Лекция: Генетическая роль ДНК

1.Форми спадковості та їх характеристика. Спадкова мінливість організмів як основа еволюції.

2.Модифікаційна мінливість.Норма реакції генотипу. Нормальне розподілення як закономірність модифікаційної мінливості. Варіаційний ряд. Константи варіаційного ряда та їх використання для виявлення ролі генотипу у визначенні норми реакції.

3. Мутаційна мінливість. Принципи класифікації мутацій. Класифікація мутацій за характером змін генотипу: генні, хромосомні, геномні, цитоплазматичні.

4. Генні мутації, прямі та зворотні. Множинний алелізм. Механізм виникнення серій множинних алелів. Успадкування при множинному алелізмі.

5. Хромосомні перебудови. Внутріхромосомні перебудови: нестачі (дефишенсі та делеції), умноження ідентичних ділянок (дуплікації), інверсії. Міжхромосомні перебудови – транспозиції і транслокації. Значення хромосомних перебудов в еволюції людини.

6. Геномні мутації. Поліплоідія. Анеуплоідія (гетероплоЇдія). Особливості мейоза та утворення гамет у анеуплоідів. Життєздатність і плодючість анеуплоідних форм.

7. Мутагени фізичні, хімічні, біологічні. Антимутагени. Генетичні наслідки забруднення середовища фізичними та хімічними мутагенами.

8. Молекулярні механізми мутагенезу. Мутації як помилки у здійсненні процесів реплікації, репарації, рекомбінації. Молекулярна природа генних мутацій – заміна нуклеотидних пар, зсув рамки зчитування.

9. Каріотипування – метод визначення хромосомних мутацій людини. Хід каріотипування. 10. Цитогенетичні механізми синдромів при порушеннях кількості або структури аутосом

(синдром ″котячого крику″, Патау, Едвардса, Дауна),

11. Цитогенетичні механізми синдромів при порушеннях кількості статевих хромосом

( синдроми трисомії Х, Клайнфельтера, Шерешевського-Тернера, полісомії У). Значення культури лімфоцитів для вивчення хромосом людини.

12. Поняття про генофонд. Генетичний тягар популяцій. Вплив зовнішніх та внутріутробних факторів на формування природжених вад розвитку людини.

13. Методи виявлення й аналізу окремих мутантних білків у людини. Механізми виникнення генних ( молекулярних) хвороб, пов′язаних з порушенням обміну білків (ензімопатії, гемоглобінопатії, коагулопатії),

14. Механізми виникнення генних ( молекулярних) хвороб, пов′язаних з порушенням обміну вуглеводів ( муковісцидози) та ліпідів (ліпідози).

15. Принципи лабораторної діагностики хромосомних та генних хвороб.

16. Генетична структура популяцій. Коефіцієнт інбридінга. Генетичний поліморфізм і гетерогенність людських популяцій.

17. Популяційно-статистичний метод як метод визначення частоти зустрічальності і розподілення окремих генів серед населення. Поняття про генофонд. Генетичний тягар популяцій.

18. Еволюція поведінки людини.

19. Медико-генетичне консультування, його цілі та задачі.

20. Сучасні методи пренатальної діагностики спадкових хвороб, їх характеристика.

Список рекомендованої літератури:

1. Бугай О.В. Біологія: Навч.посібник/ О.В.Бугай, Л.П.Харченко, О.В.Без’язична та ін./ за ред.О.М.Микитюка.-Х.: Прапор, 2004.-456 с.
2. Шаламов Р.В. Біологія: Комплексний довідник/ Р.В.Шаламов, Ю.В.Дмітрієв, В.І.Подгорний.-Х.: Веста: Ранок, 2006.-375 с.
3. Бугай О.В. Біологія у визначеннях, таблицях та схемах: Довідково-навчальний посібник/ О.В.Бугай, О.М.Микитюк, О.Г.Вовк.- Х.: Веста: вид-во Ранок, 2006.

4. Курчанов Н.А. Антропология и концепции биологии.- М.: Флинта, 2006.-456 с.

5. Кемп П. Введение в биологию [Текст]: перевод с английского / Под ред. Ю.И. Полянского. — М.: Мир, 1988. — 671 с.

6. Биология: Учебник для вузов/ Под редакцией В.Н.Ярыгина. М.: Медицина, 1989 -368с.

7.Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т. – М.: Мир, 1988-1990 – т.1. – 1988. – 586с.

1. Слюсарєв А., Жукова С. Біологія: Підручник К: Вища школа, 1993. – 486 с.
2. Методические указания для студентов к практическим занятиям по биологии / сост.Брагин Ш.Б. и др. – К.: РМК МЗ Украины, 1987. – 214с.
3. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988. – 368с.
4. Харрисон Дж. и соавт. Биология человека. – М.: 1998 – 316с.
5. Атраментова Л.А. Генетика человека. – Харьков: Из-во ХГУ,1999 – 365с.
6. Бердышев Н., Криворучко В. Генетика человека с основами медицинской генетики. – К.: Вища школа, 1989.-385с.

14. Бочков Н., Чеботарев А. Наследственность человека и мутагены внешней среды. – М.: Медицина, 1989 – 272с.

15.Козлова С., Семенова Е. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование.- Л.: Медицина, 1987. – 568с.

16.Лановенко О.Г. Різнорівневі тестові завдання з курсу ″Основи біології та генетики людини″. – Херсон: Вид-во ХДУ,2006. – 80с.

17.Лановенко О.Г., Чинкіна Т.Б. Від молекул нуклеїнових кислот до людини/ Генетичні задачі з методикою їх розв*язання.-Херсон: Айлант, 2005.- 156 с.

1. Бочков Н.П., Захаров А.Ф., Иванов В.И. Медицинская генетика: руководство для врачей. – М.: медицина 1984. – 425с.
2. Фогель Ф., Мотульски А., Генетика человека: В 3 т. – М.: Мир, 1989, — 1990. – т 1 – 386с., т 2 – 418с., т 3 – 390с.
3. Яблоков А.В., Юсуфов Л.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1987. – 286с.
4. Роль среды и наследственности в формировании индивидуальности человека / Под ред. И.В. Равич – Щербо. – М.: Педагогика, 1988. – 386с.
5. Майр Э. и др. Эволюция. – М.: Мир, 1981. – 264с.
6. Эрман Л., Парсонс П. Генетика поведения и эволюция / Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 275с.
7. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. – М.: Мир, 1981. – 486с.

25. Атраментова, Л. А. Введение в психогенетику [Текст]: учебное пособие / Л. А. Атраментова, Филипцова О.В. — М.: Флинта, 2004. — 472 с.

26. Лучинин, А. С. Психогенетика [Текст]: учебное пособие для студентов высших медицинских учебных заведений / А. С. Лучинин. — М.: Владос Пресс, 2005. — 158 с.

Основные положения хромосомной теории наследственности. Сцепление генов и кроссинговер. Генетические и цитологические доказательства кроссинговера. Генетические карты и принципы их построения.

Хромосомы – ядерные структуры довольно плотной консистенции, интенсивно окрашивающиеся основными красителями. Хр.теор.наслед. — теория, согласно которой гены расположены в хромосомах в линейной последовательности и таким образом именно хромосомы представляют собой материальную основу наследственности, т.е. преемственности свойств организма в ряду поколений. Параллелизм в поведении генов и хромосом был отмечен еще Сэттоном и Бовери, он же послужил основанием для хромосомной гипотезы, а в дальнейшем – теории наследственности. В своих экспериментах они обнаружили параллелизм в поведении генов и хромосом при образовании гамет и оплодотворения. Эти наблюд. послужили основой для предполож., что гены расположены в хромосомах. Однако экспериментальное доказательство локализации конкретных генов в конкрет хромосомах было получ. Тольк. в1910 америк-м генети Морганом, кот. в последующ. г. (1911-26) обосновал хромос-ную теор. наслед-ти. Согласн этой теор., передача наследственной информации связана с хромосомами, в которых линейно, в опред-ной последоват-ти, локализ-ны гены. Таким образом, именно хромосомы представляют собой материальную основу наследственности. Формированию хромосомной теории способствовали данные, полученные при изучении генетики пола, когда были установл-ы различия в наборе хром-м у организмов различ-х полов. При сопоставл. закономер-тей наследов-я признаков и поведения хр-сом в мейозе и митозе Морган сформулир-л следующ. основные положения:

носителями наследственности являются гены, находящиеся в хромосомах;

каждый ген имеет в хромосоме определенное место (локус гена);

каждая хромосома содержит десятки тысяч генов, кот-ые расположены в ней линейно;

гены в одной хромосоме называются сцепленными и образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом;

гены в одной хромосоме наследуются совместно;

перекомбинация признаков происходит за счет независимого расхождения хромосом в мейозе и обмена м\у участками гомологических хромосом (кроссинговера);

мутации возникают за счёт изменения генов и хромосом.

Благодаря работам Моргана было достигнуто понимание явления «сцеплениегенов» — совместная передача двух или более генов от родителей потомкам. Объясняется тем, что эти гены лежат в одной хромосоме, то есть принадлежат одной группе сцепления и поэтому не могут случайно перекомбинироваться в мейозе, как это бывает при наследовании генов, лежащих в разных хромосомах. Число групп сцепления равно числу пар хромосом, т.е. гаплоидному набору хромосом. Закон сцепления: гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются по схеме моногибридного скрещивания. Разобрать это явление можно на следующем примере: если 2 гена полностью сцеплены, то дигибрид будет давать 2 сорта гамет- АВ и ав в отношении 1:1. Явление неполного сцепления генов (когда наряду с родительскими сочетаниями признаков в потомстве от скрещиваний обнаруживаются и новые их сочетания) было подробно исследовано Морганом и его сотрудниками и послужило обоснованием линейного расположения генов в хромосомах. Морган предположил, что сцепленные гены гомологичных хромосом, находящиеся у родителей в сочетаниях и, в мейозе у гетерозиготной формы  могут меняться местами, в результате чего наряду с гаметами АВ и ab образуются гаметы Ab и аВ. Подобные перекомбинации происходят благодаря разрывам гомологичных хромосом на участке между генами и последующему соединению разорванных концов в новом сочетании. Кроме сцепления генов в аутосомах, может происходить и сцепление признаков с полом. Так Морган скрещивал мух с белыми (w) и красными глазами (w+), результаты скрещивания зависили от того, кто из родителей имел белые или красные глаза – это реципрокные скрещивания. При скрещивании нормальной самки с белоглазым самцом все потомство было нормальным. Если же скрещивали белоглазых самок с красноглазыми самцами, то происходило расщепление 3 (кр):1 (бел). Т.о было выяснено, что красные глаза – доминантный признак, а белые – рецессивный. Результаты, полученные при скрещивании белоглазых и красноглазых мух, Морган объяснил предположением, что ген w находится в Х-хромосоме, тогда как У-хромосома генетически инертна. Такой тип наследования получил название наследования, сцепленного с полом. Т.о. ген w сцеплен с полом, т.е. находится в х-хромосоме. Гетерозиготные самки всегда красноглазы, что свидетельствует о рецессивности аллели w. В то же время самцы с аллелью w всегда белоглазы, в связи с инертностью У-хромосомы. Присутствие только одной аллели и в единичном числе у диплоидного организма называется гемизиготным состоянием, а организм – гемизиготой. Кроме того, Х-хромосомы закономерно переходят от 1го пола к другому – крис-кросс наследование.

Морган выявил, что сцепление не всегда бывает абсолютным, сцепление может нарушаться. Причиной нарушения сцепления генов стал кроссинговер. Кроссинговер — взаимный обмен участками парных хромосом, происходящий в результате разрыва и соединения в новом порядке хроматид; приводит к перераспределению (рекомбинации) сцепленных генов. Т.о., кроссинговер — важнейший механизм, обеспечивающий комбинаторную изменчивость, а следовательно, — один из главных факторов эволюции. Кроссинговер, как правило, имеет место в профазе 1 мейоза, когда хромосомы представлены четырьмя нитями. Результат кроссинговера можно выявить по новому сочетанию сцепленных генов (если аллели гомологичных хромосом, участвовавших в К., были гетерозиготны). Частота кроссинговера м\у генами пропорциональна расстоянию м\у ними, т.е. чем дальше друг от друга расположены сцепленные гены, тем больше вероятность кроссинговера между ними. Биологическое значение кроссинговера: увеличивается комбинативная изменчивость, которая даёт материал для естественного отбора. С учётом процента кроссинговера составляются генетические карты хромосом. На таких картах нанесено относительное расстояние м\у генами, которое измеряется в морганидах. Одна морганида равна 1% кроссинговера. Генетическое доказательство кроссинговера. Генетически доказать кроссинговер можно на примере опытов Моргана по изучению сцепленного наследования. Проводилось скрещивание дрозофил с генами b (черное тело) и vg (зачаточные крылья). При скрещивании мух bbvgvg X b+b+vg+vg+, то в первом поколении все особи были нормальными дигетерозиготами. Далее проводилось 2 типа анализирующих скрещиваний: в первом скрещивали дигетерозиготного самца первого поколения с гомозиготной самкой. При этом происходит расщепление признаков в потомстве 1:1 (черные с зачаточными крыльями и серые с нормальными крыльями). В ходе этого было установлено, что кроссинговер у самцов не происходит. Во втором опыте брали для анализа гетерозиготных самок первого поколения (b+bvg+vg) и гомозиготных самцов (bbvgvg), то наблюдается иное расщепление — кроме родительских комбинаций признаков, появляются новые. Сцепление нарушается за счёт того, что гены в гомологичных хромосомах поменялись местами благодаря кроссинговеру. Этот опыт показал что у самок произошел кроссинговер. Т.о. можно говорить о том, что у самцов кроссинговер не происходит, а у самок – происходит. Гаметы с хромосомами потерпевшими кроссинговер, называют кроссоверными, а с непретерпевшими- некроссоверными.

Цитоло доказат. После того как генетич методами удалось установить явление кроссинговера, необход было получ прямое доказат-во обмена участками гомологич хр. Крейтону и Мак-Клинтон удалось получить у кукурузы форму, у кот гомологич хромосомы различ-сь мор-фологич-одна была нормальн, а другая несла утолщ на конце одного плеча, 2-е её плечо было удлинено.Эти особен-ти в строен пары хромосом легко обнаруж при цитологич исслед-ях.

Генетич карты сцепления представляют собой одномерные схемы взаимного располож ге-нетических маркеров на индивидуальных хр. Они составлены пока лишь для: дрозофилы, кукурузы, томатов, мыши, нейроспоры, кишечной палочки. Г.к. составляют для каждой пары гомологич хром-м, группы сцепления нумеруют. Для того, чтобы составить к. необходимо изучить закономерности наследования большого числа генов. При составлении г.к.указ-ся гр. сцепления, полн или сокращ название генов, расстояние в процентах от одного из концов хр-мы, принятого за нулевую точку. Создание г.к. позволяет предсказывать характер наслед признаков, гены кот нанесены на карту, а в селекционной работе облегчает подбор пар для скрещ. На практике именно г.к. дают возможность локализ сложные г-е маркеры на первых этапах исследования и дают возможность их дальнейш изуч. Единица расстояния между генами – морганида (1%кроссинговера).На первом этапе картирования опр-т принадлежность гена к гр. сцепления. Число группа сцепления равно гаплоидному набору хро-м. Крайнему гену, наиболее удаленному от центромеры, соответствует нулевая, исходная точка. Удаление других генов от 0-точки измеряется в морганидах. Построение генетических карт имеет большое значение, знание их для культурных растений и животных позволяет спланировать селекционный процесс, что способствует получению надежных результатов в короткие сроки.

2..Современные представления о гене. Доказательства генетической роли ДНК. Структура ДНК и механизмы репликации.

Ген-элементарная структурная и функциональная единица наследственности.Ген рассм-ся как отдельная сист в пределах молекулы ДНК и как часть целого генотипа.Откр-я 40-50хг доказали сложное стр-е гена.1)явл-е множественного аллелизма-гены, кроме 2 альтернативных сост(А=а), дом-го и рецес-го, могут иметь более чем 2 сос. 1928гСеребровский, Дубинин, Аголом откр.яв-ие ступенчатого аллелизма, результатом стала центральная теория гена-«ген дробим, представ.собой сложн.комплексное образ-е, содержащее элементар-е единицы, к-е расп-ны внутри гена в линейном порядке.Участки гена спос.самомт.муировать. Оливер, Льюис, Грин откр.яв-епсевдоаллелизма, к-й свидет-ет о слож.строен. гена.Бензер предлож.комплементационный критерий аллелизма-цистранс тест-позвол.устан-ть аллельность или неаллельность 2-х рецессив.мут-й, эти мутации у диплоид.орган-в нах.в 2-х сос1)цис-пол-е-в 1гомологе нах.оба мутационных гена.2)транс-полож-фенотип д.б. разным: норма и мутант.Т.о. ген имеет сложное строение, представляет собой единицу, далее делимую при кроссенговере, и не представляет собой единицы мутирования.

Генетическая роль ДНК

Косвенные док-ва: 1. ДНК локализована в хромосомах или же в способных к самовоспроизведению клеточных органоидах(пластиды, клеточный центр, митохондрии)2.в гаплоидных клетках кол-во ДНК≈в 2 раза меньше, чем в диплоидных, т.е. перед каждый кол-во ДНК в клетке удваивается и поровну распределяется в дочерние клетки.3. в неделящихся клетках ДНК не редуплицируется 4. состав ДНК имеет видовую специфичность, т.е. содержание А+Т/Г+Ц явл-ся видовой характ-кой 5.общее кол-во ДНК на один хромосомный набор растет по мере усложнения организации.

Прямые док-ва: в 1928 Гриффитс обнаружил явление трансформации. При совместном введении в мышей вирулентных пневмоккоков штамма S(с полисахаридной капсулой), убитых нагреванием и живых бескапсульных бактерий штамма R, часть мышей погибла от пневмонии.из тела погибших мышей выделили живые вирулентные клетки, обладающие капсулой. Когда мышам вводили только убитые нагреванием вирулентные пневмококки или же живые бескапсульные клетки, то мыши не заболевали. Гриффитс считал, что при совместном введении пневмококков S и R от убитого нагреванием штамма S какой-то агент передается штамму R.этот агент назвали –трансформирующим агентом, а явление передачи свойств от одного организма к другому-трансформацией.в 1944 Эйвери, Мак-Леод, Мак-Карти док-ли что трансформирующим агентом явл-ся ДНК. Позже такие же рез-ты были получены в опытах Херши и Чейза 1952г. Бактериофаг состоит из белка и ДНК, к-я заключена в белковую оболочку. в этих экспериментах белок Бактериофага метили изотопом серы, ДНК метили изотопом фосфора. Мечеными Бактериофагами заражали клетки кишечной палочки, не содержащие S и P. Это приводило к возникновению большого числа новых вирусных частиц, к-е содержали в своем составе Р, но никогда S.это означало, что информация для вирусных частиц содержится в ДНКовом компоненте фага, а белковая оболочка не попадает в бактериальную клетку.