§ 35. Генетика людини. Медико-генетичне консультування

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Поміркуй, як можна застосувати близнюковий метод у розслідуванні природи успадкування деяких ознак. Чому цей метод може дати цінну інформацію для генетиків?

Близнюковий метод полягає в дослідженні однояйцевих близнят, які мають абсолютно однаковий генотип. Порівнюючи таких близнюків, які зростали в однакових або різних умовах середовища, учені можуть точно з’ясувати, що саме зумовлює розвиток ознаки — спадковість чи зовнішні чинники. Метод є вкрай цінним для генетиків, тому що дає змогу вивчити норму реакції генотипу та вплив умов довкілля без проведення прямих схрещувань, які стосовно людини неможливі.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. У жінок в ядрі клітин можна виявити тільце Барра: ущільнений хроматин, що є інактивованою щільно упакованою Х-хромосомою. Адже у клітинах жінок та інших самиць ссавців одна з Х-хромосом зазнає епігенетичного впливу — повністю інактивується. За яких змін каріотипу тільце Барра можуть виявити у чоловіків і два тільця Барра у жінок?

Кількість тілець Барра завжди на одиницю менша від загальної кількості Х-хромосом у каріотипі ($N - 1$). У чоловіків одне тільце Барра виявляють у разі збільшення кількості Х-хромосом до двох, наприклад при синдромі Клайнфельтера з каріотипом 47, XXY. Два тільця Барра у жінок виявляють при трисомії за Х-хромосомою, коли клітини мають каріотип 47, XXX.

2. У нормальному гені β-ланцюга гемоглобіну в певній ділянці ДНК закодовано глутамінову кислоту (Глу). Внаслідок мутації в цьому самому триплеті відбувається її заміна на іншу амінокислоту — валін (Вал), що призводить до серпоподібноклітинної анемії. Які нуклеотидні зміни могли відбутися в матричному ланцюзі ДНК? Поясни, чому навіть така невелика зміна може впливати на форму еритроцитів.

У матричному ланцюзі ДНК відбулася точкова заміна одного нуклеотиду: тимін замінився на аденін у триплеті ЦТЦ, який перетворився на ЦАЦ (що на рівні іРНК замінило кодон ГАГ на ГУГ). Заміна гідрофільної та електрично зарядженої глутамінової кислоти на гідрофобний валін призводить до злипання молекул гемоглобіну в довгі нерозчинні нитки при нестачі кисню. Ці білкові тяжі деформують еритроцити, надаючи їм характерної форми серпа.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які методи досліджень використовують у генетиці людини?

У генетиці людини застосовують генеалогічний, близнюковий, цитогенетичний, біохімічні та молекулярно-біологічні методи.

2. Якою — домінантною чи рецесивною — є ознака непереносимості лактози? Обґрунтуй свої міркування.

Непереносимість лактози є рецесивною ознакою. На поданій у підручнику схемі родоводу (мал. 35.1) видно, що у батьків зі здатністю засвоювати молоко (покоління I та III) народжуються діти з непереносимістю лактози, що можливо лише за рецесивного успадкування від гетерозиготних батьків.

3. Уклади гіпотетичний родовід успадкування будь-якої домінантної і рецесивної ознаки.

Для складання родоводу візьмемо форму волосся: кучеряве волосся — домінантна ознака ($A$), пряме волосся — рецесивна ознака ($a$).

I покоління: батько з кучерявим волоссям ($Aa$) одружений з жінкою з прямим волоссям ($aa$).

II покоління: у них народилося троє дітей — кучерявий син ($Aa$), прямоволоса дочка ($aa$) і кучерява дочка ($Aa$).

III покоління: кучерявий син ($Aa$) одружився з жінкою з кучерявим волоссям ($Aa$), і в них народилося двоє дітей — син із кучерявим волоссям ($AA$ або $Aa$) та дочка з прямим волоссям ($aa$).

4. Наведи приклади захворювань людини, що спричиняються геномними і генними мутаціями.

Геномними мутаціями спричинені синдром Дауна (трисомія 21-ї пари хромосом), синдром Клайнфельтера (каріотип XXY) та синдром Тернера (каріотип X0). До захворювань, викликаних генними мутаціями, належать дальтонізм, гемофілія, альбінізм, муковісцидоз, фенілкетонурія та серпоподібноклітинна анемія.

5. Чому частота алеля мутантного гемоглобіну, що спричиняє серпоподібноклітинну анемію, має високу частоту у популяціях мешканців тропіків? Скоритайся матеріалами в e-ДОДАТКУ (завдання 35.3).

Мутантний алель зберігається з високою частотою через те, що гетерозиготні особини стійкі до захворювання на малярію, збудник якої не може нормально розвиватися в їхніх еритроцитах. У тропіках малярія спричиняє високу смертність, тому природний добір підтримує цей алель у популяціях завдяки перевазі гетерозигот.

6. У групах дослідіть, як виникла і успадковується здатність переносити лактозу молока в дорослому віці. Виконайте в e-ДОДАТКУ завдання 35.4.

Здатність засвоювати лактозу дорослими закріпилася кілька тисяч років тому серед популяцій людей, які одомашнили худобу та почали розвивати молочне скотарство. Вона виникла внаслідок регуляторної мутації, що залишає ген ферменту лактази активним усе життя, і успадковується як аутосомно-домінантна ознака.

УЗАГАЛЬНЮВАЛЬНІ ДОСЛІДНИЦЬКІ ЗАВДАННЯ (РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ ІЗ ГЕНЕТИКИ)

1. У людини праворукість (здатність краще володіти правою рукою) домінує над ліворукістю. Ліворукий чоловік (шульга) одружився з праворукою жінкою. Якими можуть бути діти, якщо: а) жінка гомозиготна; б) жінка гетерозиготна?

Позначимо алелі:
$A$ — праворукість;
$a$ — ліворукість.
Генотип ліворукого чоловіка: $aa$.

а) Якщо жінка гомозиготна ($AA$):
$P: \text{♀ } AA \times \text{♂ } aa$
$G: A \quad a$
$F_1: Aa$ (усі діти праворукі, 100%).

б) Якщо жінка гетерозиготна ($Aa$):
$P: \text{♀ } Aa \times \text{♂ } aa$
$G: A, a \quad a$
$F_1: Aa$ (праворукі, 50%), $aa$ (ліворукі, 50%).

Відповідь: а) усі діти будуть праворукими (генотип $Aa$); б) 50% дітей будуть праворукими ($Aa$) і 50% — ліворукими ($aa$).

2. У подружжя під час визначення резус-фактора було встановлено, що він позитивний і в чоловіка, і в жінки. Але в них народився син із негативним резус-фактором. Як успадковується резус-фактор? Склади схему схрещування.

Оскільки в резус-позитивних батьків народилася резус-негативна дитина, позитивний резус-фактор є домінантною ознакою ($R$), а негативний — рецесивною ($r$). Обоє батьків є гетерозиготними носіями рецесивного алеля ($Rr$).

Схема схрещування:
$P: \text{♀ } Rr \times \text{♂ } Rr$
$G: R, r \quad R, r$
$F_1: RR$ ($Rh^+$), $Rr$ ($Rh^+$), $Rr$ ($Rh^+$), $rr$ ($Rh^-$).

Розщеплення за фенотипом: 3 резус-позитивні до 1 резус-негативного (ймовірність народження дитини з $Rh^-$ становить 25%).

Відповідь: резус-фактор успадковується за аутосомно-домінантним типом; обоє батьків є гетерозиготами $Rr$, а син має генотип $rr$.

3. Ген, що зумовлює білий колір шерсті в овець, домінує над геном, що зумовлює чорний колір. Який висновок можна зробити про генотипи батьків, якщо в потомстві виявлено розщеплення за фенотипом 3 : 1? Склади схему схрещування.

Позначимо алелі:
$A$ — біла шерсть;
$a$ — чорна шерсть.
Розщеплення за фенотипом 3 : 1 у потомстві свідчить про закон розщеплення Менделя, який виявляється у разі схрещування двох гетерозиготних особин. Отже, обоє батьків мають білу шерсть і є гетерозиготами ($Aa$).

Схема схрещування:
$P: \text{♀ } Aa \times \text{♂ } Aa$
$G: A, a \quad A, a$
$F_1: AA$ (білі), $Aa$ (білі), $Aa$ (білі), $aa$ (чорні).
Співвідношення фенотипів: 3 білі : 1 чорна.

Відповідь: обоє батьків є гетерозиготними за геном забарвлення шерсті ($Aa$).

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Синдром Дауна викликається геномною мутацією через появу зайвої 21-ї хромосоми в каріотипі.
• Близнюковий метод дозволяє визначити внесок довкілля і спадковості у розвиток ознак за допомогою вивчення монозиготних близнят.
• Здатність дорослих людей пити молоко закріпилася завдяки регуляторній мутації, що не дає гену лактази вимикатися з віком.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…

Я став більш обізнаним щодо можливостей ранньої діагностики фенілкетонурії та ролі спеціальної безфенілаланінової дієти для нормального розвитку мозку дитини.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

Спершу виникли труднощі з визначенням змін триплетів нуклеотидів у ДНК при серпоподібноклітинній анемії, але повторний розбір таблиці генетичного коду та тексту підручника допоміг чітко розібратися з цією точковою мутацією.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

Ці знання допоможуть мені розуміти механізми спадковості, адекватно оцінювати значення здорового способу життя та розуміти роль медико-генетичного консультування для планування майбутньої здорової сім’ї.