Менделирующие признаки человека. Основные термины и понятия генетики: наследственность, изменчивость, наследование, фенотип и генотип, гомозигота, гетерозигота, аллельные гены

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ В СОВРЕМЕННОЙ ГЕНЕТИКЕ

Для изучения медицинской генетики необходимо знать основные термит и понятия, которые используются и в общей генетике.

Наследственность – это свойство живых организмов сохранять генетическую информацию и признаки предков и передавать их в ряду поколений.

Наследование – это процесс воспроизведения признаков предков в последовательных поколениях.

Гомологичные хромосомы – одинаковые по размерам по форме, по составу генов, но разные по происхождению: одна от отца, другая от матери.

Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структур полипептида.

Аллельные гены – гены, которые локализованы в гомологичных хромосомах в одинаковых локусах и кодируют один и тот же признак или его вариации.

Гомозигота – организм, в котором данная пара аллельных генов одинакова: АА или аа.

Гетерозигота – организм, в котором пара аллелей неодинакова: Аа.

Гемизигота (от греч. hemi полу- и зигота) – когда в диплоидном организме присутствует один ген из пары аллелей и он всегда проявляется. Например, в Х-хромосоме у мужчин в локусе, которого нет в Y-хромосоме, находится один ген гемофилии, а в Y-хромосоме такой ген отсутствует.

Доминантный ген (от лат. dominans – господствующий) – преобладающий, который подавляет проявление других аллелей; обозначают прописной буквой латинского алфавита.

Рецессивный ген (лат. recessus – отступление) – он проявляется только в гомозиготном состоянии; обозначают строчной буквой латинского алфавита.

Закон чистоты гамет: в процессе образования гамет в|

каждую из них попадает только один ген из аллельной пары. Цитологически

это объясняется мейозом: в анафазе мейоза гомологичные хромосомы расходятся и вместе с ними расходятся аллельные гены.

Генотип – совокупность генов данного организма. Однако часто под генотипом понимают одну или две пары аллелей (гомозиготы и гетерозиготы).

Фенотип – совокупность признаков данного организма (внешних и внутренних). Он развивается в результате взаимодействия генотипа с внешней средой. В фенотипе

реализуются не все генотипические возможности, а лишь часть их, для которых были конкретные оптимальные условия. Фенотип – это частный случай реализации генотипа в конкретных условиях. Медицинская генетика (и генетика человека) опирается на общие принципы, полученные первоначально в исследованиях на растениях и животных. Разобраться в простых случаях наследования у человека было невозможно без учета опытов Г. Менделя над горохом.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ,

УСТАНОВЛЕННЫЕ Г. МЕНДЕЛЕМ

В своих исследованиях Г. Мендель применил гибридологический метод ( гибрид – это помесь):

I) скрещивал особей, отличающихся по одной паре изучаемых аллелей (моногибридное скрещивание), по двум парам (дигибридное скрещивание), по трем и более (полигибридное скрещивание);

2) производил тщательный количественный подсчет полученных потомков сколько желтых, сколько зеленых);

3) проводил тщательный анализ полученных результатов на протяжении нескольких поколений и делал выводы.

Скрещивание у растений и животных обозначают знаком умножения – х. У человека тем же знаком обозначают бракосочетание.

При написании схемы скрещивания (у человека бракосочетания) при­нято на первом месте ставить женский пол, который обозначают знаком (зеркало Венеры), затем мужской (щит и копье Марса).

Для того чтобы записать скрещивание, необходимо знать символы, которыми обозначаются родители, гаметы и потомки:

P – родители (от латинского parents – родители),

G – гаметы (от латинского gametes – гаметы),

F₁ – дети (от латинского fillii – дети),

F₂ F₃ и так далее – последующие поколения.

Моногибридное скрещивание. Мендель скрещивал гомозиготные горохи, отличающиеся по одной паре признаков: растения с желтыми и зелеными семенами (гомозиготные) и получил F_{1 –} 100 % желтые.

Согласно закону чистоты гамет, в каждую гамету попадает один ген из пары аллелей.

Ген желтой окраски семян полностью подавляет зеленый, то есть доми­нирует, поэтому все первое поколение одинаковое.

Первый закон Менделя: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу.

При скрещивании гибридов первого поколения между собой было полу­чено расщепление:

Второй закон Менделя (расщепления ги­бридов второго поколения): гибриды второго поколения дают расщепление по фенотипу 3:1 (3 части желтых и 1 часть зеленых), а по генотипу 1:2:1.

Затем Г. Мендель провел дигибридное скрещивание: скрещивал растения, отличающиеся по двум парам альтернативных признаков.

Дигибридное скрещивание. Скрещивались растения гороха с желтыми гладкими семенами и растения с зелеными морщинистыми семенами. В F₁ получено единообразие гибридов, так как желтый цвет доминировал над зеленым, а гладкая форма над морщинистой. При скрещивании гибридов первого поколения между собой (гетерозиготы по форме и цвету), Г. Мендель получил различные семена гороха (желтые гладкие, желтые морщинистые, зеленые гладкие, зеленые морщинистые) по­тому, что гены цвета и формы семян гороха и детерминируемые (опреде­ляемые) ими признаки комбинировались свободно – цвет не зависел or формы и наоборот.

С помощью решетки Пеннета удобнее записать и установить все возможные сочетания мужских и женских гамет при скрещивании гиб­ридов первого поколения между собой, а также определить фенотип и генотип особей F₁.

Третий закон Менделя (независимого ко­мбинирования генов): гены различных аллельных пар и детерминируемые ими признаки комбинируются независимо друг от друга, так как они локализованы в различных парах гомологичных хромосом.

Ци­тологически это объясняется мейозом: в метафазе мейоза (I) пары гомоло­гичных хромосом располагаются в плоскости экватора, свободно комбини­руясь, а вместе с ними комбинируются и гены.

Как в метафазе (I) пары гомологичных хромосом расположатся (то к одному полюсу больше материнских, то больше отцовских), так в анафазе (I) они и разойдутся в разные гаметы.

В первом случае в гаметы попадут гены АВ и ab, во втором АЬ и аВ, то есть гены цвета и формы горошин комбинируются свободно, независимо друг от друга.

Согласно закону чистоты гамет, всегда в гамету попадает один из па­ры аллелей, сколько бы пар аллелей при скрещивании ни учитывал ис­следователь (если три признака: желтый цвет, гладкая форма семян, длинный стебель — ЛАВВСС, то в гамету попадут – ABC).

Чтобы проводить скрещивание, Менделю нужно было знать, гомо- или гетерозиготное растение гороха по цвету или по форме семян. Для этого он проводил анализйрующее скрещивание.

Анализирующее скрещивание. Генотип организма, имеющего рецессив­ный признак, определяется по его фенотипу (он всегда гомозиготный).

Особи с доминантным признаком (гомозигота или гетерозигота) по фе­нотипу не отличимы. Для установления генотипа особи с доминантным признаком применяется анализирующее скрещивание.

Анализирующее скрещивание заключается в том, что особь с неизвестным генотипом скрещивается с рецессивной особью и по потомству узнают генотип анализируемой особи.

Если при таком скрещивании все потомство окажется единообразным, то анализируемая особь гомозиготна (1), если произойдет расщепление, то она гетерозиготна (2).

Анализ генотипов важен не только при селекционной работе, но и для медицинской генетики. Так как на людях эксперименты запрещены, го ан- тропогенетики и врачи прибегают к анализу родословных и ищут браки, которые позволяют проанализировать неизвестный генотип. Например: 1) у обоих родителей полидактилия, их ребенок имеет нормальное строение кис­тей. Следовательно, родители гетерозиготны по этому признаку; 2) мать имеет резус-отрицательную группу крови (генотип dd), а отец резус- положительную группу крови с неизвестным генотипом (DD или Dd). У них родился ребенок, имеющий резус-отрицательную группу, значит, отец гетерозиготен.

МЕНДЕЛИРУЮЩИЕ ПРИЗНАКИ ЧЕЛОВЕКА

Менделирующими признаками называются те, наследование которых про­исходит по закономерностям, установленным Г. Менделем. Менделирующие признаки определяются одним геноммоногенно (от греч. monos один), то есть когда проявление признака/определяется взаимодействием аллельных генов, один из которых доминирует (подавляет) другой. Мснделевекие законы справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностыо (от лат. penetrans проникающий, достигающий) и постоянной экспрессивностью (степенью выраженности признака) (см. гл. V)

Если гены локализованы в половых хромосомах (за исключением гомологичного участка в Х- и Y-хромосомах), или в одной хромосоме сцеплено, или в ДНК органоидов, то результаты скрещивания не будут следовать законам Менделя.

Общие законы наследственности одинаковы для всех эукариот. У человека также имеются менделирующие признаки, и для него характерны все типы их наследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцеплен­ный с половыми хромосомами (с гомологичным участком Х- и Y-хромосом).

ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ МЕНДЕЛИРУЮЩИХ ПРИЗНАКОВ

I Аутосомно-доминантный тип наследовании. По аутосомно-доминан- тному типу наследуются некоторые нормальные и патологические признаки:

1) белый локон над лбом;

2) волосы жесткие, прямые (ежик);

3) шерстистые волосы короткие, легко секущиеся, курчавые, пышные;

4) кожа толстая;

5) способность свертывать язык в трубочку;

6) габсбургская губа нижняя челюсть узкая, выступающая вперед, ниж­няя губа отвислая и полуоткрытый рот;

7) полидактилия (от феч. polys — многочисленный, daktylos — палец) — многопалость, когда имеется от шести до девяти пальцев на руке или ноге;

8) синдактилия (от греч. syn вместе) — сращение мягких или костных тканей фаланг двух и более пальпев;

9) брахидактилия (короткопалость) недоразвитие дистальных фаланг пальцев;

10) арахнодактилия (<V греч. arahna — паук) сильно удлиненные «па­учьи» пальцы.

II Аутосомно-рецесеивные менделирующие признаки у человека. Если рецессивные гены локализованы в аутосомах, то проявиться они могут при браке двух гетерозигот или гомозигст по рецессивному аллелю.

По аутосомно-рецессивному тину наследуются следующие признаки:’- во­лосы мягкие, прямые, кожа тонкая, 0 (I) группа крови, группа крови Rh-, неощущение горечи вкуса фенилкарбамида, неумение складывать язык в тру­бочку. По этому типу наследуются также многие болезни обмена веществ: фенилкетонурия, галакгоземия, гистидинимия и др. (см. гл. IX).

III Менделирующие признаки, снеплснные с полом (неполно). Х- и Y-хромосомы имеют общие гомологичные участки (рис. 15). В них локали­зованы гены, детерминирующие признаки, наследующиеся одинаково как у мужчин, так и у женщин (подобно признакам, сцепленным с аутосомами).

Гены, локализованные в гомологичных участках Х- и Y-хромосом, обус­ловливают развитие некоторых болезней.

Пигментная ксеродерма — заболевание, при котором под влиянием ультрафиолетовых лучей на открытых частях тела появляются пигментированные пятна. Вначале они в виде веснушек, затем в виде более крупных папиллом различной величины и, наконец, опухолей. Для большинства больных пиг­ментная ксеродерма заканчивается летально.

Болезнь Огучи — в слое палочек и колбочек, пигментном эпителии наблюдаются дегенеративные изменения (болезнь чаще встречается в Япо­нии).

Спастическая параплегия — спастика и слабость нижних конечностей, возникающая в результате дегенерации пирамидных путей в области грудного и поясничных отделов спинного мозга, изредка в стволе головного мозга.

Эпидермолиз буллезный — образование пузырей после механических травм кожи.

Полная (общая) цветовая слепота — полное отсутствие цветового зрения.

Наследование групп крови.

Большое значение для медицинской практики имеет изучение групп крови, которые зависят от антигенов, расположенных на поверхности эритроцитов.

Антигены это высокомолекулярные вещества, в ответ на введение которых в организме вырабатываются антитела (гамма-глобулины одна из фракций белков крови, которая синтезируется лимфоцитами). Следует отметить, что на собственные антигены организм с нормальной иммунной системой антител не вырабатывает.

ГЕНЕТИКА ПОЛА

У женщин 22 пары аутосом и две одинаковые половые хромосомы XX; у мужчин 22 пары аутосом и половые хромосомы X и Y (неодинаковые). В процессе мейоза каждая из пары гомологичных хромосом уходит в разные гаметы. Так как у женщин 23 пары гомологичных хромосом, то во все гаметы попадает 22 аутосомы и одна Х-хромосома (гаметы одинаковы), поэтому женский пол гомогаметный. У мужчин образуется два типа гамет: 22 Х и 22 Y, поэтому мужской пол гетерогаметный. Вероятность рождения девочек так же, как и мальчиков, составляет 50 %.

Пол будущего ребенка определяется сочетанием половых хромосом в момент оплодотворения. Если яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид с X- хромосомой, то рождается девочка, а если яйцеклетку оплодотворяет спер­матозоид с Y-хромосомой, то рождается мальчик.

Признаки организма, связанные с полом, подразделяют на три категории (см. рис. 15):

1) признаки, сцепленные с половыми хромосомами. Это признаки, развитие которых обусловлено генами, расположенными в одной из половых хромосом. Х-хромосома по размерам значительно больше, чем Y-хромосома.

В Х-хромосоме есть большой участок, которого нет в Y-хромосоме, в нем расположены рецессивные гены (гемофилии, дальтонизма, миопатии Дюшена, атрофии зрительного нерва) и доминантные (рахита, не поддающиеся лечению витамином D, темной эмали зубов). Гены этого участка полностью сцеплены с полом, передаются исключительно через Х-хромосому. Доми­нантные гены из этого участка одинаково проявляются у обоих полов; ре­цессивные — у женщин только в гомозиготном состоянии, а у мужчин — в гемизиготном состоянии.

Рассмотрим наследование, сцепленное с полом, на примере гемофилии. У мужчин ген гемофилии находится в гемизиготном состоянии (один из пары), и поэтому гемофилия у мужчин всегда проявляется. У женщин, если и есть, этот ген в гетерозиготном состоянии, он не проявляется, так как доминантный ген нормальной свертываемости его подавляет. В брак вступают здоровая женщина-носительница и здоровый мужчина:

В непарном участке Y-хромосомы, кроме генов, детерминирующих пол, расположено небольшое число генов, которые могут встречаться только у лиц мужского пола и передаются от отца всем сыновьям (голандрические гены): волосатость ушей, перепонки между пальцами ног, ихтиоз (кожа в виде рыбьей чешуи).

В парном сегменте (гомологичном для Х- и Y-хромосом) локализованы гены, детерминирующие пигментную ксеродерму, болезнь Огучи, спасти­ческую параплегию, эпидермолиз буллезный, общую цветовую слепоту и другие. Их называют неполно или частично сцепленными с полом. Они могут передаваться как с Х-, так и с Y-хромосомой; признаки, контролируемые полом. Развитие этих признаков обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но степень проявления их (экспрессивность) разная у мужчин и женщин (особенно у гетерозигот, гак как происходит сдвиг доминантности). Изменение доминирования гена обусловлено половыми гормонами. Например: а) у мужчин ген облысения доминантный, а у женщин — рецессивный и проявляется только в гомози­готном состоянии, поэтому лысых мужчин значительно больше, чем женщин; б) пенетрантность гена подагры у мужчин 80 %, а у женщин 12 %, значит, подагрой чаще болеют мужчины;  в) признаки, ограниченные полом. Развитие этих признаков обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляются они только у одного пола (гены удойности и жирности молока имеются у коров и быков, но проявляются только у коров).

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту: