ТОП 10:

Генетический код и хромосомный комплекс человека



Генетическим кодом принято считать зависимость между основаниями и аминокислотами. Последовательность оснований в нуклеотидах ДНК должна определять аминокислотную последовательность белков. Основные параметры для синтеза белковых молекул записаны с помощью четырех типов нуклеотидов. В код, состоящий из троек оснований, входит четыре разных триплета. Френсис Крик в 1961 году доказал триплетность кода. Для большинства аминокислот существенное значение имеют только первые буквы – А, G, C, Т (аденин, гуанин, цитозин, тимин).

В настоящее время успехи молекулярной биологии достигли такого уровня, что стало возможно определить последовательность оснований в целых генах. Это серьезная веха в развитии науки, так как теперь можно искусственно синтезировать целые гены. Это нашло применение в генной инженерии.

На Земле не существует двух совершенно одинаковых людей, за исключением однояйцовых близнецов. Причины этого многообразия нетрудно понять с генетических позиций.

Число хромосом у человека – 46 (23 пары). Если допустить, что родители отличаются по каждой паре хромосом лишь по одному гену, то общее количество возможных генотипических комбинаций – 2Ь. На самом деле количество возможных комбинаций будет намного больше, так как в этом расчете не учтен перекрест между гомологичными хромосомами. Следовательно, уже с момента зачатия каждый человек генетически уникален и неповторим.

Половые хромосомы человека. Гены, находящиеся в половых хромосомах, называются сцепленными с полом. Явление сцепления генов, локализированных в одной хромосоме, известно под названием закона Моргана. В Х-хромосоме имеется участок, для которого в У-хромосоме нет гомолога. Поэтому у особи мужского пола признаки, определяемые генами этого участка, проявляются даже в том случае, если они рецессивны. Эта особая форма сцепления позволяет объяснить наследование признаков, сцепленных с полом, например, цветовой слепоты, раннего облысения и гемофилии у человека. Гемофилия – сцепленный с полом рецессивный признак, при котором нарушается свертывание крови. Ген, детерминирующий этот процесс, находится в участке Х-хромосомы, не имеющем гомолога, и представлен двумя аллелями – доминантным нормальным и рецессивным мутантным.

Особи женского пола, гетерозиготных по рецессиву или по доминанту, называют носителем соответствующего рецессивного гена. Они фенотипически нормальны, но половина их гамет несет рецессивный ген. Несмотря на наличие у отца нормального гена, сыновья матерей-носителей с вероятностью 50% будут страдать гемофилией.

 

Свойства человеческого генома

Изменчивость организмов является одним из главных факторов эволюции. Она служит основным источником для отбора форм, наиболее приспособленных к условиям существования.

Изменчивость является сложным процессом. Обычно биологи делят ее на наследственную и ненаследственную. К наследственной изменчивости относят такие изменения признаков и свойств организмов, которые при половом размножении не исчезают, сохраняются в ряду поколений. К ненаследственной изменчивости относят изменения свойств и признаков организма, которые возникают в процессе его индивидуального развития под влиянием факторов внешней среды, сложившейся специфическим образом для каждого индивидуума, и при половом размножении не сохраняются.

Наследственная изменчивость представляет собой изменение генотипа, ненаследственная – изменение фенотипа организма.

 

Мутабельность

Термин «мутация» впервые был предложен Гуго де Фризом в его классическом труде «Мутационная теория» (1901 - 1903). Мутацией он называл явление скачкообразного, прерывного изменения наследственного признака. Основные положения теории Г. де Фриза:

1. Мутация возникает внезапно, без всяких переходов; новые формы вполне константны, т.е. устойчивы;

2. Мутации в отличие от ненаследственных изменений (флуктуации) не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды). Мутации являются качественными изменениями;

3. Мутации идут в разных направлениях, они могут быть как полезными, так и вредными;

4. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

Однако Г. де Фриз допустил принципиальную ошибку, противопоставив теорию мутаций теории естественного отбора. Он неправильно считал, что мутации могут сразу давать новые виды, приспособленные к внешней среде, без участия естественного отбора. На самом деле мутации являются лишь источником наследственных изменений, служащих материалом для естественного или искусственного отбора.

Однозначно можно сказать только то, что мутации генов возникают у всех классов и типов животных, высших и низших растений, многоклеточных и одноклеточных организмов, у бактерий и вирусов. Мутационная изменчивость как процесс качественных скачкообразных изменений является всеобщей для всех органических форм.

Понятие мутации в генетике аналогично понятию флуктуации в синергетике. Мутация – это частичное изменение свойств белков, кодируемых мутантными генами. Появившейся в результате мутации признак не исчезает, а накапливается. Мутации вызываются радиацией, химическими соединениями, изменением температуры, наконец, могут быть просто случайными.

«Согласно нашей аналогии, мутации, очевидно, представляют собой опечатки, неизбежно появляющиеся при каждом новом переиздании Книги Жизни. Подобно тому как в наших книгах опечатки чаще всего приводят к бессмыслице и крайне редко улучшают текст, так и мутации почти всегда приносят вред; чаще всего они просто убивают организм или клетку на очень ранних стадиях, и мы даже не замечаем, что они вообще существовали на свете. С другой стороны, тот факт, что мутация летальна, сам по себе исключает опечатку из последующих изданий, ибо содержащая эту мутацию клетка никогда не произведет себе подобных. В иных случаях мутация может оказаться вредной, но нелетальной. Она появится и в новых клетках, но есть надежда, что такие вредные мутации в последующих поколениях исчезнут в результате естественного отбора. Изредка все же считается, что мутация оказывает благоприятное действие. Она уже не исчезает, поскольку создает организму большие преимущества в борьбе за существование. В конце концов эта мутация будет постоянно включаться в книгу жизни данного вида организмов. Так протекает процесс эволюции».

За последнее десятилетие изучение генетики человека проходило исключительно интенсивно. Последние международные конгрессы по генетике человека (1976 и 1981 гг.) показали, какой огромный фактический материал собран в этой области знания. Сводка данных о мутантных признаках человека, передающихся по наследству, была сделана американским генетиком В. Мак-Кьюсиком. В 1979 г. вышло пятое издание его книги «Генетика человека», в которой описано наследование 2811 мутантных признаков. Отклоняющиеся наследственные особенности людей переходят от родителей к детям при наличии доминантных или рецессивных мутаций, локализованных в аутосомах или в половых хромосомах человека.

Основная категория мутантных признаков – это наследственные болезни. Они составляют 87% всех установленных мутаций у человека. 13% наследуемых отклонений касаются биохимических, иммунологических, физиологических и морфологических признаков и не вызывают болезненных аномалий центральной нервной системы.

По характеру наследования наибольшее количество мутантов у человека относится к категории аутосомных доминантных мутаций. Поскольку для всех сцепленных с полом мутаций у мужчин имеет место проявление как доминантных, так и рецессивных аллелей, постольку эти мутации могут войти в общую группу аутосомно-доминантных изменений. Наличие более 60% доминантно проявляющихся изменений имеет существенное различие. Благодаря доминантности мутаций последствия мутационного процесса в большинстве случаев обнаруживаются в первом поколении при появлении любой из этих мутаций. При оценке влияния мутагенов среды – химических соединений, радиоактивности и т. д. – необходимо иметь в виду, что наследственно дефективные дети будут рождаться в первом же поколении от родителей, которые подверглись влиянию мутагенов. Это показывает, что при таких условиях эффект от действия мутагенов будет нарастать не после ряда репродуктивных поколений, каждое из которых равно 25 годам, а непрерывно, год за годом, по мере участия в оплодотворениях гамет родителей, испытавших влияние мутагенов.

Более подробная характеристика мутантов у человека показывает, что 87% мутаций связаны с болезнями и дефектами развития, а 13% – с изменчивостью нормальных признаков. Среди мутантов, имеющих патологические признаки, описаны: 21% нарушающих развитие скелета, 19% – внутренних органов пищеварения, кровообращения, дыхания, желез внутренней секреции и т. д., 15% вызывают дефекты кожи, 10% – болезни и аномалии центральной нервной системы и сенсорных органов зрения, слуха и т.д., 7% – сложные пороки развития, 3% – психические расстройства, 7% касаются крови – лейкозы, анемии и т. д., 1% – обмена веществ и т. д.

Среди аутосомно-доминантных мутантов, не связанных с дефектами развития, 60% касаются биохимических признаков – изменчивости ферментов и других белков, 25% – иммуногенетических признаков (эритроцитарные, лейкоцитарные системы), 11% – морфофизиологических признаков, 3% – нейрофизиологических и т.д. Среди аутосомно-рецессивных мутантов 99% вызывают болезни и другие дефекты, 1% касается изменчивости нормальных признаков. В 19% случаев поражаются центральная нервная система, внутренние органы, в 12% появляются сложные пороки развития, в 10% поражается скелет, в 7% – органы слуха, зрения и т. д., в 7% – кожа, в 7% – кровь, в 4% возникают психические расстройства, в 2% – обмен веществ и т. д. Для случаев аутосомно-рецессивного наследования вариация нормальных признаков в 36% касается белков, в 27% – иммуноглобулинов, в 27% – морфологических и физиологических признаков и т.д. Из 171 мутации, аллели которых сцеплены с полом, большинство также связаны с нарушениями развития центральной нервной системы, сенсорных органов, состояния крови и т. д.

 

Изменчивость

Изменчивостью называют всю совокупность различий по тому или иному признаку между организмами, принадлежащими к одной и той же природной популяции или виду. Поразительное морфологическое разнообразие особей в пределах любого вида привлекло внимание Дарвина и Уоллеса во время их путешествий. Закономерный, предсказуемый характер передачи таких различий по наследству послужил основой для исследований Менделя. Дарвин установил, что определенные признаки могут развиваться в результате отбора, тогда как Мендель объяснил механизм, обеспечивающий передачу из поколения в поколение признаков, по которым ведется отбор.

Мендель описал, каким образом наследственные факторы определяют генотип организма, который в процессе развития проявляется в структурных, физиологических и биохимических особенностях фенотипа. Если фенотипическое проявление любого признака обусловлено, в конечном счете, генами, контролирующими этот признак, то на степень развития определенных признаков может оказывать влияние среда.

Изучение фенотипических различий в любой большой популяции показывает, что существуют две формы изменчивости – дискретная и непрерывная.

Дискретная изменчивость означает, что некоторые признаки в популяций представлены ограниченным числом вариантов. В этих случаях различия между особями четко выражены, а промежуточные формы отсутствуют, к таким признакам относятся, например, группы крови у человека, длина крыльев у дрозофилы, пол у животных и растений. Признаки, для которых характерна дискретная изменчивость, обычно контролируются одним или двумя главными генами, у которых может быть два или несколько аллелей, и внешние условия относительно мало влияют на их фенотипическую экспрессию.

Непрерывная изменчивость. По многим признакам в популяции наблюдается полный ряд переходов от одной крайности к другой без всяких разрывов. Наиболее яркими примерами служат такие признаки, как масса (вес), линейные размеры, форма и окраска организма в целом или отдельных его частей. Признаки, для которых характерна непрерывная изменчивость, обусловлены совместным воздействием многих генов (полигенов) и факторов среды. Каждый из этих генов в отдельности оказывает очень небольшое влияние на фенотип, но совместно они создают значительный эффект.

Влияние среды

Главный фактор, детерминирующий любой фенотипический признак, – это генотип. Генотип организма определяется в момент оплодотворения, но степень последующей экспрессии этого генетического потенциала в значительной мере зависит от внешних факторов, воздействующих на организм во время его развития. Так, например, использованный Менделем сорт гороха с длинным стеблем обычно достигал высоты 180 см. Однако для этого ему необходимы были соответствующие условия: освещение, снабжение водой и хорошая почва. При отсутствии оптимальных условий ген высокого стебля не мог в полной мере проявить свое действие. Эффект взаимодействия генотипа и факторов среды продемонстрировал датский генетик Иогансен. В ряде экспериментов на карликовой фасоли он выбирал из каждого поколения самоопылявшихся растений самые тяжелые и самые легкие семена и высаживал их для получения следующего поколения. Повторяя эти эксперименты на протяжении нескольких лет, он обнаружил, что в пределах «тяжелой» или «легкой» селекционной линии семена мало различались по среднему весу, тогда как средний вес семян из разных линий сильно различался. Это позволяет считать, что на фенотипическое проявление признака оказывают влияние как наследственность, так и среда. На основании этих результатов можно определить непрерывную фенотипическую изменчивость как «кумулятивный эффект варьирующих факторов среды, воздействующих на вариабельный генотип». Кроме того, эти результаты показывают, что степень наследуемости данного признака определяется в первую очередь генотипом. Что касается развития таких чисто человеческих качеств, как индивидуальность, темперамент и интеллект, то, судя по имеющимся данным, они зависят как от наследственных, так и от средовых факторов, которые, взаимодействуя в различной степени у разных индивидуумов, влияют на окончательное выражение признака. Именно эти различия в тех и других факторах создают фенотипические различия между индивидуумами. Мы пока еще не располагаем данными, которые твердо указывали бы на то, что влияние каких-то из этих факторов всегда преобладает, однако, среда никогда не может вывести фенотип за пределы, детерминированные генотипом. Загрязнение природной среды вредными отходами производства, продуктами неполного сгорания, ядохимикатами и другими мутагенами, повышение фона ионизирующей радиации, вызываемое испытаниями атомного оружия, бесконтрольным использованием химических и радиоактивных веществ в энергетике, промышленности, сельском хозяйстве – все это ведет к значительному увеличению генетических нарушений.

Генетический груз, подразумевающий собой эти генетические нарушения, подрывающие наследственное здоровье населения, растет. Так, в восьмидесятые года рождалось 200000 детей с серьезными генетическими дефектами и около 30000 мертвых. Около 25% беременностей не донашивается по генетическим причинам. На данный момент у 10% всего населения существует нарушение психики. Увеличивается также число онкологических заболеваний. И при этом, в большинстве случаев, болезни связаны с загрязнением окружающей среды. По данным ВОЗ 80% болезней вызвано состоянием экологического напряжения. Поэтому проблемы генетики, экологии и адаптации человека становятся особенно острыми.

Поэтому особое значение имеет генетический мониторинг, позволяющий проводить контроль за мутационным процессом у человека, выявлять и предотвращать всю возможность генетической опасности, связанную с еще необнаруженными мутагенами. На данный момент, однако, исследования мутаций трудно осуществимы. Возникшие трудности исследования мутаций прежде всего связаны с проблемой обнаружения их в организме человека. Благодаря биоэкологическому мониторингу через типизацию климатогеографических и производственных районов по структурам здоровья, (то есть по соотношениям между группами с различными уровнями здоровья) возможно более эффективное улучшение условий окружающей среды, а также повышение уровня здоровья населения. Хотя остается большое количество проблем. Так, например, показатели рождаемости, заболеваемости и смертности довольно инертно «откликаются» на изменение окружающей среды, и выявляются лишь последствия экологического неблагополучия, что не дает возможности оперативного управления экологической ситуацией.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.229.122.166 (0.013 с.)