Механизмы определения пола реферат

Обновлено: 18.05.2024

Особенности генетического механизма определения пола

Суть генетического механизма в определении пола

Генетическое определение пола — это определенные закономерности наследования разнообразными животными и людьми половых признаков.

Почти всех животные представлены особями двух полов: женским и мужским. По принадлежности к полу расщепление происходит в соотношении 1:1. Это значит, что количество самцов и самок в определенном биологическом виде примерно одинаковое.

Если говорить о растениях, то им свойственна двудомность: женские и мужские цветы располагаются на одном растении.

Пол представляет собой совокупность признаков, по которым особи и клетки разделяются между собой. В основе такого разделения лежат морфологические и физиологические особенности, благодаря которым в процессе полового размножения осуществляется комбинирование в потомках наследственных родительских задатков.

Пол — важная характеристика любого организма, так как от него зависит важнейшее свойство живого организма: самовоспроизведение.

Благодаря ученому Г. Менделю стало известно, что признаки в потомстве расщепляются по определенному признаку в одном случае. А именно, когда особь или родитель была гетерозиготной (то есть, имела генотип Аа) по конкретному признаку, а другая особь обладала рецессивным генотипом и была гомозиготной по гену, имевшему возможность определять половую принадлежность организма.

Т. Морган и его последователи в начале 20 века сформулировали теорию наследования пола, закрепленного генетически. Ими было установлено, что самцы и самки различаются набором хромосом. Такой прорыв дал возможность генетике как науке уйти далеко вперед и начать новый этап в развитии.

Хромосомные пары в организмах обоих полов ничем не различаются. Исключение — одна пара половых хромосом.

Одинаковые пары хромосом в генотипе называются аутосомы.

Половые хромосомы — пара хромосом, которая содержит половые признаки.

Основные механизмы хромосомного определения пола

Рассмотрим основные типы хромосомного определения пола.

Половые хромосомы содержат множество наследуемых вместе с полом признаков. Отличающаяся от других пара хромосом называется парой половых хромосом.

К примеру, у самцов и самок мух дрозофил в каждой клетке есть три пары аутосом и одна пара половых хромосом: у самок — две X-хромосомы, а у самцов — хромосомы X и Y.

Механизм определение пола будущей особи происходит в процессе оплодотворения. Все зависит от того, какая хромосома содержится в сперматозоиде: если X-хромосома, то из оплодотворенной яйцеклетки произойдет развитие самки, если Y-хромосома — самца (соотношение половых хромосом у него будет иметь вид XY).

Такое скрещивание всегда дает соотношение полов, равное 1:1.

Для самок дрозофил характерно образование яйцеклеток, содержащих только X-хромосомы. Поэтому женский пол дрозофил получил название гомогамного. У самцов образуются сперматозоиды либо с хромосомой X, либо с хромосомой Y — в равном соотношении. Поэтому мужской пол называют гетерогаметным.

Как и когда определяется пол человека?

Мужской пол у людей определяется Y-хромосомой: она передается по мужской линии от сына к отцу в процессе оплодотворения. Из этого следует, что пол будущего организма зависит от попадания в зиготу конкретной половой хромосомы отцовского организма.

В Y-хромосоме человека содержит в себе белки генов, необходимых для того, чтобы мужские половые железы и мужские половые признаки нормально развивались. Железы — источник выделения мужских половых гормонов, формирующих половую систему организма.

Механизм определения пола следующий.

Если в ходе оплодотворения сливаются яйцеклетка и сперматозоид, содержащий X-хромосому, то в клетках развивающегося зародыша не будет Y-хромосомы и, соответственно, специфических мужских белков, которые она кодирует. Поэтому в зародыше получат развитие женские половые признаки, а также яичники и половые пути.

У человека и дрозофилы гомогаметный женский пол. У этих двух видов отмечается одинаковость общей схемы наследования пола. Также совпадают и закономерности наследования половых признаков.

Некоторые виды живых организмов отличаются другим хромосомным механизмом определением пола:

у птиц, бабочек и рептилий самцы гомогамные: их пол обозначается в виде ZZ;
самки этих особей являются гетерогаметными: они обозначаются как ZW.

К слову, обозначения выше — условные: латинские буквы можно менять на другие, но важно соблюдать правильную закономерность.

В случае партеногенетического размножения ZW-видов рождаются только самцы. Так происходит у комодских варанов (varanus komodoensis).

Отдельные насекомые, такие как прямокрыле, к примеру, отличаются наличием всего одной хромосомы в половом наборе самцов. Этот половой набор обозначается как XO. Самки являются гомогаметными: генетический набор имеет вид XX.

Для пчел и муравьев вообще не свойственно хромосомное определение пола, так как половые хромосомы у них вообще отсутствуют. Для самок характерны клетки тела с диплоидным набором, а для самцов характерно развитие при помощи партеногенеза.

Для такого тапа полового размножения свойственно:

Образованные при помощи партеногенеза самцы отличаются гаплоидным набором хромосом. Сперматозоиды у самцов развиваются без мейоза, поэтому сокращение хромосомного набора бессмысленно.

У крокодилов тоже нет половых хромосом. Развивающийся при оплодотворении в яйце зародыш получает определенный пол в результате определенных температурных условий окружающей среды. Высокая температура формирует самок, а низкая — самцов.

Генетический механизм определения пола для различных организмов свой. Почти всегда он имеет определенные оригинальные особенности, зависящие от ряда факторов.

Генетика является одной из самых прогрессивных наук естествознания. Ее достижения изменили естественнонаучное и во многом философское понимание явлений жизни. Роль генетики для практики селекции и медицины очень велика. Значение генетики для медицины будет возрастать с каждым годом, ибо генетика касается самых сокровенных сторон биологии и физиологии человека. Благодаря генетике, ее знаниям, разрабатываются методы лечения ряда наследственных заболеваний, таких, как фенилкетонурия, сахарный диабет и другие. Здсь медико-генетическая работа призвана облегчить страдания людей от действия дефектных генов, полученных ими от родителей. Внедряются в практику приемы медико-генетического консультирования и прентальной диагностики, что позволяет предупредить развитие наследственных заболеваний.

1. Генетика пола.

Пол - совокупность признаков, по которым производится специфическое разделение особей или клеток, основанное на морфологических и физиологических особенностях, позволяющее осуществлять в процессе полового размножения комбинирование в потомках наследственных задатков родителей.

Морфологические и физиологические признаки, по которым производится специфическое разделение особей, называется половым.

Признаки, связанные с формированием и функционированием половых клеток, называется первичными половыми признаками. Это гонады (яичники или семенники), их выводные протоки, добавочные железы полового аппарата, копулятивные органы. Все другие признаки, по которым один пол отличается од другого, получили название вторичных половых признаков. К ним относят: характер волосяного покрова, наличие и развитие молочных желез, строение скелета, тип развития подкожной жировой клетчатки, строение трубчатых костей и др.

2.1. Генетические механизмы формирования пола.

Начало изучению генотипического определения пола было положено открытием американскими цитологами у насекомых различия в форме, а иногда и в числе хромосом у особей разного пола (Мак-Кланг, 1906, Уилсон, 1906) и классическими опытами немецкого генетика Корренса по скрещиванию однодомного и двудомного видов брионии. Уилсон обнаружил, что у клопа Lydaeus turucus самки имеют 7 пар хромосом, у самцов же 6 пар одинаковых с самкой хромосом, а в седьмой паре одна хромосома такая же, как соответствующая хромосома самки, а другая маленькая.

Пара хромосом, которые у самца и самки разные, получила название идио, или гетерохромосомы, или половые хромосомы. У самки две одинаковые половые хромосомы, обозначаемые как Х-хромосомы, у самца одна Х-хромосома, другая - Y-хромосома. Остальные хромосомы одинаковые у самца и у самки, были названы аутосомами. Таким образом, хромосомная формула у самки названного клопа запишется 12A + XX, у самца 2A + XY. У ряда других организмов, хотя и существует в принципе тот же аппарат для определения пола, однако гетерозиготны в отношении реализаторов пола не мужские, а женские организмы. Особи мужского пола имеют две одинаковые половые хромосомы ZZ, а особи женского пола - ZO или ZW. ZZ-ZW тип определения пола наблюдается у бабочек, птиц, ZZ-ZO - ящериц, некоторых птиц.

Совершенно другой механизм определения пола, называемый гаплодиплоидный, широко распространен у пчел и муравьев. У этих организмов нет половых хромосом: самки - это диплоидные особи, а самцы (трутни) - гаплоидные. Самки развиваются из оплодотворенныз яиц, а из неоплодотворенных развиваются трутни.

Человек в отношении определения пола относится к типу XX-XY. При гаметогенезе наблюдается типичное менделевское расщепление по половым хромосомам. каждая яйцеклетка содержит одну Х-хромосому, а другая половина - одну Y-хромосому. Пол потомка зависит от того, какой спермий оплодотворит яйцеклетку. Пол с генотипом ХХ называют гомогаметным, так как у него образуются одинаковые гаметы, содержащие только Х-хромосомы, а пол с генотипом XY-гетерогаметным, так как половина гамет содержит Х-, а половина - Y-хромосому. У человека генотипический пол данного индивидума определяют, изучая неделящиеся клетки. Одна Х-хромосома всегда оказывается в активном состоянии и имеет обычный вид. Другая, если она имеется, бывает в покоящемся состоянии в виде плотного темно-окрашенного тельца, называемого тельцем Барра (факультативный гетерохроматин). Число телец Барра всегда на единицу меньше числа наличных х-хромосом, т.е. в мужском организме их нет вовсе, у женщин (ХХ) - одно. У человека Y-хромосома является генетически инертной, так как в ней очень мало генов. Однако влияние Y-хромосомы на детерминацию пола у человека очень сильное. Хромосомная структура мужчины 44A+XY и женщины 44A+XX такая же, как и у дрозофины, однако у человека особь кариотипом 44A+XD оказалась женщиной, а особь 44A+XXY мужчиной. В обоих случаях они проявляли дефекты развития, но все же пол определялся наличием или отсутствием y-хромосомы. Люди генотипа XXX2A представляют собой бесплодную женщину, с генотипом XXXY2A - бесплодных умственно отстающих мужчин. Такие генотипы возникают в результате нерасхождения половых хромосом, что приводит к нарушению развития (например, синдром Клайнфельтера (XXY). Нерасхождение хромосом изучаются как в мейозе, так и в нитозе. Нерасхождение может быть следствием физического сцепления Х-хромосом, в таком случае нерасхождение имеет место в 100% случаев.

Рис.1. Вид половых хромосом человека в метафазе митоза.

Всем млекопитающим мужского пола, включая человека, свойственен так называемый H-Y антиген, находящийся на поверхности клеток, несущих Y-хромосому. Единственной функцией его считается дифференцировка гонад. Вторичные половые признаки развиваются под влиянием стероидных гормонов, вырабатываемых гонадами. Развитие мужских вторичных половых признаков контролирует тестостерон, воздействующий на все клетки организма, включая клетки гонад. Мутация всего одного Х-хромосомы, кодирующего белок-рецептор тестостерона, приводит к синдрому тестикумерной фелинизации особей XY. Клетки-мутанты не чувствительны в действию тестостерона, в результате чего взрослый организм приобретает черты, характерные для женского пола. При этом внутренние половые органы оказываются недоразвитыми и такие особи полностью стерильные. Таким образом, в определении и дифференцировке пола млекопитающих и человека взаимодействуют хромосомный и генный механизмы.

Несмотря на то, что женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины - только одну, экспрессия генов Х-хромосомы происходит на одном и том же уровне у обоих полов. Это объясняется тем, что у женщин в каждой клетке полностью инактивирована одна Х-хромосома (тельце Барра), о чем уже было сказано выше. Х-хромосома инактивируется на ранней стадии эмбрионального развития, соответствующей времени имплантации. при этом в разных клетках отцовская и материнская Х-хромосомы выключаются случайно. Состояние инактивации данной Х-хромосомы наследуется в ряду клеточных делений. Таким образом, женские особи, гетерозиготные по генам половых хромосом, представляют собой мозаики (пример, черепаховые кошки).

Таким образом, пол человека представляет собой менделирующий признак, наследуемый по принципу обратного (анализирующего) скрещивания. Гетерозиготой оказывается гетерогаметный пол (XY), который скрещивается с рецессивной гомозиготой, представленной гомогаметным полом (XX). В результате в природе обнаруживается наследственная дифференцировка организмов на мужской и женский пол и устойчивое сокращение во всех поколениях количественного равенства полов.

2.2. Наследование признаков, сцепленных с полом.

Морган и его сотрудники заметили, что наследование окраски глаз у дрозофилы зависит от пола родительских особей, несущих альтернативные аллели. Красная окраска глаз доминирует над белой. При скрещивании красноглазого самца с белоглазой самкой в F1, получали равное число красноглазых самок и белоглазых самцов. Однако при скрещивании белоглазого самца с красноглазой самкой в F1 были получены в равном числе красноглазые самцы и самки. При скрещивании этих мух F1, между собой были получены красноглазые самки, красноглазые и белоглазые самцы, но не было ни одной белоглазой самки. Тот факт, что у самцов частота проявления рецессивного признака была выше, чем у самок, наводил на мысль, что рецессивный аллель, определяющий белоглазость, находится в Х - хромосоме, а Y - хромосома лишена гена окраски глаз. Чтобы проверить эту гипотезу, Морган скрестил исходного белоглазого самца с красноглазой самкой из F1. В потомстве были получены красноглазые и белоглазые самцы и самки. Из этого Морган справедливо заключил, что только Х - хромосома несет ген окраски глаз. В Y - хромосоме соответствующего локуса вообще нет. Это явление известно под названием наследования, сцепленного с полом.

Гены, находящиеся в половых хромосомах, называют сцепленными с полом. В Х-хромосоме имеется участок, для которого в Y-хромосоме нет гомолога. Поэтому у особей мужского пола признаки, определяемые генами этого участка, проявляются даже в том случае, если они рецессивны. Эта особая форма сцепления позволяет объяснить наследование признаков, сцепленных с полом.

При локализации признаков как в аутосоме, так и в Х- b Y-хромосоме наблюдается полное сцепление с полом.

У человека около 60 генов наследуются в связи с Х-хромосомой, в том числе гемофелия, дальтонизм (цветовая слепота), мускульная дистрофия, потемнение эмали зубов, одна из форм агаммглобулинемии и другие. Наследование таких признаков отклоняется от закономерностей, установленных Г.Менделем. Х-хромосома закономерно переходит от одного пола к другому, при этом дочь наследует Х-хромосому отца, а сын Х-хромосому матери. Наследование, при котором сыновья наследуют признак матери, а дочери - признак отца получило, название крисс-кросс (или крест-накрест).

Известны нарушения цветового зрения, так называемая цветовая слепота. В основе появления этих дефектов зрения лежит действие ряда генов. Красно-зеленая слепота обычно называется дальтонизмом. Еще задолго до появления генетики в конце XVIII и в XIX в. было установлено, что цветовая слепота наследуется согласно вполне закономерным правилам. Так, если женщина, страдающая цветовой слепотой, выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, то у их детей наблюдается очень своеобразная картина перекрестного наследования. Все дочери от такого брака получат признак отца, т.е. они имеют нормальное зрение, а все сыновья, получая признак матери, страдают цветовой слепотой (а-дальтонизм, сцепленный с Х-хромосомой)

В том же случае, когда наоборот, отец является дальтоником, а мать имеет нормальное зрение, все дети оказываются нормальными. В отдельных браках, где мать и отец обладают нормальным зрением, половина сыновей может оказаться пораженными цветовой слепотой. В основном наличие цветовой слепоты чаще встречается у мужчин. Э.Вильсон объяснил наследование этого признака, предположив, что он локализовал в Х-хромосоме и что у человека гетерогаметным (XY) является мужской пол. Становится вполне понятным, что в браке гомозиготной нормальной женщины (Ха Ха) с мужчиной дальтоником (Хаy) все дети рождаются нормальными. Однако при этом, все дочери становятся скрытыми носителями дальтонизма, что может проявиться в последующих поколениях.

Другим примером наследования сцепленного с полом, может послужить рецессивныйполулетальный ген, вызывающий несвертываемость крови на воздухе - гемофилию. Это заболевание появляется почти исключительно только у мальчиков. При гемофилии нарушается образование фактора VIII, ускоряющего свертывание крови. ген, детерминирующий синтех фактора VIII, находится в участке Х-хромосомы, недоминантным нормальным и рецессивным мутантным. Возможны следующие генотипы и фенотипы:

ГОСТ

Генетический механизм определения пола — это закономерности наследования половых признаков различными животными и человеком.

Генетические механизмы определения пола

Большинство животных представлено особями двух полов: женского и мужского. Расщепление по половой принадлежности происходит в соотношении 1: 1. Другими словами, у различных биологических видов соотношение самцов и самок приблизительно одинаковое. Для растений характерна двудомность – явление, когда женские и мужские цветы находятся на одном растительном организме.

Пол – это совокупность признаков, по которым производится специфическое разделение особей или клеток, основанное на морфологических и физиологических особенностях, позволяющее осуществлять в процессе полового размножения комбинирование в потомках наследственных задатков родителей.

Пол организмов является важной характеристикой, поскольку от него зависит одно из важнейших свойств всех живых организмов, а именно возможность самовоспроизведения.

Ученый-генетик Г. Мендель обратил внимание на тот факт, что расщепление признаков в потомстве по какому-либо из признаков наблюдается только в тех случаях, когда особь (родитель) была гетерозиготной (имела генотип Aa) по указанному признаку, а вторая имела рецессивный генотип и была гомозиготной по такому гену, который мог определять половую принадлежность организма.

Теория наследования пола, закрепленного генетически была сформулирована Т. Морганом и сотрудниками его школы еще в начале XX века. Они установили, что самки и самцы могут различаться по набору хромосом. Это открытие стало своего рода прорывом, который помог генетической науке выйти на новый этап развития.

У организмов обоих полов все хромосомные пары одинаковы между собой, за исключением одной пары половых хромосом.

Аутосомы – это одинаковые пары хромосом в генотипе.

Половые хромосомы – это пара хромосом, несущих половые признаки

Готовые работы на аналогичную тему

Механизмы хромосомного определения пола

В половых хромосомах может находиться большое количество признаков, которые наследуются с полом совместно.

Та пара хромосом, которая отличается от всех остальных называется парой половых хромосом. Например, и у самцов, и у самок дрозофил в каждой клетке присутствуют три пары аутосом и одна пара половых хромосом – у самок по две Х-хромосомы, а у самцов X и Y.

Следует отметить тот факт, что пол будущей особи определяется во время оплодотворения. Если сперматозоид содержит X- хромосому, из оплодотворенной яйцеклетки разовьется самка, если в сперматозоиде находится половая Y хромосома, то на свет появится самец, который будет иметь соотношение половых хромосом, именуемое XY. При таком скрещивании соотношение полов всегда будет 1: 1.

Так как у самок дрозофил образуются яйцеклетки, которые содержат только X – хромосомы, женский пол дрозофил называют гомогамным. У самцов образуются в равном соотношении сперматозоиды либо с X, либо с Y – хромосомой. В связи с этим мужской пол называют гетерогаметным.

У человека имеется Y хромосома, которая определяет мужской пол и передается по мужской линии от сына к отцу при оплодотворении. Таким образом, пол будущего младенца зависит только от того, какая именно из половых хромосом попала в зиготу от отцовского организма.

Y – хромосома человека содержит белки тех генов, которые необходимы для нормального развития мужских половых желез и мужских половых признаков. Железы выделяют мужские половые гормоны, формирующие всю половую систему организма.

В ситуации, когда в момент оплодотворения с яйцеклеткой сливается сперматозоид, включающий в себя X – хромосому, то в клетках развивающегося зародыша Y – хромосомы не будет, а значит и не будет специфических мужских белков, которые кодируются ею. В связи с этим в зародыше будут развиваться женские половые признаки, яичники и половые пути.

Таким образом, у дрозофилы и человека женский пол – гомогаметный, а общая схема наследования пола для двух этих видов будет одинаковой. Все закономерности наследования половых признаков также будут совпадать.

Для некоторых видов живых организмов хромосомное определение пола совсем другое:

птицы, бабочки, рептилии обладают гомогамными самцами, пол которых обозначается, как ZZ;
самки этих особей гетерогаметны и обозначаются, как ZW.

Данные обозначения условны и могут заменяться на другие латинские буквы при соблюдении правильной закономерности.

Когда ZW-виды, например, комодский варан (Varanus komodoensis), размножаются партеногенетически, рождаются только самцы.

Некоторые насекомые, например, прямокрылые имеют лишь одну хромосому в половом наборе самцов. Такой хромосомный набор обозначается, как XO. Самки этих живых существ гомогаметны и их генетический набор обозначается, как XX.

Пчелы и муравьи не имеют половых хромосом. Самки имеют клетки тела с диплоидным набором, а самцы развиваются партеногенезом. Этот тип полового размножения обладает следующими признаками:

Самцы, которые образуются путем партеногенеза имеют гаплоидный набор хромосом. В этом случае развитие сперматозоидов у самцов проходит без мейоза и уменьшение хромосомного набора не имеет смысла.

Крокодилы, в свою очередь, также не имеют половых хромосом. Пол зародыша, который развивается при оплодотворении в яйце зависит от состояния окружающей среды, а именно от температуры. При высоких температурах появляются самки, при низких температурах самцы.

Таким образом, генетический механизм определения пола для различных организмов может быть различным и иметь собственные оригинальные особенности, которые зависят от целого ряда факторов.