Приходченко н основы генетики человека. Книга:, «Основы генетики человека. Структура нуклеиновых кислот

∙ смешанное бесплодие (сочетание форм женского и мужского бесплодия). ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

∙ соматические и психические заболевания, являющиеся противопоказаниями к вынашиванию беременности;

∙ врожденные аномалии: повторные рождения детей с однотипными пороками развития; рождение ранее ребенка с хромосомными аномалиями; доминантно наследуемые заболевания у одного из родителей с высокой степенью пенетрантности;

∙ наследственные болезни: гетерозиготное носительство у супругов по любым моногенным заболеваниям (нарушения аминокислотного, углеводного, гликолипидного, гликопротеинового обменов). Рождение ранее детей с заболеваниями, наследуемыми сцеплено с полом (гемофилия, миопатия типа Дюшенна и др.);

∙ гиперпластические состояния матки и яичников;

∙ пороки и аномалии развития матки;

∙ неподдающиеся лечению нарушения проходимости цервикального канала.

Специалисты советуют начинать обследование семейной пары с мужчины, так как анализ спермы сразу покажет причину мужского бесплодия, а диагностика женского бесплодия - дело сложное и длительное. Для того, чтобы показатели спермограммы были информативными, необходимо воздержание от половой жизни в течение 3-5 дней до сдачи спермы на анализ (желательно не меньше, но и не больше). Лучше всего сдавать сперму на анализ в том же помещении, где находится лаборатория. Охлаждение спермы ведет к искажению большинства показателей ее качества.

Следующий этап обследования - проба на совместимость. Несовместимость бывает иммунологическая и биологическая. Она определяет шеечный фактор бесплодия: шеечная слизь при несовместимости снижает хемотаксис или "убивает" сперматозоиды. Затем для диагностики женского бесплодия обследуется женщина. После постановки диагноза и уточнения причин бесплодия, как правило, переходят к самому процессу лечения.

ЛЕЧЕНИЕ МЕТОДОМ ЭКО.

Сначала при помощи гормонов необходимо добиться созревания сразу нескольких яйцеклеток в яичниках (суперовуляция). Основными препаратами на первом этапе являются агонисты гонадолиберина (а - ГЛГ), препараты человеческих менопаузальных гонадотропинов (ЧМГ) и препараты хорионического гонадотропина человека (ХГЧ). Вводятся они согласно разработанным лечебным схемам или «протоколам стимуляции суперовуляции». Процесс созревания контролируется с помощью ультразвукового исследования и определения уровня гормонов (эстрадиола).

Незадолго до спонтанного процесса овуляции (выхода яйцеклетки из яичника) производится пункция фолликулов и аспирация яйцеклеток. Очень важно определить момент, когда следует произвести пункцию (забор) фолликулов (как можно ближе ко времени естественной овуляции), что

делается при помощи ультразвуковых исследований и определения концентрации гормонов в сыворотке крови.

Трансвагинальная пункция осуществляется под УЗИ-контролем через 36 часов после введения хорионального гонадотропина с помощью специальных пункционных игл.

Трансвагинальная пункция производится в операционной, оснащенной всем необходимым инструментарием и оборудованием для экстренной хирургической помощи (аппарат ИВЛ и другие). Обезболивание применяется в зависимости от состояния женщины. Забор, то есть аспирация фолликулов, проводится из обоих яичников.

Получение и подготовка сперматозоидов. Для подготовки их к оплодотворению проводят, так называемую капацитацию, т.е. отмывание сперматозоидов от элементов плазмы, затем специальными методами приготовляют раствор с жизнеспособными сперматозоидами.

Примерно через 5 - 7 часов нахождения в питательной среде происходит соединение яйцеклеток и сперматозоидов (инсеминация яйцеклеток) в "пробирке" и помещение их в инкубатор на 24-42 часа. День пункции считается нулевым днем культивирования эмбрионов (0Д); первым днем культивирования (1Д) считается следующий после пункции день. Именно в этот день у большинства становятся заметны первые признаки оплодотворения. Они появляются, как уже было сказано выше, через 16 - 18 часов после смешивания яйцеклеток со сперматозоидами (инсеминации). Повторная оценка оплодотворения проводится через 24 - 26 часов после инсеминации. Контроль оплодотворения ооцитов осуществляется лаборантом-эмбриологом при просмотре чашек с культивируемыми клетками под микроскопом. Однако их наличия еще не достаточно для решения вопроса о возможности переноса эмбрионов в полость матки. Сначала необходимо удостовериться в нормальном дроблении и развитии эмбрионов. Об этом можно судить только исходя из количества и качества делящихся клеток эмбриона и не ранее, чем через сутки после оплодотворения, когда появляются первые признаки дробления. Наиболее четко они проявляются только на второй день культивирования (2Д). Переносу подлежат только эмбрионы хорошего качества. Перенос эмбрионов осуществляется обычно на 2-й или 3-й день культивирования - в зависимости от темпов их развития и качества эмбрионов.

Перенос эмбрионов в полость матки осуществляется специальными катетерами в минимальном количестве питательной среды (20-30 мкл). В полость матки рекомендуется переносить не более 3 - 4 эмбрионов, т. к. при переносе большего количества эмбрионов возможна имплантация двух и более эмбрионов. Перенос эмбрионов в матку матери, как правило, проводится без анестезии. Далее женщине необходимо назначение препаратов, поддерживающих имплантацию и развитие эмбрионов. Диагностика беременности проводится с десятого дня после переноса искусственно оплодотворенных эмбрионов. Женщины, у которых беременность наступила после применения метода ЭКО и ПЭ, относятся к группе высокого риска и

должны находиться под постоянным наблюдением врача акушера-гинеколога. После переноса эмбриона женщина получает больничный лист с диагнозом "Ранняя беременность, угроза прерывания".

Эффективность ЭКО на сегодняшний день составляет в среднем 20-30%,

но в некоторых центрах превышает 50%. Это очень высокий процент, особенно если вспомнить, что вероятность зачатия в естественном цикле у совершенно здоровых мужчины и женщины в одном копулятивном цикле не превышает 30%. Таковы медицинские аспекты этой проблемы. Существуют еще моральноэтические и религиозные проблемы, связанные с экстракорпоральным оплодотворением. В частности, многие религиозные конфессии запрещают верующим прибегать к помощи ЭКО, считая этот путь деторождения греховным. В основах законодательства Российской Федерации от 22 июля 1993 года (раздел 7 статья 35 «Искусственное оплодотворение и имплантация эмбриона») указано, что каждая совершеннолетняя женщина имеет право на искусственное оплодотворение и имплантацию эмбриона.

ЭКО даёт возможность провести предимплатационную диагностику наследственных (генетических) заболеваний будущего плода до переноса эмбриона в матку, то есть до наступления беременности. Можно осознанно подойти к решению важной проблемы, если в семье есть дети, страдающие генетическими заболеваниями. Предимплантационная диагностика хромосомных аберраций проводится методом FISH, ПЦР или цитогенетически.

ЭКО также широко используется для решения проблем фундаментальной биологии и медицины.

5.5 Клонирование организмов, органов и тканей. Проблема клонирования приобрела в последнее время острое социальное звучание, т. к. средства массовой информации зачастую некомпетентно излагают суть вопроса.

По принятому в генетике определению, клонирование является точным воспроизведенем того или иного живого объекта. Главным критерием клона считается генетическая идентичность. Клонирование широко применяется в растениеводстве, микробиологической промышленности, экспериментальной эмбриологии. У человека известны случаи естественного клонирования – это однояйцевые близнецы. Однако в настоящее время речь идет о получении точных копий взрослого животного или человека с особо ценными качествами.

Теория клонирования основана на опытах Дж. Гердона, который пересаживал ядра клеток покровного эпителия в лишенные ядра яйцеклетки лягушек и получал из них головастиков. В мае 1997 года Ян Вильмут из Шотландии опубликовал результаты клонировании овец (знаменитая Долли). Появились и явно спекулятивные публикации об успешных попытках клонирования человека.

Научный анализ приведенных данных показал, что об эффективном клонировании животных и человека речи пока не идет.

Во-первых, практический выход клонирования составляет 1-2%, во-вторых, не доказана генетическая идентичность клонированных организмов, в-третьих, жизнеспособность и функциональность “ клонят” оказалась несравнимо ниже, чем их естественных аналогов.

Есть и другие причины, по которым на современном уровне развития науки не представляется возможным массовое клонирование млекопитающих и человека. Существуют еще социально-этические проблемы клонирования, которые вряд ли будут решены в ближайшее время.

Совсем в другой плоскости лежит проблема клонирования органов и тканей животных и человека с целью трансплантации. Это действительно перспективная и практически значимая задача, которая успешно решается. Доказано, что пересаживать клон собственных клеток больного или предварительно выращенную ткань (орган) предпочтительнее, чем донорский материал: исчезают проблемы иммунологической несовместимости, увеличивается точность дозировки трансплантата, имеется возможность создавать банки клеток, тканей и органов, появляется уникальные возможности для экспериментальных исследований, исчезают этические проблемы и др.

ЛИТЕРАТУРА

1. Асанов А.Ю., Демикова Н.С., Морозов С.А. Основы генетики и наследственные нарушения развития у детей. М.: Издательский центр

«Академия». 2003. – 224 с.

2. Баранов В.С. Пренатальная диагностика наследственных и врожденных болезней в России. – Соросовский образовательный журнал. – 1998. - №10. -

3. Баранов В.С. Генная терапия – медицина 21 века. – Соросовский образовательный журнал. – 1999. - №3. – С. 63-68.

4. Баранов В.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности». Введение в предиктивную медицину. СПб.: «Интермедика». 2000. – 271 с.

5. Барашнев Ю.И., Бахарев В.А., Новиков П.В. Диагностика и лечение врожденных и наследственных заболеваний у детей (путеводитель по клинической генетике). М.: «Триада-Х». 2004. – 560 с.

6. Бочков Н.П. Клиническая генетика. – М.: ГЭОТАР-МЕД., 2001. – 448 с.

7. Вахарловский В.Г., Романенко О.П., Горбунова В.Н. Генетика в практике педиатра. СПб.: «Феникс». 2009. – 288 с.

8. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. – М.: Медицина. – 2003. – 448 с.

9. Горбунова В.Н. Молекулярные основы медицинской генетики. – С-Пб.: Интермедика. – 1999. – 212 с.

10.Горбунова В.Н., Баранов В.С. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных болезней. – С-Пб.: специальная литература. – 1997. – 287 с.

11.Заяц Р.Г., Бутвиловский В.Э., Рачковская И.В., Давыдов В.В. Общая и медицинская генетика. Ростов-на-Дону: «Феникс». 2002. – 320 с.

12.Иллариошкин С.Н., Иванова-Смоленская И.А., Маркова Е.Д. ДНКдиагностика и медико-генетическое консультирование в неврологии. М.: Медицинское информационное агенство. 2002. – 591 с.

13.Козлова С.И., Демикова Н.С., Семанова Е., Блинникова О.Е. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. – М.:

Практика. – 1996. – 415 с.

Учебно-методическое пособие. – 1991. – 95 с.

16.Лильин Е.Т., Богомазов Е.А., Гофман-Кадошников П.Б. Генетика для врачей.

– М.: Медицина. – 1990. – 312 с.

17.Льюин Б. Гены. – М.: Мир. – 1987. – 647 с.

18.Мутовин Г.Р. Основы клинической генетики. – Высш. шк., 2001. – 234 с. 19.Мэрфи Э.А., Чейз Г.А. Основы медико-генетического консультирования. М.:

Медицина, 1979.

20.Приходченко Н.Н., Шкурат Т.П. Основы генетики человека. – Ростов-на-

Дону: Феникс. – 1997. – 368 с.

21.Прозорова М.В. Медико-генетическое консультирование при хромосомных болезнях и их пренатальная диагностика. – С-Пб.: МАПО. – 1997. - 15.

22.Прозорова М.В. Хромосомные болезни. – С-Пб.: МАПО. – 1997. – 23 с. 23.Пузырев В.П. Геномные исследования и болезни человека. - Соросовский

образовательный журнал. – 1996. - №5. – С. 19-27.

24.Пузырев В.П., Спепанов В.А. Патологическая анатомия генома человека. – Новосибирск: Наука. – 1997. – 224 с.

25.Репин В.С., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. – М.: БЭБиМ. – 1998. – 200 с.

26.Сингер М., Берг П. Гены и геномы. – М.: Мир. – 1998. – Т.1. – 373 с.

27.Сойфер В.Н. Международный проект «Геном человека». –		Соросовский
образовательный журнал. – 1996. -	№12. – С. 4-11.
28.Тератология человека. Изд. 2. –	Под ред. Г.И.Лазюка. – М.:	Медицина. –

29.Фоворова О.О. Лечение генами –	фантастика или реальность. –	Соросовский
образовательный журнал. – 1997. -	№2. – С. 21-27.

30.Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека, Т.1. – М.: Мир. – 1989. – 312 с. 31.Шабалов Н.П. Детские болезни, Т.2. – СПб: Питер. 2004. – 736 с. 32.Шевченко В.А., Топорнина Н.А., Стволинская Н.С. Генетика человека. М.:

Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. 2002. – 240 с.

1.4 Методы изучения генетики человека и диагностики

	наследственных болезней
	Хромосомные болезни
	Синдромы, обусловленные аномалиями в системе аутосом
	Болезнь Дауна
	Синдром Эдвардса
	Синдром Патау
	Синдром «крик кошки»
	Синдром Лежена
	Хронический миелоидный лейкоз
	Синдром трисомии 6q
	Синдром Реторе
	Синдром трисомии 11q

2.2 Клинические синдромы, обусловленные аномалиями

	в системе половых хромосом
	Синдром Шерешевского-Тернера
	Синдром Клайнфельтера
	Синдром трисомииХ
	Синдром 47,ХУУ
	Генные болезни
	Фенилкетонурия
	Галактоземия
	Адреногенитальный синдром
	Муковисцидоз
	Синдром Марфана
	Дистрофинопатии
	Профилактика наследственной патологии
	Медико-генетическое консультирование
	Периконцепционная профилактика
	Преимплантационная профилактика
	Пренатальный мониторинг
	Биопсия хориона
	Амниоцентез
	Кордоцентез
	Перспективы генетики
	ДНК-диагностика

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1

ТЕМА: Цитологические основы наследственности.

Биохимические основы наследственности.

Наследственная изменчивость.

Продолжительность занятия – 270 минут

ЦЕЛЬ: Научиться:

Анализировать микрофотографии и схемы: 1) фаз митоза и мейоза, 2) этапов гаметогенеза.

Моделировать процессы реализации генетической информации: транскрипции, трансляции.

Проводить анализ: последствий нарушения регуляции митоза и генных мутаций и причин их вызывающих.

В результате изучения темы обучающийся должен:

уметь:

проводить опрос и вести учет пациентов с наследственной патологией

знать:

биохимические и цитологические основы наследственности.

основные виды изменчивости, виды мутаций у человека, факторы мутагенеза;

Формируемые общие компетенции:

ОК1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения возложенных на него профессиональных задач, а также для своего профессионального и личностного развития.

ОК6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться
с коллегами, руководством, потребителями.

ОК7. Брать ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

ОК8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать и осуществлять повышение своей квалификации.

ОК12. Организовывать рабочее место с соблюдением требований охраны труда, производственной санитарии, инфекционной и противопожарной безопасности.

ОК13. Вести здоровый образ жизни, заниматься физической культурой и спортом для укрепления здоровья, достижения жизненных и профессиональных целей.

Методическое оснащение занятия :

ТСО: ноутбук для демонстрации слайдов

Раздаточный материал:

Методическая разработка практического занятия для студентов.

Литература для подготовки:

Основная:

Хандогина К.И. Генетика человека с основами медицинской генетики: учебник. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. – 176 с.: с ил.

Дополнительная :

Атлас Хромосомы человека – Москва, 1982

Е.К. Тимолянова Медицинская генетика Ростов-на- Дону: Феникс, 2003.

Н.Н. Приходченко, Т.П. Шкурат Основы генетики человека– Ростов-на- Дону: Феникс, 1997.

В.А. Орехова, Т.А. Лашковская, М.П. Шейбах Медицинская генетика Минск Высшэйшая школа 1999.

Н.С. Демидова, О.Е. Блинникова Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование Ленинград Медицина 1987.

Интернет-источники:

1. Консультант студента – электронная библиотека медицинского колледжа www / medkollegelib . ru

План занятия

Вводная часть – 26 минут

Организационный момент;

Мотивация занятия;

Контроль исходного уровня знаний.

Основная часть – 230 минут

Изучение этапов митоза ;

Изучение этапов мейоза;

Самостоятельная работа студентов по анализу митоза;

Изучение этапов гаметогенеза;

Самостоятельная работа студентов по анализу гаметогенеза;

Изучение закономерностей реализации генетической информации на биохимическом уровне.

Самостоятельная работа по отработке навыков моделирования и анализа процессов репликации, транскрипции, биосинтеза белка

Изучение наследственной изменчивости

Самостоятельная работа по отработке навыков анализа наследственной изменчивости.

Заключительная часть –14 минут

Подведение итогов;

Домашнее задание.

Ход занятия

Вводная часть

С размножением клеток, (пролиферацией), связанные рост и развитие многоклеточного организма, процессы регенерации. Нарушения митоза лежат в основе возникновения соматических мутаций – причиной новообразований.

Нарушения мейоза (образование половых клеток) предопределяет возникновения генеративных мутаций, которые клинически проявляются в форме наследственных болезней. Нерасхождение хромосом – причина геномных мутаций

Среди большого разнообразия молекулярных компонентов клеток, которые обеспечивают ее функционирование, главная роль в сохранении и передаче генетической информации принадлежит нуклеиновым кислотам. Нарушение в структуре нуклеиновых кислот могут привести к патологическим изменениям в клетке – генным мутациям.

Что такое хроматин, хромосома, хроматида?

Какие типы деления клеток вы знаете?

Что такое интерфаза?

Дайте определение амитоза.

Дайте определение митоза.

Назовите фазы митоза.

На каких стадиях митоза хромосомы хорошо видны?

К каким заболеваниям приводит нарушение процесса митоза?

Дайте определение мейоза.

Какой набор хромосом содержат половые клетки?

Что такое сперматогенез, оогенез?

Назовите периоды гаметогенеза.

В какие периоды идет митоз, в какие мейоз?

Как классифицируется наследственная изменчивость?

Каковы причины генных мутаций?

Каковы причины геномных мутаций?

Основная часть

Задание 1. Клеточный цикл (КЦ )

«Продолжительность КЦ в клетках разных тканей»

«Клеточные циклы (КЦ) имеют разную продолжительность у одного итого же организма в зависимости от тканевой принадлежности. Например, у человека продолжительность КЦ составляет: для лейкоцитов 3-5 суток, эпителия кожи -20-25 суток, эпителий роговицы глаза -2-3 суток, клеток костного мозга 8-12 часов, а нервные клетки живут, как правило, столько, сколько и человек, не завершая КЦ (G 1)».

Рисунок 1 . Клеточный (жизненный) цикл.

Задание 2. Митоз. Изучение и анализ микрофотографий, рисунков фаз митоза.

Рисунок 2 . Фазы митоза

Рисунок 3 . Стадии митоза (схематично отображена микрофотография митоза на рис.4)

2 . Рассмотрите микрофотографии митоза (рис.4) и ответьте на вопросы:

В чем отличие схематического изображения митоза от его микрофотографии?

Какой период митоза можно выделить как наиболее уязвимый для равноценного распределения генетического материала?

Рисунок 4 . Микрофотография митоза. Процесс показан под флуоресцентным микроскопом. ДНК светится голубым, а тубулин (и, следовательно, микротрубочки) - зеленым:

Задание 3. Мейоз. Изучение и анализ микрофотографий, рисунков фаз мейоза.

Рассмотрите схему мейоза (рис 5) и ответьте на вопросы:

Рисунок 5 Схема мейоза (микрофотографии и рисунки)

Какие клетки образуются в результате мейоза?

Сколько делений в мейозе?

Какие особенности происходят в профазе, метафазе, анафазе, телофазе 1 деления?

Какие особенности происходят в профазе, метафазе, анафазе, телофазе 2 деления?

Какое количество хромосом в начале мейоза и в конце 1 деления?

Какое количество хромосом в начале мейоза и в конце 2 деления?

Рассмотрите рис.6 и схематично отобразите недостающие на рис.. 5 стадии мейоза. Ответьте на вопросы:

Чем отличается метафаза 1 от метафазы митоза?

Какой процесс изображен на рис.7?

Что обеспечивает этот процесс?

Что такое группы сцепления?

Что происходит при их нарушении?

Рисунок 6. Схема митоза Рисунок 7. Хромосомы на стадии профазы 1

Прочитайте текст «Значение мейоза». Сформулируйте выводы, запишите.

Значение мейоза.

«У организмов, размножающихся половым путем, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом.

Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как происходит образование генетически различных гамет.

Редукция числа (уменьшение вдвое) хромосом приводит к образованию «чистых гамет», несущих только один аллель соответствующего локуса.

Расположение бивалентов экваториальной пластинки веретена деления в метафазе 1 и хромосом в метафазе 2 определяется случайным образом. Последующее расхождение хромосом в анафазе приводит к образованию новых комбинаций аллелей в гаметах.

Независимое расхождение хромосом лежит в основе третьего закона Менделя.

Задание 4. Изучение этапов гаметогенеза человека.

Клетки зачаточного эпителия в мужских и женских половых железах (гонадах) претерпевают ряд последовательных митотических и мейотических делений, называемых гаметогенезом.

Рисунок 8. Схема гаметогенеза

Рассмотрите схему основных этапов сперматогенеза и овогенеза на рис.7 и ответьте на вопросы.

Какие стадии проходит гаметогенез?

Какое деление происходит на стадии размножения?

Какое деление происходит на стадии роста? Какие процессы идут на этой стадии?

Как называются образовавшиеся клетки? Определите набор хромосом.

Какие деления происходят на стадии созревания? Какой набор хромосом овоцитов и сперматоцитов II -го порядка?

Прочитайте текст «Овогенез». Кратко запишите особенности овогенеза. Ответьте на вопросы:

Сколько раз проходит у женского организма проходит стадия размножения?

Когда заканчивается формирование овоцитов I -го порядка?

Какие особенности имеет период созревания овоцитов II -го порядка?

Найдите неточность в высказывании последнего абзаца текста «Овогенез». Запишите это высказывание.

Объясните, почему возраст матери рассматривается как одна из основных причин возникновения мутаций в половых клетках, и, соответственно появляющимися наследственными патологиями у детей?

«Овогенез»

«В отличие от образования спермиев, которое начинается у мужчин только при половом созревании, образование яйцеклеток у женщин начинается еще до их рождения. Период размножения полностью осуществляется на зародышевой стадии развития, примерно 12 недель и завершается к моменту рождения.

В 12-13 лет ежемесячно один из овоцитов 1-го порядка продолжает мейоз. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки. Одна из них, относительно мелкая, называется первым полярным тельцем, а другая, более крупная – овоцит 2-го порядка.

Второе деление мейоза осуществляется до стадии метафазы II и продолжится только после того, как ооцит 2-го порядка вступит во взаимодействие со сперматозоидом, и произойдет оплодотворение.

Таким образом, из яичника выходит, строго говоря, не яйцеклетка, а овоцит 2-го порядка.

Лишь после оплодотворения он делится, в результате чего возникает яйцеклетка (или яйцо ) и второе полярное тельце . Однако традиционно для удобства яйцеклеткой называют овоцит 2-го порядка, готовый к взаимодействию со сперматозоидом.

Поэтому очень важно вести здоровый образ жизни будущей маме, так как она влияет на здоровье не только неродившегося ребенка но и будущих внуков».

2.2. Изучение закономерностей реализации генетической информации на биохимическом уровне.

Рисунок 7 Схема виды нуклеиновых кислот

1. Рассмотрите рис 7, 8 и ответьте на вопросы:

Рисунок 8 Структуры нуклеиновых кислот

6. Как происходит расшифровка генетической информации? Изобразите в виде упрощенной схемы реализацию наследственной информации.

7. Что такое транскрипция и трансляция (рис 8)?

8. Что такое кодон?

9. Дайте определение генетического кода.

10. Перечислите свойства генетического кода.

Рисунок 9 Трансляция Рисунок 10. Секторный вариант записи,

внутренний круг - 1-е основание кодона

(от 5"-конца)

2. Решите задачи:

Какие изменения произойдут в строении белка, если на участке гена ТААЦАААГААЦАААА между 10 и 11 нуклеотидами включить гуанин, а между 13 и 14 цитозин, а в конце появляется аденин? Как называются произошедшие мутации?

На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды располагаются в последовательности ААТАГТЦАТГТГТГАЦАГ. а) Нарисуйте схему двухцепочечной молекулы ДНК, объясните каким свойством ДНК, при этом вы руководствовались? б) Напишите на нижней цепи и-РНК. Как называется этот процесс? в) Какова структура белка закодированного гена.

Полипептид состоит из следующих аминокислот: валин - аланин - глицин - лизин - триптофан - валин - серин - аспарагин- глутаминовая кислота. Определите структуру участка ДНК, кодируюшего указанный полипептид .

2.3. Изучение наследственной изменчивости

1. Рассмотрите на рис 11. схему классификации мутаций. Дайте определение каждому типу.

( Таутомери́я (от греч. ταύτίς - тот же самый и μέρος - мера) - явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга).

Рисунок 11 Классификация мутаций.

2. Прочитайте текст. «Филадельфийская хромосома», запишите выводы

Филадельфийская хромосома

«Первой описанной структурной геномной перестройкой в соматических клетках, которая вызывает онкологическое заболевание, является так называемая филадельфийская хромосома, которая согласно Международной цитогенетической номенклатуре человека имеет собственное обозначение - Ph.

Эта хромосома была названа в честь города в США, где работали её первооткрыватели П. Новелл (P. Nowell) и Д. Хангерфорд (D. Hungerford), сообщившие в 1960 г. о необычной маленькой хромосоме в двух больных хроническим миелолейкозом. Сейчас известно, что филадельфийская хромосома возникает вследствие реципрокной транслокации между хромосомами 9 и 22, и эта мутация вызывает 95 % случаев хронического миелолейкоза. Также эта мутация является одной из самых распространённых при В-клеточном остром лимфобластном лейкозе взрослых.

Почему это происходит - неясно, но выявлен фактор провоцирующий это - ионизирующая радиация».

3. Рассмотрите рис 13, выпишите в 2 столбика соответственно мутагенные факторы (МФ) и мутационные изменения (МИ). Дополните колонку МФ примерами

Пиримидины: C (Ц), T (Т), U (У), пурины: А(А), G (Г).

Пример:

УФ-облучение.

Бесконтрольное нахождение под активным солнечным излучением.

Солярий

Бактерицидные лампы

1. Образование димеров Т-Т. Неправильная рекомбинация: делеции. вставки

Рисунок 12 Мутагенные факторы последствия их воздействия на ДНК

3 . Решите задачи:

У человека, больного цистинурией (содержание в моче большего, чем в норме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты и-РНК: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ЦАГ, ЦГУ, ААА. У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серин, глутаминовая кислота и глицин. Выделение каких аминокислот с мочой характерно для больных цистинурией? Напишите триплеты, соответствующие аминокислотам, имеющимся в моче здорового человека

Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А) состоит из следующих аминокислот: валин - гистидин - лейцин - треонин - пролин - глутаминовая кислота - глутаминовая кислота - лизин. У больного с симптомом спленомегалии прн умеренной анемии обнаружили следующий состав четвертого пептида: валин - гистидин - лейцин - треонин - пролин - лизин - глутаминовая кислота - лизин. Определите изменения, произошедшие в ДНК, кодирующей четвертый пептид гемоглобина, после мутации.

3. Заключительная часть –14 минут

3.1 . Подведение итогов;

Итоговая беседа

Выставление отметок

3.2 . Домашнее задание.

Повторить темы: «Наследование признаков при моногибридном, дигибридном и полигибридном скрещивании. Наследственные свойства крови».

Подготовить ответы на вопросы:

Что такое ген, аллельные гены?

Как обозначаются признаки?

Какие признаки называются доминантными, рецессивными?

Что такое генотип, фенотип?

Как наследуются признаки при моногибридном скрещивании?

Как наследуются признаки при неполном доминировании?

Каковы принципы классификации наследственных болезней?

С чем связана патология хромосомных болезней?

Каковы принципы классификации генных болезней?

Назовите типы классификации моногенных болезней.

Что значит моно-, ди- и полигибридное скрещивание?

Что означает пенетрантность и экспрессивность?

Стр. 15

- (демографич. аспекты), раздел генетики, изучающий явления наследственности и изменчивости у человека. Материальной основой наследственности у человека, как и у др. организмов, являются гены, расположенные в хромосомах и передающиеся в поколениях… … Демографический энциклопедический словарь

Отрасль генетики, тесно связанная с антропологией и медициной. Г. ч. условно подразделяют на антропогенетику, изучающую наследственность и изменчивость нормальных признаков человеческого организма, и генетику медицинскую (См. Генетика… …

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной генетики Российской академии наук (ИМГ РАН) Основан 1978 Директор чл. корр. С. В. Костров Сотрудников 134 (2 … Википедия

Содержание 1 Зачатки генетики 2 Эра классической генетики 3 Эра ДНК … Википедия

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН (ИЦиГ СО РАН) Международное название Institute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Основан 1957 Директор… … Википедия

Содержание 1 Зачатки генетики 2 Эра классической генетики 3 Эра ДНК 4 Геномная эра … Википедия

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН) … Википедия

Этология полевая дисциплина зоологии, изучающая поведение животных. Термин введён в 1859 французским зоологом И. Жоффруа Сент Илером. Тесно связана с зоологией, эволюционной теорией, физиологией, генетикой, сравнительной психологией.… … Википедия

- (от греч. eugenēs хорошего рода) учение о наследственном здоровье человека и путях улучшения его наследственных свойств, о возможных методах активного влияния на эволюцию человечества в целях дальнейшего совершенствования его природы, об… … Большая советская энциклопедия

Лицей информационных технологий № 1537 Директор: ТРУНОВА Татьяна Владимировна. Тип: Лицей Учеников: 400 Адрес: 129347, Москва, ул. Проходчиков, д. 9 (Северо Восточный округ, ст. м. «Бабушкинская») Телефон … Википедия

Предисловие

Генетика как наука о закономерностях наследственности и изменчивости – основа современной биологии, ибо она определяет развитие всех других биологических дисциплин. Однако роль генетики не ограничивается сферой биологии. Поведение человека, экология, социология, психология, медицина – вот далеко не полный список научных направлений, прогресс которых зависит от уровня знаний в области генетики. С учетом «сферы влияния» генетики понятна ее методологическая роль.

Одной из характерных черт современной науки является все углубляющаяся дифференциация и специализация. Этот процесс достиг такого уровня, за которым уже ощущается реальная угроза потери взаимопонимания даже между представителями одной науки. В биологии из-за обилия специальных дисциплин центробежные тенденции проявляются особенно остро. В настоящее время именно генетика определяет единство биологических наук, благодаря универсальности законов наследственности и фундаментальной информации, систематизированной в положениях общей генетики. Методологическая роль генетики в полной мере распространяется на все науки о человеке.

В этом плане хотелось бы высказать критические замечания по поводу преподавания курса психогенетики на психологических факультетах вузов. Психогенетика является одним из наиболее сложных и наименее разработанных разделов генетики. Его изучение должно опираться на фундаментальную общебиологическую и общегенетическую подготовку. Иначе курс психогенетики становится сугубо декоративным, представляя собой скорее вариант дифференциальной психологии, а не генетики, что мы и можем наблюдать в настоящее время. Знание законов наследственности играет огромную роль в психологическом образовании. Все поведение человека в той или иной степени связано с филогенетическим наследием. Для понимания тонких механизмов этой взаимосвязи необходимы не поверхностные, а глубокие знания.

Методологическая роль генетики в образовании предопределяет особые требования к ее преподаванию, в которой должны сочетаться широта охвата, научная глубина и доступность изложения. Данное пособие на должном уровне рассматривает все разделы современной науки генетики, необходимые для понимания генетики человека и его поведения, поэтому можно надеяться, что оно будет полезным для всех студентов и научных работников, изучающих эти направления. Особенно необходимы краткие, но целостные представления базовых положений генетики на психологических факультетах.

В нашей стране издано много хороших учебников и учебных пособий по генетике российских и зарубежных авторов (Гершензон С. М., 1983; Айала Ф., Кайгер Дж., 1988; Алиханян С. С., Акифьев А. П., 1988; Инге-Вечтомов С. Г., 1989). Многие пособия ориентированы на генетику человека (Фогель Ф., Мотульски А., 1989–1990; Бочков Н. П., 2004). В последнее время, после некоторого перерыва, книги по генетике снова появляются на полках наших магазинов (Жимулев И.

Ф., 2003; Тарантул В. З., 2003; Гринев В. В., 2006). Такое разнообразие литературы по данной теме может только порадовать всех, кто увлечен столь прекрасной наукой, как генетика.

Глава 1. История и значение генетики

Генетика – это сердцевина биологической науки. Лишь в рамках генетики разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое.

Генетика изучает два неразрывных свойства живых организмов – наследственность и изменчивость. В настоящее время она является основой современной биологии.

1.1. История генетики

Хотя возраст генетики как науки немногим более 100 лет, история ее зарождения уходит в глубь веков. История генетики – это не просто история конкретной науки, а, скорее, самостоятельный раздел биологии, где переплелись биологические, психологические и философские проблемы (Гайсинович А. Е., 1988; Захаров И. П., 1999). Эта история знает моменты, полные драматизма. И в настоящее время генетика остается на острие социального дискурса, порождая бурные дискуссии вокруг проблем детерминации поведения, клонирования человека, генной инженерии. Совершенно уникальна история генетики в нашей стране, которая знает времена глобального вмешательства идеологии в науку (Сойфер В. Н., 1989; Дубинин Н. П., 1990).

Чем же обусловлена столь исключительная роль генетики в жизни общества? Генетика – это стержень современной биологии, основа для понимания таких явлений, как жизнь, эволюция, развитие, а также природа самого человека. В истории естествознания проблема наследственности рассматривается, начиная с трудов античных мыслителей. В науке нового времени она подробно обсуждается в трудах таких корифеев, как К. Линней (1707–1778), Ж. Бюффон (1707–1788), К. Ф. Вольф (1734–1794), Ж.-Б. Ламарк (1744–1829), Ч. Дарвин (1809–1882), Т. Гексли (1825–1895), А. Вейсман (1834–1914) и многих других. В те времена проблемы генетики рассматривались в русле вопросов гибридизации, развития, трансформизма (или, наоборот, постоянства) видов.

Основоположником генетики считается Г. Мендель (1822–1884), который обосновал основные закономерности наследственности. Это открытие не было по достоинству оценено современниками, в том числе и крупнейшим биологом того времени К. Нэгели (1817–1891), которому Г. Мендель послал свои работы на рецензию.

Повторное открытие законов Менделя Г. де Фризом (1848–1935), К. Корренсом (1864–1933), Э. Чермаком (1871–1962) в 1900 году принято считать датой рождения генетики как самостоятельной науки. К тому времени научное сообщество биологов оказалось готовым к восприятию новой концепции. Уже были открыты явления митоза, мейоза, описаны хромосомы, процесс оплодотворения, сформирована ядерная теория наследственности. Идеи, навеянные «переоткрытыми» закономерностями, с поразительной быстротой распространились по научному миру, послужили мощным толчком для развития всех разделов биологии.

Интереснейшая история генетики, хронология важнейших открытий, биографии Г. Менделя и других выдающихся ученых описаны в сотнях книг. Подробно описана и трагическая история генетики в Советском Союзе. Многие книги читаются с неослабевающим интересом и представляют незаменимый материал для понимания этой науки, взаимосвязи законов генетики и проблем человеческого общества.

Рассмотрим некоторые вехи истории генетики

1901 г. – Г. де Фриз предложил первую мутационную теорию.

1903 г. – У. Саттон (1876–1916) и Т. Бовери (1862–1915) выдвинули хромосомную гипотезу, «связывая» менделевские факторы наследственности с хромосомами.

1906 г. – У. Бэтсон (1861–1926) предложил термин «генетика».

1907 г. – У. Бэтсон описал варианты взаимодействия генов («наследственных факторов») и вводит понятия «комплементарность», «эпистаз», «неполное доминирование». Им же ранее (1902 г.) были введены термины «гомозигота» и «гетерозигота».

1908 г. – Г. Нильсон-Эле (1873–1949) объяснил и ввел понятие «полимерия», обозначающее важнейшее явление в генетике количественных признаков.

Г. Харди (1877–1947) и В. Вайнберг (1862–1937) предложили формулу распределения генов в популяции, известную впоследствии как закон Харди – Вайнберга – ключевой закон генетики популяций.

1909 г. – В. Иоганнсен (1857–1927) сформулировал ряд принципиальных положений генетики и ввел основные термины: «ген», «генотип», «фенотип», «аллель». В. Волтерек ввел понятие «норма реакции», характеризующее возможный спектр проявления гена.

1910 г. – Л. Плате (1862–1937) разработал представление о множественном действии генов и ввел понятие «плейотропия».

1912 г. – Т. Морган (1866–1945) предложил теорию хромосомной локализации генов. К середине 1920-х годов Т. Морган и представители его школы – А. Стёртевант (1891–1970), К. Бриджес (1889–1938), Г. Меллер (1890–1967) сформулировали свой вариант теории гена. Проблема гена стала центральной проблемой генетики.

1920 г. – Г. Винклер ввел термин «геном». В дальнейшем разработка этого понятия стала новым этапом в развитии генетики.

Н. И. Вавилов (1887–1943) сформулировал закон гомологичных рядов наследственной изменчивости.

1921 г. – Л. Н. Делоне (1891–1969) предложил термин «кариотип» для обозначения совокупности хромосом организма. Предложенный ранее С. Г. Навашиным (1857–1930) термин «идиограмма» в дальнейшем стал применяться для стандартизированных кариотипов.

1926 г. – Н. В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981) разработал проблему влияния генотипа на проявление признака и сформулировал понятия «пенетрантность» и «экпрессивность».

1927 г. – Г. Меллер получает мутации искусственным путем под действием радиоактивного облучения. За доказательства мутационного эффекта радиации он получил Нобелевскую премию 1946 г.

1929 г. – А. С. Серебровский (1892–1948) впервые продемонстрировал сложную природу гена и показал, что ген не является единицей мутации. Он же сформулировал понятие «генофонд».

1930–1931 гг. – Д. Д. Ромашов (1899–1963), Н. П. Дубинин (1907–1998), С. Райт (1889–1988), Р. Фишер (1890–1962), Дж. Холдейн (1860–1936) разработали теоретические направления популяционной генетики и выдвинули положение о дрейфе генов.

1941 г. – Дж. Бидл (1903–1989) и Э. Тейтум (1909–1975) формулируют фундаментальное положение: «один ген – один фермент» (Нобелевская премия 1958 г.).

1944 г. – О. Эвери (1877–1955), К. Мак-Леод (1909–1972), М. Мак-Карти доказали генетическую роль ДНК в экспериментах по трансформации микроорганизмов. Это открытие символизировало начало нового этапа – рождение молекулярной генетики.

1946 г. – Дж. Ледерберг, Э. Тейтум, М. Дельбрюк (1906–1981) описали генетическую рекомбинацию у бактерий и вирусов.

1947 г. – Б. Мак-Клинток (1902–1992) впервые описал мигрирующие генетические элементы (это выдающееся открытие было отмечено Нобелевской премией только в 1983 г.).

1950 г. – Э. Чаргафф показал соответствие пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в молекуле ДНК (правило Чаргаффа) и ее видовую специфичность.

1951 г. – Дж. Ледерберг с сотрудниками открыл явление трансдукции, в дальнейшем сыгравшее ключевую роль в становлении генной инженерии.

1952 г. – А. Херши (1908–1997) и М. Чейз показали определяющую роль дезоксирибонуклеиновой кислоты в вирусной инфекции, что явилось окончательным подтверждением генетического значения ДНК.

1953 г. – Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили структурную модель ДНК. Эта дата считается началом эры современной биологии.

1955 г. – С. Очоа (1905–1993) выделил фермент РНК-полимеразу и впервые осуществил синтез РНК in vitro .

1956 г. – А. Корнберг выделил фермент ДНК-полимеразу и осуществил процесс репликации ДНК в лабораторных условиях.

1957 г. – М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсервативный механизм репликации ДНК. В лаборатории М. Хогланда открыли т-РНК.

1958 г. – Ф. Крик сформулировал «центральную догму молекулярной биологии».

1960 г. – М. Ниренберг, Дж. Маттей, Г. Корана начали исследования по расшифровке генетического кода. Работа (с участием нескольких исследовательских групп) была завершена в 1966 г. Составление кодового словаря явилось одним из крупнейших достижений науки за всю историю человечества.

1961 г. – Ф. Жакоб и Ж. Моно (1910–1976) сформулировали теорию оперона – теорию генетической регуляции синтеза белка у бактерий.

1962 г. – Дж. Гердон впервые получил клонированных позвоночных животных.

1965 г. – Р. Холли (1922–1993) раскрыл структуру т-РНК.

1969 г. – Г. Корана впервые синтезировал ген в лабораторных условиях.

1970 г. – Г. Темин (1934–1994) и Д. Балтимор открыли явление обратной транскрипции.

1972 г. – П. Берг получил первую рекомбинантную молекулу ДНК. Эта дата считается датой рождения генной инженерии.

1974 г. – Р. Корнберг, А. Олинс, Д. Олинс сформулировали теорию нуклеосомной организации хроматина.

1975 г. – По инициативе группы ученых во главе с П. Бергом («комитет Берга») в Асиломаре (США) проведена Международная конференция по этическим проблемам генной инженерии, на которой провозглашен временный мораторий на ряд исследований.

Мораторий не остановил работ по генной инженерии, и в последующие годы эта область активно развивалась, зародилось новое направление – биотехнология.

1976 г. – Д. Бишоп и Г. Вармус раскрыли природу онкогена (Нобелевская премия 1989 г.).

1977 г. – У. Гилберт, А. Максам, Ф. Сенджер разработали методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов нуклеиновых кислот).

Р. Робертс и Ф. Шарп показали мозаичную (интрон-экзонную) структуру гена эукариот (Нобелевская премия 1993 г.).

1978 г. – Осуществлен перенос эукариотического гена (инсулина) в бактериальную клетку, где на нем синтезирован белок.

1981 г. – Получены первые трансгенные животные (мыши). Определена полная нуклеотидная последовательность митохондриального генома человека.

1982 г. – Показано, что РНК может обладать каталитическими свойствами, как и белок. Этот факт в дальнейшем выдвинул РНК на роль «первомолекулы» в теориях происхождения жизни.

1985 г. – Проведено клонирование и секвенирование ДНК, выделенной из древней египетской мумии.

1988 г. – По инициативе генетиков США создан международный проект «Геном человека».

1990 г. – В. Андерсен впервые произвел введение нового гена в организм человека.

1995 г. – Расшифрован первый бактериальный геном. Становление геномики как самостоятельного раздела генетики.

1997 г. – Я. Вильмут осуществил первый успешный опыт по клонированию млекопитающих (овца Долли ).

1998 г. – Секвенирован геном первого представителя эукариот – нематоды Caenorhabditis elegans.

2000 г. – Работа по секвенированию генома человека завершена.

Генетика все более входит в повседневную жизнь людей, во многом определяя будущее человечества. Все более интенсивно проводятся исследования генома человека.

Можно не сомневаться, что эксперименты по «конструированию человека» будут продолжены, несмотря на любые запреты. Все чаще обсуждаются в печати вопросы клонирования человека, воздействие на его генотип, опасность модифицированных продуктов… Как все это скажется на судьбе человечества, предсказать невозможно.

1.2. Ключевые вопросы в истории генетики

В истории генетики (и ее предыстории) можно выделить ряд ключевых тем, по их значению для научного мировоззрения и остроте дискуссий. В XVII–XVIII вв. – это была проблема «преформизм – эпигенез», причем лагерь преформистов делился на «овистов» и «анималькулистов» в зависимости от того, женский или мужской пол выступал в роли носителя «зародыша». Также активно обсуждалась проблема «постоянство – трансформизм».

Проблема наследования приобретенных признаков, многократно «окончательно» похороненная в истории генетики, столь же многократно возрождалась. В Советском Союзе дискуссии вокруг этого, казалось бы, частного научного вопроса приобрели на определенном этапе истории огромный социальный резонанс, обернувшийся многочисленными человеческими трагедиями. Этому нет аналогов в других науках. В 1958 г. Ф. Крик сформулировал «центральную догму молекулярной биологии», по которой передача наследственной информации идет в направлении от ДНК к РНК, а от РНК – к белкам. Основное положение этой схемы – невозможность кодирования от белков к нуклеиновым кислотам (хотя и допускается возможность передачи информации от РНК к ДНК). Поэтому все попытки возродить на основе новых открытий гипотезу наследования приобретенных признаков (а такие попытки есть) отвергались генетикой. В настоящее время этот вопрос вновь активно обсуждается в связи с последними открытиями.

Особый интерес в истории генетики представляла проблема носителя наследственной информации. Хромосомы далеко не сразу были признаны структурами, отвечающими за наследственность. После этого признания роль молекулярного носителя генетической информации больше склонялись отдать белкам. ДНК казалась слишком простой молекулой для такой важной функции. Поворот в понимании роли ДНК произошел в 1944 г. после экспериментов О. Эвери, К. Мак-Леода, М. Мак-Карти по трансформации признаков у пневмококков и идентификации трансформирующего агента как ДНК. Хотя это открытие символизирует рождение молекулярной генетики, необходимо сказать, что окончательное подтверждение роли ДНК было получено только в 1952 г. после работ А. Херши и М. Чейза по изучению трансдукции бактериофагами.

Знакомство с историей показывает, что развитие генетики не было строго поступательным, что блестящие открытия чередовались с долгими заблуждениями, что крупнейшие ученые часто находились в плену ложных убеждений. Основатель хромосомной теории наследственности Т. Морган сам долго сомневался в роли хромосом. Противниками хромосомной теории были У. Бэтсон и В. Иоганнсен. А. Херши, которому принадлежит заслуга окончательного доказательства генетической роли ДНК, высказывал сомнение в этой гипотезе.

Таких примеров можно привести очень много. Природа неохотно открывала свои тайны. Теоретическая мысль часто не поспевала за быстрым развитием экспериментальных исследований, непрерывным усложнением обнаруживаемых закономерностей. В интерпретации этих закономерностей также не было единодушия.

Новая эра современной генетики (и всей биологии) начинается в 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик опубликовали структурную модель ДНК. Но и сейчас, более чем полвека спустя, несмотря на выдающиеся открытия и достижения, генетика полна загадок. Этим она интригующе интересна.

1.3. Структура генетики и ее общебиологическое значение

Современная генетика представляет собой обширное древо производных дисциплин. Ее специализированные разделы стали рассматриваться как крупные самостоятельные науки – генетика человека, цитогенетика, молекулярная генетика, популяционная генетика, иммуногенетика, экологическая генетика, генетика развития, геномика и др.

Тенденция к дифференциации наук проявилась и в направлении генетических исследований человека: сформировались такие разделы, как клиническая генетика, биохимическая генетика человека, цитогенетика человека, нейрогенетика и др. Вместе с тем проблема «узкой специализации» в генетике не проявляется столь остро, как в других науках. Все специализированные генетические дисциплины связаны фундаментальной информацией, систематизированной в рамках общей генетики. Более того, во многом именно генетика в настоящее время определяет единство современной биологии, поэтому 16-й Всемирный генетический конгресс 1988 г. проходил под девизом «Генетика и единство биологии».

Без преувеличения можно сказать, что генетика в той или иной мере определяет развитие всех разделов биологии, является ее методологической базой. Предмет исследования генетики – наследственность и изменчивость – свойства, универсальные для всех живых существ. Поэтому законы генетики также универсальны.

Глава 2. Молекулярные основы наследственности

Представьте себе, что увеличили человека до размеров Великобритании, тогда клетка будет иметь размер фабричного здания. Внутри клетки находятся содержащие тысячи атомов молекулы, в том числе молекулы нуклеиновой кислоты. Так вот, даже при таком громадном увеличении молекулы нуклеиновой кислоты будут тоньше электрических проводов.

Дж. Кендръю, английский биохимик, лауреат Нобелевской премии 1962 г.

Эксперименты 1940–1950-х гг. убедительно доказали, что именно нуклеиновые кислоты (а не белки, как предполагали многие) являются носителями наследственной информации у всех организмов.

2.1. Структура нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты обеспечивают разнообразные процессы хранения, реализации и воспроизведения генетической информации.

Нуклеиновые кислоты – это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид включает в себя азотистое основание, углевод пентозу и остаток фосфорной кислоты (рис. 2.1).

Азотистые основания нуклеотидов делятся на два типа: пиримидиновые (состоят из одного 6-членного кольца) и пуриновые (состоят из двух конденсированных 5– и 6-членных колец). Каждый атом углерода колец оснований имеет свой определенный номер. Каждый атом углерода пентозы также имеет свой номер, но с индексом штрих ("). В нуклеотиде азотистое основание всегда присоединено к первому атому углерода пентозы.

Именно азотистые основания определяют уникальную структуру молекул ДНК и РНК. В нуклеиновых кислотах встречаются 5 основных видов азотистых оснований (пуриновые – аденин и гуанин, пиримидиновые – тимин, цитозин, урацил) и более 50 редких (нетипичных) оснований. Главные азотистые основания обозначаются их начальными буквами: А, Г, Т, Ц, У. Большинство нетипичных оснований специфичны для определенного типа клеток.

Рис. 2.1. Структура нуклеотида

Формирование линейной полинуклеотидной цепочки происходит путем образования фосфодиэфирной связи пентозы одного нуклеотида с фосфатом другого. Пентозофосфатный остов состоит из (5 " – 3" ) – связей. Концевой нуклеотид на одном конце цепочки всегда имеет свободную 5" -группу, на другом – 3 " -группу.

В природе встречаются два вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. В прокариотических и эукариотических организмах генетические функции выполняют оба типа нуклеиновых кислот. Вирусы всегда содержат лишь один вид нуклеиновой кислоты.

Генетика как наука о закономерностях наследственности и изменчивости – основа современной биологии, так как она определяет развитие всех других биологических дисциплин. Однако роль генетики не ограничивается сферой биологии. Поведение человека, экология, социология, психология, медицина – вот далеко не полный список научных направлений, прогресс которых зависит от уровня генетических знаний.

Учитывая «сферу влияния» генетики, понятна ее методологическая роль. Одной из характерных черт современной науки является все углубляющаяся дифференциация и специализация. Этот процесс достиг той черты, за которой уже ощущается реальная угроза потери взаимопонимания даже между представителями одной науки. В биологии из-за обилия специальных дисциплин центробежные тенденции проявляются особенно остро. В настоящее время именно генетика определяет единство биологических наук, благодаря универсальности законов наследственности и основополагающей информации, систематизированной в положениях общей генетики. Эта методологическая роль генетики в полной мере распространяется на все науки о человеке.

Руководство для самоподготовки рассматривает вопросы и основные положения наследственности и изменчивости, структурно-функциональной организации генетического материала, генетических основ эволюции, поведения, развития. Отдельно рассмотрены вопросы генетики человека, медицинской генетики, психогенетики.

В пособии приводятся различные, часто альтернативные, точки зрения по нерешенным проблемам, что должно показать студентам отсутствие проторенных путей в науке, необходимость анализа дополнительной литературы.

Каждая тема включает описание ее содержания, основные понятия, схемы, таблицы. В заданиях для самостоятельной работы сделан акцент на сложные и спорные вопросы науки. Для самопроверки каждая глава заканчивается контрольными вопросами. Для более углубленного изучения материала приводятся списки дополнительной литературы. Приведенный в конце книги список терминов позволит студентам проверить свои знания по изученному материалу.

Тема 1. История и значение генетики

Генетика – это сердцевина биологической науки. Лишь в рамках генетики разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое.

Ф. Айала, американский генетик

Генетика как наука о наследственности и изменчивости. История генетики. Основные этапы и ключевые вопросы в истории генетики. Проблема молекулярного носителя наследственности. Разделы современной генетики. Связь генетики с другими науками. Универсальность законов генетики.

Основоположником генетики считается Г. Мендель (1822–1884), который обосновал основные закономерности наследственности. Повторное открытие законов Менделя Г. де Фризом (1848–1935), К. Корренсом (1864–1933), Э. Чермаком (1871–1962) в 1900 г. принято считать датой рождения генетики как самостоятельной науки.

Рассмотрим некоторые вехи развития генетики в XX в.

1901 г. – Г. де Фриз предложил первую мутационную теорию.

1905 г. – У. Бэтсон (1861–1926) предложил термин «генетика».

1907 г. – У. Бэтсон описал варианты взаимодействия генов («наследственных факторов») и ввел понятия «комплементарность», «эпистаз», «неполное доминирование». Им же ранее (1902) были введены термины «гомозигота» и «гетерозигота».

1908 г. – Г. Нильсон-Эле (1873–1949) объяснил и ввел понятие «полимерия», важнейшее явление в генетике количественных признаков.

1909 г. – В. Иоганнсен (1857–1927) сформулировал ряд принципиальных положений генетики и ввел основные понятия генетической терминологии: «ген», «генотип», «фенотип», «аллель».

В. Волтерек ввел понятие «норма реакции», характеризующее возможный спектр проявления гена.

1910 г. – Л. Плате разработал представление о множественном действии генов и ввел понятие «плейотропия».

1912 г. – Т. Морган (1866–1945) предложил теорию хромосомной локализации генов. К середине 20-х гг. Т. Морган и представители его школы – А. Стёртевант (1891–1970), К. Бриджес (1889–1938), Г. Меллер (1890–1967) сформулировали свой вариант теории гена. Проблема гена стала центральной проблемой генетики.

Н. И. Вавилов (1887–1943) сформулировал закон гомологичных рядов наследственной изменчивости.

1927 г. – Г. Меллер получил мутации искусственным путем под действием радиоактивного облучения. За доказательства мутационного эффекта радиации ему была присуждена Нобелевская премия 1946 г.

1941 г. – Дж. Бидл (1903–1989) и Э. Тейтум (1909–1975) сформулировали фундаментальное положение: «один ген – один фермент» (Нобелевская премия 1958 г.).

1944 г. – О. Эвери (1877–1955), Ч. Мак-Леод (1909–1972), М. Мак-Карти доказали генетическую роль ДНК в экспериментах по трансформации микроорганизмов. Это открытие символизировало начало нового этапа – рождение молекулярной генетики.

1946 г. – Дж. Леденрберг, Э. Тейтум, М. Дельбрюк (1906–1981) описывают генетическую рекомбинацию у бактерий и вирусов.

1947 г. – Б. Мак – Клинток (1902–1992) впервые описала мигрирующие генетические элементы (это выдающееся открытие было отмечено Нобелевской премией только в 1983 г.).

1951 г. – Дж. Ледерберг (с сотрудниками) открыл явление трансдукции, в дальнейшем сыгравшее ключевую роль в становлении генной инженерии.

1952 г. – А. Херши (1908–1997) и М. Чейз показали определяющую роль ДНК в вирусной инфекции, что явилось окончательным подтверждением ее генетического значения.

1953 г. – Д. Уотсон и Ф. Крик предложили структурную модель ДНК. Эта дата считается началом эры современной биологии.

1955 г. – С. Очоа (1905–1993) выделил РНК – полимеразу и впервые осуществил синтез РНК in vitro .