- единна система за запис 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 нуклеотидни букви, които се различават по азотни бази: A, T, G, C.

Основните свойства на генетичния код са следните:

1. Генетичният код е триплет. Триплет (кодон) е последователност от три нуклеотида, която кодира 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 за кодиране на аминокиселини също не са достатъчни, 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 терминиращи кодони, т.е. стоп сигнали, които спират синтеза на полипептидната верига. Триплетът, съответстващ на метионин (AUG), стоящ в началото на ДНК веригата, не кодира аминокиселина, но изпълнява функцията на иницииране (вълнуващо) четене.

3. Едновременно с излишъка, кодът има 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 е незапокриващ се и компактен, тоест 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 тройка по тройка до спиране на сигнали (терминиращи кодони). Например в иРНК следната последователност от азотни бази AUGGUGCUUAAAUGUG ще се чете само в триплети като този: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG, а не AUG, UGG, GGU, GUG и т.н. или AUG, GGU, UGC , CUU и т.н. или по някакъв друг начин (например кодон AUG, препинателен знак G, кодон UHC, препинателен знак U и т.н.).

6. Генетичният код е универсален, тоест 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, отнасящ се до произход; син.: код, биологичен код, аминокиселинен код, протеинов код, код на нуклеинова киселина) - система за записване на наследствена информация в молекулите на нуклеинови киселини на животни, растения, бактерии и вируси чрез редуване на последователността на нуклеотидите.

Генетичната информация (фиг.) От клетка на клетка, от поколение на поколение, с изключение на РНК-съдържащи вируси, се предава чрез редупликация на ДНК молекули (виж Репликация). Внедряването на наследствената информация на ДНК в процеса на клетъчния живот се осъществява чрез 3 вида РНК: информационна (иРНК или иРНК), рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК), които се синтезират върху ДНК като върху матрица с помощта на РНК ензим полимераза. В същото време последователността на нуклеотидите в молекулата на ДНК еднозначно определя последователността на нуклеотидите и в трите вида РНК (виж Транскрипция). Информацията за ген (виж), кодиращ 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 техните аминокиселини (виж Превод).

Тъй като в ДНК или РНК присъстват само 4 различни азотни бази [в ДНК - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G), цитозин (С); в РНК - аденин (A), урацил (U), цитозин (C), гуанин (G)], чиято последователност определя последователността на 20 аминокиселини в протеина, проблемът с G. до., т.е. проблем за превеждане на 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. Ейвъри и съавтори установяват, че ДНК молекулите са отговорни за трансфера на наследствени признаци при 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 рентгенов дифракционен анализ (виж), стигнаха до заключението, че молекулата на ДНК е двойна спирала, състояща се от два полинуклеотида. вериги, свързани заедно с водородни връзки. Освен това само Т може да бъде разположен срещу А на една верига във втората и само С срещу G. Тази комплементарност води до факта, че нуклеотидната последователност на едната 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 на Г. в съвременната му форма. През 1957 г. Ф. Крик изрази адапторната хипотеза, приемайки, че аминокиселините взаимодействат с нуклеиновата киселина не директно, а чрез посредници (сега известни като тРНК). През следващите години всички основни връзки в общата схема за предаване на генетична информация, първоначално хипотетични, бяха потвърдени експериментално. През 1957 г. са открити тРНК [A. С. Спирин, А. Н. Белозерски и др.; Фолкин и Астрахан (E. Volkin, L. Astrachan)] и tRNA [Hoagland (M. V. Hoagland)]; през 1960 г. ДНК е синтезирана извън клетката, като се използват съществуващи ДНК макромолекули като шаблон (A. Kornberg) и е открит ДНК-зависим РНК синтез [Weiss (S. V. Weiss) et al.]. През 1961 г. е създадена безклетъчна система, в която в присъствието на естествена РНК или синтетични полирибонуклеотиди се синтезират протеиноподобни вещества [М. Ниренберг и Матеи (J. H. Matthaei)]. Проблемът с познанието на G. до. се състоеше от изучаване на общите свойства на кода и действителното му дешифриране, тоест откриване кои комбинации от нуклеотиди (кодони) кодират определени аминокиселини.

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

1. Кодът е универсален, т.е. идентичен, поне в основни линии, за всички живи същества.

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

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

4. Кодът е изроден, тоест 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 от възможните триплети имат "смисъл", т.е. кодират аминокиселини.

7. От трите "букви" на кодона само две (задължителни) са от първостепенно значение, докато третата (незадължителна) носи много по-малко информация.

Директното декодиране на кода би се състояло в сравняване на нуклеотидната последователност в структурния ген (или иРНК, синтезирана върху него) с аминокиселинната последователност в съответния протеин. Този начин обаче все още е технически невъзможен. 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. до.

През 1961 г. М. Ниренберг и Матеи използват като матрица хомополимер - синтетична полиуридилова киселина (т.е. изкуствена РНК със състав UUUU ...) и получават полифенилаланин. От това следва, че кодонът на фенилаланина се състои от няколко U, т.е. в случай на триплетен код това означава UUU. По-късно, наред с хомополимерите, се използват полирибонуклеотиди, състоящи се от различни нуклеотиди. В този случай беше известен само съставът на полимерите, докато подредбата на нуклеотидите в тях беше статистическа, поради което анализът на резултатите беше статистически и даде косвени заключения. Много бързо успяхме да намерим 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 стрептомицин-зависими щамове той "коригира" разчитането от кодони, които са се променили в резултат на мутацията. Подобни резултати дадоха основание да се съмняваме в правилността на декодирането на G. с помощта на безклетъчна система; изискваше се потвърждение и главно чрез in vivo данни.

Основните данни за G. до in vivo са получени чрез анализиране на аминокиселинния състав на протеини в организми, третирани с мутагени (виж) с известен механизъм на действие, например азотен към един, който причинява заместването на С с U и A от D. Полезна информация предоставя и анализът на мутации, причинени от неспецифични мутагени, сравнение на разликите в първичната структура на сродни протеини при различни видове, корелация между състава на ДНК и протеини и др.

Декодирането на G. въз основа на данни in vivo и in vitro даде 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 е известен не само съставът, но и редът на нуклеотидите (X. Korana et al. ., 1965). И трите метода се допълват взаимно и резултатите са в съответствие с данните, получени при експерименти in vivo.

През 70-те години. 20-ти век имаше методи за особено надеждна проверка на резултатите от декодирането на G. до. Известно е, че мутациите, възникващи под въздействието на профлавин, се състоят в загуба или вмъкване на отделни нуклеотиди, което води до изместване на рамката за четене. Във фага Т4 редица мутации са индуцирани от профлавин, при което съставът на лизозима се променя. Този състав беше анализиран и сравнен с онези кодони, които трябваше да бъдат получени чрез изместване на рамката за четене. Имаше пълно съвпадение. Освен това, този метод дава възможност да се установи кои триплети от дегенерирания код кодират всяка от аминокиселините. През 1970 г. Адамс (J. M. Adams) и неговите сътрудници успяха частично да дешифрират G. до чрез директен метод: във фага R17 базовата последователност беше определена във фрагмент с дължина 57 нуклеотида и сравнена с аминокиселинната последователност на неговият протеин на черупката. Резултатите бяха в пълно съответствие с тези, получени с по-малко директни методи. Така кодът се дешифрира напълно и правилно.

Резултатите от декодирането са обобщени в таблица. Той изброява състава на кодоните и РНК. Съставът на тРНК антикодоните е комплементарен на иРНК кодоните, т.е. вместо U те съдържат A, вместо A - U, вместо C - G и вместо G - C, и съответства на кодоните на структурния ген (тази верига на ДНК, с която се чете информация) с единствената разлика, че урацилът заема мястото на тимина. От 64-те триплета, които могат да се образуват от комбинация от 4 нуклеотида, 61 имат „смисъл“, т.е. кодират аминокиселини, а 3 са „безсмислени“ (лишени от смисъл). Съществува доста ясна връзка между състава на триплетите и тяхното значение, което беше открито дори 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 (облигатни) са еднакви, а третият (незадължителен) може да бъде всичко. В други случаи (при кодиране например на аспарагин, глутамин) два подобни триплета имат едно и също значение, при което първите два нуклеотида съвпадат, а всеки пурин или всеки пиримидин заема мястото на третия.

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, те са от голямо значение при четене на информация, кодираща край на полипептидната верига.

Информацията се чете в посока от 5 1 -> 3 1 - към 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 триплетите AUG и GUG, които в този случай включват специфична изходна аминоацил-тРНК, а именно N-формилметионил-тРНК. Същите 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 регионите 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 разследване. Ако безсмислен кодон се появи в рамките на структурен ген, тогава съответният протеин се изгражда само до местоположението на този кодон.

Откриването и декодирането на генетичния код - изключително постижение на молекулярната биология - оказа влияние върху всички биологични науки, като в някои случаи постави основата за разработването на специални големи раздели (виж Молекулярна генетика). Откриващият ефект на Г. и изследванията, свързани с него, се сравняват с този ефект, оказан върху биоличните науки от теорията на Дарвин.

Универсалността на G. to 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 вероятно са свързани с молекулярни различия, изследването на които е една от задачите на бъдещето. Тъй като изследванията на G. са само през последните години, значението на получените резултати за практическата медицина има само косвен характер, позволявайки за момента да се разбере естеството на заболяванията, механизмът на действие на патогените и лекарствени 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 цитогенетични 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. Белозерски А. Н. М., 1965. Watson JD Молекулярна биология на гена, прев. от англ., М., 1967; Физиологична генетика, изд. М. Е. Лобашева С. Г., Инге-Вечтома-ва, Л., 1976, библиогр.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „Е. Гайслер, Б., 1972; Генетичният код, Gold Spr. Харб. Symp. количество Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Генетичният код, N. Y. a. о., 1967 г.

Генетичен код- единна система за запис 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 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, те изпълняват функцията на препинателни знаци. Кодон (кодиращ тринуклеотид) - единица на генетичния код, триплет от нуклеотидни остатъци (триплет) в ДНК или РНК, кодиращ 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 бази на ДНК, наречени кодони. От 64

Генни свойства. код
1) Тройност: 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, докато съседните триплети не се припокриват.

88. Наследствеността и изменчивостта са основните свойства на живите. Дарвинисткото разбиране за феномените на наследствеността и изменчивостта.
наследственостнаречено общо свойство на всички организми да 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 в процеса на историческото развитие на вида и се проявява при определени условия на околната среда.
Променливостима процес 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 възникват в редица последователни поколения и популации.
Дарвинисткото разбиране за наследствеността и изменчивостта.
Под наследственостДарвин разбира способността на организмите да запазват своите видови, сортови и индивидуални характеристики в своето потомство. Тази характеристика е добре известна и представлява наследствена променливост. Дарвин анализира подробно значението на наследствеността в еволюционния процес. Той обърна внимание на случаите на едноцветни хибриди от първо поколение и разделяне на знаците във второ поколение, той беше наясно с наследствеността, свързана с пола, хибридните атавизми и редица други явления на наследствеността.
Променливост.Сравнявайки много породи животни и сортове растения, Дарвин забеляза, че във всеки вид животни и растения, както и в културата, в рамките на който и да е сорт и порода, няма идентични индивиди. Дарвин заключава, че всички животни и растения се характеризират с променливост.
Анализирайки материала за променливостта на животните, ученият забеляза, че всяка промяна в условията на задържане е достатъчна, за да предизвика променливост. Така под променливостта Дарвин разбира способността на организмите да придобиват нови характеристики под влияние на условията на околната среда. Той разграничава следните форми на променливост:
Определена (групова) променливост(сега се нарича модификация) - подобна промяна във всички индивиди от потомството в една посока поради влиянието на определени условия. Някои промени обикновено 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 неопределеното влияние на условията на съществуване върху всеки индивид.
Корелатив(или относителна) променливост. Дарвин разбира организма като цялостна система, отделните части на която 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 ръб на костта, към която е прикрепен. При много блатни птици има връзка между дължината на шията и дължината на крайниците: птиците с дълга шия също имат дълги крайници.
Компенсаторната променливост се състои в това, че развитието на някои органи или функции често е причина за потискането на други, т.е. наблюдава се обратна корелация, например между млечността и месестта на говедата.

89. Вариабилност на модификациите. Степента на реакция на генетично определени черти. Фенокопия.
Фенотипнапроменливостта обхваща промени в състоянието на директни признаци, които възникват под влияние на условията на развитие или фактори на околната среда. Обхватът на променливостта на модификацията е ограничен от скоростта на реакцията. Получената специфична модификационна промяна в даден признак не се наследява, но диапазонът на модификационна вариабилност се дължи на наследствеността.В този случай наследственият материал не участва в промяната.
скорост на реакция- това е границата на модификационната изменчивост на признака. Наследява се скоростта 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. скорост на реакцияима ограничения или граници за всеки биологичен вид (долен и горен) - например повишеното хранене ще доведе до увеличаване на масата на животното, но ще бъде в рамките на нормалната реакция, характерна за този вид или порода. Скоростта на реакцията е генетично обусловена и наследена. За различните признаци границите на нормата на реакцията варират значително. Например стойността на добива на мляко, продуктивността на зърнените култури и много други количествени характеристики имат широки граници за нормата на реакция, докато интензитетът на цвета на повечето животни и много други качествени характеристики имат тесни граници. Под въздействието на някои вредни фактори, които човек не среща в процеса на еволюцията, се изключва възможността за модификационна променливост, която определя нормите на реакцията.
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 възникването на фенокопии е свързано с влиянието на външни условия върху определен ограничен етап от развитието. Освен това един и същ 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 да се предизвика 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 е много по-трудно да се копират знаци.

90. Адаптивен характер на модификацията. Ролята на наследствеността и околната среда в развитието, обучението и възпитанието на човек.
Променливостта на модификацията съответства на условията на местообитанието, има адаптивен характер. Характеристики като растежа на растенията и животните, 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 на 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, само възможността за тяхното формиране в определени граници, наречена норма на реакция, е програмирана в генотипа на организма. Степента на реакция представлява границите на модификационната вариабилност на признак, разрешен за даден генотип.
Степента на изразяване на признака по време на прилагането на генотипа в различни условия се нарича експресивност. Свързва се с изменчивостта на признака в нормалните граници на реакцията.
Същата черта може да се появи в някои организми и да липсва в други, които имат същия ген. Количествената 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 да се появи обременен. Много зависи от условията, в които се намира човекът. В някои случаи заболяването като фенотипна проява на наследствената информация може да бъде предотвратено чрез диета или медикаменти. Внедряването на наследствена информация зависи от околната среда , Като се формират въз основа на исторически установен генотип, модификациите обикновено имат адаптивен характер, тъй като те винаги са резултат от реакциите на развиващия се организъм към факторите на околната среда, които го засягат. Различен характер на мутационните промени: те са резултат от промени в структурата на ДНК молекулата, което причинява нарушение в установения преди това процес на синтез на протеини. когато мишките се държат при повишени температури, потомството им се ражда с удължени опашки и уголемени уши. Такава модификация има адаптивен характер, тъй като изпъкналите части (опашка и уши) играят терморегулаторна роля в тялото: увеличаването на тяхната повърхност позволява увеличаване на топлообмена.

Човешкият генетичен потенциал е ограничен във времето и то доста силно. Ако пропуснете периода на ранна социализация, той ще избледнее, без да имате време да се реализирате. Ярък пример за това твърдение са многобройните случаи, когато бебета, по силата на обстоятелствата, паднаха в джунглата и прекараха няколко години сред животните. След завръщането си в човешката общност те не можаха да наваксат напълно: да овладеят речта, да придобият доста сложни умения за човешка дейност, умствените им функции на човек не се развиха добре. 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), намирайки се в различни среди, могат да дадат различни фенотипове. Като се вземат предвид всички фактори на влияние, човешкият фенотип може да бъде представен като състоящ се от няколко елемента.

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

Взаимодействието на наследствеността и околната среда в развитието на човек играе важна роля през целия му живот. Но тя придобива особено значение през периодите на формиране на организма: ембрионален, бебешки, детски, юношески и младежки. 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 общопризнато, 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. Стойността на комбинираната променливост за осигуряване на генотипното разнообразие на хората: Брачни системи. Медико-генетични аспекти на семейството.
Променливост на комбинациятасвързани 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 поради кросингоувър. Самите наследствени фактори (гени) не се променят, но възникват нови комбинации от тях, което води до появата на организми с други генотипни и фенотипни свойства. Поради комбинативната изменчивоств 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) възможностите за адаптиране на организмите към променящите се условия на околната среда се разширяват и по този начин се осигурява оцеляването на група организми (популации, видове) като цяло

Съставът и честотата на алелите при хората, в популациите, до голяма степен зависят от видовете бракове. В тази връзка от голямо значение е изучаването на видовете бракове и техните медицински и генетични последици.

Браковете могат да бъдат: изборен, безразборно.

Към безразборнотовключват панмикс бракове. панмиксия(гръцки nixis - смес) - бракове между хора с различен генотип.

Селективни бракове: 1. Аутбридинг- бракове между хора, които нямат семейни връзки според предварително известен генотип, 2. Инбридинг- бракове между роднини 3.Положително асортативен- бракове между индивиди със сходни фенотипове между (глухо-неми, ниски с ниски, високи с високи, слабоумни със слабоумни и др.). 4. Отрицателно-асортативен-бракове между хора с различен фенотип (глухонями-нормални; ниски-високи; нормални-с лунички и др.). 4.Кръвосмешение- бракове между близки роднини (между брат и сестра).

Родословните и кръвосмешителните бракове са забранени от закона 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 генетично значениеинбредните бракове е силно негативно. При такива бракове се наблюдава хомозиготизация, честотата на автозомно-рецесивните заболявания се увеличава 1,5-2 пъти. Инбредните популации показват инбридинг депресия; рязко нараства честотата, увеличава се честотата на неблагоприятните рецесивни алели и се увеличава детската смъртност. Положителните асортативни бракове също водят до подобни явления. Аутбридингът има положителна генетична стойност. При такива бракове се наблюдава хетерозиготизация.

92. Мутационна изменчивост, класификация на мутациите според степента на промяна в увреждането на наследствения материал. Мутации в полови и соматични клетки.
мутациянаречена промяна, дължаща се на реорганизацията на възпроизвеждащите структури, промяна в неговия генетичен апарат. Мутациите възникват внезапно и се предават по наследство. В зависимост от степента на изменение на наследствения материал всички мутации се делят на генетичен, хромозомени геномна.
Генни мутации, или трансгенерации, засягат структурата на самия ген. Мутациите могат да променят участъци от молекулата на ДНК с различна дължина. Най-малката област, промяната на която води до появата на мутация, се нарича мутон. Може да се състои само от няколко нуклеотида. Промяната в последователността на нуклеотидите в ДНК причинява промяна в последователността на триплетите и в крайна сметка програма за синтез на протеини. Трябва да се помни, че нарушенията в структурата на ДНК водят до мутации само когато не се извършва възстановяване.
Хромозомни мутации, хромозомните пренареждания или аберации се състоят в промяна в количеството или преразпределение на наследствения материал на хромозомите.
Реорганизациите се делят на нутрихромозомени междухромозомни. Интрахромозомните пренареждания се състоят в загуба на част от хромозомата (делеция), удвояване или умножаване на някои от нейните участъци (дупликация), обръщане на хромозомния фрагмент на 180 ° с промяна в последователността на гените (инверсия).
Геномни мутациисвързани с промяна в броя на хромозомите. Геномните мутации включват анеуплоидия, хаплоидия и полиплоидия.
Анеуплоидиянаречена промяна в броя на отделните хромозоми - липсата (монозомия) или наличието на допълнителни (тризомия, тетразомия, в общия случай полизомия) хромозоми, т.е. небалансиран хромозомен набор. Клетките 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. Многократното намаляване на броя на хромозомните комплекти на соматичните клетки в сравнение с диплоидните се нарича хаплоидност. Множественото привличане на броя на хромозомните комплекти на соматичните клетки в сравнение с диплоидните се нарича полиплоидия.
Тези 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, които възникват в телесните клетки на определен етап от индивидуалното развитие на организма соматични. Такива мутации се наследяват от потомците само 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 базови двойки. Най-малкият участък от молекулата на ДНК, чиято промяна води до мутация, се нарича мутон. Равнява се на една двойка нуклеотиди.
Има няколко класификации на генни мутации. . Спонтанен(спонтанна) е мутация, която възниква извън пряка връзка с всеки физически или химичен фактор на околната среда.
Ако мутациите са причинени умишлено, чрез излагане на фактори с известна природа, те се наричат индуциран. Агентът, който предизвиква мутации, се нарича мутаген.
Характерът на мутагените е разнообразенТова са физични фактори, химични съединения. Установен е мутагенният ефект на някои биологични обекти - вируси, протозои, хелминти - при попадането им в човешкото тяло.
В резултат на доминантни и рецесивни мутации във фенотипа се появяват доминантни и рецесивни променени признаци. Доминантенмутациите се появяват във фенотипа още в първото поколение. рецесивенмутациите са скрити в хетерозиготите от действието на естествения подбор, така че те се натрупват в генофондите на видовете в големи количества.
Индикатор за интензивността на мутационния процес е честотата на мутация, която се изчислява средно за генома или отделно 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.
Сдвояването на хромозомите в диплоидния кариотип на еукариотните соматични клетки служи като защитен фактор срещу неблагоприятните последици от генните мутации. Сдвояването на алелни гени предотвратява фенотипното проявление на мутации, ако те са рецесивни.
Феноменът на екстракопиране на гени, кодиращи жизненоважни макромолекули, допринася за намаляване на вредните ефекти от генните мутации. Пример са гените за рРНК, тРНК, хистоновите протеини, без които е невъзможна жизнената дейност на всяка клетка.
Тези 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 вариабилност.

94. Геномни мутации: полиплоидия, хаплоидия, хетероплоидия. Механизми на тяхното възникване.
Геномните мутации са свързани с промяна в броя на хромозомите. Геномните мутации са хетероплоидия, хаплоидности полиплоидия.
Полиплоидия- увеличаване на диплоидния брой хромозоми чрез добавяне на цели набори от хромозоми в резултат на нарушение на мейозата.
При полиплоидните форми се наблюдава увеличение на броя на хромозомите, кратно на хаплоидния набор: 3n - триплоиден; 4n е тетраплоид, 5n е пентаплоид и т.н.
Полиплоидните форми се различават фенотипно от диплоидните: заедно с промяната в броя на хромозомите се променят и наследствените свойства. При полиплоидите клетките обикновено са големи; понякога растенията са гигантски.
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.
Многократното намаляване на броя на хромозомните комплекти на соматичните клетки в сравнение с диплоидните се нарича 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 появяват във фенотипа. Това обяснява намалената жизнеспособност на хаплоидите.
хетероплоидия. В резултат на нарушения на митозата и мейозата, броят на хромозомите може да се промени и да не стане кратно на хаплоидния набор. Феноменът, когато някоя от хромозомите, вместо двойка, е 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 и дори на няколко. При двойна тризомия има набор от хромозоми 2n + 2, троен - 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 отделни хромозоми, организмът е двоен монозомен с генотипна формула 2n-2 и т.н.
От казаното става ясно, че анеуплоидия, т.е. нарушение на нормалния брой хромозоми, води до промени в структурата и до намаляване на жизнеспособността на организма. Колкото по-голямо е смущението, толкова по-ниска е жизнеспособността. При хората нарушението на балансирания набор от хромозоми води до болестни състояния, известни като хромозомни заболявания.
Механизъм на произходгеномните мутации се свързват с патологията на нарушение на нормалната дивергенция на хромозомите 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.В основата на този метод е съставянето и анализът на родословия. Родословието е диаграма, която отразява взаимоотношенията между членовете на семейството. Анализирайки родословията, те изучават всяка нормална или (по-често) патологична черта в поколенията хора, които са свързани.
Генеалогичните методи се използват за определяне на наследствения или ненаследствен характер на черта, доминиране или рецесивност, хромозомно картографиране, полова връзка, за изследване на процеса на мутация. Като правило, генеалогичният метод формира основата за заключения в медицинското генетично консултиране.
При съставяне на родословия се използва стандартна нотация. Лицето, с което започва изследването, е пробандът. Потомството на семейна двойка се нарича брат или сестра, братята и сестрите се наричат ​​братя и сестри, братовчедите се наричат ​​братовчеди и т.н. Потомците, които имат обща майка (но различни бащи), се наричат ​​родствени, а низходящите, които имат общ баща (но различни майки), се наричат ​​кръвни; ако семейството 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 ​​консолидирани.
С помощта на генеалогичния метод може да се установи наследствената обусловеност на изследвания признак, както и вида на неговото унаследяване. При анализиране на родословия за няколко черти може да се разкрие свързаната природа на тяхното наследство, което се използва при съставянето на хромозомни карти. Този метод позволява да се изследва интензивността на мутационния процес, да се оцени експресивността и пенетрантността на алела.
двоен метод. Състои се в изучаване на моделите на наследяване на черти при двойки еднояйчни и двуяйчни близнаци. Близнаците са две или повече деца, заченати и родени от една и съща майка почти по едно и също време. Има еднояйчни и разнояйчни близнаци.
Еднояйчните (монозиготни, еднояйчни) близнаци се появяват в най-ранните етапи на разцепване на зиготата, когато два или четири бластомера запазват способността си да се развият в пълноправен организъм по време на изолация. Тъй като зиготата се дели чрез митоза, генотиповете на еднояйчните близнаци, поне първоначално, са 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 по време на оплождането на две или повече едновременно зрели яйцеклетки. Така те споделят около 50% от своите гени. С други думи, те са подобни на обикновените братя и сестри по своята генетична конституция и могат да бъдат както еднополови, така и разнополови.
Когато се сравняват еднояйчни и двуяйчни близнаци, отгледани в една и съща среда, може да се направи заключение за ролята на гените в развитието на чертите.
Методът на близнаците ви позволява да направите разумни заключения относно наследствеността на чертите: ролята на наследствеността, околната среда и случайните фактори при определянето на определени черти на човек
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.) Ниво преди играта
Внедрено:
1. Санитарен контрол върху производството - изключване на влиянието на мутагени върху тялото.
2. Освобождаване на жени в детеродна възраст от работа в опасни производства.
3. Създаване на списъци с наследствени заболявания, които са чести при определен
територии с деф. често срещан.
2. Презиготично ниво
Най-важният елемент от това ниво на превенция е медицинското генетично консултиране (МГК) на населението, което информира семейството за степента на възможния риск от раждане на дете с наследствена патология и подпомага вземането на правилното решение за раждане на дете.
пренатално ниво
Състои се в провеждане на пренатална (пренатална) диагностика.
Пренатална диагностика- Това е комплекс от мерки, които се провеждат с цел установяване 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 хорион. 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 вземане
амниотична течност. Съдържа фетални клетки, които могат да бъдат изследвани
цитогенетично или биохимично в зависимост от предполагаемата патология на плода.
5. Кордоцентеза- пункция на съдовете на пъпната връв и вземане на кръв от плода. Фетални лимфоцити
култивирани и тествани.
4. Неонатално ниво
На четвърто ниво новородените се изследват за откриване на автозомно-рецесивни метаболитни заболявания в предклиничния етап, когато започва навременното лечение, за да се осигури нормалното психическо и физическо развитие на децата.

Принципи на лечение на наследствени заболявания
Има 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.
При симптоматично и патогенетично лечение могат да се използват следните методи.
· Корекциямалформации по хирургически методи (синдактилия, полидактилия,
цепната горна устна...
Заместваща терапия, чийто смисъл е да се въведе в тялото
липсващи или недостатъчни биохимични субстрати.
· Индукция на метаболизма- въвеждане в тялото на вещества, които подобряват синтеза
някои ензими и следователно ускоряват процесите.
· Метаболитно инхибиране- въвеждане в тялото на лекарства, които се свързват и отстраняват
необичайни метаболитни продукти.
· диетична терапия (терапевтично хранене) - премахване от диетата на вещества, които
не може да се усвои от тялото.
Outlook:В близко бъдеще генетиката ще се развива интензивно, въпреки че все още е така
много широко разпространен в културите (развъждане, клониране),
медицина (медицинска генетика, генетика на микроорганизмите). В бъдеще учените се надяват
използвайте генетиката за елиминиране на дефектни гени и изкореняване на предавани болести
по наследство, може да лекува сериозни заболявания като рак, вирусни
инфекции.

При всички недостатъци на съвременната оценка на радиогенетичния ефект няма съмнение за сериозността на генетичните последствия, които очакват 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 космоса става 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 се състои в изследване на хромозомите с помощта на микроскоп. По-често митотичните (метафазни) хромозоми служат като обект на изследване, по-рядко мейотичните (профазни и метафазни) хромозоми. Цитогенетичните методи се използват при изследване на кариотипа на отделни индивиди
Получаването на материала на организма, развиващ се вътреутробно, се извършва по различни начини. Един от тях е амниоцентеза, с помощта на които в 15-16 гестационна седмица се получава амниотична течност, съдържаща отпадъчни продукти от плода и клетки от кожата и лигавиците му
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 амниотичната течност и феталните клетки с помощта на биохимични методи дава възможност да се открие дефект в протеиновите продукти на гените, но не позволява да се определи локализацията на мутациите в структурната или регулаторната част на генома. Важна роля за откриването на наследствени заболявания и точното локализиране на увреждането на наследствения материал на плода играе използването на ДНК сонди.
В момента с помощта на амниоцентезата се диагностицират всички хромозомни аномалии, над 60 наследствени метаболитни заболявания, несъвместимост на майката и плода по еритроцитни антигени.
Диплоидният набор от хромозоми в клетката, характеризиращ се с техния брой, размер и форма, се нарича кариотип. Нормалният човешки кариотип включва 46 хромозоми или 23 двойки: от които 22 двойки са автозоми и една двойка са полови хромозоми.
За да се улесни разбирането на сложния комплекс от хромозоми, изграждащи кариотипа, те са подредени във формата идиограми. AT идиограмаХромозомите са подредени по двойки в низходящ ред, с изключение на половите хромозоми. На най-голямата двойка е определен номер 1, на най-малката - номер 22. Идентифицирането на хромозомите само по размер среща големи трудности: редица хромозоми имат подобни размери. Напоследък обаче, с помощта на различни видове багрила, беше установено ясно разграничаване на човешките хромозоми по дължината им на ивици, оцветени по специални методи и неоцветени. Способността за точно разграничаване на хромозомите е от голямо значение за медицинската генетика, тъй като ви позволява точно да определите естеството на нарушенията в човешкия кариотип.
Биохимичен метод

99. Кариотип и идиограма на човек. Характеристиките на човешкия кариотип са нормални
и патология.
Кариотип- набор от характеристики (брой, размер, форма и т.н.) на пълен набор от хромозоми,
присъщи на клетки от даден биологичен вид (видов кариотип), даден организъм
(индивидуален кариотип) или линия (клонинг) от клетки.
За определяне на кариотипа се използва микрофотография 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), докато мъжете имат една X хромозома, а другата Y (кариотип: 46, XY). Проучване
Кариотипът се прави с помощта на техника, наречена цитогенетика.
идиограма- схематично представяне на хаплоидния набор от хромозоми на организъм, който
подредени в редица в съответствие с техните размери, по двойки в низходящ ред на техните размери. Изключение правят половите хромозоми, които се открояват особено.
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. Значение 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 сключването на брак 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 се състои в изследване на хромозомите с помощта на микроскоп. По-често митотичните (метафазни) хромозоми служат като обект на изследване, по-рядко мейотичните (профазни и метафазни) хромозоми. Този метод се използва и за изследване на половия хроматин ( тела на бар) Цитогенетичните методи се използват при изследване на кариотипа на отделни 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 промяна в броя на хромозоми или нарушение на тяхната структура. В допълнение, този метод позволява да се изследват процесите на мутагенеза на ниво хромозоми и кариотип. Използването му в медицинското генетично консултиране за целите на пренаталната диагностика на хромозомните заболявания позволява да се предотврати появата на потомство с тежки нарушения в развитието чрез навременно прекъсване на бременността.
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 откриват метаболитни нарушения поради наличието в генотипа на неблагоприятна комбинация от алелни гени, по-често рецесивни алели в хомозиготно състояние. С навременната диагностика на такива наследствени заболявания превантивните мерки могат да избегнат сериозни нарушения в развитието.
Популационно-статистически метод.Този метод дава възможност да се оцени вероятността от раждане на лица с определен фенотип в дадена група от населението или в тясно свързани бракове; изчисляване на носещата честота в хетерозиготно състояние на рецесивни алели. Методът се основава на закона на Харди-Вайнберг. Закон на Харди-ВайнбергТова е законът на популационната генетика. Законът гласи: „В 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 на изолация, т.е. ограничения върху свободата на избор на съпрузи, за дадено лице 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 черти, както и при появата на заболявания, особено с наследствено предразположение. Популационно-статистическият 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 изменението на генетичния материал. Значение за биологията и медицината.
Хромозомните аберации са резултат от пренареждане на хромозомите. Те са резултат от разкъсване на хромозомата, което води до образуването на фрагменти, които по-късно се обединяват, но нормалната структура на хромозомата не се възстановява. Има 4 основни вида хромозомни аберации: недостиг, удвояване, обръщане, транслокации, изтриване- загуба на определена част от хромозомата, която след това обикновено се унищожава
недостигвъзникват поради загуба на хромозома на едно или друго място. Дефицитите в средната част на хромозомата се наричат ​​делеции. Загубата на значителна част от хромозомата води организма до смърт, загубата на незначителни участъци причинява промяна в наследствените свойства. Така. При недостиг на една от хромозомите в царевицата, нейните разсад са лишени от хлорофил.
Удвояванепоради включването на допълнителен, дублиращ се участък от хромозомата. Това също води до появата на нови функции. И така, при Drosophila генът за раирани очи се дължи на удвояването на част от една от хромозомите.
Инверсиисе наблюдават, когато хромозомата е счупена и отделената част е обърната на 180 градуса. Ако прекъсването е настъпило на едно място, отделеният фрагмент е прикрепен към хромозомата с противоположния край, ако е на две места, тогава средният фрагмент, обръщайки се, е прикрепен към точките на прекъсване, но с различни краища. Според Дарвин инверсиите играят важна роля в еволюцията на видовете.
Транслокациивъзникват, когато сегмент 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 болестта на Даун. Повечето транслокации, засягащи големи участъци от хромозоми, правят организма нежизнеспособен.
Хромозомни мутациипромяна на дозата на някои гени, предизвикване на преразпределение на гените 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 забавяне в цялостното физическо и психическо развитие. Хромозомните заболявания се характеризират с комбинация от много вродени дефекти. Такъв дефект е проявата на синдрома на Даун, който се наблюдава в случай на тризомия в малък сегмент от дългото рамо на хромозома 21. Картината на синдрома на котешкия плач се развива със загубата на част от късото рамо на хромозома 5. При хората най-често се отбелязват малформации на мозъка, опорно-двигателния апарат, сърдечно-съдовата и пикочно-половата система.

102. Понятието вид, съвременни възгледи за видообразуването. Критерии за преглед.
Прегледе съвкупност от индивиди, които си приличат по критериите на вида до такава степен, че могат
кръстосват се при естествени условия и дават плодородно потомство.
плодовито потомство- такъв, който може да се самовъзпроизвежда. Пример за безплодно потомство е муле (хибрид на магаре и кон), то е стерилно.
Критерии за преглед- това са признаци, по които се сравняват 2 организма, за да се определи дали принадлежат към един вид или към различни.
Морфологичен – вътрешен и външен строеж.
Физиолого-биохимични - как работят органите и клетките.
Поведенчески - поведение, особено в момента на размножаване.
Екологичен - набор от фактори на околната среда, необходими за живота
видове (температура, влажност, храна, конкуренти и др.)
Географска - област (район на разпространение), т.е. района, в който видът живее.
Генетично-репродуктивен - еднакъв брой и структура на хромозомите, което позволява на организмите да произвеждат плодовито потомство.
Критериите за изглед са относителни, т.е. не може да се съди за вида по един критерий. Например има двойни видове (при маларийния комар, при плъхове и др.). Те не се различават морфологично един от друг, но имат различен брой хромозоми и следователно не дават потомство.

103. Население. Неговите екологични и генетични характеристики и роля във видообразуването.
население- минимална самовъзпроизвеждаща се група от индивиди от един вид, повече или по-малко изолирани от други подобни групи, обитаващи определена територия в продължение на дълга поредица от поколения, формиращи собствена генетична система и формиращи собствена екологична ниша.
Екологични показатели на популацията.
населениее общият брой индивиди 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. Гъстотата на населението има тенденция да се увеличава с увеличаване на размера на населението.
Пространствена структураПопулацията се характеризира с особеностите на разпределението на индивидите в заетата територия. Обуславя се от свойствата на местообитанието и биологичните особености на вида.
Половата структураотразява определено съотношение на мъже и жени в популацията.
Възрастова структураотразява съотношението на различните възрастови групи в популациите в зависимост от продължителността на живота, времето на настъпване на пубертета и броя на потомството.
Генетични показатели на популацията. Генетично една популация се характеризира със своя генофонд. Тя е представена от набор от алели, които формират генотипите на организмите в дадена популация.
Когато се описват популациите или се сравняват една с друга, се използват редица генетични характеристики. Полиморфизъм. Казва се, че една популация е полиморфна в даден локус, ако съдържа два или повече алела. Ако локусът е представен от един алел, те говорят за мономорфизъм. Чрез изследване на много локуси може 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 хетерозиготни индивиди в популацията. Той също така отразява генетичното разнообразие.
Коефициент на инбридинг. Използвайки този коефициент, се оценява разпространението на тясно свързани кръстоски в популацията.
Асоциация на гени. Алелните честоти на различните гени могат да зависят една от друга, което се характеризира с коефициенти на асоцииране.
генетични разстояния.Различните популации се различават една от друга по честотата на алелите. За количествено определяне на тези разлики са предложени индикатори, наречени генетични разстояния.

население– елементарна еволюционна структура. В ареала на всеки вид индивидите са разпределени неравномерно. Зоните с плътна концентрация на индивиди са осеяни с пространства, където те са малко или липсват. В резултат на това възникват повече или по-малко изолирани популации, в които систематично се случва случайно свободно кръстосване (панмиксия). Кръстосването с други популации е много рядко и нередовно. Благодарение на панмиксията всяка популация създава характерен за нея генофонд, различен от другите популации. Именно популацията трябва да се признае за елементарна единица на еволюционния процес

Ролята на популациите е голяма, тъй като почти всички мутации се случват в тях. Тези мутации се свързват предимно с изолацията на популациите и генофонда, който се различава поради тяхната изолация един от друг. Материалът за еволюцията е мутационна вариация, която започва в популация и завършва с формирането на вид.

Класификация на гените

1) По естеството на взаимодействието в алелната двойка:

Доминиращ (ген, способен да потиска проявата на алелен рецесивен ген); - рецесивен (ген, чиято проява е потисната от 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 начин за кодиране на аминокиселинната последователност на протеините с помощта на последователност от нуклеотиди, характерна за всички живи организми.

В ДНК се използват четири нуклеотида - аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T), които в рускоезичната литература се означават с буквите A, G, T и C. Тези букви съставляват азбуката на генетичния код. В РНК се използват 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 се подреждат във вериги и по този начин се получават последователности от генетични букви.

Генетичен код

Има 20 различни аминокиселини, използвани в природата за изграждане на протеини. 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 шаблон) и транслация на генетичния код в аминокиселина последователност (синтез на полипептидна верига върху матрица на иРНК). Три последователни нуклеотида са достатъчни, за да кодират 20 аминокиселини, както и стоп сигнала, което означава край 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. Тройност- значима единица на кода 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 да бъде едновременно част от два или повече триплета.

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

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

6. Универсалност - генетичен коддейства по един и същ начин в организми с различни нива на сложност - от вируси до хора. (на това се основават методите на генното 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 "- до 3" - край, т.е. РНК полимеразата се движи по шаблонната ДНК верига в посока 3 "-> 5"

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

Започване 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 синтеза на ДНК и РНК по кодиращата верига. той, подобно на синтеза на ДНК, се извършва в посока 5-3

Прекратяване на договора- веднага щом полимеразата достигне до терминатора, тя незабавно се отцепва от ДНК, локалният ДНК-РНК хибрид се разрушава и новосинтезираната РНК се транспортира от ядрото в цитоплазмата, при което транскрипцията завършва.

Обработка- набор от реакции, водещи до превръщането на първичните продукти на транскрипция и транслация във функциониращи молекули. Елементите са обект на разлагане на функционално неактивни прекурсорни молекули. рибонуклеинова киселина (tRNA, rRNA, mRNA) и много други. протеини.

В процеса на синтез на катаболни ензими (разцепващи субстрати), прокариотите претърпяват индуциран 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 разцепването 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 за РНК полимеразата е отворен, започва транскрипция на структурните гени на lac оперона. Лактозата действа като индуктор за синтеза на онези ензими, които я разграждат.

5) Регулиране на генната експресия при еукариотие много по-трудно. Различните видове клетки 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 този тип. Нивото на производство зависи от вида на клетките, както и от етапа на развитие на организма. Генната експресия се регулира на ниво клетка и на ниво организъм. 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 появи 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 молекулата. Има информативни и неинформативни секции, уникални и многократно повтарящи се информативни нуклеотидни последователности.
4. Еукариотните гени се състоят от екзони и интрони, а съзряването на иРНК се придружава от изрязване на интрони от съответните първични РНК транскрипти (про-и-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 като информозоми за дълго време. 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. В процеса на развитие и диференциация 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 5-10% от гените се експресират на всеки етап от онтогенезата, останалите трябва да бъдат блокирани.

6) ремонт на генетичен материал

Генетичен ремонт- процесът на елиминиране на генетични увреждания и възстановяване на наследствения апарат, който се случва в клетките на живите организми под действието 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 нарушени възстановителни 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. Така действа например О6-метилгуанин-ДНК метилтрансферазата, която премахва метилова група от азотна основа към един от собствените си цистеинови остатъци.

Благодарение на процеса на транскрипция в клетката, информацията се прехвърля от ДНК към протеин: ДНК - i-RNA - протеин. Генетичната информация, съдържаща се в ДНК и иРНК, се съдържа в последователността на нуклеотидите в молекулите. Как става преводът на информацията от „езика” на нуклеотидите на „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 последователността от едни и същи елементи (четири нуклеотида в РНК) за разбирането и запазването на смисъла на информацията може да се види с един прост пример: чрез пренареждане на буквите в кода на думата, ние получаваме дума с различно значение - док. Какви са свойствата на генетичния 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 кодирал 16 аминокиселини (от четири нуклеотида могат да се направят 16 различни комбинации, всяка от които има по 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 всяка (4*4*4=64). Това е повече от достатъчно, за да кодира 20 аминокиселини и, изглежда, 44 кодона са излишни. Обаче не е така.

2. Кодът е изроден. Това означава, че всяка аминокиселина е кодирана от повече от един кодон (два до шест). Изключение правят аминокиселините метионин и триптофан, всяка от които е кодирана само от един триплет. (Това се вижда от таблицата на генетичния 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, който носи информация за бета веригата на хемоглобина, триплетът GAA или GAG, I, който е 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 такава подмяна, вече знаете от раздела за ДНК.

4. Между гените има "препинателни знаци". В печатен текст в края на всяка фраза има точка. Няколко свързани фрази съставляват 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 редица случаи няколко различни полипептидни вериги се създават последователно по шаблона на иРНК, те трябва да бъдат разделени една от друга. За това в генетичния код има три специални триплета - UAA, UAG, UGA, всеки от които показва спирането на синтеза на една полипептидна верига. Така тези тройки изпълняват функцията на препинателни знаци. Те са в края на всеки ген. Вътре в гена няма "препинателни знаци". Тъй като генетичният код е като език, нека анализираме това свойство, като използваме примера на такава фраза, съставена от тризнаци: котката живееше тихо, тази котка ми беше ядосана. Смисълът на написаното е ясен, въпреки липсата на препинателни знаци. Ако премахнем една буква в първата дума (един нуклеотид в гена), но четем и тройки букви, тогава получаваме глупост: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm no otk from възниква, когато един или два нуклеотида липсват в гена. 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.