Закономерности наследования признаков. Генетика человека

Наследственность-
свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями
Наследственность обусловливает специфичность онтогенеза в определенных условиях внешней среды

1.«наследственность» 2.«наследование»
1. в понятие наследственность входит свойство генов детерминировать построение полипептидной цепи и развитие признака
2. понятие наследование отражает наличие процесса, т.е.это способ передачи генетической информации.

Термин «Плазмида» предложил
Дж. Леденберг в 1952г
Плазмиды
(из нескольких тыс. ТПН)
Главная кольцевая хромосома
(из 4 млн. пар ТПН)

Карта F- фактора (фактор фертильности= размножения) и R- фактора (фактор устойчивости к лекарственным средствам)

Ген
- участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре полипептидной цепи или макромолекулы.

Молекула ДНК в клетке полифункциональна, в связи с этим в ДНК имеются последовательности которые:
-контролируют экспрессию генов
-контролируют репликацию
-включают и выключают другие гены

Структурные гены
Последовательности нуклеотидов (гены), которые содержат информацию о структуре полипептидной цепи, а в конечном счете о структурном белке (ферменты, антитела, рецепторные белки …..) называются структурными генами

Регуляторные гены
Последовательности нуклеотидов (гены), которые определяют время, место и длительность включения структурных генов называются регуляторными генами

Система оперона(Ф.Жакоб,Ж.Моно,1961 г)

Общая схема регуляции
функции гена

Арчибальд Геррод, 1902 г
Впервые связь между генами и их конечными продуктами (белками) была обнаружена английским врачом А.Гэрродом в 1902 году
Алкаптонурия (фенотипический признак-моча цвета красного вина). По мнению Гэррода-это наследственное заболевание обусловлено нарушением азотистого обмена, в результате которого вместо мочевины в моче содержится какое-то вещество темного цвета.

А.Гэррод и Бэтсон, 1908 г
-больные алкаптонурией являются рецессивными гомозиготами.
«По вине» рецессивного гена у них не происходит какой-то ферментативной метаболической реакции. Отсутствие этой реакции, в свою очередь, приводит к накоплению и выведению субстрата, который в норме разрушался бы в результате этой реакции.

Гомогентизиновая кислота ->
->X-> малеин-ацетат -> Н20 + С02
Оксидаза гомогентизиновой кислоты
накапливается
и переходит в мочу
Гомогентизиновая кислота у больных алкаптонурией на воздухе окисляется и чернеет, а моча приобретает цвет красного вина.

Бидл, Татум, 1940 г
Гипотеза «Один ген - один фермент»
Ограничения
- не все белки выполняют ферментативную функцию
- не все белки состоят из одной полипептидной цепи (олигомерные)
Современная трактовка
«Один ген-одна полипептидная цепь»

Кол-во ДНК в хромосомном наборе человека
На гаплоидный набор приходится 3х109 п.н (пар нуклеотидов)
длина около 1 м
На одну хромосому приходится в среднем -1,2х108 п.н.
длина около 4 см
ДНК в метафазной хромосоме компактизована в 104 раз по сравнению с интерфазной

Схема различных уровней компактизации хроматина
нуклеосома
нуклеомер, «сверхбусина» Гистоновые и негистоновые белки
хромомер принимают участие:
1)в формировании
хромонема структуры хромосом
5. хромосома 2) в регуляции экспрессии генов

Суперcоленоид
Структура нити хроматина диаметром 30 нм

Уровни компактизации ДНК
1-й уровень- нуклеосомный (150-200 п.н. и 8 молекул гистонов (по 2 мол Н2а, Н2в, Н3 и Н4) диаметром 10 нм
2-й уровень- нуклеомерный (8-10 нуклеосом объединены в виде глобулы по спирали. На 1 шаг 6 нуклеосом)=соленоид
3-й уровень- хромомерный (петли комплекса ДНК и гистонов. Нуклеопротеидный комплекс прикрепляется к так наз. «ядерному скелету») Степень компактизации ~ 103.
4-й уровень-метафазная хромосома (спиральная укладка нитей с образованием суперсрленоида. На шаг ~ 10 петель. Диаметр 2мкм)

Процесс передачи информации от ДНК к белку, кодируемому расщепленным геном
Пре м

Зачем в природе возникла разорванная структура
эукариотических генов = зачем природе
понадобилось вводить сложный процесс
сплайсинга и процессинга, включающего разрывы
и соединения концов РНК и уничтожение ¾
синтезированной пре-мРНК?.
Гипотеза: «сплайсинг, с его способностью объединять разъединенные участки в один ген, может играть важную роль в эволюции живых организмов (может объединять разные гены в один, следовательно разных полипептидных цепей в одну. Таким путем легко могут возникнуть новые гены).
ДНК-полимераза 1 представлена 1 полипептидной цепью, но состоит из разных ферментов: собственно ДНК-полимеразы и эндонуклеазы. Два домена образуют 2 компактные частицы, связанные коротким полипептидным мостиком.

Экзон-интронная структура онкогена р53 человека

Антикодон
Кодон
М-РНК
Аминокислота Аланин
Транспортная РНК

Рибосомный цикл синтеза белка
инициация
элонгация
терминация

Современная теория гена
Ген-часть молекулы ДНК, являющаяся функциональной единицей наследственной информации
Ген занимает определенный участок (локус=цистрон) в хромосоме
Внутри гена могут происходить рекомбинации
ДНК, входящая в состав гена, способна к репарации. Не репарируемые повреждения приводят к мутациям.
Существуют гены регуляторные и структурные (модификаторы и другие)
Расположение триплетов (кодонов=сайтов) в структурных генах колиниарно аминокислотам полипептидной цепи, кодируемой данным геном (может быть сдвиг рамки считывания)
Генотип, будучи дискретным (состоящим из отдельных генов), функционирует как единое целое
Генетический код универсален
Генетический код вырожденный (для многих аминокислот существует более одного кодона)
Гены располагаются в хромосоме в линейном порядке и образуют группу сцепления.

6-8 %
Травмы, ожоги
~ 90% болезней с наследственным предрасположением

Частные разделы генетики человека
Генетика человека
Биохимическая генетика человека
Цитогенетика
Генетика поведения
Популяционная генетика человека
Евгеника
Гибридизация клеток
Наблюдение, статистический анализ семейной распространенности нормальных признаков, пороков развития, заболевания

В России ежегодно рождается 40-50 на 1000 детей с врожденной наследственной патологией
40% ранней младенческой смертности и инвалидизации обусловлено наследственными факторами;
30% коек в детских лечебных учреждениях занимают дети с наследственной патологией:
более половины из них погибают очень рано или имеют хронические заболевания.

Наследственные болезни встречаются в практической деятельности врача любой специальности т.к.
у 11-16% больных, поступающих в педиатрические отделения клиник диагностируют генетические заболевания.

8,5% детей умирают от заболеваний, связанных с генными мутациями;
2,5% детей умирают от заболеваний, связанных с хромосомными нарушениями;
31% детей умирают от так называемой отягощенности наследственными признаками.
Итого 42%
17% детей умирают от заболеваний неизвестной природы.

Большой процент больных с наследственной патологией:
в гематологических клиниках;
16% в детской нефрологии;
50% детской слепоты составляют наследственные аномалии;
50% больных с нарушенным слухом-наследственная патология;
Тяжелые формы наследственной патологии составляют 1-2%. На 5 млн живорожденных приходится 50-100 тысяч детей с тяжелой врожденной и наследственной патологией.

МАККЬЮСИК 2005 год
Всего описано 6 678 синдромов и признаков у человека среди них –
4 458 - аутосомно-доминантных
1 730 - аутосомно-рецессивных
412 - x – сцепленных
19 - у – сцепленных
66 – митохондриально-наследуемых

Этап активного изучения митохондриальных болезней-
болезней, обусловленных нарушением функций митохондрий. Это обусловлено двойным генетическим кодированием белков электронно-транспортной цепи ядерными и митохондриальными генами.
Известно 66 самостоятельных нозологических форм, связанных с мутациями митохондриальной ДНК, которые характеризуются «материнским наследованием»

Пероксисомы=микротельца-органеллы диаметром 0,3-15 мкм
-особенностью является каталитическое расщепление Н2О2 на H2O и O2, под действием каталазы.
Наследственные нарушения пероксисомного окисления-основа многих тяжелых заболеваний детского возраста. Проявляются эти заболевания поражением ЦНС, органов зрения, печени, аномалий скелета. Известно 11 нозологических форм пероксисомальных болезней и синдромов.
Болезнь Рефсума -в основе глубокое нарушение функций пероксисом с дефицитом оксидазы фитановой кислоты и нарушением процессов ее b- окисления.

Кариотип
-диплоидный набор хромосом, характеризующийся совокупностью признаков : число,
размер,
форма,
особенности строения

Типы метафазных хромосом (МакКьюсик)

Метафазная пластинка FISH-окраска
Идиограмма
У хромасома
Х хромасома

Синдром Клайнфельтера (47, ХХУ)

Основные фенотипические признаки при синдроме Клайнфельтера
- евнуховидное телосложение;
- недоразвитие половых органов;
- у части гинекомастия;
- у половины больных умственная отсталость (легкое снижение интеллекта, трудности в обучении чтению и письму);
- вспыльчивы, импульсивны, легко попадают под влияние сильных личностей;
- жизнеспособность понижена.

47, ХУУ
Основные фенотипические признаки:
-высокий рост;
-асоциальный и агрессивный (а иногда преступный ) тип поведения.

47, ХХХ

Синдром Шерешевского —Тернера 45,Х0;
ХО-синдром.
Минимальные диагностические признаки: отек кистей и стоп; кожные складки на шее; низкий рост; врожденные пороки сердца(лимфотический отек сердца); первичная аменорея; полная или частичная моносомия по Х-хромосоме.
Клиническая характеристика. Типичные признаки синдрома Тернера: низкий рост (в 98 % случаев), крыловидные кожные складки на шее (56%) (рис. 135, а, б), широкая грудная клетка (60%), Х-образное искривление голеней (56%)

Х-хромосомные анеуплоидии у человека

Синдромом Дауна (47,ХХ +21; 47,ХУ+21)
Дети с синдромом Дауна.
А. Европеоид.
Б. Негроид. В. Монголоид.
Общие признаки синдрома Дауна более заметны, чем расовые различия.
(Courtesy of Dr.T.M. Schroeder-Kurth.)

Синдромом Дауна

Риск рождения ребенка с синдромом Дауна
в зависимости от возраста матери
(цифры для живорожденных рассчитаны в каждой возрастной группе)

Основные клинические симптомы трисомии
по хромосоме 13 (47, ХY+13) (синдром ПАТАУ)

Основные клинические симптомы трисомии по хромосоме 18 (47, ХХ +18) (синдром Эдвардса)

Основные врожденные пороки
при синдроме Эдвардса (47, ху +18)
двусторонняя лучевая косорукость с аплазией I пальца, укорочение I пальца стоп контрактура в тазобедренных и коленных суставах;
микрогения низко расположенная и деформированная ушная раковина; флексорное положение пальцев кисти.

Основные врожденные пороки
при синдроме Эдвардса

Чем больше генетического материала тем хуже. В первую очередь страдает интеллект.
В результате хромосомных мутаций и аберраций возникает дисбаланс генетического материала, который приводит к нарушению психического и физического развития. Аномалии возникают в широких пределах: от элиминации до жизнеспособности. Аномалии по крупным хромосомам встречаются реже, чем по мелким. Нехватки генетического материала переносятся тяжелее. Частота встречаемости хромосомных нарушений зависит от того к какому хроматину относится нарушение. Наиболее часто встречаются нарушения по 8,13,18,21,Х хромосомам.В этих хромосомах больше гетерохроматина.

ФРАГИЛЬНОСТЬ (ломкость) ПО Х ХРОМОСОМЕ
46, fraX

Клеточный=хромосомный=
=генетический мозаицизм
явление, когда в соматических клетках одного организма имеется разный набор хромосом (46,ХХ/47ХХ+21; 46ХУ/45,Х0)
Возникает в результате нерасхождения хромосом во время митоза.
По наследству мозаики не передаются, т.к. изменения хромосомного набора имеют место только в соматических клетках.

Структурные аномалии хромосом:
Изохромосомы 46,iX = 46,изоХ
Делеции 46,ХХ,5р- = 46,ХУ,del 5р
Транслокации 46,ХХ,t(9:22)
Инверсии 46,ХХ,inv16
Избыток 46,ХХ,dup18g
Нехватки 46,ХХ,del5p = 46, ХХ,5р-
Кольцевые хромосомы 46,ХХ,r18
46,ХУ,r18

Образование изохромосом путем разделения центромеры
В норме
Формирование изо-х:
Продольное
Поперечное
Анафаза

Синдромом частичной трисомии проксимального отдела длинного плеча 14 хромосомы
черепно-лицевые аномалии;
умственная отсталость;
пороки сердца;
дупликация дистальной части 14q

Фенотипические проявления при делециях

Транслокации
Реципрокные
(обмен участками между двумя негомологичными хромосомами)
Нереципрокные
(часть генетического материала переходит на гомологичную хромосому)
Робертсоновские
(акроцентрические хромосомы соединяются друг с другом в области центромеры)

Принцип центрического слияния
(робертсоновская транслокация)
Утрата фрагментов
(2 разрыва)
Дочерняя клетка
Транслокационная хромосома
Сбалансированная зигота имеет на одну хромосому меньше, чем нормальная

Носитель сбалансированной транслокации
Здоровый супруг
21
21
21

ТРАНСЛОКАЦИЯ ПО Х-ХРОМОСОМЕ

Образование кольцевой хромосомы в фазе G2.
А. Два разрыва в одной из двух сестринских хроматид.
Б. Воссоединение разорванных концов; спаривание фрагментов с гомологичными хроматидными сегментами.
В. Та же кольцевая хромосома в метафазе человека.

Евгеника (греч.eugenes=хорошего рода, знатного происхождения, хорошей расы)
учение о наследственном здоровье человека и путях его улучшения

НОМЕНКЛАТУРА УМСТВЕННОЙ ОТСТАЛОСТИ
( Умственно отсталый человек это «индивид, неспособный к независимой социальной адаптации»)