0

Завдання на карантин: 1. Конспект трьох лекцій

2. Виконати у робочому зошиті завдання практичного заняття №1 та

завдання для до аудиторної самостійної підготовки у зошиті для

самостійної підготовки.

Розділ 1: Молекулярно-генетичний і клітинний рівні організації життя.

ТЕМА № 1.

Структурно-функціональна організація клітини.

Розмноження на клітинному рівні.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ:

1. Медична біологія як наука, історія, методи, задачі.

2. Структурно-функціональна організація еукаріотичної клітини..

3. Життєвий цикл клітини. Механізми поділу клітин.

4. Характеристика, біологічне значення та порушення мітозу, соматичні мутації.

5. Характеристика, біологічне значення та порушення мейозу. Генеративні мутації.

Література: 1. Сабадишин Р.О., Бухальська С.Є. «Медична біологія» Підр. для студ. вищих навч. закладів І-ІІ рівнів

акредитації.-Вінниця:Нова книга,2008.-368с.:Іл.

2. Біологія: підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІI—ІV рівнів акредитації / Кол. авт.; за

ред. проф. В.П. Пішака та проф. Ю.І. Бажори. — Вінниця: Нова книга, 2004. — 656 с.; іл.

Література для поглибленого вивчення:

3. Збірник завдань для підготовки до ліцензійного тестового екзамену з природничо-наукових дисциплін

«Крок-1. Загальна лікарська підготовка»\ Кол. авт.; За ред. проф. В.Ф.Москаленка, проф. О.П. Волосовця, проф.

І.Є.Булах, проф. О.П.Яворського, проф. О.В.Романенка, доц. Л.І.Остапюк.-К.: Медицина, 2004.-368 с.; С.-9-41

4. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. В 3-х томах. – М.: Мир, 2002

Актуальність теми:

Хромосоми є центральним інформаційним апаратом клітини. Вивчення структурно-функціонального рівня

організації спадкового матеріалу надасть можливість уявити основні принципи передачі спадкової інформації

на різних рівнях існування живого - від молекулярно-генетичного рівня до організмового, а також пояснити

причини порушень його функціонування у виникненні патологічних процесів у людини. Знання про сучасні

об'єктивні та суб'єктивні методи вивчення каріотипу людини та принципи класифікації хромосом необхідні для

розуміння патогенезу спадкових, соматичних, онкологічних, інфекційно-запальних й інших хвороб людини.

1. Медична біологія як наука про основи життєдіяльності людини.

Біологія (від грец. bios - життя, logos - наука) - наука про життя, про загальні закономірності існування і

розвитку живих істот: життєві процеси, що в них відбуваються, хід їх життєвих циклів, взаємозв'язок з

оточуючим середовищем, походження, історичний та індивідуальний розвиток живих організмів.

Термін "біологія" був вперше вжитий в 1797 р. німецьким професором анатомії Теодором Рузом (1771-

1803), пізніше в 1800 р. термін застосував професор Дерптського університету К.Бурдах (1776-1847), а в 1802 р.

- Ж. Б. Ламарк (1744-1829) і Л.Тревіранус (1779-1864). Теоретичний фундамент біології був закладений

еволюційним вченням Дарвіна, клітинною теорією Шванна і целюлярною патологією Вірхова.

Сучасна біологія - це складний високодиференційований комплекс фундаментальних і прикладних

досліджень живої природи. Спираючись на новітні досягнення фізики, хімії, техніки, вдалося розв'язати чимало

медико-біологічних проблем, проникнути у rnибини клітини, отримати принципово нові відомості про процеси,

шо розгортаються в клітині за умов норми і при патології.

Складовою біології є медична біологія - наука про людей, їх походження, еволюцію, географічне поши-

рення, чисельність людських популяцій.

Медична біологія вивчає спадковість людини, їі генетичну систему, генотипні та індивідуальні

відмінності людей, їх екологію, фізіологію, особливості поведінки.

Основне завдання медичної біології - захистити геном людини від шкідливих антропогенних впливів

різного походження.

Застосування методів клітинної інженерії і досягнень щодо використання генів і клітин рідкісних тварин і

рослин, створення відповідних банків генетичного матеріалу дозволить зберегти унікальний живий світ нашої

планети.

2. Структурно-функціональна організація еукаріотичної клітини.

У вивченні структури та функціонування клітини застосовують новітні методи дослідження: електронна

мікроскопія, центрифугування, рентгеноструктурний аналіз, метод ауторадіографії, полімеразної ланцюгової

реакції та ін.

1

Електронна мікроскопія дозволяє спостерігати об'єкти розміром в 1 нм. Їх розглядають на екрані і

фотографують.

Цитохімічні і цитоспекmрофоmометричні методи дослідження - для визначення розташування і

кількісного вмісту в клітині хімічних речовин. Так вивчають нуклеїнові кислоти, Їх кількість, місце роз-

ташування білків, вітамінів, металів тошо.

Швидкісне центрифугування - для виділення і вивчення часток, шо входять до складу цитоплазми. Цим

методом осаджують спочатку клітинні ядра, потім мітохондрії, рибосоми, полісоми та ін.

Метод рентгеноструктурного аналізу. Використовуючи рентгенівські промені, вивчають молекулярну

структуру речовин, які входять до складу клітин, розміри і просторове розміщення молекул і атомів. цим

методом була доведена структура молекули ДНК.

Метод ауторадіографіі або метод мічених атомів - в організм вводять ізотопи з α-, β-, γ-

випромінюванням, які включаються в певні структури клітин. Так відслідковують місце розташування та

перемішення їх в клітинах і тканинах. Цим методом досліджують біохімічні процеси як у клітині, так і в

окремих її частинах.

Метод полімеразної ланцюгової реакції дозволяє виявити наявність або відсутність певних

послідовностей ДНК

Еукаріоти. — організми, клітини яких мають ядро, оточене мембранною оболонкою. До еукаріотів

належать найпростіші, гриби, рослини і тварини. Центральний інформаційний апарат клітини – ядро.

Здебільшого об'єм ядра займає біля 10-50 % об'єму клітини. Ядро складається з декількох компонентів, що

виконують різні функції: каріоплазма, ядерна оболонка, ядерце, хроматин.

В інтерфазі генетичний матеріал знаходится у вигляді хроматинових ниток.

Переплітаючись всередині ядра, вони утворюють хроматинову сітку. Кількість їх

відповідає диплоїдному (2n) набору хромосом. Хроматинові нитки це комплекс

ДНК і білків у співвідношенні 1:1.

Молекули ДНК дуже довгі, вони упаковуються за допомогою гістонів у

спіраль значно меншої довжини. Загальна довжина молекули ДНК у хромосомі

людини (середнього розміру) досягає 4 см, а сумарна довжина цих молекул у диплоїдній

клітині близько 180 см.

При поділі ядра хроматин ущільнюється в короткі спіральні нитки, що

називаються хромосомами. Хромосоми несуть гени,

Властивості хроматину:

1) висока стабільність структури (сталість генотипу) від покоління до

покоління;

2) здатний зв'язувати гістонові та негістонові білки залежно від

активності геному;

3) може змінювати структуру

4) може існувати у вигляді еу- і гетерохроматину;

5) здатний формувати хромосоми при поділі клітини.

Функції хроматину:

1) збереження генетичної спадкової інформаuії;

2) перенесення спадкових характеристик від батьків до нащадків за

допомогою формування хромосом;

3) забезпечення росту клітин, підтримка їх будови та функцій шляхом

керування синтезом структурних білків;

4) контроль метаболізму шляхом регуляuії утворення необхідних ферментів;

5) формування ядерець, де утворюються рибосоми.

В залежності від ступеня конденсації (спіралізації), хроматин поділяють на гетерохроматин і

еухроматин

Гетерохроматин сильно ущільнений і генетично неактивний. Здебільшого до 90 % хроматину знаходиться

саме в такій формі. На електронно-мікроскопічних фотографіях він сильно забарвлений -темні ділянки ядра.

Еухроматин - малоконденсований, деспіралізований., тому під електронним мікроскопом він виявляється у

вигляді світлих ділянок ядра. Еухроматин генетично активний. Із цих ділянок хроматину зчитується інформація

й утворюється РНК. Еухроматину більше у клітинах з інтенсивним синтезом білків.

Статевий хроматин - генетично інактивована Х-хромосома, яка знаходиться в гетеропікнотичному стані і

міститься в ядрах клітин жіночої статі багатьох тварин і у людини називається тільце Барра.

Кожна молекула ДНК, що утворює хромосому, крім кодуючих послідовностей, повинна містити

центромеру, два теломери і точки початку реплікації. Центромера являє собою загальну, нерепліковану ділянку

ДНК. На ній розташовуються спеціальні білки, що утворюють кінетохори, до яких при розподілі генетичного

матеріалу прикріплюються нитки веретена.

Хромосоми - це ниткоподібні щільні тільця, видимі у світловий мікроскоп тільки

впродовж поділу клітини. Вони утворюються в результаті ущільнення і спіралізації

хроматину. Довжина хромосом залежить від кількості ДНК і білків, а також від ступеня

спиралізації хроматину. На різних ділянках однієї і тієї ж хромосоми спіралізація,

компактність їі основних елементів неоднакові, з цим пов'язана різна інтенсивність

2

забарвлення окремих ділянок хромосоми. Кінці плечей хромосом одержали назву теломерів, назву

запропонував Герман Джозеф Меллер у 1932р. А фермент, який їх формує - теломераза. Вони містять тисячі

повторюваних послідовностей. Це генетично неактивні спіралізовані ділянки, що перешкоджають з'єднанню

хромосом між собою або з їх фрагментами. Позбавлена теломери хромосома виявляється "липкою" і легко з'

єднується з такими ж ділянками інших хромосом. Теломери забезпечують її індивідуальність.

Деякі хромосоми мають вторинні перетяжки, що відокремлюють ділянки хромосом, названі супутниками.

Ці ділянки хромосом містять гени рРнк. Такі хромосоми в ядрах клітин людини можуть наближатися одна до

одної, вступають в асоціації, що сприяє формуванню ядерець. Ці ділянки називають ядерцевими

організаторами. У людини вторинні перетяжки є на кінцевих ділянках коротких плечей 13-15 і 21-22 пар ХС, а

також на довгому плечі 1,9,16-ї хромосом.

Х- і У-хромосоми називаються статевими хромосомами, або гетерохромосомами. Інші хромосоми з

даного набору, що є однаковими для обох статей, називаються аутосомами.

Чоловіки мають Х- і У -хромосоми і 22 пари аутосом. Жінки мають дві Х-хромосоми і 22 пари аутосом.

Статеві хромосоми розподіляються при мейозі так само, як і інші хромосоми. Таким чином, кожний

сперматозоїд одержує тільки одну статеву хромосому Х або Y. Оскільки чоловіча особина продукує 2 типи

гамет її називають гетерогаметна стать, а жіноча - один тип гамет тому називається гомогаметна стать. Стать

майбутньої дитини визначається під час запліднення яйцеклітини.

Життєвий цикл клітини

У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл.

Життєвий цикл - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного

поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.

Клітинний цикл - це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл

називають ще мітотичним.

Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій

стадії відбуваються найбільш активні метаболічні процеси. Періоди інтерфази:

- пресинтетичний період (G1) настає зразу за поділом. Відбуваються такі біохімічні процеси: синтез

макромолекулярних сполук, необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та

інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу.

Клітина інтенсивно росте. Набір генетичного матеріалу буде 2п2с.

- синтетичний період (S) характеризується подвоєнням ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації

створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль.

Вони розходяться в різні боки, утворюючи два полюси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с.

- післясинтетичний період (G2) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового

веретена, йде підготовка до мітозу. Генетичний матеріал складає 2n4с.

Існує два основних способи поділу соматичних клітин: мітоз і амітоз.

Амітоз - це також спосіб поділу соматичних клітин, але на відміну від мітозу, прямий поділ інтерфазного ядра

клітини відбувається шляхом перетяжки простою перетинкою. При амітозі розподіл спадкового матеріалу між

дочірніми клітинами може бути рівномірним або нерівномірним. Внаслідок цього утворюються або однакові, або

неоднакові за розміром клітини. Тому такі клітини спадково неповноцінні.

Мітоз - непрямий, або мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еукаріотичних

соматичних клітин і притаманний всім багатоклітинним організмам. При цьому відбувається точний

рівномірний розподіл спадкового матеріалу.

Мітоз поділяється на такі фази: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза, 4) телофаза

Загальна схема різних фаз мітозу.

Профаза характеризується тим, що

ядро збільшується в розмірах, і з хромати-

нової сітки, в результаті спіралізації і

вкорочення, хромосоми з довгих, тонких,

невидимих ниток наприкінці профази

стають короткими, товстими і розміщуються

у вигляді видимого клубка. Хромосоми

скорочуються, потовщуються і

складаються з двох половинок —

хроматид. Профаза завершується зникнен-

ням ядерця, центріолі розходяться до

полюсів з утворенням фігури веретена. З

білка тубуліну формуються мікротрубочки

- нитки веретена. Внаслідок розчинення

ядерної мембрани хромосоми розміщуються в цитоплазмі. До центромер прикріплюються нитки веретена з обох

полюсів.

Метафаза розпочинається рухом хромосом у напрямку до екватора. Поступово хромосоми (кожна

складається з двох хроматид) розміщуються у площині екватора, утворюють так звану метафазну пластинку. У

тваринних клітинах на полюсах навколо центріоль помітні зірчастоподібні фігури. У цій фазі можна підрахувати

число хромосом у клітині. Набір генетичного матеріалу становить 2n4с.

3

Метафазну пластинку використовують у цитогенетичних дослідженнях для визначення числа і форми

хромосом.

В анафазі сестринські хроматиди відходять одна від одної, розділяється з'єднуюча їх центромерна ділянка.

Всі центромери діляться одночасно. Кожна хроматида з окремою центромерою стає дочірньою хромосомою і по

нитках веретена починає рухатися до одного з полюсів. Набір генетичного матеріалу складає 2n2с.

Телофаза - заключна стадія мітозу. Зворотна відносно профази. Хромосоми, які досягли полюсів,

складаються з однієї нитки, стають тонкими, довгими і невидимими у світловий мікроскоп. Вони зазнають

деспіралізації, утворюють сітку інтерфазного ядра. Формується ядерна оболонка, з'являється ядерце. У цей час

зникає мітотичний апарат і відбувається цитокінез - розділення цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин.

Набір генетичного матеріалу складає 2n2с.

Частота мітозу в різних тканинах та в різних організмах різко відмінна. Наприклад, у червоному

кістковому мозку людини щосекунди відбувається 10 млн. мітозів. На даний час точно не відомо, які

фактори спонукають клітину до мітозу, але вважають, що в цьому суттєву роль відіграє співвідношення

об'ємів ядра і цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Збільшення об'єму клітини

пов'язане із синтезом білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та інших хімічних компонентів клітини. Тому настає

момент, коли поверхня ядра є недостатньою для забезпечення обміну речовин між ядром та цитоплазмою, необхідних

для подальшого росту. Поділ клітини значно збільшує поверхню як самої клітини, так і її ядра, не збільшуючи при

цьому їх об'єму; тому вважають, що фактор, який обмежує ядерно-цитоплазматичне співвідношення, якимось

чином спонукає клітину до мітотичного поділу. За рахунок мітозу всі функціонально застарілі клітини організму

замінюються новими. Цей поділ лежить в основі процесу регенерації – відновлення втрачених тканин.

Біологічне значення мітозу:

- точне відтворення клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між

виникаючими з неї двома дочірніми клітинами;

- підтриманні сталості числа і форми хромосом у клітинах.

Зміни в регуляції проліферації клітин можуть спричиняти механізми злоякісної трансформації. Суть змін

полягає в наступному:

1) клітини, які в нормі здатні реагувати тільки на дію факторів росту, починають їх самі секретувати;

2) клітини, які продукують фактори росту, але нечутливі до їх дії через відсутність специфічних

рецепторів, експресують дані рецептори;

3) у клітинах, навіть за відсутності дії на них факторів росту, конститутивно генеруються регуляторні

сигнали, що беруть участь у запуску процесів біосинтезу ДНК та мітозів.

Особливість ракових клітин:

- потребують набагато менше факторів росту, ніж звичайні клітини.

- здатні до поділу необмежено довго.

Показник мітотичної активності тканини або культури тканини - це число клітин, що діляться мітозом на

1000 вивчених клітин на гістологічному препараті. Різні тканини нашого організму мають різну мітотичну

активність. Порушення, які виникають у мітозі, призводять до утворення клітин з різними каріотипами. Такий

мітоз отримав назву патологічного.

З патологічними мітозами пов'язано виникнення багатьох захворювань. Порушення мітозу спостерігається

при раку, променевій хворобі, вірусних інфекціях. Хромосомні хвороби, викликані втратою або появою зайвих

хромосом, також виникають внаслідок неправильного розходження цих структур.

Клітини з аномальним числом хромосом переважають у людей літнього і старечого віку. Мутації в організмі

людини можуть відбуватися під впливом факторів зовнішнього середовища, зокрема внаслідок опромінення

радіацією чи дії деяких хімічних речовин. Мутації, які відбуваються в соматичних клітинах, називаються

соматичними. Для них є характерним те, що вони обмежені окремим організмом. Чим раніше в житті людини

відбулася соматична мутація, тим у більшій кількості соматичних клітин вона проявиться.

Коли зрілий організм зазнає дії агента, який викликає мутації в певному відсотку клітин, то клітини з

індукованими мутаціями будуть оточені немутан-тними клітинами тієї ж тканини; їх загальна дія буде

призводити до майже нормального фенотипного ефекту. Однак, коли цьому впливу підлягає зародок, то мутації

виникають у пропорційно меншій кількості клітин. Мутантні клітини зародка пізніше призведуть до дефектних

тканин чи органів. Хоча соматичні мутації не передаються наступним поколінням, проте здатні знижувати

репродуктивний потенціал організмів, в яких вони виникли, діючи, таким чином, на генофонд наступного

покоління.

Порушення, до яких призводить мутація в соматичних клітинах, залежать від того, чи зазнає поділу

клітина після виникнення мутації. Деякі високодиференційовані клітини людського організму (нервові клітини;

клітини, які вистилають внутрішню поверхню тонкої кишки) не діляться. У таких випадках важко виявити

мутацію, оскільки у них немає нащадків, серед яких можна виділити мутантів. У клітинах, що не діляться,

можуть відбуватися різноманітні мутації, в тому числі і точкові, які інактивують наявний алель чи змінюють

його тип, а також структурні перебудови. Однак клітини залишаються еуплоїдними чи майже еуплоідними і

порушення фенотипу повинно відбуватися майже винятково точковими мутаціями в гетерозиготному стані і

змінами положення генів. Клітини, які не діляться, ймовірно рідко гинуть відразу ж після виникнення мутації,

хоча вони можуть сильно порушувати функціонування клітин і призвести до їх передчасного старіння.

Незважаючи на те, що в соматичних клітинах, які діляться, виникають такі ж типи мутацій, як і в клітинах,

що не зазнають поділу, поділ ядра може призвести до різко вираженої анеуплоїдії. Порушення мітозу внаслідок

мутацій може призвести до ракових захворювань. Менделівське успадкування ракових захворювань людини

4

зустрічається зрідка, однак деякі пухлини, особливо доброякісні, можуть успадковуватись як менделівські. До

них належить нейрофіброматоз, різні синдроми з множинними пухлинами ендокринних залоз. При цьому часто

відбувається злоякісна трансформація.

Мейоз – процес поділу ядра клітини з утворенням чотирьох дочірніх ядер, кожне з яких містить

вдвічі менше хромосом, ніж вихідне ядро. Цей поділ має також назву редукційного: число хромосом у

клітині зменшується з диплоїдного (2n) до гаплоїдного (n).

Значення мейозу - забезпечує збереження в ряду поколінь постійного числа хромосом у видів зі статевим

розмноженням.

Мейоз відбувається тільки при утворенні гамет у рослин та тварин, а також спор у рослин, яким притаманне

чергування поколінь. У результаті мейозу утворюються гаплоїдні ядра, при злитті яких під час запліднення

відновлюється диплоїдне число хромосом.

Яйцеклітини нерухомі, кулястої або дещо видовженої форми. Вони містять всі типові клітинні органели,

але за будовою відрізняються від інших клітин, оскільки пристосовані для

реалізації розвитку цілого організму. Яйцеклітини значно більші, ніж

соматичні клітини. Внутрішньоклітинна структура цитоплазми специфічна

для кожного виду тварин, чим забезпечуються видові (а часто й

індивідуальні) особливості розвитку. В яйцеклітинах містяться речовини,

які необхідні для розвитку зародка. До них належить поживний матеріал

(жовток).

Сперматозоони (сперматозоїди) мають здатність рухатися, що

певною мірою забезпечує можливість зустрічі гамет. За зовнішньою

морфологією і малою кількістю цитоплазми сперматозоони дуже різняться

від інших клітин, але всі основні органели в них присутні.

Типовий сперматозоон має голівку, шийку і хвіст. На передньому кінці голівки розташована акросо-ма, яка

складається з видозміненого комплексу Гольджі. Основну масу голівки займає ядро. У шийці знаходиться

центріоля й утворена мітохондріями спіральна нитка.

Сперматозоїд

(а - схематичне зображення; б - мікрофотографія): 1 - акросома; 2 - голівка; З

- ядро; 4 - центросома; 5 - шийка; 6 - мітохондріальна спіраль; 7 осьова нитка; 8 -

центральне кільце; 9 - хвіст.

У сперматозоонів мала кількість цитоплазми (оскільки основна

функція цих клітин - транспортування спадкового матеріалу до

яйцеклітини).При дослідженні сперматозоонів під електронним мікроскопом

виявлено, що цитоплазма голівки має не колоїдний, а рідинно-кристалічний стан. Цим досягається стійкість

сперматозоонів до несприятливих умов зовнішнього середовища. Наприклад, вони менше пошкоджуються іонізуючим

випромінюванням, порівняно з незрілими статевими клітинами.

Таким чином, статеві клітини суттєво відрізняються від соматичних клітин:

1) у статевих клітинах гаплоїдний набір хромосом, у соматичних - диплоїдний;

2) у статевих клітинах ядерно-цитоплазматичне співвідношення різне: у сперматозоїдах воно високе, в

яйцеклітині - низьке;

3) форма і розміри статевих клітин інші, ніж у соматичних;

4) статеві клітини відрізняються низьким рівнем обмінних процесів;

5) для яйцеклітин характерна цитоплазматична сегрегація (закономірний перерозподіл цитоплазми після

запліднення).

Організми, які розмножуються статевим шляхом, утворюють статеві клітини, або гамети. Цьому передує

особливий спосіб поділу клітинного ядра їх попередників - мейоз. Мейоз вперше описано в 1888 р.

Мейоз складається з двох швидких у часі послідовних поділів клітин, причому подвоєння ДНК відбувається

тільки перед першим поділом. Один з них називається редукційним, або першим мейотичним поділом, при якому

число хромосом зменшується у два рази; інший - мітотичний (рівний), бо нагадує мітотичний поділ.

Профаза І. На відміну від мітозу, де кожна окрема хромосома поводить себе незалежно від інших і не впливає

на їх поведінку, в профазі І мейозу гомологічні хромосоми об'єднуються, формують парні утворення.

Лептонема, або стадія тонких ниток. Хромосоми стають помітними у вигляді тонких ниток, кількість їх

диплоїдна.

Зигонема - гомологічні хромосоми зближуються попарно, утворюють біваленти. Число їх вдвоє менше, ніж

вихідна кількість хромосом. Взаємне притягування хромосом отримало назву кон 'югація або синапсис. Кон'югація

відбувається дуже точно, хромосоми з'єднуються кінцями або по всій довжині.

Пахінема, або стадія товстих ниток.. Біваленти іноді називають тетрадами. На стадії пахінеми

відбувається кросинговер - обмін ідентичними ділянками між гомологічними хромосомами.

Диплонема, або стадія подвійних ниток. Хромосоми, які утворили біваленти, починають поступово

відштовхуватися одна від одної, залишаючись з'єднаними між собою в окремих ділянках (хіазмах). Кожна хромосома

складається з двох хроматид, а кожний бівалент утворює тетраду.

5

Діакінез - заключна стадія профази І. У діакінезі біваленти різко вкорочені, потовщені дочірні хроматиди

кожної хромосоми мало помітні. Хіазми поступово зміщаються на кінці хромосом. Завершується профаза І

зруйнуванням ядерної оболонки, формуванням ахроматинового веретена.

Метафаза І. Число бівалентів удвічі менше від диплоїдного набору хромосом. Біваленти значно коротші,

ніж хромосоми в метафазі соматичного мітозу, і розміщаються в екваторіальній площині. Центромери хромосом

з'єднуються з нитками фігури веретена. Можна підрахувати кількість хромосом.

Анафаза І. До протилежних полюсів веретена розходяться гомологічні хромосоми. Кожна з них складається

із двох дочірніх хроматид, з'єднаних своїми центромерами. Це відмінність від анафази мітозу.

Телофаза І. Розпочинається, коли анафазні хромосоми досягли полюсів клітини, на кожному з них

знаходиться гаплоїдне число хромосом. Утворюються дві дочірні клітини.

Інтерфаза між І і II поділом мейозу буває дуже короткою. На відміну від звичайної інтерфази тут відсутня

репродукція хромосом. Мейоз II відбувається за типом звичайного мітозу.

Профаза II. Ця стадія нетривала, хромосоми добре помітні.

Метафаза II. Чітко визначена подвійна структура хромосом і значний ступінь їх спіралізації.

Анафаза II. Відбувається розходження подвоєних центромер, внаслідок чого дочірні хроматиди рухаються до

різних полюсів.

Телофаза II. Завершується утворенням чотирьох клітин з гаплоїдним набором хромосом.

Механізми, які забезпечують генетичну мінливість:

1. Зменшення числа хромосом від диплоїдного до гаплоїдного супроводжується розходженням алелів.

Реципрокний обмін генами між хроматидами гомологічних хромосом може відбуватися у профазі І мейозу.

Таким чином утворюються нові групи зчеплення, і відповідно генетичні рекомбінації алелів.

2. Біваленти в екваторіальній площині веретена поділу в метафазі І і хромосоми в метафазі II розташовуються

довільно і випадково. Наступне їх розділення (сегрегація) в анафазах І і II відповідно створює нові комбінації алелів

у гаметах. Такий незалежний розподіл призводить до великої кількості різних хромосомних комбінацій, до

випадкового розподілу материнських і батьківських хромосом між дочірніми ядрами.

3. Утворення хіазм між гомологічними хромосомами у профазі І і наступний кросинговер зумовлюють нові

комбінації алелів у хромосомах статевих клітин.

Генетичне значення мейотичного поділу полягає в наступному:

1. У результаті мейозу кожна материнська клітина дає початок чотирьом гаплоїдним клітинам.

2. Підтримує видову сталість кількості хромосом і зумовлює постійність видів на Землі.

3. Мейоз забезпечує різнорідність гамет за генетичним складом. У профазі цьому сприяв кросинговер, у

метафазі - вільне перекомбінування хромосом. Тобто виникає рекомбінація батьківських наборів хромосом.

У результаті нормального процесу мейозу в людини утворюються гамети з гаплоїдним набором хромосом

(23 хромосоми). Коли обидві хромосоми однієї пари не розділяються і залишаються в одній і тій же зародковій клітині

(нерозходження), то остання містить 24, а інша тільки 22 хромосоми.

Близько 2 % всіх зигот містять зайву хромосому. Проте майже 96 % зигот з аутосомними трисоміями

спонтанно абортують, так що з всіх новонароджених лише у 0,3 % діагностується трисомія, з яких у 0,1 % -

аутосомна. Спонтанні аномалії мейозу зустрічаються у статевих клітинах, які розвиваються.

Причини, які можуть викликати порушення розходження хромосом у мейозі:

1) вплив іонізуючої радіації;

2) негативна дія на статеві залози рентгенівського випромінювання;

3) вплив хімічних мутагенів (солі азотистої кислоти, органічні сполуки ртуті тощо.)

4) перенесені під час вагітності вірусні інфекції (кор, вітряна віспа, епідемічний паротит, грип та ін.)

Приклад: P XX x XY ♂

G XX 0 X Y

F1 XXX XXY XO YO Надсамиця с-м Клайнфельтера с/м Шершевського не сумісне

-Тернера з життям

Серед аутосомних трисомій відомі Синдром Патау – трисомія за 13ю парою хромосом, а також синдром

Эдвардса – трисомія за 18ю парою. Досить часто у людини зустрічаються анеуплоіидії за статевими

хромосомами: моносомія Х (ХО) синдром Шерешевського — Тернера зустрічається менше, ніж трисомія X

та синдром Клайнфельтера (XXY, XXXY).

Ряд спадкових уроджених ознак нащадків корелює з фізіологічними особливостями матері, зокре-

ма, з її віком. Спостерігається кореляція між віком матері і частотою народження дітей з аномаліями.

Доведено невпинне зростання відсотка дітей з виродливостями із збільшенням віку матері від 30 до 49

років. У групі матерів віком від 45 до 49 років частота народження дітей з вадами розвитку в 3 рази більша, ніж у

матерів у віці 15-29 років. Встановлено, що частота уроджених вад серця, аномалій нервової системи, зокрема,

аненцефалія, гідроцефалія, "заяча губа" і "вовча паща" збільшується з віком матері.

Хромосоми людини

У 1956 р. Дж. Тийо, А. Леван встановили, що у людини 46 хромосом. Через 3 роки І. Лежен у 1959 р.

відкрив заяву 21-шу хромосому при хворобі Дауна, а П. Якобс і Й. Стренг у тому самому році відкрили заяву

Х-хромосому при синдромі Клайнфельтера і відсутність однієї із статевих Х-хромосом при синдромі

6

Шерешевського – Тернера. У 1969 р. Т. Каспрсон запропонував диференціальне фарбування хромосом, що дало

змогу розрізняти кожну хромосому і виявляти їх зміни (делеції, транслокації тощо).

Британські вчені склали генетичну карту людини 26 червня 2000 р вчені оголосили про те, що вперше в історії отримана повна карта структури ДНК людини. Фонд Wellcome Trust і

Інститут ім. Сэнджера в Кембриджі провели прес-конференцію, на якій оголосили, що

проект «геном людини» успішно завершився розшифровкою усіх генів. Це означає, що

на карту нанесено 97% даних геному людини, з яких 85% точні. У проекті брали участь 16 наукових центрів у всьому світі. «Складання карти геному людини порівнюють із

висадкою на Місяць. Wellcome Trust інвестував у проект 210 млн;.

Розшифровка генетичної інформації про людину може дати ключ до лікування багатьох генетичних хвороб, втім, є застереження про можливі моральні наслідки

здатності керувати елементами, контролюючими людський організм.

Сукупність хромосом клітини, яка характеризується їх числом,

розмірами і формою, називається каріотипом.

Ідіограма ― це систематизований каріотип, коли хромосоми

розташовуються в порядку зменшення їх довжини.

Правила хромосом.

Правило сталого числа ХС - соматичні клітини кожного виду мають постійну

кількість хромосом. Наприклад, у ядрах клітин аскариди кінської -2, у дрозофіли -

8, у людини - 46 хромосом.

Правило парності ХС - кожна хромосома в соматичних клітинах з диплоїдним

набором має таку ж гомологічну (однакову) хромосому, ідентичну за розмірами, формою,

але різною стосовно походження: одна - від батька, друга - від матері.

Правило індивідуальності хромосом - кожна пара хромосом відрізняється

від другої пари розмірами, формою, яка залежить від розташування

центромери, чергуванням світлих і темних смуг, які виявляються

при диференціальному забарвленні.

Правило неперервності ХС- перед поділом клітини

молекули ДНК подвоюються, внаслідок чого

утворюються дві молекули ДНК, з яких формуються дві

сестринські хроматиди. Після поділу в дочірні клітини

потрапляє по одній хроматиді. Таким чином забезпечується неперервність хромосом.

Загальний висновок:

Знання про шляхи утворення клітин (соматичних та статевих) дають можливість уявити на організмовому

рівні взаємозв’язок формування клітин в нормі та патології для розуміння механізмів виникнення природжених

вад розвитку, а також соматичних, онкологічних хвороб людини. Порушення, що виникають внаслідок мітозу та

мейозу мають велике біологічне значення в формувані патологічних станів та передумовою виникнення

онкологічних, спадкових хвороб у людини.

ТЕМА № 2.

Молекулярні основи спадковості. Реалізація спадкової інформації.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ: 1. Докази ролі ДНК в передаванні спадкової інформації

2. Реплікація ДНК. Самокорекція і репарація ДНК.

3. Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні; тРНК, рРНК.

4. Властивості генетичного коду.

5. Біосинтез білка в клітині.

Література:

1. Сабадишин Р.О., Бухальська С.Є. «Медична біологія» Підручник для студ. вищих навч. закладів І-ІІ рівнів

акредитації.-Вінниця:Нова книга,2008. - 368с.:іл.

2. Біологія: підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІI—ІV рівнів акредитації / Кол. авт.; за

ред. проф. В.П. Пішака та проф. Ю.І. Бажори. — Вінниця: Нова книга, 2004. — 656 с.; іл.

Література для поглибленого вивчення:

3. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. В 3-х томах. – М.: Мир, 2002

Актуальність теми: знання про основні матеріальні носії спадковості та мінливості - нуклеїнові кислоти, їх

структурно-фунціональну організацію та роль у зберіганні та перенесенні спадкової інформації є необхідними

для подальшого розуміння процесів реалізації спадкової інформації на всіх рівнях існування живого - від

молекулярного до організмового. Порушення цих процесів в подальшому може бути першопричиною

виникнення різноманітних патологічних станів у людини - онкологічних, спадкових, молекулярних хвороб,

імунодепресивних станів тощо.

1. Докази ролі ДНК в передаванні спадкової інформації

І. Одним із доказів ролі ДНК в передаванні спадкової інформації були досліди по трансформації

бактерій.

7

Ф.Гріфітс у 1928р. працював з 2 штамами бактерій – пневмококів:

1) S – штам (капсульний, вірулентний, викликає захворювання і смерть мишей);

2) R - штам (безкапсульний, авірулентний, не викликає хворобу мишей);

Введення вбитого кіп’ятінням вірулентного S – штаму не викликало загибелі тварин, а якщо змішували

живий R – штам з вбитим S – штаммом і вводили цю суміш піддослідним тваринам спостерігалася їх загибель.

При кип’ятінні нуклеїнові кислоти на відміну від білкових молекул не руйнуються і з цього можна зробити

висновок, що нова властивість (вірулентність) передана молекулами ДНК. Живі клітини Живі клітини Вбиті кіп’ятінням Вбиті клітини S-штама

S-штама R-штама клітини S-штама та живі клітини R-штама

Трансформація – це здатність одного штама бактерій вбудовувати в свою ДНК ділянки молекули ДНК

іншого штама і набувати при цьому властивості останнього.

ІІ. Другий доказ ролі ДНК у передачі спадкової інформації отримали Н.Циндер і Дж. Ледерберг у 1952 р і

описали явище трансдукції.

V –образну трубку заповнили рідким поживним середовищем і посередині встановили бактеріальний

фільтр. Зліва помістили триптофанНЕсинтезуючий штам (22А) бактерій мишиного тифу, а вправо –

триптофансинтезуючий штам (2А) бактерій дикого типу і бактеріофаг (вірус, який паразитує на бактеріях).

Через деякий час зліва з’явилися триптофансинтезуючі бактерії, хоча безпосереднього контакту між бактеріями

не було. Роль «переносника» цієї властивості виконали бактеріофаги. Розмножуючись в бактеріях штаму 2А

вони вбудовували в свою ДНК частини ДНК клітин хозяїна. Проходячи крізь бактеріальний фільтр та

проникаючи в бактерії штаму 22А воно передавали їм ділянку ДНК, відповідальну за синтез триптофану. Т.ч.

бактеріі набували властивість штама 2А.

Трансдукція – це здатність бактеріофагів переносити фрагменти ДНК від одного штама бактерій до

іншого і передавати при цьому відповідні властивості.

ІІІ.Досліди Х.Френкель-Конрата 1950 р. з вірусом тютюнової мозаїки (ВТМ) також були доказом, що

нуклеїнові кислоти, а не білки є носіями генетичної інформації. ВТМ складається з білкової оболонки і РНК. За

допомогою хімічних методів розділили вірус на білок і РНК. При введенні в листя рослин табака білкової

частини віруса захворювання не розвивалося, а при введенні РНК на листях з’являлася мозаїка.

Висновок: Так з відкриттям явищ трансформації, трансдукції і дослідами Френкель-Конрата була

доведена роль нуклеїнових кислот у передачі спадкової інформації.

2. Реплікація ДНК. Самокорекція і репарація ДНК.

Відбувається у S – періоді інтерфази. Кожен з 2-х материнських ланцюгів є матрицею для синтезу нового

ланцюга по принципу комплементарності. Для синтеза нової молекули потрібно, щоб ДНК була

деспіралізована і витягнута. Але одночасно розгорнути усю молекулу неможливо, тому реплікація починається

зразу в декількох місцях молекули ДНК. Ділянка молекули ДНК від крапки початку однієї реплікації, до крапки

початку іншої називається – реплікон. Він має крапку початку і крапку закінчення.

Місце де здійснюється реплікація називається – реплікативна вилка. Ситез нового ланцюга молекули ДНК

здійснює фермент ДНК–полімераза.

8

Будь-який синтез починається від 5′ кінця до 3′ кінця. Білок деспіралізуючий спіраль запобігає спіралізації

молекули ДНК. Фермент хеліказа надрізає ДНК і утворює реплікативну вилку, а топоізомераза збрасує

супервитки. Один кінець нового ланцюга синтезується безперервно – це лідируючий ланцюг, а інший

синтезується фрагментами – фрагменти Оказакі, які потім зшиваються ферментом – лігаза.

Таким чином, з однієї молекули ДНК утворюється дві і кожна з цих молекул містить у спіралі – один

старий і один новий ланцюг, тому синтез ДНК відбувається напівконсервативним методом.

Репарація ДНК— набір процесів, за допомогою яких клітина знаходить і виправляє пошкодження

молекул ДНК, які кодують її геном. Репарація генетичного матеріалу – це внутрішньоклітинний процес, який

забезпечує відновлення ураженої структури молекули ДНК.

У клітинах зовнішні фактори (ультрафіолетове випромінювання, радіація, хімічні речовини) можуть

викликати пошкодження ДНК. Багато з цих пошкоджень заподіює структурні пошкодження молекулі ДНК і

може впливати на транскрипцію генів клітини, або навіть повністю запобігати їй. Деякі пошкодження

викликають потенційно шкідливі мутації в геномі клітин, які впливають на виживання клітини або її дочірніх

клітин після мітозу. Тому, процеси репарації ДНК повинні бути постійно активними, так як вони мають швидко

відповідати на будь-які пошкодження структури ДНК. Клітини, що накопичили велику кількість пошкоджень

ДНК або не мають більше можливостей до репарації, можуть піти одним з трьох можливих шляхів: перейти до

незворотного статичного стану або клітинного старіння, піддатися апоптозу або альтруїстичному самогубству,

або продовжити ділитися і стати першою клітиною ракової пухлини.

Кожна з систем репарації включє наступні компоненти:

фермент ендонуклеаза «що упізнає» хімічно змінені ділянки у ланцюгу ДНК і розриває ланцюг поблизу

ураження;

екзонуклеаза - фермент, що видаляє уражену ділянку;

ДНК-полімераза - синтезує правильну ділянку ланцюга ДНК

Лігаза – фермент, що замикає останній зв’язок у полімерному ланцюзі та відновлює її безперервність.

Способи репарації.

Один з них темповий ферментативний. Фермент ендонуклеаза знаходить місце дефекту і розриває біля

нього ланцюг ДНК. Фермент екзонуклеаза розриває цю ділянку з іншого боку і усуває його. Утворений отвір в

одному ланцюзі подвійної спіралі за допомогою ферменту ДНК- полімерази заповнюється нуклеотидами. Потім

фермент лігаза «зшиває» утворений фрагмент і ДНК відновлюється. Якщо отвір дуже великий ферментна

система не в змозі зсунути цей дефект, тоді в дію вступає інший механізм репарації ДНК (постреплікаційна).

Під час реплікації молекула ДНК розділяється на одиночні ланцюги і на цих ланцюгах реплікація виникає

за допомогою ДНК- полімерази за рахунок вільних нуклеотидів. Проте нуклеотиду можуть бути не компле-

ментарними, а випадковими. Тоді виникає мутація, яка буде .передаватись наступними дочірніми клітинами під

час їхнього поділу. Чим більше невиправлених дефектів утворюється в клітині, тим менш життєздатною стає

клітина. Це прискорює її старіння і спричинює виникнення ряду хвороб репарації. У процесі репарації можуть

виникати помилки відновлення.

Репарації — могутнє джерело мутацій в організмі. Відомо близько 20 хвороб, зумовлених порушенням

репарації ДНК і багато молекулярних спадкових захворювань, зв'язаних з порушенням реплікації ДНК.

3. Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні; тРНК, рРНК.

Термін "ген" був введений В. Йогансеном у 1909 р. для позначення одиниці спадковості, що займає

особливе місце (локус) у хромосомі. У 1948 р. Дж. Бідл і Е. Тейтем запропонували гіпотезу "один ген - один

білок" і розглядали ген як одиницю спадкового матеріалу, що містить інформацію для утворення 1 білка.

Відповідно до сучасної концепції, гени - це ділянки ДНК, що мають унікальну послідовність нуклеотидів,

які кодують певні іРНК, тРНК або рРНК. За допомогою трьох різновидів РНК відбувається синтез білків, які

здійснюють метаболізм і зумовлюють розвиток ознак. Ген - це мінімальна кількість спадкового матеріалу, який

необхідний для синтезу певної РНК. Мінімальні за розміром гени складаються з кількох десятків нуклеотидів,

наприклад, гени тРНК. Гени великих макромолекул рРНК та іРНК містять кілька сот і навіть тисяч нуклеотидів.

Більша частина генів клітин знаходиться в репресованому (неактивному) стані. Приблизно 5-10 % генів

дерепресовані (активні) і можуть бути транскрибовані.

Організація генів еукаріотпів у хромосомах.

Кожна інтерфазна хромосома має одну молекулу ДНК, що містить велику кількість генів. Дослідження

показують, що організм людини має приблизно 35000-40000 генів, тобто в організмі використовується близько

1 % нуклеотидних послідовностей ДНК, тільки 1 % записаної інформації. Значна частина геному

використовується для здійснення процесів ембріонального розвитку, диференціювання, росту і надалі не

експресується. Інша частина надлишкової ДНК входить до складу інтронів. І ще більша частина ДНК подана

численними повторами послідовностей, що не мають змісту (сателітна ДНК). Т. ч., ДНК еукаріотів можна

розділити на два типи послідовностей нуклеотидів:

- неповторювані (унікальні) – саме вони кодують білки.

- повторювані послідовності.

За способами організації нуклеотидів у ДНК, її можна розділити на такі фрагменти: 1) структурні гени; 2)

регуляторні гени; 3) сателітна ДНК; 4) спейсерна ДНК; 5)кластери генів;6)повторювані гени.

За функціями розрізняють гени:

9

структурні функціональні несуть інформацію о білках-ферментах регулюють роботу структурних генів і гістонах, про послідовність нуклеотидів в

залежності від мех-ма і вида регуляції у різних видах РНК розрізняють:гени інгібітори–(пригнічують)

інтенсифікатори (прискорюють)

модифікатори (змінюють)

Сателітна ДНК містить велику кількість повторюваних груп нуклеотидів, що не мають змісту і не

транскрибуються. Поодинокі гени серед сателітної ДНК, проявляють регуляторну або посилювальну дію на

структурні гени. Кластери генів - це групи різних структурних генів у певній ділянці хромосоми, об'єднані

загальними функціями. Наприклад, кластери п'ятьох різних гістонів повторюються 10-20 разів. Між кластерами

знаходяться великі спейсерні ділянки, що не транскрибуються, їх роль до кінця не з'ясована.

Повторювані гени - один і той самий ген багаторазово повторюється (декілька сотень раз), не

відокремлюючись один від одного, вони створюють тандеми. Наприклад, гени рРНК.

Гени функціонують не весь час. Наприклад, гени які детермінують синтез пігмента меланіна, який

забарвлює волосся людини, у похилому віці «не працюють» і волосся сивіє.А гени відповідаючі за синтез

статевих гормонів починають функціонувати з момента статевої зрілості. Час дії гена – це період його

функціонування.

Властивості гена:

1. Специфічність – кожен ген володіє тільки йому властивим порядком розташування нуклеотидів і

детермінує синтез визначеного поліпептида, рРНК або тРНК.

2. Цілісність – при програмуванні синтезу поліпептида ген виступає, як неподільна одиниця, зміна якої

призведе до змін у молекулі поліпептида. Тобто ген, як функціональна одиниця неподільний.

3. Дискретність гена визначається наявністю в ньому субодиниць. В наш час мінімальною структурною

одиницею гена є пара комплементарних нуклеотидів, а мінімальна функціональна одиниця– кодон.

4. Гени відносно стабільні і змінюються (мутують) рідко.

5. Лабільність – здатність гена змінюватися (мутувати).

6. Плейотропія–коли 1 ген відповідає за проявлення декількох ознак.

Будова генів еукаріотів (на прикладі гена гемоглобіну). На початку гена є ділянки регуляції гена.

Спочатку розташована ділянка промотора, відповідальна за приєднання РНК-полімерази та наступної ініціації

транскрипції. Неспецифічні ділянки регуляції називають TATA-БОКС, що складається з багаторазово

повторюваного тиміну й аденіну. РНК-полімераза приєднується до цієї послідовності.

Комбінація нуклеотидів у промоторі специфічна і при порушенні рамки зчитування утворює "стоп"-

кодони і транскрипція припиняється. У ділянці промотора розташований оператор, який може приєднувати

фактори регуляції транскрипції. Далі розташована КЕП-послідовність ТТГЦТТАЦ, на якій ініціюється

транскрипція й утворюється 5'-початкова ділянка РНК (сайт-ініціації транскрипції). Згодом розташований

кодон ТАЦ (сайт-ініціації трансляції).

Між сайтом транскрипції і сайтом трансляції лежить проміжна ділянка ДНК, що складається з 50 пар основ і

називається лідерною послідовністю. Потім йде частина структурного гена, що складається з екзонів і

інтронів. Спочатку розташований екзон, що містить 90 пар основ, які кодують з першої по трицяту

амінокислоти гемоглобіну. Далі знаходиться інтрон, що складається із 130 пар основ, він не кодує

амінокислоти. За ним міститься екзон, що складається із 222 пар основ, що кодують амінокислоти з 31 по 104.

Далі розташований інтрон, що складається з 850 пар основ, за ним екзон, що містить 126 пар основ, які кодують

амінокислоти 105-146. Після цього - кодон-термінації трансляції ТАА. Потім трейлер і сайт

поліаденілування ААТААА, який необхідний для приєднання до РНК-транскрипту "хвоста" полі-А, який

складається приблизно з 200-300 аденілових залишків. Ця ділянка ДНК необхідна для припинення

транскрипції. Послідовність термінатора транскрипції починається відразу за полі-А ділянкою і складається

приблизно із 1000 нуклеотидів. Ця послідовність разом із полі-А зупиняє процес транскрипції.

4. Властивості генетичного коду.

Генетичний код – це система запису генетичної інформації у вигляді визначеної послідовності

нуклеотидів.

Властивості:

1. Триплетність – 1 амінокислоту кодують 3 нуклеотида.

2. Універсальність – однаковий кодон кодує одну і ту саму АК у всіх живих істот.

3. Виродженість – 1АК можуть кодувати декілька різних триплетів.

4. Колінеарність –порядку нуклеотидів у молекулі ДНК відповідає порядок амінокислот у білку.

5. Специфічність - кожен кодон кодує лише 1 амінокислоту

6. Дискретність – один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу 2х або більш кодонів

7. Безперервність – триплети неподільні

Генетична інформація реалізується за схемою:

ДНК транскрипція

іРНК трансляція

білок

Зворотня транскрипція

Такий шлях передачі генетичної інформаії Ф.Крик у 1958 р. назвав «Центральною догмою молекулярної

біології». Від цього залежить механізм розвитку багатьох спадкових молекулярних хвороб: порядок

розміщення кодонів у молекулі іРНК впливає на порядок амінокислот у поліпептиді. Заміна 1 кодону на інший

10

тягне за собою заміну амінокислоти у поліпептиді, що змінить будову і функції білка, до складу якого входить

цей поліпептид – такий механізм розвитку багатьох молекулярних хвороб.

Біосинтез білка.

Транскрипція – це процес

переписування інформації з ДНК на

іРНК(здійснюється в ядрі на одному з

ланцюгів ДНК по принципу комплементарності). іРНК виходить з ядра і проникає у рибосому де на ній

відбувається синтез поліпептидного ланцюга з АК.

Транскрипція здійснюється за допомогою фермента – ДНК залежна РНК полімераза в 3 етапи:

1. ініціація – фермент сам не може «впізнати» старт для цього є послідовність АТАТАТ

2. елонгація – нарощування іРНК;

3. термінація – відбувається в спец ділянках ДНК-термінаторах, які мають інвертировані повтори;

Трансляція – це синтез білка на рибосомі за допомогою інформації на іРНК. Інформація перекладається з

4х літерного алфавіту нуклеїнових кислот на 20-ти літерний алфавіт амінокислот.

тРНК підвозять амінокислоти до рибосоми. Молекули тРНК мають чотири важливі ділянки:

а) транспортну – до неї приєднується специфічна амінокислота;

б) антикодон - триплет вільних нуклеотидів, якій відповідає визначеній амінокислоті (т.я. АК кодуються

декількома триплетами, то тРНК більше 20ти, на сьогодні їх відомо 60);

в) ділянку приєднання фермента;

г) ділянку зв'язування з рибосомою.

Амінокислота прикріплюється до тРНК за допомогою фермента аміноацил тРНКсинтетази та АТФ.

Амінокислоти транспортуються у велику субодиницю рибосоми. тРНК антикодоном стикується з кодоном

іРНК, який розмістився на рибосомі і якщо зближені триплети виявляються комплементарними, то

амінокислота відокремлюється від тРНК і з’єднується з попередньою АК.

Т.ч. поліпептидна молекула збирається за інформацією на іРНК, відбувається в 3 етапи:

1. ініціація - зв’язок рибосоми з іРНК для цього на іРНК є ініціюючий кодон АУГ;

2. елонгація – включає всі процеси від утворення першого пептидного зв’язку до приєднання останньої

АК до молекули поліпептида;

3. термінація – обумовлена прусутністю термінуючих кодонів і рибосома відокремлюється від іРНК (цю

роль виконує рРНК).

Відокремлена молекула білка набуває у цитоплазмі вторинну, третинну або четвертинну структуру.

Для синтезу білка необхідно: 1) енергія АТФ;

2) відповідні ферменти;

11

3) інформація про структуру білка (у ДНК, а потім в і-РНК);

4) амінокислоти і відповідні їм т-РНК;

5) рибосоми.

Молекули білка синтезуються в клітині впродовж 1-2 сек. Синтез білків у клітині відбувається в інтерфазі

– період між її поділом

Таблиця генетичного коду

Загальний висновок: так з

відкриттям явищ трансформації,

трансдукції і дослідами Френкель-

Конрата була доведена роль

нуклеїнових кислот у передачі

спадкової інформації.

Процес біосинтезу білка не

вичерпується створенням первинної

структури білка. Далі відбувається

згортання ланцюгів в спіралі, їх

взаємодія і утворення вторинної,

третинної, інколи, четвертинної

структури.

Вельми важлива проблема

регуляції біосинтезу білка, що

визначає включення або виключення

синтезу тих або інших білків.

Теоретична і експериментальна розробка проблеми біосинтезу білків має не лише найважливіше

теоретичне, але і практичне значення, оскільки, відкриваючи перебіг цього процесу, вона намічає шляхи

лікування ряду захворювань, а також впливу на продуктивність багатьох сільськогосподарських рослин і

тварин. Зараз розробляються нові методи здобуття білків і амінокислот шляхом промислового

мікробіологічного синтезу.

ТЕМА № 3.

Закони спадковості. Взаємодія генів. Зчеплене успадкування.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ: 1. Закони спадковості, встановлені Г. Менделем, та цитологічне обґрунтування їх.

2. Взаємодія алельних генів (неповне домінування, кодомінування, наддомінування, множинний

алеломорфізм) та неалельних генів (компліментарність, епістаз, полімерія).

3. Резус-фактор. Резус-конфлікт.

4. Успадкування статі у людини.

5. Зчеплене успадкування. Механізм кросинговеру.

6. Генетичні карти хромосом. Методи картування хромосом людини.

7. Сучасний стан досліджень геному людини.

Література:

1. Сабадишин Р.О., Бухальська С.Є. «Медична біологія» Підручник для студ. вищих навч. закладів І-ІІ

рівнів акредитації.-Вінниця:Нова книга,2008.-368с.:Іл.

2. Біологія: підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІI—ІV рівнів акредитації / Кол. авт.;

за ред. проф. В.П. Пішака та проф. Ю.І. Бажори. — Вінниця: Нова книга, 2004. — 656 с.; іл.

Література для поглибленого вивчення:

3. Збірник завдань для підготовки до ліцензійного тестового екзамену з природничо-наукових дисциплін

«Крок-1. Загальна лікарська підготовка»Кол. авт.; За ред. проф. В.Ф.Москаленка, проф. О.П. Волосовця, проф.

І.Є.Булах, проф. О.П.Яворського, проф. О.В.Романенка.-К.: Медицина, 2004.-368 с.; С.-9-

4. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. В 3-х т. – М.: Мир, 2002

Актуальність теми.

Складність людини як біологічної істоти віддзеркалюється і на аналізі генетичних закономірностей:

успадкування і мінливості. У вивченні генетики людини неможливе довільне, штучне, експериментальне

схрещування, як з рослинними чи тваринними об'єктами. Крім того, велика генетична різноманітність людей,

обмежена кількістю нащадків у кожній сім'ї, велике число хромосом, груп зчеплення, пізнє настання статевої

зрілості, значна тривалість життя, неможливість тотожних умов існування, відсутність гомозиготних ліній

свідчить, що людина є складним об'єктом для генетичних досліджень. За таких умов у генетиці людини

розроблені й успішно використовуються методи вивчення генетики.

1. Закони спадковості, встановлені Г. Менделем, та цитологічне обґрунтування їх.

Геном – сукупність спадкового материалу організму, який локалізований в галоїдному наборі хромосом.

При статевому розмноженні в результаті запліднення об’єднуються геноми двох батьківських статевих клітин,

формуючи генотип нового організму. Генотип людини, як і інших організмів, сформувався еволюційно.

12

Загальна еволюція генотипу еукаріотів пов'язана з прогресивним збільшенням кількості ДНК, що призвело до

великого числа кодуючих ділянок ДНК. Всі гени взаємодіють і функціонують як єдине ціле. Розрізняють

взаємодію алельних і неалельних генів.

Фенотип це сукупність всіх ознак (зовнішніх і внутрішніх) і властивостей організму, це результат

реалізації генотипу за певних умов зовнішнього середовища. У фенотипі реалізуються не всі генетичні

можливості, а лише ті для яких умови були оптимальними.

Досліджував закономірності успадкування Г. Мендель. Він експериментально обґрунтував наявність

одиниць спадковості (спадкових задатків, спадкових факторів) і описав їх важливі властивості дискретність,

стабільність, специфічність алельного стану. Принципово нове, внесене Г. Менделем у вивчення успадкування,

це гібридологічний метод. Мендель дійшов висновку, що:

1) розвиток спадкових ознак залежить від передачі нащадкам спадкових факторів;

2) спадкові чинники, які контролюють розвиток окремої ознаки, парні: один - від батька, другий від

матері;

3) спадкові фактори передаються в ряду поколінь, не втрачаючи своєї індивідуальності, тобто

характеризуються сталістю;

4) в процесі утворення статевих клітин парні алельні гени потрапляють у різні гамети (закон чистоти

гамет); відновлення таких пар відбувається в результаті запліднення;

5) материнський і батьківський організми рівною мірою беруть участь у передачі своїх спадкових

факторів нащадкам. Нове покоління отримує не готові ознаки, а тільки матеріальні фактори.

Закон одноманітності гібридів першого покоління, або перший закон Менделя: при схрещуванні

гомозиготніх особін, які відрізняються за однією парою альтернатівних ознак у гібридів першого покоління

спостерігаеться одноманітність як за фенотипом так і за генотипом.

Якщо схрестити рослини гороху з жовтим і зеленим насінням, то у всіх отриманих у результаті цього

схрещування гібридів насіння буде жовтим. У гібрида першого покоління з кожної пари альтернативних ознак

розвивається тільки одна, а друга ознака ніби зникає, не виявляється.

Явище переважання у гібрида ознаки одного з батьків Г. Мендель назвав домінуванням. Ознака, що

виявляється у гібрида першого покоління і пригнічує розвиток іншої ознаки, була названа домінантною, а

протилежна, тобто пригнічувана, ознака — рецесивною. Якщо в генотипі організму (зиготи) два однакові

алельні гени — обидва домінантні або обидва рецесивні (АА або аа), такий організм називається гомозигот-

ним. Якщо ж з пари алельних генів один домінантний, а інший рецесивний (Аа), то такий організм називається

гетерозиготного.

Закон домінування — перший закон Менделя — називають також законом одноманітності гібридів

першого покоління, оскільки у всіх особин першого покоління проявляється одна ознака.

A – жовтий Р ♀ АА х аа ♂

а - зелений

G A A a a

F1 Aa Aa Aa Aa

ж ж ж ж

Закон розщеплювання, або другий закон Менделя: при схрещуванні гібридів першого покоління між

собою серед нащадків в другому поколінні спостерігається розщеплення за фенотипом 3:1 і за генотипом 1:2:1

Явище, при якому схрещування гетерозиготних особин приводить до утворення потомства, частина

якого несе домінантну ознаку, а частина — рецесивну, називається розщеплюванням.

А - жовтий Р ♀ Аа х Аа ♂

а - зелений

G A а А a

F1 AА Aa Aa аa

ж ж ж з

Отже, рецесивна ознака у гібридів першого покоління не зникла, а була тільки пригніченою і виявиться в

другому гібридному поколінні.

Гіпотеза чистоти гамет. Мендель припустив, що при утворенні гібридів спадкові чинники не

змішуються, а зберігаються в незмінному вигляді. У гібриді присутні обидва чинники — домінантний і

рецесивний, але у вигляді ознаки виявляється домінантний спадковий чинник, рецесивний же пригнічується.

Зв'язок між поколіннями при статевому розмноженні здійснюється через статеві клітини — гамети. Отже,

необхідно допустити, що кожна гамета несе тільки один чинник з пари. Тоді при заплідненні злиття двох гамет,

кожна з яких несе рецесивний спадковий чинник, приводитиме до утворення організму з рецесивною ознакою,

яка виявляється фенотипово. Злиття ж гамет, кожна з яких несе домінантний чинник, або ж двох гамет, одна з

яких містить домінантний, а інша рецесивний чинник, приводитиме до розвитку організму з домінантною

ознакою. Таким чином, поява в другому поколінні рецесивної ознаки одного з батьків може бути тільки за двох

умов:

1) якщо у гібридів спадкові чинники зберігаються в незмінному вигляді;

2) якщо статеві клітини містять тільки один спадковий чинник з алельної пари.

13

Розщеплювання потомства при схрещуванні гетерозиготних особин Мендель пояснив тим, що гамети

генетично чисті, тобто можуть нести тільки один ген з алельної пари. Гіпотезу (тепер її називають законом)

чистоти гамет можна сформулювати таким чином: при утворенні статевих клітин у кожну гамету потрапляє

тільки один ген із алельної пари.

Т. ч., при моногібридному схрещуванні цитологічна основа розщеплювання потомства — розбіжність

гомологічних хромосом і утворення гаплоїдних статевих клітин у мейозі.

Встановивши можливість передбачати результати схрещувань по одній парі альтернативних ознак,

Мендель перейшов до вивчення спадкоємства двох пар таких ознак. Схрещування між особинами, що

розрізняються по двох ознаках, називають дигібридними.

Закон незалежного комбінування, або третій закон Менделя: при схрещуванні рослин, які

відрізняються різними станами двох (дигібридне схрещування) або більшої кількості спадкових ознак у

гібридів другого покоління спостерігається незалежне успадкування та комбінування ознак і розщеплення

9:3:3:1.

Для дигібридного схрещування Мендель узяв гомозиготні рослини гороху, відмінні за двома генами —

забарвлення насіння (жовті, зелені) і форми насіння (гладкі, зморшкуваті). Домінантні ознаки — жовте

забарвлення (А) і гладка форма (В) насіння. Кожна рослина утворює один сорт гамет за алелями, що

вивчаються:

А - жовтий Р ♀ ААВВ х ааbb ♂

а - зелений

B – гладкий G АВ аb

b - зморшкуваний

F1 AaBb жовті зморшкуваті

Р2 ♀ АаВb х АаВb ♂

G АВ Аb аВ аb АВ Аb аВ аb

F2

♂

♀

A

B Ab aB ab

A

B

AABB

зел.гл

AABb

зел.гл

AaBB

зел.гл

AaBb

зел.гл

Ab

AABb

зел.гл

AAbb

зел. зм.

AaBb

зел.гл

Aabb

зел. зм.

aB

AaBB

зел.гл

AaBb

зел.гл

aaBB

жовт. гл

aaBb

жовт. гл

ab

AaBb

зел.гл

Aabb

зел. зм.

aaBb

жовт. гл

аabb

жовт.зм

9 – зелених гладких;

3 – зелених зморшкуватих;

3 – жовтих гладких;

1 –жовта зморшкувата

Всі гени в організмі людини взаємодіють і функціонують як єдине ціле. Розрізняють взаємодію алельних і

неалельних генів.

2. Взаємодія алельних генів та неалельних генів.

Взаємодія алельних генів.

Відомі такі форми взаємодії між алельними генами: повне домінування, неповне домінування,

кодомінування і наддомінування.

Неповне домінування - така форма взаємодії, коли у гетерозиготного

організму (Аа) домінантний ген (А) не повністю пригнічує рецесивний ген (а),

внаслідок чого проявляється проміжна між батьківськими ознака. У другому

поколінні розщеплення за генотипом і фенотипом співпадає і складає 1:2:1.

При кодомінуванні у гетерозиготних організмів кожний з алельних генів

проявляє себе у фенотипі. Класичним прикладом такого прояву є система

груп крові, зокрема система АВО, коли еритроцити людини несуть на

поверхні антигени, що контролюються обома алелями. Так, ген

JAвизначає утворення в еритроцитах антигену А, тоді як ген J

B зумовлює утворення антигену В. Люди

гетерозиготні за цими ге нами JAJ

B, містять в еритроцитах як антиген А, так і антиген В.

Розглянути таблицю можливих варіантів груп крові дітей у шлюбах людей з різними групами

крові. Врахуйте, що дитина не може мати антигенів, які відсутні у батьків.

14

Варіанти Групи крові

батьків

Дитина

може мати групу

крові батьків не може мати групи крові батьків

1 І х І І II, III, IV

2 І х II І , ІІ III, ІV

3 ІІ х ІІ І , ІІ III, IV

4 ІІІ хII І , III II, IV

5 III х І І , III II, IV

6 ІІ х III І, II, III, IV –

7 І х IV II, III І, IV

8 II хIV II, III, IV І

9 IIIхIV ІІ, ІІІ, IV І

10 IV х IV II, III, IV І

Наддомінування - коли домінантний ген у гетерозиготному стані виявляється сильніше, ніж у

гомозиготному. Так, у дрозофіли при генотипі АА - нормальна тривалість життя; Аа- подовжена тривалість

життя; аа-летальний наслідок.

У кожного організму є лише по два алельних гени. Разом з тим нерідко в природі кількість алелів може

бути більше двох, коли якийсь локус може перебувати в різних станах. У таких випадках говорять про

множинні алелі або множинний алеломорфізм. Множинні алелі позначаються однією літерою з різними

індексами, наприклад JA

JB

і0 при успадкуванні груп крові.

Алельні гени локалізуються в однакових ділянках гомологічних хромосом.

Типи взаємодії неалельних генів:

Комплементарність - тип взаємодії неалельних генів, коли один домінантний ген доповнює дію іншого

неалельного домінантного гена, і вони разом визначають нову ознаку, яка відсутня у батьків. Причому

відповідна ознака розвивається тільки в присутності обох неалельних генів.

У запашного горошку є ген (А), який обумовлює синтез безбарвного попередника пігменту —

пропігменту. Ген В визначає синтез ферменту, під дією якого з пропігменту утворюється пігмент. Квітки

запашного горошку з генотипом ааВВ і ААЬЬ мають білий колір: в першому випадку є фермент, але немає

пропігменту, в другому — є пропігмент, але немає ферменту, який переводить пропігмент у пігмент.

При схрещуванні двох рослин запашного горошку з білими квітками вийде пурпурне забарвлення квіток.

білий білий

Р1 ♀ Ааbb х ааВВ ♂

G Аb аВ

F1 AaBb пурпурне забарвлення квітки

Числові співвідношення при комплементарній взаємодії можуть бути як 9:3:4, 9:7; 9:6:1 (видозміна

менделівського розщеплення). Прикладом комплементарної взаємодії генів у людини може бути синтез

захисного білка інтерферону. Його утворення в організмі пов'язано з комплементарною взаємодією двох

неалельних генів, розташованих у різних хромосомах.

Епістаз - така взаємодія неалеьних генів, за якої один ген пригнічує дію іншого неалельного гена.

Пригнічення можуть викликати як домінантні, так і рецесивні гени (А>В, а>В, В>А, b>А), і залежно від цього

розрізняють епістаз домінантний і рецесивний. Пригнічуючий ген отримав назву інгібітора, або супресора.

Гени-інгібітори в основному не детермінують розвиток певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена.

Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного. При епістатичній взаємодії генів

розщеплення за фенотипом в F2, складає 13:3; 12:3:1 або 9:3:4 та ін.

Полімерія – взаємодія при якій ознака визначається декількома неалельними генами (полігенами). У

цьому випадку два або більше домінантних алелі однаковою мірою впливають на розвиток однієї і тієї ж

ознаки. Тому полімерні гени прийнято позначати однією літерою латинського алфавіту з цифровим індексом,

наприклад: А1А1 і a1а1, А2 А2 і а2а2; А3А3 і а3а3 і т. д. Вперше полімерію виявив шведський генетик Нільсоном –

Еле (1908 р.) при вивченні успадкування кольору у пшениці. Було встановлено, що ця ознака залежить від двох

полімерних генів, тому при схрещуванні домінантних і рецесивних гомозигот забарвленої(А1 А1 А2А2) з

безколірною (а1а1 а2а2) — у F1всі рослини дають забарвлене насіння, хоча вони помітно світліші, ніж

батьківські екземпляри, які мають червоне насіння. У F2 при схрещуванні особин першого покоління

виявляється розщеплення за фенотипом у співвідношенні 15 : 1, бо безколірними є лише рецесивні

дигомозиготи (a1al a2a2). У пігментованих екземплярів інтенсивність кольору дуже коливається залежно від

кількості отриманих ними домінантних алелів: максимальна в домінантних дигомозигот (A1A1 A2 A2 ) і

мінімальна в носіїв одного домінантних алелів (Al a1 а2а2 і а1а1 А2 а2).

3. Резус-фактор. Резус-конфлікт.

Важливою є Rh-резус-система груп крові. На відміну від АВО-системи, антитіла до антигенів містяться в

еритроцитах Rh-позитивних людей (Rh+), в крові Rh-негативних людей (Rh-) вони відсутні і з'являються при

повторних переливаннях Rh позитивної (Rh+) крові. Серед населення Європи 15 % людей резус-негативні (Rh) і

85 % -резус-позитивні (Rh+). Генетичними дослідженнями доведено, що ген який визначає утворення антигену,

15

повністю домінує над рецесивним алелем, який обумовлює відсутність антигену Rh+. Встановлено, що

утворення антигену Rh+ контролюється трьома парами зчеплених генів С, D і Е, а резус-негативні люди –

трійні рецесиви і мають генотип cсddee.

Групи крові Rh+ і Rh" системи резус визначаються генами, які розташовані в першій парі хромосом. Люди

за групою крові Rh+ можуть бути гомозиготними (DD) і гетерозиготними (Dd), a Rh- - тільки гомозиготними

(dd). Групи крові резус-системи успадковуються як менделюючі ознаки. Якщо батьки відрізняються за групами

крові Rh-системи, то у їх дітей виникає резус-конфлікт з розвитком гемолітичної хвороби. Це захворювання

зустрічається з частотою 1 випадок на 500 новонароджених. З кожною наступною вагітністю зростає ризик і

збільшується ймовірність гемолітичної хвороби новонароджених і її тяжкість. Симптоми і ознаки гемолітичної хвороби новонароджених:

- анемія, що причиняє блідість новонародженого (блідий вигляд);

- жовтяниця або жовті плями на шкірі новонародженого, склері чи слизовій оболонці. Це може бути

очевидним відразу після народження або після 24-48 годин після народження, що викликано підвищенням

рівня білірубіну;

- збільшення печінки та селезінки новонародженого;

- новонароджена дитина може мати серйозний набряк усього тіла;

- задишка або утруднене дихання.

4. Успадкування статі у людини. Успадкування зчеплених зі статтю захворювань людини.

Існує три основних типи визначення статі: до запліднення (прогамний), в момент запліднення (сингамний)

та після запліднення (епігамний).

У людини, як і в більшості хребетних, комах та деяких інших організмів стать визначається за сингамним

типом та зумовлена відмінностями в хромосомних наборах особин різної статі.

Диплоїдний набір хромосом кожного організму, що розмножується статево, містить аутосомні хромосоми

(ауто соми) та статеві хромосоми (гоносоми). У людини, наприклад, 2n = 46, наявні 44 аутосоми та 2 статеві

хромосоми. Останні й визначають стать дитини в момент запліднення.

При наявності в каріотипі двох Х-хромосом стать особини буде жіночою (гомогаметна стать); Х- та Y-

хромосоми — чоловічою (гетерогаметна стать). Відповідно, жіночий організм утворює яйцеклітини, що

несуть лише один тип статевих хромосом — Х. Сперматозоїдів же є два типи – з Х- та Y-хромосомами. Отже,

стать майбутньї дитини визначається тим, сперматозоїд якого типу зіллється з яйцеклітиною, а стать дитини

повністю залежить від батька.

Варіантом ХY-системи визначення статі є система Х0, притаманна прямокрилим, тарганам, цвіркунам та

деяким іншим комахам. У цій системі особини жіночої статі матимуть дві Х-хромосоми, а чоловічої — лише

одну.

Визначення статі за допомогою статевих хромосом може відбуватися також і за ZW-системою,

притаманною птахам, рептиліям, деяким ракоподібним та ін. У цій системі гетерогаметною статтю є жіноча, а

гомогаметною — чоловіча. Щоб відрізнити статеві хромосоми цієї системи від статевих хромосом системи ХY,

їх позначили як Z та W. Втім, що саме здійснює вирішальний вплив на детермінування статі — наявність двох

Z-хромосом у організму чоловічої статі чи W-хромосоми у жіночої, достовірно невідомо.

Прогамне визначення статі, як правило, відбувається внаслідок неоднакового розподілу поживних

речовин між яйцеклітинами. Потім з бідних на поживні речовини яйцеклітин розвиваються самці, а з багатих —

самки. Притаманний коловерткам і тлям.

Епігамне визначення статі – наприклад. є морський кільчастий черв Bonellia viridis, вільноплаваючі

личинки якого розвиваються у самок, а ті, що прикріплюються до хоботка дорослої самки та потрапляють під

вплив її гормонів — у самців. Або стать у крокодилів залежить від температури піску, в якому визрівають яйця.

Гени, що знаходяться в статевих хромосомах, називають зчепленими зі статтю. В Х - хромосомі є ділянка,

для якої в Y-хромосомі немає гомолога. Тому у представників чоловічої статі ознаки, що визначаються генами

цієї ділянки,виявляються навіть у тому випадку, якщо вони рецесивні. Ця особлива форма зчеплення дозволяє

пояснити успадкування ознак, зчеплених зі статтю,наприклад колірної сліпоти, гемофілії у людини.

16

Гемофілія - зчеплена зі статтю рецесивний ознака, при якій порушується згортання крові. Можливі

наступні генотипи і фенотипи:

ХН Х

Н – здорова жінка

ХНХ

h – жінка «носій»

ХhХ

h - хвора жінка

ХНY – здоровий чоловік

ХhY – хворий чоловік

Сини матерів «носіїв» з імовірністю 50% будуть страждати на гемофілію незважаючи на наявність у

батька нормального гена. Успадкування гемофілії можна побачити у родоводі нащадків англійської королеви

Вікторії.

Зчеплене успадкування.

Гени, які знаходяться в одній хромосомі спадкуються зчеплено і утворюють групу зчеплення. Кількість

груп зчеплення в організмів певного виду дорівнює кількості хромосом у гаплоїдному наборі (наприклад, у

дрозофіли 1 n=4, у людини 1n=23).

Експериментальні дослідження явища зчепленого успадкування провів видатний американський генетик Т. X.

Морган зі своїми співробітниками, їх результати обґрунтували у хромосомну теорію спадковості.

Явище зчепленого успадкування Т. X. Морган встановив у досліді: самців дрозофіли, гомозиготних за

домінантними алелями забарвлення тіла (сіре) та формою крил (нормальні), схрестили із самками,

гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (чорне тіло — недорозвинені крила). Генотипи цих

особин позначили відповідно ЕЕУУ та ееуу. Усі гібриди першого покоління мали сіре тіло і нормальні крила,

тобто були гетерозиготними за обома парами алелів (генотип – ЕеУу).

Потім гібридів схрестили з особинами, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (аналізуюче

схрещування).

Теоретично можна було очікувати два варіанти розщеплення. Якби гени, які зумовлюють забарвлення тіла та

форму крил, містилися в негомологічних хромосомах, тобто успадковувалися незалежно, розщеплення мало

бути таким: 25 % особин із сірим тілом і нормальними крилами, 25 % – із сірим тілом і недорозвиненими

крилами, ще 25 % – з чорним тілом і нормальними крилами та 25 % – з чорним тілом і недорозвиненими

крилами (тобто у співвідношенні — 1:1:1:1). Якщо б ці гени розміщувалися в одній хромосомі і

успадковувалися зчеплено, то було б отримано 50 % особин з сірим тілом і нормальними крилами та 50 % – з

чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто 1:1).

Насправді отримали 41,5 % особин мали сіре тіло і нормальні крила, 41,5 % – чорне тіло і недорозвинені

крила, 8,5 % – сіре тіло і недорозвинені крила і 8,5 % - чорне тіло і нормальні крила, тобто проявилися всі

чотири варіанти фенотипу (як у випадку незалежного успадкування)

На підставі цих даних Т. X. Морган припустив, що гени, які визначають забарвлення тіла і форму крил,

розташовані в одній хромосомі, але в процесі мейозу під час утворення гамет гомологічні хромосоми можуть

обмінюватися ділянками, тобто має місце кросинговер.

Цитологічна картина кросинговеру була вперше описана датським вченим Ф. Янсенсом. Кросинговер

проявляється тільки тоді, коли гени знаходяться в гетерозиготному стані (АВ/ав). Якщо гени в гомозиготному

стані (АВ/АВ або аb/аb), обмін ідентичними ділянками не дає нових комбінацій генів у гаметах і в поколінні.

Генетична карта - це відрізок прямої, на якій позначено порядок розташування генів і вказано відстань

між ними у відсотках кросинговеру. Вона будується на основі результатів аналізуючого схрещування.

Частота рекомбинаций визначається за формулою

де N – кількість рекомбінантів, Nо – загальна кількість нащадків.

Відрізок хромосоми, на якому здійснюється 1 % кросинговеру, дорівнює одній

морганіді (умовна міра відстані між генами). Частоту кросинговеру використовують для

того, щоб визначити взаємне розміщення генів і відстань між ними.

А. Стертевант склав першу карту розподілу генів в одній з

хромосом дрозофіли. Картування хромосом у людини проводиться

шляхом аналізу родоводів та генетичного аналізу гібридних соматичних

клітин.

Генетична карта для генів A, B, C,

рекомбінацій між якими склала A – B = 6 %, частоти

B – C = 14 %, A – C = 8 %

Положення хромосомної теорії спадковості:

1. Гени розміщаються у хромосомах лінійно; різні хромосоми містять неоднакову кількість генів; набір генів

кожної з негомологічних хромосом – унікальний.

2. Алельні гени займають ідентичні локуси гомологічних хромосом.

3. Гени, розташовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення, завдяки чому має місце зчеплення деяких

ознак, які разом (зчеплено) передаються нащадкам. Кількість груп зчеплення дорівнює гаплоїдному набору

хромосом. Зчеплення не абсолютне.

4. Під час мейозу, який відбувається тільки при утворенні гамет, диплоїдне число хромосом зменшується вдвічі

(гаплоїдне число). Це відповідає закону розщеплення, за яким генетичний матеріал обох батьків по-різному

комбінується в гаметах.

17

5. Між генами гомологічних батьківських і материнських груп зчеплення можуть відбуватися, завдяки

кросинговеру, реципрокній рекомбінації. Цьому відповідає утворення хіазм під час кон'югації гомологічних

хромосом у мейозі (генетичний кросинговер).

6. Сила зчеплення між генами обернено пропорційна відстані між ними. Чим ближче розташовані гени в одній

хромосомі, тим сильніше їх зчеплення, тим менше виникає рекомбінацій між ними, і навпаки. Відстань між

генами вимірюється у відсотках кросинговеру. Один відсоток кросинговеру відповідає одній морганіді.

7. Кожний біологічний вид характеризується специфічним набором хромосом – каріотипом. Загальний висновок: важливо розуміти, що спадковість і середовище є етіологічними факторами, або

відіграють певну роль в патогенезі будь-якого захворювання. Ряд ознак (нормальних і патологічних) у людини

належить до менделюючих, зокрема, наявність щілини між різцями, форма зубів, прикус, темна емаль зубів.

Вони контролюються одним геном і успадковуються за законами Г. Менделя (моногенне успадкування).

Клінічно менделюючі ознаки в людини проявляються у формі моногенних спадкових хвороб. Групи крові

системи АВО, резус-фактор успадковуються за типом множинних алелей, ІV група крові – за типом

кодомінування. Знання явищ зчепленого успадкування допомагає прогнозувати ймовірність генотипу і

фенотипу людей, що володіють геном зчепленої ознаки чи генами зчеплених ознак.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ 1

Тема 1. Структурно-функціональна організація клітини.

Розмноження на клітинному рівні. Актуальність теми. Рівні організації живої мають фундаментальне значення для

медицини. Для опанування знаннями про клітинний рівень організації живого важливе місце

займає обізнаність про оптичні системи в біологічних дослідженнях, будови світлового

18

мікроскопу та правилами роботи з ним. Знання хімічного складу, будови і функції

цитоплазми та органел клітини, про шляхи утворення клітин є передумовою розуміння

структурно-функціональної організації еукаріотичної клітини та дає можливість зрозуміти

механізми виникнення природжених вад розвитку та оцінювати інформацію про будову та

функції клітин у нормі та патології. Порушення, що виникають під час життєвого циклу

(мітозу та мейозу) мають фундаментальне біологічне значення в формувані патологічних

станів.

Навички роботи з мікроскопом та оволодіння технікою виготовлення тимчасових

мікропрепаратів, вміння описати їх стануть у нагоді на анатомії, мікробіології, фізіології.

Мета:

знати:

- Загальний план будови клітини.

- Будову та правила експлуатації світлового мікроскопу.

- Ультраструктурну організацію клітини і функціональне значення її органел

- Морфологічні особливості хромосом.

- Типи поділу клітин

вміти:

- Користуватися світловим мікроскопом.

- Готувати тимчасовий мікропрепарат.

- Відрізняти під час мікроскопічного дослідження основні структурні компоненти клітини.

- Розрізняти хромосоми за розмірами та розміщенням центромери.

- Аналізувати етапи клітинного циклу; фази мітозу і мейозу.

- Порівнювати мітотичний і мейотичний поділи клітини.

Опанування практичних навичок. Навчитися розрізняти під світловим мікроскопом органели клітин, хромосоми під час поділу

клітини та стадії поділу. Навчитися будувати каріограму.

Питання вхідного контролю.

1. Які правила роботи зі світловим мікроскопом?

2. Які положення належать до сучасної клітинної теорії?

3. Чим відрізняються неклітинні форми життя від клітинних?

4. Чим відрізняється структура про- та еукаріотичних клітин?

5. За якими параметрами хромосоми зараховують до однієї гомологічної пари?

6. На які групи подiляють хромосоми зaлежно від розміщення центромери?

7. Дайте характеристикужиттєвому циклу клітини.

8. Охарактеризуйте мітоз, як поділ соматичних клітин.

9. Пояснити сутність і біологічне значення мейозу, кросинговеру.

ЛІТЕРАТУРА

Навчальна

1. Біологія: підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІI—ІV рівнів

акредитації / Кол. авт.; за ред. проф. В.П. Пішака та проф. Ю.І. Бажори. — Вінниця: Нова

книга, 2017. стор.18-32, 127-149

2. Практикум з медичної біології: Навч. посіб. для мед. ВНЗ І-ІІІ р.а. – 3-тє вид., перероб. і

доп. Затверджено МОЗ / Н.О. Саляк. - К. : ВСВ «Медицина» , 2017. – 296 с.

Додаткова: Медична біологія: посібник з практичних занять / О.В. Романенко, М.Г. Кравчук та ін. — К.:

Здоров’я, 2005. стор.7-24, 49-59, 73-83

Хід роботи. Завдання 1. На мал. 1 зображено світловий мікроскоп. Розгляньте його.

Назвіть основні системи. У табл. 1 впишіть назви конструктивних

деталей мікроскопа, що належать до цих систем. Перш ніж розпочинати

роботу зі світловим мікроскопом, потрібно запам’ятати правила:

Коли переносять мікроскоп з одного місця на інше, його беруть однією

рукою (правою, якщо ви правша) за тубусотримач, а другою (лівою)

підтримують знизу за основу штатива;

19

Перед роботою потрібно оглянути дзеркало, лінзи об’єктивів та окуляра

щодо наявності бруду і в разі необхідності протерти м’якою чистою

серветкою;

Треба забезпечити найкраще освітлення поля зору: для цього, дивлячись в

окуляр одним оком, треба повернути дзеркало в напрямку світла – поле

повинно освітитися рівномірно;

Мікропрепарат слід помістити на предметний столик и закріпити клемами;

Спочатку препарат вивчають при малому і середньому збільшенні, а потім

при великому. Щоб перейти на інше збільшення обертають револьверний

диск.

Мал.1. Мікроскоп

1 - окуляр,

2 - тубус,

3 - тубусотримач,

4 - макрогвинт,

5 - мікрогвинт,

6 - основа,

7 -дзеркало,

8 - конденсор,

9 - предметний столик,

10 – об’єктив,

11 – револьвер.

Найчіткішого зображення при великому збільшенні досягають за

допомогою мікрометричного гвинта (5) і ні в якому разі не торкаються

макрогвинта, щоб не пошкодити мікропрепарат! Табл.1 Будова світлового мікроскопа.

ОСНОВНІ СИСТЕМИ

МІКРОСКОПА

КОНСТРУКТИВНІ ДЕТАЛІ

Механічна

Освітлювальна

Оптична

Завдання 2. Розглянути, вивчити при малому та великому збільшенні

постійні мікропрепарати клітин крові жаби та людини, замалювати

еритроцити та позначити цитоплазму, ядро. Порівняти й відмітити

різницю.

20

Мал. 2. Клітини крові жаби (зліва) та людини (праворуч).

Завдання 3. На мал. 3 зображено різні типи хромосом. Вивчіть їхню будову,

зверніть увагу на різну довжину плечей, розташування центромер у

метацентричних, субметацентричних й акроцентричних хромосомах.

Зробіть позначення.

д

г

б

а а

в

Метацентрична субметацентрична

акроцентрична

хромосома хромосома хромосома

Мал. 3. Будова і типи хромосом (стадія метафази):

а – _________________; б – ___________________; в – _________________;

г – ___________________________; д – ________________________.

Завдання 4. Ознайомтеся з Денверською системою класифікації хромосом

людини. Рішеннями конференцій в Денвері США (Denver conference, 1960), у Лондоні

(London conference, 1966) запропоновано 22 пари аутосом розміщувати від 1 до 22-ї

згідно зменшення їх довжини, пара статевих хромосом позначена символами Х і У.

Аутосоми (22 пари) розділені на 7 груп, позначені літерами від А до G. Кожна група

має особливості:

Група А містить 3 пари довгих хромосом (1-3). Хромосоми 1,3 є метацентрікамі,

хромосома 2 - субметацентрічна;

21

Група В містить дві пари хромосом (4-5). Вони коротше хромосом з групи А і є

субметацентрікамі;

Група С містить 6 пар аутосом (6-12), всі хромосоми з субмедіальним розташуванням

центромери, середніх розмірів, їх важко індивідуалізувати. До цієї групи за розміром

відноситься Х-хромосома, яка відрізняється тим, що закінчує синтез ДНК пізніше

інших;

Група D містить 3 пари хромосом (13-15). Хромосоми середніх розмірів мають майже

термінальне розташування центромери - акроцентрікі. Всі вони мають супутники,

морфологічно схожі;

Група Е складається з 3 пар коротких хромосом (16-18). Хромосоми 16-ї пари є

метацентрікамі. Хромосоми 17-й і 18-ї пари, схожі між собою і є субметацентрікамі;

Група F має 2 пари коротких метацентрічних хромосом (19-20), які не відрізняються

одна від одної;

Група G складається з 2-х пар хромосом (21-22). Це дуже короткі акроцентричні

хромосоми із супутниками. До них примикають У-хромосома, яка дещо довша і має

на довгому плечі вторинну перетяжку

Завдання 5. Розгляньте мікрофотографію хромосом людини та визначте

тип хромосом позначених цифрами, зробіть підписи до малюнка.

1 – _________________________________________________________________

2 – _________________________________________________________________

3 – _________________________________________________________________

4 – _________________________________________________________________

5 – _________________________________________________________________

22

Завдання 4. Роздивитися малюнок «Стадії мітозу» та зробити підписи фаз

мітозу, позначити хромосоми, ядерну оболонку, центріолі, веретено поділу

та інші структури та процеси позначені цифрами на малюнку.

Мал. 3. Стадії мітоза у тваринній клітині

А- _____________________Б-_________________В-_____________________

Г-_______________________________ Д- ______________________________

1-________________________________2-______________________________

3-________________________________4- ______________________________

5-________________________________6_______________________________

7________________________________ 8-______________________________

9-_______________________________10-______________________________

11-______________________________12-______________________________

Зазначте біологічне значення мітозу:________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

23

Завдання 5. Роздивитися схему мейозу та позначити мейоз І, мейоз ІІ,

фази мейозу,ядерну оболонку, гомологічні хромосоми, кон’югацію,

кросинговер, центріолі, нитки веретена поділу

а-

_________________________________б-_____________________________ 1-

________________________2-____________________3-_________________

4-________________________5-____________________6-_________________

7-________________________8-____________________9-_________________

10-_______________________11-___________________12-________________

Зазначте біологічне значення мейозу:________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Тестовий контроль кінцевого рівня знань студентів.

24

1. Яку функцію виконує мікрогвинт світлового мікроскопа:

а) точне фокусування зображення об' єкта;

б) зменшення освітлення поля зору;

в) збільшення освітлення поля зору;

г) орієнтовне фокусування зображення об'єкта?

2. Експериментально порушили деспіралізацію молекули ДНК. Які процеси не будуть

відбуватись в клітині в першу чергу?

а) транскрипція

б) анафаза мітозу

в) анафаза мейозу

г) трансляція

д) синтез ліпідів

3. На якому етапі життєвого циклу клітини відбувається максимальна спіралізація

хромосом?

а)анафаза б) інтерфаза в) метафаза г) телофаза д) профаза

4. Який поділ клітини призводить до утворення диплоїдного набору хромосом?

а) мітоз б) мейоз в) амітоз г) шизогонія д) ендомітоз

5. При мейозі у профазі 1 відбудеться перехрест хромосом (кросинговер), що призводить

до перекомбінації генетичного матеріалу. На якій стадії профази і відбувається

кросинговер?

а) лептонема б) діакінез в) пахінема г) диплонема д) зигонема

6. При поділу клітини досліднику вдалося спостерігати, фазу при якій була відсутня

мембрана, ядра та ядерця, центриолі знаходились на полюсах клітини. Хромосоми

мали вигляд клубка ниток, які вільно розташовані у цитоплазмі. Для якої фази це

характерно?

а) профази б) метафази в) анафази г) інтерфази д) телофази

7. В який період клітинного циклу відбувається збільшення кількості РНК та білка?

а) транскрипції

б) синтетичний

в) цитокинезу

г) пресинтетичний

д) постсинтетичний

8. На клітини під час мітозу подіяли колхіцином – речовиною, яка блокує скорочення

ниток веретена поділу. На якій фазі мітозу буде зупинений мітоз?

а) метафаза б) інтерфаза в) профаза г) телофаза д) анафаза

9. Вкажіть, які органоїди клітин мають двомембранну будову? а) мітохондрії, апарат Гольджі.

б) ендоплазматична сітка, пластиди.

в) мітохондрії, пластиди.

г) апарат Гольджі, рибосоми.

д) клітинний центр, рибосоми

10. Періоди інтерфази:

а) мітоз

б) синтетичний

в) пресинтетичний

г) постсинтетичний

д) вірно Б+В+Г. 11. Обов'язковою структурною одиницею будь-якої еукаріотичної клітини є:

а) ядро; б) лізосоми; в) цитоплазма; г) пластиди; д) джгутики. 12. Не мають мембранної будови:

а) мітохондрії та пластиди; б) клітинний центр та рибосоми; в) ендоплазматичний ретикулум та комплекс Гольджі; г) лізосоми та пероксисоми.

13. Функції гранулярного ендоплазматичного ретикулуму:

25

а) транспортування білків; б) синтез АТФ; в) синтез білків; г) участь в утворенні органоїдів; д) поділ цитоплазми на різні функціональні ділянки

14. До аутосом належать:

а) У-хромосома людини

б) Х-хромосома людини

в) перша пара хромосом

г) шоста пара хромосом

д) будь-яка хромосома

15. Які хромосоми називають гетерохромосомами? а) спіралізовані

б) деспіралізовані

в) негомологічні

г) гомологічні

д) статеві

Домашне завдання : Сабадишин Р.О., Бухальська С.Є. Медична біологія. Підр. для студ.

вищих медич. навч.закладів І-ІІ рівнів акредитації.-Вінниця:Нова Книга, 2008р.-368с.:

іл.cтор. 6-55

Підготуватися до практичного заняття №2 за темою «Розв’язування ситуаційних

задач з молекулярної біології.»:

1. Вивчити конспект лекції;

2. Сабадишин Р.О.,Бухальська С.Є. Медична біологія. Підручник для студентів вищих

медичних навчальних закладів І-ІІ рівнів акредитації. - Вінниця: Нова Книга, 2008.-

368с.:Іл. Стор.63-75; 80-85 ;

3. Виконати завдання для до аудиторної самостійної підготовки.

- Повторити будову нуклеїнових кислот (заповнити таблицю).

- Замалювати схему біосинтезу білка (підписати структури, які приймають участь в

цьому процесі)

Висновок до практичного

заняття:_____________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

26