Урок по биологии в 10-м классе по теме: "Генетика человека. Наследственные болезни человека. Организм и окружающая среда"

Задачи урока:

познакомить учащихся с антропогенетикой, медицинской генетикой, с особенностями и методами изучения наследственности человека, своеобразием хромосомного комплекса человека, с хромосомными болезнями человека: аутосомными и по половым хромосомам, с нормальными и патологическими свойствами крови, с влиянием окружающей среды на организм человека; обратить внимание на необходимость бережного отношения к себе, к окружающим людям, к окружающей среде.

Оборудование:

таблицы: «Хромосомные комплексы организмов», «Механизм формирования пола», «Исследование гемофилии в царствующих фамилиях», «Нарушение хода мейоза».

План урока

I. Антропогенетика – наука о наследственности человека.
II. Человек, как объект генетики.
III. Методы изучения наследственности человека.
IV. Генетика групп крови.
V. Хромосомный комплекс человека.
VI. Наследственные болезни человека.
VII. Организм и окружающая среда.
VIII. Медико-генетическое консультирование.
IX. Заключение.

I. Антропогенетика – наука о наследственности человека.

Учитель: наследственность человека – подчиняется тем же биологическим закономерностям, что и наследственность всех живых существ. У человека, как и у других организмов, размножающихся половым путём, встречаются доминирующие и рессивные признаки. В формировании каждого фенотипического свойства или признака человека также участвуют как наследственность, так и среда. Формирование фенотипического признака – результат сложнейших метаболических реакций, протекающих под воздействием определённых условий среды. Упрощенно соотношения гена и признака можно представить в виде следующей схемы:

Наследственность человека изучает наука антропогенетика. Часть антропогенетики, занимающаяся изучением наследственных болезней, нормальных и патологических свойств крови, входит в состав медицинской генетики. Мы рассмотрим на уроке антропогенетику преимущественно в её медицинском аспекте.
Сегодня в гостях у нас врачи ТМО – врач-педиатр и врач-эпидемиолог.
Среди прочих заболеваний наследственные аномалии занимают одно из первых мест. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, вообще не существует. Говоря о наследственных болезнях, мы, прежде всего, подразумеваем патологии, связанные с различными генными, хромосомными и геномными перестройками.
На сегодняшний день известно около 2000 наследственных болезней человека. 13 млн. жителей земного шара страдают такими заболеваниями, 4-6% детей ежегодно рождаются с наследственными аномалиями. Смерть каждого пятого ребёнка связана с врождённым, несовместимым с жизнью пороком.

II. Человек как объект генетики.

Учитель: человек как генетический объект наиболее труден для изучения. Трудности эти состоят, прежде всего, в том, что экспериментировать с человеком как с животными или растениями недопустимо.

1) Относительно одинакова продолжительность жизни исследователя и объекта его изучения (3-4 поколения можно проследить).
2) Поздно наступает половая зрелость.
3) Сравнительно малое число потомков (даже в самой большой семье).
4) Сравнительно большое число хромосом (46) и генов.
5) Браки совершаются по иным законам, и исследователи могут наблюдать лишь случайно полученные результаты.
6) Нельзя полностью уравнять условия жизни людей.
7) Отсутствие родословных записей, регистрации сведений о проявлении того или иного свойства, признака у предков и их потомков.

Однако современная антропогенетика вооружена рядом методов позволяющих проследить некоторые закономерности передачи признаков по наследству. Это способствует установлению диагноза, позволяет бороться с болезненными состояниями и даёт возможность произвести генетическую консультацию лицам, в ней нуждающимся.
К положительным сторонам человека, как генетического объекта, следует отнести хорошую фенотипическую изученность, что позволяет легко распознавать различные формы наследственных отклонений. Кроме того, при изучении наследственности человека возможно использование многих методов, применяемых в медицине

III. Методы изучения наследственности человека.
(Сообщения учащихся)

1-й ученик:  Генеалогический метод. На первое место выходит генеалогический метод, или метод родословных, который предусматривает прослеживание болезни или патологического признака в семье или в роду с указанием типа родственных связей между членами родословной. Сбор сведений начинается от пробанда, которым называется лицо, первым попавшее в поле зрения исследователя. Обычно это больной или носитель какой-либо мутации. Дети одной родительской пары называются сибсами. Границы применения генеалогического метода достаточно широки. Его используют при установлении наследственного характера изучаемого признака, при определении типа наследования, наличия сцепления, при медико-генетическом консультировании.
Одним из основных методов в генетике человека является близнецовый метод. Близнецы могут быть монозиготными (однояйцовыми, идентичными) или дизиготными (двуяйцовыми, неидентичными). Первые развиваются из одной зиготы, которая в самом начале дробления делится на две самостоятельные части, из которых развиваются два зародыша. Они обязательно одного пола и, как правило, имеют общий хорион. С генетической точки зрения монозиготные близнецы являются абсолютно идентичными, так как обладают одинаковыми генотипами. Для них характерна высокая степень сходства по многим признакам. Дизиготные близнецы возникают в результате оплодотворения двух одновременно овулировавших яйцеклеток разными сперматозоидами. Так как разные яйцеклетки и сперматозоиды несут разные комбинации генов, то дизиготные близнецы с генетической точки зрения не являются идентичными. Они сходны как обычные братья и сёстры, то есть имеют в среднем около 50% общих генов; могут быть как одного пола, так и разных полов. Основная сфера приложения близнецового метода – оценка соотносительной роли наследственности и среды формирования человеческой личности. С этой точки зрения для  генетиков большой интерес, естественно, представляют монозиготные близнецы, как генетически однородный материал, позволяющий проводить такую оценку.

2-й ученик: Широкое применение в генетике человека находит популяционно-статистический метод, который основан на отслеживании (мониторинге) наследственных признаков (в первую очередь наследственных болезней) в больших группах населения в одном или нескольких поколениях. Метод позволяет определять частоту генов, в том числе «вредных», в различных популяциях; темпы мутационного процесса; величину генетического груза; изучать роль окружающей среды в возникновении наследственных аномалий, выявлять полиморфизм популяций по нормальным признакам.
Цитогенетический метод основан на микроскопическом анализе хромосом человека. Он используется при диагностике хромосомных аномалий; при составлении карт хромосом; при изучении хромосомного полиморфизма человеческих популяций; при решении эволюционно-генетических проблем.
Метод культуры клеток in vitro (т.е. на искусственной питательной среде) позволяет решать важные генетические проблемы, связанные с диагностикой наследственных заболеваний; оценкой мутагенного эффекта различных препаратов, в том числе лекарственных; выяснением причин бесплодия; искусственным осеменением.

IV. Генетика групп крови

Учитель: одним из важнейших разделов генетики человека является генетика групп крови. Среди множества разных групп и подгрупп основными и наиболее изученными в генетическом отношении являются группы крови систем АВО, и MN и системы резус. Каждый человек характеризуется определённым и неповторимым сочетанием групп крови. Они генетически детерминированы и не изменяются под влиянием внешних условий в течение всей жизни человека. Система АВО была открыта в 1901 году К.  Ландштейнером. Для этой системы характерно присутствие в эритроцитах людей вместе или по отдельности двух антигенов: А и В, а в сыворотке крови двух антител: α и ß. Их сочетание образует четыре разные группы крови.
Система генетического контроля групп АВО включает серию аллелей из трёх генов: А, В, О. Для них характерно кодоминирование, в связи с чем у людей группы АВ в крови присутствуют оба антигена.

Группы крови системы MN открыты в 1927 году. M и N являются антигенами, которые присутствуют по отдельности или вместе в крови любого человека. Антитела, соответствующие этим антигенам, у людей не встречаются. Генетический контроль этой системы включает серию множественных аллелей аутосомного гена.
В 1940 году была открыта система резус. В соответствии с ней все люди разделяются на две группы: резус-положительные и резус-отрицательные. В крови первых присутствует резус-фактор, в крови вторых его нет. Естественных антител в крови человека нет. Но при попадании в резус-отрицательный организм (при переливании крови или во время беременности) резус-фактор вызывает образование антител и реакцию несовместимости, приводящую к вредным последствиям (например, гемолитической желтухе у новорожденных). В Европе резус-положительные люди составляют 85%. Образование резус-фактора контролируется серией множественных аллелей.

V. Хромосомный комплекс человека.
(Сообщение учащегося)

Во всех клетках организма человека содержится одинаковое, постоянное количество хромосом – 23 пары. Исключение из этого правила составляют половые клетки, в которых находится половинное число хромосом – 23. Наличие диплоидного набора хромосом в соматических клетках и гаплоидного набора в половых клетках имеет важное значение для организма. Иначе невозможно было бы сохранить постоянство числа хромосом для организмов данного вида. И действительно, развитие организма начинается с одной зиготы, оплодотворённой сперматозоидом яйцеклетки.
Яйцеклетка n = 23, сперматозоид n = 23
Зигота 2n = 46
Если рассмотреть внимательно хромосомные наборы мужчины и женщины, каждая хромосома имеет себе пару, а у мужчины две последние непарны. Одна из этих хромосом в 2 раза меньше второй и встречается только у мужчин, её обозначают «У» - хромосомой. Вторая хромосома крупнее и идентична последней паре женских хромосом. эту хромосому мужчин и последнюю 23-ю пару хромосом женщин обозначают «Х».
Следовательно, мужчины и женщины различаются между собой по последней 23-ей паре хромосом, у мужчин – «ХУ», у женщин – «ХХ». Эти хромосомы называют половыми. Остальные 22 пары одинаковые и у мужчин, и у женщин и называются  аутосомами.

VI. Наследственные болезни человека.

Врач-педиатр: При изучении характера наследования различных признаков у человека описаны все известные типы наследования и все типы доминирования. Многие признаки наследуются моногенно, т.е. определяются одним геном и наследуются в соответствии с законами Менделя. Моногенных признаков описано более тысячи. Среди них есть как аутосомные, так и сцепленные с полом. Моногенные болезни встречаются у 1-2% населения земного шара. Это очень много. Частота моногенных болезней отражает частоту спонтанного мутационного процесса. Среди них большую долю составляют болезни с биохимическим дефектом. Типичным примером является фенилкетонурия. Это тяжёлое наследственное заболевание, обусловленное мутацией одного гена, нарушающей нормальный цикл превращения фенилаланина. У больных эта аминокислота накапливается в клетках. Болезнь сопровождается выраженной невролгической симптоматикой, микроцефалией (маленькая голова) и в итоге приводит к идиотии. Диагноз ставится биохимически. В настоящее время в родильных домах проводится стопроцентное скринирование новорождённых на фенилкетонурию. Болезнь излечима, если вовремя перевести ребёнка на специальную диету, исключающую фенилаланин. Ещё один пример моногенной болезни – синдром Морфана, или болезнь «паучьих пальцев». Доминантная мутация одного гена имеет сильный плейотропный эффект. Помимо усиленного роста конечностей (пальцев), у больных наблюдается астения, порок сердца, вывих хрусталика глаза и другие аномалии. Болезнь протекает на фоне повышенного интеллекта, в связи с чем её называют «болезнью великих людей». Ею болели, в частности, американский президент А. Линкольн и выдающийся скрипач Н. Паганини.

Многие наследственные болезни связаны с изменением структуры хромосом или их нормального количества, т.е. с хромосомными или геномными мутациями. Так, тяжёлое наследственное заболевание у новорождённых, известное как «синдром кошачьего крика» вызвано утратой (делецией) длинного плеча пятой хромосомы. Эта мутация приводит к патологическому развитию гортани, что вызывает характерный плач ребёнка. Болезнь несовместима с жизнью.
Широко известная болезнь Дауна является результатом присутствия в кариотипе лишней хромосомы из 21-й пары (трисомия по 21-й хромосоме). Причиной служит нерасхождение половых хромосом при образовании половых клеток у матери. В большинстве случаев появления у новорождённых лишней хромосомы возраст матери достигает, по крайней мере, 35 лет. Мониторинг частоты этого заболевания в районах с сильным загрязнением окружающей среды обнаружил существенное увеличение количества больных этим синдромом. Болезнь Дауна встречается довольно часто – один случай на 500-600 родов.
Отдельную категорию наследственных болезней составляют синдромы, связанные с изменением нормального количества половых хромосом. Как и болезнь Дауна, они возникают при нарушении процесса расхождения хромосом в гаметогенезе у матери. У человека У-хромосома играет большую роль в определении развития пола. При отсутствии её в наборе с любым количеством Х-хромосом особь фенотипически будет женской, а её присутствие определяет развитие в сторону мужского пола. В частности, особи мужского пола с хромосомным набором ХХУ + 44А больны синдромом Клайнфельтера (умственная отсталость, непропорциональный рост костей, очень маленькие семенники, отсутствие сперматозоидов).
Отсутствие одной из двух Х-хромосом в кариотипе женщины (ХО) вызывает развитие синдрома Тернера-Шерешевского. Больные женщины обычно низкорослы, менее 140 см, коренасты, со слабо развитыми молочными железами, имеют характерные крыловидные складки на шее, бесплодны из-за недоразвития половой системы.
Классическим примером наследования сцепленного с Х-хромосомой признака является болезнь несвёртываемости крови – гемофилия. Даже незначительная ссадина при этой болезни влечёт за собой сильную потерю крови.

VII. Организм и окружающая среда.

Выступление врача-эпидемиолога: Современный этап истории человечества характеризуется бурным развитием науки и техники. Полёты в космос, проникновение в тайну атома и его использование в мирных целях на благо человечества, автоматизация технических средств производства и многие другие достижения, которыми мы по праву гордимся, оказывают в то же время серьёзное воздействие на биосферу. В связи с этим поднимается проблема загрязнения среды, окружающей человека, разными вредными веществами, в том числе и мутугенами.
Факторы, вызывающие мутации в организме, называют мутагенами.

Мутагены.

Мутации

Источниками мутагенов окружающей среды служат химизация лесного и сельского хозяйства, отходы химической промышленности, пищевые продукты, лекарственные препараты, токсические вещества биологического происхождения, живые вакцины.
Загрязнение среды мутагенами касается самого драгоценного, что создано эволюцией живой материи, - генетической программы человека. В настоящее время уже создан целый ряд служб по мониторингу за основными ресурсами и процессами, идущими на Земле. В настоящее время мы стоим перед задачей создания службы по мониторингу за генофондом самого человека, которая представляется наиболее важной.

VIII. Медико-генетическое консультирование.

Учитель: Генетики несут большую ответственность перед человечеством, ибо современная генетика может принести либо огромные блага, либо большие беды, в зависимости от того, в чьих руках окажутся её завоевания. Недаром расшифровку генетического кода сравнивали по значимости с открытием ядерной энергии в физике.

В программе «Геном человека» большое внимание отведено выявлению геномного разнообразия, связанного с происхождением человека, возникновением рас, этногенезом. Основной прикладной аспект программы касается идентификации генов, ответственных за наследственные заболевания, что необходимо для развития генотерапии. Генотерапия – это лечение заболеваний путём введения в клетки пациентов генов с целью компенсации генетического дефекта или придания клетке новых функций.

Знание генетики человека позволяет прогнозировать вероятность рождения детей, страдающих наследственными недугами в случаях, когда один или оба супруга больны или оба родителя здоровы, но наследственное заболевание встречалось у предков супругов. В ряде случаев имеется возможность прогноза вероятности рождения второго здорового ребёнка, если первый был поражён наследственным заболеванием. Молодые супружеские пары, ещё не имеющие детей, обращаются к врачам генетикам с вопросом о величине риска иметь ребёнка, поражённого наследственной аномалией. Широкое использование медико-генетических консультаций играет немаловажную роль в снижении частоты наследственных недугов и избавит многие семьи от несчастья иметь нездоровых детей. Следует помнить, курение и употребление алкоголя матерью и отцом будущего ребёнка резко повышает вероятность рождения младенца, поражённого тяжёлыми наследственными недугами.

Вопросы для учащихся:

1. Применимы ли законы наследственности к человеку?
   
2. Какие методы изучения наследственности человека вам известны? Каково их значение в медицинской генетике?
   
3. Как вы считаете, почему у родителей, состоящих в близком родстве, велика вероятность рождения детей, поражённых наследственными заболеваниями?
   
4. Каковы возможности лечения наследственных заболеваний?

IX. Заключение.

Сегодня мы рассмотрели особенности генетики человека и перспективы развития этой науки. Большая часть знаний по генетике необходима каждому человеку в плане «познания самого себя», с тем, чтобы с большей ответственностью относиться к себе, к окружающим людям, к окружающей среде.
Прогресс в генетике, с одной стороны, открывает широкие перспективы в лечении тяжёлых наследственных и ненаследственных болезней, а с другой, ставит общество перед лицом серьёзных проблем, от решения которых зависит не только физическое, но и духовное здоровье человечества.
Применение генетики в медицинской практике уже сегодня приносит ощутимую пользу человечеству.

Задание на дом: § 35, 36 по учебнику Д.К. Беляева, Г.М. Дымшица.