Презентация "Изменчивость, мутация"

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Московской области «Московский областной медицинский колледж №1» Шатурский филиал

«ИЗМЕНЧИВОСТЬ, МУТАЦИЯ »

ОП. 06 Генетика человека с основами медицинской генетики

Специальность: 34.02.01 Сестринское дело (базовая подготовка)

Преподаватель Фадина Наталья Александровна

2023г

1 Перечень общих компетенций:

1.2.2 Перечень профессиональных компетенций:

1.2.3 В рамках программы учебной дисциплины

ОП.06 Генетика с основами медицинской генетики обучающимися осваиваются личностные, результаты реализации программы воспитания по специальности 34.02.01 Сестринское дело

Содержание учебного материала:

1.Основные виды изменчивости, биологическая роль.

2.Закон Харди-Вайнберга, условия для его проявления.

3.Понятие «дрейф генов».

4.Опасность родственных браков (инбридинг, инцест).

5.Полиморфизм, его формы.

6.Причины мутационной изменчивости.

7.Виды мутаций. Мутагены. Мутагенез.

8. Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.

1.Основные виды изменчивости,

биологическая роль

Под изменчивостью понимают способность организмов приобретать признаки и свойства, отличные от родительских, характерных для данного вида. Изменчивость является общим свойством всех живых систем и может выражаться в изменении как генотипа, так и фенотипа.

Биологическая изменчивость

– это свойство организма, связанное с его способностью приобретать новые признаки и свойства и терять старые.

Наследственная изменчивость

Наследственная изменчивость (неопределенная, индивидуальная, генотипическая) - форма изменчивости, вызванная изменениями генотипа организма, которые могут быть связаны с мутационной или комбинативной изменчивостью.

Генотипическая изменчивость затрагивает генотип, а это означает, что генетические изменения затрагивают и половые клетки, которые передаются потомству. Поэтому и называется она - наследственная.

Комбинативная изменчивость возникает в результате появления у потомков новых сочетаний генов (комбинаций). Эти комбинации возникают во время мейоза в результате кроссинговера - обмена участками между гомологичными хромосомами.

Комбинативная изменчивость - это полная неопределенность: мы не знаем, какие комбинации возникнут между генами при кроссинговере, не знаем, какие хромосомы образуются и в какие гаметы они разойдутся, и, наконец, не знаем какие половые клетки (гаметы) встретятся при оплодотворении.

То, что мы отличаемся от своих родителей, и есть результат этих неопределенностей.

В основе комбинативной изменчивости лежит

три момента:

• Случайная комбинация генов в ходе кроссинговера;
• Независимое расхождение хромосом в мейозе;
• Случайная встреча гамет при оплодотворении.

Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость связана с возникновением мутаций. Мутации (лат. mutatio - изменение) - внезапные, возникающие спонтанно или вызванные мутагенами наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Характеристика мутаций:

• Мутации - резкие спонтанные изменения генотипа;
• Стойкие, передаются потомкам через половые клетки (гаметы);
• Ненаправленные. Большинство мутаций - вредные (часть из них летальные), лишь очень небольшая часть носит полезный приспособительный характер, мутации также могут быть безразличными (нейтральными) для организма;
• Носят индивидуальный характер.

Гетерохромия-наследуется

аутосомно - доминантно

Ненаследственная изменчивость.

Модификационная изменчивость

Модификационная (фенотипическая) изменчивость - изменения фенотипа организма, обусловленные влиянием факторов внешней среды. Данный вид изменчивости не приводит к изменениям генотипа особи - все изменения касаются только фенотипа.

Для модификационной изменчивости характерен групповой характер, она часто (но не всегда) служит приспособлением к условиям внешней среды. Известным примером модификационной изменчивости является изменение окраски шерсти у зайца-беляка в зависимости от сезона года.

Загар также является типичным примером модификационной изменчивости. Одни люди загорают быстро, у других этот процесс занимает гораздо больше времени - все дело в норме реакции.

Ненаследственная изменчивость.

Модификационная изменчивость.

Норма реакции

Нормой реакции называют генетически (наследственно) закрепленные пределы (границы) изменчивости признака. Принято говорить, что у каждого признака существует определенная норма реакции: она может быть узкой или широкой.

Узкая норма реакции характерна для признаков, которые относятся к качественным: форма глаза, желудка, сердца, размеры головного мозга, рост.

Количественные признаки имеют широкую норму реакцию и достаточно вариабельны в течение жизни: яйценоскость кур, удойность коров, вес, размер листьев.

Для фенотипической (ненаследственной, групповой, определенной) изменчивости характерно:

• Причина изменения - влияние факторов внешней среды;
• Изменения признаков организма не затрагивают генотип, происходят в соматических клетках и не передаются потомкам;
• Изменение признаков ограничено в пределах нормы реакции, которая определяется генотипом;
• Изменчивость носит групповой характер, характерна для многих особей (к примеру, сезонная изменчивость).

2.Закон Харди-Вайнберга, условия для его проявления

Закон Харди-Вайнберга в полной мере соблюдается при выполнении следующих условий:

• Популяция должна иметь большой размер.
• Особи не должны выбирать брачного партнера в зависимости от генотипа по исследуемому гену.
• Миграции особей из популяции и в нее должны отсутствовать.
• В отношении изучаемого гена (его аллелей) не должен действовать естественный отбор. Другими словами, все генотипы по исследуемому гену должны быть одинаково плодовитыми.
• Не должно возникать новых мутаций исследуемого гена.

Закон Харди-Вайнберга устанавливает математическую зависимость между частотами аллелей аутосомных генов и генотипов и выражается следующими формулами: рА + qа = 1; р2А А + 2рqАа + q2аа = 1 ,

где рА – частота доминантного аллеля гена,

qа - частота рецессивного аллеля гена,

р2АА- частота особей, гомозиготных по доминантному аллелю,

2рqАа – частота гетерозиготных особей,

q2аа - частота особей, гомозиготных по рецессивному аллелю, то есть частота особей с рецессивным признаком,

р2АА+ 2рqАа - частота особей с доминантным признаком,

2рqАа + q2аа– частота особей, в генотипе которых имеется рецессивный аллель.

Чтобы понять, как Харди и Вайнберг вывели свое уравнение и продемонстрировали равновесие частот аллелей и генотипов в разных поколениях, рассмотрим более подробно ситуацию с аутосомным геном, существующим в популяции в виде двух аллелей: А и а.

Предположим, что в популяции на долю аллеля А приходится 80% от всех аллелей аутосомного гена, то есть, частота р = 0,8. Поскольку аллелей только два вида, то на долю аллеля а приходится q = 1 – р = 1 – 0,8 = 0,2.

Представим, что частоты аллелей А и а одинаковы у самцов и самок, при этом самцы и самки скрещиваются совершенно случайно.

Составим решетку Пеннета, указывая рядом с обозначениями аллелей и генотипов их частоты.

Решетка Пеннета

Частоты результирующих генотипов: 0,64 – АА, 0,32 – Аа и 0,04 – аа.

Что же случилось с частотами аллелей А и а в генофонде особей нового поколения в популяции в результате этого скрещивания?

Частота аллеля А составила 0,64 + 0,5х0,32 = 0,64 + 0,16 = 0,8.

Частота аллеля а составила 0,04 + 0,5х0,32 = 0,04 + 0,5х0,32 = 0,2.

Мы убедились в том, что частоты аллелей А и а в генофонде особей нового поколения не изменились.

3.Понятие «дрейф генов»

Дрейф генов – случайное и обычно резкое изменение концентрации генов и генотипов в генофонде популяции. 

Случайные изменения частоты генов в популяции не зависящие от естественного отбора. В малой популяции может привести к её исчезновению или способствовать большей приспособляемости к среде.

В итоге генофонд оставшейся популяции будет отличаться от генофонда исходной популяции.

Эффект бутылочного горлышка — это сильное сокращение генетического разнообразия популяции живых организмов из-за уменьшения численности. В дальнейшем численность восстанавливается, а разнообразие восстанавливается очень медленно за счёт случайных мутаций. При этом изменяются относительные и абсолютные частоты аллелей генов, многие варианты просто исчезают. Таким образом, данный эффект является одним из факторов эволюции.

4.Опасность родственных браков (инбридинг, инцест)

Имбридинг — это скрещивание родственных особей. Обычно это понятие используют в отношении животных. Но и в отношении людей оно тоже употребляется. 

Инцест Наиболее ярко выраженной формой имбридинга является инцест. Это слово образовано от латинского incestus, что означает преступный, греховный. Синонимом слова инцест является кровосмешение. 

Этими терминами обозначается половая связь между прямыми родственниками. То есть, в отличие от имбридинга, речь идет о браках между братом и сестрой, сыном и матерью и так далее. 

Инцест — табу в почти каждой культуре во всем мире, но это было не всегда так. Дворяне и королевские правители старались сохранить королевскую кровь «чистой», женившись на людях, с которыми они были связаны; Правители египтян, в частности, часто выходили замуж за своих братьев и сестер или даже своих собственных детей. Это дало нам возможность увидеть серьезные генетические мутации, которые могут возникнуть в результате кровосмешения.

Опасность близкородственных браков

У каждого есть дефектные гены. Известно, что каждый человек является носителем определенного набора генов. В частности, в его геноме сохраняются все генетические сбои и патологии, которые возникали в его роду. Даже если человек полностью здоров, у него наверняка есть определенные «неправильные» гены. 

Гетерозиготные браки. Обычные браки являются гетерозиготными. То есть в потомстве, рожденном в таких браках перекрещиваются разные аллели. Или — альтернативные формы. В обычных, не родственных браках обычно рождается гетерозиготное потомство, обладающее разными аллелями. То есть разными доминантными и рецессивными признаками. В таких браках вероятность рождения  ребенка с врожденным генетическим дефектом равна 3 — 4 процентам.

Гомозиготное потомство. При инцесте возникает опасность появления гомозиготного потомства. То есть потомства, в котором содержатся одинаковые аллели только рецессивных или только доминантных генов. Надо сказать, что большинство генов, отвечающих за наследственные заболевания и генетические мутации являются рецессивными. И в обычной ситуации обычно не проявляются, подавляясь доминирующим геном. Однако при инцесте в организме ребенка могут оказаться два рецессивных гена, которые уже не будут «маскироваться» доминантным геном.

Таким образом, даже если оба родителя внешне здоровы, но являются носителями одного «дефектного» гена, они могут родить гомозиготное потомство, в котором этот вредоносный ген будет присутствовать как единственный аллель, отвечающий за определенный признак.

Иными словами, родственники, вступившие в брак, могут с гораздо большей вероятностью передать наследственное заболевание ребенку.

14 генетических мутаций, которые могут возникнуть от инцеста кровосмешения

Отсутствие ногтей Клан Кингстонов, входящий в секту мормонов в 90-х годах прошлого столетия, был известен многоженством и близкородственными браками. Члены клана так тесно «переплелись», что у их детей появилась одна общая черта — отсутствие ногтей.

Альбинизм Эта мутация характеризуется врожденным отсутствием пигмента меланина, который придает окраску коже, волосам, радужной и пигментной оболочкам глаза. Одна из возможных причин этого генетического отклонения — близкая родственность родителей ребенка.

14 генетических мутаций, которые могут возникнуть от инцеста кровосмешения

Микроцефалия характеризуется значительным уменьшением размеров черепа и головного мозга при нормальных размерах других частей тела, также сопровождается умственной недостаточностью. Причинами могут быть различные факторы: от лихорадки Зика до инцеста родителей.

Эктродактилия Некоторые представители народа Вадом из Зимбабве характеризуются генетической особенностью, именуемой эктродактилия, при которой три средних пальца ноги отсутствуют, а два крайних пальца повернуты внутрь. В силу этой особенности членов племени прозвали «страусоногими». Причина возникновения такой аномалии объясняется изолированностью малого народа и запретом на заключение брака с членами других народов.

14 генетических мутаций, которые могут возникнуть от инцеста кровосмешения

Истощенная иммунная система. Дети, рожденные в результате инцеста, лишены разнообразия аллелей, поэтому их организм не может эффективно бороться с болезнями. Отсюда и серьезные проблемы со здоровьем.

Макрогения. Еще одна аномалия развития, которая наблюдалась по мужской линии испанских Габсбургов, известной кровосмесительными браками. Макрогения характеризуется увеличенной челюстной костью. Говорят, подбородок Карла II был настолько большим, что король не мог нормально разговаривать и есть.

Крипторхизм. Это заболевание характеризуется неопущением яичка в мошонку. Возможное последствие крипторхизма — бесплодие.

Расщепление неба. Патология представляет собой разрыв, расщелину в средней части неба, возникающая вследствие незаращения двух половин неба в период эмбрионального развития. Довольно часто эта аномалия встречается у изолированных индийских и кенийских племен. К счастью, недуг можно устранить с помощью пластической операции.

14 генетических мутаций, которые могут возникнуть от инцеста кровосмешения

Удлиненный череп. В Египте путем смешанных браков веками сохраняли власть и богатство, отсюда и изменение формы черепа.

Асимметрия. Практически всем людям присуща естественная асимметрия лица, но у детей близких родственников асимметрия еще более выраженная.

Гемофилия. Редкое наследственное заболевание, связанное с нарушением процесса свертывания крови. Самой известной носительницей гемофилии в истории была королева Виктория, этой же болезнью страдал один из ее сыновей, а также несколько внуков и правнуков, включая российского царевича Алексея Николаевича. При гемофилии резко возрастает опасность гибели пациента от кровоизлияния в мозг и другие жизненно важные органы, даже при незначительной травме.

14 генетических мутаций, которые могут возникнуть от инцеста кровосмешения

Косолапость. Длительное кровосмешение отразилось на здоровье Тутанхамона. Фараон страдал от целого ряда недугов, в том числе и косолапости.

Карликовость также может быть результатом кровосмешения. Например, представители религиозной секты амишей живут обособленно в Пенсильвании и заключают браки только между собой, что приводит к рождения карликов с шестью пальцами на каждой руке и пороками развития сердца.

Бесплодие. Инцест отрицательно влияет на репродуктивную систему как у мужчин, так и женщин. Мужчины, как уже было сказано, могут страдать от крипторхизма, а женщины — от неправильного строения матки или вагинального канала, дисфункции яичников. Так что монархи, желавшие сохранить чистоту своей крови, только лишали себя здоровых наследников.

Пример использования родственных браков

Родственные браки часто используются в известных династиях, позволяя не распылять накопленные богатства. 

Самый известный пример — семейство Ротшильдов. Основатель этой династии завещал своим потомкам жениться только на родственницах. При этом  мужчины рода женились на племянницах и кузинах, не допуская инцеста.

Так что, в некотором смысле, принцип дальнего, но все же родства в браке в этой семье соблюдался. И, судя по всему, эти союзы пошли на пользу династии, которая до сих пор считается одной из самых влиятельных в мире.

5.Полиморфизм, его формы

Полиморфизм– существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов. Они могут быть нормальными или аномальными. Полиморфизм – явление внутрипопуляционное.

Полиморфизм бывает:

- генный;

- хромосомный;

- переходный;

- сбалансированный.

Генетический полиморфизм - наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови.

Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях. У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f,Hp2fs. Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

6.7.Причины мутационной изменчивости. Мутагены. Мутагенез

Причиной мутационной изменчивости являются мутации — наследуемые изменения генетического материала организмов: структуры отдельных генов, строения или количества хромосом.

Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом, а организмы, изменившие фенотип вследствие мутации, — мутантами.

Факторы, вызывающие появление мутационной изменчивости, называют мутагенными факторами или мутагенами.

Причины мутаций

Физические факторы (различные виды ионизирующей радиации, ультрафиолетовое излучение); Химические факторы (инсектициды, гербициды, наркотики, алкоголь, некоторые лекарственные препараты и др.вещества); Биологические факторы (вирусы оспы, ветряной оспы, эпидемического паротита, гриппа, кори, гепатита и др.).

• При оценке индуцированных мутаций учитывают индивидуальный и популяционный прогноз. Все виды мутагенеза опасны при вовлечении больших популяций людей.
• Для защиты живых организмов от поражающего действия мутагенов используются антимутагены, организуется комплексная система генетического мониторинга и химического скрининга.

7.Виды мутаций

Среди мутаций различают следующие виды:

Генные (точечные)

Изменения при генных мутациях происходят в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК. Может случаться такое, что один или несколько нуклеотидов выпадают из ДНК (делеция), вставляются новые нуклеотиды, удваиваются имеющиеся нуклеотиды (дупликация).

Изменения ДНК ведут к тому, что в результате на рибосомах синтезируется белок с иной аминокислотной последовательностью. К примеру: изначально триплет ДНК "ТАЦ" кодировал аминокислоту "Мет", нуклеотид "Т" выпал из триплета произошла вставка нуклеотида "Г". В результате вместо аминокислоты "Мет" теперь синтезируется аминокислота Вал.

Новые аминокислоты могут поменять свойства белка, так что признак, за который он отвечает, будет меняться.

Хромосомные

В результате хромосомных мутаций происходят структурные изменения хромосом (не следует путать с кроссинговером, который происходит в норме и подразумевает обмен участками между гомологичными хромосомами). Последствия хромосомных мутаций часто оказываются летальны.

В результате таких мутаций может происходить утрата (делеция) участка хромосомы, его удвоение (дупликация), поворот на 180° (инверсия), перенос участка одной хромосомы на другую (транслокация), перенос участка внутри одной хромосомы (транспозиция).

Геномные мутации

Данный тип мутаций проявляется в изменении числа хромосом.

Выделяют:

Автополиплоидию - кратное увеличение числа наборов хромосом.

В результате таких мутаций количество хромосом увеличивается в кратное количество раз (2,3,4 и т.д.). В результате получаются организмы триплоиды, тетраплоиды и т.д. Иногда такие мутации вызывают искусственно, к примеру, в селекции растений. Известно, что у полиплоидов более крупные и сочные плоды.

В селекции полиплоидию у растений вызывают добавлением специального химического вещества - колхицина, который блокирует образование нитей веретена деления. Вследствие этого хромосомы не расходятся и остаются в одной клетке - набор хромосом увеличивается в 2 раза.

Аллополиплоидия (греч. állos — другой и polýploos — многократный) - объединение в организме хромосомных наборов от разных видов или родов.

Имеет значение в процессе видообразования. Примером данной мутации может послужить отдаленная гибридизация (аутбридинг) пшеницы и ржи. Их генотип состоит из гаплоидного набора пшеницы (n) и гаплоидного набора ржи (m).

В результате такого скрещивания в 1875 году в Шотландии был получен первый искусственный стерильный гибрид - тритикале. Тритикале дает отличный урожай, в дальнейшем путем полиплоидии стерильность данного гибрида была преодолена.

Анеуплоидия (греч. ἀν- — отрицательная приставка + εὖ — полностью + πλόος — кратный + εἶδος — вид.

Анеуплоидия - изменение кариотипа (совокупность признаков хромосом), при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n). Таким образом, в результате анеуплоидии отсутствует одна (или несколько) хромосом, либо же хромосомы имеются в избытке ("лишние" хромосомы).

В случае отсутствия в хромосомном наборе одной хромосомы говорят о моносомии, двух хромосом - нуллисомии. Если к паре хромосом добавляется одна лишняя, говорят о трисомии.

Наследственные болезни, в том числе связанные с геномными мутациями: синдром Шерешевского-Тёрнера, Дауна.

8.Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.

Генотип в процессе онтогенеза выполняет две функции: во-первых, типизирует и, во-вторых, индивидуализирует развитие. Генетические факторы ответственны за формирование единых для всей человеческой популяции признаков (телесной организации, прямо-хождения, универсальности руки, способности к речевой коммуни-кации, высшим психическим функциям и т.д.), которые возникли в результате антропогенеза.

Большую роль в формировании признаков организмов играет среда его обитания. 

Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип. Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной.

Пример: Использование близнецового метода позволило установить, что однояйцевые близнецы, то есть, организмы с одинаковым генотипом, в случае развития в разных условиях будут различаться фенотипически. Все это — результат проявления ненаследственной изменчивости. 

Заполните  таблицу «Сравнительная характеристика модификаций и мутаций»

Самостоятельная работа

Домашнее задание:

Материалы лекции законспектировать.

Учебник Рубен Э.Д. глава 7 стр 161-176. (библиотека ЛАНЬ)