II. Хромосомный уровень

Рассматривает морфологическое строение и структурную организацию отдельных хромосом (определяются в клетке во время митоза), либо хроматиновых нитей (определяются в клетке в период интерфазы).

Термин хромосома был предложен в 1888г. немецким морфологом В.Вальдейером. Функционально ДНК разделена на 46 фрагментов, которые входят в состав хроматиновых нитей (хромосом), суммарная длина всех 46 молекул в одной соматической клетке составляет около 2 м и состоит из 3,5 млрд нуклеотидных пар. Изучение химической организации хромосом показало, что они состоят в основном из ДНК и белков (гистонов и негистоновых белков)

Структурная организация метафазной хромосомы.

Препараты хромосом можно приготовить из любых тканей, содержащих делящиеся клетки. Согласно Денверской классификации (1960г.) хромосомы располагаются и нумеруются в зависимости от их длины и расположения центромеры. Предложено нумеровать пары хромосом от 1 до 23. С 1-й по 22 пары - аутосомы, 23 пара - Х-хромосома и У-хромосома. По указанным признакам хромосомы разбиты на 7 групп (A - G), важным параметром является центромерный индекс, который отражает отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Группа А: 1-3 пары большие метацентрические и субметацентрические ЦИот 38 до 49. Группа В 4 и 5, большие субметацентрические ЦИ 24-30. Гр.С 6-12, хромосомы среднего размера, субметацентричекие ЦИ 27-35 К этой группе относится и Х-хромосома. Гр.D 13-15пары, хромосомы акроцентрические, ЦИ около 15. Гр.Е 16-18, относительно короткие метацентр. Или субметацентрические ЦИ 26-40. F 19-20, две короткие субметацентрич. Хромосомы, ЦИ 36-46. Гр.G 21 и 22, маленькие акроцентрические, ЦИ 13-33 и Yхромосма.

В основе парижской классификации хромосом человека (1971г.) лежат методы дифференциального окрашивания, при которой в каждой хромосоме выявляется характерный только для нее порядок чередования поперечных темных и светлых сегментов. Данные методы позволяют идентифицировать пары гомологичных хромосом и выявлять хромосомные мутации. Короткое плечо хромосом обозначают буквой – p, длинное плечо – q, каждое плечо подразделяется на сегменты, которые в свою очередь нумеруются от центромеры. На сегодняшний деньв рамках международной программы "Геном человека" для каждого сегмента диффе­ренциально окрашенной хромосомы по­казано, какие гены на каком расстоянии друг от друга там находятся. На основе клонированных (ген картирован, выделен, известна его структура и белок который он кодирует) генов создаются «геномные библиотеки» (Коллекция фрагментов ДНК из всего генома) и международные банки данных.

Механизмы реализации наследственной информации

Генетическая информация, записанная в виде определенной последовательности нуклеотидов молекулы ДНК, обеспечивает синтез определенного белка фермента, который катализирует течение соответствующей биохимической реакции, в результате чего проявляется признак. Геномный уровень организации наследственного материала обеспечивает взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Следовательно, проявление действия конкретного гена зависит от других генов. Они могут влиять непосредственно на данный ген через взаимодействие белков-ферментов, кодируемых этими генами, изменять течение биохимических реакций и, тем самым, влиять на проявление данного признака. В свою очередь данный ген может влиять на реализацию действия других генов. На реализацию действия гена влияют факторы внешней среды, которые могут изменять структуру молекул ДНК, и-РНК, белков ферментов, течение биохимических реакций и, следовательно – фенотипические проявления генов. Таким образом, фенотипическое проявление при­знака определяется генами, отвечаю­щими за этот признак, взаимодействи­ем детерминирующих генов с другими гена­ми и условиями внешней среды.

Варианты схем реализации признаков:

1. Белок состоит из нескольких полипептидных цепей - необходимо участие двух (или более) функционально активных генов (гены глобина эритроцитов, гены иммуноглобулинов).

2. На формирование признака и степень его выраженности может оказывать среда. Например, степень загара зависит от интенсивности УФ-лучей.

3. Множественное действие одного и того же гена. В данном случае один ген (чаще всего мутировавший) оказывает влияние на формирование нескольких признаков. Плейотропный эффект реализации гена У человека ген, определяющий рыжую окраску волос, одновременно обуславливает более светлую окраску кожи и появление веснушек. Известен доминантный ген, обуславливающий целый комплекс патологий – синдром Марфана. У таких людей отмечается длинные конечности, ненормально длинные пальцы рук и ног (арахнодактилия), деформация лица, дефект хрусталика глаза, порок сердца, глухота и др.

(синдром Марфана)

Синдром Марфана - один из наиболее частых (5:100000) наследственных синдромов дизгистогенеза соединительной ткани. Тип наследования - аутосомно-доминантный, с высокой пенетрантностью гена. Локализация гена - в длинном плече 15 хромосомы, поле 21 (15ql5-q21.3). Суть мутации: замена в белке фибриллина пролина на аргинин. В результате происходит изменения соотношения различных типов коллагеновых волокон.

Особенности типов наследования признаков. Поскольку в диплоидном наборе соматических клеток различают аутосомы 1-22 и половые хромосомы (гоносомы), выделяют следующие типы наследования.

I. Аутосомное наследование.При этом типе наследования гены располагаются в аутосомах (1-22 пары хромосом). Характерная особенность – признаки (заболевания) проявляются у мужчин и женщин в равной степени.

1. Аутосомно-доминантное наследование.

- каждый больной член семьи обычно имеет больного родителя (возможен вариант возникновения заболевания в результате генеративной мутации одного из родителей)

- вероятность рождения больного ребенка (если один из родителей болен) – 50%

- от здоровых родителей рождаются здоровые дети

- заболевание передается из поколения в поколение

Первое описание аутосомно-доминантного наследования аномалий у человека дано в 1905 г. Фараби. Ро­дословная была составлена для се­мьи с короткопалостью (брахидакти­лией). У больных укорочены и час­тично редуцированы фаланги паль­цев рук и ног, кроме того, в результа­те укорочения конечностей, для них характерен низкий рост. По аутосомно-доминантному типу насле­дуются также некоторые патологичес­кие признаки человека: полидактилия или многопалость (когда на руке или ноге имеется от 6 до 9 пальцев), син­дактилия (сращение мягких или кост­ных тканей фаланг двух и более паль­цев), арахнодактилия (сильно удлиненные "паучьи" пальцы, один из симптомов синдрома Марфана).

2. Аутосомно-рецессивное наследование

- больные дети рождаются от фенотипически здоровых родителей

- вероятность рождения больного ребенка (если родители оба имеют гетерозигот-

ный генотип) 25%

- заболевание встречается не в каждом поколении

- риск заболевания увеличивается со степенью родства родителей

Аутосомно-рецессивные признаки у человека опреде­ляются генами, локализованными в аутосомах, и могут проявиться у по­томства в браке двух гетерозигот, двух рецессивных гомозигот или гетерози-готы и рецессивной гомозиготы. Ис­следования показывают, что большин­ство браков, среди потомков которых наблюдаются рецессивные заболева­ния, происходит между фенотипичес-ки нормальными гетерозиготами (Аа х Аа). В потомстве такого брака геноти­пы АА, Аа и аа будут представлены в соотношении 1:2:1, и вероятность того, что ребенок окажется пораженным, со­ставит 25%.По аутосомно-рецессивно-му типу наследуются мягкие прямые волосы, голубые глаза, многие болезни обмена веществ: фенилкетонурия, галактоземия, гистидинемия и др, а так­же пигментная ксеродерма.

II. Наследование сцепленное с половыми хромосомами. Особенности наследования связаны с наличием в половых хромосомах (Х, Y) гомологичных (перекрывающихся) и негомологичных (неперекрывающихся) участков. Гомологичные участки (псевдоаутосомные) содержат аллельные гены, но в Х хромосоме есть большой участок которому нет гомологичного в У хромосоме, гены расположенные в этом участке и детерминируют развитие признаков сцепленных с Х хромосомой их более 200. Голандрические признаки детерминируются генами расположенными в негомологичном участке У хромосомы, и проявляются фенотипически только у мужчин.(ихтиоз, перепонки между пальцами и т.д. -6)

Основныезакономерности наследованиябыли открыты Г. Менделем и сформулированы в 1865г. в работе "Опы­ты над растительными гибридами". Зако­ны оставались незамечен­ными в течение 35 лет и только в 1900 г. были переоткрыты К. Корренсом (Герма­ния), Э. Чермаком (Австрия) и Г. де Фри­зом (Голландия). С тех пор закономерно­сти наследования, открытые Менделем, определяют развитие современной гене­тики, включая и генетику человека.

Мендель открыл закономерности наследования, проводя гибридизацию различных сортов гороха. Гибридизация– это скрещивание особей с различными генотипами.

Скрещивание, при котором у родительских особей учитывается одна пара альтернативных признаков, называется – моногибридным, две пары признаков – дигибридным, более двух пар – полигибридным. Гибридологический метод Менделя имеет следующие особенности:

1. анализ начинается со скрещивания гомозиготных особей (чистые линии)

2. анализируются отдельные альтернативные (взаимоисключающие) признаки

3. проводится точный количественный учет потомков с различной комбинацией признаков (используются математические методы)

4. наследование анализируемых признаков прослеживается в ряду поколений