Урок Тема: Сучасні молекулярно-генетичні методи досліджень спадковості людини. Хромосомний аналіз як метод виявлення порушень у структурі каріотипу

Девіз уроку: Думаємо колективно, навчаємось оперативно, доводимо думку доказово – це для всіх обов’язково !

Ознайомитися із методами вивчення генетики людини Розглянути, які ознаки та захворювання успадковуються як домінантні, а які – як рецесивні Дати відповідь на запитання: чому не бажані близькоспоріднені зв’язки?

Ген Генотип Фенотип Алельні гени Домінантні ознаки Рецесивні ознаки Гомозигота Гетерозигота Аутосоми пробанд, сібси, споріднене та неспоріднене схрещування

На карточці записано термін з переставленими літерами. Розгадавши зашифровані слова, коротко розповісти про те, що вам відомо про цю тему? Додаток 1

Додаток 2 Бліц-опитування Ділянка молекули ДНК, що визначає певну ознаку організму (колір волосся, розміри організму, форму нігтів та ін.) - _________ ; 2) Сукупність генетичної інформації організму - __________; 3) Здатність живих організмів набувати нових ознак, відмінних від предків, у процесі індивідуального розвитку - _________; 4) Повний набір хромосом в еукаріотичній клітині – це_______; 5) Нитки ДНК, зв’язані з білковими молекулами ядра - ______; 6)Здатність організмів передавати свої ознаки нащадкам в процесі розмноження _________ . 7) Про що говорить II закон Г. Менделя ? Чим представлений спадковий матеріал мітохондрій ?

Епіграф: «Лікар повинен, як азбуку, знати закони спадковості. Втілені в життя, вони позбавляють людство від скорботи і бід» (І. П. Павлов) Поясніть цей вислів ?

Проблемне питання «мозковий штурм» «Вважають, що людина та людиноподібні мавпи (шимпанзе та горили) мають багато спільного в наборах спадкової інформації. За допомогою яких методів генетичних досліджень можна це підтвердити або спростувати ?»

Велика кількість хромосом (46) Мала кількість потомків у кожній сім’ї Пізно настає статева зрілість У людини складний каріотип Велика кількість груп зчеплення Неможливість експериментального отримання потомства, так як гібридологічний метод в генетиці людини відсутній

У 1869 році англійський психолог і антрополог Френсіс Гальтон запропонував вивчити впливи, які можуть поліпшити спадкові якості (здоров’я, розумові здатності, обдарованості) майбутніх поколінь. Він вперше сформулював принципи євгеніки – вчення про спадкове здоров’я людини та шляхи його поліпшення. Це вчення стало розділом генетики людини, предметом якого є генетичні методи поліпшення спадкових ознак, особливо боротьба зі спадковими захворюваннями.

І група - метод пазлів «ажурна пилка»: учням необхідно самостійно здобути інформацію( повторити пар.5,6,7, 8) з першоджерел(матеріал підручника, перегляд та вивчення 3D журналу); II група – «Кластерний метод» метод генеалогічний (дослідження різноманітності хвороб, аутосомно-домінантне успадкування (своєї родини); ІІI група –«Кластерний метод» метод генеалогічний (дослідження різноманітності хвороб, аутосомно- рецесивне успадкування (своєї родини ); ІV група – «Кластерний метод» метод генеалогічний (дослідження різноманітності хвороб, зчеплене зі статтю успадкування на прикладі успадкування гемофілії родоводу сїм’ї королеви Вікторії)

Метод вивчення родоводів. Це дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь. Він широко застосовується в медичній генетиці, селекції… За його допомогою встановлюють генотип особин і вираховують ймовірність прояву того чи іншого стану ознаки у майбутніх нащадків.

При складанні родоводу користують певними позначками:

Використовується для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин. За його допомогою виявляють білки, а також проміжні продукти обміну, невластиві даному організму, що свідчить про наявність змінених (мутантних) генів. Відомо понад 500 спадкових захворювань людини, зумовлених такими генами: фенілкетонурія, цукровий діабет…

Полягає у вивченні близнят. В основному однояйцевих, так як вони походять з однієї зиготи. Досліджуючи такі організми, можна з’ясувати роль чинників довкілля у формуванні особин: різний характер їхнього впливу зумовлює розбіжності у прояві тих чи інших станів певних ознак.

Цитогенетичний грунтується на дослідженні особливостей каріотипу - хромосомного набору організмів. Його вивчення дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі змінами, як кількості хромосом, так і структури окремих із них. Каріотип досліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинного циклу структура хромосом виражена найчіткіше.

Популяційно-статистичний метод Популяційно-статистичний метод - вивчає генетичну структуру популяцій, їх генофонд, фактори і закономірності, що обумовлюють його зберігання та зміну при зміні поколінь

Які типи успадкування ознак відомі у людини? Тип успадкування, пов’язаний з генами нестатевих хромосом, назива­ють аутосомним. Якщо певний стан ознаки визначає домінантний алель, то такий тип успадкування називають аутосомно-домінантним, якщо рецесивний, - аутосомно-рецесивним.

Аутосомно-домінантне успадкування Веснянки (ластовиння) Темне волосся Карі очі Темний колір шкіри Товсті губи Довгі вії Підборіддя з ямкою Катаракта Раннє облисіння

Родовід сім’ї з аутосомно-домінантним типом успадкування

Аутосомно-рецесивне успадкування Руде волосся Русе волосся Голубі, сірі очі Світлий колір шкіри Тонкі губи Гладке подборіддя Альбінізм Вроджена глухота

Родовід сім’ї з аутосомно-рецесивним типом успадкування

Зчеплене зі статтю успадкування Гемофілія Дальтонізм Мускульна дистрофія Відсутність потових залоз Гіпоплазія зубної емалі Пальці з перетинками Лусковидна шкіра

Знаходиться в Х хромосомі, викликається рецесивним геном, який не дає змоги крові нормально утворювати згусток. Хворіють лише чоловіки, а переносниками є жінки. ХХ – здорова жінка, ХХг – жінка–носій хворого гена, ХгУ – хворий чоловік. Гемофілія

Родовід сім’ї королеви Вікторії. Успадкування гемофілії

В Україні нараховують 47 тисяч хворих на гемофілію 17 квітня оголошено Всесвітнім днем гемофілії.

Причини спадкових хвороб В основі спадкових захворювань лежать мутації: генні, хромосомні та геномні. Відповідно до цього всі спадкові хвороби людини можна об’єднати в 4 великі групи: генні (зміни на рівні окремих нуклеотидів), геномні (зміни кількості цілих хромосом), хромосомні (внутрішньо- і міжхромосомні перебудови) і мультифакторіальні (на розвиток хвороби впливають і гени, і фактори навколишнього середовища).

Крапкові мутації – стійкі зміни окремих генів, що виникають в результаті: - заміни однієї або декількох азотистих основ у структурі ДНК на інші; - випадання деяких азотистих основ; - доповнення нових азотистих основ. Це призводить до порушення порядку списування інформації. Генні мутації змінюють морфологічні, біохімічні і фізіологічні властивості організму.

Генні мутації не проявляються на зовнішній морфології хромосом, їх не можна побачити під мікроскопом. Коли змінюється порядок нуклеотидів в ДНК хромосоми, то відбуваються зміни і молекули РНК, яка будується на основі ДНК. Коли змінюється РНК, то змінюється і білок, який будується на основі РНК. Отже, виникає мутація.

Велика частина генних мутацій призводить до синтезу дефектного білка, який не здатний виконувати свої функції. Найчастіше такими захворюваннями є: адрено-генітальний синдром; міопатія Дюшена-Беккера; муковисцидоз; гемохроматоз; фенілкетонурія; нейрофіброматоз. Зовнішньо ці хвороби не проявляються, а лише в обміні речовин – метаболізмі.

Геномні мутації призводять до змін кількості хромосом у наборі: - поліплоїдія – збільшення кількості хромосом, кратного гаплоїдному набору (3n; 4n; 5n …); - аутоплоїдія – виникає як результат поділу хромосом без подальшого поділу клітини; - анеуплоїдія – зміна кількості хромосом в диплоїдному наборі, некратному гаплоїдному (2n+1; 2n-1)

Хромосомні мутації – аберації – виникають в результаті значних змін в структурі хромосом. До них належать: нехватки; делеції; дуплікації; інверсії; транслокації; транскрипції.

Нехватки – хромосома втрачає кінцеві фрагменти і втрачені ділянки видаляються за межі ядра в ході мейозу. Делеції – втрата частини хромосоми всередині. Це викликає зміну фенотипу, але якщо втрачені гени є життєво необхідними, то це призводить до смерті або патології.

Приклади хворих дітей з делеціями в хромосомах

Дуплікації – подвоєння якої-завгодно ділянки хромосоми, що впливає в основному на фенотип, бо гени лише додаються, а не втрачаються. Мутації виникають тому, що змінюється РНК.

Інверсії – зміна порядку розміщення генів в хромосомі. Вони виникають в результаті двох розривів хромосоми, при цьому фрагмент повертається на місце, але повернувшись на 180 градусів, кількість генів не змінюється, тому особливого впливу на організм такі мутації не мають.

Транслокації – мутації, що пов’язані з: - обміном ділянками між негомологічними хромосомами; - прикріплення ділянки однієї хромосоми до хромосоми негомологічної пари. Транспозиції – це: - вставка невеликого фрагменту хромосоми, що несе декілька генів в якусь іншу ділянку хромосоми; - перенесення частини генів в інше місце.

Фактори, що здатні спричиняти мутації, називаються мутагенними, тобто мутагенами. Вони бувають: фізичного; хімічного; біологічного походження.

Фізичні мутагени: іонізуюче випромінювання ( а,Я,Э - промені, рентгенівські промені, нейтрони); радіоактивні елементи (радій, радон, ізотопи К, С); ультрафіолетові промені; надто висока або низька температура. Вони призводять до змін хімічних реакцій, спричиняють хімічні перетворення різних сполук, що і є причинами мутацій – частіше генних і рідше хромосомних.

Хімічні мутагени: сильні окисники та відновники (нітрати, нітрити); алкіліруючі агенти (йодацетамид); пестициди (гербіциди, фунгіциди); харчові добавки; продукти перегонки нафти; органічні розчинники; ліки зі ртуттю, антидепресанти.

Біологічні мутагени: – віруси ( у клітинах, уражених вірусами, мутації спостерігаються значно частіше, ніж у здорових). Вони здатні спричинювати і генні, і хромосомні мутації, так як вводять певну кількість власної генетичної інформації у генотип клітини-хазяїна. продукти обміну речовин; антигени деяких мікробів і паразитів.

Хвороба, що викликається рецесивним геном і пов’язана з порушенням зсідання крові. Вона супроводжується значними крововтратами. Афібриногенемія

Серповидноклітинна анемія Викликається рецесивним геном, який змінює формулу гемоглобіну. До складу ланцюжка гемоглобіну входять: 146 амінокислотних залишків, які закодовані в ДНК у вигляді 146 триплетів (438 нуклеотидів) В результаті цього знижується % кисню в крові, що викликає кисневе голодування. Із-за цього еритроцити змінюють свою форму, нагадуючи серп.

Викликається домінантним геном, який порушує правильне переломлення пучка променів рогівкою та кришталиком. Хворі можуть бачити предмети лише в одній площині. Виправити таке захворювання у молодому віці можливо окулярями. Астигматизм

Кімеролопія Хвороба викликається домінантним геном, при чому порушується сутінковий зір. Виникають зміни у сітківці. Носить назву “куряча сліпота”. Виникає з дитячого віку.

Катаракта Хвороба викликається домінантним геном. В результаті виникає помутніння рогівки та кришталика. Глаукома Хвороба викликається домінантним геном. Настає тому, що дуже часто підвищується внутрішньоочний тиск. Вражає одне око, потім інше. Ці хвороби людей старшого віку

Синдактилія Арахнодактилія Павучі пальці. Кисть видовжена, пальці довгі. Часто супроводжує- ться грижами і вивихом кришталика. Зрощення пальців на руках і ногах.

Ахондроплазія (ахондропластична карликовість - хвороба кісткової системи с домінантним типом успадкування) Аномальний ріст хрящової тканини. Низький ріст (до 120 см). Вкорочення кінцівок. Стегнові та плечові кістки деформовані та потовщені. Розумова відсталість, пороки психіки.

Полідактилія (спадкова хвороба з домінантним типом успадкування) Кількість пальців – від 6 до 9. Зустрічається у представників негроїдної раси у 10 разів частіше, ніж у європеоїдів.

Вкорочені пальці на руках і ногах, пальці, що зрослися, клешнеподібна кисть. Брахідактилія, ектродактилія

Артрогрипоз характеризується контрактурою (обмеженим об’ємом руху в суглобах) двох і більше, з ураженням м’язів і спинного мозку.

Синдром Шеришевського - Тернера 2n = 45 хромосом відсутня одна статева хромосома (Х0). Спостерігається у дівчаток Порушення пропорцій тіла (низький ріст, укорочені ноги, широкі плечі, коротка шия, схильність до ожиріння) Розумова відсталість Криловидна шкірна складка на шиї Пороки внутрішніх органів Недорозвинутість статевих органів, безпліддя.

Синдром Клайнфельтера 2n = 47,48,49 хромосом – 44 + ХХУ; 44 + ХХХУ; 44 +ХУУ; 44 + ХХУУ Спостерігається у хлопців Високий ріст, порушення пропорцій тіла (довгі кінцівки, вузька грудна клітка) Відсталість у розвитку Недорозвинутість статевої системи, безпліддя Жорстокі

Синдром трисомії Х 2n = 47 = 44 + ХХХ Хворіють тільки дівчата, вони мають: невірні пропорції тіла; розумову відсталість; недорозвинутість статевих залоз; безпліддя.

Різка розумова відсталість Зменшення головного мозку Расщеплення верхньої губи та піднебіння Аномалії очного яблука Підвищена гнучкість суглобів Полідактилія Висока смертність (в перший рік життя помирає 90% дітей) Синдром Патау Нерозходження 13 пари

Хвороба Дауна Нерозходження 21 пари Розумова та фізична відсталість Напіввідкритий рот Монголоїдний тип обличчя. Косо розміщені очі. Широке перенісся Стопи і кисті короткі та широкі, пальці неначе обрубані Пороки серця Тривалість життя знижується у 5-10 разів

P: ♀ Аа Ч ♂ Аа аа G: А, а А, а F: АА, Аа, Аа, Небажаність родинних шлюбів

 Вправа «Криголам» 1. Якщо ви вважаєте, що генетики людини вивчає особливості організації та функціонування геному людини, закономірності її спадковості та мінливості (встаньте). 2. Якщо ви вважаєте, що родоводи складають у вигляді схем за певними правилами ( підніміть праву руку). 3.Якщо ви вважаєте, що збирання даних починається з пробанда – особи, родовід якої необхідно скласти.. Брати й сестри пробанда називаються сібсами.( опустіть праву руку). 4.Якщо ви вважаєте, що аутосомно-домінантне спадкування ознака передається з покоління в покоління, а аутосомно - рецесивне спадкування ознака передається через покоління (підніміть ліву руку). 5.Якщо ви вважаєте, що низка захворювань успадковується за Х-хромосомним (зчепленим зі статтю) типом, а родинні шлюби небажанні ( опустіть праву руку). 6. Якщо ви вважаєте, що у вивченні генетики людини використовуються такі методи: генеалогічний, близнюковий, популяційно-статистичний, дерматогліфічний, біохімічний, цитогенетичний, гібридизації соматичних клітин і метод моделювання( сядьте рівно).. 7. Якщо ви вважаєте, що тема сьогоднішнього уроку вам зрозуміла і цікава, що досягли поставленої мети (поплескайте в долоні). Ці аплодисменти, вам!   Додаток 8

Вправа «Результат» Продовжити речення: Ми зрозуміли, що … Ми дізналися … Нас зацікавило ….

Д/З П. (15,16), повт. п.5-8), скласти власний родовід ( задачу ) з демонструванням успадкування певних ознак (за вибором), або розв’язати задачу. Задача IV група Анофтальмія (безокість- відсутність очей) у людини - це хвороба, за виникнення якої відповідає домінантний ген неповного домінування, що локалізується в одній із пар аутосом. При цьому особини, які мають генотип АА, страждають безокістю. При генотипі аа людина має нормальний размір очного яблука, а людина, що має гетерозиготний генотип Аа характеризується наявністю зменшеного разміру очного яблука. Яка ймовірність народження дітей з анофтальмією від шлюбу гетерозиготних за даною ознакою жінки та чоловіка?

Коли народжується син, Сягає радість до вершин: Радіють мама, тато, дід – Це ж розбруньковується рід! Коли народжується доня, Маленьке сонечко в долонях, Несе вона для всіх під стріху Лад, затишок, любов і втіху! Коли народжуються діти, Чому б нам всім і не радіти? Надію й сили дай їм, Боже, Що виросли вони всі гожі! Хай сьогодні нам щастить, хай нам завтра пощастить, хай завжди усім щастить!

Задача III група У медико-генетичну консультацію звернулися двоє молодих здорових людей – чоловік і жінка. У них народилася глухоніма дитина. Для родини було складено родовід. Визначте тип успадкування захворювання у родинах пробандів. Напишіть генотипи осіб, які консультуються (III, 3 та III, 4), визначте ймовірність народження в їхній родині здорової дитини (у відсотках). (Генотипи батька, III,4 – Аа, матері, III,3 – Аа, ймовірність народження здорової дитини – 75%. )

II група Задача Чоловік, який має короткі вії, одружився з жінкою, яка має довгі вії. У них народилася дитина з довгими віями. Відомо, що довгі вії – ознака домінантна, а короткі – рецесивна. Визначте генотипи батьків дитини: А – матері – Аа, батька – аа; Б – матері – Аа, батька АА; В – матері Аа, батька Аа; Г – матері –АА, батька аа. (А – матері – Аа, батька – аа)

Задача I група Оберіть характеристику успадкування ознак, розташованих в X-хромосомі: А – жінка може передавати своїм синам і дочкам; Б – жінка передає своїм дочкам і не передає своїм синам; В – жінка передає своїм синам і не передає дочкам; Г– жінка не передає ні синам ні дочкам. (А – жінка може передавати своїм синам і дочкам)