- единна системазаписване на наследствена информация в молекули на нуклеинова киселина под формата на последователност от нуклеотиди. Генетичният код се основава на използването на азбука, състояща се само от четири букви-нуклеотиди, разграничени от азотни основи: A, T, G, C.

Основни свойства генетичен кодследното:

1. Генетичният код е триплет. Триплет (кодон) е последователност от три нуклеотида, кодиращи една аминокиселина. Тъй като протеините съдържат 20 аминокиселини, очевидно е, че всяка от тях не може да бъде кодирана от един нуклеотид (тъй като в ДНК има само четири вида нуклеотиди, в този случай 16 аминокиселини остават некодирани). Два нуклеотида също не са достатъчни за кодиране на аминокиселини, тъй като в този случай могат да бъдат кодирани само 16 аминокиселини. Това означава, че най-малкият брой нуклеотиди, кодиращи една аминокиселина, е три. (В този случай броят на възможните нуклеотидни триплети е 4 3 = 64).

2. Излишъкът (изродеността) на кода е следствие от неговия триплетен характер и означава, че една аминокиселина може да бъде кодирана от няколко триплета (тъй като има 20 аминокиселини и 64 триплета). Изключение правят метионинът и триптофанът, които са кодирани само от един триплет. Освен това някои триплети изпълняват специфични функции. И така, в молекулата на иРНК три от тях UAA, UAG, UGA са стоп кодони, т.е. стоп сигнали, които спират синтеза на полипептидната верига. Триплетът, съответстващ на метионин (AUG), разположен в началото на ДНК веригата, не кодира аминокиселина, но изпълнява функцията на иницииране (възбуждащо) четене.

3. Наред с излишъка, кодът се характеризира със свойството еднозначност, което означава, че всеки кодон съответства само на една конкретна аминокиселина.

4. Кодът е колинеарен, т.е. последователността на нуклеотидите в гена съвпада точно с последователността на аминокиселините в протеина.

5. Генетичният код не се припокрива и е компактен, т.е. не съдържа „препинателни знаци“. Това означава, че процесът на четене не позволява възможността за припокриване на колони (триплети) и, започвайки от определен кодон, четенето продължава непрекъснато, триплет след триплет, до сигналите за спиране (терминиращи кодони). Например, в иРНК следната последователност от азотни бази AUGGGUGTSUUAAUGUG ще бъде прочетена само от такива триплети: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, а не AUG, UGG, GGU, GUG и т.н. или AUG, GGU, UGC, CUU , и т.н. и т.н. или по някакъв друг начин (например кодон AUG, препинателен знак G, кодон UGC, препинателен знак U и т.н.).

6. Генетичният код е универсален, т.е. ядрените гени на всички организми кодират информация за протеините по един и същи начин, независимо от нивото на организация и системното положение на тези организми.

ГЕНЕТИЧЕН КОД(Гръцки, genetikos, свързан с произход; син.: код, биологичен код, аминокиселинен код, протеинов код, код на нуклеинова киселина) - система за записване на наследствена информация в молекулите на нуклеиновите киселини на животни, растения, бактерии и вируси чрез редуване на последователности от нуклеотиди.

Генетичната информация (фиг.) От клетка на клетка, от поколение на поколение, с изключение на РНК вирусите, се предава чрез редупликация на ДНК молекули (виж Репликация). Прилагането на ДНК наследствена информация по време на живота на клетката се осъществява чрез 3 вида РНК: информационна (иРНК или иРНК), рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК), които се синтезират с помощта на ензима РНК полимераза върху ДНК като матрица. В този случай последователността на нуклеотидите в молекулата на ДНК еднозначно определя последователността на нуклеотидите и в трите вида РНК (виж Транскрипция). Информацията на гена (виж), кодираща протеинова молекула, се носи само от иРНК. Крайният продукт от внедряването на наследствената информация е синтезът на протеинови молекули, чиято специфичност се определя от последователността на аминокиселините, включени в тях (виж Превод).

Тъй като ДНК или РНК съдържа само 4 различни азотни бази [в ДНК - аденин (A), тимин (T), гуанин (G), цитозин (C); в РНК - аденин (A), урацил (U), цитозин (C), гуанин (G)], чиято последователност определя последователността на 20 аминокиселини в протеина, възниква проблемът с GK, т.е. проблемът с транслацията 4-буквена азбука от нуклеинови киселини в 20-буквена азбука от полипептиди.

За първи път идеята за матричен синтез на протеинови молекули с правилното предсказване на свойствата на хипотетична матрица е формулирана от Н. К. Колцов през 1928 г. През 1944 г. О. Ейвъри и др предаването на наследствени характеристики по време на трансформация в пневмококи. През 1948 г. Е. Чаргаф показа, че във всички молекули на ДНК има количествено равенство на съответните нуклеотиди (A-T, G-C). През 1953 г. Ф. Крик, Дж. Уотсън и Уилкинс (M. H. F. Wilkins), въз основа на това правило и данни от рентгенова дифракция (виж), стигнаха до заключението, че молекулите на ДНК са двойна спирала, състояща се от две полинуклеотидни нишки, свързани към всяка други чрез водородни връзки. Освен това само Т може да бъде срещу А на една верига във втората и само С може да бъде срещу G. Тази комплементарност води до факта, че последователността от нуклеотиди на една верига еднозначно определя последователността на другата. Второто важно заключение, което следва от този модел е, че ДНК молекулата е способна на самовъзпроизвеждане.

През 1954 г. Г. Гамов формулира проблема за геометричните уравнения в съвременната му форма. През 1957 г. Ф. Крик изрази адапторната хипотеза, предполагайки, че аминокиселините взаимодействат с нуклеиновата киселина не директно, а чрез посредници (сега известни като тРНК). През следващите години след това, всички основни връзки обща схемапредаването на генетична информация, първоначално хипотетично, беше потвърдено експериментално. През 1957 г. са открити тРНК [A. С. Спирин, А. Н. Белозерски и др.; Фолкин и Астрачан (E. Volkin, L. Astrachan)] и тРНК [Хоугланд (M.V. Hoagland)]; през 1960 г. ДНК е синтезирана извън клетката, като се използват съществуващи ДНК макромолекули като матрица (A. Kornberg) и е открит ДНК-зависимият синтез на РНК [S. B. Weiss et al.]. През 1961 г. е създадена безклетъчна система, в която протеиноподобни вещества се синтезират в присъствието на естествена РНК или синтетични полирибонуклеотиди [М. Ниренберг и Матеи (J. H. Matthaei)]. Проблемът с познаването на кода се състоеше в изучаването на общите свойства на кода и действителното му дешифриране, тоест откриването кои комбинации от нуклеотиди (кодони) кодират определени аминокиселини.

Общите свойства на кода бяха изяснени независимо от неговото декодиране и главно преди него чрез анализиране на молекулярните модели на образуване на мутации (F. Krick et al., 1961; N.V. Luchnik, 1963). Те се свеждат до следното:

1. Кодът е универсален, т.е. идентичен, поне основно, за всички живи същества.

2. Кодът е триплетен, т.е. всяка аминокиселина е кодирана от триплет нуклеотиди.

3. Кодът не се припокрива, т.е. даден нуклеотид не може да бъде част от повече от един кодон.

4. Кодът е изроден, т.е. една аминокиселина може да бъде кодирана от няколко триплета.

5. Информацията за първичната структура на протеина се чете от иРНК последователно, започвайки от фиксирана точка.

6. Повечето възможни триплети имат „смисъл“, тоест те кодират аминокиселини.

7. От трите „букви“ на кодона само две (задължителни) имат преобладаващо значение, докато третата (незадължителна) носи значително по-малко информация.

Директното декодиране на кода би се състояло от сравняване на нуклеотидната последователност в структурния ген (или иРНК, синтезирана върху него) с аминокиселинната последователност в съответния протеин. Такъв път обаче все още не е технически възможен. Използвани са два други начина: протеинов синтез в безклетъчна система, използваща изкуствени полирибонуклеотиди с известен състав като матрица и анализ на молекулярните модели на образуване на мутации (виж). Първият донесе положителни резултати по-рано и исторически изигра голяма роля в дешифрирането на G. k.

През 1961 г. M. Nirenberg и Mattei използват хомополимер като матрица - синтетична полиуридилова киселина (т.е. изкуствена РНК със състав UUUU...) и получават полифенилаланин. От това следва, че кодонът на фенилаланин се състои от няколко U, т.е. в случай на триплетен код той се дешифрира като UUU. По-късно, наред с хомополимерите, се използват полирибонуклеотиди, състоящи се от различни нуклеотиди. В същото време беше известен само съставът на полимерите, местоположението на нуклеотидите в тях беше статистическо, следователно анализът на резултатите беше статистически и даде косвени заключения. Доста бързо беше възможно да се намери поне един триплет за всичките 20 аминокиселини. Оказа се, че наличието на органични разтворители, промени в pH или температура, някои катиони и особено антибиотици правят кода двусмислен: същите кодони започват да стимулират включването на други аминокиселини, в някои случаи един кодон започва да кодира до четири различни аминокиселини. Стрептомицинът повлиява четенето на информация както в безклетъчни системи, така и in vivo и е ефективен само върху чувствителни към стрептомицин бактериални щамове. При зависимите от стрептомицин щамове той „коригира“ четенето от кодони, които са се променили в резултат на мутация. Подобни резултати дадоха основание да се съмняваме в правилността на декодирането на G. с помощта на безклетъчна система; беше необходимо потвърждение, предимно чрез in vivo данни.

Основните данни за G. in vivo са получени чрез анализ на аминокиселинния състав на протеини в организми, третирани с мутагени (виж) с известен механизъм на действие, например азотен, който причинява заместването на С в молекулата на ДНК. с U и A с G. Полезна информацияТе също така предоставят анализ на мутациите, причинени от неспецифични мутагени, сравнение на разликите в първичната структура на свързани протеини при различни видове, корелация между състава на ДНК и протеини и др.

Дешифрирането на G. to въз основа на данни in vivo и in vitro дава съвпадащи резултати. По-късно са разработени три други метода за дешифриране на кода в безклетъчни системи: свързване на аминоацил-tRNA (т.е. tRNA с прикрепена активирана аминокиселина) с тринуклеотиди с известен състав (M. Nirenberg et al., 1965), свързване на аминоацил-тРНК с полинуклеотиди, започващи с определен триплет (Mattei et al., 1966), и използването на полимери като иРНК, в които не само съставът, но и редът на нуклеотидите е известен (X. Korana et al. , 1965). И трите метода се допълват взаимно, а резултатите са в съответствие с данните, получени от in vivo експерименти.

През 70-те години 20 век се появиха методи за особено надеждна проверка на резултатите от декодирането на G. k. Известно е, че мутациите, които възникват под въздействието на профлавин, се състоят от загуба или вмъкване на отделни нуклеотиди, което води до изместване на рамката за четене. Във фаг Т4 редица мутации са причинени от профлавин, при който се променя съставът на лизозима. Този състав беше анализиран и сравнен с онези кодони, които би трябвало да са резултат от изместване на рамката. Резултатът беше пълно съответствие. Освен това, този метод дава възможност да се установи кои триплети от дегенерирания код кодират всяка от аминокиселините. През 1970 г. J. M. Adams и неговите сътрудници успяват частично да дешифрират G. c чрез директен метод: във фаг R17 се определя последователността на базите във фрагмент с дължина 57 нуклеотида и се сравнява с аминокиселинната последователност на неговия обвивен протеин. . Резултатите са напълно съвместими с тези, получени с по-малко директни методи. По този начин кодът е дешифриран напълно и правилно.

Резултатите от декодирането са обобщени в таблица. Той показва състава на кодоните и РНК. Съставът на тРНК антикодоните е комплементарен на иРНК кодоните, т.е. вместо Y те съдържат А, вместо А - U, вместо C - G и вместо G - C, и съответства на кодоните на структурния ген (веригата на ДНК от който се чете информация) с единствената разлика, че урацилът заема мястото на тимина. От 64-те триплета, които могат да бъдат образувани от комбинация от 4 нуклеотида, 61 имат „смисъл“, т.е. кодират аминокиселини, а 3 са „безсмислени“ (безсмислени). Съществува доста ясна връзка между състава на триплетите и тяхното значение, което беше открито при анализа на общите свойства на кода. В някои случаи триплетите, кодиращи специфична аминокиселина (например пролин, аланин), се характеризират с факта, че първите два нуклеотида (задължителни) са еднакви, а третият (незадължителен) може да бъде всичко. В други случаи (при кодиране например на аспарагин, глутамин) две подобни триплета имат едно и също значение, при което първите два нуклеотида съвпадат, а на мястото на третия има някакъв пурин или някакъв пиримидин.

Безсмислени кодони, 2 от които имат специални имена, съответстващи на обозначението на фаговите мутанти (UAA-охра, UAG-кехлибар, UGA-опал), въпреки че не кодират никакви аминокиселини, но имат голяма стойностпри четене на информация чрез кодиране на края на полипептидна верига.

Четенето на информация се извършва в посока от 5 1 -> 3 1 - до края на нуклеотидната верига (виж Дезоксирибонуклеинови киселини). В този случай протеиновият синтез протича от аминокиселина със свободна аминогрупа към аминокиселина със свободна карбоксилна група. Началото на синтеза се кодира от триплети AUG и GUG, които в този случай включват специфична изходна аминоацил-тРНК, а именно N-формилметионил-тРНК. Същите тези триплети, когато са локализирани във веригата, кодират съответно метионин и валин. Двусмислието се премахва от факта, че началото на четенето е предшествано от глупости. Има доказателства, че границата между областите на иРНК, кодиращи различни протеини, се състои от повече от два триплета и че вторичната структура на РНК се променя на тези места; този въпрос е в процес на проучване. Ако безсмислен кодон се появи в рамките на структурен ген, тогава съответният протеин се изгражда само до местоположението на този кодон.

Откриването и дешифрирането на генетичния код - изключително постижение на молекулярната биология - повлия на всички биологични науки, като в някои случаи бележи началото на развитието на специални големи раздели (виж Молекулярна генетика). Ефектът от откритието на Г. и свързаните с него изследвания се сравнява с ефекта, който теорията на Дарвин оказва върху биологичните науки.

Универсалността на генетиката е пряко доказателство за универсалността на основните молекулярни механизми на живота във всички представители на органичния свят. Междувременно големите разлики във функциите на генетичния апарат и неговата структура по време на прехода от прокариоти към еукариоти и от едноклетъчни към многоклетъчни организми вероятно са свързани с молекулярни различия, изследването на които е една от задачите на бъдещето. Тъй като изследването на G.K последните години, значението на получените резултати за практическата медицина е само косвено, което ни позволява да разберем природата на заболяванията, механизма на действие на патогените и лекарствените вещества. Въпреки това, откриването на такива явления като трансформация (виж), трансдукция (виж), потискане (виж), показва фундаменталната възможност за коригиране на патологично променена наследствена информация или нейната корекция - т.нар. генно инженерство (виж).

Таблица. ГЕНЕТИЧЕН КОД

* Кодира края на веригата.

** Също така кодира началото на веригата.

Библиография:Ичас М. Биологичен код, прев. от англ., М., 1971; Арчър Н.Б. Биофизика на цитогенетичните лезии и генетичен код, Л., 1968; Молекулярна генетика, прев. от английски, изд. А. Н. Белозерски, част 1, М., 1964; Нуклеинови киселини, транс. от английски, изд. А. Н. Белозерски, М., 1965; Watson J.D. Молекулярна биология на гена, прев. от англ., М., 1967; Физиологична генетика, изд. М. Е. Лобашева С. Г., Инге-Вечтомова, Л., 1976, библиогр.; Desoxyribonuc-leins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v„ Е. Гайслер, Б., 1972; Генетичният код, Gold Spr. Харб. Symp. количествен. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Генетичният код, N. Y. a. о., 1967 г.

Генетичен код– единна система за записване на наследствена информация в молекулите на нуклеинова киселина под формата на нуклеотидна последователност. Генетичният код се основава на използването на азбука, състояща се само от четири букви A, T, C, G, съответстващи на ДНК нуклеотидите. Има общо 20 вида аминокиселини. От 64 кодона, три - UAA, UAG, UGA - не кодират аминокиселини; те се наричат ​​безсмислени кодони и служат като препинателни знаци. Кодон (кодиращ тринуклеотид) е единица от генетичен код, трио от нуклеотидни остатъци (триплет) в ДНК или РНК, кодиращо включването на една аминокиселина. Самите гени не участват в синтеза на протеини. Медиаторът между гена и протеина е иРНК. Структурата на генетичния код се характеризира с това, че е триплетна, т.е. състои се от триплети (тройки) азотни ДНК бази, наречени кодони. От 64

Свойства на ген. код
1) Триплетност: една аминокиселина е кодирана от три нуклеотида. Тези 3 нуклеотида в ДНК
се наричат ​​триплет, в иРНК - кодон, в тРНК - антикодон.
2) Излишък (дегенерация): има само 20 аминокиселини и има 61 триплета, кодиращи аминокиселини, така че всяка аминокиселина е кодирана от няколко триплета.
3) Уникалност: всеки триплет (кодон) кодира само една аминокиселина.
4) Универсалност: генетичният код е еднакъв за всички живи организми на Земята.
5.) непрекъснатост и безспорност на кодоните при четене. Това означава, че нуклеотидната последователност се чете триплет по триплет без пропуски и съседните триплети не се припокриват.

88. Наследствеността и изменчивостта са основни свойства на живите същества. Разбирането на Дарвин за явленията наследственост и изменчивост.
Наследственостнаречен обща собственостна всички организми запазват и предават характеристики от родител на потомство. Наследственост- това е свойството на организмите да възпроизвеждат в поколения подобен тип метаболизъм, който се е развил по време на историческото развитие на вида и се проявява при определени условия на околната среда.
Променливосте процесът на възникване на качествени различия между индивиди от един и същи вид, който се изразява или в промяна под въздействието на външната среда само на един фенотип, или в генетично обусловени наследствени вариации, произтичащи от комбинации, рекомбинации и мутации, които място в редица последователни поколения и популации.
Разбирането на Дарвин за наследствеността и изменчивостта.
Под наследственостДарвин разбира способността на организмите да запазват своите видови, сортови и индивидуални характеристики в своето потомство. Тази функция беше добре известна и представена наследствена изменчивост. Дарвин анализира подробно значението на наследствеността в еволюционния процес. Той обърна внимание на случаи на неподходящи хибриди от първо поколение и разделяне на признаци във второ поколение, той беше наясно с наследствеността, свързана с пола, хибридните атавизми и редица други явления на наследствеността.
Променливост.Когато сравнява много породи животни и разновидности на растения, Дарвин забелязва, че във всеки вид животни и растения, както и в културата, във всеки сорт и порода няма идентични индивиди. Дарвин заключава, че променливостта е присъща на всички животни и растения.
Анализирайки материала за променливостта на животните, ученият забеляза, че всяка промяна в условията на живот е достатъчна, за да предизвика променливост. Така Дарвин разбира променливостта като способността на организмите да придобиват нови характеристики под влияние на условията на околната среда. Той разграничава следните форми на променливост:
Специфична (групова) изменчивост(сега се нарича модификация) - подобна промяна във всички индивиди от потомството в една посока поради влиянието на определени условия. Някои промени са склонни да не са наследствени.
Несигурна индивидуална променливост(сега се нарича генотипни) - появата на различни незначителни разлики в индивиди от един и същи вид, сорт, порода, по които, съществувайки в подобни условия, един индивид се различава от другите. Такава многопосочна променливост е следствие от несигурното влияние на условията на живот върху всеки индивид.
Корелатив(или относителна) променливост. Дарвин разбира организма като цялата система, чиито отделни части са тясно свързани помежду си. Следователно, промяна в структурата или функцията на една част често причинява промяна в друга или други. Пример за такава променливост е връзката между развитието на функциониращ мускул и образуването на ръба на костта, към която е прикрепен. Много блатни птици имат връзка между дължината на врата и дължината на крайниците: птиците с дълги вратове също имат дълги крайници.
Компенсаторната вариабилност се състои в това, че развитието на някои органи или функции често е причина за инхибиране на други, т.е. има обратна корелация, например, между производството на мляко и месото на добитъка.

89. Вариабилност на модификациите. Норма на реакция на генетично определени черти. Фенокопия.
Фенотипнапроменливостта обхваща промени в състоянието на самите характеристики, които възникват под влияние на условията на развитие или фактори на околната среда. Обхватът на вариабилността на модификацията е ограничен от нормата на реакцията. Конкретна модификационна промяна в даден признак не се наследява, но обхватът на модификационната вариабилност се определя от наследствеността. Наследственият материал не участва в промяната.
Норма на реакцияе границата на модификационната променливост на признак. Наследява се нормата на реакцията, а не самите модификации, т.е. способността да се развие черта, а формата на нейното проявление зависи от условията на околната среда. Скоростта на реакция е специфична количествена и качествена характеристика на генотипа. Има знаци с широка норма на реакция, тясна () и недвусмислена норма. Норма на реакцияима ограничения или граници за всеки биологични видове(долна и горна) - например повишеното хранене ще доведе до увеличаване на теглото на животното, но то ще бъде в рамките на нормалната реакция, характерна за даден вид или порода. Скоростта на реакцията е генетично обусловена и наследена. За различните черти границите на нормата на реакцията варират значително. Например, широки граници на нормата на реакцията са стойността на добива на мляко, продуктивността на зърнени култури и много други количествени характеристики, тесни граници са интензитетът на цвета на повечето животни и много други качествени характеристики. Под въздействието на някои вредни фактори, които човек не среща в процеса на еволюция, се изключва възможността за модификационна променливост, която определя нормите на реакция.
Фенокопия- промени във фенотипа под въздействието на неблагоприятни фактори на околната среда, сходни по проява с мутации. Получените фенотипни модификации не се наследяват. Установено е, че появата на фенокопии е свързана с влиянието външни условиядо определен ограничен етап на развитие. Освен това един и същи агент, в зависимост от това на коя фаза действа, може да копира различни мутации или един етап реагира на един агент, друг на друг. Могат да се използват различни агенти за предизвикване на една и съща фенокопия, което показва, че няма връзка между резултата от промяната и влияещия фактор. Най-сложните генетични нарушения на развитието са относително лесни за възпроизвеждане, докато копирането на черти е много по-трудно.

90. Адаптивен характер на модификацията. Ролята на наследствеността и средата в човешкото развитие, обучение и възпитание.
Модификационната променливост съответства на условията на живот и има адаптивен характер. Характеристики като растеж на растения и животни, тяхното тегло, цвят и т.н. са обект на модификационна променливост. Появата на модификационни промени се дължи на факта, че условията на околната среда влияят върху ензимните реакции, протичащи в развиващия се организъм, и до известна степен променят неговия ход.
Тъй като фенотипното проявление на наследствената информация може да бъде модифицирано от условията на околната среда, генотипът на организма се програмира само с възможността за тяхното формиране в определени граници, наречени норма на реакция. Нормата на реакцията представлява границите на модификационна вариабилност на даден признак, разрешена за даден генотип.
Степента на изразяване на признак, когато генотипът се реализира в различни условиянаречена експресивност. Свързва се с изменчивостта на признака в рамките на реакционната норма.
Същата черта може да се появи в някои организми и да липсва в други, които имат същия ген. Количествена мярка за фенотипната експресия на ген се нарича пенетрантност.
Експресивността и проникването се поддържат от естествения подбор. И двата модела трябва да се имат предвид, когато се изучава наследствеността при хората. Чрез промяна на условията на околната среда може да се повлияе на проникването и изразителността. Фактът, че един и същ генотип може да бъде източник на развитие на различни фенотипове, е от съществено значение за медицината. Това означава, че не е задължително тежестта да се прояви. Много зависи от условията, в които се намира човек. В някои случаи заболяванията като фенотипна проява на наследствената информация могат да бъдат предотвратени чрез спазване на диета или прием на лекарства. Прилагането на наследствена информация зависи от околната среда, формирани въз основа на исторически установен генотип, модификациите обикновено са адаптивни по природа, тъй като те винаги са резултат от реакциите на развиващия се организъм към факторите на околната среда. Естеството на мутационните промени е различно: те са резултат от промени в структурата на ДНК молекулата, което води до нарушаване на установения преди това процес на синтез на протеини. при отглеждане на мишки в условия повишена температуратяхното потомство се ражда с удължени опашки и уголемени уши. Тази модификация е адаптивна по природа, тъй като изпъкналите части (опашка и уши) играят терморегулираща роля в тялото: увеличаването на тяхната повърхност позволява по-голям пренос на топлина.

Генетичният потенциал на човек е ограничен във времето и то доста строго. Ако пропуснете крайния срок за ранна социализация, тя ще избледнее, преди да има време да се реализира. Ярък пример за това твърдение са многобройните случаи, когато бебета по силата на обстоятелствата се озоваха в джунглата и прекараха няколко години сред животни. След завръщането си в човешката общност те вече не можеха напълно да наваксат това, което бяха изгубили: да овладеят речта, да придобият доста сложни умения за човешка дейност, умствените им функции на човек са развити слабо. Това е доказателство, че характерните черти на човешкото поведение и дейност се придобиват само чрез социално наследство, само чрез предаване на социална програма в процеса на възпитание и обучение.

Идентични генотипове (при еднояйчни близнаци), когато са поставени в различни среди, могат да произведат различни фенотипове. Като се вземат предвид всички влияещи фактори, човешкият фенотип може да бъде представен като състоящ се от няколко елемента.

Те включват:биологични наклонности, кодирани в гените; среда (социална и природна); индивидуална дейност; ум (съзнание, мислене).

Взаимодействието на наследствеността и околната среда в развитието на човека играе важна роля през целия му живот. Но тя придобива особено значение през периодите на формиране на организма: ембрионален, гърда, детство, юношество и младост. По това време се наблюдава интензивен процес на развитие на тялото и формиране на личността.

Наследствеността определя какъв може да стане един организъм, но човек се развива под едновременното влияние и на двата фактора - наследственост и среда. Днес става общоприето, че адаптацията на човека се осъществява под влиянието на две програми на наследствеността: биологична и социална. Всички признаци и свойства на всеки индивид са резултат от взаимодействието на неговия генотип и околната среда. Следователно всеки човек е както част от природата, така и продукт на общественото развитие.

91. Комбинативна изменчивост. Значението на комбинираната изменчивост за осигуряване на генотипното разнообразие на хората: Брачни системи. Медицински и генетични аспекти на семейството.
Комбинативна изменчивостсвързани с получаване на нови комбинации от гени в генотипа. Това се постига в резултат на три процеса: а) независимо разминаване на хромозомите по време на мейозата; б) произволното им съчетаване при оплождането; в) генна рекомбинация, дължаща се на Crossing Over. Самите наследствени фактори (гени) не се променят, но възникват нови техни комбинации, което води до появата на организми с различни генотипни и фенотипни свойства. Благодарение на комбинираната променливоств потомството се създава разнообразие от генотипове, което е от голямо значение за еволюционния процес поради факта, че: 1) разнообразието от материали за еволюционния процес се увеличава, без да се намалява жизнеспособността на индивидите; 2) способността на организмите да се адаптират към променящите се условия на околната среда се разширява и по този начин осигурява оцеляването на група организми (популация, вид) като цяло

Съставът и честотата на алелите при хора и популации до голяма степен зависят от видовете бракове. В тази връзка е важно изучаването на видовете бракове и техните медицински и генетични последици.

Браковете могат да бъдат: селективен, безразборно.

Към неселективнитевключват панмикс бракове. Панмиксия(гръцки nixis - смес) - стъпаловидни бракове между хора с различен генотип.

Селективни бракове: 1. Аутбридинг– бракове между хора, които не са свързани с предварително известен генотип, 2. Инбридинг- бракове между роднини, 3.Положително асортативен– бракове между индивиди със сходен фенотип (глухо-неми, ниски с ниски, високи с високи, слабоумни със слабоумни и др.). 4.Отрицателен асортатив-бракове между хора с различни фенотипове (глухонями - нормални; ниски - високи; нормални - с лунички и др.). 4.Кръвосмешение– бракове между близки роднини (между брат и сестра).

Вродените и кръвосмесителните бракове са незаконни в много страни. За съжаление има региони с висока честота на инбредни бракове. Доскоро честотата на инбредните бракове в някои райони на Централна Азия достигаше 13-15%.

Медицинско и генетично значениеинбредните бракове са много негативни. При такива бракове се наблюдава хомозиготизация и честотата на автозомно-рецесивните заболявания се увеличава 1,5-2 пъти. Инбредните популации изпитват инбридинг депресия, т.е. рязко нараства честотата на неблагоприятните рецесивни алели и се увеличава детската смъртност. Положително асортативните бракове също водят до подобни явления. Аутбридингът има положителни генетични ползи. При такива бракове се наблюдава хетерозиготизация.

92. Мутационна изменчивост, класификация на мутациите според степента на изменение на увреждането на наследствения материал. Мутации в зародишни и соматични клетки.
Мутациянаречена промяна, причинена от реорганизацията на репродуктивните структури, промяна в нейния генетичен апарат. Мутациите възникват спазматично и се наследяват. В зависимост от степента на изменение на наследствения материал всички мутации се делят на генетичен, хромозомени геномна.
Генни мутации, или трансгенации, засягат структурата на самия ген. Мутациите могат да променят участъци от молекулата на ДНК с различна дължина. Най-малката област, чиято промяна води до появата на мутация, се нарича мутон. Тя може да бъде изградена само от двойка нуклеотиди. Промяната в последователността на нуклеотидите в ДНК причинява промяна в последователността на триплетите и, в крайна сметка, в програмата за синтез на протеини. Трябва да се помни, че нарушенията в структурата на ДНК водят до мутации само когато не се извършва ремонт.
Хромозомни мутации, хромозомните пренареждания или аберации се състоят от промяна в броя или преразпределение на наследствения материал на хромозомите.
Перестройките се делят на интрахромозомнии междухромозомни. Интрахромозомните пренареждания се състоят от загуба на част от хромозома (делеция), удвояване или умножаване на някои от нейните участъци (дупликация) и завъртане на хромозомния фрагмент на 180 ° с промяна в последователността на местоположението на гена (инверсия).
Геномни мутациисвързани с промени в броя на хромозомите. Геномните мутации включват анеуплоидия, хаплоидия и полиплоидия.
Анеуплоидиясе нарича промяна в броя на отделните хромозоми - липсата (монозомия) или наличието на допълнителни (тризомия, тетразомия, в общ случайполизомия) на хромозомите, т.е. небалансиран набор от хромозоми. Клетки с променен брой хромозоми се появяват в резултат на нарушения в процеса на митоза или мейоза, поради което се прави разлика между митотична и мейотична анеуплоидия. Нарича се многократно намаляване на броя на хромозомните набори от соматични клетки в сравнение с диплоидните хаплоидност. Нарича се многократно увеличение на броя на хромозомните набори от соматични клетки в сравнение с диплоидните полиплоидия.
Изброените видове мутации се срещат както в зародишните клетки, така и в соматичните клетки. Мутациите, които възникват в зародишните клетки, се наричат генеративен. Те се предават на следващите поколения.
Наричат ​​се мутации, възникващи в телесните клетки на един или друг етап от индивидуалното развитие на организма соматични. Такива мутации се наследяват само от потомците на клетката, в която са възникнали.

93. Генни мутации, молекулярни механизми на възникване, честота на мутациите в природата. Биологични антимутационни механизми.
Съвременната генетика подчертава това генни мутациисе състои в промяна на химичната структура на гените. По-конкретно, генните мутации са замествания, вмъквания, делеции и загуби на нуклеотидни двойки. Най-малката част от ДНК молекула, чиято промяна води до мутация, се нарича мутон. Равнява се на една двойка нуклеотиди.
Има няколко класификации на генни мутации . Спонтанно(спонтанна) е мутация, която възниква без пряка връзка с физически или химичен фактор на околната среда.
Ако мутациите са причинени умишлено, чрез въздействие върху организма от фактори с известно естество, те се наричат. предизвикани. Агентът, който предизвиква мутации, се нарича мутаген.
Природата на мутагените е разнообразна- това са физически фактори, химични съединения. Установен е мутагенният ефект на някои биологични обекти - вируси, протозои, хелминти - когато проникнат в човешкото тяло.
В резултат на доминантни и рецесивни мутации във фенотипа се появяват доминантни и рецесивно променени признаци. Доминиращмутациите се появяват във фенотипа още в първото поколение. Рецесивенмутациите са скрити в хетерозиготите от действието на естествения подбор, така че те се натрупват в големи количества в генофондовете на видовете.
Показател за интензивността на мутационния процес е честотата на мутация, която се изчислява средно по геном или поотделно за конкретни локуси. Средната честота на мутации е сравнима в широк кръг живи същества (от бактерии до хора) и не зависи от нивото и вида на морфофизиологичната организация. Равнява се на 10 -4 - 10 -6 мутации на 1 локус на поколение.
Антимутационни механизми.
Защитен фактор срещу неблагоприятните последици от генните мутации е сдвояването на хромозомите в диплоидния кариотип на соматичните еукариотни клетки. Сдвояването на алеевите гени предотвратява фенотипното проявление на мутации, ако те са рецесивни.
Феноменът на екстракопиране на гени, кодиращи жизненоважни макромолекули, допринася за намаляване на вредните последици от генните мутации. Например гените на рРНК, тРНК, хистоновите протеини, без които животът на всяка клетка е невъзможен.
Изброените механизми допринасят за запазването на избраните по време на еволюцията гени и същевременно за натрупването на различни алели в генофонда на популацията, образувайки резерв от наследствена изменчивост.

94. Геномни мутации: полиплоидия, хаплоидия, хетероплоидия. Механизми на тяхното възникване.
Геномните мутации са свързани с промени в броя на хромозомите. Геномните мутации включват хетероплоидия, хаплоидности полиплоидия.
Полиплоидия– увеличаване на диплоидния брой хромозоми чрез добавяне на цели набори от хромозоми в резултат на нарушаване на мейозата.
При полиплоидните форми има увеличение на броя на хромозомите, кратно на хаплоидния набор: 3n - триплоиден; 4n – тетраплоид, 5n – пентаплоид и др.
Полиплоидните форми са фенотипно различни от диплоидните: заедно с промяната в броя на хромозомите се променят и наследствените свойства. При полиплоидите клетките обикновено са големи; понякога растенията са с гигантски размери.
Формите, получени в резултат на размножаване на хромозоми от един геном, се наричат ​​автоплоидни. Известна е обаче и друга форма на полиплоидия - алоплоидия, при която броят на хромозомите на два различни генома се умножава.
Нарича се многократно намаляване на броя на хромозомните набори от соматични клетки в сравнение с диплоидните хаплоидност. Хаплоидните организми в естествените местообитания се срещат главно сред растенията, включително висшите (датура, пшеница, царевица). Клетките на такива организми имат по една хромозома от всяка хомоложна двойка, така че всички рецесивни алели се проявяват във фенотипа. Това обяснява намалената жизнеспособност на хаплоидите.
Хетероплоидия. В резултат на нарушения в митозата и мейозата, броят на хромозомите може да се промени и да не стане кратно на хаплоидния набор. Феноменът, при който една от хромозомите, вместо двойка, се озовава в троен брой, се нарича тризомия. Ако се наблюдава тризомия на една хромозома, тогава такъв организъм се нарича тризомичен и неговият хромозомен набор е 2n+1. Тризомията може да бъде на всяка от хромозомите или дори на няколко. При двойна тризомия има хромозомен набор от 2n+2, тройна тризомия – 2n+3 и т.н.
Обратното явление тризомия, т.е. загубата на една от хромозомите от двойка в диплоиден набор се нарича монозомия, организмът е монозомен; неговата генотипна формула е 2n-1. При липса на две различни хромозоми организмът е двойно монозомен с генотипна формула 2n-2 и т.н.
От казаното става ясно, че анеуплоидия, т.е. нарушението на нормалния брой хромозоми води до промени в структурата и намаляване на жизнеспособността на организма. Колкото по-голямо е смущението, толкова по-ниска е жизнеспособността. При хората нарушаването на балансиран набор от хромозоми води до болезнени състояния, известни като хромозомни заболявания.
Механизъм на възникванегеномните мутации са свързани с патологията на нарушаване на нормалната хромозомна сегрегация в мейозата, което води до образуването на анормални гамети, което води до мутация. Промените в тялото са свързани с наличието на генетично разнородни клетки.

95. Методи за изследване на наследствеността при човека. Генеалогични и двойни методи, тяхното значение за медицината.
Основните методи за изследване на наследствеността при човека са генеалогичен, близнак, популационно-статистически, дерматоглифичен метод, цитогенетичен, биохимичен, метод на генетика на соматични клетки, метод на моделиране
Генеалогичен метод.Този метод се основава на съставяне и анализ на родословия. Родословието е диаграма, която показва връзките между членовете на семейството. Чрез анализиране на родословия те изучават всяка нормална или (по-често) патологична черта в поколения хора, които са свързани.
Генеалогичните методи се използват за определяне на наследствения или ненаследствения характер на черта, доминиране или рецесивност, хромозомно картографиране, полова връзка и за изследване на процеса на мутация. Като правило, генеалогичният метод формира основата за заключения в медицинското генетично консултиране.
При съставянето на родословия се използват стандартни означения. Лицето, с което започва изследването, е пробандът. Потомъкът на семейна двойка се нарича брат или сестра, братята и сестрите се наричат ​​братя и сестри, братовчедите се наричат ​​първи братовчеди и т.н. Потомците, които имат обща майка (но различни бащи), се наричат ​​родствени, а потомците, които имат общ баща (но различни майки), се наричат ​​полукръвни; ако едно семейство има деца от различни бракове и те нямат общи предци (например дете от първия брак на майката и дете от първия брак на бащата), тогава те се наричат ​​доведени деца.
С помощта на генеалогичния метод може да се установи наследственият характер на изследвания признак, както и вида на неговото унаследяване. При анализиране на родословия въз основа на няколко характеристики може да се разкрие свързаната природа на тяхното наследство, което се използва при съставянето на хромозомни карти. Този метод ви позволява да изследвате интензивността на процеса на мутация, да оцените експресивността и проникването на алела.
Двойен метод. Състои се от изучаване на моделите на наследяване на черти при двойки еднояйчни и разнояйчни близнаци. Близнаците са две или повече деца, заченати и родени от една и съща майка почти едновременно. Има еднояйчни и разнояйчни близнаци.
Най-рано се появяват еднояйчни (монозиготни, еднояйчни) близнаци ранни етапифрагментация на зиготата, когато два или четири бластомера запазват способността, когато се разделят, да се развият в пълноценен организъм. Тъй като зиготата се дели чрез митоза, генотиповете на еднояйчните близнаци са, поне първоначално, напълно идентични. Еднояйчните близнаци винаги са от един и същи пол и споделят една и съща плацента по време на вътреутробното развитие.
Братски (дизиготни, неидентични) възникват, когато две или повече едновременно узрели яйцеклетки са оплодени. Така че те имат около 50% общи гени. С други думи, те са подобни на обикновените братя и сестри по своята генетична конституция и могат да бъдат от един и същи пол или от противоположния пол.
Чрез сравняване на еднояйчни и разнояйчни близнаци, отгледани в една и съща среда, могат да се направят заключения за ролята на гените в развитието на черти.
Методът на близнаците ви позволява да правите информирани заключения относно наследствеността на чертите: ролята на наследствеността, околната среда и случайните фактори при определянето на определени човешки черти
Профилактика и диагностика на наследствена патология
В момента профилактиката на наследствената патология се извършва на четири нива: 1) прегаметичен; 2) презиготичен; 3) пренатален; 4) неонатален.
1.) Предиграво ниво
Извършено:
1. Санитарен контрол върху производството - елиминиране на влиянието на мутагените върху тялото.
2. Освобождаване на жени в детеродна възраст от работа в опасни производства.
3. Създаване на списъци с наследствени заболявания, които са разпространени в дадена област
територии с деф. често.
2. Презиготично ниво
Най-важният елемент от това ниво на превенция е медико-генетичното консултиране (МГК) на населението, информиращо семейството за степента на възможен рискраждане на дете с наследствена патология и оказване на помощ при вземането на правилното решение за раждане на дете.
Пренатално ниво
Състои се в провеждане на пренатална (антенатална) диагностика.
Пренатална диагностика– това е набор от мерки, които се провеждат с цел определяне на наследствена патология в плода и прекъсване на тази бременност. Методите за пренатална диагностика включват:
1. Ултразвуково сканиране (USS).
2. Фетоскопия– метод за визуално наблюдение на плода в маточната кухина чрез еластична сонда, оборудвана с оптична система.
3. Биопсия на хорионните въси. Методът се основава на вземане на хорионни въси, култивиране на клетки и тяхното изследване чрез цитогенетични, биохимични и молекулярно-генетични методи.
4. Амниоцентеза– пункция на околоплодния мехур през коремната стена и събиране
амниотична течност. Съдържа фетални клетки, които могат да бъдат изследвани
цитогенетично или биохимично в зависимост от очакваната патология на плода.
5. Кордоцентеза- пункция на съдовете на пъпната връв и вземане на фетална кръв. Фетални лимфоцити
култивирани и подложени на изследване.
4.Неонатално ниво
На четвърто ниво новородените се изследват за идентифициране на автозомно-рецесивни метаболитни заболявания в предклиничния етап, когато започва навременно лечение, за да се осигури нормално умствено и физическо развитие на децата.

Принципи на лечение на наследствени заболявания
Предлагат се следните видове лечение:.
1. Симптоматично(въздействие върху симптомите на заболяването).
2. Патогенетичен(въздействие върху механизмите на развитие на болестта).
Симптоматичното и патогенетичното лечение не премахва причините за заболяването, т.к не ликвидира
генетичен дефект.
Следните техники могат да се използват при симптоматично и патогенетично лечение.
· Корекциядефекти в развитието, използващи хирургични методи (синдактилия, полидактилия,
цепната устна...
· Заместваща терапия, чийто смисъл е въвеждане в организма
липсващи или недостатъчни биохимични субстрати.
· Индукция на метаболизма– въвеждане в организма на вещества, които подобряват синтеза
някои ензими и следователно ускоряват процесите.
· Инхибиране на метаболизма– въвеждане в организма на лекарства, които свързват и отстраняват
необичайни метаболитни продукти.
· Диетична терапия (терапевтично хранене) - премахване от диетата на вещества, които
не може да се усвои от тялото.
Перспективи:В близко бъдеще генетиката ще се развива бързо, въпреки че все още е така
много широко разпространен в земеделските култури (развъждане, клониране),
медицина (медицинска генетика, генетика на микроорганизмите). В бъдеще учените се надяват
използвайте генетиката, за да елиминирате дефектните гени и да премахнете предаваните болести
по наследство, за да може да лекува такива сериозни заболявания като рак, вирусни
инфекции.

С всички недостатъци съвременна оценкарадиогенетичният ефект не оставя никакво съмнение относно сериозността на генетичните последствия, очакващи човечеството в случай на неконтролирано повишаване на радиоактивния фон в околната среда. Опасността от по-нататъшни тестове на атомни и водородни оръжия е очевидна.
В същото време използването на атомната енергия в генетиката и селекцията позволява да се създадат нови методи за контрол на наследствеността на растенията, животните и микроорганизмите и да се разберат по-добре процесите на генетична адаптация на организмите. Във връзка с човешките полети в открития космос е необходимо да се изследва влиянието на космическата реакция върху живите организми.

98. Цитогенетичен метод за диагностика на хромозомни заболявания у човека. Амниоцентеза. Кариотип и идиограма на човешки хромозоми. Биохимичен метод.
Цитогенетичният метод включва изследване на хромозомите с помощта на микроскоп. Най-често обект на изследване са митотични (метафазни), по-рядко мейотични (профазни и метафазни) хромозоми. Цитогенетичните методи се използват за изследване на кариотипа на отделните индивиди
Извършва се получаване на материал от организъм, развиващ се вътреутробно по различни начини. Един от тях е амниоцентеза, с помощта на които в 15-16 седмица от бременността се получава амниотична течност, съдържаща отпадъчни продукти от плода и клетки от неговата кожа и лигавици
Материалът, взет по време на амниоцентезата, се използва за биохимични, цитогенетични и молекулярно-химични изследвания. Цитогенетичните методи определят пола на плода и идентифицират хромозомни и геномни мутации. Изследването на амниотична течност и фетални клетки с помощта на биохимични методи дава възможност да се открие дефект в протеиновите продукти на гените, но не дава възможност да се определи локализацията на мутациите в структурната или регулаторната част на генома. Използването на ДНК сонди играе важна роля за идентифициране на наследствени заболявания и прецизно локализиране на увреждането на феталния наследствен материал.
В момента амниоцентезата се използва за диагностициране на всички хромозомни аномалии, над 60 наследствени метаболитни заболявания и несъвместимост на майката и плода с еритроцитни антигени.
Нарича се диплоиден набор от хромозоми на клетка, характеризиращ се с техния брой, размер и форма кариотип. Нормалният човешки кариотип включва 46 хромозоми или 23 двойки: 22 двойки автозоми и една двойка полови хромозоми
За да се улесни разбирането на сложния комплекс от хромозоми, които изграждат кариотипа, те са подредени във формата идиограми. IN идиограмахромозомите са подредени по двойки в низходящ ред, с изключение на половите хромозоми. Най-голямата двойка получава номер 1, най-малката - номер 22. Идентифицирането на хромозомите само по размер среща големи трудности: редица хромозоми имат подобни размери. Въпреки това, в напоследъкЧрез използването на различни видове багрила е установено ясно разграничаване на човешките хромозоми по дължината им на ленти, които могат да бъдат боядисани по специални методи, и такива, които не могат да бъдат боядисани. Способността за точно разграничаване на хромозомите е от голямо значение за медицинската генетика, тъй като позволява точно да се определи естеството на аномалиите в кариотипа на човек.
Биохимичен метод

99. Човешки кариотип и идиограма. Характеристики на нормален човешки кариотип
и патология.
Кариотип- набор от характеристики (брой, размер, форма и т.н.) на пълния набор от хромозоми,
присъщи на клетките на даден биологичен вид (видов кариотип), на даден организъм
(индивидуален кариотип) или линия (клонинг) от клетки.
За определяне на кариотипа се използва микроснимка или скица на хромозоми по време на микроскопия на делящи се клетки.
Всеки човек има 46 хромозоми, две от които са полови хромозоми. Една жена има две Х хромозоми
(кариотип: 46, XX), а мъжете имат една X хромозома, а другата Y (кариотип: 46, XY). Проучване
Кариотипирането се извършва с помощта на метод, наречен цитогенетика.
идиограма- схематично представяне на хаплоидния набор от хромозоми на организъм, който
поставени в ред в съответствие с техните размери, по двойки в низходящ ред на техните размери. Изключение правят половите хромозоми, които са особено разграничени.
Примери за най-честите хромозомни патологии.
Синдромът на Даун е тризомия на 21-вата двойка хромозоми.
Синдромът на Едуардс е тризомия на 18-та двойка хромозоми.
Синдромът на Патау е тризомия на 13-та двойка хромозоми.
Синдромът на Klinefelter е полизомия на X хромозомата при момчетата.

100. Значението на генетиката за медицината. Цитогенетични, биохимични, популационно-статистически методи за изследване на наследствеността при човека.
Ролята на генетиката в човешкия живот е много важна. Осъществява се с помощта на медико-генетична консултация. Медицинското генетично консултиране има за цел да спаси човечеството от страданията, свързани с наследствени (генетични) заболявания. Основните цели на медицинското генетично консултиране са да се установи ролята на генотипа в развитието на това заболяване и да се предвиди рискът от раждане на болно потомство. Препоръките, дадени в медико-генетичните консултации относно брака или прогнозата за генетичната полезност на потомството, имат за цел да гарантират, че те се вземат предвид от консултираните лица, които доброволно вземат съответното решение.
Цитогенетичен (кариотипен) метод.Цитогенетичният метод включва изследване на хромозомите с помощта на микроскоп. Най-често обект на изследване са митотични (метафазни), по-рядко мейотични (профазни и метафазни) хромозоми. Този метод се използва и за изследване на половия хроматин ( Тела на Бар) Цитогенетичните методи се използват за изследване на кариотипа на отделните индивиди
Използването на цитогенетичния метод позволява не само да се изследва нормалната морфология на хромозомите и кариотипа като цяло, да се определи генетичният пол на организма, но най-важното е да се диагностицират различни хромозомни заболявания, свързани с промени в броя на хромозомите. или нарушаване на тяхната структура. В допълнение, този метод ви позволява да изследвате процесите на мутагенеза на ниво хромозома и кариотип. Използването му в медицинското генетично консултиране за целите на пренаталната диагностика на хромозомните заболявания позволява чрез навременно прекъсване на бременността да се предотврати появата на потомство с тежки нарушения в развитието.
Биохимичен методсе състои в определяне на активността на ензимите или съдържанието на определени метаболитни продукти в кръвта или урината. С помощта на този метод се идентифицират метаболитни нарушения, причинени от наличието в генотипа на неблагоприятна комбинация от алелни гени, най-често рецесивни алели в хомозиготно състояние. С навременна диагностика на такива наследствени заболявания превантивни меркипомагат да се избегнат сериозни нарушения в развитието.
Популационен статистически метод.Този метод ви позволява да оцените вероятността за раждане на индивиди с определен фенотип в дадена група от населението или в кръвно-родствени бракове; изчислете честотата на носителство на рецесивни алели в хетерозиготно състояние. Методът се основава на закона на Харди-Вайнберг. Закон на Харди-Вайнберг- Това е законът на популационната генетика. Законът гласи: „В една идеална популация честотите на гените и генотипите остават постоянни от поколение на поколение.“
Основните характеристики на човешките популации са: обща територия и възможност за свободен брак. Фактори за изолация, т.е. ограничаване на свободата на избор на съпрузи, могат да бъдат не само географски, но и религиозни и социални бариери.
В допълнение, този метод позволява да се изследват мутационният процес, ролята на наследствеността и околната среда при формирането на човешкия фенотипен полиморфизъм според нормалните характеристики, както и при появата на заболявания, особено с наследствено предразположение. Популационният статистически метод се използва за определяне на значението на генетичните фактори в антропогенезата, по-специално в расообразуването.

101.Структурни нарушения (аберации) на хромозомите. Класификация в зависимост от промените в генетичния материал. Последици за биологията и медицината.
Хромозомните аберации са резултат от хромозомни пренареждания. Те са следствие от разкъсване на хромозома, което води до образуване на фрагменти, които впоследствие се обединяват, но нормалната структура на хромозомата не се възстановява. Има 4 основни вида хромозомни аберации: недостиг, удвоявания, обръщания, транслокации, изтриване– загуба на хромозома определена област, който след това обикновено се унищожава
Недостигвъзникват поради загуба на определена хромозомна област. Дефицитите в средната част на хромозомата се наричат ​​делеции. Загубата на значителна част от хромозомата води до смърт на организма, загубата на незначителни участъци причинява промяна в наследствените свойства. И така. Когато на царевицата липсва една от хромозомите й, нейните разсади нямат хлорофил.
Удвояванесвързано с включването на допълнителна, дублираща се част от хромозомата. Това води и до появата на нови симптоми. Така при Drosophila генът за очите с форма на ивици се причинява от удвояването на част от една от хромозомите.
Инверсиинаблюдава се, когато хромозома се счупи и разкъсаният участък се завърти на 180 градуса. Ако счупването се случи на едно място, отделеният фрагмент е прикрепен към хромозомата с противоположния край, но ако на две места, тогава средният фрагмент, обръщайки се, е прикрепен към местата на счупването, но с различни краища. Според Дарвин инверсиите играят важна роля в еволюцията на видовете.
Транслокациивъзникват в случаите, когато участък от хромозома от една двойка е прикрепен към нехомоложна хромозома, т.е. хромозома от друга двойка. Транслокацияучастъци от една от хромозомите са известни при хората; може да е причината за синдрома на Даун. Повечето транслокации, засягащи големи участъци от хромозоми, правят организма нежизнеспособен.
Хромозомни мутациипромяна на дозата на някои гени, предизвикване на преразпределение на гени между групите на свързване, промяна на тяхната локализация в групата на свързване. По този начин те нарушават генния баланс на клетките на тялото, което води до отклонения в соматичното развитие на индивида. По правило промените обхващат няколко системи от органи.
Хромозомните аберации са от голямо значение в медицината. Прихромозомни аберации, има изоставане в общото физическо и умствено развитие. Хромозомните заболявания се характеризират с комбинация от много вродени дефекти. Този дефект е проява на синдрома на Даун, който се наблюдава в случай на тризомия на малък сегмент от дългото рамо на хромозома 21. Картината на синдрома на котешки плач се развива със загубата на част от късото рамо на хромозома 5. При хората най-често се наблюдават малформации на мозъка, опорно-двигателния апарат, сърдечно-съдовата и пикочно-половата система.

102. Понятието вид, съвременни възгледи за видообразуването. Типови критерии.
Прегледе съвкупност от индивиди, които са сходни по видови критерии до такава степен, че могат
естествено се кръстосват и произвеждат плодородно потомство.
Плодовито потомство- нещо, което може да се самовъзпроизвежда. Пример за безплодно потомство е муле (хибрид на магаре и кон), то е безплодно.
Типови критерии- това са характеристики, по които се сравняват 2 организма, за да се определи дали принадлежат към един и същи вид или към различни.
· Морфологични – вътрешни и външна структура.
· Физиолого-биохимични – как функционират органите и клетките.
· Поведенчески – поведение, особено по време на размножаване.
· Екологични – набор от фактори на околната среда, необходими за живота
тип (температура, влажност, храна, конкуренти и т.н.)
· Географски – ареал (район на разпространение), т.е. територията, на която живее видът.
· Генетично-репродуктивен – еднакъв брой и структура на хромозомите, което позволява на организмите да произвеждат плодовито потомство.
Критериите за тип са относителни, т.е. Не може да се съди за един вид по един критерий. Например има двойни видове (при маларийния комар, при плъхове и др.). Те не се различават морфологично един от друг, но имат различни количествахромозоми и следователно не произвеждат потомство.

103.Население. Неговите екологични и генетични характеристики и роля във видообразуването.
Население- минимална самовъзпроизвеждаща се група от индивиди от един и същи вид, повече или по-малко изолирани от други подобни групи, обитаващи определена територия за дълга поредица от поколения, формиращи собствена генетична система и формиращи собствена екологична ниша.
Екологични показатели на популацията.
Номер- общият брой на индивидите в популацията. Тази стойност се характеризира с широк диапазон на променливост, но не може да бъде под определени граници.
Плътност- броя на индивидите на единица площ или обем. С нарастването на числеността гъстотата на населението има тенденция да се увеличава
Пространствена структураПопулацията се характеризира с особеностите на разпределението на индивидите в заетата територия. Обуславя се от свойствата на местообитанието и биологичните особености на вида.
Полова структураотразява определено съотношение на мъжки и женски индивиди в популацията.
Възрастова структураотразява съотношението на различните възрастови групи в популациите в зависимост от продължителността на живота, времето на пубертета и броя на потомците.
Генетични показатели на популацията. Генетично една популация се характеризира със своя генофонд. Тя е представена от набор от алели, които формират генотиповете на организмите в дадена популация.
Когато се описват популациите или се сравняват една с друга, се използват редица генетични характеристики. Полиморфизъм. Една популация се нарича полиморфна в даден локус, ако в нея се срещат два или повече алела. Ако локусът е представен от единичен алел, говорим за мономорфизъм. Чрез изследване на много локуси е възможно да се определи делът на полиморфните сред тях, т.е. оценяват степента на полиморфизъм, който е показател за генетичното разнообразие на популацията.
Хетерозиготност. Важна генетична характеристика на популацията е хетерозиготността - честотата на хетерозиготните индивиди в популацията. Той също така отразява генетичното разнообразие.
Коефициент на инбридинг. Този коефициент се използва за оценка на разпространението на инбридинг в популация.
Генна асоциация. Алелните честоти на различни гени могат да зависят един от друг, което се характеризира с коефициенти на асоцииране.
Генетични разстояния.Различните популации се различават една от друга по честотите на алелите. За количествено определяне на тези разлики са предложени показатели, наречени генетични разстояния.

Население– елементарна еволюционна структура. В ареала на всеки вид индивидите са разпределени неравномерно. Областите на плътна концентрация на индивиди се редуват с пространства, където има малко или никакви от тях. В резултат на това възникват повече или по-малко изолирани популации, в които систематично се случва случайно свободно кръстосване (панмиксия). Кръстосването с други популации се случва много рядко и нередовно. Благодарение на панмиксията във всяка популация се създава характерен за нея генофонд, различен от другите популации. Популацията е тази, която трябва да се признае за елементарна единица на еволюционния процес

Ролята на популациите е голяма, тъй като почти всички мутации възникват в тях. Тези мутации се свързват предимно с изолирани популации и генофондове, които се различават поради тяхната изолация един от друг. Материалът за еволюцията е мутационната изменчивост, която започва в популацията и завършва с формирането на вида.

Класификация на гените

1) По естеството на взаимодействието в алелна двойка:

Доминиращ (ген, способен да потисне проявата на алелен към него рецесивен ген); - рецесивен (ген, чиято експресия е потисната от неговия алелен доминантен ген).

2) Функционална класификация:

2) Генетичен код- това са определени комбинации от нуклеотиди и последователността на тяхното разположение в молекулата на ДНК. Това е метод, характерен за всички живи организми за кодиране на аминокиселинната последователност на протеините, използвайки последователност от нуклеотиди.

ДНК използва четири нуклеотида - аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T), които в руската литература се обозначават с буквите A, G, T и C. Тези букви съставляват азбуката на генетичен код. РНК използва същите нуклеотиди, с изключение на тимина, който се заменя с подобен нуклеотид - урацил, който се обозначава с буквата U (U в рускоезичната литература). В молекулите на ДНК и РНК нуклеотидите са подредени във вериги и по този начин се получават последователности от генетични букви.

Генетичен код

За изграждането на протеини в природата се използват 20 различни аминокиселини. Всеки протеин представлява верига или няколко вериги от аминокиселини в строго определена последователност. Тази последователност определя структурата на протеина и следователно всички негови биологични свойства. Наборът от аминокиселини също е универсален за почти всички живи организми.

Внедряването на генетична информация в живите клетки (т.е. синтеза на протеин, кодиран от ген) се извършва с помощта на два матрични процеса: транскрипция (т.е. синтез на иРНК върху ДНК матрица) и транслация на генетичния код в аминокиселинна последователност (синтез на полипептидна верига върху иРНК матрица). Три последователни нуклеотида са достатъчни, за да кодират 20 аминокиселини, както и стоп сигнала, показващ края на протеиновата последователност. Набор от три нуклеотида се нарича триплет. Приетите съкращения, съответстващи на аминокиселини и кодони, са показани на фигурата.

Свойства на генетичния код

1. Тройка- смислена единица код е комбинация от три нуклеотида (триплет или кодон).

2. Приемственост- между тройките няма препинателни знаци, тоест информацията се чете непрекъснато.

3. Дискретност- един и същи нуклеотид не може едновременно да бъде част от два или повече триплета.

4. Специфичност- специфичен кодон отговаря само на една аминокиселина.

5. Дегенерация (излишък)- няколко кодона могат да съответстват на една и съща аминокиселина.

6. Универсалност - генетичен коддейства по същия начин в организмите различни нивасложност – от вируси до хора. (методите се основават на това генно инженерство)

3) транскрипция - процесът на синтез на РНК с помощта на ДНК като шаблон, който се среща във всички живи клетки. С други думи, това е трансфер на генетична информация от ДНК към РНК.

Транскрипцията се катализира от ензима ДНК-зависима РНК полимераза. Процесът на синтез на РНК протича в посока от 5" към 3" края, т.е. по ДНК шаблонната верига РНК полимеразата се движи в посока 3"->5"

Транскрипцията се състои от етапите на иницииране, удължаване и терминиране.

Иницииране на транскрипция- сложен процес, който зависи от последователността на ДНК в близост до транскрибираната последователност (а при еукариотите и от по-отдалечени части на генома - усилватели и заглушители) и от наличието или отсъствието на различни протеинови фактори.

Удължение- продължава по-нататъшното размотаване на ДНК и синтеза на РНК по кодиращата верига. той, подобно на синтеза на ДНК, се случва в посока 5-3

Прекратяване- щом полимеразата достигне терминатора, тя незабавно се отделя от ДНК, локалният хибрид ДНК-РНК се разрушава и новосинтезираната РНК се транспортира от ядрото в цитоплазмата и транскрипцията завършва.

Обработка- набор от реакции, водещи до превръщането на първични продукти на транскрипция и транслация във функциониращи молекули. Функционално неактивните прекурсорни молекули са изложени на P. рибонуклеинови киселини (tRNA, rRNA, mRNA) и много други. протеини.

В процеса на синтез на катаболни ензими (разграждащи субстрати), в прокариотите възниква индуцируем синтез на ензими. Това дава възможност на клетката да се адаптира към условията на околната среда и да пести енергия чрез спиране на синтеза на съответния ензим, ако нуждата от него изчезне.
За да се индуцира синтеза на катаболни ензими, са необходими следните условия:

1. Ензимът се синтезира само когато за клетката е необходимо разграждането на съответния субстрат.
2. Концентрацията на субстрата в средата трябва да надвиши определено ниво, преди да може да се образува съответният ензим.
Механизмът на регулиране на генната експресия в Escherichia coli е най-добре проучен на примера на lac оперона, който контролира синтеза на три катаболни ензима, които разграждат лактозата. Ако в клетката има много глюкоза и малко лактоза, промоторът остава неактивен, а репресорният протеин се намира на оператора - транскрипцията на lac оперона се блокира. Когато количеството на глюкозата в околната среда и следователно в клетката намалява, а лактозата се увеличава, настъпват следните събития: количеството на цикличния аденозинмонофосфат се увеличава, той се свързва с CAP протеина - този комплекс активира промотора, към който РНК полимераза обвързва; в същото време излишната лактоза се свързва с репресорния протеин и освобождава оператора от него - пътят е отворен за РНК полимераза, започва транскрипция на структурните гени на lac оперона. Лактозата действа като индуктор на синтеза на онези ензими, които я разграждат.

5) Регулиране на генната експресия при еукариотие много по-сложно. Различни видовеклетките на многоклетъчен еукариотен организъм синтезират редица идентични протеини и в същото време се различават един от друг в набор от протеини, специфични за клетки от даден тип. Нивото на производство зависи от типа клетка, както и от етапа на развитие на организма. Регулирането на генната експресия се осъществява на клетъчно и организмово ниво. Гените на еукариотните клетки се делят на двеосновни видове: първият определя универсалността на клетъчните функции, вторият определя (определя) специализирани клетъчни функции. Генни функции първа групасе появяват във всички клетки. За да изпълняват диференцирани функции, специализираните клетки трябва да експресират специфичен набор от гени.
Хромозомите, гените и опероните на еукариотните клетки имат редица структурни и функционални характеристики, което обяснява сложността на генната експресия.
1. Опероните на еукариотните клетки имат няколко гена - регулатори, които могат да бъдат разположени на различни хромозоми.
2. Структурните гени, които контролират синтеза на ензими на един биохимичен процес, могат да бъдат концентрирани в няколко оперона, разположени не само в една ДНК молекула, но и в няколко.
3. Сложна последователност на ДНК молекула. Има информативни и неинформативни секции, уникални и многократно повтарящи се информативни нуклеотидни последователности.
4. Еукариотните гени се състоят от екзони и интрони, като съзряването на иРНК е придружено от изрязване на интрони от съответните първични РНК транскрипти (про-РНК), т.е. снаждане.
5. Процесът на генна транскрипция зависи от състоянието на хроматина. Локалното уплътняване на ДНК напълно блокира синтеза на РНК.
6. Транскрипцията в еукариотните клетки не винаги е свързана с транслацията. Синтезираната иРНК може да се съхранява дълго време под формата на информационни зоми. Транскрипцията и транслацията се извършват в различни отделения.
7. Някои еукариотни гени имат непостоянна локализация (лабилни гени или транспозони).
8. Методите на молекулярната биология разкриха инхибиторния ефект на хистоновите протеини върху синтеза на иРНК.
9. По време на развитието и диференциацията на органите активността на гените зависи от хормоните, които циркулират в тялото и предизвикват специфични реакции в определени клетки. При бозайниците е важно действието на половите хормони.
10. При еукариотите на всеки етап от онтогенезата се експресират 5-10% от гените, останалите трябва да бъдат блокирани.

6) ремонт на генетичен материал

Генетична репарация- процесът на елиминиране на генетични увреждания и възстановяване на наследствения апарат, протичащ в клетките на живите организми под въздействието на специални ензими. Способността на клетките да възстановяват генетични увреждания е открита за първи път през 1949 г. от американския генетик А. Келнер. Ремонт- специална функция на клетките, която се състои в способността да се коригират химически увреждания и разкъсвания в ДНК молекули, увредени по време на нормалната биосинтеза на ДНК в клетката или в резултат на излагане на физични или химични агенти. Осъществява се от специални ензимни системи на клетката. Редица наследствени заболявания (напр. пигментна ксеродерма) са свързани с нарушения на възстановителните системи.

видове репарации:

Директното възстановяване е най-простият начин за елиминиране на увреждане в ДНК, което обикновено включва специфични ензими, които могат бързо (обикновено на един етап) да елиминират съответното увреждане, възстановявайки оригиналната структура на нуклеотидите. Такъв е случаят, например, с O6-метилгуанин ДНК метилтрансфераза, която премахва метилова група от азотна основа върху един от нейните собствени цистеинови остатъци.

Благодарение на процеса на транскрипция в клетката, информацията се прехвърля от ДНК към протеин: ДНК - иРНК - протеин. Генетичната информация, съдържаща се в ДНК и иРНК, се съдържа в последователността на нуклеотидите в молекулите. Как се прехвърля информацията от „езика“ на нуклеотидите към „езика“ на аминокиселините? Този превод се извършва с помощта на генетичния код. Код или шифър е система от символи за превод на една форма на информация в друга. Генетичният код е система за запис на информация за последователността на аминокиселините в протеините, използвайки последователността на нуклеотидите в информационната РНК. Колко важна е точно последователността на подреждането на едни и същи елементи (четири нуклеотида в РНК) за разбирането и запазването на значението на информацията може да се види в един прост пример: чрез пренареждане на буквите в кода на думата, ние получаваме дума с различен смисъл - док. Какви свойства притежава генетичният код?

1. Кодът е триплет. РНК се състои от 4 нуклеотида: A, G, C, U. Ако се опитаме да обозначим една аминокиселина с един нуклеотид, тогава 16 от 20 аминокиселини ще останат некриптирани. Двубуквен код би шифровал 16 аминокиселини (четири нуклеотида могат да се използват за създаване на 16 различни комбинации, всяка от които съдържа два нуклеотида). Природата е създала код от три букви или триплет. Това означава, че всяка от 20-те аминокиселини е кодирана от последователност от три нуклеотида, наречена триплет или кодон. От 4 нуклеотида можете да създадете 64 различни комбинации от по 3 нуклеотида (4*4*4=64). Това е повече от достатъчно, за да кодира 20 аминокиселини и, изглежда, 44 кодона са излишни. Това обаче не е вярно.

2. Кодът е изроден. Това означава, че всяка аминокиселина е криптирана с повече от един кодон (от два до шест). Изключение правят аминокиселините метионин и триптофан, всяка от които е кодирана само от един триплет. (Това може да се види в таблицата с генетичен код.) Фактът, че метионинът е кодиран от един триплет OUT има специално значение, което ще ви стане ясно по-късно (16).

3. Кодът е недвусмислен. Всеки кодон кодира само една аминокиселина. При всички здрави хора, в гена, носещ информация за бета веригата на хемоглобина, триплетът GAA или GAG, I на шесто място, кодира глутаминовата киселина. При пациенти със сърповидноклетъчна анемия вторият нуклеотид в този триплет се заменя с U. Както се вижда от таблицата, триплетите GUA или GUG, които се образуват в този случай, кодират аминокиселината валин. До какво води подобна подмяна вече знаете от раздела за ДНК.

4. Между гените има "препинателни знаци". В печатния текст в края на всяка фраза има точка. Няколко свързани фрази образуват абзац. На езика на генетичната информация такъв параграф е оперон и неговата комплементарна иРНК. Всеки ген в оперона кодира една полипептидна верига - фраза. Тъй като в някои случаи няколко различни полипептидни вериги се създават последователно от иРНК матрицата, те трябва да бъдат разделени една от друга. За тази цел в генетичния код има три специални триплета - UAA, UAG, UGA, всеки от които показва прекратяване на синтеза на една полипептидна верига. По този начин тези тризнаци функционират като препинателни знаци. Те се намират в края на всеки ген. Вътре в гена няма "препинателни знаци". Тъй като генетичният код е подобен на езика, нека анализираме това свойство, използвайки примера на фраза, съставена от триплети: имало едно време тиха котка, тази котка ми беше скъпа. Смисълът на написаното е ясен, въпреки липсата на препинателни знаци, ако премахнем една буква в първата дума (един нуклеотид в гена), но и прочетем в тройки букви, тогава резултатът ще бъде глупост: ilb ylk. ott ilb yls erm no otk Нарушаване на значението възниква и когато един или два нуклеотида са загубени от ген. Протеинът, който ще бъде прочетен от такъв повреден ген, няма да има нищо общо с протеина, който е кодиран от нормалния ген. .

6. Кодът е универсален. Генетичният код е един и същ за всички същества, живеещи на Земята. При бактериите и гъбичките, пшеницата и памука, рибите и червеите, жабите и хората същите триплети кодират едни и същи аминокиселини.