Передача наследственных признаков: Передача наследственных признаков, законы Менделя — профильный урок по биологии

Содержание

Белковая наследственность — новая глава генетики

• На рубеже второго и третьего тысячелетий открыта особая форма наследственности • Так называемые прионные белки способны передавать информацию о своей пространственной форме от одного белка к другому без участия ДНК • Открытие белковой наследственности дает надежду на исцеление от неизлечимых сегодня болезней.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Генетика, начало которой было положено еще в прошлом веке опытами Менделя, для большинства из нас до сих пор является молодой наукой. В России такой взгляд исторически оправдан: долгое время генетика в Советском Союзе считалась «буржуазной лженаукой». Возможно, именно драматизм истории генетики в нашей стране обусловливает непреходящий интерес к ней. На памяти старшего поколения — разгул лысенковщины. Закрывались лаборатории, выдающиеся исследователи оказывались в лагерях. Погиб в тюрьме наш крупнейший ученый, генетик с мировым именем Н. И. Вавилов. А в это время в Европе и США новая наука стремительно развивалась. Западные ученые делали ошеломляющие открытия в изучении механизма наследственности. И хотя наука не имеет национальности и по сути своей должна быть общечеловеческой, все же обидно, что в истории генетики последних десятилетий встречается так мало русских имен.

Сегодня отечественная наука снова переживает не лучшие времена. Запрещенных теорий теперь, правда, нет, но и заниматься исследованиями становится все сложнее: нет денег, нет необходимого оборудования. Почти все открытия совершаются в соавторстве с зарубежными учеными, предоставляющими свои лаборатории нашим исследователям. Угнаться за Западом отечественным ученым почти невозможно: даже по количеству исследовательских центров мы сильно уступаем Европе и Америке. А ведь в истории остается тот, кто совершил открытие первым.

И все же российским ученым удается идти в ногу со своими иностранными коллегами, а иногда и опережать их. Доказательством может служить история того, как была открыта особая форма наследственности — прорыв, ставший новым словом в фундаментальной генетике.

ПРИОННЫЕ БЕЛКИ

Как и многие другие серьезные открытия, обнаружение белковой наследственности было подготовлено несколькими разнонаправленными сериями исследований. Интересно, что ни один из коллективов ученых, совместными усилиями которых было сделано открытие, первоначально не ставил целью изучать механизм наследственности.

Пожалуй, начать стоит с исследований американского биохимика Стэнли Прузинера. Именно он обнаружил новый тип инфекции — прионную, за что получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1997 году. Вероятно, читатели помнят скандал, разразившийся вокруг эпидемии коровьего бешенства в Англии. Белковые возбудители этой болезни (а также некоторых других смертельных болезней человека и животных — болезни Крейтцфельда—Якоба у человека, скрейпи у овец), поражающие нервную систему, мозг, и были названы прионами.

Стэнли Прузинер обнаружил, что абсолютно одинаковые по химическому составу прионные белки могут находиться в двух разных пространственных формах. Разница между такими белками отчасти напоминает разницу между сырым и вареным белком обыкновенного куриного яйца. Если белок находится в «нормальной» форме, он хорошо растворяется и выполняет в организме свойственную ему функцию. Напротив, белок, находящийся в «аномальной» пространственной форме, образует нерастворимые агрегаты, слипается. Но самым важным — и уникальным — свойством прионов является следующее: белок, находящийся в «аномальной» форме, столкнувшись с «нормальным» белком, переводит его в свою, «аномальную», форму. Это и является сутью прионного типа инфекции: «больной» белок заражает «здоровый», который начинает слипаться и, накапливаясь, заполняет клетки мозга, препятствуя их работе. Причины изначального появления в организме белка в «аномальной» форме пока не установлены. Обе формы белка кодируются одним геном, поэтому вполне вероятно, что на образование «аномальной» формы могут влиять внешние воздействия (например, есть гипотеза, что к появлению «аномального» приона в организме может привести высокая температура, перенесенная человеком).

ДРОЖЖИ: ОТ ПРИОННОЙ ИНФЕКЦИИ К БЕЛКОВОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

В рассказе об открытии белковой наследственности придется сделать небольшое отступление, вернее, начать рассказ заново, уже с другой точки. Возможно, это покажется нелогичным, но ведь именно так движется наука: каждый ученый идет своим путем, каждое открытие включает труд многих исследователей.

Обнаружение прионного типа инфекции стало первым шагом к открытию нового типа передачи наследственной информации.

Второе направление, подготовившее его, было связано с дрожжами. Дрожжи — один из самых удобных объектов молекулярной генетики и молекулярной биологии. Во-первых, это связано с тем, что популяция дрожжей включает огромное количество одноклеточных микроорганизмов, поэтому можно регистрировать очень редкие явления, происходящие в одном случае из миллионов. Во-вторых, дрожжи хорошо изучены: известны структуры всех генов дрожжей. В-третьих, дрожжи в генетическом плане устроены практически так же, как человек.

Почти все белки, которые есть у человека, есть и у дрожжей, более того, часто эти белки взаимозаменяемы. И, наконец, дрожжи быстро размножаются, поэтому опыты не требуют длительного времени. Один из основателей школы генетики дрожжей в бывшем Советском Союзе — Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов. Сейчас в России дрожжами занимаются несколько групп ученых, среди них — лаборатория его ученика, профессора Михаила Давидовича Тер-Аванесяна в московском Кардиологическом научном центре.

Еще в 1964 году С. Г. Инге-Вечтомов обнаружил у дрожжей ген SUP35. Примерно в это же время британский исследователь Брайан Кокс нашел у дрожжей наследуемый признак, обладающий рядом уникальных свойств, трудно объяснимых с точки зрения обычных представлений о генетических явлениях. Позже в лаборатории Инге-Вечтомова были получены свидетельства того, что существование этого признака зависит от гена SUP35. Одновременно с исследованиями Инге-Вечтомова такие же результаты были получены в лабораториях Тер-Аванесяна и Кокса. Все данные свидетельствовали о том, что белок Sup35 может каким-то образом отвечать за проявление и наследование этого признака, причем это его свойство не связано с мутациями (структурными изменениями) в гене SUP35.

Обнаруженное явление оставалось необъяснимым до последнего времени, когда широкий интерес к прионам навел исследователей на мысль о сходстве белка Sup35 с прионами млекопитающих. Такое сходство предполагало, что белок Sup35 может иметь разную пространственную укладку, причем, находясь в прионной («аномальной») форме, белок может «наводить» такую форму на молекулы этого же белка, находящиеся в «нормальном» состоянии. Такую аналогию провел американский ученый Рид Викнер, выдвинув гипотезу, что дрожжи могут синтезировать белки, проявляющие прионные свойства. Правда, Прузинер применительно к прионам говорил об «инфекции», но ведь никто не наблюдал передачи вещества от одной клетки к другой через межклеточное пространство (а именно в этом заключается суть инфекции). Викнер предположил, что и в том, и в другом случае мы имеем дело с одним и тем же явлением, а именно с прямой передачей информации от белка к белку.

Чтобы оценить смелость гипотезы, надо вспомнить: вся современная генетика основывается на том, что наследственная информация передается через молекулы ДНК, которые могут удваиваться и передаваться потомству. Белки же синтезируются на основе информации, заложенной в ДНК. Цепочка передачи информации выглядит так: ДНК®РНК—>белок. В свое время сенсацией явилось открытие так называемой «обратной связи»: оказалось, что информация может передаваться из РНК в ДНК. Но то, что информация, передаваемая по наследству, не может быть заложена в белках, никогда не подвергалось сомнению (если не считать теории Лысенко, научные взгляды которого, по оценкам современных ученых, были близки средневековым). Теперь же получалось, что признак может наследоваться без участия ДНК.

За исследование прионоподобных свойств дрожжевых белков взялись две лаборатории: группа американских ученых во главе с профессором Сьюзен Линдквист и лаборатория М. Д. Тер-Аванесяна. Позже к ним присоединились и другие. У американцев было лучшее оборудование, кроме того, они использовали в своей работе материалы, полученные нашими учеными. Но в данном случае сыграло роль то, что у наших генетиков были большие наработки по этой теме.

Статья М. Д. Тер-Аванесяна и его сотрудников появилась в июле 1996 года в журнале Европейской организации молекулярной биологии (EMBO Journal). В ней было показано, что белок Sup35 может образовывать агрегаты, подобные тем, которые создают прионы в «аномальной» форме. Уже в следующем месяце аналогичные результаты, полученные лабораторией Линдквист, были опубликованы в журнале «Science». Теперь нужно было доказать, что информация о пространственной форме передается напрямую от белка к белку.

И вот в 1997 году группа Тер-Аванесяна нашла такое доказательство. Опыт был поставлен в среде без ДНК. К Sup35 добавляли некоторое количество белка, находящегося в «аномальной» пространственной форме. Через некоторое время весь белок оказывался в «аномальной» конформации. Этот белок снова добавляли к «нормальному», и он опять переводил его в «аномальную» форму. Так повторялось много раз, пока доля исходного «аномального» белка не оказалась совершенно ничтожной, так что стало ясно: «аномальный» белок, образованный из «нормального», способен передавать свою пространственную форму другому, «нормальному», белку. Итак, был открыт новый механизм передачи наследственной информации — белковая наследственность.

Sup35. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ

Как ни странно, белок Sup35, на котором была открыта белковая наследственность, был для генетиков чем-то вроде «белого пятна» в науке. Ученые ничего не могли сказать о его функциях: зачем он нужен в организме? Но, вероятно, это был как раз тот случай, когда, как говорят, «идея носилась в воздухе». И вот, в то время как генетики занимались Sup35 с точки зрения его прионоподобных свойств, молекулярные биологи неожиданно пришли к разгадке его функций.

Когда девять лет назад началась эта история, никто из исследователей не мог предположить, что их работа приведет именно к выявлению функций белка Sup35. В то время Лев Львович Киселев и его коллеги из Института молекулярной биологии Российской академии наук занимались биосинтезом белков. В 1990 году известный американский ученый Т. Каски опубликовал статью, в которой описал белок, участвующий, по его мнению, в окончании процесса синтеза сложного вещества, состоящего из нескольких аминокислот, — полипептидной цепи. Однако этот белок был практически тождествен тому, структуру которого расшифровали наши ученые, но который, согласно нашим данным, участвовал не в окончании, а в начале указанного процесса. Не есть ли это противоречие здравому смыслу: два очень похожих белка не могут выполнять совершенно разные функции. Напрашивался вывод: Каски ошибся, его белок не заканчивал синтез, а участвовал в его начале. В 1993 году Л. Л. Киселев и его коллеги опровергают работу Каски, и уже в следующем году сам Каски подтверждает, что его выводы были ошибочны.

Какой же белок в таком случае завершает синтез? Теперь его поисками занялись уже российские ученые. И вот в 1994 году (как раз в то время, когда Рид Викнер выдвинул гипотезу о прионоподобных свойствах Sup35) наши исследователи опубликовали в журнале «Nature» структуру такого белка. Его назвали eRF1. Этот белок оказался весьма консервативным по структуре: у человека, лягушки и дрожжей его аминокислотная последовательность очень похожа (дрожжевой белок имеет свое имя — Sup45). Как только это выяснилось, стало очевидно, что другой дрожжевой белок, о котором уже шла речь, —Sup35 (дрожжевой прион) тоже может быть вовлечен в завершение синтеза полипептидной цепи. Действительно, годом позже (в 1995 году) группы Киселева и Инге-Вечтомова совместно с группой М. Филиппа из Реннского университета (Франция) открыли новую группу белков, получивших название eRF3. Среди них был и белок Sup35. Стало ясно, что Sup35 — один из двух белков, определяющих окончание белкового синтеза у клеточных организмов. Чуть позже группа Киселева доказала, что белки eRF3/Sup35 обладают ферментативной активностью: расщепляют одно из ключевых соединений клетки — гуазинтрифосфат (ГТФ). Открытие ферментативной активности дрожжевого приона Sup35 имеет большое значение, так как позволяет использовать биохимические методы для анализа прионных превращений, что ранее было невозможно.

БЕЛКОВАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ: ЗНАЧЕНИЕ ОТКРЫТИЯ

Итак, на примере дрожжевого белка открыт новый принцип наследственной передачи признаков. «Белковая наследственность» — так назвали ученые свойство прионоподобных белков передавать информацию о своей пространственной форме без участия ДНК. Насколько широко распространено это явление? Прионоподобные белки уже обнаружены у некоторых грибов, возможно, в скором времени они будут найдены и у других организмов. Исследования на эту тему ведутся сейчас очень интенсивно. Пока даже сами ученые остерегаются делать прогнозы.

«Важно, что здесь мы имеем дело с передачей информации иного типа по сравнению с той, что передается через гены, а именно с передачей структурной, трехмерной информации, — говорит М. Д. Тер-Аванесян. — Это совершенно новый принцип, и это чрезвычайно важно для науки». Есть теория, что прионоподобные белки участвуют в формировании долговременной памяти человека. Если это действительно так, то белковая наследственность, возможно, связана с важнейшей функцией мозга.

Разумеется, открытие белковой наследственности ни в коей мере не означает пересмотра теории передачи наследственной информации через нуклеиновые кислоты. Это — дополнение к ней, новая глава классической генетики. Однако не исключено, что многие явления будут переосмыслены. Наука «прошла мимо» прионоподобных белков. Ученые не исключают, что таких белков много, и в таком случае белковый механизм наследственности может иметь немаловажное значение в жизни многих организмов.

Возможно, белковая наследственность играла значительную роль и в биологической эволюции, по крайней мере в эволюции одноклеточных организмов, размножающихся путем деления. Ведь благодаря постоянному делению в популяции в результате механизма прионной наследственности может возобладать одна из форм прионоподобного белка. Пока неясно функциональное назначение той или иной формы, но в природе нет ничего лишнего — следовательно, этот механизм для чего-то нужен. В случае дрожжей он, вероятно, служит целям адаптации.

Для медицины открытие белковой наследственности означает перспективу лечения болезней, вызываемых прионными и прионоподобными белками. Что касается собственно прионных заболеваний, то они мало распространены среди людей (приблизительно один случай на миллион в год). Но у животных они нередки, а в связи с их инфекционностью опасность заражения человека очень велика — именно это обусловило ажиотаж вокруг эпидемии коровьего бешенства в Англии. Кроме того, есть еще ряд заболеваний — гораздо более распространенных, — которые также связаны с белками, способными образовывать агрегаты. Например, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хангтингтона. Возможно, они также передаются с помощью механизма белковой наследственности. Уже открыт способ «лечения» дрожжей от прионных заболеваний, а значит, появилась модель создания лекарств для человека.

Ученые раскрыли эпигенетический механизм передачи наследственных признаков

Слабое место теории Дарвина — передача по наследству приобретённых признаков, которая, по-видимому, иногда имеет место. Учёным удалось найти молекулярный механизм, который позволяет эволюции идти «в обход» дарвинизма в духе Жана Батиста Ламарка.

Группа ученых из Принстонского университета сумела раскрыть новый биологический механизм, отвечающий за внутриклеточные процессы. Наиболее важным результатом данного исследования является его прямая связь с эпигенетическим развитием организмов, позволяющим живым системам обойти наследственный код ДНК и передать своему потомству признаки, приобретенные в ходе жизнедеятельности.

Такое направление теории эволюции с начала XIX века развивалось французским ботаником Жаном Батистом Ламарком. Хрестоматийный пример здесь — длинная шея жирафа, позволяющая ему питаться сочными верхними побегами деревьев: Ламарк утверждал, что она сформировалась вовсе не в ходе случайной рекомбинации генов, отделившей животных с короткой шеей от длинношеих созданий, а в ходе направленной активности, «упражнений», в ходе которых доисторическим предкам приходилось тянуться к кронам растений.

Существует расхожее мнение, что Дарвину удалось опровергнуть Ламарка, однако от некоторых ламаркистских «поправок» в учении Дарвина, по-видимому, никуда не деться: эта концепция может сработать там, где традиционный дарвинизм сталкивается с существенными затруднениями.

Ламаркизм

Теория эволюции нередко отождествляется с учением Дарвина, однако современным специалистам, занимающимся эволюцией понятно, что развитие жизни на земле невозможно объяснить одним только преимущественным размножением успешных вариантов в…

Принстонское исследование, кроме того, впоследствии может привести к созданию новых методик контроля внутриклеточных процессов, таких как сплайсинг (вырезание участков) ДНК, а так же пролить свет на естественные регуляторные механизмы внутри клетки — в частности, прояснить закономерности сохранения одних участков ДНК и потерю других в ходе эволюционного развития живых систем.

Задачей биологов Мариуша Новацки, Викрама Виджаяна и Лауры Лэндвебер, руководившей исследованием, по сути, являлась расшифровка механизма реорганизации генома, которую клетка осуществляет, не затрагивая исходный генетический код, доставшийся конкретной особи от предков. Поэтому объектом своего исследования ученые выбрали хищный одноклеточный брюхоресничный организм Oxytricha trifallax.

Эти простейшие — обитатели пресных водоемов — являются идеальными системами для изучения эпигенетических процессов. В отличие от клеток млекопитающих, имеющих единственное ядро, несущее в себе генетическую информацию и контролирующее все внутриклеточные процессы, эти организмы имеют два ядра.

Одно из ядер содержит в себе активную цепочку ДНК, необходимую для поддержания всех не репродуктивных процессов внутри клетки, таких как метаболизм. Второе, зародышевое ядро, как и в половых клетках млекопитающих, необходимо для осуществления процесса полового размножения.

При слиянии двух клеток Oxytricha trifallax в ходе размножения активное ядро подвергается полному разложению, однако впоследствии в клетках отпрысков оно должно быть полностью восстановлено для возобновления жизненной активности. Зародышевое ядро содержит избыточную ДНК, 95% которой попросту игнорируется в процессе образования нового активного ядра. В ходе этого процесса происходит своего рода сжатие довольно большого генома, составляющего примерно одну треть от человеческого, в компактное образование. В результате только 5 процентов зародышевой ДНК остаются доступными для процесса кодирования.

Удивительно, но этот сравнительно небольшой набор участков ДНК всегда выбирается корректно. Процесс, в ходе которого он собирается и расшифровывается клеткой для формирования нового полноценного рабочего генома, даже прозвали «геномной акробатикой». Механизм этих акробатических этюдов до сих пор остается невыясненным, однако ход их всегда остается безупречно точным.

Каким образом клетке удается восстановить полноценную ДНК, имея лишь одну двадцатую часть генома – ключевой вопрос исследования, успешно осуществленного принстонскими специалистами.

Лэндвебер и её коллеги предположили, что это запрограммированное преобразование фрагментов ДНК происходит при участии так называемой кэшированной информации в форме ДНК или РНК, полученной зародышем от родительского организма. В мире вычислительных машин кэшем называют выделенную область оперативной памяти, в которой хранится самая важная и наиболее часто востребованная информация. Наличие её в быстром доступе существенно ускоряет работу машин: считывание её из более объемных, но менее скоростных устройств хранения технически невыгодно.

Предположение о существовании дополнительных инструкций в форме РНК или ДНК, необходимых молодому организму для формирования новой полноценной клетки, уже давно витало в воздухе. Оно возникло еще при изучении растительных организмов, однако оказалось неверным.

В своей серии экспериментов группа ученых провела проверку гипотезы существования дополнительных инструкций для сборки соматической ДНК, закодированных в виде цепочечных молекул, а также попыталась установить, из какого типа молекул — ДНК или РНК — состоит этот шаблон. С одной стороны, ДНК — главный переносчик генетического материала в клетках подавляющего большинства организмов, с другой же стороны, известно, что различные типы РНК могут осуществлять массу разнообразных функций в клетке, а также являются ключевыми игроками в процессе декодирования информации из ДНК в процессе формировании новых белковых молекул.

Для проверки гипотезы РНК-кэша сотрудники Лэндвебер внедрили в клетки организмов специфические химические агенты, ингибирующие одноцепочечные РНК, прямо перед процессом слияния материнских организмов. Механизм такого ингибирования называется РНК-интерференцией.

У принстонских специалистов это привело к срыву процесса развития зародыша и в некоторых случаях остановило процесс восстановления активной ДНК.

В следующем опыте учеными было обнаружено существование шаблонов для сборки новой ДНК на самых ранних стадиях развития зародышевого организма. Как оказалось, эти молекулы РНК существуют в клетке достаточно долго для поддержания процесса восстановления геномной цепочки.

В ходе завершающей серии экспериментов исследователи дерзнули вмешаться в процесс реконструкции активной цепочки ДНК и перепрограммировать кэш, перемешав тем самым гены в новой ДНК по своему предпочтению.

Сотрудники лаборатории Лэндвэбер создали рукотворные шаблоны на основе ДНК и РНК, кодирующие новую последовательность генов во вновь создаваемой молекуле ДНК. Как и ожидалось, внедренные в клетки развивающихся организмов инструкции в форме цепочечных молекул послужили набором новых правил для расшифровки фрагментов активного ядра и привели к образованию новой его структуры.

Комментируя открытие американских коллег, директор тайваньского Института молекулярной биологии Мэнчао Яо отметил, что их исследование впервые показало существование в клетке дополнительных молекул РНК, отвечающих за ход процесса рекомбинации ДНК, приводящего к новой генетической последовательности, необходимой организму в определенный период его развития или жизнедеятельности.

close

100%

Как РНК переложила на белки свою работу

Кристаллическая молекула белка, добытая учеными из примитивного грибкового организма послужила некоторого рода машиной времени, открывшей ученым новые знания об эволюции жизни от простых систем к сложным.

Таким образом, наследственная информация может передаваться от поколения к поколению не только в форме двойных спиралей ДНК, но и с помощью молекул РНК. Механизм изменения РНК, число молекул которой в каждой клетке огромно, существенно более гибок и доступен для использования в течение жизни каждой особи — только РНК напрямую участвуют в синтезе белков, непосредственно соприкасаясь с жизнью организма.

А значит, и возможность передачи приобретённых признаков от поколения к поколению — вполне в духе Жана Батиста Ламарка — получает некоторое обоснование на молекулярном уровне.

Команда исследователей полагает, что в случае наличия подобного механизма у млекопитающих он сможет послужить новым методом манипуляции генами наряду с рутинными методиками, применяемыми в генной инженерии в наши дни. Кроме того, его можно использовать для создания новых генетических последовательностей или восстановления функциональной целостности клеток, отклонившихся в своем развитии от нормального пути.

Результаты работы ученых публикуются в выходящем на этой неделе выпуске журнала Nature.

Наследственные и наследственно-предрасположенные заболевания

Основной целью медицинской генетики является изучение роли генетических составляющих в этиологии и патогенезе различных заболеваний человека. Эти болезни делятся на два класса: собственно наследственные болезни, куда входят хромосомные и генные заболевания, и болезни с наследственной предрасположенностью, которые называют мультифакториальными заболеваниями.

Хромосомными являются болезни, вызванные нарушением числа, либо структуры хромосом. Генные болезни обусловлены присутствием мутаций в генах. Моногеннными называются болезни, обусловленные присутствием мутаций в одном гене. В этиологии мультифакториальных заболеваний наряду с действием неблагоприятных внешних факторов существенное влияние оказывают состояния не одного, а многих генов. Количество этих генов, формирующих наследственную предрасположенность к заболеванию, иногда исчисляется десятками или даже сотнями. Суммарная частота наследственных заболеваний достигает 1,5%, из них на долю хромосомных болезней приходится 0,5% и на долю моногенных – до 1%. К мультифакториальным относятся большинство наиболее распространенных болезней человека.

Хромосомные болезни: В настоящее время описано около 1000 нозологических форм хромосомных болезней. Все они характеризуются рядом общих признаков, таких как: маленькая масса и длина тела при рождении, пренатальная гипоплазия; отставание в умственном и физическом развитии с момента рождения, особенно выраженное при аутосомных аномалиях; задержка и аномалии полового развития: гипогонадизм, крипторхизм, аменорея, бесплодие и др., более выраженные при аномалиях половых хромосом; множественные ВПР в большей степени при аутосомных аномалиях; комплекс разнообразных по проявлениям и тяжести дизморфогенетических и диспластических признаков, одновременно затрагивающих многие системы и органы больного. Хромосомные болезни редко наследуются, и более чем в 95% случаев риск повторного рождения в семье больного ребенка с хромосомной патологией не превышает общепопуляционного уровня. Исключение составляют те случаи, когда родители больного ребенка несут сбалансированные хромосомные перестройки, чаще всего транслокации, при которых не происходит утраты генетического материала. Носители сбалансированных транслокаций являются практически здоровыми людьми, но вероятность у них выкидышей, замерших беременностей или рождения детей с несбалансированными хромосомными перестройками, а значит с хромосомными болезнями, очень велика. Поэтому при бесплодии, мертворождениях, привычной невынашиваемости беременности, а также при наличии в семье ребенка с хромосомной патологией необходимо проводить анализ кариотипа каждого из родителей с целью диагностики сбалансированных хромосомных перестроек.

Моногенные болезни Разнообразие моногенных заболеваний достаточно велико и их количество по некоторым оценкам достигает 5000. Среди моногенных болезней значительный процент составляют ферментопатии, различные формы умственной отсталости, дефекты органов слуха, зрения, скелетные дисплазии, врожденные пороки развития, болезни нервной, эндокринной, соединительно-тканной, иммунной и других систем. Моногенные варианты течения заболевания в редких случаях встречаются среди любых нозологических форм, которые в общем случае не являются наследственными. Так, например, описаны моногенные формы гипертензии, болезней Альцгейаера и Паркинсона, эпилепсии и других больших психозов, иммунодефицитов, различных онкологических заболеваний и многих других патологических состояний. Моногенные варианты заболевания, как правило, отличаются от спорадических форм более тяжелым течением и ранним дебютом. Большинство мутаций, ассоциированных с моногенными заболеваниями, жестко детерминируют развитие болезни, и факторы окружающей среды не оказывают или оказывают небольшое влияние на развитие заболевания. Поэтому они так трудно поддаются коррекции. Однако немало примеров моногенных болезней с неполной пенетрантностью и варьирующей экспрессивностью, причины которых чаще всего остаются неизвестными. К счастью, моногенные заболевания встречаются достаточно редко. К числу наиболее известных моногенных болезней относятся фенилкетонурия, муковисцидоз, галактоземия, адреногенитальный синдром, гемофилия А и В, миодистрофия Дюшенна/Беккера, проксимальная спинальная мышечная атрофия, гепатолентикулярная дегенерация и многие другие болезни. Профилактика тяжелых неизлечимых моногенных заболеваний проводится на базе пренатальной диагностики.

Мультифакториальные заболевания обусловлены комбинированным действием неблагоприятных внешних и генетических факторов риска, формирующих наследственную предрасположенность к заболеванию. К мультифакториальным заболеваниям относятся подавляющее большинство хронических болезней человека, включая сердечно-сосудистые, эндокринные, иммунные, нервно-психические, онкологические и др. Генетические составляющие могут присутствовать в этиологии даже тех заболеваний, развитие которых целиком индуцируется внешними воздействиями и невозможно без их присутствия, таких, например, как инфекционные болезни. Однако и в этих случаях индивидуальная чувствительность к подобным внешним неблагоприятным воздействиям может быть генетически детерминирована. Например, на сегодняшний день известно, что в патологии бронхиальной астмы, лейкозов и их рецидивов участвуют белковые продукты таких генов системы детоксикации, как GSTM1, GSTT1, CYP1A1, GSTP1, NAT2 и др.Полная расшифровка генома человека открыла большие возможности для изучения ассоциации различных генов человека с моногенными и мультифакториальными заболеваниями. Эти исследования являются основой для планомерной разработки совместно со специалистами различных медицинских профилей новых патогенетических и этиологических методов лечения наследственных заболеваний, а также предупреждения развития тех заболеваний, к которым у человека имеется генетическая склонность.

В настоящее время не существует единой классификации наследственных болезней, и часто их смешивают с врожденными и семейными болезнями. Причиной развития наследственных болезней являются присутствующие в половых клетках родителей мутаций в определенных генах. Эти мутации могут передаваться потомству в ряду поколений. Врожденные заболевания проявляются сразу после рождения, и они могут быть как наследственными, так и приобретенными, например, под действием тератогенных факторов или осложнений в родах. Приобретенные врожденные пороки развития не передаются по наследству. Семейными называются болезни, присутствующие у нескольких членов одной семьи. Они также могут быть наследственными или обусловливаться средовыми влияниями, например неправильным питанием, вредными привычками или присутствием токсических соединений в окружающей среде. В свою очередь, наследственные болезни не обязательно являются врожденными или семейными.

В этиологии детской инвалидности и ограничений жизнедеятельности значительная доля принадлежит наследственным факторам. Так, в Республике Саха (Якутия) среди причин детской инвалидности на первом месте (28,5%) стоят врожденные пороки развития, на втором — заболевания нервной системы (23,9%), на третьем — психические расстройства (11,9%). По данным Росстата среди причин младенческой смертности врожденные пороки развития занимают второе-третье место в Республике Саха (Якутия) и в целом по Российской Федерации. Остается значительной доля врожденных и наследственных заболеваний среди причин детской смертности (в возрасте до 5 лет), в структуре которой на долю хромосомныхболезней приходится 2-3% (Новиков, 2008).

Читать о этноспецифической наследственной патологии в РС (Я)

Генетический взгляд на феномен сочетанной патологии у человека.

Monohennoe Nasledovanie : Основы генетики : Все про гены!

Моногенное наследования

       Моногенным называется такой тип наследования, когда наследственный признак контролируется одним геном. Закономерности моногенной наследственности изучал выдающийся ученый Г. Мендель. Он экспериментально обосновал наличие единиц наследственности (наследственных задатков, наследственных факторов) и описал их основные  свойства — дискретность, стабильность, специфичность аллельного состояния. 
       Принципиально новым вкладом Г. Менделя в изучение наследования стал метод гибридизации (гибрид — это совокупность). Анализируя результаты моно-и дигибридного скрещивания гороха, он пришел к выводу, что: 
1) развитие наследственных признаков зависит от передачи потомкам наследственных факторов; 
2) наследственные единицы, которые контролируют развитие отдельного признака — парные: один происходит от отца, второй — от матери. В функциональном отношении факторы имеют свойства доминантного и рецессивного признаков, доминантный признак — которая проявляет себя, рецессивный признак — в одинарной дозе себя не проявляет.
3) наследственные факторы передаются в ряду поколений, не теряя своей индивидуальности, т.е. характеризуются постоянством;
4) в процессе образования половых клеток парные аллельные (формы, состояния) гены попадают в разные гаметы (закон чистоты гамет). Восстановление таких пар происходит в результате оплодотворения; 
5) материнский и отцовский организмы в равной степени участвуют в передаче своих наследственных факторов потомкам.

   Признаки человека, по Менделю.

     Общие законы наследственности одинаковы для всех живых существ. Для человека характерны  такие известные типы наследования признаков: доминантный и рецессивный, аутосомный и связанный с половыми хромосомами. Известно более 100 видов метаболических аномалий у человека, которые унаследуются согласно моногибридного схеме Менделя, например, галактоземия, фенилкетонурия, различные формы гемоглобинопатии и другие. 
     Признаки человека по Менделю — это признаки, которые подчиняются или наследуются согласно законам, которые установлены Г. Менделем.

      Моногенные — это такие наследственные заболевания, которые определяются одним геном, то есть когда проявление заболевания определяется взаимодействием аллельных генов, один из которых доминирует над другим.
 


 

Базовая группа 2212. Бактериологи, фармакологи и специалисты родственных профессий

БАЗОВАЯ ГРУППА 2212

БАКТЕРИОЛОГИ, ФАРМАКОЛОГИ И СПЕЦИАЛИСТЫ

РОДСТВЕННЫХ ПРОФЕССИЙ

Бактериологи, фармакологи и специалисты родственных профессий проводят исследования, разрабатывают и совершенствуют теории и методы, осуществляют практическое применение связанных с анатомией, физиологией, бактериологией, генетикой, биофизикой, биохимией, фармакологией знаний в медицине, сельском, лесном, рыбном хозяйстве, микробиологической, пищевой, фармацевтической промышленности.

Их обязанности включают:

— проведение научно-исследовательских работ, разработку и совершенствование теорий и методов в области анатомии, физиологии, биофизики, биохимии, бактериологии, генетики, патологии, токсикологии, фармакологии;

— изучение анатомического строения, химического состава, физических и химических процессов, происходящих в живых организмах, тканях, клетках;

— проведение испытаний, лабораторных опытов по изучению функционирования организма человека, животных и растительных организмов, отдельных органов, тканей, клеток в обычных, неблагоприятных и экстремальных условиях;

— изучение строения, жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий, одноклеточных, вирусов) и их воздействия на живые организмы, в т.ч. патогенного;

— исследование происхождения, развития и передачи наследственных признаков у людей, животных и растений;

— изучение причин и природы болезней и различных нарушений жизнедеятельности человека, животных и растений;

— проведение опытов по изучению влияния лекарственных и других веществ на живые организмы, органы, ткани, совершенствование существующих и разработку новых лекарств;

— практическое применение полученных знаний и результатов в выведении новых видов животных и растений, лечении заболеваний человека, животных и растений, разработке и ведении биотехнологических процессов и других областях деятельности;

— проведение анализов по определению токсичных веществ в сельскохозяйственном сырье, ветеринарно-санитарных и микологических исследований, подготовку заключений о его пригодности для использования в пищевой, комбикормовой и др. отраслях промышленности;

— подготовку научной документации и отчетов;

— выполнение родственных по содержанию обязанностей;

— руководство другими работниками.

Примеры профессий, входящих в данную базовую группу:

Бактериолог

Биофизик

Биохимик

Токсиколог

Фармаколог.

Открыть полный текст документа

Признаков передача — Справочник химика 21

    Нуклеиновые кислоты — важнейшие компоненты (составные части) всех живых клеток. Эти вещества регулируют передачу наследственных признаков в ряду поколений. Им принадлежит ведущая роль в процессе биосинтеза белков. [c.22]

    Трубчатые печи различают по ряду технологических и конструктивных признаков. Печи могут быть спроектированы для работы либо только на газовом топливе, либо на комбинированном — жидком и газовом. По способу сжигания топлива, особенностям передачи тепла в камере радиации и форме факела различают печи со свободным факелом беспламенного горения с излучающими стенами топки беспламенного горения с резервным жидким топливом с настильным и объемно-настильным факелом с настильным факелом и дифференциальным подводом воздуха. [c.242]


    Роль азота и фосфора в жизни клеток и организмов исключительно велика. Они входят в состав ДНК — важнейших органических соединений, с помощью которых осуществляются синтез белка и передача наследственных признаков. Фосфор входит в активные группы ферментов, переносчиков водорода, а также в молекулы веществ, аккумулирующих энергию процессов обмена. Важную роль для жизнедеятельности организмов играют цикл азота в природе и фосфатный цикл. [c.343]

    Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка. Центрифуги этого типа изготовляются в двух конструктивных исполнениях с фильтрующим (рис. Х1У-6) и осадительным ротором. Общий конструктивный признак центрифуг — горизонтальное расположение оси ротора 6, вал 8 которого вращается в подшипниках качения 7, установленных в станине 9. Привод центрифуги от — электродвигателя 11 через клиноременную передачу 10. На передней крышке центрифуги смонтированы механизм среза осадка 3, разгрузочный бункер 1, питающая труба 2. В кожухе [c.405]

    Успехи биоорганической химии в значительной степени определяют дальнейшее развитие биологии и физиологии, так как без знания строения и химических превращений веществ, участвующих в метаболизме, нельзя понять его сущности, нельзя разрабатывать методы управления биологическими явлениями, такими, как размножение, передача наследственных признаков, передача нервного импульса и т. д. [c.504]

    Вальные насосы, признаком которых является вращательное движение ведущего звена (вала), различаются механизмом передачи движения к рабочим органам кривошипный — с кривошипно-шатунным механизмом и кулачковый — с кулачковым механизмом. [c.99]

    Механические передачи равномерного вращения классифицируются по следующим признакам передачи трением — с непосредственным контактом лпередачи зацеплением — с непосредственным контактом твердых тел (зубчатые, винтовые и червячные) и гибкой связью (цепные, зубчатым ремнем). [c.280]

    Использование однозначно устанавливаемых формул и наименований катализаторов, отражающих целый ряд основных признаков этих изделий, может существенно облегчить накопление, передачу и обработку информации о них. [c.54]

    Теплообменник — устройство для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Его основные признаки структура — один аппарат либо совокупность аппаратов, соединенных в любой последовательности  [c.15]


    На первом этапе производится выборка команды из памяти в сумматор, формирование исполнительной команды в соответствии с признаками и передача ее в РгК. [c.452]

    При выполнении некоторых операций в арифметическом устройстве вырабатываются признак нуля и признак переполнения разрядной сетки , которые могут использоваться для передачи управления но признаку результата. [c.470]

    Общепринятым и наиболее характерным признаком для классификации теплообменных аппаратов является их назначение нагрев, охлаждение, конденсация, испарение жидкостей, газов или нх смесей. При более подробной классификации учитываются также способ передачи тепла от одной среды к другой, конструктивные особенности аппаратов и пр. В зависимости от способа передачи теплоты теплообменники делятся на аппараты смешения, в которых процесс обмена происходит при непосредственном контакте сред, и на поверхностные аппараты, в которых передача осуществляется с использованием тепловоспринимающих и теплоотдающих поверхностей. [c.342]

    Биологические функции НК связаны с биосинтезом белка и передачей наследственных признаков. [c.433]

    Трубчатые центрифуги выпускают с осветляющим или разделительным (сепарирующим) ротором (рис. XIV-8). Общий конструктивный признак центрифуг — трубчатый ротор 1, подвешенный на валу 4, с вертикальной осью вращения и плавающей нижней опорой скольжения. Трехлопастная крыльчатка 2 сообщает разделяемой жидкости угловую скорость ротора. Станина 7 — чугунный литой корпус одновременно служит защитным кожухом. Привод центрифуги от индивидуального электродвигателя 3, расположенного в верхней части корпуса, через плоскоременную передачу с натяжным устройством. [c.411]

    Чем значительнее различие концентраций свободных электронов, тем интенсивнее пойдет передача их одним металлом другому, т. е. тем большее напряжение будет давать гальванический элемент. Зная знак заряда каждой из пластинок и измеряя напряжение тока, можно оценить сравнительную активность различных металлов и расположить их по этому признаку в так называемый ряд напряжений. Последний в основных чертах имеет следующий вид  [c.202]

    Наиболее правильно печам дать следующее определение печь есть огражденное от окружающего пространства технологическое оборудование (тепловое устройство), в котором происходит получение тепла из того или иного вида энергии и передача тепла материалу, подвергаемому тепловой обработке в тех или иных технологических целях. Дополнительный признак — ограждение от окружающего пространства, важный по существу, имеет также целью несколько сузить использование термина печь соответственно традициям существующей промышленной практики. [c.10]

    Ответственная роль в биохимическом синтезе белков принадлежит нуклеиновым кислотам, которые определяют его специфичность, В самой структуре нуклеиновых кислот заключены основы точного их воспроизведения и направленного синтеза белковых молекул, а также передачи наследственных признаков организма. В то же время белок-фермент способствует синтезу нуклеиновых кислот, полисахаридов и других высокомолекулярных соединений. Сложный комплекс веществ белков, нуклеиновых кислот, углеводов и регуляторов их химических превращений, а именно ферментов, гормонов, витаминов, составляет основу жизненного цикла организма. [c.18]

    В зависимости от специфических особенностей производства технологические трубопроводы, связывающие производства со складами ЛВЖ, ГЖ, кислот и щелочей, а также другими объектами, расположенными в соответствующих зонах, должны прокладываться в коммуникационных коридорах. В случаях, когда головной продукт (например, хлор) или полупродукт (например, слабая азотная кислота) являются одновременно товарной продукцией, трубопроводы для их транспортирования также должны прокладываться в коридоре. В условиях зонирования территории предприятий по функциональному признаку и расположения цехов по потоку технологические передачи продукта от одной стадии переработки на последующую могут быть организованы непосредст- [c.106]

    Хемотроникой называют раздел электрохимии, который занимается разработкой принципов построения и способов применения электрохимических преобразователей информации, или хемотронов. Электрохимические преобразователи позволяют осуществить восприятие, хранение, переработку, воспроизведение и передачу информации и могут функционировать в качестве элементов или блоков вычислительных и управляющих устройств. В основе действия этих приборов лежат закономерности различных электрохимических явлений и процессов. По этому признаку хемотроны подразделяют на следующие основные группы I) концентрационные преобразователи 2) электрокинетические преобразователи 3) преобразователи на основе фазовых переходов на электродах. [c.267]


    Сообщающие телепередачи направлены на изложение определенного вопроса программы, раскрываемого либо полностью, либо частично с предоставлением дальнейшей работы учителю. Обобщающие передачи предназначены для подведения итогов по теме, изучаемой в классе, систематизации материала, чтобы помочь учащимся понять уже изученное на более высоком уровне, установить системы связей между признаками химических явлений. Эти передачи, как правило, не являются тематически приуроченными. Учитель должен лишь не отстать при прохождении темы. Помимо передач, обобщающих теоретические вопросы темы, широкое распространение получили телепередачи, обобщающие известные школьникам явления, факты, их жизненный опыт. Обобщающие передачи отличаются по широте и по уровню материала. Так, наряду с телепередачами, обобщающими курс Развитие химии и химической промышленности в СССР , практикуются и обобщающие какой-то раздел ( Углеводороды , Строение и свойства альдегидов и карбоновых кислот , Электролиз ). [c.88]

    Телевизионная передача — это элемент цикла (системы). Она призвана самостоятельно осуществлять определенную функцию Б процессе обучения. В то же время в цикле телепередач прослеживается внутренняя связь, заключающаяся в поэтапном раскрытии идеи цикла, которая в конечном итоге определяет логику и целостность данной структуры. Являясь составной частью учебного процесса, цикл обладает автономностью, относительной устойчивостью, внутренней целостностью, т. е. всеми признаками системы. Цикл является открытой системой, взаимодействующей [c.89]

    Электрические свойства простых веществ, как известно, являются одним из признаков, по которым их делят на металлы и неметаллы. С электрической проводимостью тесно связана теплопроводность кристаллов, обусловленная передачей теплоты за счет колебаний атомов в узлах кристаллической решетки (фоно-ны) и передачей теплоты электронами. В кристаллах неметаллов концентрация свободных электронов незначительна. Поэтому все они являются полупроводниками и диэлектриками и обладают низкой теплопроводностью, обусловленной колебаниями решетки. В противоположность этому для металлов характерны высокие значения электрической проводимости (порядка 10 — 10 Ом -см ) и теплопроводности, поскольку в этом случае вклад свободных электронов в теплопроводность является определяющим. Наиболее высокой электрической проводимостью и теплопроводностью обладают металлы подгруппы меди и алюминий. Для переходных металлов характерны достаточно высокие, но несколько меньшие значения электрической проводимости. [c.249]

    В белках я-электронные системы сравнительно слабо проявляют себя. Исключительного развития эти системы достигают в соединениях, составляющих механизмы репликации и передачи наследственных признаков. Общей чертой биологически активных структур является сочетание в них областей (групп атомов), богатых энергией, групп, содержащих объединенные и обширные я-орбитали, и участков, разделяющих те и другие. Группы, богатые энергией, — это, как правило, остатки фосфорной кислоты, активные группы — органические основания определенных типов, а изолирующие вставки — углеводы (рибоза или дезоксирибоза). По такой схеме построена уже упоминавшаяся выше аденозинтрифосфорная кислота (основание —аденозин, углевод —рибоза, группа, богатая энергией, — трифосфатная —О—Р—О—Р—О— —Р—ОН). [c.349]

    В нуклеиновых кислотах РНК и ДНК мононуклеотиды соединены между собой за счет остатков фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты РНК и ДНК принимают участие в синтезе белка, передаче наследственных признаков и в других биохимических процессах. [c.234]

    Установлены принцип построения нуклеиновых кислот и их определяющая роль в синтезе белка, передаче наследственных признаков организма и целом ряде других жизненных процессов. [c.8]

    Дезоксирибонуклеиновые кислоты являются материальными носителями наследственных признаков, с их участием осуществляется передача наследственных форм организма. Они содержатся в ядре всех живых клеток, а также являются составной частью вирусов. Молекулярная масса ДНК очень велика и достигает десятков, сотен миллионов. ДНК стойки к действию щелочей. [c.362]

    Фосфат-анионы входят в состав сложных органических полимерных соединений — нуклеиновых кислот, которые содержатся в живых организмах и принимают участие в процессах передачи наследственных признаков живой клетки. [c.355]

    ДНК составляет основу хромосом и непосредственно связана с передачей наследственных признаков РНК принимает участие в синтезе белка. В клетках ДНК и РНК связаны с белками непрочными связями, по всей вероятности солеобразного характера. [c.626]

    Молекулярная биология как самостоятельная наука, изучающая молекулярные основы жизнедеятельности клетки, возникла на рубеже 1940—1950 гг., когда была установлена генетическая роль дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), а расшифровка структуры ДНК позволила описать в простых физико-химических терминах принцип передачи наследуемых признаков от родительской клетки к дочерним. [c.5]

    Общий конструктивный признак трубчатых центрифуг — наличие трубчатого ротора, подвешенного на гибком валу. Диаметр ротора не превышает 150 мм, длина достигает 1 м, частота вращения трубчатых центрифуг 20 000 об/мнн. На рис. 189 показан общий вид трубчатой центрифуги. Ротор центр1гфуги подвешен на гибком валу. Привод осуществляется через ременную передачу от вертикально расположенного электродвигателя. [c.197]

    Основное положение теории Льюиса заключается в том, что кислотно-основные процессы не могут сводиться только к передаче протона. По Льюису, кислота — это вещество, сгособное использовать свободную пару электронов посторонней молекулы для образования устойчивой электронной оболочки, а основани е— это вещество, обладающее свободной парой электронов, которая может быть использована для образования устойчивой электронной конфигурации с посторонним атомом. Таким образом, всякое равновесие, удовлетворяющее этому признаку, следует рассматривать как кислотно-основное. Например, при взаимо-де11ствии 50з и НзО вода является основанием, так как имеет свободную пару электронов, а серный ангидрид, который может взаимодействовать с водой, используя эту пару электронов, является кислотой. [c.471]

    Записи, расположенные на перфокартах, последовательно вводятся в память, занимаемую переменной РТ. Если на карте напечатана строка КОНЕЦ , то ввод последующих карт прекращается и управление передается формированию последней записи, состоящей из пробелов и восьмизначного номера. Эта запись в дальнейшем может быть использована для идентифика-пии конца файла. После передачи последней записи файлы закрываются. Для выделения признака последней вводимой перфокарты использована стандартная функция SUBSTR, позволяющая выделить из строки (в данном случае РТ) подстроку длиной пять символов (с первого цо пятый). [c.317]

    Тарельчатые контактные устройства можно классифицировать по МНОГИМ признакам например, по способу передачи жидкости с тарелки на тарелку различают тарелки с переточ-ными устройствами и тарелки без переточных устройств (провальные). [c.74]

    Представление о том, что точка кипения воды ири нормальном атмосферном давлении есть фиксированная известная величина,— одна из незыблемых технических истин. Однако многие знают, что если очень чистая вода помещена в тщательно вымытый стеклянный сосуд, то ее можно довести до температуры, на 28° С превышающей нормальную точку кипения, и признаков кипения не появится. Такое состояние, однако, неустойчиво, и если кипение начнется, то оно протекает настолько бурно, что похоже на взрыв. Это явление перегрева жидкости выше точки кипения относили обычно к разряду лабораторных курьезов. Однако в последние годы было установлено, что взрывное кипение может происходить и в технологическом оборудовании, и в тех случаях, когда принимаются специальные меры. 1ля поддержания высокой чисто1ы жидкости и когда поверхности нагрева гладки. Поскольку эта проблема не получила еще достаточного освещения, а явление позволяет глубже понять механизм передачи тепла при кипении, го оно заслуживает более детального описания. [c.91]

    Производственно-экономическая информация может быть классифицирована по различным признакам, в том числе 1) по отношению к управляющей системе — внешняя и внутренняя 2) по функциональному назначению — информация планирования, учета, статистики, контроля, нормирования, регулирования 3) по временному признаку — оперативная, текущая, долгосрочная 4) по степени преобразования—элементарная, агрегированная, совокупная (понятие статистической совокупности) 5) по физическим формам представления — число, текст, таблица, график, перфокарта, сигнал, устная речь 6) по периодичности передачи — непрерывная и дискретная 7) по способу формирования — с помощью измерительных устройств и приборов на основе внешней и внутри-объектной документации ввод оператором вручную с пультов управления 8) по источнику преобразования — человек, машина, человеко-мапншная система 9) по отношению к участию в процессе управления — исходная, промежуточная, результатная. [c.397]

    IV. Учитель ставит цель просмотра кинофильма, телепередачи, диафильма, диапозитивов, сообщает вопросы по их содержанию. Выводы на основе просмотра учащиеся делают самостоятельно. Например, на уроке с использованием учебной телевизионной передачи Галогены учитель вначале сообщает учащимся цель просмотра обобщить и систематизировать знания, касающиеся свойств галогенов и образуемых ими соединений. Учащимся предлагают вопросы по содержанию передачи На основе каких общих признаков галогены помещают в естественную группу химических элементов Что общего и что различно в электронных конфигурациях атомов галогенов Проследите закономерность в изменении физических и химических свойств галогенов. В каком направлении и почему происходит уменьшение термической устойчивости гало-геноводородов в ряду HF — НС1 — НВг — HI . [c.145]

    Структура неорганических веществ отличается большим многообразием в зависимости от природы и числа частиц, входящих в кристаллическую решетку. При этом частицы одного вида соединяются друг с другом посредством металлической связи (элементы левой части таблицы Д. И. Менделеева), ковалентной связи с образованием полимерного каркаса (элементы середины таблицы), связи частично ионной и частично ковалентной (некоторые элементы П1, IV и V групп таблицы Д. И. Менделеева), ковалентной связи с образованием отдельных молекул и ван-дер-ваальсовых сил между этими молекулами. При наличии в составе соединения частиц двух видов связь между ними может быть ионной или близкой к ней при значительной разности электроотрицательностей между элементами (фториды, хлориды, ряд оксидов) при малой разности электроотрицательностей — преимущественно ковалентной (SO2, СО т. д.), а также связью, сочетающей признаки и ионной, и ковалентной (большинство оксидов, карбиды, нитриды, бо-риды, силициды). При наличии же в составе соединения трех и более элементов картина может быть еще более сложной. Отдельные элементы за счет преимущественно ковалентной связи между ними могут образовать самостоятельные структурные группировки — радикалы типа SO42-, Si04 -, А104 и т. д., остальные же элементы вследствие передачи своих электронов этим радикалам могут связываться с ними посредством преимущественно ионной связи (Na+, Са2+, АР+ и т. д.). Более того, могут возникать группировки в виде цепей, лент, слоев и даже каркасов, имеющих заряды, равномерно локализованные по фрагментам этих группировок, связанных друг с другом через катионы металлов. Б случае же незаряженных структурных единиц, например слоев у некоторых глинистых минералов, связь между слоями является ван-дер-ваальсо-вой, или водородной. [c.25]

    В силу большого разнообразия трубчатых печей нх трудно классифицировать общепринятой системы классификацин пока еще нет. Однако имеется возможность классификации трубчатых печей по некоторым признакам например, печи нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности М0Ж Н0 подразделить по виду производства, технологическому назначению, способу сжигания топлива, способу передачи тепла, особенностям конструкции. Ниже приведена классификация печей по виду производства стабилизация нефти  [c.345]

    Последние годы ознаменовались огромными успехами в изучении строения и функций важнейших биологически активных полимеров. Благодаря развитию новых методов разделения н очистки веществ (различные методы хроматографии, электрофореза, фракционирования с использованием молекулярных сит) и дальнейшему развитию методов рентгеноструктурного анализа и других физико-химических методов исследования органических соединений стало возможным определение строения сложнейших природных высокомолекулярных соединений. Изучено строение ряда белков (работы Фишера, Сейджера, Стейна и Мура). Установлен принцип строения нуклеиновых кислот (работы Левина, Тодда, Чаргаффа, Дотти, Уотсона, Крика, Белозерского) и экспериментально доказана их определяющая роль в синтезе белка и передаче наследственных признаков организма. Определена последовательность нуклеотидов для нескольких рибонуклеиновых кислот. Широкое развитие получили работы по изучению строения смешанных биополимеров, содержащих одновременно полисахаридную и белковую или липидную части и выполняющих очень ответственные функции в организме. [c.53]

    Нуклеиновые кислоты [7] занимают особое место среди полиэфи ров. Они относятся к природным биологически активным высокомолекулярным соединениям (биополимерам) и выполняют исключительно важные функции в процессах жизнедеятельности. Нуклеиновые кислоты принимают непосредственное участие в биосинтезе белка и передаче наследственных признаков организма. [c.356]

    РНК можно также синтезировать с помощью фермента из соответствующих нуклеотидов, вводя в качестве затравки ДНК. Таким образом, в структуре нуклеиновых кислот зашифрована или, как принято говорить, закодирована специфичность последовательности аминокислот в белке, причем этот код заложен, как было показано в последнее время Криком, Ниреибергом и Очоа, в последовательности оснований в нуклеиновых кислотах. В то же время белок-катализатор сам способствует синтезу нуклеиновых кислот. Белок, ДНК и РНК представляют собой единую систему, опреде. яющую специфичность организма и отдельных его частей и осуществляющую передачу наследственных признаков организма. [c.365]

    Биохимическое значение нуклеиновых кислот и нуклеопро-теинов не является предметом изучения данной книги. Достаточно сказать, что эти соединения отвечают за передачу наследственных признаков и осуществляют контроль за синтезом белка в клетке. [c.316]


Наследственность, гены и ДНК. Клетка

Пожалуй, самым фундаментальным свойством всех живых существ является способность к размножению. Все организмы наследуют генетическую информацию, определяющую их структуру и функции, от своих родителей. Точно так же все клетки возникают из ранее существовавших клеток, поэтому генетический материал должен реплицироваться и передаваться от родительской клетки к потомству при каждом клеточном делении. Таким образом, вопрос о том, как генетическая информация воспроизводится и передается от клетки к клетке и от организма к организму, является центральным для всей биологии.Следовательно, выяснение механизмов генетической передачи и идентификация генетического материала как ДНК были открытиями, которые легли в основу нашего нынешнего понимания биологии на молекулярном уровне.

Гены и хромосомы

Классические принципы генетики были выведены Грегором Менделем в 1865 г. на основе результатов селекционных экспериментов с горохом. Мендель изучил наследование ряда четко определенных признаков, таких как цвет семян, и смог вывести общие правила их передачи.Во всех случаях он мог правильно интерпретировать наблюдаемые закономерности наследования, предполагая, что каждый признак определяется парой унаследованных факторов, которые теперь называются генами. Одна копия гена (называемая аллелью), определяющая каждый признак, наследуется от каждого родителя. Например, скрещивание двух сортов гороха — одного с желтыми семенами и другого с зелеными семенами — дает следующие результаты (). Каждый родительский штамм имеет две идентичные копии гена, определяющего желтые ( Y ) или зеленые ( y ) семена соответственно.Таким образом, растения-потомки являются гибридами, унаследовавшими один ген желтых семян ( Y ) и один ген зеленых семян ( y ). Все эти растения-потомки (первое дочернее поколение, или поколение F 1 ) имеют желтые семена, поэтому желтые ( Y ) считаются доминантными, а зеленые ( y ) рецессивными. Таким образом, генотип (генетический состав) гороха F 1 равен Yy , а их фенотип (физический вид) желтый. Если одно потомство F 1 скрещивается с другим, давая потомство F 2 , гены желтых и зеленых семян сегрегируют характерным образом, так что соотношение между растениями F 2 с желтыми семенами и растениями с зелеными семян 3:1.

Рисунок 3.1

Наследование доминантных и рецессивных генов.

Открытия Менделя, явно опередившие свое время, в значительной степени игнорировались до 1900 года, когда были заново открыты законы Менделя и признана их важность. Вскоре после этого была предложена роль хромосом как носителей генов. Было установлено, что большинство клеток высших растений и животных диплоидны, т. е. содержат по две копии каждой хромосомы. Однако формирование зародышевых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток) включает уникальный тип клеточного деления (мейоз), при котором только один член каждой пары хромосом передается каждой клетке-потомку (4).Следовательно, сперматозоиды и яйцеклетки являются гаплоидными, содержащими только одну копию каждой хромосомы. Объединение этих двух гаплоидных клеток при оплодотворении создает новый диплоидный организм, теперь содержащий по одному члену каждой пары хромосом, полученной от мужчины, и один от женщины-родителя. Таким образом, поведение пар хромосом аналогично поведению генов, что позволяет сделать вывод о том, что гены переносятся на хромосомах.

Рисунок 3.2

Хромосомы при мейозе и оплодотворении. Проиллюстрированы две пары хромосом гипотетического организма.

Основы мутации, генетического сцепления и отношений между генами и хромосомами были в основном установлены в ходе экспериментов, проведенных с плодовой мухой Drosophila melanogaster . Дрозофилы легко содержать в лаборатории, и они размножаются примерно каждые две недели, что является значительным преимуществом для генетических экспериментов. Действительно, эти особенности по-прежнему делают Drosophila предпочтительным организмом для генетических исследований животных, особенно для генетического анализа развития и дифференцировки.

В начале 1900-х годов у Drosophila был идентифицирован ряд генетических изменений (мутаций), обычно влияющих на легко наблюдаемые характеристики, такие как цвет глаз или форма крыльев. Эксперименты по разведению показали, что некоторые гены, управляющие этими признаками, наследуются независимо друг от друга, предполагая, что эти гены расположены на разных хромосомах, которые независимо сегрегируют во время мейоза. Однако другие гены часто наследуются вместе как парные признаки.Говорят, что такие гены связаны друг с другом в силу того, что они расположены на одной и той же хромосоме. Количество групп сцепленных генов равно количеству хромосом (четыре у дрозофилы ), что подтверждает идею о том, что хромосомы являются носителями генов.

Рисунок 3.3

Генная сегрегация и сцепление. (A) Разделение двух гипотетических генов формы ( A / a = квадратный/круглый) и цвета ( B / b = красный/синий), расположенных на разных хромосомах.(B) Сцепление двух генов, расположенных на одной хромосоме.

Однако связь между генами неполная; хромосомы обмениваются материалом во время мейоза, что приводит к рекомбинации между сцепленными генами (). Частота рекомбинации между двумя сцепленными генами зависит от расстояния между ними на хромосоме; гены, расположенные близко друг к другу, рекомбинируют реже, чем гены, расположенные дальше друг от друга. Таким образом, частоты, с которыми различные гены рекомбинируют, могут быть использованы для определения их относительного положения на хромосоме, что позволяет построить генетических карт ().К 1915 году было определено и картировано почти сто генов на четырех хромосомах дрозофилы , что привело к общему признанию хромосомной основы наследственности.

Рисунок 3.4

Генетическая рекомбинация. Во время мейоза члены хромосомных пар обмениваются материалом. Результатом является рекомбинация между сцепленными генами.

Рисунок 3.5

Генетическая карта. Три гена локализованы на гипотетической хромосоме на основе частот рекомбинации между ними (1% рекомбинаций между а и Ь ; 3 % между Ь и ; 4 % между а и с ). .Частота рекомбинации примерно пропорциональна (подробнее…)

Гены и ферменты

Ранние генетические исследования были сосредоточены на идентификации и хромосомной локализации генов, которые контролируют легко наблюдаемые характеристики, такие как цвет глаз дрозофилы . Однако было неясно, как эти гены приводят к наблюдаемым фенотипам. Первое понимание взаимосвязи между генами и ферментами пришло в 1909 году, когда выяснилось, что наследственное заболевание человека фенилкетонурия (см. Молекулярная медицина в главе 2) является результатом генетического дефекта метаболизма аминокислоты фенилаланина.Было высказано предположение, что этот дефект является результатом дефицита фермента, необходимого для катализа соответствующей метаболической реакции, что привело к общему предположению, что гены определяют синтез ферментов.

Более четкие доказательства связи генов с синтезом ферментов были получены в результате экспериментов Джорджа Бидла и Эдварда Татума, проведенных в 1941 году с грибком Neurospora crassa . В лаборатории Neurospora можно выращивать на минимальной или богатой среде, аналогичной тем, которые обсуждались в главе 1 для выращивания E . кишечная палочка . Для Neurospora минимальные среды состоят только из солей, глюкозы и биотина; богатые среды дополнены аминокислотами, витаминами, пуринами и пиримидинами. Бидл и Татум выделили мутанты Neurospora , которые нормально росли на богатой среде, но не могли расти на минимальной среде. Было обнаружено, что каждому мутанту для роста требуется определенная пищевая добавка, такая как определенная аминокислота. Кроме того, потребность в конкретной пищевой добавке коррелировала с неспособностью мутанта синтезировать это конкретное соединение.Таким образом, каждая мутация приводила к дефициту определенного метаболического пути. Поскольку было известно, что такие метаболические пути регулируются ферментами, вывод из этих экспериментов заключался в том, что каждый ген определяет структуру отдельного фермента — гипотеза «один ген — один фермент» . В настоящее время известно, что многие ферменты состоят из нескольких полипептидов, поэтому в настоящее время общепринятым утверждением этой гипотезы является то, что каждый ген определяет структуру одной полипептидной цепи.

Идентификация ДНК как генетического материала

Понимание хромосомной основы наследственности и взаимоотношений между генами и ферментами само по себе не дает молекулярного объяснения гена.Хромосомы содержат белки, а также ДНК, и первоначально считалось, что гены — это белки. Первые доказательства, ведущие к идентификации ДНК как генетического материала, были получены в результате исследований бактерий. Эти эксперименты представляют собой прототип современных подходов к определению функции генов путем введения в клетки новых последовательностей ДНК, как будет обсуждаться далее в этой главе.

Эксперименты, определяющие роль ДНК, были основаны на исследованиях бактерий, вызывающих пневмонию ( Pneumococcus ).Вирулентные штаммы Pneumococcus окружены полисахаридной капсулой, которая защищает бактерии от атаки иммунной системы хозяина. Поскольку капсула придает бактериальным колониям гладкий вид в культуре, инкапсулированные штаммы обозначаются S. Мутантные штаммы, утратившие способность образовывать капсулу (обозначаемые R), образуют в культуре колонии с неровными краями и больше не смертельны при инокуляции мышам. В 1928 году было замечено, что у мышей, привитых неинкапсулированными (R) бактериями плюс умерщвленные нагреванием инкапсулированные (S) бактерии, развилась пневмония и они умерли.Важно отметить, что бактерии, которые затем были выделены из этих мышей, относились к S-типу. Последующие эксперименты показали, что бесклеточный экстракт S-бактерий также способен преобразовывать (или трансформировать) R-бактерии в S-состояние. Таким образом, вещество в экстракте S (называемое трансформирующим принципом) было ответственно за индукцию генетической трансформации R в S-бактерий.

В 1944 году Освальд Эйвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти установили, что трансформирующим принципом является ДНК, очистив ее от бактериальных экстрактов и продемонстрировав, что активность трансформирующего принципа устраняется ферментативным расщеплением ДНК, но не расщеплением ДНК. белки ().Хотя эти исследования не сразу привели к признанию ДНК в качестве генетического материала, в течение нескольких лет они были расширены за счет экспериментов с бактериальными вирусами. В частности, было показано, что, когда бактериальный вирус инфицирует клетку, для репликации вируса в клетку должна проникнуть вирусная ДНК, а не вирусный белок. Более того, родительская вирусная ДНК (но не белок) передается дочерним вирусным частицам. Совпадение этих результатов с продолжающимися исследованиями активности ДНК в бактериальной трансформации привело к принятию идеи, что ДНК является генетическим материалом.

Рисунок 3.6

Перенос генетической информации с помощью ДНК. ДНК выделяют из патогенного штамма Pneumococcus , который окружен капсулой и образует гладкие колонии (S). Добавление очищенной ДНК S к культуре непатогенных, неинкапсулированных бактерий (R (подробнее…)

Структура ДНК

Наше понимание трехмерной -мерной структуры ДНК, полученное в 1953 г. Джеймсом Уотсоном и Фрэнсис Крик лег в основу современной молекулярной биологии.Во времена работы Уотсона и Крика было известно, что ДНК представляет собой полимер, состоящий из четырех оснований нуклеиновых кислот — двух пуринов (аденина [A] и гуанина [G]) и двух пиримидинов (цитозин [C] и тимин [T]). — связанные с фосфорилированными сахарами. Учитывая центральную роль ДНК как генетического материала, выяснение ее трехмерной структуры оказалось критически важным для понимания ее функции. На рассмотрение этой проблемы Уотсоном и Криком сильно повлияло описание Линусом Полингом водородных связей и α-спирали, общего элемента вторичной структуры белков (см. главу 2).Кроме того, экспериментальные данные о структуре ДНК были доступны из исследований рентгеновской кристаллографии Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин. Анализ этих данных показал, что молекула ДНК представляет собой спираль, которая поворачивается каждые 3,4 нм. Кроме того, данные показали, что расстояние между соседними основаниями составляет 0,34 нм, поэтому на один виток спирали приходится десять оснований. Важным открытием было то, что диаметр спирали составляет примерно 2 нм, что позволяет предположить, что она состоит не из одной, а из двух цепей ДНК.

На основе этих данных Уотсон и Крик построили свою модель ДНК (). Центральная особенность модели заключается в том, что ДНК представляет собой двойную спираль с сахаро-фосфатными остовами снаружи молекулы. Основания находятся внутри, ориентированы так, что водородные связи образуются между пуринами и пиримидинами в противоположных цепях. Спаривание оснований очень специфично: A всегда сочетается с T, а G с C. Эта специфичность объясняет более ранние результаты Эрвина Чаргаффа, который проанализировал состав различных ДНК и обнаружил, что количество аденина всегда равно количеству аденина. тимина, а количество гуанина к количеству цитозина.Из-за этого специфического спаривания оснований две нити молекулы ДНК комплементарны: каждая нить содержит всю информацию, необходимую для определения последовательностей оснований на другой.

Репликация ДНК

Открытие комплементарного спаривания оснований между цепями ДНК немедленно предложило молекулярное решение вопроса о том, как генетический материал может управлять своей собственной репликацией — процессом, который требуется каждый раз, когда клетка делится. Было высказано предположение, что две нити молекулы ДНК могут разделяться и служить матрицами для синтеза новых комплементарных цепей, последовательность которых будет определяться специфичностью спаривания оснований ().Этот процесс называется полуконсервативной репликацией , потому что одна цепь родительской ДНК сохраняется в каждой молекуле ДНК потомства.

Рисунок 3.8

Полуконсервативная репликация ДНК. Две нити родительской ДНК разделяются, и каждая служит матрицей для синтеза новой дочерней цепи путем комплементарного спаривания оснований.

Прямая поддержка полуконсервативной репликации ДНК была получена в 1958 г. в результате элегантных экспериментов, проведенных Мэтью Мезельсоном и Франком Сталем, в которых ДНК была помечена изотопами, изменяющими ее плотность (). Е . coli сначала выращивали на средах, содержащих тяжелый изотоп азота ( 15 N) вместо нормального легкого изотопа ( 14 N). Следовательно, ДНК этих бактерий содержала 15 N и была тяжелее ДНК бактерий, выращенных при 14 N. Такую тяжелую ДНК можно было отделить от ДНК, содержащей 14 N, равновесным центрифугированием в градиенте плотности CsCl. Эта способность отделять тяжелую ( 15 N) ДНК от легкой ( 14 N) ДНК позволила изучить синтез ДНК. Е . coli , которые были выращены в среде 15 N, переносили на среду, содержащую 14 N, и давали возможность повториться еще раз. Затем их ДНК экстрагировали и анализировали центрифугированием в градиенте плотности CsCl. Результаты этого анализа показали, что вся тяжелая ДНК была заменена вновь синтезированной ДНК с плотностью, промежуточной между плотностью тяжелых ( 15 N) и легких ( 14 N) молекул ДНК. Подразумевалось, что во время репликации две родительские нити тяжелой ДНК разделялись и служили матрицами для вновь синтезированных дочерних нитей легкой ДНК, давая двухцепочечные молекулы промежуточной плотности.Таким образом, этот эксперимент предоставил прямые доказательства полуконсервативной репликации ДНК, ясно подчеркнув важность комплементарного спаривания оснований между нитями двойной спирали.

Рисунок 3.9

Экспериментальная демонстрация полуконсервативной репликации. Бактерии, выращенные на среде с нормальным изотопом азота ( 14 N), переносят на среду с тяжелым изотопом ( 15 N) и выращивают на этой среде несколько поколений. Они (подробнее…)

Способность ДНК служить матрицей для собственной репликации была дополнительно установлена ​​с демонстрацией того, что фермент, очищенный от E . coli (ДНК-полимераза) может катализировать репликацию ДНК in vitro . В присутствии ДНК, выступающей в качестве матрицы, ДНК-полимераза могла направлять включение нуклеотидов в комплементарную молекулу ДНК.

Передача наследственных признаков — ПЕРЕДАЧА НАСЛЕДСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ Определения

ПЕРЕДАЧА НАСЛЕДСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Определения

Наследственность: передача генов от родителей к детям.

Ген: сегмент ДНК, кодирующий данный белок (рецепт создания белков).

Диплоид: 46 хромосом — 44 аутосомы (все хромосомы, кроме половых)

+ 2 половые хромосомы (XX для женщины, XY для мужчины)

Овогенез/Сперматогенез: половая клетка, состоящая из 22 аутосом и 1 половой хромосомы

Хромосома

(X для женщины, X или Y для мужчины). Гомологи: хромосомы одной и той же пары

называются «гомологичными хромосомами», они

несут одни и те же гены, но не обязательно одни и те же аллели (варианты гена).

Гомозиготные: если аллели идентичны по гомологичным генам.

Гетерозигота: если аллели различны в гомологичных генах. Один аллель является доминантным по сравнению с

до

другого, который тогда называется рецессивным.

Всегда выражен доминантный аллель. (ОБНОВЛЕНИЕ)

Рецессивный аллель может проявляться только в отсутствие доминантного аллеля. (мин)

Итак, особь генотипа (аллеля) Mb имеет по фенотипу (внешнему виду) карие глаза.

Способ передачи наследственных признаков

У каждого человека есть родословная. Чтобы узнать, как передается наследственное заболевание

заболевание передается, мы смотрим на генетическое дерево.

Женщины представлены КРУГЛАМИ, мужчины — КВАДРАТАМИ. Болезни

представлены ЦВЕТОМ.

Если родители не больны (они являются носителями заболевания, но имеют преобладающий аллель нормального аллеля

), они передают заболевание своему ребенку, говорят, что аллель заболевания

рецессивный.

Если хотя бы один из родителей болен и передаст заболевание своему ребенку, мы знаем, что аллель

болезни является доминантным.

Мы обозначаем m как рецессивный аллель болезни и N как доминантный нормальный аллель.

Место аллеля болезни ? (наличие на X/Y-хромосоме или аутосоме?)

Y-хромосома:

Пораженная дочь, но Y-хромосома отсутствует Не на Y

объяснить в общих чертах, как признаки передаются от родителей к потомству

Объясните в общих чертах, как признаки передаются от родителей потомству?

Объясните в общих чертах, как признаки передаются от родителей к потомству. Потомство получает гены от родителей, наследование хромосом ; через наследственность/наследственность. … Кодированная информация в виде наследственных единиц. Это сегменты ДНК, а унаследованная информация закодирована в нуклеотидах.

Каким образом ДНК передается потомству?

ДНК организма передается его потомству посредством процесса, называемого передачей . Это слово отчасти является синонимом наследственности, потому что оно описывает, как генетическая информация передается из поколения в поколение.Как вы, возможно, уже знаете, в процессе мейоза образуются гаметы.

Какова роль мейоза и оплодотворения в передаче признаков от родителей к потомству?

Когда формируются гаметы, мужские и женские родители передают свою ДНК в соответствующие гаметы. Оплодотворение объединяет гаметы и объединяет генетический вклад каждого родителя в новое потомство . o Мейоз 1: … o Кроссинговер происходит во время профазы I мейоза I.

Каким образом информация в ДНК родителей позволяет передавать генетическую информацию потомству?

Генетическая информация передается от поколения к поколению через унаследованные единицы химической информации (в большинстве случаев гены).Организмы производят другие подобные организмы путем полового размножения, что позволяет поддерживать линию генетического материала и связывать поколения.

Как передавались признаки от родителей утятам в процессе размножения?

Как передавались признаки от родителей к утятам при размножении? Где были найдены эти черты? Каждый утенок произошел из разных яйцеклеток и разных сперматозоидов. Когда создается каждая половая клетка, она генетически уникальна.

Как черты передаются от родителей к потомству, почему потомки одних и тех же двух родителей выглядят по-разному?

Потомки приобретают набор черт своих биологических родителей. Различные организмы различаются по внешнему виду и функционированию , потому что они имеют разную унаследованную информацию . У каждого вида организмов есть различия в самих признаках, и разные виды организмов могут иметь разные версии признака.

Как передается ДНК?

При трансдукции ДНК передается от одной клетки к другой посредством бактериофага .При горизонтальном переносе генов вновь полученная ДНК включается в геном реципиента либо путем рекомбинации, либо путем вставки.

Как и когда люди узнали, что черты наследуются от родителей?

Однако не существовало научного способа предсказать результат скрещивания двух конкретных родителей. Только в 1865 году монах-августинец по имени Грегор Мендель обнаружил, что индивидуальные черты определяются дискретными «факторами», позже известными как гены, которые унаследованы от родителей.

Как мейоз и оплодотворение влияют на генетическое разнообразие и эволюцию?

Мейоз и оплодотворение создают генетических вариаций путем создания новых комбинаций генных вариантов (аллелей) . В некоторых случаях эти новые комбинации могут сделать организм более или менее приспособленным (способным выживать и размножаться), обеспечивая тем самым сырье для естественного отбора.

Какие 3 причины объясняют генетические вариации в мейозе?

Генетическое разнообразие возникает из-за перетасовки хромосом во время мейоза.

  • Процесс мейоза. Мужчина производит сперму, а женщина производит яйцеклетки, потому что их репродуктивные клетки подвергаются мейозу. …
  • Переход. …
  • Случайное разделение. …
  • Независимый ассортимент.

Как мы наследуем черты от наших родителей?

Родители передают черты или характеристики, такие как цвет глаз и группа крови, , своим детям через свои гены. Некоторые состояния здоровья и болезни также могут передаваться генетически.Иногда одна характеристика имеет множество различных форм. Например, группа крови может быть A, B, AB или O.

Как работает ДНК родителей?

Конкретная смесь ДНК , которую вы наследуете , уникальна для вас. Вы получаете 50% своей ДНК от каждого из ваших родителей, которые получили по 50% своей ДНК от каждого из своих родителей, и так далее. … Если вы вернетесь достаточно далеко в прошлое, есть шанс, что вы не унаследовали ДНК от определенного предка.

Как ДНК контролирует передачу и выражение наследственных признаков?

Эти последовательности ДНК представляют собой генов .… Клетка выполняет две жизненно важные задачи: копирует свои гены, чтобы набор мог быть передан каждой дочерней клетке во время клеточного деления, и использует свои гены для синтеза белков, участвующих в выражении наследственных признаков.

Как черты и характеристики передаются из поколения в поколение?

Наследственность — это процесс, посредством которого новый индивидуум приобретает черты от своих родителей во время размножения. … В процессе деления клетки генетическая информация (структура ДНК), содержащая хромосомы, переносится в клетку нового человека, таким образом, передавая признаки следующему поколению.

Как признаки передаются потомству?

Характеристики или черты родителей передаются их потомству (потомкам) через гены, присутствующие в их хромосомах в процессе полового размножения . … Таким образом, мужская и женская гамета несут по одному гену каждой характеристики из пары генов родителей.

Как генетика объясняет унаследованные признаки?

Унаследовано

Наследуемый признак – это признак, который определяется генетически.Унаследованные признаки передаются от родителя к потомству в соответствии с правилами менделевской генетики . Большинство признаков не определяются строго генами, а скорее зависят как от генов, так и от окружающей среды.

Как генетика объясняет наше наследование признаков?

Наследование каждого признака определяется «факторами» (теперь известными как гены), которые передаются потомкам . Люди наследуют один «фактор» от каждого родителя для каждой черты. Черта может не проявляться у человека, но все же может быть передана следующему поколению.

Какие черты передаются от матери?

8 признаков, которые дети наследуют от своей матери

  • Спящий стиль. Ворочаясь, бессонница и даже будучи поклонником дневного сна, дети могут перенять это от мамы во время дневного сна и превратить это в свою привычку спать на всю жизнь. …
  • Краска для волос. …
  • Текстура волос. …
  • Закалка. …
  • Здоровое питание. …
  • Доминирующие руки. …
  • Мигрень.…
  • Интеллект.

Что такое передача ДНК между родителем и потомством при бесполом размножении?

Деление клеток — это механизм, с помощью которого ДНК передается от одного поколения клеток к другому и, в конечном счете, от родительских организмов к их потомству.

Сколько хромосом передается от родителя к потомству?

В норме каждая клетка человеческого тела имеет 23 пары хромосом (всего 46 хромосом). Половина исходит от матери; другая половина исходит от отца. Две хромосомы (X и Y-хромосома) определяют ваш пол: мужской или женский, когда вы рождаетесь.

Какие признаки являются наследственными?

Примеры унаследованных признаков

  • Скручивание языка.
  • Насадка на мочку уха.
  • Ямочки.
  • Вьющиеся волосы.
  • Веснушки.
  • Ручность.
  • Форма волосяного покрова.
  • Зеленый/красный дальтонизм.

Какова роль ДНК в передаче признаков?

Какова роль ДНК в наследовании? ДНК — это генетическая информация, используемая для создания белков , и она содержит наследственные признаки организмов. … Вы такой, какой вы есть, благодаря вашей ДНК; малейшее изменение в нем сделало бы вас совершенно другим человеком.

Каковы примеры унаследованных признаков?

Унаследованные признаки включают такие вещи, как цвет волос, цвет глаз, строение мышц, строение костей и даже такие особенности, как форма носа.Наследуемые признаки — это признаки, которые передаются из поколения в поколение.

Как мейоз и оплодотворение порождают изменчивость потомства?

Генетическая изменчивость увеличивается за счет мейоза

Во время оплодотворения 1 гамета от каждого родителя объединяется в зиготу. Из-за рекомбинации и независимого распределения в мейозе каждая гамета содержит различный набор ДНК. В результате получается уникальная комбинация генов в зиготе.

Как мейоз и оплодотворение помогают объяснить новые комбинации генов в потомстве?

И оплодотворение, и мейоз способствуют генетической изменчивости . Мейоз уменьшает количество хромосом, так что гаметы становятся гаплоидными или клетками, содержащими только один набор хромосом. … В сочетании с другой гаметой во время оплодотворения для любого потомства существует более 64 триллионов возможных исходов.

Каким образом мейоз способствует генетической изменчивости, а митоз — нет?

Оцените, какой вклад мейоз вносит в генетическую изменчивость, а митоз — нет.Во время мейоза независимый набор пар хромосом и кроссинговер обеспечивают большое количество генетической изменчивости. Митоз дает идентичные клетки.

Какие три процесса приводят к изменчивости потомства от одних и тех же родителей?

Генетическая изменчивость может быть вызвана мутацией (которая может создавать совершенно новые аллели в популяции), случайным скрещиванием, случайным оплодотворением и рекомбинацией между гомологичными хромосомами во время мейоза (который перетасовывает аллели в потомстве организма).

Какие три процесса приводят к изменчивости среди потомков, имеющих одних и тех же двух родителей?

Тремя основными источниками генетической изменчивости, возникающей в результате полового размножения, являются:

  • Кроссинговер (в профазе I)
  • Случайный набор хромосом (в метафазе I)
  • Случайное слияние гамет от разных родителей.

Какие 3 механизма способствуют генетической изменчивости?

Давайте рассмотрим три механизма, которые способствуют генетической изменчивости, возникающей в результате полового размножения: независимый набор хромосом, кроссинговер и случайное оплодотворение .

Что такое гены и как они передаются от одного поколения к другому?

Генетика — это изучение генов — единиц наследственности — и того, как признаки, для которых они несут закодированную информацию, передаются от одного поколения к другому. Гены находятся внутри клеток всех живых существ. Они передаются от родителей потомству.

Получают ли потомки точную копию черт своих родителей?

Потомство, воспроизводимое половым путем, никогда не бывает идентичным своим родителям .… Новый индивидуум получает генетическую информацию от обоих родителей. Когда сперматозоид и яйцеклетка объединяются, один набор генетического материала в оплодотворенной яйцеклетке происходит от сперматозоида, а другой — от яйцеклетки.

Кто больше всего контролирует признаки и наследование?

Гены
Гены больше всего контролируют признаки и наследование. Они являются основной единицей наследования.

Каким образом ДНК передается потомству? Каким образом только половина генетического материала родителя передается ребенку?

В результате процесса, называемого мейозом , эти две хромосомы дублируют себя (таким образом, вы получаете четыре копии каждой хромосомы) и, в конечном итоге, разделяются на четыре гаметы, содержащие только одну из каждой хромосомы — это означает, что каждая гамета содержит только половину необходимого количества ДНК. для человека.

Каким образом генетическая информация копируется от родителей и передается потомству?

Генетическая информация передается от поколения к поколению через унаследованные единицы химической информации (в большинстве случаев гены). Организмы производят другие подобные организмы путем полового размножения, что позволяет поддерживать линию генетического материала и связывать поколения.

ДНК, хромосомы, гены и признаки: введение в наследственность

Наследственность, наследование и изменчивость 9 класс (генетические термины)

Признаки, которые передаются от родителей потомству при размножении показывают

Семейные черты | Базовая технология | JSS3 | 1-й семестр

Похожие запросы

каково значение кроссинговера, независимого подбора и случайного оплодотворения
когда ооцит высвобождается из яичника, он транспортируется в матку
какой из следующих процессов имеет тенденцию к смешению генофондов?
это событие позволяет ____________ разорвать и воссоединиться.
это приводит к двум хромосомам с другой комбинацией ____________, чем раньше.
мейоз производит
что вызывает генетическую изменчивость?
когда происходит кроссинговер

Смотрите больше статей в категории: Часто задаваемые вопросы Кнопка «Вернуться к началу»

Наследственность | Encyclopedia.com

ПОНЯТИЕ

Наследственность – это передача генетических характеристик от предка к потомку через гены. Как предмет он тесно связан с генетикой, областью биологических исследований, изучающей наследственные признаки.Изучение наследственных признаков помогает ученым определить, какие из них являются доминирующими и, следовательно, могут передаваться от одного родителя к следующему поколению. С другой стороны, рецессивный признак передается только в том случае, если им обладают оба родителя. Среди возможных наследственных черт — генетические нарушения, но исследования в этой области продолжаются и могут преподнести много сюрпризов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Наследственность и генетика

Как обсуждалось в начале очерка о генетике, предметы генетики и наследственности неотделимы друг от друга, но существует так много деталей, что их чрезвычайно трудно уложить в голове. вокруг всей концепции.Поэтому целесообразно разбить общую тему на более удобоваримые части. Один из способов сделать это — изучить биохимические основы генетики как самостоятельного предмета, как это делается в генетике, а затем исследовать влияние генетических характеристик на наследственность в отдельном контексте, как мы делаем здесь.

В настоящее эссе также включена краткая история генетических исследований, которая раскрывает кое-что о том, как эти очень сложные идеи сочетаются друг с другом. Многие блестящие умы внесли свой вклад в современное понимание генетики и наследственности; к сожалению, в данном контексте место позволяет обсудить лишь несколько ключевых фигур.Первым человеком, значение которого в изучении генетики сравнимо со значением Чарльза Дарвина (1809–1882) в области эволюционных исследований, был австрийский монах и ботаник Грегор Мендель (1822–1884).

ГЕНЫ.

На протяжении тысячелетий люди имели общее представление о генетической наследственности — о том, что определенные черты могут передаваться, а иногда и передаются из поколения в поколение, — но это знание было в основном анекдотичным и полученным в результате случайных наблюдений, а не в результате научные исследования.Первый крупный научный прорыв в этой области произошел в 1866 г., когда Мендель опубликовал результаты исследования по гибридизации растений, в ходе которого он скрещивал растения гороха одного вида, отличавшиеся только одним признаком.

Мендель выводил эти растения в течение нескольких последовательных поколений и изучал характеристики каждого экземпляра. Он обнаружил, что определенные черты проявляются в регулярных закономерностях, и из этих наблюдений он сделал вывод, что растения унаследовали определенные биологические единицы от каждого родителя.Эти единицы, которые он назвал факторами, , сегодня известны как генов, или единиц информации о конкретном наследуемом признаке. Из своих открытий Мендель сформировал различие между генотипом и фенотипом, которое до сих пор применяется учеными, изучающими генетику. Генотип можно определить как сумму всего генетического вклада в конкретную особь или группу, в то время как фенотип — это реальные наблюдаемые свойства этого организма. Мы вернемся к вопросам генотипа и фенотипа позже в этом эссе.

МУТАЦИЯ И ДНК.

Хотя теории Менделя были революционными, научный истеблишмент его времени относился к этим новым идеи с равнодушием, и Мендель умер в безвестности. Затем, в 1900 г., голландский ботаник Хьюго де Врис (1848–1935) открыл труды Менделя, убедился, что его предшественник сделал важное открытие, и пошел дальше в развитии теории Менделя. В отличие от австрийского монаха, де Врис считал, что генетические изменения происходят в виде больших скачков, а не в результате постепенных или переходных шагов.В 1901 году он дал имя этим большим скачкам: мутации. Сегодня мутация определяется как изменение гена, которое содержит то, чего не понимали ни де Врис, ни Мендель: дезоксирибонуклеиновую кислоту или ДНК.

На самом деле, ДНК, молекула, содержащая генетические коды наследственности, была открыта всего через четыре года после того, как Мендель представил свою теорию факторов. В 1869 году швейцарский биохимик Иоганн Фридрих Мишер (1844-1895) выделил вещество из остатков клеток гноя. Вещество, которое содержало как азот, так и фосфор, разделилось на белок и молекулу кислоты и стало известно как нуклеиновая кислота.Через год он обнаружил в нуклеиновой кислоте саму ДНК, но прошло более 70 лет, прежде чем ученый разглядел ее предназначение.

ОТКРЫТИЕ ХРОМОСОМ.

Тем временем еще один важный шаг в истории генетики был сделан всего через два года после того, как Де Врис изложил свою теорию мутаций. В 1903 г. американский хирург и генетик Уолтер С. Саттон (1877–1916) открыл хромосомы, нитевидные структуры, которые расщепляются, а затем образуют пары по мере деления клетки при половом размножении.Сегодня мы знаем, что хромосомы содержат ДНК и содержат большинство генов в организме, но во время открытия Саттона это знание все еще оставалось в будущем.

В 1910 году американский генетик Томас Хант Морган (1866-1945) подтвердил связь между хромосомами и наследственностью в экспериментах с плодовыми мушками. Он также открыл уникальную пару хромосом, называемых половыми хромосомами, которые определяют пол потомства. Из своего наблюдения, что у мух с белыми глазами всегда присутствовала специфичная для пола хромосома, Морган сделал вывод, что определенные гены находятся в хромосомах.Более позднее открытие показало, что хромосомы могут мутировать или изменяться структурно, что приводит к изменению характеристик, которые могут передаваться следующему поколению.

ДНК ПОЯВЛЯЕТСЯ.

Все это время ученые знали о существовании ДНК, не догадываясь о ее функции. Затем, в 1940-х годах, исследовательская группа, состоящая из американского бактериолога канадского происхождения Освальда Эйвери (1877–1955), американского бактериолога Маклина Маккарти (1911–) и американского микробиолога канадского происхождения Колина Мунро Маклауда (1909–1972). открыл функцию «чертежей» ДНК.Взяв ДНК одного типа бактерий и вставив ее в другой, они обнаружили, что вторая форма бактерий приобрела определенные черты первой.

Окончательное доказательство того, что ДНК является специфической молекулой, несущей генетическую информацию, было получено в 1952 году, когда американские микробиологи Альфред Херши (1908-1997) и Марта Чейз (1927-) показали, что перенос ДНК из вируса в орган животного приводит к инфекцию, как если бы был введен целый вирус. Но, пожалуй, самое известное открытие ДНК произошло годом позже, когда американский биохимик Джеймс Д.Уотсон (1928-) и английский биохимик Фрэнсис Крик (1916-) разгадали тайну точной структуры ДНК. Их целью было разработать модель ДНК, которая объяснила бы схему или язык, с помощью которого молекула дает необходимые инструкции в критические моменты в ходе деления и роста клеток. С этой целью Уотсон и Крик сосредоточились на отношениях между известными химическими группами, составляющими ДНК. Это привело их к предложению модели двойной спирали или винтовой лестницы, которая связывала химические основания в определенные пары.Используя эту модель скрученной лестницы, они смогли объяснить, как молекула ДНК может дублировать себя, поскольку каждая сторона лестницы содержит соединение, которое соответствует соединению на противоположной стороне. Если бы они были разделены, каждый из них служил бы шаблоном для формирования своего зеркального отображения.

Аутосомы и половые хромосомы

Генетическая информация организована в виде хромосом в ядре или контрольном центре клетки. Каждая клетка человека имеет по 46 хромосом, за исключением зародышевых, или репродуктивных, клеток (т.э., сперматозоиды у самцов и яйцеклетки у самок), каждая из которых имеет по 23 хромосомы. Каждый человек получает 23 хромосомы от яйцеклетки матери и 23 хромосомы от спермы отца. Из этих 23 хромосом 22 называются аутосомами, или неполовые хромосомы, что означает, что они не определяют пол. Оставшаяся хромосома, половая хромосома, представляет собой либо X, либо Y. У женщин есть два X (XX), а у мужчин по одному (XY), что означает, что женщины могут передавать своим потомкам только X, тогда как мужчины могут передавать либо X, либо Y.(Это, в свою очередь, означает, что сперма отца определяет пол потомства.)

Аллели

44 аутосомы имеют параллельно закодированную информацию о каждом из двух наборов 22 аутосом, и это кодирование организовано в гены , которые содержат инструкции по синтезу (производству) определенных белков. У каждого гена есть определенный локус или положение на определенной хромосоме, и для каждого локуса есть две немного отличающиеся формы гена. Каждая из этих различных форм, известных как аллели, представляет несколько разные коды одного и того же признака.Например, один аллель может означать «прикрепленная мочка уха», что означает, что нижняя часть мочки полностью прикреплена к голове сбоку и не может быть взмахом. Другой аллель, однако, может означать «неприкрепленная мочка уха», указывая на мочку, которая не полностью прикреплена и, следовательно, может быть закрыта.

ДОМИНАНТНЫЕ И РЕЦЕССИВНЫЕ АЛЛЕЛИ.

У каждого человека есть две аллели одного и того же гена — генотип для одного локуса. Они могут быть записаны прописными или строчными буквами алфавита, причем заглавные буквы обозначают доминантные признаки, а строчные буквы обозначают рецессивные признаки.Доминантный признак — это тот, который может проявиться у потомства, если он унаследован только от одного родителя, тогда как рецессивный признак должен быть унаследован от обоих родителей, чтобы проявиться. Например, карие глаза являются доминантными и, таким образом, будут представлены в сокращенном виде с большой буквы B, тогда как голубые глаза, которые являются рецессивными, будут представлены строчной буквой b. Генотипы бывают либо гомозиготными (имеют два идентичных аллеля, например, BB или bb), либо гетерозиготными (имеют разные аллели, например Bb). Однако фенотип, то есть фактический цвет глаз, должен быть либо тем, либо другим, потому что оба набора генов не могут экспрессироваться вместе.

Если не произойдет какой-либо очень необычной мутации, у ребенка не будет одного коричневого и одного голубого глаза; вместо этого доминантный признак преобладает над рецессивным и определяет цвет глаз ребенка. Если генотип человека BB или Bb, у него обязательно будут карие глаза; единственный способ для человека иметь голубые глаза — это генотип bb, что означает, что у обоих родителей голубые глаза. Как ни странно, у двух родителей с карими глазами может родиться ребенок с голубыми глазами. Как это возможно? Предположим, что и у матери, и у отца были гетерозиготные аллели Bb — доминантный коричневый и рецессивный синий.Тогда существует 25%-ная вероятность того, что ребенок может унаследовать рецессивные гены обоих родителей для генотипа bb и голубоглазого фенотипа.

НАУЧЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОГО ЗАКОНА.

То, что мы только что описали, называется генетическим доминированием, или способностью одного аллеля контролировать фенотип. Этот принцип классической менделевской генетики не объясняет всего. Например, когда речь идет о росте, не обязательно есть доминантный или рецессивный признак; скорее, потомство обычно имеет рост между ростом родителей, потому что рост также определяется такими факторами, как диета.(Кроме того, задействовано более одной пары генов.) Однако закон наследственности помогает нам предсказать все, от цвета волос и глаз до генетических нарушений. Как и в случае с голубоглазым ребенком кареглазых родителей, возможно, что ни один из родителей не проявит признаков генетического нарушения и тем не менее передаст своим детям двойную рецессивную комбинацию. Однако опять же могут вступить в игру другие факторы, в том числе генетические. Например, синдром Дауна (обсуждаемый в разделе «Мутация») вызывается аномалиями числа хромосом, когда у потомства 47 хромосом вместо нормальных 46.

ПРИМЕНЕНИЕ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ

Популяционная генетика

Исследования в области наследственности и генетики могут применяться не только к отдельному человеку или семье, но и ко всему населению. Изучая генофонд (сумму всех генов, общих для популяции) данной группы, ученые, работающие в области популяционной генетики, стремятся объяснить и понять специфические характеристики этой группы. Среди явлений, представляющих интерес для популяционных генетиков, — генетический дрейф — естественный механизм генетических изменений, при котором специфические признаки, закодированные в аллелях, изменяются со временем случайно, особенно в небольших популяциях, например, когда организмы изолированы на острове.Если две группы одного и того же вида разделены в течение длительного времени, генетический дрейф может привести даже к образованию отдельных видов из того, что когда-то было единой формой жизни. Когда река Колорадо прорезала Гранд-Каньон, она отделила группы белок, которые жили в высокогорном сосновом лесу. Со временем популяции перестали скрещиваться, и сегодня белка Кайбаб на северном краю и белка Аберта на юге — разные виды, способные к скрещиванию не более, чем люди и человекообразные обезьяны.

Что касается людей, популяционная генетика может помочь, например, в изучении генетических нарушений. Как обсуждалось в разделе «Мутация», определенные группы подвержены определенным состояниям: так, муковисцидоз наиболее распространен среди людей североевропейского происхождения, серповидно-клеточная анемия среди лиц африканского и средиземноморского происхождения и болезнь Тея-Сакса среди ашкеназов или евреев, чьи предки жил в Восточной Европе. Исследования в области популяционной генетики также могут предоставить информацию о доисторических событиях.Например, в результате изучения ДНК в летописях окаменелостей некоторые ученые пришли к выводу, что миграция народов от Сибири до Северной Америки примерно в 11 000 г. до н.э. происходила двумя отдельными волнами.

Генетические нарушения

Существует несколько тысяч генетических нарушений, которые можно отнести к одной из нескольких групп: аутосомно-доминантные нарушения, которые передаются генами, унаследованными только от одного родителя; аутосомно-рецессивные заболевания, которые передаются генами, унаследованными от обоих родителей; расстройства, сцепленные с полом, или расстройства, связанные с X (женской) и Y (мужской) хромосомой; и многофакторные генетические нарушения.Если у одного из родителей есть аутосомно-доминантное заболевание, потомство имеет 50% шанс унаследовать это заболевание. Выявлено около 2000 аутосомно-доминантных заболеваний, среди которых болезнь Гентингтона, ахондроплазия (разновидность карликовость), синдром Марфана (удлинение конечностей), полидактилия (лишние пальцы ног), некоторые формы глаукомы (нарушение зрения) и гиперхолестеринемия (высокий уровень холестерина в крови).

Первые два обсуждаются в Мутации. Синдром Марфана, или арахнодактилия («паучьи руки»), имеет историческое значение, поскольку считается, что Авраам Линкольн страдал от этого состояния.Некоторые ученые даже утверждают что его случай Марфана, болезни, иногда сопровождающейся проблемами с глазами и сердцем, был настолько тяжелым, что он, вероятно, умер бы через шесть месяцев или год после его фактической смерти в результате убийства в возрасте 56 лет в апреле 1865 года.

РЕЦЕССивный ГЕН ЗАБОЛЕВАНИЯ.

Точно так же, как у человека есть 25% шанс унаследовать два рецессивных аллеля, так и у двух родителей, каждый из которых имеет рецессивный ген генетического заболевания, есть 25% шанс зачать ребенка с этим заболеванием.Среди примерно 1000 известных рецессивных генетических заболеваний муковисцидоз, серповидноклеточная анемия, болезнь Тея-Сакса, галактоземия, фенилкетонурия, дефицит аденозиндезаминазы, дефицит гормона роста, синдром Вернера (ювенильная мышечная дистрофия), альбинизм (отсутствие кожного пигмента) и аутизм. Некоторые из этих состояний кратко обсуждаются в другом месте, а альбинизм подробно рассматривается в разделе «Мутация». Обратите внимание, что все нарушения, упомянутые ранее в контексте популяционной генетики, являются нарушениями рецессивных генов.Фенилкетонурия (см. Метаболизм) и галактоземия являются примерами метаболических рецессивных генных нарушений, при которых организм человека не способен осуществлять необходимые химические реакции. Например, у людей с галактоземией отсутствует фермент, необходимый для метаболизма галактозы, простого сахара, содержащегося в лактозе, или молочного сахара. Если им в раннем возрасте давать молоко и другие продукты, содержащие галактозу, в конечном итоге они будут страдать умственной отсталостью.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ПОЛОВОЙ ПОЛОЙ.

Доминантные сцепленные с полом генетические нарушения поражают женщин, обычно приводят к летальному исходу и, к счастью, встречаются довольно редко.Примером может служить наследственная остеодистрофия Олбрайта, которая сопровождается судорогами, умственной отсталостью и задержкой роста. С другой стороны, хорошо известно несколько рецессивных сцепленных с полом генетических заболеваний, хотя по крайней мере одно из них, дальтонизм, относительно безвредно. Среди наиболее опасных разновидностей этих заболеваний, которые передаются сыновьям от матерей, наиболее известна гемофилия, обсуждаемая в «Неинфекционных заболеваниях». Многие рецессивные сцепленные с полом генетические заболевания поражают иммунную, мышечную и нервную системы и обычно приводят к летальному исходу.Примером может служить тяжелый комбинированный синдром иммунодефицита (ТКИД), ​​который характеризуется очень плохой способностью бороться с инфекцией. Единственным известным лекарством от ТКИН является трансплантация костного мозга от близкого родственника. В отсутствие лечения пациенты могут быть вынуждены жить в большом пластиковом пузыре, который защищает их от микробов в воздухе. Из этого печального факта следует название раннего фильма Джона Траволты « Мальчик в пластиковом пузыре » (1976), основанного на реальной истории жертвы ТКИН Тода Любича.(Концовка, в которой Траволта в роли Тода покидает свой пузырь и буквально уносится на закат со своей прекрасной соседкой Джиной, является скорее голливудской выдумкой, чем фактом. На самом деле Любич умер в раннем подростковом возрасте, вскоре после пересадки костного мозга. )

МНОГОФАКТОРНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ.

Ученым часто бывает трудно определить относительную роль наследственности и окружающей среды в определенных медицинских расстройствах, и один из способов ответить на этот вопрос — статистические исследования и исследования близнецов.Однояйцевые и разнояйцевые близнецы, выросшие в разных и одинаковых домах, оцениваются на наличие многофакторных генетических нарушений. Многофакторные генетические нарушения включают медицинские состояния, связанные с питанием и обменом веществ, в том числе ожирение, диабет, алкоголизм, рахит и высокое кровяное давление. Другими такими многофакторными состояниями являются склонность к некоторым инфекционным заболеваниям, таким как корь, скарлатина и туберкулез; шизофрения и некоторые другие психические заболевания; косолапость и заячья губа; и различные формы рака.Склонность конкретного человека быть восприимчивым к какому-либо из этих расстройств является функцией его генетической структуры, а также факторов окружающей среды.

Размножение в семье

Если есть что-то, что известно большинству людей о наследственности и размножении, так это то, что человек никогда не должен вступать в брак или зачинать потомство с близкими родственниками. Помимо моральных ограничений, существует страх перед генетическими дефектами, которые могут возникнуть в результате близкого скрещивания. Насколько близко «слишком близко»? Конечно, двоюродные братья и сестры не допускаются в качестве потенциальных партнеров, хотя троюродные или троюродные братья (люди, у которых одни и те же прабабушки и дедушки и одни и те же прапрадедушки соответственно), вероятно, достаточно далеко друг от друга.Следовательно, фраза «целующиеся двоюродные братья» означает родственника, который является достаточно дальним, чтобы считаться потенциальным партнером.

Какие дефекты? Гемофилия, упомянутая ранее, обычно ассоциируется с членами королевской семьи, потому что ею болели несколько членов европейских правящих домов на рубеже девятнадцатого века. Здравый смысл подсказывает, что склонность к болезни возникла из-за тот факт, что королевские особы были склонны жениться на близких родственниках. На самом деле гемофилия не имеет ничего общего с королевской властью как таковой и уж точно не имеет отношения к бракам между близкими родственниками.Результаты исследований, собранных за более чем три десятилетия, начиная с 1965 года, показывают, что многие взгляды на женитьбу двоюродных братьев и сестер могут быть скорее вопросом традиции, чем научным фактом. Согласно информации, опубликованной в журнале Journal of Genetic Counseling и опубликованной в New York Times в апреле 2002 г., двоюродные братья и сестры, имеющие общих детей, подвергаются лишь немного более высокому риску, чем родители, не являющиеся родственниками. Например, в популяции в целом риск рождения ребенка с серьезным дефектом, таким как муковисцидоз, составляет 3-4%, а у двоюродных братьев и сестер, зачавших ребенка, обычно прибавляется еще 1.7-2,8 процентных пункта риска. Хотя это почти вдвое увеличивает риск, это все же очень небольшой фактор.

Исследователи поспешили указать, что спаривание не должно происходить между людьми, более близкими родственниками, чем двоюродные братья и сестры. По словам Дениз Грейди в New York Times, , «в отчете было особо отмечено, что термин« инцест »не следует применять к двоюродным братьям, а только к сексуальным отношениям между братьями и сестрами или между родителями и детьми». С другой стороны, двоюродные братья и сестры — это совсем другое дело, и этот факт подтверждается долгой историей людей, которые женились на своих двоюродных братьях и сестрах.Одним из примеров был Чарльз Дарвин, который стал отцом многих здоровых детей со своей кузиной Эммой Веджвуд.

ГДЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Аккерман, Дженнифер. Случай в доме судьбы: естественная история наследственности. Boston: Houghton Mifflin, 2001.

Центр изучения многоплодной беременности (веб-сайт). .

Кларк, Уильям Р. и Майкл Грунштейн. Мы запрограммированы?: Роль генов в поведении человека. Нью-Йорк: Oxford University Press, 2000.

The Gene School (веб-сайт). .

Генетические расстройства (веб-сайт). .

Грейди, Дениз. » Мало рисков для детей двоюродных братьев и сестер » . New York Times, 4 апреля 2002 г.

Хоули, Р. Скотт и Кэтрин А. Мори. Геном человека: руководство пользователя. Сан-Диего: Academic Press, 1999.

Наследственность и генетика. Биологический проект Аризонского университета (веб-сайт). .

Репродукция и наследственность (веб-сайт). .

Ридли, Мэтт. Геном: автобиография вида в 23 главах. Нью-Йорк: HarperCollins, 1999.

Винбрандт, Джеймс и Марк Д. Лудман. Энциклопедия генетических нарушений и врожденных дефектов. New York: Facts on File, 2000.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

АЛЛЕЛЬ:

Для любого локуса одна из двух (или более) немного отличающихся форм гена. Эти разные формы означают, что аллели кодируют разные версии одного и того же признака.

АУТОСОМЫ:

22 неполовые хромосомы.

ХРОМОСОМА:

ДНК-содержащее тело, расположенное в клетках большинства живых существ, которое содержит большую часть генов организма.

ДНК:

Дезоксирибонуклеиновая кислота, молекула во всех клетках и многих вирусах, которая содержит генетические коды для наследования.

ДОМИНАНТ:

В генетике термин, обозначающий признак, который может проявляться у потомства при наследовании только от одного родителя. Его противоположность рецессивная.

ГЕН:

Единица информации об определенном наследуемом признаке. Обычно хранящиеся в хромосомах, гены содержат спецификации структуры определенного полипептида или белка.

ГЕННЫЙ ФОНД:

Сумма всех генов, общих для популяции, например, для вида.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ НАРУШЕНИЕ:

Состояние, такое как наследственное заболевание, которое можно проследить до генетического строения человека.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДОМИНАЦИЯ:

Способность одного аллеля контролировать фенотип.

ГЕНОТИП:

Сумма всего генетического вклада конкретного человека или группы.

ПОЛОВАЯ КЛЕТКА:

Один из двух основных типов клеток в многоклеточном организме.В отличие от соматических, или клеток тела, зародышевые клетки участвуют в размножении.

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ:

Передача генетических характеристик от предка к потомку через гены.

ГЕТЕРОЗИГОТНЫЙ:

Наличие двух разных аллелей, например, Bb.

ГОМОЗИГОТНЫЙ:

Наличие двух идентичных аллелей, таких как BB или bb.

ЛОКУС:

Положение определенного гена на определенной хромосоме.

МУТАЦИЯ:

Изменение физической структуры ДНК организма, приводящее к генетическим изменениям, которые могут передаваться по наследству.

ЯДРО:

Центр управления клеткой, где хранится ДНК.

ФЕНОТИП:

Реальные наблюдаемые свойства организма в отличие от его генотипа.

РЕЦЕССивный:

В генетике термин, обозначающий признак, который может проявиться у потомства только в том случае, если он унаследован от обоих родителей. Его противоположность — доминанта.

ПОЛОВЫЕ ХРОМОСОМЫ:

Хромосомы, определяющие пол. У женщин две Х-хромосомы (ХХ), а у мужчин Х и Y (ХУ).

СИНТЕЗ:

Изготовить химически, как в теле.

Заболевания, вызываемые митохондриальной ДНК, и способы их предотвращения

Abstract

Недавние сообщения о сильном отборе митохондриальной ДНК (мтДНК) во время передачи на животных моделях болезни мтДНК, а также о ядерном переносе как у животных, так и у людей, имеют важное научное значение. Они непосредственно применимы к генетическому управлению заболеванием мтДНК.Риск передачи митохондриального заболевания трудно оценить из-за гетероплазмии — наличия нормальной и мутантной мтДНК у одного и того же человека, ткани или клетки. Кроме того, узкое место мтДНК во время оогенеза часто приводит к резким и непредсказуемым межпоколенческим колебаниям пропорций мутантной мтДНК и мтДНК дикого типа. Преимплантационная генетическая диагностика (ПГД) заболеваний мтДНК позволяет проводить скрининг эмбрионов, полученных в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), на наличие мутаций мтДНК.Эмбрионы, отнесенные к группе низкого риска (т. е. с низкой нагрузкой мутантной мтДНК), могут быть предпочтительно перенесены в матку с целью инициации здоровой беременности. Новые данные о том, что некоторые типы вредных мутаций мтДНК устраняются в течение нескольких поколений, позволяют предположить, что у женщин, перенесших ПГД, есть разумные шансы на рождение эмбрионов с более низкой мутантной нагрузкой, чем у их собственных. В то время как ядерная передача может стать альтернативным подходом в будущем, может возникнуть больше трудностей, как этических, так и технических.В этом обзоре описываются последствия последних достижений в области генетического лечения этих потенциально разрушительных заболеваний.

Образец цитирования: Poulton J, Chiaratti MR, Meirelles FV, ​​Kennedy S, Wells D, Holt IJ (2010) Передача заболеваний митохондриальной ДНК и способы их предотвращения. PLoS Genet 6(8): е1001066. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001066

Редактор: Ану Суомалайнен, Biomedicum-Helsinki, Университет Хельсинки, Финляндия

Опубликовано: 12 августа 2010 г. 7 9005 Авторские права 9005 © 2010 Поултон и др.Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа была поддержана Action Medical Research, Wellcome Trust, MRC и Оксфордским партнерским комплексным биомедицинским исследовательским центром при финансовой поддержке схемы финансирования Центров биомедицинских исследований NIHR Министерства здравоохранения.Его также поддержал Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, Бразилия. Спонсоры не принимали участия в подготовке или принятии решения о публикации статьи.

Конкурирующие интересы: Оксфорд в настоящее время предлагает донорство ооцитов и забор ооцитов для выявления болезней митохондриальной ДНК. Преимплантационная генетическая диагностика будет доступна в ближайшем будущем. JP принимает клинические и диагностические направления в Оксфордский центр Службы редких митохондриальных заболеваний для взрослых и детей (NCG).Дополнительную информацию можно найти на http://www.obs-gyn.ox.ac.uk/research/Poulton.

Введение

Один из 400 человек является носителем патогенных мутаций митохондриальной ДНК (мтДНК) [1]. Они могут вызвать эпилепсию, печеночную недостаточность, кардиомиопатию или внезапную смерть; или, чаще, более легкие расстройства, такие как возрастная глухота [1] и/или диабет [2] и потеря зрения [3]. Тем не менее, лечение и профилактика заболеваний мтДНК сильно отстали от генетической революции [4]. Хотя преимплантационная генетическая диагностика (ПГД) успешно использовалась для предотвращения передачи заболевания мтДНК [5], [6], ее использование было ограничено по нескольким причинам, которые будут рассмотрены в следующих разделах.Технические усовершенствования методов переноса ядер [7], [8] вызвали надежды на предотвращение передачи этих заболеваний, но безопасен ли этот метод?

Доза мутантной мтДНК определяет степень тяжести: значение для пренатальной генетической диагностики наследственные заболевания, вызванные мутациями в мтДНК, из-за проблемы гетероплазмии [9], [10].В каждой ядросодержащей клетке присутствуют тысячи копий мтДНК. Нормальные люди гомоплазматичны (т. е. практически все их копии мтДНК идентичны), но люди, пораженные заболеваниями мтДНК, обычно гетероплазмальны: большинство их тканей и клеток имеют смесь как нормальных, так и мутантных мтДНК. Существует также пороговый эффект (ткани функционируют нормально, если доля мутантной мтДНК не превышает определенного уровня) при большинстве заболеваний. Уровень этого порога варьирует как в зависимости от ткани, так и от типа мутации, обычно в диапазоне от 50 до 100% мутантной мтДНК, но иногда достигает 10% [11].Следовательно, для многих мутантов мтДНК болезнь можно предотвратить путем отбора эмбрионов или активного снижения уровня мутантной мтДНК (например, с помощью переноса ядра). Но это не универсально применимо, потому что некоторые заболевания мтДНК обычно гомоплазматичны и не имеют четкого порога [12].

Уникальное наследование мтДНК: гетероплазмия и узкое место в митохондриях

Гетероплазмия является одной из причин, по которой клиническая тяжесть нарушений мтДНК сильно варьирует и может прогрессировать со временем.У пациентов с заболеваниями мтДНК уровень мутантной мтДНК обычно [13], [14] (но не всегда [15]) падает в крови на протяжении всей жизни (возможно, в результате отбора на вредоносную мутантную мтДНК в быстро делящейся популяции клеток [13]. ], [16]). Есть несколько сообщений о случаях, предполагающих, что некоторые типы мутантов мтДНК накапливаются в неделящихся клетках, таких как мышцы [14], [17], [18], где оборот мтДНК происходит медленно [19] и менее подвержен межклеточному обмену. конкуренции [20]. Однако эта модель объясняет далеко не все подобные наблюдения [21].Прогрессивное изменение в распределении некоторых мутантов человека соответствует динамике явно нейтральных вариантов в крови и селезенке в модели животных [22] и подчеркивает нашу неспособность определить параметры, определяющие характеристики, которые мы условно назвали «вредными». Немногочисленные доступные данные свидетельствуют о том, что сегрегация в соматических тканях между ранним эмбрионом и рождением меньше, чем в постнатальном периоде [10], [23]. Однако основной компонент сегрегации зародышевой линии во время передачи как человеческого [24], так и мышиного полиморфизма, вероятно, происходит во время оогенеза [23], [25] и, следовательно, во время развития матери, по-видимому, пока она сама находилась в утробе матери.

Факторы, влияющие на сегрегацию вариантов мтДНК, включают биологическую приспособленность делящихся клеток, мутантную нагрузку и любые различия между мтДНК дикого типа и мутантной мтДНК в скорости репликации и деградации. В то время как накопление мутантной мтДНК иногда может быть связано с генетическим дрейфом [26], последовательная сегрегация в сторону потери или увеличения мутантной мтДНК была широко задокументирована в культивируемых клетках человека [27]–[29]. Некоторые мутантные мтДНК обнаруживают сегрегацию в направлении, обратном тому, которое было предсказано на основе отбора по митохондриальной функции [28], [30]–[33].Более того, в твердых тканях мышей была продемонстрирована смещенная сегрегация мтДНК [22]. Два варианта мтДНК мыши были отобраны в разных тканях в результате различий в генетическом фоне [32], [33], хотя ни один из них не был связан с выраженным функциональным дефектом [22] или обнаруживаемой разницей в скорости репликации мтДНК [22]. . Поскольку различия в продукции активных форм кислорода (АФК) влияют на число копий мтДНК [34], они могут способствовать сегрегации гетероплазматических мутантов.

При анализе сегрегации мутантов мтДНК в культуре тканей часто используется «кибридная» технология, при которой свободные от мтДНК иммортализованные клетки сливаются с цитоплазмой, содержащей исследуемые митохондрии. Поскольку такие клетки являются анеуплоидными, некоторые исследователи отвергают эту модель как нефизиологическую [35]. Однако это указывает на то, что несколько факторов могут лежать в основе сегрегации мтДНК в клеточных линиях, включая приспособленность клеток, паузу репликации, продукцию АФК и митофагию (предпочтительный распад и рециркуляция областей митохондриального ретикулума органелл, содержащих мутантные мтДНК) [29], [29]. 36]–[39].В настоящее время появляется все больше возможностей проверить обоснованность таких гипотез на целых животных [32], [33].

Генетическое консультирование женщин-носителей заболеваний мтДНК является сложным, поскольку доза мутантной мтДНК, передаваемой потомству, может определяться так называемым «митохондриальным узким местом» [40], [41], при котором небольшое количество мтДНК становится основатели для потомства. Если количество сегрегирующих единиц (групп клональных мтДНК, которые совместно сегрегируют), которые становятся основателями мтДНК эмбриона, невелико, то в одном поколении могут происходить большие флуктуации.Hauswirth и Laipis [42]–[44] предположили, что два компонента этого могут возникать на разных стадиях развития. Во-первых, происходит массовое расширение от примерно 100 геномов мтДНК на самых ранних стадиях развития ооцитов или первичных зародышевых клеток (PGC) до 100 000 или около того в зрелых ооцитах [42]. Митохондриальная ДНК почти не реплицируется на ранних стадиях развития [45], а ранее существовавшие молекулы мтДНК сегрегируют среди клеток бластоцисты [43], [46]–[49]. Это представляет собой второй механизм, способствующий изменению пропорции мутантных мтДНК, поскольку мтДНК постепенно делятся при каждом клеточном делении, в конечном итоге производя очень небольшое количество клеток, которые дадут начало всему эмбриону (внутренняя клеточная масса) [42], [42]. 44].Следовательно, как клональная пролиферация мтДНК в развивающихся ооцитах, так и сегрегация мтДНК во время раннего развития вносят свой вклад в узкое место.

Определяется ли узкое место содержанием мтДНК в развитии половых клеток? Исследования на мышах

В недавних исследованиях было проведено тщательное количественное определение количества копий мтДНК отдельных клеток во время развития мышей [49], [50]–[52]. Как и предсказывалось [49], [53], количество копий мтДНК падает до ~200 молекул в развивающихся PGC до 7-го дня эмбрионального развития (E).5-8,5 [52], что соответствует количеству сегрегирующих единиц, полученному из постнатального анализа [47], [53]. Однако существуют противоречивые данные, свидетельствующие о том, что число копий не падает ниже 1000 в PGCs до E7.5 у мышей [50], [51]. Помимо того, что эти модели зависят от технически сложных измерений количества мтДНК в отдельных клетках [50], [51], они предполагают, что сегрегация в зародышевой линии нейтральна [54] и что все геномы мтДНК имеют равную вероятность репликации в течение один цикл клеточного деления.Такие предположения могут быть неверными, поскольку Wai et al. [52] показали, что субпопуляция мтДНК реплицируется во время фолликулогенеза у мышей, восполняя содержание мтДНК в ооцитах и ​​потенциально объясняя сдвиги в мутантной нагрузке между двумя поколениями (рис. 1). Хотя это может объяснить различия в мутантной нагрузке, которые эти авторы обнаружили в ооцитах [52], более сложный анализ показывает, что для обоснования их заявлений необходим больший набор биологических данных [55], [56].

Рисунок 1.Количество копий митохондриальной ДНК (мтДНК) и генотипическая изменчивость на протяжении всего развития зародышевых и соматических клеток млекопитающих.

Хотя генотипическая изменчивость мтДНК в соматических клетках увеличивается на ранних этапах развития из-за клеточной дифференцировки, согласно недавним открытиям, это происходит только позже в развитии зародышевой линии, во время фолликулогенеза, который происходит после рождения. Если это верно, то митохондриальный генотип следующего поколения будет определяться только во взрослом возрасте, в ходе фолликулогенеза, происходящего у женщин каждые 28 дней.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001066.g001

У человека, хотя мейотическое деление инициируется в зародышевой линии развивающегося плода в течение последнего триместра беременности, первичные ооциты остаются задержанными на первой стадии мейоза в период между рождением и половым созреванием. У женщин репродуктивного возраста отбирается группа ооцитов для роста и возобновления мейоза каждый цикл примерно 28 дней. В большинстве случаев это приводит к образованию одного компетентного в развитии ооцита.Возможно, что узким местам митохондрий может соответствовать клональная экспансия субпопуляции мтДНК в процессе фолликулогенеза у мышей (между стадиями первичного и зрелого ооцита) [52]. Если это верно, то сегрегирующей единицей, которая является физической основой узкого места, может быть митохондриальный нуклеоид, обычно содержащий несколько мтДНК [57], а не одну молекулу мтДНК [49]. Понимание природы упаковки мтДНК в нуклеоидах приобрело бы новое значение для биологии.С другой стороны, если митохондриальное узкое место возникает на поздних стадиях развития зародышевой линии, какова цель резкого снижения количества копий мтДНК, о котором сообщалось на ранних стадиях развития? Недавние исследования показали, что он служит для сохранения гомоплазматической популяции преимущественно здоровых молекул мтДНК путем отбора против мутаций мтДНК, которые повреждают митохондриальную функцию (см. ниже).

Отбор вредных мутантов мтДНК в зародышевой линии мышей

Три исследования показывают, что существует отбор против вредных мутантов мтДНК в зародышевой линии мышей.В одной группе были получены мыши с перестройками мтДНК, моделирующими синдром Кернса-Сейра [58], у которых уровень мутантных мтДНК в ооцитах матери со временем падал [59]. Подобно редким [60] реаранжировкам мтДНК, которые передаются от матери [61], эти мыши имели дупликации мтДНК в дополнение к делециям [59].

Другая группа исследовала передачу случайно сгенерированных мутаций мтДНК на мышиной модели заболевания мтДНК [62]. В этой модели имеется мутация в корректирующем домене полимеразы мтДНК, PolgA , что приводит к высокому уровню точечных мутаций в мтДНК.Гомозиготные самки мышей-основателей были скрещены с диким типом и передали множественные мутации мтДНК (в среднем 30 мутаций на мышь первого поколения) своим потомкам, которые были гетерозиготными по мутации PolgA . Последующее обратное скрещивание устранило мутантный аллель PolgA , и, следовательно, мутанты мтДНК передавались пассивно, не вызывая дальнейших мутаций. Таким образом, стало возможным наблюдать и сравнивать сегрегацию множественных различных мутаций мтДНК в одной линии.Нейтральные мутации, которые не изменяют последовательность белка, подвергаются меньшему отбору, чем те, которые изменяют. Поэтому очищающий отбор можно сравнить с нейтральным дрейфом по относительной частоте таких мутаций. Клональная селекция против вредных мутаций произошла в удивительно короткие сроки. Действительно, многие вредные мутации были устранены в течение четырех поколений. Однако отбор был сильнее и происходил быстрее против мутаций в генах, кодирующих мРНК, чем тРНК. Это может быть связано с явно высокой частотой патогенных мутаций мтДНК человека, идентифицированных в тРНК [62].

Третье исследование, сфокусированное на двух патогенных точечных мутациях мтДНК, снова демонстрирует селекцию у мышей [63]. Эти авторы вводили мутантную мтДНК из хорошо охарактеризованной клеточной линии в зародышевую линию с использованием цибридной технологии и линии женских эмбриональных стволовых клеток. И более серьезная мутация сдвига рамки считывания (вставка), и более легкая миссенс-мутация изначально были гомоплазматическими, что приводило к тяжелому дефекту дыхательной цепи. Однако один из клонов эмбриональных стволовых (ES) клеток стал гетероплазматическим из-за возникновения ревертанта мутации сдвига рамки считывания; вторичное удаление соседней базы восстанавливало рамку считывания.Когда эта линия перешла в зародышевую линию, у мышей развилась субклиническая миопатия и кардиомиопатия, но они нормально размножались. Мутация сдвига рамки была потеряна в пользу ревертанта в течение четырех поколений. Ни у одного из потомков не было более высокого уровня мутации сдвига рамки считывания, чем у их матери, и исследования ооцитов показали, что отбор произошел к тому времени, когда ооциты созрели. Эти исследования согласуются с другими исследованиями на мышах [52] и на людях [25], [64]. Отбор, по-видимому, зависит от некоторых аспектов митохондриальной функции, но исследования узкого места не прояснили точный механизм или на какой стадии оогенеза это, вероятно, произошло.В то время как некоторые классические исследования на людях [64], [65] и мышах [53] демонстрируют, что уровень мутантной мтДНК следует распределению, которое может быть случайным [66], другие исследования сильно отличаются [23], [30]. Последние склонны к виртуальной гомоплазмии как для мутантной, так и для мтДНК дикого типа в ооцитах отдельных женщин. Одним из объяснений могло бы быть то, что одна мтДНК преодолевает узкое место, но нет очевидного механизма для такой экстремальной ситуации. В качестве альтернативы это может происходить из-за того, что генетический дрейф может привести к фиксации нейтральных мутаций [54].В то время как некоторые исследователи считают, что различные распределения могут быть связаны с конкретной мутацией, мы отмечаем, что асимметричные распределения наблюдались только после суперовуляции. Кроме того, тщательное изучение данных позволяет предположить, что средний уровень мутантной мтДНК в ооцитах/потомстве не идентичен таковому у матери, поэтому отбор зародышевой линии [59], [62], [63] не исключается [54].

Но что лежит в основе отбора, наблюдаемого у мышей и, возможно, у людей? Только 30% оогоний, образовавшихся во время внутриутробного развития, развиваются в созревшие ооциты, остальные подвергаются апоптозу [67], [68].Фан и др. [63] предположили, что дисфункциональные митохондрии генерируют высокие уровни АФК, которые являются сигналом, лежащим в основе отбора против ооцитов с высокой мутантной нагрузкой мтДНК путем апоптоза.

Вторым возможным механизмом отбора против мутантной мтДНК является отбор на уровне органелл. Считается, что количество копий мтДНК на митохондрию в зародышевых клетках составляет всего одну или две молекулы по сравнению с восемью или около того в соматических клетках [57]. Таким образом, мутации в нескольких копиях мтДНК можно отличить среди мтДНК дикого типа, присутствующих в одной и той же клетке, по влиянию мутаций на митохондриальный фенотип.Например, поврежденные митохондрии могут разрушаться внутриклеточными механизмами, такими как аутофагия или, точнее, митофагия [36]. Доказательства этого были приведены Twig et al. [69], которые показали, что дисфункциональные митохондрии с меньшей вероятностью сливаются с оставшимися митохондриями и деградируют путем аутофагии. Хотя это событие было показано в соматических клетках, аутофагия также присутствует в зародышевых клетках и ранних эмбрионах [70] и может быть вовлечена в удаление мутантной мтДНК из следующего поколения.Другой возможностью отбора на уровне органелл является конкуренция между дисфункциональными и нормальными митохондриями, где дисфункциональные митохондрии могут быть менее эффективными для импорта и ферментативной функции кодируемых ядром белков, которые необходимы для репликации мтДНК. Это может привести к преимуществу репликации молекул дикого типа над мутантными, тем самым уменьшая мутантную нагрузку в зародышевых клетках и в следующем поколении [71]. Как обсуждалось выше, Wai et al. [52] сообщили, что субпопуляция мтДНК реплицируется во время фолликулогенеза для восполнения содержания мтДНК в ооцитах.Если бы такая субпопуляция была положительно отобрана по фенотипу неизвестным механизмом, это могло бы объяснить наблюдаемый паттерн отбора против мутаций мтДНК.

Третий возможный механизм специфичен для ооцитов и основан на структуре, известной как тельце Бальбиани или митохондриальное облако [72]–[74]. Тельца Бальбиани включают митохондрии и эндоплазматический ретикулум, организованные вокруг элементов Гольджи [73]-[78], которые могут обеспечивать специфическое наследование мРНК зародышевой плазмы PGCs в будущем эмбрионе.Точно так же специфическая митохондриальная субпопуляция может сегрегировать в тельца Бальбиани и, в конечном итоге, заселить PGCs [73], [79]–[81], что потенциально объясняет характер отбора против тяжелых мутаций мтДНК. У некоторых видов, не относящихся к млекопитающим, митохондрии с самым высоким мембранным потенциалом обнаружены в тельцах Бальбиани [78], [80], [81], что позволяет предположить, что высококачественные митохондрии и мтДНК отбираются для передачи в PGCs следующего поколения. Хотя это привлекательный механизм для отбора против мутантных мтДНК, существует мало подтверждающих доказательств, и он все еще остается спорным, даже у мышей [52].Более того, тельца Бальбиани не могли объяснить прогрессирующее снижение нагрузки мутантной мтДНК в ооцитах мышей отдельных самок с возрастом.

Каким бы ни был лежащий в основе механизм, что-то, происходящее во время раннего оогенеза и/или фолликулогенеза, по-видимому, обеспечивает определенную степень отбора против мутантных молекул мтДНК. Исследования Sato et al. [59] и Fan и соавт. [63] предполагают, что отбор происходит во время взрослой жизни и, следовательно, во время фолликулогенеза, поскольку количество мутантов в ооцитах мыши падает со временем (т.д., между двумя пометами). С другой стороны, мутации, которые ускользают от этого фильтра, затем подвергаются отбору на уровне индивидуума. Таким образом, несколько механизмов могут способствовать возникновению узкого места и предотвращать распространение мутаций мтДНК (рис. 2).

Рис. 2. Цикл митохондриальной ДНК (мтДНК) в зародышевой линии мыши.

Во время раннего развития эмбриона («Сегрегация» на диаграмме, представляющая первые семь-восемь дней после оплодотворения) мтДНК сегрегируется среди дочерних клеток без репликации.Таким образом, количество копий мтДНК резко снижается, будучи самым низким в первичных зародышевых клетках (ПЗК). Следующий этап обозначен как «репликативная сегрегация», что подразумевает случайную репликацию и разделение мтДНК на дочерние клетки. Последняя стадия, «Амплификация», характеризуется экспоненциальным увеличением молекул мтДНК. Было высказано предположение, что репликация мтДНК на этой стадии ограничена подгруппой молекул, что приводит к резким изменениям генотипа мтДНК в зрелом ооците.Тем не менее, по-видимому, на этой стадии происходит отбор против мутаций в мтДНК, которые могут произойти.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001066.g002

Узкие места митохондриальной ДНК в развитии зародышевых клеток человека

Генетическое ведение пациентов с заболеванием мтДНК зависит от понимания как сегрегации зародышевой линии, так и физиологической основы узкого места. Однако опубликованные данные о людях, в которых ооциты сравниваются с нагрузкой в ​​материнских постмитотических тканях, минимальны [54].Становится все более очевидным, что основной компонент этого узкого места возникает к тому времени, когда ооциты созревают у людей из контрольной группы [25], пациентов с заболеванием мтДНК [64], [82] и моделей на мышах [52], [53], [ 63]. Статистический анализ ооцитов показывает, что в ряде случаев распределение мутантной мтДНК согласуется со случайным дрейфом, но не исключает возможности отбора в зародышевой линии на более ранней стадии [66]. С другой стороны, мутация de novo у ребенка и в ооцитах, по-видимому, отсутствовала в других тканях матери [83], предполагая, что она возникла в процессе развития ее зародышевых клеток.Сравнение данных человека и мыши указывает на потенциально важные различия как в типичном типе перестройки [59], [60], так и в размере узкого места [55]. Следовательно, может быть нецелесообразно экстраполировать последовательную селекцию вредных мутантов мтДНК, наблюдаемых у мышей [62], на людей.

Значение гетероплазмии для генетического управления заболеваниями человека

Донорство ооцитов позволило бы избежать всех проблем, связанных с наличием мутантной мтДНК, но доноров ооцитов не хватает.Преимплантационная генетическая диагностика митохондриального заболевания может быть лучшим вариантом для пациентов с высоким уровнем мутантной мтДНК [6]. Этот подход включает анализ эмбрионов, полученных в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), и перенос только тех эмбрионов, которые имеют очень низкий риск. Преимплантационная генетическая диагностика проводится раньше в развитии (через три дня после оплодотворения), чем CVS, и обычно берут две клетки для заболевания мтДНК [6]. Это связано с тем, что анализ одной или двух клеток эмбриона, содержащего 6–10 клеток, может быть более репрезентативным для всего зачатия [84], но не обязательно для той его части, которая станет плодом.Более того, взятие проб двух клеток, а не только одной, дает более достоверный результат (результат одной клетки можно сравнить с результатами другой) и, по-видимому, не ухудшает исход беременности [6], [85].

В то время как ПГД явно имеет огромные перспективы для женщин с субклиническими уровнями мутаций мтДНК [6], [23], она может быть более сложной для женщин с высоким уровнем мутаций мтДНК и проявляющих симптомы заболевания [6], [86]. Если такие женщины, как правило, передают уровни мутантной мтДНК, близкие к их собственным [82], [87], они, скорее всего, произведут мало здоровых эмбрионов, если таковые вообще не произойдут.Если, однако, уровень мутантной мтДНК в их ооцитах был поляризован до двух крайностей, как это наблюдается при невропатии, атаксии и пигментном ретините (NARP) [23], [30], у них могли бы быть разумные шансы на использование эмбрионов. Это зависит от того, в какой степени отбор вредных мутантов мтДНК, наблюдаемый в зародышевой линии мышей, происходит и у людей. Тем не менее, проведение ПГД при определенных заболеваниях мтДНК с последующим CVS для подтверждения того, что уровень мутантной мтДНК в плоде низкий, скорее всего, будет иметь преимущества перед одним только CVS.Основным недостатком CVS для нарушений мтДНК является то, что нет полной уверенности в том, что уровень мутантной мтДНК, обнаруживаемый в одном образце CVS, будет точно отражать уровень плода [10]. Действительно, имеющиеся данные предполагают, что существует степень вариации, возможно, ±10% в уровне нейтральных [88] и патогенных вариантов в плаценте [83]. Более того, некоторые центры сейчас предлагают ПГД [5], [6], [23].

Является ли ядерная передача путем вперед?

Поскольку овца Долли была создана путем слияния взрослой соматической клетки с энуклеированным ооцитом-реципиентом, что привело к образованию мтДНК Долли, унаследованной не от соматической клетки-донора, а от ооцита-реципиента [89], исследователи рассматривали возможность изменения митохондриальной популяции человеческого эмбриона. с помощью ядерного переноса.Удалось использовать ядерную трансплантацию на стадии зиготы (пронуклеарный перенос) для частичной коррекции дефектов дыхания и митохондриальных заболеваний у мышей с масштабной делецией мтДНК [90].

Недавно Tachibana et al. [8] перенесли ядра на более ранней стадии; веретено-хромосомные комплексы удаляли из зрелых ооцитов обезьяны с минимальной прикрепленной мтДНК, если она вообще была, и помещали в другие ооциты, из которых комплекс был удален. Это исследование привело к генерации трех здоровых потомков с менее чем 3% мтДНК ядерного донора [8].Совсем недавно Craven et al. [7] переносили пронуклеусы между зиготами человека, что приводило к минимальному переносу мтДНК донора ядер и совместимому дальнейшему развитию до стадии бластоцисты in vitro. Из-за существующих правил и нехватки «запасных» человеческих эмбрионов это исследование было проведено на аномально оплодотворенных эмбрионах. К сожалению, уровни мтДНК ядерного донора сильно различались между клетками полученных эмбрионов (от менее 0,5 до 11,4%), что позволяет предположить, что сегрегация мтДНК может быть нарушена процедурой.Это может быть следствием использования генетически аномальных эмбрионов, которые не могут появиться в добросовестных циклах лечения. Но это может быть потому, что они использовали лекарство, которое специально нацелено на систему на основе микротрубочек (нокодазол) для организации митохондрий в клетке. Несмотря на это, оба исследования [7], [8] (со своими плюсами и минусами) имеют фундаментальное значение и обещают будущее лечение заболеваний мтДНК.

Другая процедура, донорство ооплазмы (цитоплазма из донорского ооцита), предлагает альтернативу [91].Донорство оплазмы использовалось у людей в качестве лечения плохого развития эмбриона при ЭКО при бесплодии, которое может быть связано с внутренними дефектами цитоплазмы ооцита. В этой экспериментальной процедуре митохондрии, цитоплазма и связанные с ними структуры из донорского ооцита вводятся в неоплодотворенный ооцит-реципиент перед ЭКО. Анализ митохондриальной ДНК детей, рожденных после операции, показал, что вклад донорской мтДНК невелик [92], но в некоторых случаях доля донорской мтДНК намного превышала ожидаемые 10–15% [93] в расчете на объем цитоплазма, полученная от донора.В то время как генетический дрейф может иногда лежать в основе такого изменения, эксперименты на бычьих зиготах показывают, что митохондриальная замена может быть последовательно улучшена центрифугированием и удалением реципиентной мтДНК без видимых эффектов на развитие [94], [95]. Центрифугирование заставляет митохондрии концентрироваться на одном из полюсов зиготы [94], [95], что позволяет удалить обогащенную митохондриями цитоплазму микроманипуляциями. Делая это, можно удалить более 60% мтДНК реципиента-зиготы перед переносом в ооплазму [94].Кроме того, использование очищенных митохондрий в качестве донора мтДНК [96]–[98] может снизить мутантную нагрузку до низких уровней, в конечном итоге избегая передачи митохондриальных нарушений.

Будут ли какие-либо из этих процедур жизнеспособной альтернативой более традиционному генетическому управлению? Перенос ядер кажется простым и кажется эффективным у мышей [90], обезьян [8] и у эмбрионов человека до имплантации [7], однако остается очень много неизвестных. Митохондриальная ДНК кодирует лишь несколько белков, остальные из тысячи или около того белков, составляющих митохондрию, кодируются ядром.Такое расположение требует ядерно-митохондриальных взаимодействий, которые еще плохо изучены. В эмбрионах, полученных путем переноса ядра или донорства ооплазмы, генетический материал происходит от трех неродственных родителей (два дают ядро ​​и один мтДНК). В то время как крайнее (нефизиологическое) несоответствие между ядерной и митохондриальной ДНК имеет явно пагубные последствия для ядерно-митохондриальных взаимодействий [99], [100], могут ли тонкие ошибки в этих взаимодействиях возникать после ядерного переноса? Последствия разъединения митохондрий и ядра с последующим введением ДНК от неродственной особи неизвестны.Генетические исследования таких взаимодействий убедительно свидетельствуют о том, что серьезные проблемы маловероятны [32], [33]. Однако обратное скрещивание мышей таким образом, что одна мтДНК заменяется другой на стандартизированном ядерном фоне, может изменить либо физическую [101], либо когнитивную функцию [102], и даже анатомию мозга [102]. Кроме того, исследования на мышах показывают, что мтДНК, переносимая с ядерной ДНК донорской зиготы (кариопласта), может реплицироваться быстрее, чем у реципиента, возможно, в зависимости от ее близости к ядру [103].Поскольку эксперименты по переносу ядра у многих видов показывают, что донорская мтДНК может сохраняться в эмбрионах и тканях потомства [104], нельзя предполагать, что митохондрии из «здорового» энуклеированного ооцита в конечном итоге превысят число мутантных митохондрий в тканях плода и ребенок. Кроме того, даже в самых лучших руках вероятность наступления беременности на одну яйцеклетку низка, а донорских ооцитов мало.

Заключение

В заключение, многие этические, научные и прагматические проблемы были главным препятствием в генетическом управлении заболеваниями мтДНК.Недавние эксперименты на животных показывают, что трансплантация ядер имеет большие перспективы. В настоящее время наиболее этичным курсом действий может быть взвешивание неопределенностей и использование новых подходов, таких как ПГД, в попытке помочь этим семьям, находящимся в бедственном положении.

Благодарности

Мы благодарим А. Шриера и Л. Маклеода за исправления в рукописи.

Каталожные номера

  1. 1. Манваринг Н., Джонс М.М., Ван Дж.Дж., Рохчина Э., Ховард С. и др. (2007) Распространенность мутации MELAS A3243G в популяции.Митохондрия 7: 230–233.
  2. 2. ван ден Оувеланд Дж. М., Лемкес Х. Х., Руитенбек В., Сандкуйл Л. А., де Вийлдер М. Ф. и другие. (1992) Мутация в гене митохондриальной тРНК (Leu) (UUR) в большой родословной с передаваемым по материнской линии сахарным диабетом II типа и глухотой. Нат Женет 1: 368–371.
  3. 3. Уоллес Д.К., Сингх Г., Лотт М.Т., Ходж Дж.А., Шурр Т.Г. и др. (1988) Мутация митохондриальной ДНК, связанная с наследственной оптической нейропатией Лебера. Наука 242: 1427–1430.
  4. 4. Poulton J, Turnbull DM (2000) 74-й международный семинар ENMC: митохондриальные заболевания 19-20 ноября 1999 г., Наарден, Нидерланды. Нервно-мышечное расстройство 10: 460–462.
  5. 5. Торберн Д., Уилтон Л., Сток-Майер С. (2009)Здоровая девочка, рожденная после преимплантационной генетической диагностики мутации митохондриальной ДНК m.8993t>g. Мол Генет Метаб 98: 5–6.
  6. 6. Poulton J, Bredenoord AL (2010) 174-й международный семинар ENMC: применение предимплантационной генетической диагностики заболеваний мтДНК: последствия научных достижений 19-21 марта 2010 г., Наарден, Нидерланды.Нервно-мышечное расстройство, в печати.
  7. 7. Крейвен Л., Таппен Х.А., Греггейнс Г.Д., Харботтл С.Дж., Мерфи Д.Л. и соавт. (2010)Перенос пронуклеуса у эмбрионов человека для предотвращения передачи заболевания митохондриальной ДНК. Природа 465: 82–85.
  8. 8. Тачибана М., Спарман М., Шританаудомчай Х., Ма Х., Клеппер Л. и др. (2009) Замена митохондриального гена в потомстве приматов и эмбриональных стволовых клетках. Природа 461: 367–372.
  9. 9. Poulton J, Marchington D (1997) Перспективы пренатальной диагностики митохондриальных заболеваний на основе ДНК.Пренат Диагн 16: 1247–1256.
  10. 10. Bouchet C, Steffann J, Corcos J, Monnot S, Paquis V, et al. (2006) Пренатальная диагностика синдрома MELAS: вклад в понимание сегрегации митохондриальной ДНК во время развития эмбриона человека. J Med Genet 43: 788–792.
  11. 11. Саккони С., Сальвиати Л., Нишигаки Ю., Уокер В.Ф., Эрнандес-Роса Э. и др. (2008) Функционально доминирующая мутация митохондриальной ДНК. Хум Мол Жене 17: 1814–1820.
  12. 12.Black GC, Morten K, Laborde A, Poulton J (1996)Наследственная оптическая невропатия Лебера: гетероплазмия, вероятно, будет играть важную роль в экспрессии LHON в семьях с мутацией 3460 ND1. Бр Дж. Офтальмол 80: 915–917.
  13. 13. Рахман С., Поултон Дж., Марчингтон Д., Суомалайнен А. (2001)Уменьшение мутации мтДНК 3243 A->G в крови при синдроме MELAS: продольное исследование. Am J Hum Genet 68: 238–240.
  14. 14. Ларссон Н.Г., Холм Э., Кристианссон Б., Олдфорс А., Тулиниус М. (1990)Прогрессирующее увеличение доли мутантной митохондриальной ДНК при синдроме Кернса-Сейра.Педиатр Рез. 28: 131–136.
  15. 15. Уайт С., Шанске С., Макгилл Дж., Маунтин Х., Герати М. и др. (1999) Мутации митохондриальной ДНК в нуклеотиде 8993 показывают отсутствие тканевых или возрастных изменений. J Inherit Metab Dis 22: 899–914.
  16. 16. Rajasimha HK, Chinnery PF, Samuels DC (2008) Отбор против патогенных мутаций мтДНК в популяции стволовых клеток приводит к потере мутации 3243A->G в крови. Am J Hum Genet 82: 333–343.
  17. 17.Poulton J, O’Rahilly S, Morten K, Clark A (1995)Митохондриальная ДНК, диабет и патология поджелудочной железы при синдроме Кернса-Сейра. Диабетология 38: 868–871.
  18. 18. Weber K, Wilson JN, Taylor L, Brierley E, Johnson MA, et al. (1997) Новая мутация мтДНК, показывающая накопление со временем и ограничение в скелетных мышцах. Am J Hum Genet 60: 373–380.
  19. 19. Гросс Н.Дж., Гетц Г.С., Рабинович М. (1969)Очевидный оборот митохондриальной дезоксирибонуклеиновой кислоты и митохондриальных фосфолипидов в тканях крысы.J Biol Chem 244: 1552–1562.
  20. 20. Вебер К., Уилсон Дж., Тейлор Л., Бриерли Э., Джонсон М. и др. (1997) Новая мутация мтДНК, показывающая накопление со временем и ограничение скелетными мышцами. Am J Hum Genet 60: 373–380.
  21. 21. Пайл А., Тейлор Р.В., Дарем С.Е., Дешауэр М., Шефер А.М. и др. (2007)Истощение митохондриальной ДНК в лейкоцитах, несущих мутацию мтДНК 3243A->G. J Med Genet 44: 69–74.
  22. 22. Jenuth J, Peterson A, Shoubridge E (1997)Тканеспецифический отбор для различных генотипов мтДНК у гетероплазматических мышей.Нат Жене 16: 93–95.
  23. 23. Steffann J, Frydman N, Gigarel N, Burlet P, Ray PF, et al. (2006)Анализ сегрегации вариантов мтДНК во время раннего эмбрионального развития человека: инструмент для успешной предимплантационной диагностики NARP. J Med Genet 43: 244–247.
  24. 24. Marchington D, Poulton J, Seller A, Holt I (1996) Влияют ли варианты последовательности в основной некодирующей области митохондриального генома на митохондриальные мутации, связанные с заболеванием. Хум Мол Генет 5: 473–479.
  25. 25. Марчингтон Д., Хартсхорн Г., Барлоу Д., Поултон Дж. (1997)Гомополимерная гетероплазмия тракта в мтДНК из тканей и отдельных ооцитов: поддержка генетического узкого места. Am J Hum Genet 60: 408–416.
  26. 26. Чиннери П.Ф., Сэмюэлс Д.К. (1999)Расслабленная репликация мтДНК: модель с последствиями для выражения болезни. Am J Hum Genet 64: 1158–1165.
  27. 27. Hayashi J, Ohta S, Kikuchi A, Takemitsu M, Goto Y (1991) Введение делеций митохондриальной ДНК, связанных с заболеванием, в клетки HeLa, лишенные митохондриальной ДНК, приводит к митохондриальной дисфункции.Proc Natl Acad Sci U S A 88: 10614–10618.
  28. 28. Йонеда М., Чомин А., Мартинуцци А., Хурко О., Аттарди Г. (1992) Заметное репликативное преимущество мтДНК человека, несущего точечную мутацию, вызывающую энцефаломиопатию MELAS. Proc Natl Acad Sci U S A 89: 11164–11168.
  29. 29. Данбар Д., Муни П., Джейкобс Х., Холт И. (1995) Различный клеточный фон дает заметное преимущество как мутантным, так и митохондриальным геномам дикого типа. Proc Natl Acad Sci U S A 92: 6562–6566.
  30. 30. Блок Р., Кук Д., Торберн Д., Даль Х. (1997)Наклонная сегрегация мутации мтДНК nt 8993 (T->G) в ооцитах человека. Am J Hum Genet 60: 1495–1501.
  31. 31. Vergani L RR, Brierley CH, Hanna M, Holt IJ (1999) Введение гетероплазматической митохондриальной ДНК (мтДНК) от пациента с NARP в две клеточные линии человека связаны либо с отбором и поддержанием мутантной мтДНК NARP, либо с неспособностью поддерживать мтДНК. Хум Мол Генет 8: 1751–1755.
  32. 32. Battersby BJ, Loredo-Osti JC, Shoubridge EA (2003)Ядерно-генетический контроль сегрегации митохондриальной ДНК. Нат Жене 33: 183–186.
  33. 33. Battersby BJ, Shoubridge EA (2001) Выбор варианта последовательности мтДНК в гепатоцитах гетероплазматических мышей не связан с различиями в функции дыхательной цепи или эффективности репликации. Хум Мол Генет 10: 2469–2479.
  34. 34. Морено-Лошуэртос Р., Асин-Перес Р., Фернандес-Сильва П., Мовилла Н., Перес-Мартос А. и соавт.(2006) Различия в производстве активных форм кислорода объясняют фенотипы, связанные с обычными вариантами митохондриальной ДНК мыши. Нат Жене 38: 1261–1268.
  35. 35. Лехтинен С.К., Ханс Н., Эль Мезиан А., Юхола М.К., Юхола К.М. и др. (2000)Генотипическая стабильность, сегрегация и селекция в гетероплазматических линиях клеток человека, содержащих мутантную мтДНК np 3243. Генетика 154: 363–380.
  36. 36. Chen H, Chan DC (2009)Митохондриальная динамика — слияние, деление, движение и митофагия — при нейродегенеративных заболеваниях.Хум Мол Генет 18: R169–176.
  37. 37. Эммерсон К.Ф., Браун Г.К., Поултон Дж. (2001)Синтез митохондриальной ДНК в пермеабилизированных культивируемых клетках человека. Нуклеиновые кислоты Рез. 29: E1.
  38. 38. Хиваринен А.К., Похёисмяки Дж.Л., Рейес А., Ванроой С., Ясукава Т. и соавт. (2007) Митохондриальный фактор терминации транскрипции mTERF модулирует паузу репликации в митохондриальной ДНК человека. Рез. нуклеиновых кислот 35: 6458–6474.
  39. 39. Hess JF, Parisi MA, Bennett JL, Clayton DA (1991)Нарушение терминации митохондриальной транскрипции точечной мутацией, связанной с подгруппой MELAS митохондриальных энцефаломиопатий.Природа 351: 236–239.
  40. 40. Poulton J (1995) Передача мтДНК: Трещины в узком месте. Am J Hum Genet 57: 224–226.
  41. 41. Поултон Дж., Марчингтон Д., Маколей В. (1998) Устранено ли узкое место? Am J Hum Genet 62: 752–757.
  42. 42. Оливо П.Д., Ван де Валле М.Дж., Лайпис П.Дж., Хаусвирт В.В. (1983) Последовательность нуклеотидов свидетельствует о быстрых генотипических сдвигах в D-петле митохондриальной ДНК крупного рогатого скота. Природа 306: 400–402.
  43. 43.Лайпис П., Хаусвирт В., О’Брайан Т., Майклс Г. (1988) Неравное распределение бычьих митохондриальных генотипов среди братьев и сестер. Proc Natl Acad Sci U S A 85: 8107–8110.
  44. 44. Ashley C, Laipis P, Hauswirth W (1989)Быстрая секвестрация гетероплазматических бычьих митохондрий. Нуклеиновые кислоты рез. 17: 7325–7331.
  45. 45. Aiken CE, Cindrova-Davies T, Johnson MH (2008)Вариации количества копий митохондриальной ДНК мыши от оплодотворения до рождения связаны с окислительным стрессом.Reprod Biomed Online 17: 806–813.
  46. 46. Пико Л., Тейлор К.Д. (1987)Количество митохондриальной ДНК и обилие транскриптов некоторых митохондриальных генов у ранних эмбрионов мышей. Дев Биол 123: 364–374.
  47. 47. McConnell M, Petrie L (2004)Оборот митохондриальной ДНК происходит во время преимплантационного развития и может модулироваться факторами окружающей среды. Reprod Biomed Online 9: 418–424.
  48. 48. Тандатил Дж., Филион Ф., Смит Л.С. (2005)Молекулярный контроль митохондриальной функции у преимплантационных эмбрионов мыши.Мол Репрод Дев 71: 405–413.
  49. 49. Cree LM, Samuels DC, de Sousa Lopes SC, Rajasimha HK, Wonnapinij P, et al. (2008) Снижение количества молекул митохондриальной ДНК во время эмбриогенеза объясняет быстрое разделение генотипов. Нат Жене 40: 249–254.
  50. 50. Цао Л., Шитара Х., Хории Т., Нагао Ю., Имаи Х. и др. (2007) Митохондриальное узкое место возникает без снижения содержания мтДНК в зародышевых клетках самок мышей. Нат Жене 39: 386–390.
  51. 51.Цао Л., Шитара Х., Сугимото М., Хаяши Дж., Абэ К. и др. (2009) Новые данные подтверждают, что митохондриальное узкое место образуется без снижения содержания митохондриальной ДНК в ранних примордиальных зародышевых клетках мышей. Генетика PLoS 5: e1000756.
  52. 52. Wai T, Teoli D, Shoubridge EA (2008)Генетическое узкое место митохондриальной ДНК является результатом репликации субпопуляции геномов. Нат Жене 40: 1484–1488.
  53. 53. Jenuth J, Peterson A, Fu K, Shoubridge E (1996)Случайный генетический дрейф в женской зародышевой линии объясняет быструю сегрегацию митохондриальной ДНК млекопитающих.Нат Жене 14: 146–151.
  54. 54. Poulton J, Macaulay V, Marchington D (2003)Передача, генетическое консультирование и пренатальная диагностика заболеваний митохондриальной ДНК. В: Холт I, редактор. Генетика митохондриальных болезней. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 309–326.
  55. 55. Воннапиний П., Чиннери П.Ф., Сэмюэлс Д.К. (2010) Предыдущие оценки дисперсии уровня мутаций митохондриальной ДНК не учитывали ошибку выборки: сравнение генетического узкого места мтДНК у мышей и людей.Am J Hum Genet 86: 1–11.
  56. 56. Сэмюэлс Д.К., Воннапиний П., Кри Л.М., Чиннери П.Ф. (2010)Переоценка доказательств постнатального узкого места в митохондриальной генетике. Нат Жене 42: 471–472.
  57. 57. Иборра Ф.Дж., Кимура Х., Кук П.Р. (2004)Функциональная организация митохондриальных геномов в клетках человека. БМК Биол 2: 9.
  58. 58. Иноуэ К., Накада К., Огура А., Исобе К., Гото Ю. и др. (2000)Создание мышей с митохондриальной дисфункцией путем введения мышиной мтДНК с делецией в зиготы.Нат Жене 26: 176–181.
  59. 59. Сато А., Накада К., Шитара Х., Касахара А., Йонекава Х. и др. (2007) Делеционно-мутантная мтДНК увеличивается в соматических тканях, но уменьшается в женских половых клетках с возрастом. Генетика 177: 2031–2037.
  60. 60. Чиннери П.Ф., ДиМауро С., Шанске С., Шон Э.А., Зевиани М. и др. (2004) Риск развития нарушения делеции митохондриальной ДНК. Ланцет 364: 592–596.
  61. 61. Poulton J, Holt I (1994) Митохондриальная ДНК: больше ведет к меньшему? Нат Жене 8: 313–315.
  62. 62. Стюарт Дж. Б., Фрейер С., Элсон Дж. Л., Вреденберг А., Джансу З. и другие. (2008)Сильный очищающий отбор при передаче митохондриальной ДНК млекопитающих. ПЛОС Биол 6: e10.
  63. 63. Fan W, Waymire KG, Narula N, Li P, Rocher C, et al. (2008) Модель митохондриального заболевания на мышах показывает отбор зародышевой линии против тяжелых мутаций мтДНК. Наука 319: 958–962.
  64. 64. Марчингтон Д.Р., Маколей В., Хартсхорн Г.М., Барлоу Д., Поултон Дж. (1998) Доказательства ооцитов человека для генетического узкого места при заболевании мтДНК.Am J Hum Genet 63: 769–775.
  65. 65. Brown DT SD, Michael EM, Turnbull DM, Chinnery PF (2001)Случайный генетический дрейф определяет уровень мутантной мтДНК в первичных ооцитах человека. Am J Hum Genet 68: 533–536.
  66. 66. Воннапиний П., Чиннери П.Ф., Сэмюэлс Д.К. (2008)Распределение гетероплазмии митохондриальной ДНК из-за случайного генетического дрейфа. Am J Hum Genet 83: 582–593.
  67. 67. Тилли Дж.Л., Тилли К.И. (1995)Ингибиторы окислительного стресса имитируют способность фолликулостимулирующего гормона подавлять апоптоз в культивируемых фолликулах яичников крыс.Эндокринология 136: 242–252.
  68. 68. Хусейн М.Р. (2005)Апоптоз в яичниках: молекулярные механизмы. Обновление Hum Reprod 11: 162–177.
  69. 69. Твиг Г., Элорза А., Молина А.Дж., Мохамед Х., Викстром Д.Д. и др. (2008) Деление и селективное слияние регулируют митохондриальную сегрегацию и элиминацию путем аутофагии. EMBO J 27: 433–446.
  70. 70. Цукамото С., Кума А., Мураками М., Киши С., Ямамото А. и др. (2008) Аутофагия необходима для преимплантационного развития эмбрионов мышей.Наука 321: 117–120.
  71. 71. Стюарт Дж. Б., Фрейер С., Элсон Дж. Л., Ларссон Н. Г. (2008) Очищающий отбор мтДНК и его последствия для понимания эволюции и митохондриальных заболеваний. Нат Рев Генет 9: 657–662.
  72. 72. Чжоу Р.Р., Ван Б., Ван Дж., Шаттен Х., Чжан Ю.З. (2010) Является ли митохондриальное облако механизмом отбора для предпочтительной передачи мтДНК дикого типа между поколениями? Эффективная перемотка храповика Мюллера. Карр Жене 56: 101–107.
  73. 73. Клок М., Билински С., Эткин Л.Д. (2004)Тело Бальбиани и детерминанты половых клеток: 150 лет спустя. Curr Top Dev Biol 59: 1–36.
  74. 74. Pepling ME, Wilhelm JE, O’Hara AL, Gephardt GW, Spradling AC (2007) Мышиные ооциты в кистах зародышевых клеток и примордиальных фолликулах содержат тело Бальбиани. Proc Natl Acad Sci U S A 104: 187–192.
  75. 75. Клок М., Эткин Л.Д. (1995) Два различных пути локализации РНК в вегетативной коре ооцитов Xenopus.Развитие 121: 287–297.
  76. 76. Клок М., Эткин Л.Д. (1998)Очевидная преемственность между организатором транспорта мессенджера и путями поздней локализации РНК во время оогенеза у Xenopus. Мех Дев 73: 95–106.
  77. 77. Клок М., Ларабелл С., Эткин Л.Д. (1996)Разработка пути организатора транспорта мессенджеров для локализации РНК в вегетативной коре ооцитов Xenopus. Дев Биол 180: 119–130.
  78. 78. Zhang YZ, Ouyang YC, Hou Y, Schatten H, Chen DY и другие.(2008)Поведение митохондрий во время оогенеза у рыбок данио: анализ конфокальной микроскопии. Разница в росте разработчиков 50: 189–201.
  79. 79. Д’Эрде К., Каллебаут М., Роэлс Ф., Де Перст Б., ван Нассау Л. (1995) Гомология между митохондриогенезом в ооцитах птиц и амфибий. Репрод Нутр Дев 35: 305–311.
  80. 80. Cox RT, Spradling AC (2003)Тело Бальбиани и фузома опосредуют митохондриальное наследование во время оогенеза дрозофилы. Развитие 130: 1579–1590.
  81. 81. Cox RT, Spradling AC (2006) Милтон контролирует раннее приобретение митохондрий ооцитами дрозофилы. Развитие 133: 3371–3377.
  82. 82. Браун Д.Т., Сэмюэлс Д.К., Майкл Э.М., Тернбулл Д.М., Чиннери П.Ф. (2001)Случайный генетический дрейф определяет уровень мутантной мтДНК в первичных ооцитах человека. Am J Hum Genet 68: 533–536.
  83. 83. Марчингтон Д., Малик С., Банерджи А., Тернер К., Сэмюэлс Д. и др. (2010) Информация для генетического управления заболеванием мтДНК: Отбор проб патогенных мутантов мтДНК в зародышевой линии человека и в плаценте.J Med Genet 47: 257–261.
  84. 84. Дин Н.Л., Баттерсби Б.Дж., Ао А., Госден Р.Г., Тан С.Л. и др. (2003) Перспективы преимплантационной генетической диагностики наследственных заболеваний митохондриальной ДНК. Мол Хум Репрод 9: 631–638.
  85. 85. Гуссенс В., Де Райке М., Де Вос А., Стаессен С., Михилс А. и др. (2008) Диагностическая эффективность, эмбриональное развитие и клинический исход после биопсии одного или двух бластомеров для преимплантационной генетической диагностики. Hum Reprod 23: 481–492.
  86. 86. Бреденурд А., Дондорп В., Пеннингс Г., Де Ди-Смолдерс С., Смитс Х. и др. (2009) Преимплантационная генетическая диагностика нарушений митохондриальной ДНК: этическое руководство для клинической практики. Eur J Hum Genet 17: 1550–1559.
  87. 87. Чиннери П.Ф., Торберн Д.Р., Сэмюэлс Д.К., Уайт С.Л., Даль Х.М. и др. (2000) Наследование гетероплазмии митохондриальной ДНК: случайный дрейф, отбор или и то, и другое? Тенденции Жене 16: 500–505.
  88. 88. Марчингтон Д., Скотт-Браун М., Барлоу Д., Дж. Поултон (2006) Москаицизм полиморфных вариантов митохондриальной ДНК в плаценте имеет значение для возможности пренатальной диагностики заболеваний мтДНК.Eur J Hum Genet 14: 816–823.
  89. 89. Campbell KH, McWhir J, Ritchie WA, Wilmut I (1996) Овцы, клонированные путем переноса ядра из культивируемой клеточной линии. Природа 380: 64–66.
  90. 90. Сато А., Коно Т., Накада К., Исикава К., Иноуэ С. и др. (2005)Генная терапия потомства митомных мышей, несущих патогенную мтДНК, путем ядерной трансплантации. Proc Natl Acad Sci USA 102: 16765–16770.
  91. 91. Силлс Э.С., Такеучи Т., Такер М.Дж., Палермо Г.Д. (2004)Генетические и эпигенетические модификации, связанные с донорством ооплазмы человека и митохондриальной гетероплазмией — соображения для интерпретации исследований наследственности и репродуктивных результатов.Медицинские гипотезы 62: 612–617.
  92. 92. Barritt JA, Brenner CA, Malter HE, Cohen J (2001)Митохондрии у потомства человека, полученные в результате трансплантации ооплазмы. Hum Reprod 16: 513–516.
  93. 93. Brenner CA, Kubisch HM, Pierce KE (2004)Роль митохондриального генома во вспомогательных репродуктивных технологиях и терапевтическом клонировании на основе эмбриональных стволовых клеток. Reprod Fertil Dev 16: 743–751.
  94. 94. Chiaratti MR, Bressan FF, Ferreira CR, Caetano AR, Smith LC, et al.(2010) Истощение митохондриальной ДНК эмбриона обратимо во время раннего эмбриогенеза у крупного рогатого скота. Биол Репрод 82: 76–85.
  95. 95. Ferreira CR, Burgstaller JP, Perecin F, Garcia JM, Chiaratti MR, et al. (2010)Выраженная сегрегация митохондрий донора, введенная путем переноса ооплазмы крупного рогатого скота в женскую зародышевую линию. Биол Репрод 82: 563–571.
  96. 96. Хуа С., Чжан И., Ли К.С., Ма Л.Б., Цао Дж.В. и др. (2007)Влияние переноса митохондрий клеток гранулезы на раннее развитие бычьих эмбрионов in vitro.Клонирование стволовых клеток 9: 237–246.
  97. 97. El Shourbagy SH, Spikings EC, Freitas M, St John JC (2006)Митохондрии напрямую влияют на результат оплодотворения у свиней. Репродукция 131: 233–245.
  98. 98. Пинкерт К.А., Ирвин М.Х., Джонсон Л.В., Моффатт Р.Дж. (1997)Перенос митохондрий в яйцеклетку мыши с помощью микроинъекции. Трансгенные рез. 6: 379–383.
  99. 99. McKenzie M, Trounce I (2000) Экспрессия мтДНК Rattus norvegicus в клетках Mus musculus приводит к множественным дефектам дыхательной цепи.J Biol Chem 275: 31514–31519.
  100. 100. Dey R, Barrientos A, Moraes CT (2000)Функциональные ограничения ядерно-митохондриальных взаимодействий ДНК в ксеномитохондриальных клеточных линиях грызунов. J Biol Chem 275: 31520–31527.
  101. 101. Нагао Ю., Тоцука Ю., Атоми Ю., Канеда Х., Линдал К.Ф. и др. (1998) Снижение физической работоспособности конгенных мышей с несоответствием между ядерным и митохондриальным геномом. Гены Genet Syst 73: 21–27.
  102. 102. Roubertoux PL, Sluyter F, Carlier M, Marcet B, Maarouf-Veray F, et al.(2003) Митохондриальная ДНК изменяет познание при взаимодействии с ядерным геномом и возрастом у мышей. Нат Жене 35: 65–69.
  103. 103. Meirelles F, Smith L (1998)Сегрегация митохондриального генотипа во время преимплантационного развития у гетероплазматических эмбрионов мыши. Генетика 148: 877–883.
  104. 104. Bowles E, Campbell K, John JS (2007)Ядерный перенос: сохранение ядерного генома за счет связанного с ним генома(ов) мтДНК. В: Джон Дж. С., редактор.Том CTDB, Митохондрия в зародышевой линии и раннем развитии. Сан-Диего, Калифорния: Эльзевир.
Функция

в передаче структуры и функции

генетической информации био- нуклеиновой кислоты

Структура двойной спирали ДНК и правило спаривания оснований позволяют ДНК функционировать как наследственная молекула.

Правило спаривания оснований ограничивает взаимодействия между азотистыми основаниями: аденин (А) может спариваться только с тимином (Т), а гуанин (G) только с цитозином (С) в противоположной цепи.Если у нас есть доступная последовательность только одной цепи, мы можем легко предсказать последовательность противоположной цепи, поскольку две цепи двойной спирали ДНК должны быть комплементарны друг другу.

Из-за этой комплементарной природы спаривания оснований ДНК может передавать генетический материал через репликаций . Во время репликации ДНК и клеточного деления клетки могут создавать две идентичные копии ДНК из каждой цепи ДНК, и каждая дочерняя клетка получает идентичные копии ДНК.Таким образом, организмы передают всю необходимую информацию своим потомкам, чтобы построить себя с нуля. ДНК несет эту генетическую информацию в последовательности нуклеотидов. Эти последовательности определяют порядок аминокислот в белке. Это прямая связь между генами и признаками .


Ключевые точки

• Генетическая информация передается в виде последовательности нуклеотидов следующим поколениям.

• Точная передача генетической информации становится возможной благодаря природе двойной спирали ДНК, а также правилу спаривания оснований, которое позволяет спиралям (или цепям) быть комплементарными друг другу.


Основные термины

Азотистые основания : Органические молекулы, являющиеся частью нуклеотидов в ДНК, обладающие химическими свойствами, подобными основаниям.

Генетический материал: Материал, несущий наследственную информацию для построения организма в каждом поколении.

Правило сопряжения оснований (правило Чаргаффа): Каждое основание может связываться только друг с другом, A с T и C с G.

Двойная спираль: Структура ДНК, похожая на закрученную лестницу.

Репликация : Процесс, посредством которого ДНК создает свою копию во время клеточного деления.

Ген: Основная физическая и функциональная единица наследственности.

Признак (также известный как фенотип): Физическая характеристика организма.

— это передача признаков от одного поколения к другому.

Презентация на тему: «Передача признаков от одного поколения к другому.» — Транскрипт:

ins[data-ad-slot=»4502451947″]{display:none !важно;}} @media(max-width:800px){#place_14>ins:not([data-ad-slot=»4502451947″]){display:none !important;}} @media(max-width:800px){#place_14 {ширина: 250px;}} @media(max-width:500px) {#place_14 {ширина: 120px;}} ]]>

1

2 — это передача признаков от одного поколения к другому.

3 Кем был Грегор Мендель? Грегор Мендель родился в 1822 году в Хайнцендорфе, Австрия. Мендель вырос на ферме и многое узнал о цветах и ​​фруктовых деревьях. Когда ему был 21 год, он поступил в монастырь. Монахи преподавали науку и проводили множество научных экспериментов. Менделя отправили в Вену, где он мог обучаться преподаванию. Однако у Менделя были проблемы с прохождением тестов. Хотя он хорошо учился в школе, он не смог сдать выпускной экзамен.Он вернулся в монастырь и вложил большую часть своей энергии в исследования. Мендель открыл принципы наследственности в монастырском саду, изучая растения гороха.

4 Из своей предыдущей работы с растениями Мендель знал
, что закономерности наследования не всегда ясны. Например, иногда признак, появившийся в одном поколении, отсутствовал в следующем поколении. Однако в третьем поколении эта черта проявилась снова.Мендель заметил подобные закономерности и у некоторых других живых существ. Мендель хотел узнать больше о причинах этих паттернов. Чтобы упростить свое исследование, Мендель решил изучать только один вид организмов. Поскольку он уже изучал растения садового гороха, они показались ему хорошим выбором. Как и многие хорошие идеи, идеи Грегора Менделя сначала не были поняты. В 1865 году Мендель написал о своих исследованиях, но только после его смерти, более 30 лет спустя, он, наконец, получил заслуженное признание.Как только идеи Менделя были найдены и поняты, перед современной генетикой открылась дверь.

5 — это характеристики или признаки организма, которые
наследуются (передаются от родителей к потомству). Примеры форма носа цвет глаз тип и цвет волос

6 Некоторые признаки передаются по наследству, а другие нет
Доминантные признаки — это признаки, которые скрывают другие признаки при передаче потомству Рецессивные признаки — это признаки, которые скрываются за доминантными признаками голубые глаза Рецессивный признак Карие глаза Доминантный признак Карие глаза

7 Какие черты у вас доминируют? Какие рецессивные?
Давайте рассмотрим несколько примеров.Форма большого пальца Мочки ушей Прямая Доминантная Автостопная Рецессивная Висячая свободная Доминантная Прикрепленная Рецессивная

8 Почему одни черты передаются, а другие нет
Почему одни черты передаются, а другие нет? Ответ лежит в наших клетках. Ученый начал экспериментировать с растениями и животными, чтобы узнать, как черты передаются от родителей к потомству.

9 Словарь Обзор Клетка представляет собой покрытую мембраной структуру
, в которой есть все материалы, необходимые для жизни.Ядро — содержит всю генетическую информацию для всех жизненных процессов. Хромосомы представляют собой длинные молекулы ДНК; находится в ядре эукариотических клеток. ДНК – «дезоксирибонуклеиновая кислота»; наследственный материал, контролирующий всю деятельность клетки.

10 Не все организмы имеют ядро, но все организмы имеют гены.
Гены содержатся в ДНК. основная единица наследственности определяет признаки (признаки) человека, которые передаются от родителей к потомству путем бесполого или полового размножения.

11 Клетки ядро ​​- хромосомы ДНК — гены — признаки Хромосомы

12 Аллели — это разные формы гена.
Аллели идут парами, один набор от вашего отца, другой набор от вашей матери. Генетики используют буквы для обозначения аллелей. Пример: Аллели идут парами, и аллель Пика Вдовы считается доминантной, поэтому вам нужна только одна копия, чтобы иметь признак. Пик вдовы Прямая линия роста волос

13 Генотип против фенотипа Генотип представляет собой комбинацию
аллелей, которые организм наследует от своих родителей (генов).Фенотип – внешний вид организма (физический). WW, Ww Пик вдовы ww Прямая линия роста волос

14 Генотип против фенотипа Другие примеры:

15 Квадрат Пеннета Квадрат Пеннета — это диаграмма, используемая для прогнозирования результатов определенного скрещивания или эксперимента по разведению. Он назван в честь Реджинальда С.Пеннетта и используется биологами для определения вероятности потомства с определенным генотипом. Квадрат Пеннета представляет собой сводку всех возможных комбинаций одного материнского аллеля с одним отцовским аллелем для каждого гена, изучаемого при скрещивании.

16

.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.