Генетика человека с основами медицинской генетики

Слайд #1

ФГБПОУ «Медицинский колледж»

Виды изменчивости и виды мутаций у человека. Факторы мутагенеза.
Преподаватель: Бельская Н.А.

Слайд #2

План занятия:

Раскрыть понятие: изменчивость организмов

Определить роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков

Выделить основные типы изменчивости и виды мутаций

Изучить мутагенный процесс, мутагенные факторы.

Изучить типы мутаций. классификацию мутаций, фенокопии, генокопии.

Слайд #3

Цель занятия: изучить виды изменчивости организмов, роль генотипа и внешней среды на формирование признака, виды мутаций и мутагенных факторов, и их значение для здоровья человека.

Слайд #4

Изменчивость – это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки – различия между особями одного вида.

С эволюционной точки зрения различают два вида биологической изменчивости: групповую и индивидуальную.

Слайд #5

Групповая изменчивость – это различия между популяциями, этносами или расами.
Индивидуальная изменчивость - это различия между особями одной популяции.

Слайд #6

Групповая изменчивость среди людей различных рас

Слайд #7

Индивидуальная изменчивость гораздо шире групповой. Это различия между конкретными индивидами по:
характеру и темпераменту
интеллекту
цвету глаз, форме ушей и носа
росту, телосложению
наличие определённой группы крови
восприимчивость к различным болезням и т.д.

Слайд #8

Слайд #9

Роль генотипа и внешней среды на проявление признаков

Главным фактором, определяющим развитие любого признака, является генотип.

Генотип организма формируется в момент оплодотворения, но степень его последующего формирования в значительной степени зависит от воздействующих на организм внешних факторов.

Слайд #10

Слайд #11

Ненаследственная изменчивость- фенотипическая, модификационная
Модификационная или фенотипическая изменчивость происходит под воздействием факторов внешней среды без изменения структуры генотипа.

Если два монозиготных близнеца (с одинаковыми генотипами) будут находиться в разных условиях, один в сельской местности, другой- в городской.

Как будут изменяться признаки: физическая нагрузка, продолжительность сна, воздействие ультрафиолетовых лучей, масса тела, пигментация кожи, более раннее появление морщин,. Продолжительность сна.

Слайд #12

Исследования монозиготных близнецов (с одинаковым генотипом) развитие которых проходило в разных условиях.
У близнецов, проживающих в сельской местности:
ниже масса тела,
интенсивная пигментация кожи,
более ранее появление морщин
повышенная физическая нагрузка
продолжительность сна 4-5 час
У близнецов, проживающих в городской местности:
выше масса тела,
меньше воздействие ультрафиолетовых лучей
меньше физическая нагрузка, более позднее появление морщин,
сон -7-8 час в сутки. интеллектуальное развитие может быть выше

Слайд #13

Фактор внешней среды может изменять фенотипическое действие гена
Например, рост ребёнка контролируется целым рядом пар нормальных генов, регулирующих обмен гормонов, минералов, пищеварения и т.д.

Но даже если генетически у человека определён высокий рост, а человек живёт в плохих условиях (недостаток солнца, воздуха, неполноценное питание), то это приводит к низкорослости.

Слайд #14

Предел модификационной изменчивости называется нормой реакции, но контролируется генотипом.

Норма реакции неодинакова для разных признаков и бывает широкой и узкой.

Норма реакция

Слайд #15

Широкая норма реакции- это большой диапазон, в пределах которого может изменяться признак.

Например, масса тела в зависимости от разной калорийности питания, цвет кожи изменяется под действием ультрафиолетовых лучей, жизненная емкость легких (ЖЕЛ) зависит от возраста, пола, массы тела, тренированности и других факторов.

Слайд #16

Слайд #17

Узкая норма реакции характерна для признаков, которые практически не меняются фенотипически под влиянием факторов внешней среды (антигены групп крови, окраска глаз).

Слайд #18

Биологическое значение модификационной изменчивости – организмы адаптируются (приспосабливаются) к изменяющимся условиям внешней среды.

Фенокопии – это организмы у которых признак изменяется под действие фактора внешней среды и копирует признак организма с другим генотипом.

У европеоида (с белой кожей) при продолжительном
воздействии ультрафиолетовых лучей кожа становится пигментированной и копирует цвет кожи монголоида.

Слайд #19

Наследственная изменчивость. Виды мутаций (генные, хромосомные, геномные)
Наследственной или генотипическая изменчивости обеспечивает:
в эволюции естественный отбор видов;
даёт возможность распространить или удалить в популяции полезные или вредные для вида изменения;

в зависимости от природы клеток подразделяется на генеративную и соматическую.
Генеративная — это изменения в наследственном аппарате гамет.

Соматическая – изменчивость в наследственном аппарате клеток тела.

Слайд #20

Слайд #21

Комбинативная изменчивость – это изменчивость, при которой комбинирование генов родителей приводит к появлению новых признаков у детей. Сами гены при этом не изменяются.

В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение.

Слайд #22

Комбинативная изменчивость – главный источник генетического разнообразия гамет, потомков, которое обеспечивает:
кроссинговер в профазе мейоза
свободное комбинирование хромосом и генов в метафазе мейоза;
случайная встреча гамет с различным набором генов при оплодотворении.
интенсивная миграция людей. Увеличивается число межнациональных браков, которые ведут к встрече гамет с различающимися генами.

Слайд #23

Биологическое значение комбинативной изменчивости - разнообразие генотипов обеспечивает выживаемость видов в разнообразных условиях внешней среды.

Примером комбинативной изменчивости может служить формирование фенотипов групп крови
А(II) и В (III) при гетерозиготности групп крови ( дети могут наследовать любую группу АВО).

Слайд #24

Мутационная изменчивость
Мутационная изменчивость (наследственная) – это изменение генетического материала.

Мутации - стойкое изменение генетического материала (ДНК, гена, хромосомы, генома).

Мутации происходят под влиянием факторов внешней и внутренней среды.

Слайд #25

Слайд #26

Мутагенами могут быть:
экзомутагены (факторы внешней среды- физические, химические, биологические),

эндомутагены ( продукты метаболизма организма, возраст человека и др.).

Процесс образования мутаций называется мутагенезом, а факторы, вызывающие мутации – мутагенными.

Слайд #27

Свойства мутаций
Мутации возникают внезапно, скачкообразно, мутировать может любая часть генотипа.

Мутации наследуются, передаются из поколения в поколение.

Мутации чаще бывают рецессивными, реже доминантными.

Мутации возникают под влиянием как внешних, так и внутренних факторов.

Мутации могут быть вредными, нейтральными или полезными.

Мутации являются начальным звеном патологического процесса в организме.

Мутации могут быть сбалансированными и несбалансированными.

Слайд #28

Экзомутагены
Физические
Химические
Физические
Радиоактивные
излучения,
рентгеновские лучи, температуры и т.п.
Пероксиды, соли тяжелых металлов, иприт, кофеин, формальдегид, колхицин, некоторые компоненты табака, гербициды,
пестициды, и т.д.
ГМО, старение,
стрессы, нарушения метаболизма, вирусы, вакцины

Слайд #29

Результат появления врождённых пороков развития – деформация конечностей, формирование уродства при употреблении беременными женщинами лекарственного препарата тадидомида (пример химического экзомутагена) при тяжёлых формах токсикоза.

Слайд #30

Слайд #31

Эндомутагены
Эндомутагены – продукты обмена веществ человека, которые провоцируют изменения наследственного материала.
Одним из эндопатогенных факторов, предрасполагающих к возникновению мутаций, является возраст.
Давно известно, чем старше женщина, тем выше риск рождения ребенка с патологическими изменениями (синдром Дауна и др.)
Увеличение риска рождения детей с хромосомными заболевания встречается в случае аутоиммунных заболеваний у женщин (сахарный диабет и др.).

Слайд #32

Типы мутаций. Классификация мутаций
Мутации являются начальным звеном патогенеза наследственных болезней.

По изменению генетического материала различают типы мутаций:
генные,
хромосомные,
геномные.

Слайд #33

Генные мутации
Генные мутации (истинные, точечные) - это изменения в пределах одного гена, возникают изменения в структуре ДНК:
а) вставка или выпадение нуклеотида;
б) замена одного нуклеотида на другой,
в) удвоение одного или нескольких нуклеотидов.

В результате генных мутаций возникают большинство наследственных заболеваний обмена веществ.

Слайд #34

В настоящее время известно более 4000-5000 генных болезней человека.

Выявляются генные мутации методами лабораторной диагностики:
молекулярно-генетическими,
генотипированием.
биохимическими

Слайд #35

Генные мутации по - разному отражаются в фенотипе. Определённая часть из них не влияет на функциональные свойства соответствующего белка и их относят к нейтральным.

Генные мутации могут приводить к синтезу дефектного белка, (фермента) не способного выполнять свои функции и нарушают всю цепь биохимических реакции в организме человека.

В результате генных мутаций возникает большинство болезней обмена веществ, обусловленные мутацией ферментов (галактоземия, фенилкетонурия, непереносимость лактозы, гистидимия, и другие).

Слайд #36

Болезни, обусловленные генными мутациями, называются генными или моногенными.

К моногенным болезням относятся:
фенилкетонурия, галактоземия, муковисцидоз, мукополисахаридозы, нейрофиброматоз, Болезнь Вильсон-Коновалова, гемофилия, синдром Марфана, миопатия Дюшена-Беккера и др

Первично возникшая мутация фенотипически проявляется, только, если ген приобретает свойство доминантности.

Трудно обнаружить рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии, они не влияют на фенотип.

Слайд #37

Таблица: «Примеры генных болезней с указанием типа наследования»

Слайд #38

Нейрофиброматоз – болезнь Реклингхаузена, мутации располагаются в 17 хромосоме. На коже появляются светло-коричневые пятна.

В последствие превращаются в опухоли. Количество нейрофибром может быть до нескольких сотен. Заболевание проявляется с рождения.

Слайд #39

Слайд #40

Слайд #41

Слайд #42

Хромосомные мутации
Хромосомные мутации – это структурные изменения отдельных хромосом.
Возникают хромосомные перестройки или аберрации.
При этом может произойти уменьшение или увеличение количества наследственного материала.

Отсутствие или избыток каких либо участков ДНК , что тяжело отражается на здоровье человека. Возникают хромосомные болезни, фенотипически проявляются. Например: синдром кошачьего крика.
Такие мутации называют несбалансированными.

Сбалансированные мутации фенотипически не проявляются, но передаются по наследству

Слайд #43

Различают несколько вариантов хромосомных мутаций:
внутрихромосомные - делеции, инверсии, дупликации;
межхромосомные - транслокации.

В хромосомной патологии чаще встречаются делеции, транслокации, реже инверсии.

Слайд #44

Хромосомные аберрации
делеции - выпадение части хромосом в среднем или концевом участке;
Например, синдром «кошачьего крика» – делеция короткого плеча 5-ой пары хромосом
синдром Орбели - делеция длинного плеча 13 хромосомы.

дупликации - удвоение части хромосом.

инверсия - разрыв участка хромосом, поворот его на 180 град.и прикрепление к месту разрыва;

изохромосома - хромосома, содержащая удвоенное короткое или длинное плечо вслествии разрыва хромосомы поперек в области центромеры

Слайд #45

Слайд #46

Межхромосомные перестройки происходят между гомологичными хромосомами.
Транслокация – отрыв участка одной хромосомы и присоединение её к другой негомологичной.
У человека изучена транслокационная форма синдрома Дауна, когда 21-ая хромосома присоединяется к 15-ой и вместе с ней передаётся потомкам (сбалансированная мутация).
Хромосомные аберрации обнаруживаются цитогенетическим методом.
Межхромосомные перестройки

Слайд #47

Слайд #48

Синдром кошачьего крика – делеция 5-ой пары хромосом, плач ребенка напоминает мяуканье кошки

Слайд #49

Слайд #50

Геномные мутации
Геномные мутации – это мутации, обусловленные изменением числа хромосом:
полиплоидии и гетероплоидии (анеуплоидии).
Геномные мутации всегда несбалансированные (проявляются фенотипически).
Полиплоидия – это кратное гаплоидному увеличение числа хромосом: n-гаплоидное число, 2n –диплоид (норма), 3n-триплоид, 4n-тетраплоид, 5n-пентаплоид. У человека полиплоидия – летальная мутация.
Гетероплоидия – изменение числа хромосом в кариотипе. Если одна в паре хромосома лишняя – трисомия, если одной хромосомы в паре не хватает – моносомия.

Слайд #51

Гетероплоидия – это не кратное гаплоидному увеличение или уменьшение хромосом:
Трисомия – одна из пары лишняя,
Моносомия –одной из пары не хватает,
Нулесомия – в паре нет двух хромосом, летальная мутация.

Трисомии аутосом:
по 21-й хромосоме – синдром Дауна
По 13-й хромосоме – синдром Патау
По 18 –й хромосоме – синдром Эдвардса
Сбалансированные хромосомные аномалии обычно не сопровождаются фенотипическими нарушениями.
Несбалансированные аномалии характеризуются утерей или удвоением части или целой хромосомы Это причины геномных мутаций, фенотипически выражены.

Слайд #52

Трисомии по половым хромосомам:
ХХУ – синдром Клайнфельтера (но могут быть ХХХУ, ХХУУ и др.)
ХХХ – синдром трисомии Х-хромосом у женщин,
ХО – моносомия Х-хромосомы – синдром Шерешевского-Тернера
Дисомия У- хромосомы 47ХУУ.
Геномные мутации обнаруживаются цитогенетическими методами. Проводится кариотипирование.
Фенотипически проявляются всегда.

Слайд #53

Причины формирования геномные мутаций
1.Нерасхождение хромосом во время мейоза при образовании половых клеток у кого-либо из родителей (чаще у женщин). В результате возникают две гаметы, одна из которых имеет добавочную хромосому (трисомии). А другая не имеет этой хромосомы (моносомия).
Если в паре две лишние хромосомы – полисомия, отсутствие двух хромосом – нулесомия (летальная мутация).
2.Нерасхождение хромосом в зиготе или на ранних стадиях ее дробления приводит к образованию мозаицизма, т.е. в организме имеются клетки с нормальным и измененным кариотипом.
Геномные мутации могут возникать в аутосомах и половых хромосомах.

Слайд #54

Таблица. Геномные мутации в аутосомах и гетеросома

Слайд #55

Геномные мутации – причины возникновения хромосомных болезней

Слайд #56

Слайд #57

Слайд #58

Слайд #59

Слайд #60

Классификация мутаций – типы мутаций

Мутации по мутированным клеткам:
Генеративные – это мутации в половых клетках и передающиеся потомкам при половом размножении.
Соматические – это мутации в соматических клетках, не передаются потомкам, проявляются у одной особи (разный цвет радужной оболочки глаз). Возникают при нарушении митоза. Способствуют развитию злокачественных образований, формированию мозаицизма. Онкогены – гены , участвующие в процессе опухолевого перерождения клеток. (Лимфома Беркита ).

По причинам:
Спонтанные – это мутации, которые происходят в природе без видимых причин. Например, гемофилия может возникнуть спонтанно.
Индуцированные – это мутации, происходящие при направленном действии мутагенных факторов.

Слайд #61

Слайд #62

По исходу для организма мутации могут быть:
1. летальные-смертельные (например, полиплоидия, смерть наступает в эмбриональном периоде)
2. полулетальные –снижают жизнеспособность организма. Человек не доживает до репродуктивного возраста, например, гемофилия у девочек.
3. нейтральные – не влияющие на процессы жизнедеятельности( цвет радужной оболочки)
4. положительные - повышающие жизнеспособность, но возникают редко. Имеют большое значение для прогрессивной эволюции.

Мутации в естественных условиях возникают с частотой 10 в минус 5 – 7 степени. При воздействии мутагенных факторов частота их сильно возрастает.
Мутации могут быть ядерными и цитоплазматическими.

Слайд #63

Слайд #64

Антимутагены – внутриклеточные и внеклеточные

Внеклеточные - препятствуют проникновению в организм мутагенов или ускоряют выведение их из организма, изменяют внутрикишечную флору, поддерживают определённый уровень рН в жидкостях тела и др.
Антимутагенными свойствами обладают: витамины, микроэлементы, флавоноиды, растительные жирные кислоты, каратиноиды и др.

Внутриклеточные – увеличивают точность репликации, повышают эффективность репарации.

Слайд #65

Слайд #66

Мутации, которые определяют появление менее приспособленных особей, но сохраняются в популяции, называются генетическим грузом.

Источником генетического груза служат мутационные и сегрегационные процессы (выделение) среди гетерозиготных родителей и менее приспособленных гомозиготных потомков.

Слайд #67

Факторы мутагенеза
Процесс восстановления ДНК после мутации называется репарацией.

Выделяют три основные механизма репарации: фотореактивция, эксцизионная, пострепликативная.

Примером одной из летальных мутаций, приводящих к гибели клетки, является образование «тиминовых димеров». Они часто формируются под воздействием УФ-лучей . Если тиминовые нуклеотиды расположены рядом друг с другом, то они могут образовывать водородные связи между собой. Подобная мутация делает невозможной репликацию ДНК.

Слайд #68

Механизмы устойчивости генетического материала
Несмотря на то, что в природе идет постоянный мутационный процесс, существуют механизмы, обеспечивающие устойчивость генетического материала:
-Диплоидный набор хромосом
-Двойная спираль ДНК
- Вырожденный генетический код
-Повторы некоторых генов
-Репарация молекул ДНК

Слайд #69

Задание для самостоятельной работы
1.Составьте схемы «Виды изменчивости» ,«Классификация видов изменчивости», оформите таблицы «Виды мутагенов. Экзомутагены», «Геномные мутации»
2.Подготовьте ответы на контрольные вопросы, учебник с.179.
Литература: учебник Э.Д. Рубан «Генетика человека с основами медицинской генетики», 2019, с.161-179

Слайд #70

Примеры генных болезней с аутосомно-рецессивным типом наследования:
1.Галактоземия
2.Фенилкетонурия
3.Муковисцидоз
4. Врождённый гипотиреоз
5. Андреногенитальный синдром
6. Болезнь Коновалова-Вильсон
7 .Мукополисахаридозы. Гарголизм.
8. Альбинизм

Примеры генных болезней с аутосомно-доминантным типом наследования:
1. Синдром Марфана
2. Непереносимость лактозы
3. Нейрофиброматоз – болезнь Реклинхаузена
4.Синдром Холт-Орама

Слайд #71

Вопросы для для закрепления материала:
1. Какую изменчивость называют мутационной? Дайте определение термину «мутации».

2. Что такое мутагенные факторы? Как их подразделяют?

3. Какие примеры генных мутаций вы можете привести?

4. Какие есть механизмы, обеспечивающие устойчивость генетического материала?

5. Какие заболевания связаны с изменением количества аутосом, половых хромосом? Приведите примеры заболеваний.

6. Объясните, какие мутации называют сбалансированными и несбалансированными?

Слайд #72

1. Мутации, происходящие в природе без видимых причин, называются:
1) соматические
2) индуцированные
3) генеративные
4) Спонтанными
2. Норма реакции связана с:
1) мутационной изменчивостью
2) фенотипической изменчивостью
3) гаметогенезом
4) овогенезом
3.Хромосомные мутации, обусловленные удвоением части хромосом, являются:
1) делеция
2) дупликация
3) инверсия
4) Транслокация
4.Мутации родителей дети наследуют через клетки:
1) крови
2) соматические
3) половые
4) нервные
5.Результатом генной мутации у человека является заболевание:
1) синдром Патау
2) синдром "кошачьего крика"
3) фенилкетонурия
4) синдром Дауна
6. Комбинативная изменчивость - это результат:
1) увеличение числа генов
2) уменьшение числа хромосом
3) изменения в пределах одного гена
4) новой комбинации генов в генотипе
Тестовые задания для закрепления материала:

Слайд #73

Спасибо за внимание!