Классификация мутаций. Генетика человека и её методы. Наследственные болезни

Цель урока:

· Обуч: В ходе урока ознакомить с основными методами исследования наследственности и наследственными заболеваниями.

· Воспит. Рассказать о необходимости применения этих методов для диагностики наследственных заболеваний при планировании семьи

· Развив. Развивать навыки самостоятельной работы с учебником, при заполнении таблицы; находить главное, делать выводы, развивать логическое мышление.

Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.

Орг. момент. План урока.

Методы контроля знаний (опрос) 5-7 мин.

1 часть Р. Т. № 150, 151, 152 стр. 71, 72.

2 часть устные ответы:

1. Объясните особенности сцепленного наследования.

2. Признаки сцепленные с полом.

3. Дайте определение наследственности и изменчивости. Чем отличается наследственность от изменчивости?

4. Виды изменчивости?

Основная часть (изучение нового материала).

Как вы уже знаете, мутации - это изменения генетического материала особи. Они происходят случайно и могут привести к появлению белков с иным аминокислотным составом и возникновению совершенно новых признаков или свойств. При мутациях может измениться либо единичное основание в ДНК, либо целые гены или хромосомы. Именно размеры мутантного участка легли в основу их классификации.

1. Генные (точковые) мутации - в пределах структуры гена. (1 вариант)

2. Хромосомные мутации (аберрации) - в структуре хромосом. (2 вариант)

Изменения в размерах и форме целой хромосомы.

3. Геномные мутации - изменение числа хромосом, т. е. отклонение в количественном составе. (3 вариант)

Каждый из этих типов мутаций подразделяется по типу произошедших изменений. Так, генные мутации включают в себя:

1. Выпадение нуклеотида, когда ген в целом становится на один нуклеотид короче. В результате такого изменения меняется весь код.

2. Удвоение нуклеотпидов (дупликация). Здесь происходит то же, что и при выпадении, т. е. сдвиг.

3. Вставка нуклеотидов. Появление в генетическом коде нехарактерного для материнской ДНК лишнего нуклеотида. Это одна из форм удвоения.

4. Замена - изменение, связанное с заменой одного нуклеотида другим.

Хромосомные мутации схожи с генными, но изменениям здесь подёргаются не несколько нуклеотидов, а гораздо больший участок, который может включать в себя несколько генов. Представим себе верное расположение генов в хромосоме в виде букв алфавита, где каждая буква соответствует части или целому гену: АБВГДЕ. На этом Примере продемонстрируем, как выглядят различные типы мутаций:

1. Делеция - нехватка. Потеря какого-либо участка хромосомы. Например, АВГЕ — двойная делеция, удалены фрагменты Б и Д.

2. Дупликация - удвоение участка. Например: АББВГДЕ.

3. Инверсия- поворот участка на 180°. Например: АДГВБЕ.

4. Транслокация - обмен участками между двумя негомологич ными хромосомами. Например: ABSGLE.

Все хромосомные перестройки обязательно приводят к изменениям фенотипа, но встречаются гораздо реже точковых мутаций. Они могут быть комплексными, т. е. включать в себя как делецию, так и транслокацию. Примером может служить первая пара хромосом шимпанзе и человека.

Геномные мутации происходят при разрыве нитей веретена деления при мейозе. В результате образуются гаметы с нехарактерным числом хромосом. Если они участвуют в оплодотворении, результатом становится зигота с изменением количества хромосом. Они тоже делятся на три подтипа:

1. Апеуплоидия — потеря или добавление одной или нескольких хромосом. Тогда диплоидный набор выглядит так: 2n±(1-2). Примеры: синдром Дауна или синдром Клаенфельтера у человека - 47 хромосом в диплоидном наборе.

2. Гаплоидия - уменьшение нормального набора хромосом в 2 раза, когда зигота имеет набор хромосом 1n.

3. Полиплоидия - кратное увеличение набора хромосом, когда об разуется зигота 2n+1n; или 2n+2n, 2n+3n и т. д. Следует отметить, что у животных полиплоиды зачастую нежизнеспособны. А у растений они не только жизнеспособны, но и часто обладают большей вегетативной массой. Поэтому у растений многие сорта получают методом искусственного мутагенеза, который вызывает полиплоидию.

Кроме того, мутации подразделяют и по разным другим принципам. Так, например, они бывают:

1) соматические (в клетках тела);

2) гаметотические (в половых клетках);

3) эмбриональные (в клетках эмбриона).

По значению для организма они бывают:

1) вредные — изменение наследственных свойств привело к ухудшению жизнедеятельности;

2) нейтральные - изменений жизненных процессов не произошло;

3) полезные - изменения улучшили какие-то свойства организма. Например, мутантный фермент стал разлагать ранее недоступный корм;

4) летальные — вызывают гибель организма.

По степени проявления мутации относительно немутантного аллеля того же гена бывают доминантными и рецессивными.

По характеру признака или свойства, подвергшегося мутации, они делятся на морфологические (изменение строения), физиологические

(изменение состояния работы органа) и биохимические (изменение биохимических процессов). Возможен и ряд других принципов классификации.

Первые фундаментальные исследования в этой области принадлежат знаменитому ученому Н. И. Вавилову (1887-1943). Он открыл закон гомологических рядов наследственной изменчивости (1920), по которому родственные формы организмов имеют сходный генетический аппарат и, соответственно, сходные изменения (мутации). Зная какие-либо изменения одного вида, можно предвидеть появление подобных форм у других родственных видов. И хотя Н. Вавилов открыл свой закон на порядке злаков, семействе мятликовых (актуальный материал для селекции), закон гомологических рядов выражает общую закономерность мутационного процесса и является теоретической основой разработки методов направленного получения нужных мутаций.

Основные закономерности наследственности живых организмов универсальны. В полной мере они подходят и к человеку. Генетические опыты на человеке, естественно, не проводятся. Но тем не менее для человека тоже установлен принцип наследования большинства генов.

Выделяют несколько методов изучения наследственности человека, (заполнение таблицы).

Метод	Значение метода	Практическое применение

М.Р. стр. 113.

Недостатками генеалогического метода можно считать ограниченность в сборе информации (часто родословные бывают неполными), а также снижение эффективности в связи с небольшим числом потомков в современных семьях (1-2 ребенка).

2. Цитогенетический метод — микроскопическое изучение хромо сом человека. Он основан на окрашивании хромосом и наблюдении за их поведением (электронная микроскопия). Благодаря этому методу было установлено, что у человека 46 хромосом (а не 48, как считалось ранее).

Цитогенетический метод позволяет выявлять заболевания, связанные с изменением размеров, строения, количества или формы хромосом. Так, можно диагностировать трисомию (47 хромосом) на ранних стадиях беременности. Недостатком метода является то, что он непригоден для выявления точечных мутаций и при установлении наследования признака.

3. Близнецовый метод позволяет установить вклад генетических (наследственных) факторов и среды (климат, питание, обучение и вое питание) в формирование фенотипа, развитие конкретных признаков или заболеваний (рис. 85, 86).

Для того чтобы выводы по итогам наблюдений были достоверны, сравнивают однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Однояйцевые близнецы монозиготны и имеют одинаковый набор хромосом, так как являются продуктом одной зиготы, разделившейся на ранней стадии на 2 клетки (или более, например тройняшки), из которых развились два (или больше) зародыша. Разнояйцевые близнецы, или дизиготы, являются результатом развития двух независимых яйцеклеток, которые были оплодотворены I разными сперматозоидами в одно время. Следовательно, дизиготные близ нецы не более родственны генетически, чем просто братья и сестры, так как имеют около 50% идентичных генов. Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1%, из них около 1/3 - монозиготы. Сейчас существуют точные методы диагностики монозиготных или дизиготных близнецов. Они не ограничиваются внешним сходством и включают в себя биохимические и иммунологические методы. Так, например, у однояйцевых близнецов происходит 100%-ное приживление пересаженных кусочков кожи, что свидетельствует о их полной генетической совместимости. У дизиготных близнецов приживление «сестринской» кожи никогда не происходит и заканчивается отторжением.

Недостатком близнецового метода является его «узость». Он позволяет только устанавливать роль генотипа в степени проявления признака.

4. Иммуногенетический метод возник на основе изучения наследования групп крови и резус-фактора. Эти методы применяются также для изучения типов наследования иммунных реакций организма. Благодаря этому направлению исследований удается вести планирование семей и избегать гибели плода при возникновении резус-конфликта. Это же направление и его методика применяются при генетическом подборе доноров для трансплантации (пересадки) органов и тканей.

5. Суть биохимического метода заключается в том, чтобы на основе биохимических анализов установить, какие генетические изменения привели к отклонению в обмене веществ. Этот метод применим только к заболеваниям, в результате которых нарушается работа ферментов. Именно так диагностируют, например, сахарный диабет (нарушения в выработке инсулина).

6. Популяционно-статистический метод изучает не генотип отдельного человека, а количество носителей того или иного аллеля и процентное соотношение различных генотипов в популяции, т. е. выявляет структуру генофонда. Генофонд - совокупность всех генов популяции, характеризующаяся определенной частотой генотипов.

В 1908 г. английский математик Дж. Харди и немецкий врач В. Вайнберг смогли разработать формулу, которая сейчас называется уравнением Харди—Вайнберга. Согласно этому уравнению можно рассчитать соотношение генотипов в популяции.

Любой биологический вид (не только человек) не является суммой генетически одинаковых особей. Каждая особь имеет определенный генотип. А сумма всех генотипов называется генофондом (популяций или видов).

Генетические заболевания человека разнообразны. Они могут быть связаны с изменением количества хромосом (болезнь Дауна-47 хромосом), их размеров и формы. Генетические заболевания, связанные с одним геном, будут подчиняться общим закономерностям (см. таблицу).

Текущий контроль, закрепление материала (работа в рабочей тетради).

Итоговый анализ урока. Д/3 п. 43, 44.