Онтогенез

1. Онтогенез – индивидуальное развитие организма. Периодизация онтогенеза

Онтогенез – это индивидуальное развитие особи от ее зарождения до смерти. Продолжительность онтогенеза у разных организмов различна и не зависит от уровня организации. Появление изменений в онтогенезе определяется генотипом. Индивидуальное развитие включает рост (количественные изменения) и дифференциацию клеток (качественные изменения) и осуществляется под влиянием многих факторов (например, условия среды, нервная, гуморальная регуляция и др.). У разных групп организмов онтогенез имеет свои особенности, которые зависят от уровня организации (у одноклеточных организмов совпадает с клеточным циклом), способов размножения (при вегетативном размножении онтогенез сводится к дифференциации клеток и органов многоклеточного зачатка, при бесполом размножении зарождения начинается с споры, при половом размножении исходной стадией является зигота)

1. Эмбриональный период
2. Дробление.
3. Гаструляция: а) формирование экто- и энтодермы; б) формирование мезодермы.
4. Гистогенез и органогенез
5. постэмбриональное период
6. неполовозрелых период.
7. Период полового созревания.
8. Период половой зрелости.
9. Период старения.
10. Смерть

2. Основные стадии эмбриогенеза (дробление, гаструляция, органогенез)

Эмбриогенез (греч. embryon – зародыш, genesis – развитие) – ранний период индивидуального развития организма от момента оплодотворения (зачатия) до рождения, является начальным этапом онтогенеза (греч. ontos – существо, genesis – развитие), процесса индивидуального развития организма от зачатия до смерти. Развитие любого организма начинается в результате слияния двух половых клеток (гамет), мужской и женской. При слиянии половых клеток образуется клетка – зигота, в которой восстанавливается двойной набор хромосом

Образовавшаяся зигота начинает делиться. I этап деления зиготы называется дроблением, в результате которого образуется многоклеточная структура морула (тутовая ягода). Цитоплазма распределяется между клетками неравномерно, клетки нижней половины морулы крупнее, чем верхней. По объему морула сравнима с объемом зиготы.

На II этапе деления, в результате перераспределения клеток, образуется однослойный зародыш – бластула, состоящий из одного слоя клеток и полости (бластоцель). Клетки бластулы различаются между собой по размерам.

На III этапе, клетки нижнего полюса как бы впячиваются (инвагинируют) вовнутрь, и образуется двухслойный зародыш – гаструла, состоящий из наружного слоя клеток – эктодермы и внутреннего слоя клеток – энтодермы.

Очень скоро, между I и II слоями клеток формируется, в результате деления клеток, еще один слой клеток, средний – мезодерма, и зародыш становится трехслойным. На этом завершается стадия гаструлы.

Из этих трех слоев клеток (их называют зародышевыми слоями) формируются ткани и органы будущего организма. Из эктодермы развивается покровная и нервная ткань, из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная система, половые органы, органы выделения, из энтодермы – органы дыхания, питания, печень, поджелудочная железа. Многие органы формируются из нескольких зародышевых слоев.
Эмбриогенез включает в себя процессы с момента оплодотворения до рождения..

Эмбриогенез всех позвоночных, в том числе и человека, можно разделить на три периода.
1. Дробление: зигота последовательно делится на клетки (2,4,8,16 и так далее) в результате чего сначала образуется плотный многоклеточный шар, морула, а затем однослойный пузырек – бластула, которая содержит в середине первичную полость, бластоцель. Длительность этого периода – 7 дней.
2. Гаструляция заключается в превращении однослойного зародыша в двох-, а позже трехслойный – гаструлу. Первые два слоя клеток называются зародышевыми листками: внешний эктодерма и внутренний энтодерма (до двух недель после оплодотворения), а возникающий позже между ними третий, средний, слой получает название среднего зародышевого листка – мезодермы. Вторым важным результатом гаструляции у всех хордовых является возникновение осевого комплекса зачатков: на дорсальной (спинной) стороне энтодермы возникает зачаток спинной струны, хорды, а на вентральной (брюшной) ее стороне – зачаток кишечной энтодермы; на дорзальной стороне зародыша, по средней линии его из эктодермы выделяется нервная пластинка – зачаток нервной системы, а остальная эктодерма идет на построение эпидермиса кожи и потому называется кожной эктодермой.
В дальнейшем зародыш растет в длину и превращается в цилиндрическое образование с головным (краниальним) и хвостовым каудальным концами. Этот период длится до конца третьей недели после оплодотворения.

3. Органогенез и гистогенез: нервная пластинка погружается под эктодерму и превращается в нервную трубку, которая состоит из отдельных сегментов – невротомов, – и дает начало развитию нервной системы. Мезодермальные зачатки отшнуровываются от энтодермы первичной кишки и образуют парной ряд метамерно размещенных мешков, которые, разрастаясь по бокам от тела зародыша, делятся каждый на два отдела: спинной, что лежит по бокам от хорды и нервной трубки, и брюшной, что лежит по бокам от кишки. Спинные отделы мезодермы образуют первичные сегменты тела – сомиты, каждый из которых в свою очередь делится на склеротом, который дает начало скелету и миотом, из которого развивается мускулатура. Из сомита (на боковой его стороне) выделяется также кожный сегмент – дерматом. Брюшные отделы мезодермы, которые называются спланхнотомами, образуют парные мешки, которые содержат вторичную полость тела.
   Кишечная энтодерма, которая осталась после обособления хорды и мезодермы, образует вторичную кишку – основание для развития внутренних органов. В последующем закладываются все органы тела, материалом для построения которых служат три зародышевых листка.
4. Эмбриональные листки и их производные

Зародышевые листки (зародышевые пласты, лат. folia embryonalia) — слои тела зародыша многоклеточных животных, образующиеся в процессе гаструляции и дающие начало разным органам и тканям. Образование зародышевых листков — первый признак дифференцировки зародыша. У большинства организмов образуется три зародышевых листка: наружный — эктодерма, внутренний — энтодерма и средний — мезодерма. Производные эктодермы выполняют в основном покровную и чувствительную функции, производные энтодермы — функции питания и дыхания, а производные мезодермы — связи между частями зародыша, двигательную, опорную и трофическую функции.

эктодермы развиваются эпидермис кожи и его производные (перо, волосы, ногти, кожные и молочные железы), компоненты органов зрения, слуха, обоняния, эпителий ротовой полости, эмаль зубов. Важнейшие эктодермальные производные – нервная трубка, нервный гребень и образующиеся из них все нервные структуры.

Производными энтодермы являются эпителий желудка и кишки, клетки печени, секретирующие клетки поджелудочной, кишечных и желудочных желез. Энтодерма переднего отдела эмбриональной кишки образует эпителий легких и воздухоносных путей, а также секретирующие клетки передней и средней долей гипофиза, щитовидной и пара-щитовидной желез.

Мезодерма, сомиты. помимо уже описанных выше скелетных структур, скелетной мускулатуры, дермы кожи, органов выделительной и половой систем, образует сердечно-сосудистую систему, лимфатическую систему, плевру, брюшину и перикард. Из мезенхимы, имеющей смешанное происхождение за счет клеток трех зародышевых листков, развиваются все виды соединительной ткани, гладкая мускулатура, кровь и лимфа

4. Эмбриональные оболочки и их значение

Зародышевые оболочки — оболочки, образующиеся вокруг зародыша при его развитии. Служат для поддержания жизнедеятельности и защиты эмбриона от повреждений. Зародышевые оболочки имеются у некоторых беспозвоночных и всех высших позвоночных животных. Образуются из клеток эмбриона во время зародышевого развития. Зародышевые оболочки подразделяются на амнион (внутренняя водная оболочка), хорион (серозная оболочка) и аллантоис и плацента.

Амнион формируется из внезародышевой эктодермы. Он заполнен жидкостью и предохраняет зародыш от высыхания, защищает его от механических повреждений. Хорион развивается из трофобласта и внезародышевой мезодермы. У пресмыкающихся и птиц хорион примыкает к скорлупе яйца, а у млекопитающих он соприкасается со стенкой матки, и через него осуществляется обмен веществ. Полость между зародышем и амнионом называют амниотической, а между амнионом и хорионом — серозной. Аллантоис развивается из вентральной стенки задней кишки эмбриона. Он участвует в процессе газообмена зародыша с окружающей средой, в его полость происходит выделение жидких продуктов обмена веществ (в основном мочи).

5. Генетические основы развития. Генетическая характеристика эмбриональных бластомеров: тотипотентность, полипотентность

Индивидуальное развитие п/с процесс возникновения и развития живого организма с момента оплодотворения и образования зиготы до смерти. Периоды: гаметогенез, дородовый(эмбриональный и фетальный) и послеродовый(ювенальный, пубертатный и пострепродуктивный).

Тотипотентные – из одной клетки может образуется целый организм.

Полипотентныестволовые клетки (ПСК) – образуют несколько типов клеток в пределах одного вида ткани. Пример: полипотентная стволовая кроветворная клетка (ПСКК) дает начало всем клеткам крови (эритроциты, все виды лейкоцитов, тромбоциты).

6. Гипотеза дифференциальной активности генов в процессе развития

Генетическая программа индивидуального развития

Возникшая после слияния отцовского и материнского ядер зигота со­держит записанную в структурах молекул ДНК программу развития буду­щего организма. Дочерние клетки развивающейся зиготы получают инфор­мацию, которая позволяет им во взаимодействии с условиями внешней сре­ды формировать новый организм. При этом в нем все гены полностью сохраняются.

Все клетки организма, в каких бы тканях и органах они не находились, содержат полный набор генов, такой же, какой имела зигота. Но в каждой клетке действует только часть генов, связанная с дифференциацией данного типа клеток. Одни гены функционируют во всех клетках организма, напри­мер гены, контролирующие дыхание, проницаемость мембран, синтез АТФ и др., другие – только в определённых. Каждая клетка характеризуется своим набором активных генов. Чем больше специализированы клетки, тем меньше в них активных генов. Но разные гены работают не только в различ­ных клетках, но и в разное время, в разные периоды развития особи.

Экспериментально доказано, что гены работают не всегда, есть определенная закономерность в очередности работы генов, неработающие гены сохраняются в клетке в течение всей ее жизни и, при определенных условиях, снова могут начать работать. Это явление называется дифференциальной активностью генов.

Под термином работа гена имеется в виду способность участка молекулы ДНК транскрибировать информационную РНК. Иначе говоря, ген работает тогда, когда с него снимаются копии в виде комплементарных молекул РНК, которая проникая в цитоплазму прикрепляется к рибосомам и на которой происходит синтез белка в соответствии с последова­тельностью расположения нуклео­тидов.

Ген не работает – это означает, что с него копий не снимается и он не участвует в синтезе белка.

Гены в рабочем состоянии называются активными, в нерабочем – репрессивными.

В основе дифференциации тканей лежит различная активность генов. В специализированных клетках работает ограниченная группа генов, так как большая часть их репрессиро­вана. Но ДНК и гены во всех клетках одинаковы, поэтому их активность должна определяться какими – то другими механизмами, включение кото­рых не связано с действием генов. Таким образом механизмами активиза­ции генов являются различия в структуре цитоплазмы, тканевая индукция и гормоны. Яйцеклетка созревает под контролем генов, определяющих разно­качественность частей цитоплазмы. В каждой части цитоплазмы активиру­ются различные гены, что приводит в процессе размножения клеток к ткане­вой дифференциации. Затем в процесс вступает эмбриональная индукция – воздействие одних тканей зародыша на другие. Это воздействие выражается в активизации новых генов в индуцируемой ткани. Предполагают, что клет­ки ранее образующейся ткани выделяют вещества, способные активизиро­вать работу генов, необходимых для дифференциации другой ткани (ткане­вая индукция).

Гормональнаярегуляция – наиболее хорошо изучает механизм акти­визации генов. Гормоны могут воздействовать на гены непосредственно, или вызвать появление в цитоплазме каких – то специфических веществ, действующих затем на гены.

7. Тератогенез. Тератогенные факторы

Тератогенез – возникновение пороков развития под влиянием факторов внешней среды (тератогенных факторов) или в результате наследственных болезней.

Выделяют следующие особенности влияния тератогенных факторов.

Действие тератогенных факторов имеет дозозависимый характер. У разных биологических видов дозозависимость тератогенного действия может различаться.

Для каждого тератогенного фактора существует определенная пороговая доза тератогенного действия. Обычно она на 1-3 порядка ниже летальной.

Различия тератогенного действия у различных биологических видов, а также у разных представителей одного и того же вида связаны с особенностями всасывания, метаболизма, способности вещества распространяться в организме и проникать через плаценту.

Чувствительность к разным тератогенным факторам в течение внутриутробного развития может меняться. Выделяют следующие периоды внутриутробного развития человека.

Начальный период внутриутробного развития длится с момента оплодотворения до имплантации бластоцисты. Бластоциста представляет собой скопление клеток – бластомеров. Отличительная черта начального периода – большие компенсаторно-приспособительные возможности развивающегося зародыша. При повреждении большого числа клеток зародыш погибает, а при повреждении отдельных бластомеров – дальнейший цикл развития не нарушается (принцип “все или ничего”).

Второй период внутриутробного развития – эмбриональный (18-60-е сутки после оплодотворения). В это время, когда зародыш наиболее чувствителен к тератогенным факторам, формируются грубые пороки развития. После 36-х суток внутриутробного развития грубые пороки развития (за исключением пороков твердого неба, мочевых путей и половых органов) формируются редко.

Третий период – плодный. Пороки развития для этого периода не характерны. Под влиянием факторов внешней среды происходит торможение роста и гибель клеток плода, что в дальнейшем проявляется недоразвитием или функциональной незрелостью органов.

В случаях, когда тератогенное действие оказывают возбудители инфекций, пороговую дозу и дозозависимый характер действия тератогенного фактора оценить не удается.

Тератогенным считается химический, физический или биологический фактор, отвечающий следующим критериям.

Действие повреждающего фактора совпадает с критическим периодами внутриутробного развития.

Основные группы тератогенных факторов.

Эндогенные причины: Эндокринные заболевания и метаболические нарушения у матери, «Перезревание половых клеток».

Б. Экзогенные причины:

1. Физические факторы: радиация; механические факторы; гипертермия;ьнеионизирующее излучение;
2. Химические факторы: лекарственные вещества; химические вещества, применяемые в быту, промышленности, сельском хозяйстве; гипоксия; неполноценное питание.
3. Биологические факторы (TORCH – инфекции): вирусы; микоплазмы; бактерии; простейшие.
4. Критические периоды развития у человека

Наиболее опасными периодами являются:

1) время развития половых клеток — овогенез и сперматогенез;

2) момент слияния половых клеток — оплодотворение;

3) имплантация зародыша (4—8-е сутки эмбриогенеза);

4) формирование зачатков осевых органов (головного и спинного мозга, позвоночного столба, первичной кишки) и формирование плаценты (3—8-я неделя развития);

5) стадия усиленного роста головного мозга (15—20-я неделя);

6) формирование функциональных систем организма и дифференцирование мочеполового аппарата (20—24-я неделя пренатального периода);

7) момент рождения ребенка и период новорожденности — переход к внеутробной жизни; метаболическая и функциональная адаптация;

8) период раннего и первого детства (2 года — 7 лет), когда заканчивается формирование взаимосвязей между органами, системами и аппаратами органов;

9) подростковый возраст (период полового созревания — у мальчиков с 13 до 16 лет, у девочек — с 12 до 15 лет). Одновременно с быстрым ростом органов половой системы активизируется эмоциональная деятельность

9. Врожденные пороки развития. Классификация пороков развития. Медицинское значение

Врожденный порок развития – это любое стойкое анатомическое отклонение в развитии органа или части тела, возникающее в результате воздействия тератогенных факторов или генетических мутаций.

Классификация врожденных пороков развития по этиологическому принципу:

1. Наследственные. В этом случае пороки возникают в результате стойких наследственных мутаций в половых клетках или в зиготе. В зависимости от уровня, на котором произошла мутация, различают геномные – изменения количества хромосом (моносомии, полиплоидии), генные (изменение внутренней структуры отдельных генов)   или хромосомные  – изменение структуры хромосом (транслокации, дупликации и т.д.) врожденные пороки развития.
2. Экзогенные. В этом случае поражается эмбрион или плод тератогенными внешними факторами в разные периоды беременности.
3. Сочетанные (мультифакториальные). В эту группу входят врожденные пороки, сформировавшиеся под воздействием сочетания наследственных и тератогенных внешних факторов.

Классификация врожденных пороков развития по степени тяжести:

1. Умеренно тяжелые – пороки, не требующие лечения; это, как правило, аномалии, не ухудшающие уровень жизни, не угрожающие жизни ребенка и не требующие лечения.
2. Тяжелые – пороки, которые требуют немедленного лечения для сохранения жизни.
3. Летальные – это пороки, угрожающие жизни ребенка.

Классификация врожденных пороков развития в зависимости от стадии их возникновения:

1. Гаметопатии. Пороки развития, возникающие из-за дефекта сперматозоидов, хромосомных и генных мутаций в половых клетках, из-за старения яйцеклеток.
2. Бластопатии. Пороки развития, развивающиеся в течение 14 дней после оплодотворения. В первоми во втором случае – пороки очень грубые, как правило, они не сопоставимы с жизнью. Зародыш погибает, происходит его отторжение или возникает неразвивающаяся беременность.
3. Эмбриопатии. Дефекты развиваются с 15 суток до 2 месяцев жизни эмбриона под воздействием неблагоприятных факторов. Именно в это время закладываются чаще всего пороки развития.
4. Фетапатия. Пороки развития появляются после 9 недель беременности. Появляющиеся в этом периоде врожденные пороки носят не столь грубый характер, обычно у ребенка наблюдаются функциональные нарушения в виде гипоплазии органов, крипторхизма, задержки умственного и физического развития.

Классификация врожденных пороков развития по распространенности в организме:

1. Локальные  – пороки, располагающиеся в одном органе
2. Системные – пороки, локализующиеся в одной системе
3. Множественные – пороки, которые локализуются в органах более чем одной системы

Классификация врожденных пороков развития по их основным признакам:

1. Изменение размеров органов:

Гипергенезия – избыточное развитие части тела или органа

Гипогенезия – неполное развитие части тела или органа

Аплазия –  полное отсутствие органа

2. Изменение формы органов
3. Аномалии расположения органов:

Эктопия

Гетеротопия

4. Увеличение количества органов
5. Атавизмы

10. Классификация врожденных пороков по стадиям развития зародыша: гаметопатии, бластопатии, эмбриопатии, фетопатии (смотреть вопрос 9)
11. Типы моногенного наследования

Моногенное наследование

Моногенное наследование — наследование одного признака. Может быть доминантным и рецессивным, аутосомным или сцепленным с половыми хромосомами, ядерным или митохондриальным. В результате возможны следующие варианты моногенного наследования:

• аутомосный доминантный; аутосомный рецессивный; Х-сцепленный доминантный; Х-сцепленый рецессивный; У-сцепленный; митохондрильный

1. Доминантное наследование — имеет место, когда признак кодируется доминантным геном. Ген считается доминантным, если кодируемый им признак проявляется фенотипически в присутствии противоположного гена. Доминантные гены обычно обозначаются заглавными буквами алфавита. Генетически возможно два варианта доминирования — гомозиготное и гетерозиготное. Гомозиготное доминирование (АА) — когда на обеих хромосомах в паре находится доминантный ген А. Особь, имеющая такой генотип, передаст данный признак всем своим потомкам (независимо от генотипа второго родителя). Гетерозиготное доминирование (Аа), когда на одной хромосоме находится доминантный ген А, а на другой — рецессивный ген а. Особь, имеющая такой кариотип, половине своих потомком передаст доминантный ген А, а другой половине — рецессивный ген а. Фенотип потомков в значительной степени будет определятся генами второго родителя.

Пример. Хорея Гентингтона — проявляется прогрессирующей забывчивостью, слабоумием и появлением непроизвольных движений. Заболевание проявляется в зрелом возрасте (45-60 лет).

Ещё одним примером доминантного моногенного наследования может служить брахидактилия (короткопалость).

1. Рецессивное наследование. При рецессивном наследовании признак кодируется рецессивным геном. Рецессивным ген считается, если признак, который он кодирует, не проявляется в присутствии противоположного гена. Рецессивные признаки обозначаются маленькими буквами. Возможны два варианта существования данного гена в геноме. Гетерозиготный (Аа) — в этом случае ген находится на одной из хромосом, а на второй — доминантный ген, в данном случае возникает явление носительства, когда ген в клетке есть, а признак фенотипически не проявляется. Гомозиготный (аа) — в этом случае на обеих хромосомах находятся рецессивные гены. Только в данном случае признак будет проявляться фенотипически.

Особенности рецессивного наследования:

1. Признак проявляется только у рецессивных гомозиготных особей, при генотипе (аа).
2. Возможно явление носительства, когда ген (а) в геноме есть, а признак фенотипически никак не проявляется. Это возможно у гетерозиготных форм, имеющих, наряду с рецессивных геном, на второй хромосоме ген доминантный (Аа).
3. Ген может передаваться через поколения, “от дедов к внукам”. Ген может передаваться через много поколений в виде носительства, а потом проявится неожиданно у очередного потомка

Пример – фенилкетонурия. Это заболевание развивается вследствие избытка в организме аминокислоты — фенилаланина. Избыток фенилаланина приводит к формированию умственной отсталости.

Примером рецессивного наследования может служить также наследование резус-фактора.

III. Неполное доминирование — в этом случае гетерозигота занимает промежуточное положение между доминантной и рецессивной гомозиготой. Например, гиперхолистеринемия

1. Кодоминирование — в фенотипе гетерозиготы проявляются два признака. Примером может являться наследование четвёртой группы крови по системе ABO.
2. Наследование, сцепленное с полом. Гены могут находиться на половых хромосомах, в этом случае говорят, что они сцеплены с полом. Наследование, сцепленное с полом, имеет некоторые важные особенности. Дело в том, что У-хромосома несет гораздо меньше генов, чем X-хромосома. Это обстоятельство приводит к тому, что для многих генов Х-хромосомы нет соответствующих аллелей на У-хромосоме. В результате если у мужчины на Х-хромосоме оказывается рецессивный аллель, то он проявится в фенотипе. Например, имеется наследственная форма гемофилии — болезни, связанной с нарушением нормальной свёртываемости крови. если рецессивный ген сцеплен с X-хромосомой, то он гораздо чаще проявляется в фенотипе у мужчин, чем у женщин.

Среди других генов, сцепленных с полом, стоит упомянуть гены, связанные с цветовой слепотой и ихтиозом.

Встречаются и доминантные гены, сцепленные с Х-хромосомой Так, существует наследственная форма рахита, которая не поддаётся лечению витамином D.

Если гены локализованы в Y-хромосоме, то они должны передаваться только от отцов к сыновьям. В качестве примера такого гена обычно упоминают ген, вызывающий появление пучка волос на внешнем крае уха. Гипертрихоз ушных раковин

1. Митохондриальное наследование.

Митохондриальная ДНК представляет из себя одну кольцевидно-замкнутую хромосому. Закономерности митохондриального наследования: Болеют и мужчины, и женщины. Больная женщина передаёт признак всем детям независимо от пола. Больной мужчина не передаёт признак потомству. Скрытого носительства не существует

12. Законы Менделя (моногибридное скрещивание). Менделирующие признаки человека

Моногибридным называется скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга по одной паре контрастных, альтернативных признаков.

Первый закон Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу

Второй закон Менделя – закон расщепления: при скрещивании гибридов первого поколения наблюдается расщепление в соотношении 3 : 1 по фенотипу и 1 : 2 : 1 по генотипу.

Доминантный ген не всегда полностью подавляет действие рецессивного гена. В таком случае все гибриды первого поколения не воспроизводят признаки родителей – имеет место промежуточный характер наследования.

Гипотеза чистоты гамет. У гетерозигот проявляется лишь доминантный признак, рецессивный ген у гетерозиготного организма не сливается с доминантным, не разбавляется, не изменяется, а остаётся в чистом аллельном состоянии. Аллельные гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом и в процессе мейоза попадают в разные гаметы. Следовательно, в гамете может присутствовать одновременно только один из аллельных генов, определяющий развитие одного из альтернативных признаков, и они являются «чистыми» по данному признаку.

Признаки, наследование к-рых подчиняется перечисленным закономерностям, принято называть менделирующи-ми (по имени Г. Менделя).

У человека менделирующими признаками являются, напр., альбинизм (отсутствие пигментации) цвет глаз, характер волос (курчавые или гладкие), групповые отличия по различным факторам в крови. Законам Менделя подчиняются и гены, обусловливающие наследственные болезни человека.

Менделирующими признаками называются те, наследование которых про исходит по закономерностям, установленным Г. Менделем. Менделирующие признаки определяются одним геном моногенно то есть когда проявление признака определяется взаимодействием аллельных генов, один из которых доминирует (подавляет) другой. Менделевские законы справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью (от лат.penetrans-проникающий, достигающий) и постоянной экспрессивностью (степенью выраженности признака).
Общие законы наследственности одинаковы для всех эукариот. У человека также имеются менделирующие признаки, и для него характерны все типы их наследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с половыми хромосомами (с гомологичным участком Х- и У-хромосом).

Типы наследования менделирующих признаков:
I. Аутосомно-доминантный тип наследования. По аутосомно-доминантному типу наследуются некоторые нормальные и патологические признаки:
1) белый локон над лбом;
2) волосы жесткие, прямые (ежик);
3) шерстистые волосы – короткие, легко секущиеся, курчавые, пышные;
4) кожа толстая;
5) способность свертывать язык в трубочку;
7) полидактилия (от греч.polus – многочисленный, daktylos- палец) – многопалость, когда имеется от шести и более пальцев;
8) синдактилия (от греч. syn – вместе)-сращение мягких или костных тканей фаланг двух или более пальцев;
9) брахидактилия (короткопалость) – недоразвитие дистальных фаланг пальцев;
10) арахнодактилия (от греч. агаhna – паук ) – сильно удлиненные «паучьи» пальцы

1. Аутосомно-рецессивный тип наследования.
   Если рецессивные гены локализованы в аутосомах, то проявиться они могут при браке двух гетерозигот или гомозигот по рецессивному аллелю.
   По аутосомно-рецессивному типу наследуются следующие признаки:
   1)волосы мягкие, прямые;
   2)кожа тонкая;
   3)группа крови Rh-;
   5)неумение складывать язык в трубочку;
   6)фенилкетонурия
   7)галактоземия –
   8)альбинизм.
2. Законы Менделя. Полигенное наследование (дигибридное скрещивание)

Дигибридное скрещивание – это скрещивание родительских особей, различающихся по двум парам альтернативных признаков и, соответственно, по двум парам аллельных генов.

Полигибридное скрещивание – это скрещивание особей, различающихся по нескольким парам альтернативных признаков и, соответственно, по нескольким парам аллельных генов.

Третий закон Менделя

Закон о независимом наследовании: расщепление по каждой паре признаков идет независимо от других пар признаков. В чистом виде этот закон справедлив только для генов, локализованных в разных хромосомах, и частично соблюдается для генов, расположенных в одной хромосоме, но на значительном расстоянии друг от друга

при скрещивании особей, отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

14. Взаимодействие аллельных генов: полное доминирование. Примеры

Аллельными генами называются гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом

Полное доминирование — взаимодействие, при котором доминантный аллель полностью подавляет проявление рецессивного аллеля. В этом случае как у гомозигот АА, так и у гетерозигот Аа проявляется доминантный признак. По такому типу наследуются многие признаки организмов. Например, у гороха желтый цвет семян полностью доминирует над зеленым, а гладкая поверхность семян — над морщинистой. У человека карий цвет глаз полностью доминирует над голубым, резус-положительность — над резус-отрицательностью, праворукость — над леворукостью, шестипалость доминантна по отношению к нормальному строению кисти и т. д.

15. Взаимодействие аллельных генов: неполное доминирование (промежуточное наследование. Примеры)

Неполное доминирование имеет место в том случае, когда доминантный ген (аллель) не полностью скрывает присутствие в генотипе рецессивного гена (аллеля), и у гетерозигот наблюдается промежуточный характер наследования признака.

Пример: окраска цветков у ночной красавицы. Доминантные гомозиготные растения (АА) имеют красные цветки, рецессивные гомозиготные (аа) – белые, а гетерозиготные (Аа) – розовые.

Пример у человека – серповидноклеточная анемия, в основе которой лежит мутация гена, приводящая к замене в белке гемоглобина одной из 287

Неполное доминирование широко распространено. По такому типу наследуется курчавость волос у человека (курчавые волосы не полностью доминируют над прямыми, промежуточный признак — волнистые волосы), масть крупного рогатого скота, окраска оперения у кур и плодов земляники, другие признаки растений, животных и человека

16. Взаимодействие аллельных генов: кодоминирование. Генетика и наследование групп крови человека по системе АВ0

При кодоминировании у гетерозиготных особей полностью проявляются оба аллельных гена. Классическим примером ко-доминирования является взаимодействие генов у человека с четвертой группой крови (по системе АВО)

наследование групп крови у человека. Они детерминируются геном I, имеющим три аллели: IA, IB, i0. У гомозигот IAIA эритроциты имеют только поверхностный антиген А (группа крови А(II)), а у гомозигот IBIB имеется лишь поверхностный антиген В (группа крови В(III)). Гомозиготы i0i0 лишены поверхностных антигенов (группа крови 0(I)). Гетерозиготы IAi0 и IBi0 имеют группы крови A(II) и B(III), поверхностные антигены А и В соответственно. А у гомозигот IBIA оба аллеля проявляются одновременно и определяют одновременное присутствие поверхностных антигенов А и В (группа крови AB(IV)

17. Понятия: пенетрантность, экспрессивность, плейотропия при взаимодействие аллельной пары генов

Пенентрантность – процент особей у которых проявляется ген в признак к общему числу носителей гена. н/р, шизофрения у гомозигот проявляется на 100%, у гетерозигот на 20%. Пенентрантность составляет 100% у гомозигот.

Экспрессивность – степень выраженности гена в признак (фенилкетонурия)

Плейотропность – один ген проявляется в нескольких признак, но в одном выступает как главный, а в другом, как модифицирующий. н/р, синдром МОрфана, ген один: подвывих хрусталика, паучьи пальцы, воронкообразная грудная клетка.

18. Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность. Примеры

Неалле́льные ге́ны — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между со­бой.

При этом либо один ген обусловливает развитие нескольких признаков, либо, наоборот, один признак проявляется под действием совокупности нескольких генов. Выделяют три формы и взаимодействия неаллельных генов.

Комплемента́рное (дополнительное) действие генов — это вид взаимодействия неаллельных генов, доминантные аллели кото­рых при совместном сочетании в генотипе обусловливают новое фенотипическое проявление признаков. При этом расщепление гибридов F2 по фенотипу может происходить в соотношениях 9:6:1, 9:3:4, 9:7, иногда 9:3:3:1. Примером комплементарности является наследование формы плода тыквы. Наличие в генотипе доминантных генов А или В обу­словливает сферическую форму плодов, а рецессивных — удли­нённую. При наличии в генотипе одновременно доминантных ге­нов А и В форма плода будет дисковидной.

19. Взаимодействие неаллельных генов: полимерия. Примеры

Полимерия — взаимодействие неаллельных множественных генов, однонаправленно влияющих на развитие одного и того же признака; степень проявления признака зависит от количества генов. Полимерные гены обозначаются одинаковыми буквами, а аллели одного локуса имеют одинаковый нижний индекс.

Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной (накопительной) полимерии степень проявления признака зависит от суммарного действия нескольких генов. Чем больше доминантных алле­лей генов, тем сильнее выражен тот или иной признак. Расщепле­ние в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании происходит в соотношении 1:4:6:4:1.

При некумулятивной полимерии признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов. Количество доминантных аллелей не влияет на степень выраженности признака. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании — 15:1.

Пример полимерии — наследование цвета кожи у людей, который зависит (в первом приближении) от четырёх генов с кумулятивным эффектом.

20. Взаимодействие неаллельных генов: доминантный эпистаз. Пример

Эпистаз – взаимодействие, при котором один из доминантных или рецессивных неаллельных генов подавляет действие другого неаллельного гена. Ген, подавляющий действие другого, называют эпистатическим геном, или супрессором. Подавляемый ген называют гипостатическим. Эпистаз бывает доминантным и рецессивным.

Доминантный эпистаз. Примером доминантного эпистаза может быть наследование окраски оперения у кур. Доминантный ген С отвечает за окраску оперения. Доминантный неаллельный ген I подавляет развитие окраски оперения. В результате этого куры, имеющие ген С в генотипе, в присутствии гена I имеют белое оперение: IIСС; IiСС; IiСс; Iicс. Куры с генотипом пес также будут белыми, потому что эти гены находятся в рецессивном состоянии. Оперение кур с генотипом iiCC, iiCc будет окрашено. Белая окраска оперения обусловлена присутствием рецессивного аллеля гена i или наличием гена подавителя окраски I. В основе взаимодействия генов лежат биохимические связи между белками-ферментами, которые кодируются эпистатическими генами.

21. Взаимодействие неаллельных генов: рецессивный эпистаз. Примеры.

Эпистаз – взаимодействие, при котором один из доминантных или рецессивных неаллельных генов подавляет действие другого неаллельного гена. Ген, подавляющий действие другого, называют эпистатическим геном, или супрессором. Подавляемый ген называют гипостатическим. Эпистаз бывает доминантным и рецессивным.

Рецессивным эпистазом объясняется бомбейский феномен – необычное наследование антигенов системы групп крови АB0. Известны 4 группы крови.

В семье женщины с I группой крови (I0I0) от мужчины со II группой крови (IАIА) родился ребенок с IV группой крови (IAIB), что невозможно. Оказалось, что женщина унаследовала от матери ген IB, от отца ген I0. Проявил действие только ген I0, поэтому считалось, что женщина имеет I группу крови. Ген IВ был подавлен рецессивным геном х, который находился в гомозиготном состоянии – хх.

У ребенка этой женщины подавленный ген Р проявил свое действие. Ребенок имел IV группу крови 1АIB.

22. Взаимодействие неаллельных генов: эффект положения. Генетика и наследование групп крови системы резус фактор у человека

Неаллельные гены — гены, расположенные или в неидентичных локусах гомологичных хромосом, или в разных парах гомологичных хромосом.

Эффект положения – способ взаимодействия неаллельных генов при котором активность гена опеределяется характером соседнего гена в хромосоме. Пример: резус-фактор включает 3 белка (С Д Е), кодируются 3 генами, лежат в одной хромосоме рядом друг с другом. Если все аллели рецессивные – нет синтеза белков С Д Е. Если в одной хромосоме доминантные аллели С и Е то активность Е блокируется и синтезируется в двойной дозе белок С. Если доминантные аллели С и Е в разных хромосомах то синтезируется и белок С и белок Е.

Система  Rh наследуется тремя парами неаллельных генов Сс, Дд и Ее. Определяющим антигеном является Дд. Гены Сс и Ее влияют на количество синтезируемого антигена резус на поверхности эритроцита. сДе +, СдЕ -.

23. Сцепленное наследование: определение, виды

Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются, как правило, вместе.

Число групп сцепления у диплоидных организмов равно гаплоидному набору хромосом. У женщин – 23 группы сцепления, у мужчин – 24.

Сцепление генов, расположенных в одной хромосоме, может быть полным и неполным. Полное сцепление генов, т. е. совместное наследование, возможно при отсутствии процесса кроссинговера. Это характерно для генов половых хромосом, гетерогаметных по половым хромосомам организмов (ХУ, ХО), а также для генов, расположенных рядом с центромерой хромосомы, где кроссинговер практически никогда не происходит.

В большинстве случаев гены, локализованные в одной хромосоме, сцеплены не полностью, и в профазе I мейоза происходит обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами. В результате кроссинговера аллельные гены, бывшие в составе групп сцепления у родительских особей, разделяются и формируют новые сочетания, попадающие в гаметы. Происходит рекомбинация генов.

Гаметы и зиготы, содержащие рекомбинации сцепленных генов, называют кроссоверными. Зная число кроссоверных гамет и общее количество гамет данной особи, можно вычислить частоту кроссинговера в процентах по формуле: отношение числа кроссо-верных гамет (особей) к общему числу гамет (особей) умножить на 100 %.

По проценту кроссинговера между двумя генами можно определить расстояние между ними единица расстояния 1 % кроссинговера.

Частота кроссинговера говорит и о силе сцепления между генами. Сила сцепления между двумя генами равна разности между 100 % и процентом кроссинговера между этими генами.

Результатом исследований Т. Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности:

-гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов; набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

-каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;

-гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;

-гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

-сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера, что приводит к образованию рекомбинантных хромосом; частота кроссинговера зависит от расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера;

-каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом — кариотип.

24. Полно-сцепленное аутосомное наследование признаков. Типы гамет

Полно-сцепленное – наследование генов расположенных в одной хромосоме, близко друг к другу, и обр группы сцепления, такие генотипы обр два типа гамет. АВ,ав

25. Неполно-сцепленное наследование. Типы гамет. Кроссинговер

Неполно-сцепленное называется наследование, когда гены контролирующие признак, расположены на значительном расстоянии друг от друга. При гаметообразовании происходит кроссинговер и обр 4 типа гамет АВ, ав, Ав, Ав.

26. Наследование признаков, сцепленных с полом: Х-сцепленное доминантное наследование. Примеры

Наследование, сцепленное с полом — наследование какого-либо гена, находящегося в половых хромосомах

В отличие от заболеваний с Х-сцепленным рецессивным типом наследования заболевания с Х-сцепленным доминантным типом наследования встречаются в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Главная характеристика Х-сцепленного доминантного наследова­ния заключается в том, что больные мужчины передают аномаль­ный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает Х-сцепленный доминант­ный ген половине своих детей независимо от пола.

Основными признаками Х-сцепленного доминантного типа наследования являются следующие:

1) болезнь встречается у мужчин и женщин, но у женщин в два раза чаще;

2) больной мужчина передает мутантный аллель только своим дочерям, а не сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому;

3) больные женщины передают мутантный аллель половине своих детей независимо от пола;

4) женщины в случае болезни страдают менее тяжело (они гетерозиготы), чем мужчины (являющиеся гемизиготами).

Х-сцепленных доминантных формах заболеваниях отсутствует скрытое носительство болезни. Если болен отец, то все его сыновья здоровы, так как он передает сыновьям только Y-хромосому, а не X-хромосому. Если больна мать, то она передает заболевание как дочерям, так и сыновьям (50 % потомства больны). Общий вывод заключается в следующем: болезни, наследующиеся рецессивно сцепленно с Х-хромосомой, наблюдаются почти исключительно у мальчиков; не передаются от отца к сыну, а наследуются от матери. Болезни доминантные, сцепленные с Х-хромосомой, могут наблюдаться как у мальчиков, так и у девочек; не передаются также от отца к сыну.

витамин D-peзистентного рахит

27. Наследование признаков, сцепленных с полом: Х-сцепленное рецессивное наследование. Примеры

X-сцепленное рецессивное наследование (англ. X-linked recessive inheritance) — один из видов сцепленного с полом наследования. Такое наследование характерно для признаков, гены которых расположены на Х-хромосоме и которые проявляются только в гомозиготном или гемизиготном состоянии.

Описано более 400 заболеваний, при которых патологический рецессивный ген расположен на Х-хромосоме. Примеры Х-сцепленных рецессивных заболеваний: • Дальтонизм (неразличение красного и зелёного цветов). • Миодистрофии Дюшенна и Беккера. • Синдром ломкой Х-хромосомы. • Недостаточность Г-6-ФД. • Синдром Гунтера (мукополисахаридоз II). • Гемофилия А и В. При Х-сцепленном рецессивном наследовании: • поражаются мужчины; • женщины могут быть носителями, но обычно здоровы; • иногда у женщины-носителя есть мягкие симптомы заболевания (манифестирующий носитель); • у каждого сына женщины-носителя риск заболевания 1:2 (50%); • у каждой дочери женщины-носителя риск носительства 1:2 (50%); • все дочери больных мужчин будут носителями; • сыновья больных мужчин будут здоровы, поскольку мужчина передаёт своему сыну Y-хромосому.

28. Наследование признаков, сцепленных с полом: У-сцепленное (голандрическое наследование)

Тип наследования признака, сцепленного с Y-хромосомой, называется голандрическим типом наследования. При этом наследовании гены, ответственные за развитие патологического признака, локализованы в Y-хромосоме.

В настоящее время в Y-хромосоме выявлена локализация генов детерминирующих развитие семенников, отвечающих за сперматогенез, контролирующих интенсивность роста, определяющих оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и др. Всего в Y-хромосоме картировано более 35 генов. Голандрические признаки, которые вызывают нарушение развития организма, передаются от отца ко всем его сыновьям, и только к сыновьям. Патологические мутации, обусловливающие нарушения формирования семенников или сперматогенеза, не наследуются в связи со стерильностью их носителей.

Примеры признаков: гипертрихоз ушных раковин, избыточный рост волос на средних фалангах пальцев кистей, азооспермия.

Наследственная форма азоспермии, при которой может присутствовать ген, являющийся причиной бесплодия. Гены способны повлиять на транспортировку спермы, к примеру, двухстороннее отсутствие семявыводящих протоков.

Кроме совершенно безобидных признаков – оволосение ушной раковины и средних фаланг пальцев кистей, встречаются мутации генов, расположенных в y-хромосоме, которые вызывают некоторые формы ихтиоза (рыбья кожа). Мутации в некоторых генах приводят к развитию рака яичек, простаты и другим гонадобластомам.

Признаки голандрического типа наследования Передача признака от отца всем сыновьям и только сыновьям. Дочери никогда не наследуют признак от отца. «Вертикальный» характер наследования признака. Вероятность наследования для лиц мужского пола равна 100%.

 Наследование пола. Хромосомные механизмы, результаты ( Т. Морган)

29. Наследование пола у человека. Хромосомные и генные механизмы
30. Основы экогенетики

Экологическая генетика человека изучает влияние факторов среды обитания на наследственность. Основы экологической генетики человека лежат в общебиологических закономерностях эволюции.

При воздействии повреждающих или новых факторов окружающей среды на человека могут наблюдаться нежелательные эффекты в виде: 1) изменения наследственных структур (индуцированный мутационный процесс); 2) патологических проявлений экспрессии генов на специфические факторы среды; 3) изменений генофонда популяций в результате нарушения генетического равновесия между основными популяционными процессами (мутационный процесс, отбор, миграция, дрейф генов).

Эффекты 1-го типа – это прежде всего индуцированный окружающей средой (в широком смысле слова) мутационный процесс. Этот процесс ведет к повышению темпов наследственной изменчивости человека на индивидуальном и популяционном уровнях.

Эффекты 2-го типа у человека проявляются на индивидуальном уровне в виде патологических реакций (болезней), а на популяционном уровне – в виде большей или меньшей приспособленности (адаптация, акклиматизация). Патологические проявления аллелей под влиянием среды факторов называются экогенетическими реакциями, или болезнями.

Эффекты 3-го типа – изменения генофонда популяций являются долговременными (десятки и даже сотни поколений). Биологически стабильному виду свойственно постоянное равновесие основных генетических процессов (мутационный процесс, отбор, миграция, дрейф генов). Современный период характеризуется большей скоростью и объемом изменений среды обитания. Наследственность человека на популяционном уровне так быстро меняться не может. Следствием высоких темпов и большого объема изменений среды обитания человека (измененные экологические условия) могут стать изменения в генофонде конкретных популяций или человечества в целом

 Основы фармогенетики

На рубеже медицинской генетики и клинической фармакологии в середине XX в. сформировалась фармакогенетика.

Фармакогенетика (греч. Pharmakon – лекарство igenetikos – тот, что рождает) – наука, изучающая зависимость реакций организма на лечебные средства от наследственных факторов, а также генетические особенности пациента, влияющие на его фармакологическую реакцию.

Метаболизм лекарственных средств в организме человека происходит под влиянием определенных ферментов, с помощью активных центров связываются с лечебными веществами и ускоряют их химическое превращение. Биотрансформацию лекарств может осуществлять не один фермент, а их группа, особенно когда химическое превращение вещества в организме происходит в несколько этапов. Каждому фермента присуща высокая специфичность, он катализирует определенное звено химического процесса.

Генетический контроль синтеза ферментов

Синтез ферментов находится под генетическим контролем. Мутации соответствующих генов вызывают наследственные нарушения структуры и свойств ферментов – т. Н. Ферментопатии. В зависимости от характера мутации гена изменяется скорость синтеза фермента или синтезируется атипичный фермент.

Гены, контролирующие синтез ферментов, разделяют на две группы:

1) гены, кодирующие ферменты биотрансформации, и гены веществ-транспортеров, которые участвуют во всасывании, распределении и выведении лекарственных средств из организма. Современная наука активно изучает роль генов, контролирующих синтез и работу ферментов биотрансформации лекарств, например изоферментов цитохрома Р-450, а также влияние на фармакокинетику лекарственных средств полиморфизма генов веществ-транспортеров лечебных средств;

2) гены, кодирующие “молекулы-мишени” лекарственных средств (рецепторы, ферменты, ионные каналы), а также гены, продукты которых участвуют в патогенетических процессах (факторы свертывания крови, аполипо-протеины и т.п.). Выявление конкретных аллельных вариантов этих генов и является целью фармакогенетических тестов. Применение таких тестов позволяет заранее определять фармакологическую ответ на лечебные средства, а следовательно, индивидуализированно выбирать лекарства и режим их дозирования, а в некоторых случаях и тактики ведения пациентов. Задачей клинической фармакогенетики также разработка методов диагностики, профилактики и коррекции нетипичных реакций организма на лекарства.

Наследственные факторы, определяющие нетипичные реакции на лекарственные средства, преимущественно имеют биохимическую природу. Чаще всего это недостаточность ферментов, которые катализируют биотрансформацию препаратов. Атипичные реакции на лечебные вещества могут наблюдаться также при наследственных нарушений обмена веществ.

Медицина сталкивается с различными осложнениями медикаментозной терапии:

– Повышенная чувствительность пациента к лекарствам вроде передозировки, хотя ему назначено дозу, соответствующую его возрасту и массе тела

– Полное или частичное отсутствие действия лекарств на некоторых больных даже при условии увеличения дозы

– Нехарактерные реакции на лекарства вопреки ожидаемой, учитывая механизм действия этих лекарств.

Несмотря на то что генетические особенности пациента более чем на 50% могут вызывать неадекватную фармакологическую реакцию (неэффективность или развитие нежелательных последствий), персонализация применения лекарств на основе генетических исследований является перспективной.

Перечень лекарственных средств, в отношении которых необходимо фармакогенетических тестирования, быстро расширяется. Разрабатывают Фармакогенетические тесты, которые помогут выбрать наиболее эффективные в минимальных дозах для конкретного пациента средства для снижения артериального давления или протиатеросклеротични. Применение такого тестирования повышает уверенность врача по сделанных назначений. Например, некоторые антикоагулянты изредка назначают не только из-за невозможности полноценного контроля свертывания крови, но и из-за опасений развития кровотечений. Если антикоагулянт назначают с использованием фармакогенетических тестирования, то врач более уверен в безопасности пациента. Фармакогенетических тестирования помогает выработать у больного доверие к лечению, поскольку утверждает, что ему подобрали необходимый препарат в оптимальной дозе.