Постоянство генетического материала

 

Мутации в естественных условиях возникают с частотой 10^-5–10^-7, но при воздействии мутагенных факторов частота их может возрастать. Несмотря на то, что в природе постоянно идёт мутационный процесс, существуют механизмы, обеспечивающие устойчивость генетического материала:

а) диплоидный набор хромосом;

б) двойная спираль ДНК;

в) вырожденный генетический код;

г) повторы некоторых генов;

д) репарация (восстановление повреждённой структуры молекулы ДНК), осуществляемая специфическими ферментами клетки.

Сущность близнецового метода в изменчивости

И область применения

 

Близнецовый метод – позволяет оценить влияние внешних и внутренних факторов среды на генотип, фенотип (введён в медицинскую практику в 1876г Ф. Гальтоном)

- Монозиготные близнецы – развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки.

- Дизиготные близнецы – развиваются из нескольких оплодотворённых яйцеклеток.

Монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, различие зависит от факторов внешней среды.

Близнецы могут быть:

- Конкордантными – одинаковые по конкретному признаку.

- Дискордантными– разные по конкретному признаку. конкордантность их выше, чем у дизиготных.

Т.к. монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то

Влияние наследственности на заболевания определяют по формуле Хольцингера: Н+Е=1, где Н-коэффициент наследуемости; Е-коэффициент влияния среды. Н определяют по формуле : ,где К-конкордантность близнецов; мб – монозиготные близнецы, дб дизиготные близнецы.

 

Популяционно-статистический анализ

 

Популяционно-статистический метод – даёт возможность рассчитать в популяции частоту нормальных и патологических генов и генотипов по формуле Харди-Вайнберга.

p² + 2рq + q² = 1, где:

p² – частота доминантных гомозигот;

2pq – частота гетерозигот;

q²– частота рецессивных гомозигот..

Например: частота ФКУ в популяции 1:10000, значит

g² = 0,0001, g = 0,01, p + g =1, тогда p = 1 – g = 1 – 0,01 = 0,99,

а 2pg = 2 x 0,99 x 0,01 = 0,0198 – 0,02 или 2 % Значит, частота гетерозигот по гену ФКУ в изучаемой популяции 2 %.

Например: ФКУ в республике Беларусь – 1:6500, Австрии - 1:12000.

Это помогает правильной организации профилактических мероприятий.

 

 

Примеры решения типовых задач

Задача 1

В южноамериканских джунглях живет по­пуляция аборигенов численностью 127 человек (включая детей). Частота группы крови М составляет здесь 64%. Можно ли вычислить частоты группы крови N и MN в этой популяции?

Решение

Для малочисленной популяции нельзя при­менить математическое выражение закона Харди-Вайнберга, поэтому рассчитать частоты встречаемости генов невозможно.

Задача 2

Болезнь Тей-Сакса, обусловленная аутосомным рецессивным геном, неизлечима; люди, страдающие этим заболеванием, умирают в детстве. В одной из боль­ших популяций частота рождения больных детей состав­ляет 1: 5000, Изменится ли концентрация патологичес­кого гена и частота этого заболевания в следующем поко­лении данной популяции?

Решение

Оформляем условие задачи в виде таблицы:

 

Признак	Ген	Генотип
Болезнь Тей-Секса	а	аа
Норма	А	А-

Производим математическую запись закона Харди-Вайнберга

p + q= 1,р² + 2pq + q² = 1.

р — частота встречаемости гена А;

q — частота встречаемости гена а;

р² — частота встречаемости доминантных гомозигот (АА);

2pq — частота встречаемости гетерозигот (Аа);

q² — частота встречаемости рецессивных гомозигот (аа).

Из условия задачи, согласно формуле Харди-Вайнбер-га, нам известна частота встречаемости больных детей (аа), т. е. q²= 1/5000.

Ген, вызывающий данное заболевание, перейдет к сле­дующему поколению только от гетерозиготных родите­лей, поэтому необходимо найти частоту встречаемости гетерозигот (Аа), т. е. 2pq.

q = 1/71, р =l-q = 70/71, 2pq - 0,028.

Определяем концентрацию гена в следующем поколе­нии. Он будет в 50% гамет у гетерозигот, его концентра­ция в генофонде составляет около 0,014. Вероятность рождения больных детей q² = 0,000196, или 0,98 на 5000 населения. Таким образом, концентрация патологичес­кого гена и частота этого заболевания в следующем поко­лении данной популяции практически не изменится {уменьшение незначительное)

Задача 3

Врожденный вывих бедра наследуется до­минантно, средняя пенетрантность гена 25%. Заболева­ние встречается с частотой 6: 10 000 (В. П. Эфроимсон, 1968). Определите число гомозиготных особей по рецес­сивному гену.

Решение

Оформляем условие задачи в виде таблицы:

 

Признак	Гсм	Генотип
Норма	a	аа
Вывих бедра	А	А-

Таким образом, из условия задачи, согласно формуле Харди-Вайнберга, нам известна частота встречаемости ге­нотипов АА и Аа, т. е. р² - + 2pq. Необходимо найти час­тоту встречаемости генотипа аа, т. е. q².

Из формулы р^а+ 2pq + q² =1 ясно, что число гомози­готных по рецессивному гену особей (аа) q² = 1 — (р² + 2pq). Однако приведенное в задаче число больных (6: 10 000) представляет собой не р² + 2pq, а лишь 25% носителей гена А, истинное же число людей, имею­щих данный ген, в четыре раза больше, т. е. 24: 10 000. Следовательно, р² + 2pq = 24: 10 000. Тогда q² (число гомозиготных по рецессивному гену особей) равно 9976: 10000.

 

Задача 4

Система групп крови Кидд определяется аллельными генами Ik^а и Ik^в. Ген Ik^a является доминан­тным по отношению к гену Ik^B и лица, имеющие его, являются кидд-положительными. Частота гена Ik^а среди населения г. Кракова составляет 0,458 (В. Соха, 1970).

Частота кидд-положительных людей среди негров со­ставляет 80% (К. Штерн, 1965). Определите генетичес­кую структуру популяции г. Кракова и негров по системе Кидд

 

Решение

Оформляем условие задачи в виде таблицы:

Признак	Ген	Генотип
Кндд-положнтельная кровь	Ik"
Кидд-отри нательная кропь	lk^p	ftp Ik»

Производим математическую запись закона Харди-Вай­нберга

Р + g =1, р² + 2рg + g² = 1

р — частота встречаемости гена Ik^а; q — частота встречаемости гена Ik^в; р² — частота встречаемости доминантных гомозигот

(Ik^а Ik^а);

2pq — частота встречаемости гетерозигот (Ik^аIk^B);

q² — частота встречаемости рецессивных гомозигот (Ik^в Ik^в).

Таким образом, из условия задачи, согласно формуле Харди-Вайнберга, нам известна частота встречаемости доминантного гена в популяции Кракова — р = 0,458 (45,8%). Находим частоту встречаемости рецессивного гена: q = 1 — 0,458 = 0,542 (54,2%). Рассчитываем генетическую структуру популяции г. Кракова: частота

встречаемости доминантных гомозигот – р² = 0,2098

(20,98%); частота встречаемости гетерозигот — 2pq = 0,4965 (49,65%); частота встречаемости рецессивных го­мозигот — q²= 0,2937 (29,37%).

Для негров, из условия задачи, нам известна частота встречаемости доминантных гомозигот и гетерозигот (при-

знак доминантный), т.е. р²+ 2pq = 0,8. Согласно форму­ле Харди-Вайнберга, находим частоту встречаемости ре­цессивных гомозигот (Ik^в Ik^в): q² = 1 — р² + 2pq = 0,2 (20%). Теперь определяем частоту рецессивного гена Ik^в: q= 0,45(45%). Находим частоту встречаемости гена Ik^а: р = 1 - 0,45 = 0,55 (55%); частоту встречаемости доминантных гомозигот (Ik^а Ik^а): р² = 0,3 (30%); частоту встречаемости гетерозигот (Ik^аIk^в): 2pq= 0,495(49,5%).

Задания для самоподготовки, контроля знаний и умений по теме: «Изменчивость, её формы»

 

1. Прочитайте внимательно лекцию и подготовьте устный ответ на следующие вопросы:

а) виды изменчивости.

б) закон Кетле. Ненаследуемая изменчивость.

в) наследуемая изменчивость:

- классификации мутаций

- мутации:

- генные

- геномные

- хромосомные

- комбинативная изменчивость

 

2. Прочитайте внимательно лекцию, проверьте себя, записав определение следующих понятий:

1. Анеуплоидия – это__________

____________________________

2. Генокопия – это_____________

____________________________

3. Делеция – это______________

____________________________

4. Дупликация – это___________

____________________________

5. Инверсия – это_____________

____________________________

6. Моносомия – это____________

____________________________

7. Мутация – это______________

____________________________

8. Полисомия – это____________

____________________________

9. Фенокопия – это____________

 

10. Экспрессивность – это ______

____________________________

3. Оцените утверждение, если утверждение верно «+», неверно «-». Проведите самоконтроль или взаимоконтроль.

1) Генные мутации проявляются при изменении в пределах одного гена.

2) Удвоение участка хромосомы при мутации называется делецией.

3) Нехватка участка хромосомы при мутации – дупликация.

4) Факторы вызывающие мутацию называются мутагенами.

5) Вирусы, бактерии – это физические мутагены.

6) УФЛ – химические мутагены.

7) Процесс образования мутации называется гаметогенезом.

8) Полиплоидия – кратное гаплоидному увеличение числа хромосом.

9) Геномная мутация обусловлена изменением числа хромосом.

10)Соматическая мутация – мутация в половых клетках.

 

 

										оценка

 

 

4. Тестовые задания для самоконтроля и взаимоконтроля:

Правильный ответ подчеркните.

1) Утрата участка хромосомы или гена называется:

а) инверсия

б) дупликация

в) делеция

г) траслокация

 

2) Заболевание сходное по проявлениям с генетически обусловленным, но вызванное под влиянием факторов внешней среды, а не мутагенного аллеля называется:

а) фенокопия

б) генотип

в) фенотип

г) генокопия

 

3) Уменьшение числа отдельных хромосом в кариотипе называется:

а) моносомия

б) анеуплоидия

в) полисомия

г) полиплоидия

 

4) Тяжесть заболевания или степень проявления гена – это:

а) экспрессивность

б) плейотропия

в) пенетрантность

 

5) Вероятность проявления гена в %, называется:

а) пенетрантность

б) экспрессивность

в) плейотропия

г) эпистаз

 

6) Мутация, связанная с изменением структуры гена, называется:

а) генной

б) геномной

в) хромосомной

г) индуцированной

 

7) Мутации, происходящие в клетках тела, называются:

а) соматические

б) индуцированные

в) генеративные

г) спонтанные

 

8) Мутации, происходящие в результате действия факторов внешней среды:

а) генеративные

б) соматические

в) индуцированные

г) спонтанные

 

9) Замена пиримидинового азотистого основания в нуклеотиде на другое пиримидиновое основание:

а) трансверсия

б) трансцизия

в) транслокация

г) делеция

10)Замена пиримидинового азотистого основания на пуриновое основание, и наоборот, называется:

а) трансцизия

б) трансверсия

в) элонгация

г) дупликация

5 Подпишите виды хромосомных мутаций в соответствующую ячейку.

 

6. Запишите виды мутагенов, приведите по 5 примеров.

 

 

7. Перечислите характеристики мутаций:

 

 

 

 

 

8. Запишите классификации мутаций, дополнив схему:

 

 

 

9. В перечне признаков подчеркните одной чертой те, которым свойственна узкая норма реакции:

ü рост

ü вес

ü окраска зрачка

ü размеры ушной раковины

 

 

10. Составьте кроссворд (20 терминов)

 

Решите ситуационные типовые задачи и проведите сомооценку выполненной работы.

Для решения данных задач воспользуйтесь следующими формулами:

Влияние наследственности на заболевания определяют по формуле Хольцингера: Н+Е=1, где Н-коэффициент наследуемости; Е-коэффициент влияния среды. Н определяют по формуле : ,где К-конкордантность близнецов; мб – монозиготные близнецы, дб дизиготные близнецы.

Популяционно-статистический метод – даёт возможность рассчитать в популяции частоту нормальных и патологических генов и генотипов по формуле Харди-Вайнберга.

p² + 2рq + q² = 1, где:

p² – частота доминантных гомозигот;

2pq – частота гетерозигот;

q²– частота рецессивных гомозигот..

Например: частота ФКУ в популяции 1:10000, значит

g² = 0,0001, g = 0,01, p + g =1, тогда p = 1 – g = 1 – 0,01 = 0,99,

а 2pg = 2 x 0,99 x 0,01 = 0,0198 – 0,02 или 2 % Значит, частота гетерозигот по гену ФКУ в изучаемой популяции 2 %.

Задача № 11

Конкордантность монозиготных близнецов по заболеванию туберкулезом составляет 37%, а дизиготных- 15%. Что оказывает большее влияние на развитие этого заболевания – наследственность или среда?

Задача № 12

Оба монозиготных близнеца страдают маниакально – депрессивным психозом в 96% случаев, а дизиготные близнецы – только в 19%. Определите долю влияния наследственности на развитие данного заболевания.

 

Задача № 13

Фенилкетонурия встречается в популяциях человека с частотой 1:10000. Сколько людей, гетерозиготных по этому заболеванию будет в популяции состоящей из 25 тыс. человек?

Задача № 14

Укажите, каков прогноз потомства у женщины, имеющий сбалансированную транслокацию хромосомы с нормальным фенотипом. Ее кариотип 45 XX(+t13/13). Муж здоров, кариотип его в норме.

Задача № 15

Аниридия {отсутствие радужной оболочки) наследуется как аутосомно-доминантный признак и встреча­ется с частотой 1:10 000 (В. П. Эфроимсон, 1968). Опреде­лите частоту встречаемости гетерозигот в популяции.

Задача № 16. Эссенциальная пентозурия (выделение с мочой L-ксилулозы) наследуется как аутосомно-рецессив-ный признак и встречается с частотой 1: 50 000 (Л.О.Бадалян, 1971). Определите частоту встречаемости доминантных гомозигот в популяции.

Задача № 17 Алькаптонурия (выделение с мочой гомо-гентизиновой кислоты, окрашивание хрящевых тканей, развитие артритов) наследуется как аутосомно-рецессив-яый признак с частотой 1: 100 000 (В. П. Эфроимсон, 1968). Определите частоту встречаемости гетерозигот в популяции.

 

Задача № 18

Группы крови по системе антигенов М и N (М, MN.N) детерминируются кодоминантными генами L^N и L^M. Частота встречаемости гена L^M у белого населения США составляет 54%, у индейцев — 78%, у эскимосов Гренландии — 91%, у австралийских аборигенов — 18%. Определите частоту встречаемости группы крови MN в каждой из этих популяций.

Задача № 19

На пустынный островок случайно попало одно зерно пшеницы, гетерозиготной по гену А. Зерно

взошло и дало начало серии поколений, размножающих­ся путем самоопыления. Какова будет доля гетерозигот­ных растений среди представителей первого, второго, тре­тьего, четвертого поколений, если детерминируемый ге­ном признак не влияет на выживаемость растений и на их размножение?

Задача № 20

Альбинизм у ржи наследуется как ауто-сомно-рецессивный признак. На обследованном участке среди 84 000 растений обнаружено 210 альбиносов. Оп­ределите частоту встречаемости гена альбинизма у ржи.

Задача № 21. В большой по численности популяции ча­стота гена дальтонизма (рецессивный, сцепленный с X-хромосомой признак) среди мужчин составляет 0,08. Оп­ределите частоту встречаемости генотипов доминантных гомозигот, гетерозигот, рецессивных гомозигот у женщин данной популяции.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

22. Подготовьте план и проведите консультирование студентов по профилактике мутаций в организме человека по методу «ПОМОГИ» (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).

­ Влияние наркотических веществ на развитие подростка.

­ Влияние алкоголя и никотина на развитие подростка.

­ Биологические мутагены, их влияние на человека.

­ Здоровый образ жизни – основа здоровья потомства.

­

23. Оформите санитарный бюллетень. Темы:

­ Влияние наркотических веществ на развитие подростка.

­ Влияние алкоголя и никотина на развитие подростка.

­ Биологические мутагены, их влияние на человека.

­ Здоровый образ жизни – основа здоровья потомства.

24 Оформите памятки на предложенные темы(см. п.23)

 

25 Подготовьте сообщение по теме «Мутации, связанные с нарушением репарации ДНК и их роль в патологии», «Кетле Адольф - родоначальник статистики». Выбранную тему подчеркните..Составьте план, запишите в рабочую тетрадь._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

26.Примите участие в экскурсии в кунсткамеру краеведческого музея.

Запишите свое впечатление об увиденном. Как вы работаете над собой с целью профилактики провления мутаций: