Kaj se zgodi z genomskimi mutacijami. dednega materiala
Mutacijska variabilnost ki jih povzročajo mutacije. Mutacije so nenadne, krčevite spremembe dednega materiala, ki se dedujejo. Za mutacije so značilne številne lastnosti:
1. nastane nenadoma, krčevito;
2. spremembe v dednem materialu se dogajajo nesmerno – vsak gen lahko mutira, kar vodi do spremembe katerekoli lastnosti;
3. glede na manifestacijo v fenotipu so lahko dominantni in recesivni;
4. se dedujejo.
Glede na stopnjo prizadetosti dednega materiala delimo mutacije na genske, kromosomske in genomske.
Genetski mutacije so povezane s spremembo strukture gena (struktura molekule DNA). Kršitev strukture gena lahko povzroči: a) substitucijo, b) vstavitev, c) izbris nukleotida. Ko se nukleotid zamenja v molekuli DNA, se ena aminokislina zamenja v molekuli beljakovine. To vodi do sinteze proteina s spremenjenimi lastnostmi. Vstavljanje ali izbris nukleotida povzroči spremembo celotnega zaporedja aminokislin v proteinski molekuli. Genske mutacije so vzrok številnih presnovnih bolezni (fenilketonurija, srpastocelična anemija, albinizem).
Kromosomski mutacije so povezane s spremembami v strukturi kromosomov. Kromosomske mutacije delimo na intrakromosomske in interkromosomske. Intrakromosomske mutacije vključujejo:
a) Delecija - izguba dela kromosoma. Delecija končnega dela kromosoma ima svoje ime - kljubovanje. Pri ljudeh se delecija kratkega kraka 5-kromosoma imenuje sindrom "mačjega joka".
b) Duplikacija - podvojitev odseka kromosoma.
c) Inverzija - rotacija segmenta kromosoma za 180 °.
Med kromosomske mutacije sodi translokacija – prenos dela kromosoma na nehomologni kromosom.
ABCDEF- originalni kromosom;
ABEF- izbris;
CDEF- kljubovanje;
ABCDDEF- podvajanje;
ACBDEF- inverzija;
ABCDEFMN- translokacija.
Genomski mutacije so povezane s spremembo števila kromosomov v kariotipu. Genom je vsebina dednega materiala v haploidnem nizu kromosomov. Dodeli:
a) poliploidija - to je večkratnik povečanja števila kromosomov haploidnega niza (3n, 4n, 6n itd.). Poliploidijo delimo na avtopoliploidijo in alopoliploidijo.
Avtopoliploidija- večkratno povečanje števila nizov kromosomov ene vrste. Prisoten je v rastlinah in se uporablja v žlahtnjenju za vzgojo novih sort rastlin, saj so poliploidi večji in bolj odporni na neugodne okoljske razmere. Poliploidi so: rž (tetraploidne sorte), ječmen, pšenica, jabolko, hruška, krizantema in mnogi drugi.Pojav poliploidov je povezan s kršitvijo mejoze. Mutagen kolhicin, ki uniči vreteno, povzroči poliploidijo.
Alopoliploidija- povečanje števila nizov kromosomov dveh različnih vrst. Alopoliploidija se uporablja za premagovanje neplodnosti medvrstnih hibridov (zelje-redki hibrid).
b) heteroploidija - to je sprememba števila kromosomov, ki ni večkratnik haploidnega (2n + 1 - trisomija, 2n-1 - monosomija). Kršitve ločevanja kromosomov med mejozo vodijo do spremembe števila kromosomov v organizmu. Torej,
Downov sindrom je trisomija 21. kromosoma;
Shereshevsky-Turnerjev sindrom - monosomija na kromosomu X: X0 pri ženskah;
Klinefelterjev sindrom - trisomija spolnih kromosomov: dodatni X kromosom pri moških - XXY).
Heteroploidija povzroči motnje v normalnem razvoju organizma, spremembe v njegovi strukturi in zmanjšanje sposobnosti preživetja.
Variabilnost- sposobnost živih organizmov, da pridobivajo nove značilnosti in lastnosti. Zaradi variabilnosti se organizmi lahko prilagajajo spreminjajočim se okoljskim razmeram.
Obstajata dve glavne oblike variabilnosti: dedno in nededno.
dedno, oz genotipsko, variabilnost- spremembe v značilnostih organizma zaradi spremembe genotipa. Po drugi strani pa je razdeljen na kombinirano in mutacijsko. Kombinacijska variabilnost nastane zaradi rekombinacije dednega materiala (geni in kromosomi) med gametogenezo in spolnim razmnoževanjem. Mutacijska variabilnost nastane kot posledica sprememb v strukturi dednega materiala.
nededna, oz fenotipsko, oz sprememba, variabilnost- spremembe v značilnostih organizma, ki niso posledica spremembe genotipa.
Mutacije
Mutacije- to so vztrajne nenadne spremembe v strukturi dednega materiala na različnih ravneh njegove organizacije, kar vodi do spremembe nekaterih znakov organizma.
Izraz "mutacija" je v znanost uvedel De Vries. On je ustvaril teorija mutacije, katere glavne določbe do danes niso izgubile pomena.
- Mutacije se pojavijo nenadoma, nenadoma, brez prehodov.
- Mutacije so dedne, tj. vztrajno prenašal iz roda v rod.
- Mutacije ne tvorijo neprekinjenih nizov, niso združene okoli povprečnega tipa (kot pri modifikacijski variabilnosti), so kvalitativne spremembe.
- Mutacije so nesmerne – vsak lokus lahko mutira, kar povzroči spremembe tako manjših kot vitalnih znakov v kateri koli smeri.
- Iste mutacije se lahko ponavljajo.
- Mutacije so individualne, to pomeni, da se pojavijo pri posameznih posameznikih.
Proces mutacije se imenuje mutageneza, okoljski dejavniki, ki povzročajo pojav mutacij, pa so mutageni.
Glede na vrsto celic, v katerih je prišlo do mutacije, ločimo: generativne in somatske mutacije.
generativne mutacije nastanejo v zarodnih celicah, ne vplivajo na značilnosti tega organizma, pojavijo se šele v naslednji generaciji.
Somatske mutacije nastanejo v somatskih celicah, se pojavijo v danem organizmu in se med spolnim razmnoževanjem ne prenašajo na potomce. Somatske mutacije je mogoče rešiti le z nespolnim razmnoževanjem (predvsem vegetativnim).
Glede na adaptivno vrednost ločimo: koristne, škodljive (letalne, polletalne) in nevtralne mutacije. Uporabno- povečanje vitalnosti smrtonosno- povzroči smrt pol smrtonosno- zmanjša sposobnost preživetja nevtralen- ne vplivajo na sposobnost preživetja posameznikov. Vedeti je treba, da je lahko ena in ista mutacija pod določenimi pogoji koristna, pod drugimi pa škodljiva.
Glede na naravo manifestacije so lahko mutacije dominanten in recesivno. Če je dominantna mutacija škodljiva, lahko povzroči smrt lastnika v zgodnjih fazah ontogeneze. Recesivne mutacije se pri heterozigotih ne pojavijo, zato dolgo časa ostanejo v populaciji v "latentnem" stanju in tvorijo rezervo dedne variabilnosti. Ko se okoljske razmere spremenijo, lahko nosilci takih mutacij dobijo prednost v boju za obstoj.
Glede na to, ali je mutagen, ki je povzročil to mutacijo, identificiran ali ne, obstajajo povzročeno in spontano mutacije. Ponavadi spontane mutacije nastanejo naravno, inducirane pa umetno.
Glede na stopnjo dednega materiala, na katerem je mutacija nastala, ločimo: genske, kromosomske in genomske mutacije.
Genske mutacije
Genske mutacije- spremembe v strukturi genov. Ker je gen del molekule DNK, je mutacija gena sprememba nukleotidne sestave tega dela. Genske mutacije se lahko pojavijo kot posledica: 1) zamenjave enega ali več nukleotidov z drugimi; 2) vstavljanje nukleotidov; 3) izguba nukleotidov; 4) podvojitev nukleotidov; 5) spremembe v vrstnem redu menjave nukleotidov. Te mutacije vodijo do spremembe aminokislinske sestave polipeptidne verige in posledično do spremembe funkcionalne aktivnosti proteinske molekule. Zaradi genskih mutacij nastane več alelov istega gena.
Bolezni, ki jih povzročajo genske mutacije, imenujemo genske bolezni (fenilketonurija, anemija srpastih celic, hemofilija itd.). Dedovanje genskih bolezni je podrejeno Mendelovim zakonom.
Kromosomske mutacije
To so spremembe v strukturi kromosomov. Preureditve se lahko izvedejo tako znotraj istega kromosoma - intrakromosomske mutacije (delecija, inverzija, podvajanje, vstavljanje) kot med kromosomi - medkromosomske mutacije (translokacija).
izbris- izguba segmenta kromosoma (2); inverzija- rotacija segmenta kromosoma za 180° (4, 5); podvajanje- podvojitev istega dela kromosoma (3); vstavljanje— permutacija odseka (6).
Kromosomske mutacije: 1 - parakromosomi; 2 - izbris; 3 - podvajanje; 4, 5 - inverzija; 6 - vstavljanje.
Translokacija- prenos dela enega kromosoma ali celotnega kromosoma na drug kromosom.
Bolezni, ki jih povzročajo kromosomske mutacije, so razvrščene kot kromosomske bolezni. Takšne bolezni vključujejo sindrom "mačjega joka" (46, 5p -), translokacijsko različico Downovega sindroma (46, 21 t21 21) itd.
Genomska mutacija imenujemo sprememba števila kromosomov. Genomske mutacije so posledica motenj normalnega poteka mitoze ali mejoze.
haploidija- zmanjšanje števila popolnih haploidnih nizov kromosomov.
poliploidija- povečanje števila popolnih haploidnih kompletov kromosomov: triploidi (3 n), tetraploidi (4 n) itd.
heteroploidija (aneuploidija) - ponavljajoče se povečanje ali zmanjšanje števila kromosomov. Najpogosteje pride do zmanjšanja ali povečanja števila kromosomov za enega (manj pogosto dva ali več).
Najverjetnejši vzrok heteroploidije je nedisjunkcija katerega koli para homolognih kromosomov med mejozo pri enem od staršev. V tem primeru ena od nastalih gamet vsebuje en kromosom manj, druga pa več. Zlitje takšnih gamet z normalno haploidno gameto med oploditvijo povzroči nastanek zigote z manj ali več kromosomi v primerjavi z diploidnim nizom, značilnim za to vrsto: nulosomija (2n - 2), monosomija (2n - 1), trisomija (2n + 1), tetrasomija (2n+ 2) itd.
Spodnji genetski diagrami kažejo, da je mogoče rojstvo otroka s Klinefelterjevim sindromom ali Turner-Shereshevskyjevim sindromom razložiti z neločevanjem spolnih kromosomov med anafazo 1 mejoze pri materi ali očetu.
1) Nedisjunkcija spolnih kromosomov med mejozo pri materi
| R | ♀46,XX | × | ♂46,XY | ||
| Vrste spolnih celic | 24.XX 24.0 | 23, X 23, Y | |||
| F | 47,XXX trisomija na kromosomu X |
47,XXY sindrom Klinefelter |
45,X0 Turnerjev sindrom Šereševskega |
45, Y0 smrt zigote |
|
2) Nedisjunkcija spolnih kromosomov med mejozo pri očetu
| R | ♀46,XX | × | ♂46,XY |
| Vrste spolnih celic | 23 X | 24, XY 22, 0 | |
| F | 47,XXY sindrom Klinefelter |
45,X0 Turnerjev sindrom Šereševskega |
V kategorijo kromosomskih bolezni spadajo tudi bolezni, ki jih povzročajo genomske mutacije. Njihova dediščina se ne drži Mendelovih zakonov. Poleg zgoraj omenjenih sindromov Klinefelter ali Turner-Shereshevsky so takšne bolezni Downov sindrom (47, +21), Edwards (+18), Patau (47, +15).
poliplodija značilnost rastlin. Proizvodnja poliploidov se pogosto uporablja v žlahtnjenju rastlin.
Zakon homološke serije dedne variabilnosti N.I. Vavilov
»Za genetsko sorodne vrste in rodove so značilni podobni nizi dedne variabilnosti s takšno pravilnostjo, da je mogoče ob poznavanju števila oblik znotraj ene vrste predvideti najdbo vzporednih oblik pri drugih vrstah in rodovih. Čim bližje so rodovi in vrste genetsko locirani v splošnem sistemu, tem bolj popolna je podobnost v vrsti njihove variabilnosti. Za celotne družine rastlin je na splošno značilen določen cikel variabilnosti, ki poteka skozi vse rodove in vrste, ki sestavljajo družino.
Ta zakon lahko ponazorimo s primerom družine Bluegrass, ki vključuje pšenico, rž, ječmen, oves, proso itd. Tako so črno barvo kariopse našli pri rži, pšenici, ječmenu, koruzi in drugih rastlinah, podolgovato obliko kariopse pa pri vseh preučevanih vrstah družine. Zakon homoloških serij v dedni variabilnosti je omogočil N.I. Vavilov najti številne prej neznane oblike rži na podlagi prisotnosti teh lastnosti v pšenici. Sem sodijo: klasje in klasje brez ose, zrna rdeče, bele, črne in škrlatne barve, mokasta in steklasta zrna itd.
| Dedna variabilnost lastnosti * | rž | Pšenica | ječmen | oves | Proso | sirek | Koruza | riž | pšenična trava | ||
| Koruza | Barvanje | Črna | + | + | + | — | — | + | + | + | + |
| vijolična | + | + | + | — | — | + | + | + | — | ||
| Oblika | zaokrožen | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| podolgovate | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Biol. znaki | Življenjski slog | Ozimni posevki | + | + | + | + | + | ||||
| Pomlad | + | + | + | + | + | + | + | + | |||
* Opomba. Znak "+" pomeni prisotnost dednih oblik z določeno lastnostjo.
Odpri N.I. Vavilov zakon velja ne samo za rastline, ampak tudi za živali. Torej albinizem najdemo ne le pri različnih skupinah sesalcev, temveč tudi pri pticah in drugih živalih. Kratkoprstnost opazimo pri ljudeh, govedu, ovcah, psih, pticah, pomanjkanje perja pri pticah, lusk pri ribah, volne pri sesalcih itd.
Zakon homološke serije dedne variabilnosti je zelo pomemben za vzrejo, saj omogoča napovedovanje prisotnosti oblik, ki jih ne najdemo pri določeni vrsti, vendar so značilne za sorodne vrste. Poleg tega je želeno obliko mogoče najti v naravi ali pridobiti z umetno mutagenezo.
Umetno pridobivanje mutacij
V naravi spontana mutageneza nenehno poteka, vendar so spontane mutacije precej redke, na primer pri Drosophili nastane mutacija belih oči s frekvenco 1: 100.000 gamet.
Dejavniki, katerih vpliv na telo povzroči nastanek mutacij, se imenujejo mutageni. Na splošno so mutageni razdeljeni v tri skupine. Za umetno ustvarjanje mutacij se uporabljajo fizikalni in kemični mutageni.
Inducirana mutageneza je zelo pomembna, saj omogoča ustvarjanje dragocenega izvornega materiala za vzrejo in razkriva načine za ustvarjanje sredstev za zaščito ljudi pred delovanjem mutagenih dejavnikov.
Variabilnost modifikacije
Variabilnost modifikacije- to so spremembe v značilnostih organizmov, ki niso posledica sprememb v genotipu in nastanejo pod vplivom okoljskih dejavnikov. Habitat igra pomembno vlogo pri oblikovanju lastnosti organizmov. Vsak organizem se razvija in živi v določenem okolju, doživlja delovanje svojih dejavnikov, ki lahko spremenijo morfološke in fiziološke lastnosti organizmov, tj. njihov fenotip.
Primer variabilnosti lastnosti pod vplivom okoljskih dejavnikov je različna oblika listov puščice: listi, potopljeni v vodo, so trakasti, listi, ki plavajo na površini vode, so okrogli, tisti v vodi pa okrogli. zraka so v obliki puščice. Pod vplivom ultravijoličnih žarkov se pri ljudeh (če niso albini) pojavi porjavelost, ki je posledica kopičenja melanina v koži, pri različnih ljudeh pa je intenzivnost obarvanosti kože različna.
Za modifikacijsko variabilnost so značilne naslednje glavne lastnosti: 1) nedednost; 2) skupinska narava sprememb (posamezniki iste vrste, postavljeni v enake pogoje, pridobijo podobne lastnosti); 3) skladnost sprememb z delovanjem okoljskega dejavnika; 4) odvisnost meja variabilnosti od genotipa.
Kljub dejstvu, da se lahko pod vplivom okoljskih razmer znaki spremenijo, ta variabilnost ni neomejena. To je razloženo z dejstvom, da genotip določa posebne meje, znotraj katerih lahko pride do spremembe lastnosti. Imenuje se stopnja variabilnosti lastnosti ali meje modifikacijske variabilnosti hitrost reakcije. Hitrost reakcije je izražena v celoti fenotipov organizmov, ki nastanejo na podlagi določenega genotipa pod vplivom različnih dejavnikov okolja. Praviloma imajo kvantitativne lastnosti (višina rastline, pridelek, velikost listov, mlečnost kravjega mleka, prireja kokošjih jajc) širši odziv, to pomeni, da se lahko močno razlikujejo od kakovostnih lastnosti (barva volne, vsebnost mlečne maščobe, zgradba cvetov, krvna skupina). Poznavanje hitrosti reakcije je zelo pomembno za prakso kmetijstva.
Spremenljivost številnih lastnosti rastlin, živali in ljudi sledi splošnim vzorcem. Ti vzorci se razkrijejo na podlagi analize manifestacije lastnosti v skupini posameznikov ( n). Stopnja izraženosti proučevane lastnosti med člani vzorca je različna. Vsaka določena vrednost proučevane lastnosti se imenuje možnost in označen s črko v. Pogostost pojavljanja posameznih različic je označena s črko str. Pri proučevanju variabilnosti lastnosti v vzorčni populaciji se sestavi variacijska serija, v kateri so posamezniki razvrščeni po naraščajočem vrstnem redu indikatorja proučevane lastnosti.
Na primer, če vzamemo 100 klasov pšenice ( n= 100), preštejte število klaskov v klasu ( v) in številom klaskov z danim številom klaskov, potem bo variacijska serija videti takole.
| možnost ( v) | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| Pogostost pojavljanja ( str) | 2 | 7 | 22 | 32 | 24 | 8 | 5 |
Na podlagi variacijske serije, variacijska krivulja- grafični prikaz pogostosti pojavljanja posamezne opcije.
Pogosteje se pojavlja povprečna vrednost lastnosti, manj pogoste so variacije, ki se od nje bistveno razlikujejo. Se imenuje "normalna porazdelitev". Krivulja na grafu je običajno simetrična.
Povprečna vrednost lastnosti se izračuna po formuli:
kje M- povprečna vrednost znaka; ∑( v
Navedite dve skupini kromosomskih mutacij. Katere kršitve se v njih razlikujejo?
Kromosomske mutacije (sicer imenovane kromosomske preureditve) na tak ali drugačen način porušijo strukturo kromosomov. Lahko so intrakromosomske, ko pride do sprememb znotraj kromosoma (izguba, delecija, inverzija, podvajanje, vstavljanje), in medkromosomske, pri katerih pride do sprememb med različnimi kromosomi (translokacija).
1. Izguba - izguba končnega dela kromosoma.
2. Izbris - izguba vmesnega mesta.
3. Inverzija - zasuk enega od odsekov kromosoma za 180 °.
4. Duplikacija – podvojitev določenega področja.
5. Insercija - izguba mesta in premik na drugo mesto znotraj enega kromosoma.
6. Translokacija - sprememba lokacije dela enega kromosoma ali celo popoln prenos kromosoma na drug nehomoložni kromosom.
Kromosomske mutacije so osnova kromosomskih bolezni, kot so translokacijska različica Downovega sindroma, sindrom mačjega joka itd.
Kaj povzroča genomske mutacije? Kaj jih povzroča?
Genomska mutacija je posledica spremembe števila kromosomov. Ta vrsta mutacije je posledica neuspeha normalnega poteka mitoze ali mejoze.
Navedite tri ključne vrste genomskih mutacij.
haploidija- zmanjšanje števila popolnih haploidnih nizov kromosomov. Na primer, posamezne diploidne rastline se lahko spremenijo v haploidne: to se kaže v zamudi pri razvoju tkiva.
poliploidija(euploidija) - večkratno povečanje števila popolnih haploidnih sklopov kromosomov: triploidi (3n), tetraploidi (4n) itd. Takšno mutacijo namerno povzročijo rejci v procesu obdelave rastlin s kemikalijami ali radioaktivnim sevanjem. Pri živalih se poliploidija pojavlja v zelo redkih primerih. Poskusi umetnega povzročanja poliploidije pri živalih so se končali z njihovo smrtjo.
heteroploidija
(aneuploidija) - nekratno povečanje ali zmanjšanje števila kromosomov, običajno za en kromosom, manj pogosto za dva ali več.
Najverjetnejši razlog je nedisjunkcija v mejozi pri enem od staršev para homolognih kromosomov. Zaradi tega ena od nastalih gamet nima enega kromosoma, druga gameta pa ima več kot en kromosom. Zlitje "napačnih" gamet s "pravilno" haploidno gameto med oploditvijo bo povzročilo nastanek zigote z motenim številom kromosomov v eno ali drugo smer v primerjavi z diploidnim nizom.
Genetski diagrami kažejo, da je rojstvo otroka, obdarjenega s Klinefelterjevim sindromom ali Shereshevsky-Turnerjevim sindromom, mogoče razložiti z dejstvom, da med anafazo 1 mejoze pri enem od staršev ni prišlo do razhajanja spolnih kromosomov.
Kako se imenujejo bolezni, ki jih povzročajo kromosomske in genomske mutacije?
Med kromosomske uvrščamo tudi bolezni, ki jih povzročajo genomske mutacije. Njihovo dedovanje ne ustreza zakonitostim, ki jih je odkril Mendel. Poleg Klinefelterjevega ali Shereshevsky-Turnerjevega sindroma so takšne bolezni Downov sindrom (47, +21), Edwardsov (47, +18), Patau (47, +15) sindrom.
Kateri sta dve vrsti poliploidije? Zakaj?
Poliploidijo delimo na alopoliploidijo in avtopoliploidijo. Pri avtopoliploidih se poveča enak nabor kromosomov - ta pojav opazimo pri večini kulturnih rastlin. Za pridobivanje alopoliploidov najprej križamo dve različni vrsti, na primer zelje z redkvico, nato pa dobljeni hibrid, kapredko, poliploidiziramo.
Želite odlično opraviti izpit? Klikni tukaj -Genomske mutacije so spremembe v genomu – haploidni garnituri kromosomov. Med genomskimi mutacijami ločimo več sort.
Robertsonove preureditve - zlitje in ločevanje kromosomov v centromeri. Imenujejo se po V. Robertsonu, ki je predlagal svojo hipotezo o mehanizmu takšnih mutacij. Centrične fuzije ("Robertsonove translokacije") so fuzije dveh nehomolognih akrocentričnih kromosomov, da nastane en submetacentrični kromosom. Nasprotno pa se pri delitvi en submetacentrični kromosom razdeli na dva akrocentrična kromosoma. V tem primeru mora nastati nova centromera, sicer se kromosom brez centromere med mitozo izgubi.
Robertsonove preureditve vodijo do spremembe števila kromosomov v kariotipu, ne da bi vplivale na celotno količino genetskega materiala v celici. V naravi sta prisotni obe različici preureditev, vendar so Robertsonove translokacije veliko pogostejše. So ena glavnih poti evolucije kariotipa.
Aneuploidija je sprememba števila kromosomov, ki ni večkratnik haploidnega niza. Praviloma predstavlja dodatek ali izgubo 1-2 kromosomov diploidnega sklopa. Pri živalih aneuploidija običajno povzroči hude anomalije ali smrt. Vendar pa lahko pri rastlinah trisomija (prisotnost 3 homolognih kromosomov) služi kot dejavnik genetske raznolikosti. Vzrok za anevploidijo je neločenje kromosomov med mejozo in nastanek neuravnoteženih gamet.
Downov sindrom (DS) je ena izmed zelo omejenega števila dednih bolezni, katere fenotip je dobro znan tudi nestrokovnjakom. Njegova "slavnost" je posledica dejstva, da je, prvič, incidenca DM precej visoka, in, drugič, fenotip te bolezni je zlahka prepoznaven: za bolnike z DM so značilne značilne zunanje poteze, obrazna mimika in duševna zaostalost.
Prvi klinični in znanstveni opisi DM so se pojavili sredi prejšnjega stoletja, natančno definicijo pa je leta 1866 podal J. Down, ki je opisal več tovrstnih bolnikov. Hipoteze, da je sladkorna bolezen genetsko nadzorovana, so bile oblikovane v začetku 20. stoletja. Do tridesetih let 20. stoletja je bilo domnevano, da se ta bolezen razvije kot posledica kromosomske aberacije (strukturne nepravilnosti v nizu kromosomov), katerih vzrok je njihova neločenost med mejozo. Leta 1959 so odkrili, da DM povzroča trisomija 21. kromosoma, tj. prisotnost v celicah treh in ne dveh, kot običajno, kromosomov. Danes je znano, da je približno 1 od 600 novorojenčkov nosilec te anomalije. Poleg tega je po trenutnih ocenah približno 1 od 150 oplojenih človeških jajčec nosilec trisomije 21 (večina jajčec s trisomijo umre). Bolniki s sladkorno boleznijo predstavljajo približno 25 % vseh duševno zaostalih in predstavljajo največjo etiološko homogeno skupino duševno zaostalih.
Genetski mehanizem DM je ilustracija pojava kromosomskih aberacij. O njih je že razpravljalo v pogl. I. Naj na kratko ponovimo tam povedano. Pri nastajanju zarodnih celic – gamet – se razdeli vseh 23 parov kromosomov, vsaka gameta pa postane nosilec enega kromosoma iz vsakega para. Ko semenčica oplodi jajčece, se pari kromosomov obnovijo, pri čemer v vsakem paru en kromosom prihaja od matere, drugi pa od očeta. Kljub nemotenemu procesu nastajanja gamete se v njem pojavijo napake, nato pa pride do kršitve ločevanja kromosomskih parov - pojavi se gameta, ki ne vsebuje enega kromosoma, ampak njihov par. Ta kršitev se imenuje nedisjunkcija kromosomov. Ko se taka gameta pri oploditvi zlije z normalno gameto, nastane celica s tremi enakimi kromosomi; podoben pojav se imenuje trisomija. Kromosomska nedisjunkcija je glavni vzrok spontanih splavov v prvih nekaj tednih fetalnega življenja. Vendar obstaja nekaj možnosti, da se bo zarodek z nenormalnim kromosomskim nizom še naprej razvijal.
Natančen razlog za neločevanje ni znan. Zanesljiv korelat trisomije-21 je starost matere: po študijah se pri 56% mater, starejših od 35 let, izkaže, da so plodovi nosilci trisomije-21 in v takih primerih se približno 90% diagnosticiranih žensk odloči za umetno prekiniti nosečnost. Ker se DM pojavi v vsaki generaciji »na novo« (nedisjunkcija je enkraten dogodek, katerega verjetnost narašča s starostjo matere), v kolikor DM ne moremo šteti za bolezen, ki je podedovana.
Genomske mutacije so mutacije, ki povzročijo dodajanje ali izgubo enega, več ali celotnega haploidnega niza kromosomov. Različne vrste genomskih mutacij imenujemo heteroploidija in poliploidija.
Genomske mutacije so povezane s spremembo števila kromosomov. Na primer, pri rastlinah pogosto najdemo pojav poliploidije - večkratno spremembo števila kromosomov. Pri poliploidnih organizmih se haploidni nabor kromosomov n v celicah ne ponovi 2-krat, kot pri diploidih, ampak veliko večje število krat 3n, 4n, 5n in do 12n. Poliploidija je posledica kršitve hodamitoze ali mejoze: ko je delitveno vreteno uničeno, se podvojeni kromosomi ne razhajajo, ampak ostanejo znotraj nerazdeljene celice. Rezultat so gamete z 2n kromosomi. Ko se taka gameta zlije z normalnim n, bo imel potomec trojni komplet kromosomov. Če se genomska mutacija ne pojavi v zarodnih celicah, ampak v somatskih celicah, se v telesu pojavijo kloni poliploidne celične linije. Pogosto je hitrost delitve teh celic višja od hitrosti delitve normalnih 2n diploidnih celic. V tem primeru hitro deleča se linija poliploidnih celic tvori maligni tumor. Če ga ne odstranimo ali uničimo, bodo poliploidne celice zaradi hitre delitve izrinile normalne. Tako se razvije veliko oblik raka. Uničenje mitotičnega vretena lahko povzroči sevanje, delovanje številnih kemikalij - mutagenov.
Genomske mutacije v živalskem in rastlinskem svetu so raznolike, pri ljudeh pa so odkrili le 3 vrste genomskih mutacij: tetraploidija, triploidija in anevploidija. pri čemer
od vseh variant aneuploidije najdemo samo trisomijo za avtosome, polisomijo za spolne kromosome tri-, tetra- in pentasomije, od monosomije pa le monosomijo-X
42. Mutacije kromosomskih aberacij in njihova klasifikacija. Vzroki in mehanizmi nastanka
Vloga kromosomskih mutacij pri razvoju patologije pri človeku in vloga v evolucijskem procesu.
Kromosomske mutacije
aberacije, preureditve - spremembe v položaju odsekov kromosomov; povzročijo spremembe v velikosti in obliki kromosomov. Pri teh spremembah so lahko udeleženi tako deli enega kromosoma kot deli različnih, nehomolognih kromosomov, zato kromosomske preureditvene mutacije delimo na intra- in interkromosomske.
A. Intrakromosomske mutacije
1. Kromosomske podvojitve - podvojitev odseka kromosoma.
2. Kromosomske delecije - izguba kromosoma katerega koli mesta.
Kromosomske inverzije - prelom kromosoma, obračanje odtrganega dela za 180 ° in vdelava na prvotno mesto.
B. Medkromosomske mutacije
1. Translokacija - izmenjava mest med nehomolognimi kromosomi v mejozi.
2. Transpozicija - vključitev dela kromosoma v drug, nehomologni kromosom brez medsebojne izmenjave.
48. Genske mutacije in njihova klasifikacija. Vzroki in mehanizmi genskih mutacij. Mouton. Posledice genskih mutacij.
Genske ali točkovne mutacije so povezane s spremembo sestave ali zaporedja nukleotidov znotraj segmenta DNA – gena. Nukleotid znotraj gena se lahko nadomesti z drugim ali izgubi, lahko se vstavi dodaten nukleotid itd. Genske mutacije lahko privedejo do dejstva, da mutirani gen bodisi preneha delovati in nato ne nastane ustrezna mRNA in beljakovina, ali pa se sintetizira beljakovina s spremenjenimi lastnostmi, kar vodi do spremembe fenotipskih značilnosti posameznika. Kot posledica genskih mutacij nastanejo novi aleli, kar je velikega evolucijskega pomena.
Kot posledica genskih mutacij, substitucij, delecij in insercij enega ali več nukleotidov pride do translokacij, podvajanj in inverzij različnih delov gena. Če se z mutacijo spremeni en sam nukleotid, se to imenuje točkovna mutacija. Točkovne mutacije z baznimi substitucijami so razdeljene v dva razreda: prehodi purin-purin ali pirimidin-pirimidin in transverzije purin-pirimidin ali obratno. Zaradi degeneracije genetske kode lahko pride do treh genetskih posledic točkovnih mutacij: ohranitev pomena kodona, sinonimna zamenjava nukleotida, sprememba pomena kodona, ki vodi do zamenjave amino kisline na ustreznem mestu v polipeptidni verigi, misenska mutacija ali tvorba nesmiselnega kodona s prezgodnjim zaključkom nesmiselne mutacije. V genetski kodi so trije nesmiselni kodoni: jantar - UAG, oker - UAA in opal - UGA. V skladu s tem so poimenovane tudi mutacije, ki vodijo do nastanka nesmiselnih trojčkov, na primer mutacija jantarja.
MUTON, osnovna enota mutacije, to je najmanjši del genet. materiala, sprememba k-rogo predstavlja fenotipsko ujeto mutacijo in vodi do disfunkcije k.- l. gen. Izraz M., ki ga je predlagal S. Benzer leta 1957, se je umaknil, saj je bilo ugotovljeno, da je enota mutacije par nukleotidov v dvoverižni molekuli DNA ali en nukleotid, če je genetski. material telesa predstavljajo enoverižna molekula DNA, nekateri bakteriofagi ali virusi, ki vsebujejo RNA URNA.
51. Populacijska genetika. Populacijsko-statistična metoda za preučevanje človeške dednosti Hardy-Weibergov zakon.
Populacijska genetika je veja genetike, ki proučuje porazdelitev frekvenc alelov in njihovo spreminjanje pod vplivom gonilnih sil evolucije: mutageneze, naravne selekcije, genetskega drifta in migracijskega procesa. Upošteva tudi subpopulacijske strukture in prostorsko strukturo populacije. Populacijska genetika poskuša razložiti prilagajanje in specializacijo in je ena glavnih komponent sintetične teorije evolucije. Na oblikovanje populacijske genetike so najbolj vplivali: Sewell Wright, John Haldane, Ronald Fisher, Sergej Sergejevič Četverikov; ključne vzorce, ki določajo frekvence alelov v populacijah, sta oblikovala Godfrey Hardy in Wilhelm Weinberg.
Populacijsko-statistična metoda za proučevanje človeških genov.
Ta metoda se uporablja za preučevanje genetske strukture človeških populacij ali posameznih družin. Omogoča vam določitev pogostosti posameznih genov v populacijah. Populacijska metoda omogoča proučevanje genetske strukture človeških populacij, razkriva razmerja med posameznimi populacijami, osvetljuje pa tudi zgodovino človekove razširjenosti po planetu. Metoda se pogosto uporablja v klinični genetiki, ker Intrafamilialna analiza incidence je neločljiva od študija dedne patologije tako v državah z veliko populacijo kot v relativno izoliranih skupinah prebivalstva.
V zvezi s tem so vsi geni razdeljeni v naslednji 2 skupini:
ki ima univerzalno distribucijo.
najdemo lokalno, predvsem na strogo določenih območjih.
Bistvo metode je preučevanje frekvenc genov in genotipov v različnih populacijskih skupinah z uporabo metod variacijske statistike, kar daje potrebne informacije o pogostosti heterozigotnosti in stopnji polimorfizma pri ljudeh. Zlasti v heterozigotnem stanju v populacijah obstaja veliko število recesivnih alelov, kar povzroča razvoj različnih
dedne bolezni, katerih pogostost je odvisna od koncentracije recesivnega gena v populaciji in se znatno poveča z tesno povezanimi porokami. Mutacije se lahko prenašajo na potomce v mnogih generacijah, kar ima za posledico genetsko heterogenost, ki je osnova populacijskega polimorfizma.
Po Hardy-Weinbergovem zakonu iz leta 1980 ohranja populacija konstantno razmerje frekvenc genotipov iz generacije v generacijo, če noben dejavnik ne poruši tega ravnovesja.
2pq + q? = 1
Kje je p? - delež homozigotov za enega od alelov; p je frekvenca tega alela; q? - delež homozigotov za alternativni alel; q je frekvenca ustreznega alela; 2pq - delež heterozigotov.
Velika večina recesivnih alelov je v populaciji prisotnih v latentnem heterozigotnem stanju. Torej, albini se rodijo s frekvenco 1:20.000, vendar je eden od vsakih 70 prebivalcev evropskih držav heterozigoten za ta alel.
Če se gen nahaja na spolnem kromosomu, potem opazimo drugačno sliko: pri moških je pogostost homozigotnih recesivov precej visoka. Torej, v populaciji Moskovčanov v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Prisotnih je bilo 7 % barvno slepih moških in 0,5 % homozigotnih recesivno barvno slepih žensk.
V človeški populaciji so bile opravljene zelo zanimive študije krvnih skupin. Obstaja domneva, da so na njihovo razširjenost po različnih delih sveta vplivale epidemije kuge in črnih koz. Najmanj odporni na kugo so bili ljudje I. krvne skupine 00; nasprotno, virus črnih koz najpogosteje okuži nosilce skupine II AA, A0. Kuga je še posebej divjala v državah, kot so Indija, Mongolija, Kitajska, Egipt, zato je prišlo do "izločitve" alela 0 zaradi povečane umrljivosti zaradi kuge ljudi s krvno skupino I. Epidemije črnih koz so zajele predvsem Indijo, Arabijo, tropsko Afriko, po prihodu Evropejcev pa še Ameriko.
V državah z malarijo, kot že veste, v Sredozemlju, Afriki, je visoka pogostnost gena, ki povzroča anemijo srpastih celic.
Obstajajo dokazi, da je Rh negativen manj pogost pri populacijah, ki živijo v razmerah visoke razširjenosti različnih nalezljivih bolezni, vključno z malarijo. V populacijah, ki živijo v visokogorju in na drugih območjih, kjer so okužbe redke, je povečan odstotek Rh-negativnih ljudi.
52 Humana medicinska genetika. Pojem dednih in nedednih bolezni človeka. Medicinsko genetsko svetovanje. Diagnostične metode.
Humana medicinska genetika je področje medicine, veda, ki preučuje pojave dednosti in variabilnosti v različnih človeških populacijah, značilnosti manifestacije in razvoja normalnih in patoloških znakov, odvisnost bolezni od genetske predispozicije in okoljskih pogojev. Naloga med genetika je prepoznavanje, preučevanje, preprečevanje in zdravljenje dednih bolezni, razvoj načinov za preprečevanje vpliva negativnih okoljskih dejavnikov na človeško dednost.
Dedna variabilnost je posledica pojava različnih vrst mutacij in njihovih kombinacij pri naslednjih križanjih. V vsaki dovolj dolgi generaciji obstoječe populacije osebkov se spontano in neusmerjeno pojavijo različne mutacije, ki se kasneje bolj ali manj naključno kombinirajo z različnimi dednimi lastnostmi, ki že obstajajo v populaciji.
Celotna raznolikost individualnih razlik temelji na dedni variabilnosti, ki vključuje: tako ostre kvalitativne razlike, ki med seboj niso povezane s prehodnimi oblikami, kot čisto kvantitativne razlike, ki tvorijo neprekinjeno serijo, v kateri se bližnji člani serije lahko razlikujejo drug od drugega. malo po želji; b tako spremembe posameznih značilnosti in lastnosti kot medsebojno povezane spremembe številnih lastnosti; tako spremembe, ki imajo prilagoditveno vrednost, kot tudi spremembe, ki so »indiferentne« ali celo zmanjšujejo sposobnost preživetja svojih nosilcev. Vse te vrste dednih sprememb tvorijo material evolucijskega procesa. V individualnem razvoju organizma manifestacijo dednih lastnosti in lastnosti vedno določajo ne le glavni geni, odgovorni za te lastnosti in lastnosti, temveč tudi njihova interakcija s številnimi drugimi geni, ki sestavljajo genotip posameznika, kot tudi od okoljskih razmer, v katerih se organizem razvija.
Koncept nededne variabilnosti vključuje tiste spremembe v lastnostih in lastnostih, ki so pri posameznikih ali določenih skupinah posameznikov posledica vpliva zunanjih dejavnikov - prehrana, temperatura, svetloba, vlažnost itd. Takšne nededne lastnosti spreminjanja v svojih posebne manifestacije pri vsakem posamezniku niso podedovane, razvijajo se pri posameznikih naslednjih generacij le pod pogoji, v katerih so nastale. Takšno variabilnost imenujemo tudi modifikacija. Na primer, barva mnogih žuželk potemni pri nizkih temperaturah in posvetli pri visokih temperaturah; bodo pa njihovi potomci obarvani ne glede na barvo staršev, glede na temperaturo, pri kateri so se sami razvili. Obstaja še ena oblika nededne variabilnosti - tako imenovane dolgotrajne spremembe, ki jih pogosto najdemo pri enoceličnih organizmih, občasno pa jih opazimo pri večceličnih organizmih. Nastanejo pod vplivom zunanjih vplivov, na primer temperaturnih ali kemičnih, in se izražajo v kvalitativnih ali kvantitativnih odstopanjih od prvotne oblike, običajno postopoma zbledijo med nadaljnjim razmnoževanjem. So
očitno temelji na spremembah relativno stabilnih citoplazemskih struktur. Meje nedednih sprememb so določene z normo reakcije genotipa na okoljske razmere.
Medicinsko genetsko svetovanje je ena od vrst specializirane pomoči prebivalstvu, namenjena predvsem preprečevanju pojava otrok z dedno patologijo v družini. V ta namen se naredi napoved rojstva otroka z dedno boleznijo v določeni družini, staršem se pojasni verjetnost tega dogodka in se jim pomaga pri odločitvi. V primeru velike verjetnosti rojstva bolnega otroka se staršem svetuje, naj se vzdržijo rojstva otroka ali opravijo prenatalno diagnozo, če je to mogoče s to vrsto patologije.
53. Monogene, kromosomske in multifaktorske bolezni človeka, mehanizmi njihovega nastanka in manifestacije.
Monogene bolezni z dedno nagnjenostjo so določene tudi z enim mutiranim genom, vendar njihova manifestacija zahteva obvezno delovanje določenega okoljskega dejavnika, ki se lahko šteje za specifično glede na to bolezen. Teh bolezni je relativno malo, dedujejo se po Mendelovih zakonih, njihovo preprečevanje in zdravljenje sta dovolj razvita in učinkovita. Glede na pomembno vlogo okoljskih dejavnikov pri manifestaciji teh bolezni jih je treba obravnavati kot dedne patološke reakcije na delovanje zunanjih dejavnikov. To je lahko perverzni odziv na farmakološka zdravila sulfonamide, primakin ipd., na atmosfersko onesnaženje, policiklične ogljikovodike, na prehranske snovi in dodatke laktozo, čokolado, alkohol, na fizični mraz, ultravijolične žarke in biološka cepiva, dejavnike alergenov.
Vzroki genskih patologij
Večino genskih patologij povzročajo mutacije v strukturnih genih, ki svojo funkcijo opravljajo s sintezo polipeptidov – proteinov. Vsaka mutacija gena povzroči spremembo strukture ali količine beljakovine.
Začetek kakršne koli genske bolezni je povezan s primarnim učinkom mutantnega alela.
Glavna shema genskih bolezni vključuje številne povezave:
mutantni alel > spremenjen primarni produkt > veriga biokemičnih procesov v celici > organi > organizem
Zaradi genske mutacije na molekularni ravni so možne naslednje možnosti:
nenormalna sinteza beljakovin
prekomerna proizvodnja genskega produkta
pomanjkanje proizvodnje primarnega proizvoda
proizvodnja zmanjšane količine normalnega primarnega proizvoda.
Patogeneza genskih bolezni se ne konča na molekularni ravni v primarnih povezavah, ampak se nadaljuje na celični ravni. Pri različnih boleznih so lahko točka uporabe delovanja mutantnega gena tako posamezne celične strukture - lizosomi, membrane, mitohondrije, peroksisomi in človeški organi.
Klinične manifestacije genskih bolezni, resnost in hitrost njihovega razvoja so odvisne od značilnosti genotipa organizma, starosti bolnika, okoljskih razmer, prehrane, hlajenja, stresa, prekomernega dela in drugih dejavnikov.
Značilnost genov, kot tudi vseh dednih bolezni nasploh, je njihova heterogenost. To pomeni, da je enaka fenotipska manifestacija bolezni lahko posledica mutacij v različnih genih ali različnih mutacij znotraj istega gena. Heterogenost dednih bolezni je prvič ugotovil S. N. Davidenkov leta 1934.
Splošna pogostnost genskih bolezni v populaciji je 1-2%. Običajno se pogostnost genskih bolezni šteje za visoko, če se pojavi s frekvenco 1 primer na 10.000 novorojenčkov, srednje - 1 na 10.000 - 40.000 in nato - nizko.
Monogene oblike genskih bolezni se dedujejo v skladu z zakoni G. Mendela. Glede na vrsto dedovanja jih delimo na avtosomno dominantne, avtosomno recesivne in vezane na X ali Y kromosome.
Razvrstitev
Genetske bolezni pri ljudeh vključujejo številne presnovne bolezni. Povezani so lahko z moteno presnovo ogljikovih hidratov, lipidov, steroidov, purinov in pirimidinov, bilirubina, kovin itd. Še vedno ni enotne klasifikacije dednih presnovnih bolezni.
Bolezni presnove aminokislin
Največja skupina dednih presnovnih bolezni. Skoraj vsi se dedujejo avtosomno recesivno. Vzrok bolezni je pomanjkanje enega ali drugega encima, odgovornega za sintezo aminokislin. Tej vključujejo:
fenilketonurija - kršitev pretvorbe fenilalanina v tirozin zaradi močnega zmanjšanja aktivnosti fenilalanin hidroksilaze
alkaptonurija - motnja presnove tirozina zaradi zmanjšane aktivnosti encima homogentisinaze in kopičenja homotentizinske kisline v tkivih telesa
okulokutani albinizem - zaradi pomanjkanja sinteze encima tirozinaze.
Motnje presnove ogljikovih hidratov
galaktozemija - odsotnost encima galaktoza-1-fosfat-uridiltransferaza in kopičenje galaktoze v krvi
glikogenska bolezen - kršitev sinteze in razgradnje glikogena.
Bolezni, povezane z moteno presnovo lipidov
Niemann-Pickova bolezen - zmanjšana aktivnost encima sfingomielinaze, degeneracija živčnih celic in motnje živčnega sistema
Gaucherjeva bolezen je kopičenje cerebrozidov v celicah živčnega in retikuloendotelnega sistema zaradi pomanjkanja encima glukocerebrozidaze.
Dedne bolezni presnove purina in pirimidina
protin
Lesch-Nyhanov sindrom.
Bolezni vezivnega tkiva presnovne motnje
marfanov sindrom
prstov", arahnodaktilija - poškodba vezivnega tkiva zaradi mutacije gena, odgovornega za sintezo fibrilina
Mukopolisaharidoze so skupina bolezni vezivnega tkiva, povezanih z moteno presnovo kislih glikozaminoglikanov.
Fibrodisplazija je bolezen vezivnega tkiva, povezana z njegovo progresivno okostenevanjem zaradi mutacije v genu ACVR1.
Podedovane motnje krožečih beljakovin
hemoglobinopatija - dedne motnje sinteze hemoglobina. Razlikujejo se njihove kvantitativne strukturne in kvalitativne oblike. Za prve je značilna sprememba primarne strukture beljakovin hemoglobina, kar lahko privede do oslabljene stabilnosti in delovanja anemije srpastih celic. S kvalitativnimi oblikami ostane struktura hemoglobina normalna, zmanjša se le stopnja sinteze globinskih verig talasemije.
Dedne bolezni presnove kovin
Konovalov-Wilsonova bolezen itd.
Sindromi malabsorpcije v prebavnem traktu
cistična fibroza
laktozna intoleranca itd.
Kromosomske bolezni vključujejo bolezni, ki jih povzročajo genomske mutacije ali strukturne spremembe posameznih kromosomov. Kromosomske bolezni so posledica mutacij v zarodnih celicah enega od staršev. Iz roda v rod se jih prenaša največ 3-5 %. Kromosomske nepravilnosti so odgovorne za približno 50 % spontanih splavov in 7 % vseh mrtvorojenih otrok.
Vse kromosomske bolezni običajno razdelimo v dve skupini: anomalije v številu kromosomov in kršitve strukture kromosomov.
Anomalije števila kromosomov
Bolezni, ki jih povzroča kršitev števila avtosomov nespolnih kromosomov
Downov sindrom - trisomija na kromosomu 21, znaki so: demenca, zastoj v rasti, značilen videz, spremembe dermatoglifike.
Patauov sindrom - trisomija na kromosomu 13, za katero so značilne številne malformacije, idiotija, pogosto - polidaktilija, kršitve strukture spolnih organov, gluhost; skoraj vsi bolniki ne živijo do enega leta
Edwardsov sindrom - trisomija na 18. kromosomu, spodnja čeljust in ustna odprtina sta majhni, palpebralne fisure ozke in kratke, ušesne školjke deformirane; 60% otrok umre pred 3 meseci, le 10% živi do enega leta, glavni vzrok je zastoj dihanja in motnje srca.
Bolezni, povezane s kršitvijo števila spolnih kromosomov
Shereshevsky-Turnerjev sindrom - odsotnost enega kromosoma X pri ženskah 45 XO zaradi kršitve divergence spolnih kromosomov; znaki so nizka rast, spolni infantilizem in neplodnost, različne somatske motnje mikrognatije, kratek vrat itd.
polisomija na kromosomu X - vključuje trisomijo kariotijo 47, XXX, tetrasomijo 48, XXXX, pentasomijo 49, XXXXX, obstaja rahlo zmanjšanje inteligence, povečana verjetnost za razvoj psihoz in shizofrenije z neugodnim potekom
polisomija na kromosomu Y - tako kot polisomija na kromosomu X vključuje trisomijo kariotij 47, XYY, tetrasomijo 48, XYYY, pentasomijo 49, XYYYY, klinične manifestacije so podobne tudi polisomiji X kromosoma
Klinefelterjev sindrom - polisomija na X- in Y-kromosomih pri dečkih 47, XXY; 48, XXYY in drugi, znaki: evnuhoidni tip telesa, ginekomastija, šibka poraščenost na obrazu, v pazduhah in na pubisu, spolni infantilizem, neplodnost; duševni razvoj zaostaja, včasih pa je inteligenca normalna.
Bolezni, ki jih povzroča poliploidija
triploidija, tetraploidija itd.; razlog je kršitev procesa mejoze zaradi mutacije, zaradi česar hčerinska spolna celica namesto haploidnega 23 prejme diploidni niz kromosomov 46, to je 69 kromosomov pri moških, kariotip je 69, XYY , pri ženskah - 69, XXX; skoraj vedno smrtno pred rojstvom.
Motnje strukture kromosomov
Translokacije so menjalne preureditve med nehomolognimi kromosomi.
Delecije so izguba segmenta kromosoma. Na primer, sindrom "mačjega joka" je povezan z izbrisom kratkega kraka 5. kromosoma. Znak zanj je nenavaden jok otrok, ki spominja na mijavkanje ali mačji jok. To je posledica patologije grla ali glasilk. Najbolj značilna je poleg »mačjega joka« duševna in telesna nerazvitost, mikrocefalija je nenormalno zmanjšana glava.
Inverzije so rotacije segmenta kromosoma za 180 stopinj.
Podvojitve so podvojitve dela kromosoma.
Izokromosomija - kromosomi s ponovljenim genetskim materialom v obeh rokah.
Pojav obročastih kromosomov je povezava dveh terminalnih izbrisov v obeh krakih kromosoma.
Trenutno je znanih več kot 700 bolezni pri ljudeh, ki jih povzročajo spremembe v številu ali strukturi kromosomov. Približno 25% je posledica avtosomnih trisomij, 46% - zaradi patologije spolnih kromosomov. Strukturne prilagoditve predstavljajo 10,4 %. Najpogostejše kromosomske preureditve so translokacije in delecije.
Poligene bolezni prej - bolezni z dedno nagnjenostjo so posledica tako dednih dejavnikov kot v veliki meri dejavnikov okolja. Poleg tega so povezani z delovanjem številnih genov, zato jih imenujemo tudi multifaktorski. Najpogostejše večfaktorske bolezni so: revmatoidni artritis, koronarna bolezen, hipertenzija in peptični ulkus, ciroza jeter, sladkorna bolezen, bronhialna astma, luskavica, shizofrenija itd.
Poligene bolezni so tesno povezane s prirojenimi napakami v presnovi, od katerih se nekatere lahko kažejo kot presnovne bolezni.
Širjenje poligenskih dednih bolezni
to
skupina bolezni trenutno predstavlja 92% celotnega števila dednih patologij pri ljudeh. S starostjo se pogostnost bolezni povečuje. V otroštvu je odstotek bolnikov najmanj 10%, pri starejših pa 25-30%.
Širjenje večfaktorskih bolezni v različnih človeških populacijah se lahko močno razlikuje zaradi razlik v genetskih in okoljskih dejavnikih. Zaradi genetskih procesov, ki potekajo v človeški populaciji, selekcije, mutacije, migracije, odnašanja genov, se lahko pogostnost genov, ki določajo dedno nagnjenost, povečuje ali zmanjšuje do njihove popolne izločitve.
Značilnosti poligenskih bolezni
Klinična slika in resnost poteka večfaktorskih bolezni pri ljudeh sta zelo različna glede na spol in starost. Vendar pa se ob vsej njihovi raznolikosti razlikujejo naslednje skupne značilnosti:
Visoka pojavnost bolezni v populaciji. Tako približno 1% prebivalstva trpi za shizofrenijo, 5% za sladkorno boleznijo, več kot 10% za alergijskimi boleznimi, približno 30% za hipertenzijo.
Klinični polimorfizem bolezni se razlikuje od latentnih subkliničnih oblik do izrazitih manifestacij.
Značilnosti dedovanja bolezni ne ustrezajo Mendelovim vzorcem.
Stopnja manifestacije bolezni je odvisna od spola in starosti bolnika, intenzivnosti dela njegovega endokrinega sistema, neugodnih dejavnikov zunanjega in notranjega okolja, na primer slabe prehrane itd.
Genetska napoved poligenskih bolezni
Genetska prognoza pri večfaktorskih boleznih je odvisna od naslednjih dejavnikov:
manjša kot je pogostnost bolezni v populaciji, večje je tveganje za svojce probanda
močnejša kot je resnost bolezni pri probandu, večje je tveganje za razvoj bolezni pri njegovih sorodnikih
tveganje za sorodnike probanda je odvisno od stopnje odnosa s prizadetim družinskim članom
tveganje za sorodnike bo večje, če proband pripada manj prizadetemu spolu.
Poligenska narava bolezni z dedno nagnjenostjo je potrjena z genealoškimi, dvojnimi in populacijsko-statističnimi metodami. Precej objektivna in občutljiva dvojna metoda. Z metodo dvojčkov se dedna nagnjenost k nekaterim nalezljivim boleznim - tuberkulozi, otroški paralizi in mnogim pogostim boleznim - koronarna srčna bolezen, revmatoidni artritis, sladkorna bolezen, peptični ulkus, shizofrenija itd.
54. Nespolno in spolno razmnoževanje. Oblike nespolnega razmnoževanja, definicija, bistvo, biološki pomen.
Razmnoževanje je lastnost organizmov, da ustvarjajo potomce. Dve obliki razmnoževanja: spolno in nespolno. Spolno razmnoževanje je menjava generacij in razvoj organizmov, ki temelji na zlitju specializiranih zarodnih celic in nastanku zigote. Z aseksualnim razmnoževanjem se iz nespecializiranih celic pojavi nov posameznik: somatski, nespolni; telo.
Nespolno razmnoževanje ali agamogeneza je oblika razmnoževanja, pri kateri se organizem razmnožuje sam, brez sodelovanja drugega posameznika.
Razmnoževanje z delitvijo
Delitev je značilna predvsem za enocelične organizme. Praviloma poteka s preprosto delitvijo celice na dvoje. Nekatere praživali, kot so foraminifere, se delijo na več celic. V vseh primerih so nastale celice popolnoma enake originalu. Izjemna preprostost tega načina razmnoževanja, povezana z relativno preprostostjo organizacije enoceličnih organizmov, omogoča zelo hitro razmnoževanje. Torej se lahko v ugodnih razmerah število bakterij podvoji vsakih 30-60 minut. Organizem, ki se nespolno razmnožuje, se je sposoben neskončno razmnoževati, dokler ne pride do spontane spremembe genetskega materiala – mutacije. Če je ta mutacija ugodna, se bo ohranila v potomcu mutirane celice, ki bo nov celični klon.Pri enospolnem razmnoževanju gre za en starševski organizem, ki je sposoben oblikovati veliko njemu enakih organizmov.
Razmnoževanje s sporami
Pogosto pred nespolnim razmnoževanjem bakterij nastanejo spore. Bakterijske spore so mirujoče celice z zmanjšanim metabolizmom, obdane z večplastno membrano, odporne na izsušitev in druge neugodne razmere, ki povzročajo odmiranje navadnih celic. Sporulacija služi tako za preživetje v takih razmerah kot za naselitev bakterij: ko so v primernem okolju, spore vzklijejo in se spremenijo v vegetativno delitveno celico.
Za različne glive in alge je značilno tudi nespolno razmnoževanje s pomočjo enoceličnih spor. Spore v mnogih primerih nastanejo z mitozo mitospor, včasih pa zlasti v glivah v ogromnih količinah; pri kalitvi razmnožujejo materinski organizem. Nekatere glive, kot je škodljiv rastlinski škodljivec Phytophthora, tvorijo gibljive spore z bički, imenovane zoospore ali potepuhi. Ko nekaj časa plava v kapljicah vlage, se tak potepuh »umiri«, izgubi flagele, se prekrije z gosto lupino in nato pod ugodnimi pogoji kalijo.
Vegetativno razmnoževanje
Druga različica nespolnega razmnoževanja se izvede z ločitvijo od telesa njegovega dela, ki ga sestavlja večje ali manjše število celic. Razvijejo se v odrasle. Primer je brstenje pri spužvah in kolčnikih ali razmnoževanje rastlin s poganjki,
potaknjenci, čebulice ali gomolji. To obliko nespolnega razmnoževanja običajno imenujemo vegetativno razmnoževanje. V osnovi je podoben procesu regeneracije. Vegetativno razmnoževanje igra pomembno vlogo v praksi rastlinske pridelave. Tako se lahko zgodi, da ima posejana rastlina, na primer jablana, neko uspešno kombinacijo lastnosti. V semenih te rastline bo ta posrečena kombinacija skoraj zagotovo porušena, saj semena nastanejo kot posledica spolnega razmnoževanja, to pa je povezano z rekombinacijo genov. Zato se pri vzreji jablan običajno uporablja vegetativno razmnoževanje - plastenje, potaknjenci ali cepljenje brstov na druga drevesa.
brstenje
Za nekatere vrste enoceličnih organizmov je značilna taka oblika nespolnega razmnoževanja, kot je brstenje. V tem primeru pride do mitotične delitve jedra. Eno od oblikovanih jeder se premakne v nastajajočo lokalno izboklino matične celice, nato pa ta fragment brsti. Hčerinska celica je bistveno manjša od matične in traja nekaj časa, da zraste in dopolni manjkajoče strukture, nato pa prevzame obliko, značilno za zrel organizem. Brstenje je vrsta vegetativnega razmnoževanja. Mnoge nižje glive se razmnožujejo z brstenjem, kot so kvasovke in celo večcelične živali, kot je sladkovodna hidra. Ko kvas brsti, se na celici oblikuje zadebelitev, ki se postopoma spremeni v polnopravno hčerinsko celico kvasovk. Na telesu hidre se začne deliti več celic in postopoma na materinem posamezniku zraste majhna hidra, v kateri se oblikujejo usta z lovkami in črevesna votlina, povezana s črevesno votlino "matere".
Razdrobljena delitev telesa
Nekateri organizmi se lahko razmnožujejo tako, da telo razdelijo na več delov, iz vsakega dela pa zraste polnopravni organizem, v vsem podoben starševskemu posamezniku - ploščati in anelidi, iglokožci.
Spolno razmnoževanje je pri večini evkariontov proces, povezan z razvojem novih organizmov iz zarodnih celic.
Tvorba zarodnih celic je praviloma povezana s prehodom mejoze na neki stopnji življenjskega cikla organizma. V večini primerov spolno razmnoževanje spremlja zlitje zarodnih celic ali gamet, medtem ko se glede na gamete obnovi dvojni nabor kromosomov. Odvisno od sistematičnega položaja evkariontskih organizmov ima spolno razmnoževanje svoje značilnosti, praviloma pa vam omogoča združevanje genskega materiala iz dveh starševskih organizmov in vam omogoča, da dobite potomce s kombinacijo lastnosti, ki so odsotne v starševskih oblikah.
Učinkovitost združevanja genskega materiala v potomcih, pridobljenih s spolnim razmnoževanjem, olajšajo:
naključno srečanje dveh gamet
naključna razporeditev in divergenca do polov delitve homolognih kromosomov med mejozo
prehajanje med kromatidami.
Takšna oblika spolnega razmnoževanja, kot je partenogeneza, ne vključuje zlitja gamet. Ker pa se organizem razvije iz zarodne celice oocita, se partenogeneza še vedno šteje za spolno razmnoževanje.
Pri mnogih skupinah evkariontov je prišlo do sekundarnega izumrtja spolnega razmnoževanja ali pa do tega pride zelo redko. Zlasti oddelek gliv Deuteromycetes združuje obsežno skupino filogenetskih askomicet in bazidiomicet, ki so izgubile svoj spolni proces. Do leta 1888 je veljalo, da se je med kopenskimi višjimi rastlinami spolno razmnoževanje popolnoma izgubilo pri sladkornem trsu. Izguba spolnega razmnoževanja pri nobeni skupini metazojev ni bila opisana. Poznamo pa številne vrste nižjih rakov - bolhe, nekatere vrste črvov, ki se lahko pod ugodnimi pogoji partenogenetsko razmnožujejo na desetine in stotine generacij. Na primer, nekatere vrste kolobarjev se milijone let razmnožujejo le partenogenetsko, celo tvorijo nove vrste!
Pri številnih poliploidnih organizmih z neparnim številom kromosomskih nizov ima spolno razmnoževanje majhno vlogo pri ohranjanju genetske variabilnosti v populaciji zaradi tvorbe neuravnoteženih kromosomskih sklopov v gametah in potomcih.
Sposobnost kombiniranja genskega materiala med spolnim razmnoževanjem je velikega pomena za izbor modelnih in ekonomsko pomembnih organizmov.
55. Spolno razmnoževanje, njegov evolucijski pomen. Oblike spolnega razmnoževanja pri enoceličnih in večceličnih organizmih so konjugacija, kopulacija. Biološki pomen spolnega razmnoževanja.
Glavni pomen spolnega razmnoževanja v evoluciji ni samo povečanje števila osebkov, temveč razširitev genskega sklada, kar dodatno prispeva k naravni selekciji.
Spolno razmnoževanje ustvarja večjo genetsko variabilnost v populaciji. Kot rezultat številnih procesov se geni, ki so jih prvotno nosili starši, končajo v novi kombinaciji v potomcih. Prav zaradi rekombinacije znotraj legla pride do številnih genetskih razlik, ki povečujejo prilagoditveni potencial populacije in vrste kot celote.
Pri enoceličnih organizmih ločimo dve obliki spolnega razmnoževanja - kopulacijo in konjugacijo.
Med kopulacijo se spolni proces izvaja s pomočjo specializiranih zarodnih celic - gamet. Pri enoceličnih organizmih nastanejo s ponavljajočo se delitvijo celice-organizma.
Gamete se bistveno razlikujejo od posameznih celic po velikosti, obliki, morda nimajo več organelov. Na primer, v