MINISTARSTVO ZDRAVLJA REPUBLIKE BELORUSIJE
BELORUSSKO DRŽAVNO MEDICINSKO SVEUČILIŠTE
ZAVOD ZA PATOLOŠKU FIZIOLOGIJU
S. A. Zhadan, T. N. Afanas'eva, F. I. Vismont
ULOGA NASLJEDNOSTI U PATOLOGIJI
Nastavno pomagalo
Minsk BSMU 2012
OPĆE KARAKTERISTIKE NASLJEDNE PATOLOGIJE
Medicinska genetika i njezini zadaci
Nasljedstvo- to je svojstvo živih bića i tjelesnih stanica da svoje karakteristike (anatomske i fiziološke značajke) prenose na svoje potomke. Osigurava relativnu stabilnost vrste. Materijalni nositelji nasljednih informacija su geni – dijelovi molekule DNK.
Promjenjivost je svojstvo organizma i njegovih stanica, koje se očituje u nastanku novih znakova.
NA Trenutno je poznato oko 2000 vrsta nasljedne patologije.
i genetski uvjetovani sindromi. Njihov broj stalno raste, godišnje se opisuju deseci novih oblika nasljednih bolesti.. Glavni razlozi koji doprinose povećanju rasta nasljedne patologije su:
– značajan napredak medicine u liječenju i prevenciji mnogih zaraznih bolesti;
– povećanje onečišćenja okoliša mutagenim agensima;
- povećanje prosječnog životnog vijeka osobe.
Uz to, poboljšanje dijagnostičkih metoda i napredak molekularne biologije omogućuju otkrivanje genetske prirode niza ozbiljnih bolesti koje prije nisu bile povezane s abnormalnostima genoma (na primjer, kromosomske bolesti).
Genetika je znanost o naslijeđu i varijacijama u organizmu. Dio genetike koji proučava naslijeđe i varijabilnost osobe sa stajališta patologije naziva se medicinska genetika.
Glavni zadaci medicinske genetike su:
1. Proučavanje nasljednih oblika patologije, njihove etiologije, patogeneze, poboljšanje dijagnostike, razvoj metoda prevencije i liječenja.
2. Proučavanje uzroka i mehanizama nasljedne predispozicije i otpornosti na različite (uključujući zarazne) bolesti.
3. Proučavanje uloge i značaja genetskog aparata u razvoju adaptacijskih reakcija, kompenzacijskih i dekompenzacijskih fenomena.
4. Detaljno opsežno proučavanje procesa mutageneze i antimutageneze, njihove uloge u nastanku bolesti.
5. Proučavanje niza općih bioloških problema: molekularno-genetskih mehanizama karcinogeneze, uloge genetskog aparata u pojavama nekompatibilnosti tkiva, autoimunih reakcija organizma itd.
Koncept nasljedne i kongenitalne patologije. Fenokopije
Koncepti "nasljedne bolesti" i "kongenitalne bolesti" daleko su od nedvosmislenog.
Kongenitalna se odnosi na svaku bolest koja se javlja neposredno nakon rođenja djeteta. Mogu biti nasljedne i nenasljedne.
Na broj nasljedne bolesti uključuju samo one temeljene na strukturnim promjenama u genetskom materijalu. Neki od njih se klinički manifestiraju već u prvim danima nakon rođenja, drugi - u mladenačkoj, zreloj, a ponekad i u starijoj dobi.
Nenasljedne bolesti uzrokovane su djelovanjem nepovoljnih okolišnih čimbenika na fetus u razvoju tijekom trudnoće i ne utječu na njegov genetski aparat.
Fenokopije, razlozi njihovog razvoja
U medicinskoj genetici razlikuje se još jedan koncept - fenokopije. Fenokopija je klinički sindrom koji se javlja pod utjecajem okolišnih čimbenika tijekom razdoblja embrionalnog razvoja, sličan po svojim manifestacijama nasljednoj bolesti, ali nema genetsku prirodu pojave. Na primjer, anomalije kao što su "rascjep nepca", "rascjep usne" mogu biti i nasljedne (Patauov sindrom) i nenasljedne, što je posljedica kršenja embrionalnog razvoja. Hipotireoza se nasljeđuje kao autosomno recesivno svojstvo, ali se može pojaviti i kao fenokopija kod ljudi koji žive u područjima gdje je voda za piće siromašna jodom. Rana gluhoća može se naslijediti kao recesivna ili dominantna osobina, a može se pojaviti kao fenokopija u djece rođene od žena koje su imale rubeolu tijekom trudnoće.
Dakle, fenokopije su bolesti koje su izvana slične nasljednim bolestima, ali nisu povezane s promjenom genotipa.
Uzroci fenokopije mogu biti:
– gladovanje fetusa kisikom (intrauterina hipoksija), što uzrokuje razvoj ozbiljnih nedostataka u strukturi mozga i lubanje, mikrocefalije;
– endokrini poremećaji u tijelu trudnice (vjerojatnost bolesnog djeteta kod takve žene je oko 2,5 puta veća);
– zarazne bolesti trudnice (toksoplazmoza, rubeola, sifilis i dr.), osobito u ranom razdoblju trudnoće, uzrokujući značajan postotak slučajeva (do 60-70%) teški deformiteti (mikrocefalija, gluhonemost, rascjep nepca itd.);
– teška mentalne traume i produljeno emocionalno prenaprezanje žene tijekom trudnoće;
– lijekovi koji imaju citotoksični ili antimetabolički učinak;
– kronični alkoholizam roditelja (malformacije kod djece roditelja koji ne piju su oko 2%, kod umjereno pijućih - do 9%, kod onih koji jako piju - 74%) itd.
Klasifikacija bolesti uzimajući u obzir odnos nasljednih i okolišnih čimbenika u njihovom razvoju. koncept
oko prodornost i ekspresivnost
NA razvoju bolesti, kao iu životu zdravo tijelo, uključena su dva glavna čimbenika: utjecaj vanjskog okruženja
(vanjski faktor ) i naslijeđe ( unutarnji faktor).
Uzimajući u obzir udio unutarnjih i vanjskih čimbenika u razvoju bolesti, razlikuju se sljedeće skupine bolesti (N. P. Bochkov, 2002):
1. Zapravo nasljedne bolesti. Uzrok ovih bolesti su anomalije u genetskom aparatu stanice, t.j. mutacije (genetski, kromosomski i genomski). Okolina samo određuje prodornost (učestalost manifestacije abnormalnog gena u populaciji osoba s ovim genom)
i izražajnost(stupanj ekspresije djelovanja gena kod određenog pojedinca). Ova skupina uključuje monogene bolesti kao što su alkaptonurija, fenilketonurija, hepatocerebralna distrofija, hemofilija itd., kao i sve kromosomske bolesti.
2. Ekogenetske bolesti. Ova skupina nasljednih bolesti uzrokovana je mutacijom, čiji se učinak očituje tek kada je tijelo izloženo određenom okolišnom čimbeniku specifičnom za ovaj mutirani gen. Za ove bolesti, genetske i okolišne
komponenta je predstavljena jednim faktorom: pojedinačni gen je okolišni čimbenik specifičan za ovaj gen. Takve bolesti uključuju, na primjer, anemiju srpastih stanica (polu-dominantno nasljedne hemoglobinopatije). U heterozigotnih nositelja HbS hemolitičke krize koje dovode do anemije javljaju se samo u uvjetima hipoksije ili acidoze. U nasljednoj fermentopatiji povezanoj s nedostatkom glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, sličnu ulogu mogu imati uporaba oksidirajućih lijekova, uporaba mahunarki, a ponekad i virusna infekcija.
3. Bolesti s nasljednom predispozicijom. Oni su rezultat interakcije genetskih i okolišnih čimbenika, od kojih su oba brojna. Ponekad se ove bolesti nazivaju multifaktorijalnim ili multifaktorskim. To uključuje veliku većinu bolesti zrele i starije dobi: hipertenziju, aterosklerozu, koronarnu bolest, peptički ulkus i 12 duodenalno crijeva, maligne neoplazme itd.
Nema jasne razlike između druge i treće skupine bolesti. Često se kombiniraju u jednu skupinu bolesti s nasljednom predispozicijom, razlikuju monogenu i poligenu predispoziciju.
4. Bolesti uzrokovane okolišnim čimbenicima, od čijeg djelovanja tijelo nema sredstava zaštite (ekstremno). To su razne ozljede.
(mehaničke, električne), bolesti koje nastaju pod utjecajem ionizirajućeg zračenja, opekline, ozebline, osobito opasne infekcije itd. U tim slučajevima genetski čimbenik određuje samo težinu bolesti, njezin ishod, au nekim slučajevima i vjerojatnost nastanka bolesti. pojava.
Klasifikacija nasljednih oblika patologije
NA Zbog složene prirode nasljedne patologije, postoje dva glavna načela za njezinu klasifikaciju: klinički i genetski.
Princip kliničke klasifikacije podrazumijeva podjelu nasljednih oblika patologije ovisno o organu ili sustavu koji je najviše uključen u patološki proces. U skladu s ovim kriterijem razlikuju se nasljedne bolesti živčani sustav, bolestimišićno-koštaniaparat, koža, krv itd.
Osnova genetska klasifikacija nasljedne bolesti temelje se na etiološkom principu, odnosno vrsti mutacija i prirodi njihove interakcije s okolinom. U skladu s ovim kriterijem, sva nasljedna patologija može se podijeliti u skupine:
1) genske bolesti, uzrokovane mutacijama gena;
2) kromosomske bolesti, rezultat kromosomskih ili genomskih mutacija;
3) bolesti s nasljednom predispozicijom (multifaktorna)
- razviti u osoba s odgovarajućom kombinacijom "predisponirajućih" nasljednih i "manifestirajućih" vanjskih čimbenika;
4) genetske bolesti somatskih stanica;
5) bolesti genetske nekompatibilnosti između majke i fetusa.
Svaka od ovih skupina, pak, podijeljena je prema detaljnijim genetskim karakteristikama i načinu nasljeđivanja.
Etiologija nasljednih oblika patologije. Mutacije, njihove vrste. Koncept mutagena
Pojedini geni, kromosomi i genom u cjelini neprestano prolaze kroz razne promjene. Unatoč činjenici da postoje mehanizmi za popravak (obnavljanje) DNK, dio oštećenja i pogrešaka ostaje. Promjene u slijedu i broju nukleotida u DNK nazivaju se mutacije.
Mutacije su trajne nagle promjene u nasljednom aparatu stanice, koje nisu povezane s uobičajenom rekombinacijom genetskog materijala.
Sve mutacije klasificirane su prema nekoliko kriterija. jedan. Zbog pojave razlikovati spontane i inducirane
Spontane mutacije - Riječ je o mutacijama koje su nastale spontano pod utjecajem prirodnih mutagena egzogenog ili endogenog porijekla. Uzrok ovakvih mutacija mogu biti kozmičko zračenje, radioaktivni izotopi, endogeni kemijski mutageni (peroksidi i slobodni radikali – automutageni) koji nastaju u tijelu tijekom metabolizma. Starost igra značajnu ulogu u nastanku spontanih mutacija. Kod muškaraca se s godinama mutacije gena nakupljaju u zametnim stanicama. Kod žena nije zabilježena ovisnost genskih mutacija o dobi, ali je utvrđena jasna povezanost između dobi majke i učestalosti kromosomskih bolesti u potomstva.
inducirane mutacije - to su mutacije uzrokovane usmjerenim djelovanjem na tijelo čimbenika različitog podrijetla – fizikalnih, kemijskih ili bioloških mutagena. Prevalencija nekih mutagena u ljudskom okolišu prikazana je u Dodatku. jedan.
Do fizički mutageni uključuju ionizirajuće zračenje (α-, β- i γ-zrake, x-zrake, neutrone) i UV zračenje. Posebnost ionizirajućeg zračenja je u tome što može izazvati mutacije
u male doze koje ne uzrokuju oštećenja zračenja.
Do kemijski mutageni uključuju alkohole, kiseline, teške metale, soli i druge spojeve. Kemijski mutageni se nalaze u zraku (arsen, fluor, sumporovodik, olovo i dr.), tlu (pesticidi i dr.
kemikalije), hrana, voda. Utvrđeno je da mnogi lijekovi imaju izraženu mutagenu aktivnost (Prilog 2). Vrlo jak mutagen je kondenzat dima cigarete, koji sadrži benzpiren. Kondenzat dima i površinska kora koja nastaje kada se riba i govedina prže sadrže pirolize triptofana, koji su kemijski mutageni. Značajka kemijskih mutagena je da njihovo djelovanje ovisi o dozi i stadiju staničnog ciklusa. Što je veća doza mutagena, to je jači mutageni učinak.
Do biološki mutageni uključuju bakterijske toksine, ospice, rubeolu, gripu, herpes, antigene nekih mikroorganizama.
Glavne medicinske posljedice mutageneze u različite vrstećelije su prikazane na sl. jedan.
2. Prema vrsti stanica u kojima je došlo do mutacije razlikuju se gametičke, somatske i mozaične mutacije.
Gametske mutacije nastaju u zametnim stanicama. Naslijeđuju ih potomci i u pravilu se nalaze u svim stanicama tijela. Njihove posljedice utječu na sudbinu potomstva i uzrokuju nasljedne bolesti.
Riža. jedan . Medicinske implikacije mutageneze u različitim tipovima stanica
Somatske mutacije javljaju se u somatskim stanicama, slučajne su prirode, mogu se pojaviti u bilo kojoj fazi razvoja, počevši od zigote. Oni se ne nasljeđuju.
Mozaičke mutacije su mutacije koje se javljaju u stanicama embrija ili fetusa. Kao rezultat, nastaju stanične linije s različitim genotipovima. Neke stanice tijela imaju normalan kariotip, dok druge imaju abnormalan. Što se ranije u ontogenezi javlja somatska mutacija, to više stanica sadrži tu mutaciju i to su njezine manifestacije izraženije.
3. Po vrijednosti se razlikuju patogene, neutralne i povoljne mutacije.
Patogene mutacije dovesti do smrti embrija (ili fetusa) ili do razvoja nasljednih i prirođenih bolesti. Dijele se na smrtonosne, polusmrtonosne, nesmrtonosne. Smrtonosnost se može manifestirati na razini gameta, zigota, embrija, fetusa, kao i nakon rođenja.
Neutralne mutacije obično ne utječu na vitalnu aktivnost organizma (na primjer, mutacije koje uzrokuju pojavu pjegica na koži, promjene boje kose, šarenice).
Povoljne mutacije povećati održivost organizma ili vrste (na primjer, tamna boja kože kod stanovnika afričkog kontinenta).
četiri . Ovisno o količini oštećenog materijala mutacije se dijele na genetski (promjene u pojedinačnim genima), kromosomski (strukturne kromosomske aberacije), genomski (numeričke kromosomske aberacije).
Antimutageneza. Mehanizmi djelovanja antimutagena
Antimutageneza je proces suzbijanja spontanih i induciranih mutacija. Tvari s takvim svojstvima nazivaju se antimutageni. Neki od njih su dati u dodatku. 3.
Postoje različiti principi za klasifikaciju antimutagena:
1) po podrijetlu: egzogeni i endogeni, intracelularni i izvanstanični;
2) mehanizam djelovanja;
3) kemijska struktura i antikancerogena svojstva.
Egzogeni antimutageni uključuju:
– esencijalne aminokiseline (metionin, histidin, arginin, glutaminska kiselina, itd.);
– vitamini i provitamini (uglavnom A, E, C, K);
– polinezasićene masne kiseline;
– elementi u tragovima (Se), kobalt klorid;
– prehrambena vlakna;
2) prodiranje u tijelo respiratornim putem (fitoncidi);
3) ulazak u ljudsko tijelo oralnim putem u procesu farmakoterapije ili profilaktičke primjene:
– lijekovi (streptomicin, kloramfenikol itd., koji se koriste u malim
– posebno sintetizirani lijekovi (bemitil);
– biološki aktivni aditivi(indol-3-karbinol, itd.);
– sintetski antimutageni (ionol, dibunol, itd.).
Endogeni antimutageni uključuju:
1) oštećeni sustav popravka DNK;
2) antioksidativni sustav;
3) enzimski sustavi;
4) stanični metaboliti;
5) hormoni štitnjače, melatonin;
6) embrionalne tvari (Co);
7) Spojevi koji sadrže S (glutation).
Mehanizmi djelovanja antimutagena
Glavni mehanizmi djelovanja antimutagena uključuju:
1. Inaktivacija mutagena vanjskog porijekla i zaštita DNK od njihovog štetnog djelovanja(dismutageni). U većini slučajeva dismutageni se stabilno vežu za mutagen i uklanjaju ga iz organizma (ekstrakti peršina, cikle, rotkvice, celera, šljive, borovnice, jabuke).
2. Suzbijanje stvaranja pravih mutagena iz prekursorskih ne-mutagena(vitamini C, E, tanini,
neki fenoli).
3. Suzbija aktivnost slobodnih radikala koji mogu oštetiti DNK(antioksidansi: superoksid dismutaza, glutation peroksidaza, katalaza, vitamin C, A,α-tokoferol, β-karoten, E, melatonin, itd.).
4. Povećana aktivnost enzimskih sustava koji neutraliziraju mutagene, karcinogene i druge genotoksične spojeve. Univerzalni mehanizam inaktivacije ksenobiotika osiguravaju mikrosomalni jetreni enzimi, koji metaboliziraju do 75% svih lijekova.
5. Antimutageni koji smanjuju greške popravka i replikacije DNK,
aktivacija i korekcija popravka (reparativi) . Za reparacije
Antimutageni koji se nalaze u određenim namirnicama (na primjer, kukuruzno, pamučno, suncokretovo, sojino i druga biljna ulja) uključuju:
– vanilin, cijanamaldehid i drugi aldehidi nastali tijekom oksidacije zasićenih masnih kiselina. Ove tvari potiču genetsku rekombinaciju, privremeno inhibiraju diobu stanica, povećavajući vrijeme popravka DNK;
– soli kobalta, koje povećavaju učinkovitost popravka DNK bez pogrešaka (u dovoljnim količinama nalaze se u luku, kupusu, rajčicama, salati, krumpiru, crnom ribizu i kruškama).
6. Antimutageni s nepoznatim mehanizmom djelovanja.NA posljednjih godina utvrđena je polifunkcionalnost za neke antimutagene (fenolnu komponentu zelenog čaja - epigalokatehinhalat, izocijanate iz povrća križarica - sulforan i fenol izocijanat i dr.). Antimutageni djeluju kao hvatači slobodnih radikala, inhibiraju sintezu metaboličke aktivacije ksenobiotika i potiču njihovu detoksikaciju, moduliraju popravak DNA, utječu na faktore transkripcije i signalne putove uključene u apoptozu i regulaciju staničnog ciklusa te potiskuju upalu i angiogenezu.
Dakle, glavni antimutageni uključuju:
1) spojevi koji neutraliziraju mutagen prije nego što on reagira s molekulom
2) tvari koje uklanjaju oštećenje molekule DNA uzrokovano mutagenom ili povećavaju njegovu otpornost na mutagen;
3) spojevi koji sprječavaju transformaciju neizravnih mutagena u prave mutagene u tijelu.
BOLESTI GENA
Genetske bolesti su skupina bolesti koje su po kliničkim manifestacijama heterogene, a uzrokovane su mutacijama na razini gena. Osnova za njihovo spajanje u jednu skupinu su etiološke genetske karakteristike i, sukladno tome, obrasci nasljeđivanja u obiteljima i populacijama.
Etiologija genskih bolesti
Uzroci genskih bolesti su mutacije gena koje mogu utjecati strukturni, transportni i embrionalni proteini, kao i enzimi.
Genske mutacije su molekularne promjene u strukturi DNK. Oni su posljedica promjena kemijska struktura gen, odnosno specifičan
Varijabilnost je proces koji odražava odnos organizma s okolinom.
S genetske točke gledišta, varijabilnost je rezultat reakcije genotipa u procesu individualni razvoj organizam na uvjete okoline.
Varijabilnost organizama jedan je od glavnih čimbenika evolucije. Služi kao izvor za umjetnu i prirodnu selekciju.
Biolozi razlikuju nasljednu i nenasljednu varijabilnost. Nasljedna varijabilnost uključuje takve promjene u karakteristikama organizma koje su određene genotipom i traju tijekom niza generacija. Na nenasljednu varijabilnost, koju je Darwin nazvao određenom, a sada se zove modifikacija, ili fenotipska varijabilnost, odnose se na promjene karakteristika organizma; nisu sačuvani tijekom spolnog razmnožavanja.
nasljedna varijabilnost je promjena genotipa nenasljedna varijabilnost- promjena fenotipa organizma.
Tijekom individualnog života organizma, pod utjecajem okolišnih čimbenika, u njemu se mogu dogoditi dvije vrste promjena: u jednom slučaju funkcioniranje, djelovanje gena u procesu formiranja osobine, promjene, u drugom genotip. sebe.
Upoznali smo se s nasljednom varijabilnosti koja proizlazi iz kombinacija gena i njihove interakcije. Kombinacija gena se provodi na temelju dva procesa: 1) neovisne raspodjele kromosoma u mejozi i njihove nasumične kombinacije tijekom oplodnje; 2) križanje kromosoma i rekombinacija gena. Obično se naziva nasljedna varijabilnost zbog kombinacije i rekombinacije gena kombinativna varijabilnost. Kod ove vrste varijabilnosti ne mijenjaju se sami geni, mijenja se njihova kombinacija i priroda interakcije u sustavu genotipova. Međutim, ovu vrstu nasljedne varijabilnosti treba smatrati sekundarnom pojavom, a mutacijsku promjenu gena treba smatrati primarnom.
Izvor za prirodni odabir su nasljedne promjene – i mutacije gena i njihova rekombinacija.
Promjenjivost ima ograničenu ulogu u organskoj evoluciji. Dakle, ako uzmete vegetativne izbojke iz iste biljke, na primjer, jagode, i uzgajate ih u različitim uvjetima vlažnosti, temperature, svjetlosti, na različitim tlima, tada će se unatoč istom genotipu pokazati različitim. Djelovanje raznih ekstremnih čimbenika može uzrokovati još veće razlike među njima. Međutim, sjeme prikupljeno od takvih biljaka i posijano pod istim uvjetima dat će istu vrstu potomstva, ako ne u prvoj, onda u sljedećim generacijama. Promjene u znakovima organizma, uzrokovane djelovanjem čimbenika okoliša u ontogenezi, nestaju smrću organizma.
Istodobno, sposobnost za takve promjene, ograničena granicama normalne reakcije genotipa organizma, ima važan evolucijski značaj. Kao što su pokazali A. P. Vladimirsky 1920-ih, V. S. Kirpichnikov i I. I. Shmalgauzen 1930-ih, u slučaju kada dolazi do modifikacijskih promjena u adaptivnoj vrijednosti s čimbenicima okoliša koji stalno djeluju u nizu generacija, koji mogu uzrokovati mutacije koje određuju iste promjene , može se steći dojam nasljedne fiksacije modifikacija.
Mutacijske promjene nužno su povezane s reorganizacijom reproduktivnih struktura zametnih i somatskih stanica. Temeljna razlika između mutacija i modifikacija je u tome što se mutacije mogu točno reproducirati u dugom nizu staničnih generacija, bez obzira na okolišne uvjete u kojima se odvija ontogeneza. To se objašnjava činjenicom da je pojava mutacija povezana s promjenom jedinstvenih struktura stanice - kromosoma.
O pitanju uloge varijabilnosti u evoluciji, u biologiji se dugo raspravljalo o problemu nasljeđivanja takozvanih stečenih osobina, koji je iznio J. Lamarck 1809., djelomično prihvaća Charles Darwin i još uvijek podržava od strane brojnih biologa. No, velika većina znanstvenika smatrala je samu formulaciju ovog problema neznanstvenom. Pritom se mora reći da je ideja da nasljedne promjene u tijelu nastaju primjereno djelovanju okolišnog čimbenika potpuno apsurdna. Mutacije se javljaju na razne načine; ne mogu biti prilagodljivi za sam organizam, budući da nastaju u pojedinačnim stanicama
A njihovo djelovanje ostvaruje se samo u potomstvu. Ne faktor koji je izazvao mutaciju, već samo selekcija procjenjuje prilagodljivo znanje o mutaciji. Budući da su smjer i tempo evolucije određeni prirodnom selekcijom, a potonjom kontroliraju mnogi čimbenici unutarnjeg i vanjskog okruženja, stvara se lažna ideja o početnoj primjerenoj svrsishodnosti nasljedne varijabilnosti.
Selekcija na temelju pojedinačnih mutacija "konstruira" sustave genotipova koji zadovoljavaju zahtjeve onih trajnih uvjeta u kojima vrsta postoji.
Uvjet " mutacija"prvi je predložio G. de Vries u svom klasičnom djelu" Teorija mutacije "(1901-1903). Mutacijom je nazvao fenomen grčevite, diskontinuirane promjene u nasljednoj osobini. Glavne odredbe de Vriesove teorije do sada nisu izgubile na značaju, pa ih stoga treba navesti ovdje:
- mutacija se javlja iznenada, bez ikakvih prijelaza;
- novi oblici su potpuno postojani, odnosno postojani;
- Mutacije, za razliku od nenasljednih promjena (fluktuacija), ne tvore kontinuirane serije, nisu grupirane oko prosječnog tipa (moda). Mutacije su kvalitativne promjene;
- mutacije idu u različitim smjerovima, mogu biti i korisne i štetne;
- otkrivanje mutacija ovisi o broju pojedinaca analiziranih za otkrivanje mutacija;
- iste se mutacije mogu ponavljati.
Međutim, G. de Vries je napravio temeljnu pogrešku suprotstavljajući teoriju mutacija teoriji prirodne selekcije. Pogrešno je vjerovao da mutacije mogu odmah dovesti do novih vrsta prilagođenih vanjskom okruženju, bez sudjelovanja selekcije. Zapravo, mutacije su samo izvor nasljednih promjena koje služe kao materijal za selekciju. Kao što ćemo kasnije vidjeti, mutacija gena se evaluira samo selekcijom u sustavu genotipova. Pogreška G. de Vriesa dijelom je povezana s činjenicom da se mutacije koje je proučavao kod noćurka (Oenothera Lamarciana) naknadno ispostavile kao rezultat cijepanja složenog hibrida.
No, ne može se ne diviti znanstvenom predviđanju koje je H. de Vries napravio u vezi s formulacijom glavnih odredbi teorije mutacije i njezinog značaja za selekciju. Još 1901. godine napisao je: “...mutacija, sama mutacija, trebala bi postati predmet proučavanja. A ako ikad uspijemo razjasniti zakone mutacije, onda ne samo da će naš pogled na međusobni odnos živih organizama postati mnogo dublji, nego ćemo se i usuditi nadati se da bi se otvorila mogućnost ovladavanja promjenjivosti kao i da će uzgajivač dominirati varijabilnost, varijabilnost. Naravno, do toga ćemo dolaziti postupno, svladavajući pojedinačne mutacije, a to će također donijeti mnoge dobrobiti poljoprivrednoj i hortikulturnoj praksi. Mnogo toga što se sada čini nedostižnim bit će u našoj moći, ako samo možemo naučiti zakone na kojima se temelji mutacija vrsta. Očito, ovdje nas čeka neograničeno polje ustrajnog rada od velike važnosti kako za znanost tako i za praksu. Ovo je obećavajuće područje za dominantne mutacije.” Kao što ćemo kasnije vidjeti, moderna prirodna znanost je na pragu razumijevanja mehanizma mutacije gena.
Teorija mutacija mogla se razviti tek nakon otkrića Mendelovih zakona i obrazaca uspostavljenih u eksperimentima Morganove škole povezivanja gena i njihove rekombinacije kao rezultat križanja. Tek od uspostavljanja nasljedne diskretnosti kromosoma, teorija mutacija je dobila temelj za znanstvena istraživanja.
Iako trenutno pitanje prirode gena nije u potpunosti razjašnjeno, brojni opći obrasci mutacije gena su ipak čvrsto utvrđeni.
Genske mutacije javljaju se kod svih klasa i vrsta životinja, viših i nižih biljaka, višestaničnih i jednostaničnih organizama, bakterija i virusa. Mutacijska varijabilnost kao proces kvalitativnih grčevitih promjena univerzalna je za sve organske oblike.
Čisto konvencionalno, proces mutacije se dijeli na spontani i inducirani. U slučajevima kada mutacije nastaju pod utjecajem običnih prirodnih čimbenika okoliša ili kao rezultat fizioloških i biokemijskih promjena u samom organizmu, nazivaju se spontanim mutacijama. Mutacije koje nastaju pod utjecajem posebnih utjecaja (ionizirajuće zračenje, kemikalije, ekstremni uvjeti i sl.) nazivaju se inducirano. Ne postoje temeljne razlike između spontanih i induciranih mutacija, ali proučavanje potonjih vodi biologe da svladaju nasljednu varijabilnost i razotkriju misterij gena.
Ako pronađete pogrešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.
U našem članku ćemo govoriti o jedinstvenom svojstvu svih živih organizama, što je osiguralo nastanak ogromnog broja vrsta živih bića. Ovo je nasljedna varijacija. Što je to, koje su njegove značajke i mehanizam provedbe? Sada ćete pronaći odgovore na ova i mnoga druga pitanja.
Što proučava genetika
Relativno mlada genetika u 19. stoljeću otkrila je čovječanstvu mnoge tajne svog nastanka i razvoja. A predmet njegovog proučavanja su samo dva svojstva živih organizama: nasljednost i varijabilnost. Zahvaljujući prvom, osigurava se kontinuitet generacija i provodi se točan prijenos. genetske informacije kroz niz generacija. Ali varijabilnost osigurava pojavu novih značajki.
Vrijednost varijabilnosti
Zašto bi organizam stekao te nove osobine? Odgovor je sasvim jednostavan: za mogućnost prilagodbe. Na fotografiji ispod vidite predstavnike nekoliko rasa iste biološke vrste - Homo sapiens. Njihove morfološke razlike u ovoj fazi, naravno, nemaju adaptivnog značaja. Ali njihovi daleki preci, nove značajke pomogle su preživjeti u teškim uvjetima. Dakle, predstavnici mongoloidne rase imaju uski dio očiju, jer su u stepama često bile oluje prašine. A negroidi imaju tamnu kožu kao zaštitu od užarenog sunca.
Vrste varijabilnosti
Varijabilnost je svojstvo organizama da stječu nova obilježja u procesu svog povijesnog i individualnog razvoja. Dvije je vrste. Ovo je modifikacija i nasljedna varijabilnost. Ujedinjuje ih niz značajki. Na primjer, neizbježne su promjene u vanjska struktura organizmi. Ali u smislu trajanja postojanja modifikacija i stupnja djelovanja, oni su apsolutno različiti.
Promjenjivost modifikacije
Ova vrsta varijabilnosti nije nasljedna. Nije fiksiran u genotipu, nije trajan i javlja se pod utjecajem promjena uvjeta okoline. Upečatljiv primjer varijabilnosti modifikacije je dobro poznati pokus sa zecem. Bio je obrijan s malog mrlja sive vune. Led se stavljao na golu kožu. Nakon nekog vremena na ovom mjestu je izrasla vuna. bijela boja, koji je također bio obrijan. Ali led u ovom slučaju nije primijenjen. Kao rezultat toga, tamna kosa je ponovno izrasla na ovom području.
nasljedna varijabilnost
Ova vrsta varijabilnosti je trajna, jer utječe na strukturu genotipa sve do razine DNK nukleotida. Istovremeno se nove osobine prenose na nove generacije. Nasljedna varijabilnost, zauzvrat, također je dvije vrste: kombinirana i mutacijska. Prvi se događa kada se pojavi nova kombinacija genetskog materijala. Njegov najjednostavniji primjer je spajanje gameta tijekom spolnog razmnožavanja. Kao rezultat toga, tijelo, primajući polovicu genetskih informacija od muškog i ženskog tijela, stječe nove značajke.
Drugi tip je mutacijska nasljedna varijabilnost. Sastoji se od pojave oštrih nesmjernih promjena u genotipu pod utjecajem različitih čimbenika. Mogu biti ionizirajuće i ultraljubičasto zračenje, visoke temperature, koje sadrže dušik kemijske tvari i drugi.
Ovisno o razini strukture genetskog aparata u kojem se događaju promjene, razlikuje se nekoliko vrsta takvih nasljednih modifikacija. S genomskim promjenama u broju kromosoma u ukupnom skupu. To dovodi do anatomskih i morfoloških promjena u tijelu. Dakle, pojava trećeg kromosoma u 21. paru uzrokuje Downovu bolest. S kromosomskim mutacijama dolazi do preuređivanja ove strukture. Mnogo su rjeđi od genomskih. Dijelovi kromosoma mogu biti duplicirani ili odsutni, uvrnuti, mijenjati svoj položaj. Ali mutacije gena, koje se nazivaju i točkaste mutacije, remete slijed monomera u strukturi nukleinskih kiselina.
Bez obzira na vrstu mutacije, svi oni, u pravilu, nemaju korisne značajke za tijelo. Stoga, osoba uči upravljati njima umjetno. Dakle, u uzgoju se često koristi poliploidija - višestruko povećanje broja kromosoma u skupu. Kao rezultat toga, biljka postaje snažnija i daje velike plodove u velikim količinama. Nećete nikoga iznenaditi s breskvom smokve i drugim ukusnim hibridima biljaka. Ali oni su rezultat umjetno provedene nasljedne varijabilnosti.
Nasljedna varijabilnost u procesu evolucije
Razvoj genetike pomogao je da se napravi značajan iskorak u razvoju evolucijske doktrine. Činjenica da samo jedan par kromosoma razlikuje čovjeka i majmuna bio je značajan dokaz Darwinove teorije. U biljkama i životinjama u povijesni razvoj moguće je pratiti nasljeđivanje progresivnih osobina koje su se prenosile i fiksirale u genotipu. Na primjer, alge su došle na kopno zbog činjenice da je u genotipu fiksiran znak prisutnosti mehaničkih i vodljivih tkiva. Svaka sljedeća generacija ostavljala je za sebe samo potrebne, korisne značajke, koje su se prilagođavale ovisno o životnim uvjetima i okolišu. Tako su se pojavile dominantne vrste biljaka i životinja koje posjeduju najprogresivnije značajke strukture.
Dakle, nasljedna varijabilnost je sposobnost organizama da steknu nova svojstva koja su fiksirana u genotipu. Takve promjene su dugotrajne prirode, ne nestaju promjenom uvjeta okoline i naslijeđuju se.
Varijabilnost- ovo je opće svojstvo živih sustava povezano s promjenama fenotipa i genotipa koje nastaju pod utjecajem vanjskog okruženja ili kao rezultat promjena u nasljednom materijalu. Razlikovati nenasljednu i nasljednu varijabilnost.
Nenasljedna varijabilnost. Nenasljedno, ili grupno (definirano), odn varijabilnost modifikacije- to su promjene fenotipa pod utjecajem uvjeta okoline. Varijabilnost modifikacije ne utječe na genotip jedinki. Genotip, dok ostaje nepromijenjen, određuje granice unutar kojih se fenotip može promijeniti. Ove granice, tj. prilike za fenotipsko očitovanje osobine nazivaju se brzina reakcije i naslijeđeno. Norma reakcije postavlja granice unutar kojih se određena značajka može promijeniti. Različiti znakovi imaju različitu brzinu reakcije – široku ili usku. Tako se, na primjer, takvi znakovi kao krvna grupa, boja očiju ne mijenjaju. Oblik oka sisavca se neznatno mijenja i ima usku brzinu reakcije. Mliječnost krava može varirati u prilično širokom rasponu ovisno o uvjetima pasmine. Druge kvantitativne karakteristike također mogu imati široku reakciju - rast, veličina lista, broj zrna po klipu, itd. Što je veća stopa reakcije, to pojedinac ima više mogućnosti da se prilagodi uvjetima okoline. Zato ima više jedinki s prosječnom izraženošću neke osobine nego pojedinaca s njezinim ekstremnim izrazima. To dobro ilustrira takav primjer kao što je broj patuljaka i divova u ljudima. Malo ih je, dok je ljudi s visinom od 160-180 cm tisuće puta više.
Na fenotipske manifestacije osobine utječe kumulativna interakcija gena i uvjeta okoline. Modifikacijske promjene nisu naslijeđene, ali nemaju nužno grupni karakter i ne očituju se uvijek kod svih jedinki neke vrste u istim uvjetima okoliša. Izmjene osiguravaju da je pojedinac prilagođen tim uvjetima.
nasljedna varijabilnost(kombinativni, mutacijski, neodređeni).
Promjenjivost kombinacije nastaje tijekom spolnog procesa kao rezultat novih kombinacija gena koje nastaju tijekom oplodnje, križanja, konjugacije, t.j. u procesima popraćenim rekombinacijama (preraspodjelom i novim kombinacijama) gena. Kao rezultat kombinirane varijabilnosti nastaju organizmi koji se razlikuju od svojih roditelja po genotipovima i fenotipovima. Neke kombinirane promjene mogu biti štetne za pojedinca. Za vrstu su kombinirane promjene općenito korisne, jer. dovesti do genotipske i fenotipske raznolikosti. To doprinosi opstanku vrsta i njihovom evolucijskom napretku.
Mutacijska varijabilnost povezana s promjenama u slijedu nukleotida u molekulama DNA, brisanjem i insercijama velikih dijelova u molekulama DNA, promjenama u broju molekula DNA (kromosoma). Takve promjene se nazivaju mutacije. Mutacije se nasljeđuju.
Mutacije uključuju:
– genetski- izazivanje promjena u slijedu nukleotida DNA u određenom genu, a time i u mRNA i proteinu koji je kodiran ovim genom. Genske mutacije su i dominantne i recesivne. Mogu dovesti do pojave znakova koji podržavaju ili deprimiraju vitalnu aktivnost organizma;
– generativna mutacije utječu na zametne stanice i prenose se tijekom spolnog razmnožavanja;
– somatski mutacije ne utječu na zametne stanice i ne nasljeđuju se kod životinja, dok se kod biljaka nasljeđuju tijekom vegetativnog razmnožavanja;
– genomski mutacije (poliploidija i heteroploidija) povezane su s promjenom broja kromosoma u kariotipu stanice;
– kromosomski mutacije su povezane s preuređivanjem u strukturi kromosoma, promjenom položaja njihovih dijelova kao rezultatom lomova, gubitkom pojedinih dijelova itd.
Najčešće su genske mutacije, uslijed kojih dolazi do promjene, gubitka ili umetanja DNA nukleotida u gen. Mutantni geni prenose različite informacije na mjesto sinteze proteina, a to, zauzvrat, dovodi do sinteze drugih proteina i pojave novih osobina. Mutacije se mogu pojaviti pod utjecajem zračenja, ultraljubičastog zračenja, raznih kemijskih sredstava. Nisu sve mutacije učinkovite. Neki od njih se ispravljaju tijekom popravka DNK. Fenotipski se mutacije očituju ako nisu dovele do smrti organizma. Većina genskih mutacija je recesivna. Od evolucijske važnosti su fenotipski manifestirane mutacije koje su pojedincima davale ili prednosti u borbi za postojanje, ili obrnuto, koje su uzrokovale njihovu smrt pod pritiskom prirodne selekcije.
Proces mutacije povećava genetsku raznolikost populacija, što stvara preduvjete za evolucijski proces.
Učestalost mutacija može se povećati umjetno, što se koristi u znanstvene i praktične svrhe.
Varijabilnost- ovo je opće svojstvo živih sustava povezano s promjenama fenotipa i genotipa koje nastaju pod utjecajem vanjskog okruženja ili kao rezultat promjena u nasljednom materijalu. Razlikovati nenasljednu i nasljednu varijabilnost.
Nenasljedna varijabilnost. Nenasljedno, ili grupno (definirano), odn varijabilnost modifikacije- to su promjene fenotipa pod utjecajem uvjeta okoline. Varijabilnost modifikacije ne utječe na genotip jedinki. Genotip, dok ostaje nepromijenjen, određuje granice unutar kojih se fenotip može promijeniti. Ove granice, tj. prilike za fenotipsko očitovanje osobine nazivaju se brzina reakcije i naslijeđeno. Norma reakcije postavlja granice unutar kojih se određena značajka može promijeniti. Različiti znakovi imaju različitu brzinu reakcije – široku ili usku. Tako se, na primjer, takvi znakovi kao krvna grupa, boja očiju ne mijenjaju. Oblik oka sisavca se neznatno mijenja i ima usku brzinu reakcije. Mliječnost krava može varirati u prilično širokom rasponu ovisno o uvjetima pasmine. Druge kvantitativne karakteristike također mogu imati široku reakciju - rast, veličina lista, broj zrna po klipu, itd. Što je veća stopa reakcije, to pojedinac ima više mogućnosti da se prilagodi uvjetima okoline. Zato ima više jedinki s prosječnom izraženošću neke osobine nego pojedinaca s njezinim ekstremnim izrazima. To dobro ilustrira takav primjer kao što je broj patuljaka i divova u ljudima. Malo ih je, dok je ljudi s visinom od 160-180 cm tisuće puta više.
Na fenotipske manifestacije osobine utječe kumulativna interakcija gena i uvjeta okoline. Modifikacijske promjene nisu naslijeđene, ali nemaju nužno grupni karakter i ne očituju se uvijek kod svih jedinki neke vrste u istim uvjetima okoliša. Izmjene osiguravaju da je pojedinac prilagođen tim uvjetima.
nasljedna varijabilnost(kombinativni, mutacijski, neodređeni).
Promjenjivost kombinacije nastaje tijekom spolnog procesa kao rezultat novih kombinacija gena koje nastaju tijekom oplodnje, križanja, konjugacije, t.j. u procesima popraćenim rekombinacijama (preraspodjelom i novim kombinacijama) gena. Kao rezultat kombinirane varijabilnosti nastaju organizmi koji se razlikuju od svojih roditelja po genotipovima i fenotipovima. Neke kombinirane promjene mogu biti štetne za pojedinca. Za vrstu su kombinirane promjene općenito korisne, jer. dovesti do genotipske i fenotipske raznolikosti. To doprinosi opstanku vrsta i njihovom evolucijskom napretku.
Mutacijska varijabilnost povezana s promjenama u slijedu nukleotida u molekulama DNA, brisanjem i insercijama velikih dijelova u molekulama DNA, promjenama u broju molekula DNA (kromosoma). Takve promjene se nazivaju mutacije. Mutacije se nasljeđuju.
Mutacije uključuju:
– genetski- izazivanje promjena u slijedu nukleotida DNA u određenom genu, a time i u mRNA i proteinu koji je kodiran ovim genom. Genske mutacije su i dominantne i recesivne. Mogu dovesti do pojave znakova koji podržavaju ili deprimiraju vitalnu aktivnost organizma;
– generativna mutacije utječu na zametne stanice i prenose se tijekom spolnog razmnožavanja;
– somatski mutacije ne utječu na zametne stanice i ne nasljeđuju se kod životinja, dok se kod biljaka nasljeđuju tijekom vegetativnog razmnožavanja;
– genomski mutacije (poliploidija i heteroploidija) povezane su s promjenom broja kromosoma u kariotipu stanice;
– kromosomski mutacije su povezane s preuređivanjem u strukturi kromosoma, promjenom položaja njihovih dijelova kao rezultatom lomova, gubitkom pojedinih dijelova itd.
Najčešće su genske mutacije, uslijed kojih dolazi do promjene, gubitka ili umetanja DNA nukleotida u gen. Mutantni geni prenose različite informacije na mjesto sinteze proteina, a to, zauzvrat, dovodi do sinteze drugih proteina i pojave novih osobina. Mutacije se mogu pojaviti pod utjecajem zračenja, ultraljubičastog zračenja, raznih kemijskih sredstava. Nisu sve mutacije učinkovite. Neki od njih se ispravljaju tijekom popravka DNK. Fenotipski se mutacije očituju ako nisu dovele do smrti organizma. Većina genskih mutacija je recesivna. Od evolucijske važnosti su fenotipski manifestirane mutacije koje su pojedincima davale ili prednosti u borbi za postojanje, ili obrnuto, koje su uzrokovale njihovu smrt pod pritiskom prirodne selekcije.
Proces mutacije povećava genetsku raznolikost populacija, što stvara preduvjete za evolucijski proces.
Učestalost mutacija može se povećati umjetno, što se koristi u znanstvene i praktične svrhe.
PRIMJERI ZADATAKA
dio A
A1. Promjenjivost se shvaća kao
1) fenotipska varijabilnost
2) genotipska varijabilnost
3) brzina reakcije
4) sve promjene u značajci
A2. Navedite osobinu s najširom stopom reakcije
1) oblik krila lastavice
2) oblik orlovskog kljuna
3) vrijeme linjanja zeca
4) količina vune u ovci
A3. Navedite točnu tvrdnju
1) čimbenici okoliša ne utječu na genotip jedinke
2) nije naslijeđen fenotip, već sposobnost da se on manifestira
3) promjene modifikacije uvijek se nasljeđuju
4) promjene modifikacije su štetne
A4. Navedite primjer genomske mutacije
1) pojava anemije srpastih stanica
2) pojava triploidnih oblika krumpira
3) stvaranje pasmine pasa bez repa
4) rođenje albino tigra
A5. S promjenom slijeda DNK nukleotida u genu,
1) mutacije gena
2) kromosomske mutacije
3) genomske mutacije
4) kombinativna preuređivanja
A6. Oštar porast postotka heterozigota u populaciji žohara može dovesti do:
1) povećanje broja genskih mutacija
2) stvaranje diploidnih gameta kod većeg broja jedinki
3) kromosomske preraspodjele u nekih članova populacije
4) promjena temperature okoline
A7. Primjer je ubrzano starenje kože ruralnih stanovnika u usporedbi s urbanim
2) varijabilnost kombinacije
3) mutacije gena pod utjecajem ultraljubičastog zračenja
4) varijabilnost modifikacije
A8. Glavni uzrok kromosomske mutacije može biti
1) zamjena nukleotida u genu
2) promjena temperature okoline
3) kršenje mejotičkih procesa
4) umetanje nukleotida u gen
Dio B
U 1. Koji primjeri ilustriraju varijabilnost modifikacije
1) ljudski preplanulost
2) rodni znak na koži
3) gustoća dlake zeca iste pasmine
4) povećanje mliječnosti kod krava
5) šesteroprsti kod ljudi
6) hemofilija
U 2. Navedite događaje povezane s mutacijama
1) višestruko povećanje broja kromosoma
2) mijenjanje podlake zeca zimi
3) zamjena aminokiselina u proteinskoj molekuli
4) pojava albina u obitelji
5) rast korijenskog sustava kaktusa
6) stvaranje cista u protozoa
VZ. Spojite obilježje koje karakterizira varijabilnost s njegovim tipom
Dio C
C1. Koji su načini da se postigne umjetno povećanje učestalosti mutacija i zašto bi to trebalo učiniti?
C2. Pronađite greške u zadanom tekstu. Popravi ih. Navedite brojeve rečenica u kojima su učinjene pogreške. Objasnite ih.
1. Modifikacijska varijabilnost popraćena je genotipskim promjenama. 2. Primjeri modifikacije su posvjetljivanje dlake nakon dugog izlaganja suncu, povećanje mliječnosti krava uz poboljšanje ishrane. 3. Podaci o modifikacijskim promjenama sadržani su u genima. 4. Sve promjene modifikacije su naslijeđene. 5. Na očitovanje modifikacijskih promjena utječu čimbenici okoliša. 6. Sve znakove jednog organizma karakterizira ista brzina reakcije, t.j. granice njihove varijabilnosti.
Štetni učinci mutagena, alkohola, lijekova, nikotina na genetski aparat stanice. Zaštita okoliša od onečišćenja mutagenima. Identifikacija izvora mutagena u okoliš(posredno) i evaluacija moguće posljedice njihov učinak na vlastito tijelo. Ljudske nasljedne bolesti, njihovi uzroci, prevencija
Glavni pojmovi i pojmovi testirani u ispitnom radu: biokemijska metoda, metoda blizanaca, hemofilija, heteroploidija, daltonizam, mutageni, mutageneza, poliploidija.
