Цитологические основы наследственности

ЛЕКЦИЯ № 1

                  

     Генетика – наука о наследственности и изменчивости.

Наследственность — это свойство живого организма передавать свои признаки потомкам. Сходство предков и их потомков может сохраняться в течение многих веков. 

Другим универсальным свойством живых организмов является изменчивость, то есть способность особей одного вида отличатся друг от друга по целому ряду признаков.

 

                              ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

 

Основатель: чешский исследователь Иоганн Грегор Мендель. В 1866 году Г.Мендель опубликовал результаты экспериментов на горохе, в которых показал,что наследственность передается через половые клетки в виде дискретных факторов от одного поколения к другому, не смешиваясь и не растворяясь.

                            

                                                    Г. МЕНДЕЛЬ

 

 

Огромную роль в развитие теории наследственности внёс американский учёный Т.Морган. Он явился основоположником хромосомной теории наследственности.

 

 

                                           Т. МОРГАН

 

Эти законы были переоткрыты в 1900 г тремя ботаниками независимо друг от друга (Г.де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии, Э.Фон Чермак в Австрии). Этот год и считается годом рождения генетики как науки.

С начала 20 века начинается активное изучение признаков человека, передающихся потомкам соответственно законам Менделя.

 В 1900 году К. Ландштейнер разделил кровь человека на 4 группы. Таким образом впервые был изучен один из наиболее ярких наследственно обусловленных признаков.

Первое десятилетие 20 века ознаменовалось также обнаружением наследования нарушений обмена веществ. Английский врач Гэррод сделал вывод, что отклонения обмена веществ, наследуются соответственно законам Менделя.

 Фактически Гэрродом было создано новое научное направление — биохимическая генетика человека. В настоящее время выделено более 800 форм наследственных дефектов обмена, разработаны методы их диагностики, а для некоторых из этих заболеваний — эффективные методы их лечения.

В начале 20 века было установлено,что хромосомы являются носителями наследственной информации. Это открытие легло в основу ещё одного научного направления - цитогенетики, то есть изучения хромосом.

 Однако развитие этого направления в генетике человека берёт начало только с 1956 года, когда было установлено, что число хромосом у человека равно 46. Вскоре после этого в 1959 году французский невропатолог Лежен описал их специфическое изменение у больных с синдромом Дауна.

В настоящее время обнаружено около 1000 вариантов патологических хромосом у человека, более 100 хромосомных синдромов доступны для клинической диагностики. В расчёте на 1000 новорожденных эти заболевания встречаются у 7-8 детей. Разработаны новые, высокоинформативные методы исследования хромосом, позволяющие выявить ранее недоступные для анализа аномалии.

В начале 20 века английским математиком Харди и немецким врачом Вайнбергом было сделано ещё одно основополагающее открытие в генетике. Они доказали теорему, которая объясняет сохранение частоты отдельных генов при их наследовании в ряду поколений в одной популяции.

В 1953 году Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что ознаменовало собой рождение новой науки — молекулярной биологии. Важнейшей задачей этого раздела генетики является исследование генома человека.

Разработки методов исследования ДНК быстро нашли применение в решении практических задач. Они дали возможность проводить диагностику наследственных заболеваний, в том числе и у плода во время беременности, выявлять носителей аномальных генов.

Огромное значение имеет ДНК- диагностика опухолей и болезней с наследственной предрасположенностью.

В последнее десятилетие 20 века началась разработка методов генотерапии, то есть лечения с помощью генов и продуктов их работы. Проводятся клинические испытания этого способа терапии для широкого спектра заболеваний, в первую очередь опухолевых и СПИДА.

 

                                       Н.И.ВАВИЛОВ

                                         

 

 

В нашей стране о зарождении генетики как науки впервые сообщил в 1912 году в актовой лекции Н.И.Вавилов — великий биолог-генетик, создавший учение о генетических основах селекции и сформулировавший закон гомологичных рядов.

Основоположником клинической генетики в России признан выдающийся врач -невропатолог С.Н.Давиденков, который изучал наследственные болезни нервной системы, причины их клинического полиморфизма, разрабатывал основы медико-генетического консультирования.

В 1930 году в г. Москве был организован Медико-биологический институт, директором которого стал С.Г.Левит. Там проводились исследования близнецов, изучались болезни с наследственной предрасположенностью.

Однако в 30-е годы генетика человека была провозглашена наукой, противоречащей коммунистической идеологии. Многие генетики были арестованы и погибли в заключении. Так не стало Н.И.Вавилова и С.Г.Левита.

Возрождение генетики в СССР началось с 60-х годов. В 1969 году воссоздан Институт медицинской генетики, которым руководил академик Н.П.Бочков. Позже, в 1990 году,институт был преобразован в Медико-генетический центр РАМН.

Большой вклад в развитие медицинской и клинической генетики в России внесли также выдающиеся генетики, как А.Ф.Захаров, Е.Ф.Давиденкова, А.А.Прокофьева-Бельговская, В.И.Иванов, Л.О.Бадалян, Г.Р.Мутовин и др.

 

Медицинская генетика изучает роль наследственности в возникновении патологии, закономерность передачи по наследству, разрабатывает методы диагностики, лечения, профилактики.

 

Основные положения медицинской генетики:

1. Наследственные болезни – часть общей наследственной изменчивости. Нет резкой границы между наследственной изменчивостью,ведущей к вариациям нормальных признаков,и изменчивостью, ведущей к наследственным болезням. В одних и тех же генах могут возникать и нейтральные, и патологические мутации.

2. В развитии болезни участвуют наследственность и окружающая среда.

3. Наследственная отягощенность состоит из двух компонентов:

- накопление мутации в процессе эволюции

- вновь образовавшиеся

4. Возникновение экогенетических болезней

5. Прогресс медицины и общества приводит к увеличению продолжительности жизни больных с наследственными болезнями, восстановлению у них репродуктивной функции и, следовательно к увеличению их числа в популяциях. Больной или носитель патологического задатка является полноправным членом общества и имеет равные права со здоровым человеком.

 

Профилактика наследственных болезней:

 

- медико – генетическое консультирование

- перинатальная диагностика

- массовая диагностика у новорожденных

диспансеризация больных и членов их семей

-

-

 

                                     СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

 

 

Клетка была открыта английским ученым Робертом Гуком (1665г.). Он сконструировал микроскоп и рассмотрел тонкий срез пробки.

Клетки бывают: соматические (клетки тела) и генеративные (половые или гаметы); ядерные - эукариоты (генетический материал содержится в ядре) и безъядерные — прокариоты (генетический материал представлен в виде молекул ДНК)

                                                        Строение клетки: 

 

Клеточная мембрана: состоит из двойного слоя липидных молекул между двумя слоями белка.

  Функции:

 сохранение формы клетки

 защита от повреждений

 активный и пассивный перенос различных веществ внутрь и наружу.

      

  Цитоплазма: коллоидный раствор, состоящий из воды (85%), белка (10%) и других органических веществ (5%), составляет основную массу клетки. По своей структуре цитоплазма неоднородна, представляет собой сложно организованную систему, в ней имеются органоиды.

 

 В цитоплазме расположены пластинчатые структуры или мембраны, которые образуют сложную систему плоских разветвлённых каналов. Их называют эндоплазматической сетью или ретикулумом (э.р.).

 По каналам э.р. вещества от наружной мембраны клетки поступают к цитоплазме, органоидам и ядру.

 

Митохондрии: сферические или палочкообразные образования сложной структуры, состоят из ДНК, РНК и ферментативных систем. В них происходят окислительно-восстановительные процессы за счёт которых вырабатывается энергия, которая накапливается в виде молекул АТФ. Клеточное дыхание(использование клеткой кислорода) происходит при участии митохондрий.

 

Рибосомы: сложно организованные субмискроскопические гранулы, расположенные на мембранах эндоплазматической сети или свободно в цитоплазме. Рибосомы могут быть единичными или объединенными в комплексы (полирибосомы). В их состав входят белки и высокомолекулярные РНК. Главная функция – синтез белка.

 

Аппарат Гольджи: здесь накапливаются продукты клеточного обмена и поступающие извне вещества. В его петлях происходит накопление веществ в виде капель, гранул, которые потом выводятся из клетки.

 

Лизосомы: имеют вид мешочков, покрытых мембраной, содержат ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты, полисахариды. Лизосомы - пищеварительная система клетки. Автолизис – самопереваривание содержимого цитоплазмы клетки.

 

Пероксисомы: тельца овальной форм, ограниченные мембраной, расположены на обеих сторонах ретикулума. В состав входят ферменты окисления аминокислот и каталаза. При метаболиме аминокислот образуется перекись водорода, которая разрушается каталазой.

 

Центросома (клеточный центр): располагается в центре клетки или рядом с ядром. Состоит из 2-х центриолей. Принимает участие в делении клетки, образуя веретено деления.

 

Ядро: (открыто в 1831 г. шотландским ученым Робертом Брауном). Состоит из хроматина (ДНК+белки). В интерфазных клетках хроматин может быть рассеян по всему ядру или располагаться в виде отдельных глыбок. В интерфазных ядрах хромосомы разрыхлены и деконденсированы.

 Функции:

 хранение, переработка, передача наследственной информации в цитоплазму

 регулятор всех процессов в клетке

 восстановление целостности клеточного тела (регенерация)

 

Ядрышко: наиболее плотная часть ядра. Здесь образуются рибосомные РНК и рибосомы, в которых синтезируются белки.

 

      Ядерная оболочка: состоит из внешней ядерной мембраны и внутренней мембраны, которые разделяются перинуклеарным пространством. В ядерной оболочке содержатся ядерные поры. Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы, ограничивает доступ в ядро крупных агрегатов биополимеров, регулирует транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой, участвуетв фиксации хромосомного материала в ядре.