Н.А. Панова

Методические рекомендации

для практических занятий по общей генетике с основами медицинской генетике

Красноярск 2011г

Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Красноярский медицинский техникум»

Н.А. Панова

Методические рекомендации

для практических занятий по общей генетике с основами медицинской генетике

По дисциплине «Медицинская генетика»

Специальность 060501«Сестринское дело»,

060102 «Акушерское дело»

Красноярск 2011г

ББК 28. 04.R 72 3

П 16

П 16 Панова Н. А.

Медицинская генетика. Методические рекомендации для

решения генетических задач / Н.А.Панова. – Красноярск,

Красноярский медицинский техникум, 2011. – 93с.

Рецензеры: Методист Красноярского медицинского техникума Лушникова Д.В.

Методические рекомендации для практических занятий предназначены для студентов и преподавателей средних медицинских образовательных учреждений.

Пояснительная записка

Методические указания к практическим занятиям по генетике человека с основами медицинской генетике предназначены для реализации Государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специаль-ности сестринское дело, акушерское дело среднего профессии-онального образования.

Методические указания предназначены для проведения 9 практических занятий и направлено на формирование практических знаний, умений и навыков в работе с микроскопом, микропрепаратами, умения решать генетические задачи, на развитие самостоятельного мышления студентов, умения сопоставлять, анализировать биологические процессы и явления. Для каждого практического занятия определены: тема, вопросы для подготовки к занятию, цель, перечень умений и навыков, которые студенты должны освоить в ходе выполнения заданий. К каждому занятию приведены оснащение и разновариантные задания разных типов и сложности. В результате освоения практической части программы студент должен знать:

- основные закономерности наследования и его цитологические основы

- цитологические основы наследования, сцепленного с полом

- роль профилактической медицины в предупреждении наследственных заболеваний человека

уметь:

- проводить опрос и вести учет пациентов с наследственной патологией;

- проводить беседы по планированию семьи с учетом имеющейся наследственной патологии;

- проводить предварительную диагностику наследственных болезней.

Содержание

Цитологичекие и биохим-ические основы наслед-ственности	Строение и функции хромосом человека. Кариотип человека.
Закономерности наследо-вания признаков.	Решение генетических задач, моделирующих: 1.моно - и дигибридное скрещивание, 2.наследование групп крови системы АВО и резус системы, 3. х-сцепленное наследование признаков
Методы изучения наследственности иизменчивости человека в норме и патологии	Генеалогический метод: 1.Методика составления родословных и их анализ. 2.Методы экспресс-диагностики определения Х и Y хроматина.
Наследственность и патология Медико-генетическое консультирование	1.Изучение аномальных фенотипов и клинических проявлений генных заболеваний по фотографиям больных. - роль среднего медицинского работника в генетическом консультировании.

Практическое занятие №1

Тема: Строение и функции хромосом человека.

Кариотип человека.

Мотивация: Хромосомы важнейшие структурные элементы, которые являются носителями генетической информации, а при размножении клеток и организмов, они осуществляют пе редачу информации дочерним клеткам и последующим поколениям. Изучение морфологии хромосом и кариотипа, необходимо для правильного понимания и усвоения таких тем как цитологические основы наследственности, законы Менделя, хромосомная теория наследственности. Без знания нормального кариотипа человека нельзя правильно представить себе хромосомные и генные мутации, и наследственных болезней.

Цели:

-Охарактнризовать морфологию метафазной хромосомы, распознать хромосомы разных групп в кариотипе

-Познакомиться с методикой составление идиограммы.

Студент должен знать:

-Строение метафазной хромосомы

-понятие кариотип, идиограмма.

Студент должен уметь:

- Составлять идиограмму человека по имеющимся изображениям хромосом

- Анализировать идиограмму человека и определять по ней пол и хромосомное заболевание человека.

- Записывать и “читать” формулу кариотипа мужчины и женщины..

Теоретическое обоснование темы: Хромосомы — это самостоятельные структурные элементы клеточного ядра, являющиеся носителями генов, в которых закодирована наследственная информация. Обладая способностью к самовоспроизведению, хромосомы обеспечивают генетическую связь поколений. Морфология хромосом связана со степенью их спирализации. Максимальной спирализации и укорочения хромосомы достигают в стадии метафазы, когда происходит формирование относительно коротких, плотных, интенсивно окрашивающихся основными красителями структур. Эта стадия наиболее удобна для изучения морфологических характеристик хромосом. Метафазная хромосома состоит из двух продольных субъединиц — хроматид выявляет в строении хромосом элементарные нити (так называемые хромонемы) толщиной 200 Å, каждая из которых состоит из двух субъединиц]. Размеры хромосом растений и животных значительно колеблются: от долей микрона до десятков микрон. Средние длины метафазных хромосом человека лежат в пределах 1,5—10 микрон. Химической основой строения хромосом Химической основой строения хромосом являются нуклеопротеиды — комплексы нуклеиновых кислот с основными белками — гистонами и протаминами.

Хромосомы различают по локализации первичной перетяжки, т. е. места расположения центромеры (во время митоза и мейоза к этому месту прикрепляются нити веретена, подтягивая ее при этом к полюсу). При утрате центромеры фрагменты хромосом утрачивают способность расходиться при делении. Первичная перетяжка делит хромосомы на 2 плеча.

Строение хромосом (А - внутренняя структура; Б - общий вид)

1 - две хроматиды, т.е. половины хромосом, на которые она расщепляется продольно во время деления, 2 - хромонемы внутри хроматид, 3 - хромомеры, 4 - белковый матрикс хромосомы, 5 - первичная перетяжка с цетромерой, 6 - ядрышко, 7 - спутник хромосомы

Типы строения хромосом

. В зависимости от расположения первичной перетяжки различают четыре типа строения хромосом:

• телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце);

• акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом);

• субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L);

• метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).

Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода.

Помимо первичной, в хромосомах могут встречаться менее выраженные вторичные перетяжки. Небольшой концевой участок хромосом, отделенный вторичной перетяжкой, называют спутником.

Спутники (сателлиты)

Сателлит - это округлое или удлиненное тельце, отделенное от основной части хромосомы тонкой хроматиновой нитью, по диаметру равный или несколько меньший хромосоме. Хромосомы, обладающие спутником принято обозначать SAT-хромосомами. Форма, величина спутника и связывающей его нити постоянны для каждой хромосомы.

.

Типы хромосомы

Кариотип человека

Каждый вид организмов характеризуется своим специфическим (по числу, размерам и форме хромосом) так называемым хромосомным набором. Совокупность двойного, или диплоидного, набора хромосом обозначают как кариотип

Рис. 2. Нормальный хромосомный набор женщины (в правом нижнем углу две X-хромосом

Рис. 3. Нормальный хромосомный набор мужчины (в правом нижнем углу — последовательно Х- и Y-хромосомы)

В зрелых половых клетках, яйцеклетках и сперматозоидах содержится одиночный, или гаплоидный, набор хромосом (n), составляющий половину диплоидного  набора  (2n), присущего хромосомам всех остальных клеток организма. В диплоидном наборе каждая хромосома представлена парой гомологов, один из которых материнского, а другой отцовского происхождения. В большинстве случаев хромосомы каждой пары идентичны по размерам, форме и генному составу. Исключение составляют половые хромосомы, наличие которых определяет развитие организма в мужском или женском направлении. Нормальный хромосомный набор человека состоит из 22 пар аутосом и одной пары половых хромосом. У человека и других млекопитающих женский пол определяется наличием двух Х-хромосом, а мужской — одной X-и одной Y-хромосомы (рис. 2 и 3).

В настоящее время для идентификации хромосом в соответствии с номенклатурой ISCN-1995 (парижская номенклатура) все чаще используется дифференциальное окрашивание, которое на хромосомах дает полосы поперечной исчерченности, благодаря которым можно более точно идентифицировать пары гомологов.

Для описания кариотипа человека используется универсальная схема и специальные символы. Например, запись 46,хх – обозначает нормальный кариотип женщины, а 46, ху – нормальный кариотип мужчины.

Следуя рекомендациям IV Международного конгресса по генетике человека в Париже (1971), при описании добавочных хромосом их номер помещают после общего числа аутосом и половых хромосом со знаком «плюс» или «минус» перед номером вовлеченной аутосомы. Например, запись (формула) 47,ХХ+21 обозначает кариотип женщины с трисомией по 21 паре хромосом. Напротив, кариотип мужчины с экстрахромосомой Х изображают как 47,ХХY. Знак «плюс» или «минус» ставят после символа хромосомы, чтобы указать удлинение или укорочение ее плеча.

Рис.4 Диференцирование окрашивание хромосом.

Гетерохроматин чередуется с эухроматином в виде светлых и темных полоc.

Некоторые болезни человека, вызванные аномалиями кариотипов[7],[8]
Кариотипы	Болезнь	Комментарий
47,XXY; 48,XXXY;	Синдром Клайнфельтера	Полисомия по X-хромосоме у мужчин
45X0; 45X0/46XX; 45,X/46,XY; 46,X iso (Xq)	Синдром Шерешевского — Тёрнера	Моносомия по X хромосоме, в том числе и мозаицизм
47,ХХX; 48,ХХХХ; 49,ХХХХХ	Полисомии по X хромосоме	Наиболее часто — трисомия X
47,ХХ, 21+; 47,ХY, 21+	Синдром Дауна	Трисомия по 21-й хромосоме
47,ХХ, 18+; 47,ХY, 18+	Синдром Эдвардса	Трисомия по 18-й хромосоме
47,ХХ, 13+; 47,ХY, 13+	Синдром Патау	Трисомия по 13-й хромосоме
46,XX, 5р-	Синдром кошачьего крика	делеция короткого плеча 5-й хромосомы
46 XX или ХУ, 15р-.	Синдром Прадера-Вилли	Аномалия 15 хромосомы

Кариограмма (идиограмма) — (систематизированный кариотип) графическое изображение всех хромосом диплоидного набора клетки, которые распределены по группам и расположены друг за другом впорядке уменьшения размеров с учетом индивидуальных особенностей каждой хромосомы.. В медицинской генетике с помощью кариограммы диагностируют некоторые хромосомные болезни. Если расположить фотографии гомологичных хромосом по мере возрастания их размеров, то можно получить так называемую идиограмму  кариотипа. Таким образом,   На  идиограмме  пары гомологов располагаются рядами в порядке убывающего размера.

ГРУППА	РАЗМЕР, ТИП	№ п/п	Число хро-мосом в ди-плойдном наборе
А	Крупные, метацентрические	1-3-я	6
В	Крупные, субметоцентрические	4-я,5-я	4
С	Средние, субметоцентрические	6-12-я, х	15 у мужчины 16 у женщин
Д	Крупные акроцентрические	13- 15-я	6
Е	Мелкие субметоцентрические	16-18-я	6
F	Мелкие метацентрические	19-я, 20-я	4
G	Мелкие акроцентрические	21-я,22-я, у	5 у мужчин 4 у женщин

Кариограмма (идиограмма) рис. 5.

Самостоятельная деятельность:

1.Изучить теоретический материал темы,

2.Пользуясь методическим пособием и учебником, рассмотреть и зарисовать:

- строение метафазной хромосомы,

-основные типы метофазной хромосом в зависимости от положения центромеры (метацентрический, субметацен-трический, акроцентрический, спутниковый) и обозначить плечи хромосом, центромеру, вторичную перетяжку.

3.Пользуясь методическим пособием, таблицами и рисунками в учебнике, рассмотреть кариотип человека, дать определение кариотипа и записать нормальный кариотип мужчины и женщины.

4.Рассмотреть кариотип на рис.4, определить соотношение аутосом и наследственное заболевание, выраженное этим кариотипом.

Заполнить графы следующей таблицы:

1. общее число хромосом;

2. число аутосом;

3. число половых хромосом;

4. лишние хромосомы;

5. недостающие хромосомы;

6. фенотипический пол;

7. название синдрома;

8. количество глыбок полового хроматина.

5. Рассмотреть идиограмму человека. пользуясь таблицами, рисунками, фотографическими изображениями и определить количественное соотношение аутосом, гетерохромосом. Зарисовать по одной хромосоме каждого типа согласно Денверской классификации (по группам A, B, C, D, Е, F, G) и отметить разницу, обозначить тип хромосомы. Провести анализ кариограммы (рис.5)

Форма отчета:

- представление на проверку оформленной тетради и устная защита работы;

- выполнение проверочного теста. Работа по изучению кариотипа должна быть оформлена как отдельное задание.

Практическое занятие №2

Тема:

Закономерности наследования признаков.

Мотивация:

Школьные учебники содержат минимум информации о закономерностях наследования и решению генетических задач. В школьной программе по общей биологии отводится очень мало времени и, поступившие студенты имеют весьма неуверенные навыки по решению генетических задач. Поэтому возникла необходимость в создании данного пособия.

Цели:

Усвоить закономерности моно-дигибридного скрещивания, основные виды взаимодействия аллельных и неаллельных генов на конкретных примерах.

Конкретная цель:

Используя полученные знания, научиться:

1.Решать генетические задачи на различные воды взаимодействия генов.

2.Определять, результатом какого взаимодействия генов является проявление конкретного признака.

Студенты должны знать:

-основные понятия, термины и законы генетики;

-генетическую символику;

-генетические основы наследственных заболеваний.

Студенты должны уметь:

-правильно оформлять условия, решения и ответы генетических задач;

-решать типичные задачи; логически рассуждать и обосновывать выводы.

Краткий словарь генетических понятий

Аллель	Различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом.
Альтернативные признаки	Взаимоисключающие признаки (красный и белый)
Ген	Единица наследственной информации, участок молекулы ДНК.
Геном	Совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом клетки.
Генотип	Совокупность генов организма
Гетерозигота	Содержание в клетках тела разных генов данной аллельной пары (Аа)
Гомозигота	Содержание в клетках тела одинаковых генов данной аллельной пары (АА, аа).
Дигибридное скрещивание	Скрещивание, при котором родительские особи анализируются по двум парам альтернативных признаков.
изменчивость	Свойство живых организмов одного и того же вида так или иначе отличаться друг от друга.
Локус	Участок хромосомы, в котором локализован ген
Моногибридное скрещивание	Скрещивание, при котором родительские особи анализируются по одной паре альтернативных признаков.
Наследственность	Свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также специфический характер индивидуального развития.
Неполное доминирование	Такой тип взаимодействия генов, при котором ни один из генов аллельной пары не подавляет полностью действие другого. В результате у гибридов первого поколения (Аа) промежуточный признак, а во втором поколении расщепление по генотипу совпадает с – расщеплением по фенотипу (1:2:1).
Прямое скрещивание	Скрещивание, при котором анализирующий признак несет женский организм.
Закон единообразия	При скрещивании двух гомозиготных особей (АА х аа), отличающихся по одной паре альтернативных признаков, гибриды первого поколения единообразны как по фенотипу, так и по генотипу.
Закон расщепления	При скрещивании двух гетерозиготных особей (А ах Аа), отличающихся по одной паре альтернативных признаков, наблюдается расщепление по генотипу 1:2:1, по фенотипу 3:1.
Закон независимого комбинирования	При скрещивании двух гомозиготных особей (АаВв х АаВв) отличающихся по двум парам альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается независимое комбинирование родительских признаков в количественном соотношении 9:3:3:1.
Гипотезы	на основании изучения моногибридного скрещивания Мендель установил две гипотезы:
Факториальная гипотеза	Связывающим звеном между двумя поколениями являются половые клетки, и они ответственные за передачу наследственных факторов.
Гипотеза чистоты гамет	Каждый организм по каждому признаку несет два наследственных фактора, один получен от матери, другой от отца. В гамету же попадает только один из них.
Доминирование	Один аллель гена (доминантный) полностью скрывает присутствие другого гена (рецессивного).
Сверхдоминирование	у доминантного аллеля в гетерозиготном состоянии отмечается более сильное проявление, чем в гомозиготном состоянии.
Кодоминирование	Проявление в гетерозиготном состоянии признаков, детермируемых обоими аллелями.
Множественный аллелизм	Серия различных аллелей одного гена, возникшим мутационным путем и отличающихся друг от друга по своему проявлению, но принадлежащих одному и тому же локусу.
Свободное комбинирование	Негомологичные хромосомы при мейозе могут комбинироваться в любых сочетаниях, хромосома, несущая аллель -А – равномерно может отойти в гамету как с хромосомой, несущей аллель -в- (независимое комбинирование генов возможно тогда, когда рассматриваемые неаллельные гены локализованы в различных парах хромосом).
Сцепленное наследование	Гены, локализованные в одной хромосоме, сцеплены и наследуются вместе.
Эпистаз	Взаимодействие неаллельных генов, при котором один ген(эпистатический) полностью подавляет действие другого. Расщепление во втором поколении по фенотипу при доминантном эпистазе может быть 12:3:1, или 13:3, при рецессивном эпистазе – 9:3:4 или 9:7.
Комплементарность	Взаимодействие неаллельных доминантных генов, при котором совместное присутствие в генотипе в гомо- или гетерозиготном состоянии этих генов (АВ) обуславливает развитие нового признака.
Полимерия	Наличие различных генов, оказывающих сходное взаимодействие на развитие одного и того же признака.
Взаимодействие аллельных генов	Гены, отвечающие за развитие альтернативных признаков.
Взаимодействие неаллельных генов	Гены, отвечающие за развитие разных признаков.