматиды
Хромосомы
расходятся
к полюсам выстраиваются
по экватору
1n2с
клетки
Сестринские
хроматиды
расходятся в
1n
1n
анафазу II
Телофаза
2n2c
Мейоз
Материнская клетка
(перед репликацией ДНК)
2n2c
Дочерние клетки после митоза
Анафаза I
Телофаза I
II деление
Метафаза II
1n2с
Анафаза II
Телофаза II
1n
1n
20
Дочерние клетки после II деления мейоза

21.

Сперматогенез-
Овогенез-
протекает в семенниках
протекает в яичниках
2n
Образуются
2n
сперматогонии
Сперматоциты 2n4c
I порядка
Сперматоциты 2n4c
II порядка
Период размножения
незрелые половые клетки
2n делятся митозом 2n
2n4c
роста
2n
4c
Период созревания
I деление 1n2c
мейоза
II деление
1n1c
1n1c
1n1c
половые клетки
делятся
мейозом
Образуются
овогонии
Период формирования
1n1c
2n
Зигота
2n4c
Овоцит
I порядка
1n2c I деление
полярное
мейоза
тельце
Овоцит II
порядка
Сперматиды
Сперматозоиды
(1n)
2n
короткий Период длительный
1n2c
1n1c
2n
II деление
мейоза
1n1c
Полярные
Яйцеклетка (направительные)
21
тельца – погибают
(1n)

22.

Анеуплоидия характеризуется изменением числа хромосом в
результате нарушений мейоза и митоза. У человека нарушение набора
хромосом ведет к возникновению хромосомных болезней: синдромов
Шерешевского-Тернера (2п-1), Клайнфельтера (2п+1), Дауна, Патау и т.д.
Мутация
Норма
-1
+1
2n
2n
1n
1n
1n
1n
2n
1n
1n+1
1n-1
1n
2n+1
2n-1
22

23.

Неравный кроссинговер между
гомологичными хромосомами
A b c
d E f
g h L M N
A b c
d E f
g h L M N
k
A b c
d E f
g h Lg h L
M N k
A b c
d E f
M N
k
дупликация
k
делеция
A b c
A b c
d E f
g h L M N
d E f
g h L M N
k
k
Кроссинговер между негомологичным
14
14
20
хромосома
20
14
20
Транслокация
14 t 20
Транслокация
20 t 14
23

24.

Причины изменения числа хромосом
Нерасхождение
хромосом
Потеря хромосомы
(анафазное отставание)
Потеря
хроматиды
2n +1
2n - 1
2n
2n - 1
2n - 1
2n - 1
В результате образуются клетки с измененным количеством
отдельных хромосом.
При утрате одной хромосомы из пары клетки характеризуются
моносомией.
Добавление одной хромосомы к паре называется трисомией.
24

25.

Нерасхождение
бивалента
2 (n + 1)
2 (n – 1)
Утрата бивалента
Утрата хромосомы
2 (n – 1)
2(n)
2 (n – 1)
2 (n – 1)
В результате образуются пары гамет с изменением количества
отдельных хромосом.
При утрате двух хромосом одной пары гаметы характеризуются
нулисомией.
Добавление в гамету еще одной хромосомы называется дисомией.
25

26.

Нерасхождение
хроматид
n+1
n-1
Потеря хромосомы
n-1
Потеря хроматиды
n
n-1
n-1
В результате образуются гаметы с изменением количества отдельных
хромосом.
При утрате двух хромосом одной пары гаметы характеризуются
нулисомией.
Добавление в гамету еще одной хромосомы называется дисомией.
При слиянии нулисомных или дисомных гамет с нормальными
гаметами, образуются зиготы с нечетным числом хромосом,
26
соответственно, с моносомией или трисомией.

27.

46 ХХ
Н
а
р
у
ш
е
н
и
е
45 ХХ
м
е
й
о
з
а
23 Х
22 Х
23Y
Моносомия
45 ХY
47 ХХ
23 Х
24 Х
23Y
Трисомия
47 ХY
27

28.

(((
28