Genske mutacije povezane su s promjenama u broju i strukturi kromosoma. Što je mutacija

Pozdrav, Olga Ryshkova je ovdje. Danas ćemo govoriti o mutacijama. Što je mutacija? Jesu li mutacije u ljudskom tijelu dobre ili loše, pozitivna ili opasna pojava za nas? Mutacije mogu uzrokovati bolesti ili mogu dati svojim nositeljima imunitet na bolesti kao što su rak, AIDS, malarija i dijabetes.

Što je mutacija?

Što je mutacija i gdje nastaje? Ljudske stanice (kao i biljke i životinje) imaju jezgru.

Jezgra sadrži skup kromosoma. Kromosom je nositelj gena, odnosno nositelj genetske, nasljedne informacije.

Svaki kromosom je formiran od molekule DNK, koja sadrži genetske informacije i prenosi se s roditelja na djecu. Molekula DNK izgleda ovako:

Mutacije se događaju upravo u molekuli DNA.

Kako nastaju?

Kako nastaju mutacije? DNK svake osobe sastoji se od samo četiri dušične baze - A, T, G, C. Ali molekula DNK je vrlo velika i oni se u njoj ponavljaju mnogo puta u različitim sekvencama. Karakteristike svake naše stanice ovise o nizu u kojem se te dušične baze nalaze.

Promjena sekvence ovih baza u DNK dovodi do mutacija.

Mutacija može biti uzrokovana malom promjenom jedne baze DNK ili njenog dijela. Dio kromosoma može biti izgubljen. Ili se ovaj dio može duplicirati. Ili će dva gena zamijeniti mjesta. Mutacije nastaju kada se geni pobrkaju. Gen je dio DNK. Na ovoj slici, radi jasnoće, slova ne označavaju dušične baze (ima ih samo četiri - A, T, G, C), već regije kromosoma s kojima se događaju promjene.

Ali ovo još nije mutacija.

Primijetili ste da sam rekao "vodi do mutacija", a ne "ovo je mutacija". Na primjer, došlo je do promjene u DNK, a stanica u kojoj se ta DNK nalazi može jednostavno umrijeti. I neće biti nikakvih posljedica u tijelu. Da bismo mogli reći da je došlo do mutacije, promjena mora biti trajna. To znači da će se stanica podijeliti, stanice kćeri će se ponovno podijeliti, i tako mnogo puta, a ta će se promjena prenijeti na sve potomke te stanice i učvrstiti u tijelu. Tada možemo reći da je došlo do mutacije, odnosno do promjene u genomu čovjeka i da se ta promjena može prenijeti na njegove potomke.

Zašto se događaju?

Zašto dolazi do mutacija u ljudskim stanicama? Postoji takav koncept kao "mutageni", to su fizički i kemijski faktori, koji uzrokuju promjene u strukturi kromosoma i gena, odnosno uzrokuju mutacije.

• Fizička uključuje zračenje, ionizirajuće i ultraljubičasto zračenje, visoke i niske temperature.
• Kemikalije - nitrati, pesticidi, naftni derivati, neki dodaci prehrani, neki lijekovi itd.
• Mutageni mogu biti biološki, kao što su neki mikroorganizmi, virusi (ospice, rubeola, gripa), kao i produkti oksidacije masti u ljudskom tijelu.

Mutacije mogu biti opasne.

Čak i najmanja mutacija gena dramatično povećava vjerojatnost urođenih mana. Mutacije mogu uzrokovati abnormalnosti u razvoju fetusa. Javljaju se tijekom procesa oplodnje, kada se spermij susretne s jajnom stanicom. Nešto može poći po zlu kada se genomi pomiješaju ili je problem već prisutan u roditeljskim genima. To dovodi do rađanja djece s genetskim poremećajima.

Mutacije mogu biti korisne.

Nekima ove mutacije daju privlačan izgled, visoka razina inteligencija ili atletska tjelesna građa. Takve mutacije učinkovito privlače suprotni spol. Mutirani geni koji se traže prenose se na potomke i šire planetom.

Mutacije su dovele do pojave velikog broja ljudi koji su imuni na opasne zarazne bolesti poput kuge i AIDS-a, od kojih se neće razboljeti ni tijekom najstrašnije epidemije.

Mutacije su korisne i štetne u isto vrijeme.

Jedna od glavnih bolesti u Africi je malarija. Ali ima ljudi koji ne obolijevaju od malarije. Ovo su ljudi sa crvenim krvnim zrncima u obliku srpa, poput ovog:

Naslijedili su mutirane crvene krvne stanice od svojih predaka. Takva crvena krvna zrnca ne prenose dobro kisik pa su njihovi vlasnici slabi i pate od anemije. Ali oni su imuni na malariju.

Ili još jedan sjajan primjer. Genetska mutacija, nasljedna bolest - Laronov sindrom. Ovi ljudi imaju nasljedni nedostatak inzulinu sličnog faktora rasta IGF-1, zbog čega njihov rast vrlo rano prestaje. Ali zbog nedostatka IGF-1 nikada ne obolijevaju od raka, kardiovaskularnih bolesti ili dijabetesa. Ove se bolesti uopće ne javljaju među osobama s Laronovim sindromom.

Hrana koju jedemo je mutanti.

Da, mutanti, i to su bile korisne mutacije. Većina proizvoda koje koristimo kao hranu rezultat su mutacija.

Dva primjera. Divlja riža je crvena, njen prinos je 20% manji od riže sa sjemenkama. Kultivirana riža pojavila se kao mutirani oblik prije otprilike 10.000 godina. Pokazalo se da se lakše čisti i brže kuha, što je ljudima omogućilo uštedu goriva. Zbog visoke produktivnosti i korisna svojstva seljaci su počeli preferirati mutiranu vrstu. Odnosno, bijela riža je mutirana crvena riža.

Pšenica koju sada jedemo počela se uzgajati 7 tisuća godina prije Krista. Čovjek je izabrao mutiranog divlja pšenica s većim zrnima koja se ne lome. Uzgajamo ga i danas.

Ostale kultivirane biljke također se uzgajaju nekoliko tisuća godina. Čovjek je odabrao mutirane vrste divljih biljaka i posebno ih uzgajao. Danas konzumiramo rezultate mutacija odabranih u davna vremena.

Nisu sve mutacije naslijeđene.

Govorim o mutacijama koje se događaju tijekom života jedne osobe. To su stanice raka.

U sljedećem članku ću vam ispričati kako mutacije dovode do pojave stanica raka i otkud među nama ljudi koji su imuni na HIV infekciju i ljudi koji su imuni na HIV.

Ako još uvijek imate pitanja o tome što su mutacije, gdje, kako i zašto nastaju, o tome ćemo razgovarati u komentarima. Ako vam je članak bio koristan, podijelite ga s prijateljima na društvenim mrežama.

Genomske mutacije – promjene u broju kromosoma;
kromosomske mutacije - preuređivanje strukture pojedinih kromosoma;
genske mutacije - i/ili sekvencije sastavnih dijelova gena (nukleotida) u strukturi DNA, čija je posljedica promjena u količini i kvaliteti odgovarajućih proteinskih produkata.

Genske mutacije nastaju supstitucijom, delecijom (gubitkom), translokacijom (kretanjem), duplikacijom (udvostručenjem), inverzijom (promjenom) nukleotida unutar pojedinih gena. U slučaju kada govorimo o Kada se govori o transformacijama unutar jednog nukleotida koristi se termin točkasta mutacija.

Takve transformacije nukleotida uzrokuju pojavu tri mutirana koda:

S promijenjenim značenjem (missense mutacija), kada je u polipeptidu kodiranom ovim genom jedna aminokiselina zamijenjena drugom;
s nepromijenjenim značenjem (neutralne mutacije) - zamjena nukleotida nije popraćena zamjenom aminokiselina i nema zamjetan učinak na strukturu ili funkciju odgovarajućeg proteina;
besmislene (nonsense mutacije), koje mogu uzrokovati prekid polipeptidnog lanca i imati najveći štetni učinak.

Mutacije u različitim dijelovima gena

1. mutacije u regulatornim regijama gena (u promotorskom dijelu i na mjestu poliadenilacije), koje uzrokuju kvantitativne promjene odgovarajući produkti i pojavljuju se klinički ovisno o limitirajućoj razini proteina, ali je njihova funkcija još uvijek očuvana;

2. mutacije u kodirajućim regijama gena:
u egzonima – uzrokuju prijevremeni završetak sinteza proteina;
u intronima – mogu generirati nova mjesta spajanja, koja u konačnici zamjenjuju izvorna (normalna) mjesta;
na mjestima spajanja (na spoju egzona i introna) – dovode do translacije nonsens proteina.

Kako bi se uklonile posljedice ove vrste oštećenja, postoje posebni mehanizmi popravka. Suština toga je ukloniti pogrešan dio DNK, a zatim se na ovom mjestu vraća izvorni. Samo ako mehanizam popravka ne radi ili se ne može nositi s oštećenjem, dolazi do mutacije.

Genske mutacije. Pojam genskih bolesti.

1. Određivanje varijabilnosti. Klasifikacija njegovih oblika.

Varijabilnost – da opća svojinaživih organizama, koji se sastoji u mijenjanju nasljedne osobine tijekom ontogeneze (individualnog razvoja).

Varijabilnost organizama dijeli se na dvije velike vrste:

1. fenotipski, ne utječe na genotip i ne nasljeđuje se;

2. genotipski, koji mijenja genotip i stoga se prenosi nasljeđem.

Genotipska varijabilnost se dijeli na kombinativnu i mutacijsku.

Mutacijska varijabilnost uključuje genomske, kromosomske i genske mutacije.

Genomske mutacije dijele se na poliploidiju i aneuploidiju

Kromosomske mutacije dijelimo na delecije, duplikacije, inverzije, translokacije

2. Fenotipska varijabilnost. Norma reakcije genetski uvjetovanih svojstava. Prilagodljiva priroda modifikacija. Fenokopije.

Fenotipska varijabilnost (ili nenasljedna modifikacija) je promjena fenotipskih karakteristika organizma pod utjecajem faktora vanjsko okruženje, bez promjene genotipa.

Na primjer: boja krzna himalajskog zeca ovisi o temperaturi okoline.

Norma reakcije je raspon varijabilnosti unutar kojeg je isti genotip sposoban proizvesti različite fenotipove.

1. široka norma reakcije - kada se fluktuacije neke karakteristike javljaju u širokom rasponu (na primjer: tamnjenje, količina mlijeka).

2. uska norma reakcije - kada su fluktuacije u svojstvu beznačajne (na primjer: sadržaj mliječne masti).

3. jednoznačna norma reakcije - kada se znak ne mijenja ni pod kojim uvjetima (na primjer: krvna grupa, boja očiju, oblik očiju).

Adaptivna priroda modifikacija leži u činjenici da varijabilnost modifikacije omogućuje tijelu da se prilagodi promjenjivim uvjetima okoline. Stoga su izmjene uvijek korisne.

Ako je tijekom embriogeneze tijelo izloženo nepovoljnim čimbenicima, mogu se pojaviti fenotipske promjene koje nadilaze normalne granice reakcije i nisu adaptivne prirode; nazivaju se razvojne morfoze. Na primjer, dijete se rodi bez udova ili s rascjepom usne.

Fenokopije su razvojne morfoze koje se vrlo teško razlikuju od nasljednih promjena (bolesti).

Na primjer: ako je trudnica preboljela rubeolu, može roditi dijete s mrenom. Ali ova se patologija može pojaviti i kao posljedica mutacije. U prvom slučaju govorimo o fenokopiji.

Dijagnoza "fenokopije" važna je za buduću prognozu, jer se fenokopijom genetski materijal ne mijenja, odnosno ostaje normalan.

3. Kombinativna varijabilnost. Važnost kombinacijske varijabilnosti u osiguranju genetske raznolikosti ljudi.

Kombinacijska varijabilnost je pojava kod potomaka novih kombinacija gena koje njihovi roditelji nisu imali.

Kombinativna varijabilnost povezana je s:

s prelaskom u mejotičku profazu 1.

s neovisnom divergencijom homolognih kromosoma u anafazu mejoze 1.

sa slučajnom kombinacijom gameta tijekom oplodnje.

Važnost kombinacijske varijabilnosti – osigurava genetsku raznolikost jedinki unutar vrste, što je važno za prirodnu selekciju i evoluciju.

4. Mutacijska varijabilnost. Osnovne odredbe teorije mutacija.

Hugo de Vries, nizozemski znanstvenik, skovao je pojam "mutacija" 1901. godine.

Mutacija je fenomen diskontinuiranog promjena koraka nasljedna osobina.

Proces nastanka mutacija naziva se mutageneza, a organizam koji u procesu mutageneze dobiva nova svojstva naziva se mutant.

Osnovne odredbe teorije mutacija prema Hugu de Vriesu.

1. mutacije nastaju iznenada bez ikakvih prijelaza.

2. dobiveni oblici su prilično stabilni.

3. mutacije su kvalitativne promjene.

4. mutacije se javljaju u različitim smjerovima. mogu biti i korisni i štetni.

5. Iste mutacije mogu se ponavljati.

5. Klasifikacija mutacija.

I. Po porijeklu.

1. Spontane mutacije. Spontane ili prirodne mutacije javljaju se u normalnim prirodnim uvjetima.

2. Inducirane mutacije. Inducirane ili umjetne mutacije nastaju kada je tijelo izloženo mutagenim čimbenicima.

A. fizički ( Ionizirana radiacija, UV zrake, visoka temperatura itd.)

b. kemijski (soli teških metala, dušična kiselina, slobodni radikali, kućni i industrijski otpad, lijekovi).

II. Po mjestu podrijetla.

A. Somatske mutacije nastaju u somatskim stanicama i nasljeđuju ih potomci stanica u kojima su nastale. Ne prenose se s koljena na koljeno.

b. Generativne mutacije javljaju se u zametnim stanicama i prenose se s koljena na koljeno.

III. Prema prirodi fenotipskih promjena.

1. Morfološke mutacije, karakterizirane promjenama u strukturi organa ili organizma u cjelini.

2. Fiziološke mutacije karakterizirane promijeniti fth organa ili organizma u cjelini.

3. Biokemijske mutacije povezane s promjenama u makromolekuli.

IV. Utjecajem na vitalnost organizma.

1. Smrtonosne mutacije u 100% slučajeva dovode do smrti organizma zbog defekata nespojivih sa životom.

2. Poluletalne mutacije dovode do smrti u 50-90% slučajeva. Tipično, organizmi s takvim mutacijama ne prežive do reproduktivne dobi.

3. Uvjetno letalne mutacije, pod nekim uvjetima organizam umire, a pod drugim preživi (galaktozemija).

4. Korisne mutacije povećavaju održivost organizma i koriste se u uzgoju.

V. Prema prirodi promjena u nasljednom materijalu.

1. Genske mutacije.

2. Kromosomske mutacije.

6. Genske mutacije, definicija. Mehanizmi nastanka spontanih genskih mutacija.

Genske mutacije ili točkaste mutacije su mutacije koje se javljaju u genima na razini nukleotida, pri čemu se mijenja struktura gena, mijenja se molekula mRNA, slijed aminokiselina u proteinu i mijenja se osobina u tijelu.

Vrste genskih mutacija:

- missense mutacije - zamjena 1 nukleotida u tripletu s drugim će dovesti do uključivanja druge aminokiseline u polipeptidni lanac proteina, koja inače ne bi trebala biti prisutna, a to će dovesti do promjena u svojstvima i funkcijama proteina.

Primjer: zamjena glutaminske kiseline valinom u molekuli hemoglobina.

CTT – glutaminska kiselina, TsAT – valin

Ako se takva mutacija dogodi u genu koji kodira β lanac proteina hemoglobina, tada se valin uključuje u β lanac umjesto glutaminske kiseline → kao rezultat takve mutacije mijenjaju se svojstva i funkcije proteina hemoglobina i HbS pojavljuje umjesto normalnog HbA, kao rezultat osoba razvija anemija srpastih stanica(oblik crvenih krvnih stanica se mijenja).

- besmislica mutacije - zamjena 1 nukleotida u tripletu s drugim dovest će do činjenice da će se genetski značajan triplet pretvoriti u stop kodon, što dovodi do prekida sinteze polipeptidnog lanca proteina. Primjer: UAC – tirozin. UAA – stop kodon.

Mutacije s pomakom u okviru čitanja nasljednih informacija.

Ako se kao rezultat mutacije gena u organizmu pojavi nova karakteristika (na primjer, polidaktilija), tada se nazivaju neomorfni.

ako kao rezultat mutacije gena tijelo izgubi neko svojstvo (npr. kod PKU nestane enzim), tada se nazivaju amorfni.

- seimsense mutacije – zamjenom nukleotida u tripletu dolazi do pojave sinonimnog tripleta koji kodira isti protein. To je zbog degeneracije genetskog koda. Na primjer: CTT – glutamin CTT – glutamin.

Mehanizmi nastanka genskih mutacija (zamjena, insercija, gubitak).

DNK se sastoji od 2 polinukleotidna lanca. Prvo dolazi do promjene u prvom lancu DNK - to je polumutacijsko stanje ili "primarno oštećenje DNK". Svake sekunde u stanici se dogodi 1 primarno oštećenje DNK.

Kada oštećenje prijeđe na drugi lanac DNK, kažu da je mutacija popravljena, odnosno da je došlo do "potpune mutacije".

Primarno oštećenje DNA nastaje kada su mehanizmi replikacije, transkripcije i crossing overa poremećeni

7. Učestalost genskih mutacija. Mutacije su izravne i reverzne, dominantne i recesivne.

Kod ljudi je učestalost mutacija = 1x10 –4 – 1x10 –7, odnosno u prosjeku je 20–30% ljudskih gameta u svakoj generaciji mutiranih.

Kod Drosophile je učestalost mutacije = 1x10 –5, odnosno 1 gameta od 100 tisuća nosi gensku mutaciju.

A. Izravna mutacija (recesivna) je mutacija gena iz dominantnog stanja u recesivno stanje: A → a.

b. Reverzna mutacija (dominantna) je mutacija gena iz recesivnog stanja u dominantno stanje: a → A.

Genske mutacije se javljaju u svim organizmima; geni mutiraju u različitim smjerovima, kao i sa različita frekvencija. Geni koji rijetko mutiraju nazivaju se stabilnim, a geni koji često mutiraju nazivaju se promjenjivima.

8. Zakon homoloških nizova u nasljednoj varijabilnosti N.I.

Mutacija se događa u različitim smjerovima, tj. slučajno. Međutim, te su nesreće podložne obrascu koji je otkriven 1920. Vavilov. Formulirao je zakon homolognih nizova u nasljednoj varijabilnosti.

“Vrste i rodovi koji su genetski bliski karakteriziraju slični nizovi nasljedne varijabilnosti s takvom pravilnošću da se, poznavajući nizove oblika unutar jedne vrste, može predvidjeti postojanje paralelnih oblika u drugim vrstama i rodovima.”

Ovaj nam zakon omogućuje predviđanje prisutnosti određene osobine kod jedinki različitih rodova iste obitelji. Tako je predviđena prisutnost lupine bez alkaloida u prirodi, jer u obitelji mahunarki postoje rodovi graha, graška i graha koji ne sadrže alkaloide.

U medicini Vavilovljev zakon dopušta korištenje životinja koje su genetski bliske ljudima kao genetskih modela. Koriste se za pokuse proučavanja genetskih bolesti. Na primjer, katarakta se proučava na miševima i psima; hemofilija - kod pasa, kongenitalna gluhoća - kod miševa, zamoraca, pasa.

Vavilovljev zakon omogućuje nam predviđanje pojave induciranih mutacija nepoznatih znanosti, koje se mogu koristiti u uzgoju za stvaranje biljnih oblika vrijednih za ljude.

9. Antimutacijske barijere tijela.

- Točnost replikacije DNA. Ponekad se tijekom replikacije dogodi greška, tada se aktiviraju mehanizmi samoispravljanja koji imaju za cilj eliminirati netočni nukleotid. Enzim DNA polimeraza ima važnu ulogu, a stopa pogreške je smanjena za 10 puta (s 10 –5 na 10 –6).

- Degeneracija genetskog koda. Nekoliko tripleta može kodirati 1 aminokiselinu, tako da zamjena 1 nukleotida u tripletu u nekim slučajevima ne iskrivljuje nasljedne informacije. Na primjer, CTT i CTC su glutaminska kiselina.

- Vađenje neki geni odgovorni za važne makromolekule: rRNA, tRNA, histonske proteine, t.j. nastaju mnoge kopije ovih gena. Ti su geni dio umjereno ponavljajućih sekvenci.

- DNA redundantnost– 99% je suvišno i mutageni faktor češće upada u ovih 99% besmislenih nizova.

- Sparivanje kromosoma u diploidnom skupu. U heterozigotnom stanju mnoge štetne mutacije se ne pojavljuju.

- Odstrel mutirane zametne stanice.

- popravak DNK.

10. Reparacija genetskog materijala. .

Popravak DNK je uklanjanje primarnog oštećenja DNK i njezina zamjena normalnim strukturama.

Postoje dva oblika reparacije: svijetla i tamna

A. Svjetlosna reparacija (ili enzimska fotoreaktivacija). Enzimi za popravak aktivni su samo u prisutnosti svjetla. Ovaj oblik popravka usmjeren je na uklanjanje primarnog oštećenja DNK uzrokovanog UV zrakama.

Pod utjecajem UV zraka aktiviraju se pirimidinske dušične baze u DNA, što dovodi do stvaranja veza između pirimidinskih dušičnih baza koje se nalaze u blizini u istom lancu DNA, odnosno nastaju pirimidinski dimeri. Najčešće se javljaju veze: T=T; T=C; C=C.

U DNK obično nema dimera pirimidina. Njihov nastanak dovodi do iskrivljenja nasljednih informacija i poremećaja normalnog tijeka replikacije i transkripcije, što potom dovodi do mutacija gena.

Suština fotoreaktivacije: u jezgri postoji poseban (fotoreaktivirajući) enzim koji je aktivan samo u prisutnosti svjetla i uništava pirimidinske dimere, odnosno kida veze nastale između pirimidinskih dušičnih baza pod utjecajem UV zrake.

Tamni popravak događa se u mraku i na svjetlu, odnosno aktivnost enzima ne ovisi o prisutnosti svjetla. Dijeli se na predreplikacijski popravak i postreplikacijski popravak.

Pre-replikacijski popravak događa se prije replikacije DNK, a mnogi enzimi su uključeni u ovaj proces:

o endonukleaza

o egzonukleaza

o DNA polimeraza

o DNA ligaza

1. faza. Enzim endonukleaza pronalazi oštećeno područje i reže ga.

Faza 2. Enzim egzonukleaza uklanja oštećeno područje iz DNK (ekscizija), što rezultira prazninom.

Faza 3. Enzim DNA polimeraza sintetizira dio koji nedostaje. Sinteza se odvija prema principu komplementarnosti.

Faza 4. Enzimi ligaze povezuju ili spajaju novo sintetiziranu regiju s DNK lancem. Na taj način se popravlja izvorno oštećenje DNK.

Postreplikacijski popravak.

Recimo da postoji primarno oštećenje u DNK.

1. faza. Počinje proces replikacije DNK. Enzim DNA polimeraza sintetizira novi lanac koji je potpuno komplementaran starom intaktnom lancu.

Faza 2. Enzim DNA polimeraza sintetizira još jedan novi lanac, ali zaobilazi područje gdje se nalazi oštećenje. Kao rezultat toga, stvorena je praznina u drugom novom DNK lancu.

Faza 3. Na kraju replikacije, enzim DNA polimeraza sintetizira dio koji nedostaje komplementaran novom lancu DNA.

Faza 4. Enzim ligaza zatim povezuje novosintetizirani dio s lancem DNK na mjestu gdje je bio razmak. Dakle, primarno oštećenje DNK nije prešlo na drugi novi lanac, odnosno mutacija nije popravljena.

Nakon toga, primarno oštećenje DNK može se eliminirati tijekom predreplikacijskog popravka.

11. Mutacije povezane s poremećenim popravkom DNA i njihova uloga u patologiji.

Sposobnost popravljanja u organizmima se razvila i učvrstila tijekom evolucije. Što je veća aktivnost reparacijskih enzima, to je nasljedni materijal stabilniji. Odgovarajući geni odgovorni su za enzime popravka, pa ako dođe do mutacije u tim genima, aktivnost enzima popravka se smanjuje. U tom slučaju, osoba razvija teške nasljedne bolesti koje su povezane sa smanjenjem aktivnosti enzima za popravak.

Postoji više od 100 takvih bolesti kod ljudi:

Fanconijeva anemija– smanjenje broja crvenih krvnih zrnaca, gubitak sluha, poremećaji u kardiovaskularnom sustavu, deformacija prstiju, mikrocefalija.

Bloomov sindrom - mala porođajna težina novorođenčeta, usporen rast, povećana osjetljivost na virusne infekcije, povećan rizik onkološke bolesti. Karakterističan znak: za kraći boravak sunčeva svjetlost Na koži lica pojavljuje se pigmentacija u obliku leptira (širenje krvnih kapilara).

Xeroderma pigmentosum– na koži se od svjetlosti pojavljuju opekline koje ubrzo prerastu u rak kože (kod takvih bolesnika rak se javlja 20 000 puta češće). Pacijenti su prisiljeni živjeti pod umjetnom rasvjetom.

Učestalost bolesti – 1: 250 000 (Europa, SAD) i 1: 40 000 (Japan)

Dvije vrste progerije – prerano starenje tijelo.

12. Genske bolesti, mehanizmi njihova nastanka, nasljeđe, učestalost pojavljivanja.

Genske bolesti (ili molekularne bolesti) dosta su zastupljene kod ljudi, ima ih više od 1000.

Posebnu skupinu među njima čine urođene metaboličke greške. Ove bolesti prvi je opisao A. Garod 1902. godine. Simptomi ovih bolesti su različiti, ali uvijek postoji kršenje transformacije tvari u tijelu. U tom će slučaju neke tvari biti u višku, druge u nedostatku. Na primjer, tvar (A) ulazi u tijelo i dalje se pod djelovanjem enzima pretvara u tvar (B). Zatim bi se tvar (B) trebala pretvoriti u tvar (C), ali to je spriječeno blokadom mutacije

(), kao rezultat, tvari (C) će biti u nedostatku, a tvari (B) u višku.

Primjeri nekih bolesti uzrokovanih urođena mana metabolizam.

PKU(fenilketonurija, kongenitalna demencija). Genetska bolest, koja se nasljeđuje autosomno recesivno, javlja se s učestalošću 1:10 000. Fenilalanin je esencijalna aminokiselina za izgradnju proteinskih molekula i, osim toga, služi kao prekursor hormona Štitnjača(tiroksin), adrenalin i melanin. Aminokiselina fenilalanin u stanicama jetre mora biti pretvorena pomoću enzima (fenilalanin-4-hidroksilaze) u tirozin. Ako je enzim odgovoran za ovu transformaciju odsutan ili je njegova aktivnost smanjena, sadržaj fenilalanina u krvi će se naglo povećati, a sadržaj tirozina će se smanjiti. Višak fenilalanina u krvi dovodi do pojave njegovih derivata (feniloctene, fenillaktične, fenilpirogrožđane i drugih ketonskih kiselina), koji se izlučuju mokraćom i također imaju toksični učinci na stanice središnjeg živčani sustav, što dovodi do demencije.

Pravodobnom dijagnozom i prevođenjem dojenčeta na prehranu bez fenilalanina može se spriječiti razvoj bolesti.

Albinizam je čest. Genetska bolest se nasljeđuje autosomno recesivno. Normalno, aminokiselina tirozin je uključena u sintezu pigmenta tkiva. Ako dođe do blokade mutacije, enzim je odsutan ili je njegova aktivnost smanjena, tada se pigmenti tkiva ne sintetiziraju. U tim slučajevima koža ima mliječno bijelu boju, kosa je vrlo svijetla, zbog nedostatka pigmenta u mrežnici, vidljiva je krvne žile, oči imaju crvenkasto-ružičastu boju i povećanu osjetljivost na svjetlost.

Alkapnonurija. Genetska bolest, koja se nasljeđuje autosomno recesivno, javlja se s učestalošću 3-5:1.000.000. Bolest je povezana s kršenjem pretvorbe homogentizinske kiseline, zbog čega se ta kiselina nakuplja u tijelu. Izlučena u urinu, ova kiselina dovodi do razvoja bolesti bubrega, osim toga, alkalizirani urin s ovom anomalijom brzo potamni. Bolest se također manifestira kao bojenje hrskavičnog tkiva, a artritis se razvija u starijoj dobi. Dakle, bolest je popraćena oštećenjem bubrega i zglobova.

Genske bolesti povezane s poremećajima metabolizma ugljikohidrata.

Galaktozemija. Genetska bolest, koja se nasljeđuje autosomno recesivno, javlja se s učestalošću 1:35 000-40 000 djece.

Krv novorođenčeta sadrži monosaharid galaktozu, koji nastaje razgradnjom disaharida mlijeka. laktoza za glukozu i galaktoza. Galaktozu organizam ne apsorbira izravno; ona se posebnim enzimom mora pretvoriti u probavljiv oblik - glukoza-1-fosfat.

Nasljedna bolest galaktozemija je uzrokovana disfunkcijom gena koji kontrolira sintezu enzima proteina koji pretvara galaktozu u probavljiv oblik. U krvi bolesne djece bit će vrlo malo ovog enzima, a mnogo galaktoze, što se utvrđuje biokemijskom analizom.

Ako se dijagnoza postavi u prvim danima nakon rođenja djeteta, tada se ono hrani formulama koje ne sadrže mliječni šećer, te se dijete normalno razvija. U suprotnom, dijete odrasta slaboumno.

Cistična fibroza. Genetska bolest, koja se nasljeđuje autosomno recesivno, javlja se s učestalošću 1:2000-2500. Bolest je povezana s mutacijom gena koji je odgovoran za protein prijenosnik ugrađen u plazma membranu stanica. Ovaj protein regulira propusnost membrane za ione Na i Ca. Ako je propusnost tih iona u stanicama egzokrinih žlijezda poremećena, žlijezde počinju proizvoditi gust, viskozan sekret koji zatvara kanale egzokrinih žlijezda.

Postoje plućni i crijevni oblik cistična fibroza.

Marfanov sindrom. Genetska bolest se nasljeđuje autosomno dominantno. Povezan s poremećajem metabolizma proteina fibrilina u vezivno tkivo, što se očituje kompleksom znakova: “paukovi” prsti (arahnodaktilija), visok rast, subluksacija leće, srčani i krvožilni defekti, pojačano izbacivanje adrenalina u krv, pogrbljenost, udubljeni prsni koš, visok svod stopala, slabost ligamenata i tetiva itd. Prvi ju je opisao 1896. godine francuski pedijatar Antonio Marfan.

PREDAVANJE 10 Strukturne mutacije kromosoma.

1. Strukturne mutacije kromosoma (kromosomske aberacije).

Razlikuju se sljedeće vrste kromosomskih aberacija.

– brisanja

– umnožavanja

– inverzije

– prstenasti kromosomi

– translokacije

– transpozicije

Ovim mutacijama mijenja se struktura kromosoma, mijenja se redoslijed gena u kromosomima i mijenja se doza gena u genotipu. Ove se mutacije javljaju u svim organizmima, a to su:

Spontani (uzrokovani čimbenikom nepoznate prirode) i inducirani (poznata je priroda čimbenika koji je uzrokovao mutaciju)

Somatski (utječu na nasljedni materijal somatskih stanica) i generativni (promjene u nasljednom materijalu gameta)

Korisno i štetno (potonje je mnogo češće)

Uravnotežen (sustav genotipa se ne mijenja, što znači da se fenotip ne mijenja) i neuravnotežen (sustav genotipa se mijenja, što znači da se mijenja i fenotip)

Ako mutacija zahvati dva kromosoma, govore o interkromosomskim preraspodjelama.

Ako mutacija zahvati kromosom 1, govorimo o unutarkromosomskim preraspodjelama.

2. Mehanizmi nastanka strukturnih mutacija kromosoma.

Hipoteza "disconnection-connection". Vjeruje se da do loma dolazi u jednom ili više kromosoma. Formiraju se kromosomski odsječci koji se potom povezuju, ali drugačijim slijedom. Ako se prekid dogodi prije replikacije DNA, tada su u ovaj proces uključene 2 kromatide - to su izokromatid praznina Ako nakon replikacije DNA dođe do prekida, tada je u procesu uključena 1 kromatida - ovo kromatid praznina

Druga hipoteza: proces sličan crossing overu događa se između nehomolognih kromosoma, tj. nehomologni kromosomi izmjenjuju dijelove.

3. Delecije, njihova suština, oblici, fenotipski učinak. Pseudo-dominacija..

Delecija (nedostatak) je gubitak dijela kromosoma.

1 može doći do loma u kromosomu, i on će izgubiti terminalnu regiju, koju će uništiti enzimi (nedostatak)

mogu postojati dva loma u kromosomu s gubitkom središnje regije, koju će također enzimi uništiti (intersticijska delecija).

U homozigotnom stanju delecije su uvijek smrtonosne; u heterozigotnom stanju manifestiraju se kao višestruki razvojni defekti.

Otkrivanje brisanja:

Diferencijalno bojenje kromosoma

Prema obliku petlje, koja nastaje pri konjugaciji homolognih kromosoma u profazi mejoze 1. Petlja nastaje na normalnom kromosomu.

Brisanje je prvi put proučavano na mušici Drosophila, što je rezultiralo gubitkom dijela X kromosoma. U homozigotnom stanju ova je mutacija letalna, a u heterozigotnom se fenotipski očituje kao zarez na krilu (Notch mutacija). Prilikom analize ove mutacije identificiran je poseban fenomen koji je nazvan pseudo-dominacija. U tom se slučaju fenotipski očituje recesivni alel, budući da se zbog delecije gubi područje kromosoma s dominantnim alelom.

Kod ljudi se delecije najčešće javljaju u kromosomima od 1 do 18. Na primjer, delecija kratkog kraka petog kromosoma u heterozigotnom stanju manifestira se fenotipski kao sindrom "cry the cat". Dijete se rađa s velikim brojem patologija, živi od 5 dana do mjesec dana (vrlo rijetko do 10 godina), njegov plač nalikuje oštrom mijauku mačke.

Intersticijska delecija može se pojaviti na kromosomu 21 ili 22 hematopoetskih matičnih stanica. U heterozigotnom stanju fenotipski se očituje kao perniciozna anemija.

4. Duplikacije, inverzije, kromirani prstenovi. Mehanizam nastanka. Fenotipska manifestacija.

Dupliciranje– udvostručenje dijela kromosoma (ovaj se dio može ponavljati mnogo puta). Umnožavanja mogu biti izravna i obrnuta.

Ovim mutacijama se povećava doza gena u genotipu, a u homozigotnom stanju te su mutacije smrtonosne. U heterozigotnom stanju očituju se višestrukim nedostacima u razvoju. Međutim, te su mutacije mogle igrati ulogu tijekom evolucije. Obitelji gena za hemoglobin možda su nastale na ovaj način.

Možda su se opetovano ponovljene sekvence nukleotida DNA pojavile kao rezultat umnožavanja.

Otkrivanje dupliciranja:

Slika petlje u profazi mejoze 1. Petlja nastaje na mutiranom kromosomu.

Inverzija – otkidanje dijela kromosoma, rotiranje za 180° i pričvršćivanje na staro mjesto. Tijekom inverzija doza gena se ne mijenja, ali se mijenja redoslijed gena u kromosomu, tj. grupa kvačila se mijenja. Nema krajnjih inverzija.

U homozigotnom stanju inverzije su smrtonosne, au heterozigotnom se očituju kao višestruki nedostaci u razvoju.

Otkrivanje inverzija:

Diferencijalno bojenje.

Slika u obliku dvije nasuprotno smještene petlje u profazi mejoze 1.

Postoje 2 vrste inverzija:

paracentrična inverzija, koja ne zahvaća centromeru, jer dolazi do loma unutar jednog kraka kromosoma

pericentrična inverzija, koja zahvaća centromeru, jer lomovi se javljaju s obje strane centromere.

S pericentričnom inverzijom, konfiguracija kromosoma može se promijeniti (ako krajevi rotiranih dijelova nisu simetrični). I to onemogućuje naknadnu konjugaciju.

Fenotipska manifestacija inverzija je najblaža u usporedbi s drugim kromosomskim aberacijama. Ako recesivni homozigoti umru, onda heterozigoti najčešće doživljavaju neplodnost.

Prstenasti kromosomi. Normalno, u ljudskom kariotipu nema prstenastih kromosoma. Mogu se pojaviti kada je tijelo izloženo mutagenim čimbenicima, posebice radioaktivnom zračenju.

U tom slučaju dolazi do 2 prekida u kromosomu, a rezultirajući dio zatvara se u prsten. Ako prstenasti kromosom sadrži centromeru, tada nastaje centrični prsten. Ako nema centromera, tada se formira acentrični prsten; enzimi ga uništavaju i ne nasljeđuje se.

Prstenasti kromosomi otkrivaju se kariotipizacijom.

U homozigotnom stanju te su mutacije smrtonosne, a u heterozigotnom stanju se fenotipski pojavljuju kao delecije.

Prstenasti kromosomi su markeri izloženosti zračenju. Što je veća doza zračenja, to je više prstenastih kromosoma i to je lošija prognoza.

5. Translokacije, njihova suština. Recipročne translokacije, njihove karakteristike i medicinski značaj. Robertsonove translokacije i njihova uloga u nasljednoj patologiji.

Translokacija je pomicanje dijela kromosoma. Postoje međusobne (recipročne) i nerecipročne (transpozicija) translokacije.

Recipročne translokacije nastaju kada dva nehomologna kromosoma razmijene svoje dijelove.

Posebna skupina translokacija su Robertsonove translokacije (centrične fuzije). Zahvaćeni su akrocentrični kromosomi – gube kratke krake, a dugi kraci su spojeni.

Vrste jajašca spermija zigota Posljedice

14 + 14, 21 14,14,21 monosomija 21 (smrtonosna)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomija 21 (dolje)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomija 14 (smrtonosna)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trisomija 14 (smrtonosna)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotipski zdrav

Kao što vidimo, žena s Robertsonovom translokacijom može roditi zdravo dijete.

Gubitak kratkih krakova ne utječe ni na što, budući da se tamo nalaze zone za stvaranje jezgrica, a nalaze se iu drugim kromosomima.

Pacijent s translokacijskim oblikom Downovog sindroma ima 46 kromosoma u svojim stanicama. Jajnik će nakon translokacije imati 45 kromosoma. Međutim, uz uravnoteženu mutaciju, žena će imati 45 kromosoma.

Otkrivanje translokacija:

Diferencijalno bojenje.

Slika križa u profazi mejoze 1.

6. Transpozicije. Mobilni genetski elementi. Mehanizmi kretanja kroz genom i značaj.

Ako translokacije nisu recipročne, onda govore o transpoziciji.

Posebna skupina transpozona su Mobile Genetic Elements (MGE) ili skakajući geni koji se nalaze u svim organizmima. Kod muhe Drosophila oni čine 5% genoma. Kod ljudi, MGE su grupirani u ALU obitelj.

MGE se sastoje od 300-400 nukleotida, koji se ponavljaju 300 tisuća puta u ljudskom genomu.

Na krajevima MGE nalaze se ponavljanja nukleotida koja se sastoje od 50-100 nukleotida. Ponavljanja mogu biti naprijed ili natrag. Čini se da ponavljanja nukleotida utječu na kretanje MGE.

Postoje dvije mogućnosti kretanja MGE kroz genom.

1. pomoću procesa obrnute transkripcije. Za to je potreban enzim reverzna transkriptaza (revertaza). Ova se opcija odvija u nekoliko faza:

na DNA, enzim RNA polimeraza (drugi naziv je transkriptaza) sintetizira mRNA,

Na mRNA, enzim reverzna transkriptaza sintetizira jedan lanac DNA,

Enzim DNA polimeraza osigurava sintezu drugog lanca DNA,

sintetizirani fragment se zatvara u prsten,

DNA prsten je umetnut u drugi kromosom ili na drugo mjesto na istom kromosomu.

2. pomoću enzima transpozaze, koji izrezuje MGE i prenosi ga na drugi kromosom ili na drugo mjesto na istom kromosomu

Tijekom evolucije MGE je odigrao pozitivnu ulogu, jer izvršili su prijenos genetskih informacija s jedne vrste organizama na druge. Važnu ulogu u tome odigrali su retrovirusi, koji sadrže RNK kao nasljedni materijal, a sadrže i reverznu transkriptazu.

MGE se kreću po genomu vrlo rijetko, jedan pokret na stotine tisuća događaja u stanici (frekvencija kretanja 1 x 10–5).

U svakom specifičnom organizmu, MGE ne igraju pozitivnu ulogu, jer krećući se kroz genom, mijenjaju funkcioniranje gena i uzrokuju genske i kromosomske mutacije.

7. Inducirana mutageneza. Fizikalni, kemijski i biološki mutageni čimbenici.

Inducirane mutacije nastaju djelovanjem mutagenih čimbenika na tijelo, koji se dijele u 3 skupine:

Fizikalni (UFL, X-zrake i izloženost zračenju, elektromagnetska polja, visoke temperature).

Dakle, ionizirajuće zračenje može djelovati izravno na molekule DNA i RNA, uzrokujući oštećenja (mutacije gena) u njima. Neizravni utjecaj ovoga

mutagen na nasljedni aparat stanica sastoji se u stvaranju genotoksičnih tvari (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Kemijski mutageni čimbenici. Ima ih preko 2 milijuna. kemijske tvari, sposoban uzrokovati mutacije. Ovo je sol teški metali, kemijski analozi dušične baze (5-bromuracil), alkilirajući spojevi (CH 3, C 2 H 5).

8. Radijacijske mutacije. Genetska opasnost od onečišćenja okoliš.

Radijacijske mutacije su mutacije uzrokovane zračenjem. Godine 1927. američki genetičar Heinrich Mehler prvi je pokazao da zračenje X-zrakama dovodi do značajnog povećanja učestalosti mutacija kod drozofila. Ovaj rad označio je početak novog smjera u biologiji - genetike zračenja. Zahvaljujući brojnim radovima izvedenim preko posljednjih desetljeća, sada znamo da kada je pogođen elementarne čestice(kvanti, elektroni, protoni i neutroni) u jezgru, dolazi do ionizacije molekula vode uz stvaranje slobodnih radikala (OH -, O 2 -). Posjeduju veliku kemijsku aktivnost, uzrokuju lomove DNA, oštećenje nukleotida ili njihovo uništenje; sve to dovodi do pojave mutacija.

Pošto je osoba otvoreni sustav, To razni faktori mogu ući zagađivači okoliša ljudsko tijelo. Mnogi od ovih čimbenika mogu promijeniti ili oštetiti nasljedni materijal živih stanica. Posljedice ovih čimbenika su toliko ozbiljne da čovječanstvo ne može zanemariti onečišćenje okoliša.

9. Mutageneza i karcinogeneza.

Teoriju mutacije raka prvi je predložio Hugo De Vries 1901. godine. U današnje vrijeme postoje mnoge teorije o karcinogenezi.

Jedna od njih je genska teorija karcinogeneze. Poznato je da ljudski genom sadrži više od 60 onkogena koji mogu regulirati diobu stanica. Oni su u neaktivnom stanju u obliku protoonkogena. Pod utjecajem različitih mutagenih čimbenika protoonkogeni se aktiviraju i postaju onkogeni koji uzrokuju intenzivnu proliferaciju stanica i razvoj tumora.

PREDAVANJE 11 Mutacije broja kromosoma. Haploidija, poliploidija,

Aneuploidija.

1. Bit mutacija broja kromosoma, uzroci i mehanizmi nastanka.

Svaki tip organizma karakterizira svoj kariotip. Konstantnost kariotipa tijekom niza generacija održava se procesima mitoze i mejoze. Ponekad je tijekom mitoze ili mejoze poremećena segregacija kromosoma, što rezultira stanicama s promijenjenim brojem kromosoma. U stanicama se može promijeniti broj cijelih haploidnih skupova kromosoma, u kojem slučaju dolazi do mutacija kao što su:

Haploidija – jedan set kromosoma (n)

Poliploidija – povećanje broja kromosoma višestrukog haploidnog skupa (3n, 4n, itd.)

Aneuploidija je promjena broja pojedinačnih kromosoma (46 +1).

Skup kromosoma može se promijeniti iu somatskim stanicama iu zametnim stanicama.

Uzroci poremećaja divergencije kromosoma:

povećana viskoznost citoplazme

promjena polariteta stanica

disfunkcija vretena.

Svi ovi razlozi dovode do takozvanog fenomena "anaphase lag".

To znači da su tijekom anafaze mitoze ili mejoze kromosomi neravnomjerno raspoređeni, tj. neki kromosom ili skupina kromosoma ne drži korak s ostatkom kromosoma i gubi se u jednoj od stanica kćeri.

2. Haploidija, priroda promjena kariotipa, prevalencija, fenotipska manifestacija.

Haploidija je redukcija broja kromosoma u stanicama organizma na haploidne. U stanicama se naglo smanjuje broj kromosoma i doza gena, odnosno mijenja se sustav genotipa, što znači da se mijenja i fenotip.

Genomi živih organizama relativno su stabilni, što je nužno za očuvanje strukture vrste i kontinuiteta razvoja. Kako bi održali stabilnost u stanici rade raznih sustava reparacije koje ispravljaju poremećaje u strukturi DNA. Međutim, ako se promjene u strukturi DNK uopće ne održavaju, vrste se ne bi mogle prilagoditi promjenjivim uvjetima okoliša i razvijati se. U stvaranju evolucijskog potencijala, tj. potrebna razina nasljedne varijabilnosti, glavna uloga pripada mutacijama.

Uvjet " mutacija“G. de Vries je u svom klasičnom djelu “Teorija mutacije” (1901.-1903.) ocrtao fenomen grčevitih, povremenih promjena u svojstvu. Zabilježio je broj značajke mutacijske varijabilnosti:

• mutacija je kvalitativno novo stanje svojstva;
• mutirani oblici su konstantni;
• iste se mutacije mogu ponavljati;
• mutacije mogu biti korisne ili štetne;
• otkrivanje mutacija ovisi o broju analiziranih jedinki.

Osnova za nastanak mutacije je promjena strukture DNK ili kromosoma, pa se mutacije nasljeđuju u sljedećim generacijama. Mutacijska varijabilnost je univerzalna; javlja se kod svih životinja, viših i nižih biljaka, bakterija i virusa.

Konvencionalno se proces mutacije dijeli na spontani i inducirani. Prvi se javlja pod utjecajem prirodnih čimbenika (vanjski ili unutarnji), drugi - s ciljanim učinkom na stanicu. Učestalost spontane mutageneze je vrlo niska. Kod ljudi se kreće u rasponu od 10 -5 - 10 -3 po genu po generaciji. Što se tiče genoma, to znači da svatko od nas ima u prosjeku jedan gen koji naši roditelji nisu imali.

Većina mutacija je recesivna, što je vrlo važno jer... mutacije krše utvrđenu normu (divlji tip) i stoga su štetne. Međutim, recesivna priroda mutantnih alela omogućuje im da dugo ostanu u populaciji u heterozigotnom stanju i manifestiraju se kao rezultat kombinacijske varijabilnosti. Ako nastala mutacija ima povoljan učinak na razvoj organizma, ona će se prirodnom selekcijom sačuvati i proširiti među jedinkama populacije.

Prema prirodi djelovanja mutiranog gena mutacije se dijele u 3 tipa:

• morfološki,
• fiziološki,
• biokemijski.

Morfološke mutacije promijeniti formiranje organa i procese rasta kod životinja i biljaka. Primjer ove vrste promjene su mutacije u boji očiju, obliku krila, boji tijela i obliku čekinja kod Drosophile; kratke noge kod ovaca, patuljasti rast kod biljaka, kratki prsti (brahidaktilija) kod ljudi itd.

Fiziološke mutacije obično smanjuju sposobnost preživljavanja jedinki, među njima postoje mnoge smrtonosne i polusmrtonosne mutacije. Primjeri fizioloških mutacija su respiratorne mutacije kod kvasca, mutacije klorofila kod biljaka i hemofilija kod ljudi.

DO biokemijske mutacije uključuju one koji inhibiraju ili ometaju sintezu određenih kemikalija, obično kao rezultat nedostatka potrebnog enzima. Ova vrsta uključuje auksotrofne mutacije bakterija, koje određuju nesposobnost stanice da sintetizira bilo koju tvar (na primjer, aminokiselinu). Takvi organizmi mogu živjeti samo u prisutnosti ove tvari u okolišu. U čovjeka je posljedica biokemijske mutacije teška nasljedna bolest - fenilketonurija, uzrokovana nedostatkom enzima koji sintetizira tirozin iz fenilalanina, zbog čega se fenilalanin nakuplja u krvi. Ako se prisutnost ovog nedostatka ne utvrdi na vrijeme i fenilalanin se ne isključi iz prehrane novorođenčadi, tada se tijelo suočava sa smrću zbog ozbiljnog poremećaja razvoja mozga.

Mutacije mogu biti generativni I somatski. Prvi nastaju u zametnim stanicama, a drugi u stanicama tijela. Njihova je evolucijska vrijednost različita i povezana je s načinom razmnožavanja.

Generativne mutacije mogu se pojaviti u različitim fazama razvoja zametnih stanica. Što ranije nastanu, veći je broj spolnih stanica koje će ih nositi, pa će se stoga povećati mogućnost njihovog prijenosa na potomstvo. Slična situacija događa se u slučaju somatske mutacije. Što se prije dogodi, to će ga više stanica nositi. Jedinke s promijenjenim dijelovima tijela nazivaju se mozaici ili himere. Na primjer, kod Drosophile se opaža mozaicizam u boji očiju: na pozadini crvene boje pojavljuju se bijele mrlje (fasete bez pigmenta) kao rezultat mutacije.

U organizmima koji se razmnožavaju samo spolno, somatske mutacije ne predstavljaju nikakvu vrijednost ni za evoluciju ni za selekciju, jer nisu naslijeđene. Kod biljaka koje se mogu razmnožavati vegetativno, somatske mutacije mogu postati materijal za selekciju. Na primjer, mutacije pupoljaka koje stvaraju promijenjene izdanke (športovi). Iz takvog sporta I.V. Michurin je metodom cijepljenja dobio novu sortu jabuke Antonovka 600 grama.

Mutacije su raznolike ne samo u svojoj fenotipskoj manifestaciji, već iu promjenama koje se događaju u genotipu. Postoje mutacije genetski, kromosomski I genomski.

Genske mutacije

Genske mutacije promijeniti strukturu pojedinih gena. Među njima je značajan dio točkaste mutacije, kod kojih promjena zahvaća jedan par nukleotida. Najčešće, točkaste mutacije uključuju zamjenu nukleotida. Postoje dvije vrste takvih mutacija: tranzicije i transverzije. Tijekom prijelaza u nukleotidnom paru purin se zamjenjuje purinom ili pirimidin pirimidinom, tj. prostorna orijentacija baza se ne mijenja. U transverzijama se purin zamjenjuje pirimidinom ili pirimidin purinom, što mijenja prostornu orijentaciju baza.

Po prirodi utjecaja supstitucije baze na strukturu proteina kodiranog genom Postoje tri klase mutacija: missence mutacije, nonsence mutacije i samesence mutacije.

Nedostajuće mutacije promijeniti značenje kodona, što dovodi do pojave jedne netočne aminokiseline u proteinu. To može imati vrlo ozbiljne posljedice. Primjerice, teška nasljedna bolest - anemija srpastih stanica, oblik anemije, nastaje zamjenom jedne aminokiseline u jednom od lanaca hemoglobina.

Besmislena mutacija je pojava (kao rezultat zamjene jedne baze) kodona terminatora unutar gena. Ako sustav dvosmislenosti prijevoda nije uključen (vidi gore), proces sinteze proteina će biti prekinut, a gen će moći sintetizirati samo fragment polipeptida (abortivni protein).

Na samesense mutacije supstitucijom jedne baze dolazi do pojave sinonimnog kodona. U ovom slučaju nema promjena u genetskom kodu, a sintetizira se normalan protein.

Uz supstitucije nukleotida, točkaste mutacije mogu biti uzrokovane umetanjem ili brisanjem jednog para nukleotida. Ove povrede dovode do promjene u okviru čitanja; genetski kod a modificirani protein se sintetizira.

Genske mutacije uključuju duplikaciju i gubitak malih dijelova gena, kao i umetanja- umetanje dodatnog genetskog materijala, čiji su izvor najčešće mobilni genetski elementi. Genske mutacije su razlog postojanja pseudogenes— neaktivne kopije funkcionalnih gena kojima nedostaje ekspresija, tj. ne stvara se funkcionalni protein. U pseudogenima se mutacije mogu akumulirati. Proces razvoja tumora povezan je s aktivacijom pseudogena.

Dva su glavna razloga za pojavu genskih mutacija: pogreške tijekom procesa replikacije, rekombinacije i popravka DNA (pogreške tri P) i djelovanje mutagenih čimbenika. Primjer pogreške u radu enzimskih sustava tijekom gore navedenih procesa je nekanonsko sparivanje baza. Uočava se kada su manje baze, analogne običnim, uključene u molekulu DNA. Na primjer, umjesto timina, može se uključiti bromuracil, koji se prilično lako spaja s gvaninom. Zbog toga je AT par zamijenjen GC.

Pod utjecajem mutagena može doći do transformacije jedne baze u drugu. Na primjer, dušična kiselina deaminacijom pretvara citozin u uracil. U sljedeći ciklus Tijekom replikacije uparuje se s adeninom i originalni GC par zamjenjuje se AT.

Kromosomske mutacije

Ozbiljnije promjene genetskog materijala nastaju kada kromosomske mutacije. Nazivaju se kromosomske aberacije ili kromosomske pregradnje. Preraspodjele mogu zahvatiti jedan kromosom (intrakromosomski) ili nekoliko (interkromosomski).

Intrakromosomske preraspodjele mogu biti tri vrste: gubitak (nedostatak) dijela kromosoma; udvostručenje dijela kromosoma (duplikacija); rotacija dijela kromosoma za 180° (inverzija). Međukromosomske pregradnje uključuju translokacije- pomicanje dijela jednog kromosoma na drugi, nehomologni kromosom.

Gubitak unutarnjeg dijela kromosoma koji ne utječe na telomere naziva se brisanja, a gubitak krajnjeg presjeka je prkos. Odvojeni dio kromosoma, ako nema centromeru, gubi se. Obje vrste nedostataka mogu se prepoznati prema obrascu konjugacije homolognih kromosoma u mejozi. U slučaju terminalne delecije, jedan homolog je kraći od drugog. U intrinzičkom nedostatku, normalni homolog formira petlju naspram homologne regije koja nedostaje.

Nedostaci dovode do gubitka dijela genetske informacije, pa su štetni za organizam. Stupanj oštećenja ovisi o veličini izgubljenog područja i njegovom genskom sastavu. Homozigoti za nedostatke rijetko su održivi. Kod nižih organizama učinak manjka manje je uočljiv nego kod viših. Bakteriofagi mogu izgubiti značajan dio svog genoma, zamjenjujući izgubljeni dio stranom DNK, a istovremeno zadržati funkcionalnu aktivnost. U višim klasama, čak i heterozigotnost za nedostatke ima svoje granice. Tako je kod Drosophile došlo do gubitka jednog od homologa regije koja uključuje više od 50 diskova. smrtonosni učinak, unatoč činjenici da je drugi homolog normalan.

Osoba ima brojne nedostatke povezane s nasljedne bolesti: teški oblik leukemije (21. kromosom), sindrom cry-the-cat u novorođenčadi (5. kromosom) itd.

Nedostaci se mogu koristiti za genetsko mapiranje povezivanjem gubitka određene regije kromosoma s morfološke značajke pojedinaca.

Dupliciranje naziva se duplikacija bilo kojeg dijela normalnog kromosoma kromosomski set. Duplikacije u pravilu dovode do povećanja svojstva koje kontrolira gen lokaliziran u ovoj regiji. Na primjer, udvostručenje gena u Drosophili Bar, uzrokujući smanjenje broja faseta oka, dovodi do daljnjeg smanjenja njihova broja.

Duplikacije se lako otkrivaju citološki prekidom strukturnog uzorka divovskih kromosoma, a genetski se mogu identificirati odsutnošću recesivnog fenotipa tijekom križanja.

Inverzija- rotiranje presjeka za 180° - mijenja redoslijed gena u kromosomu. Ovo je vrlo česta vrsta kromosomske mutacije. Osobito mnogo ih je pronađeno u genomima Drosophile, Chironomusa i Tradescantia. Postoje dvije vrste inverzija: paracentrične i pericentrične. Prvi zahvaćaju samo jedan krak kromosoma, ne dodirujući centromerno područje i ne mijenjajući oblik kromosoma. Pericentrične inverzije zahvaćaju područje centromere, koje uključuje dijelove oba kraka kromosoma, te stoga mogu značajno promijeniti oblik kromosoma (ako se lomovi događaju na različitim udaljenostima od centromera).

U profazi mejoze heterozigotna inverzija može se otkriti karakterističnom petljom, uz pomoć koje se uspostavlja komplementarnost normalnih i invertiranih regija dvaju homologa. Ako dođe do jednog križanja u području inverzije, to dovodi do stvaranja abnormalnih kromosoma: dicentrični(s dvije centromere) i acentričan(bez centromera). Ako je invertirano područje značajno prošireno, može doći do dvostrukog križanja, zbog čega nastaju održivi proizvodi. U prisutnosti dvostrukih inverzija u jednoj regiji kromosoma, crossing over je općenito potisnut, pa se stoga nazivaju "supresori križanja" i označavaju se slovom C. Ova značajka inverzija koristi se kada genetske analize, na primjer, kada se uzme u obzir učestalost mutacija (metode kvantitativno računovodstvo mutacije G. Möller).

Međukromosomske preraspodjele - translokacije, ako imaju prirodu međusobne izmjene dijelova između nehomolognih kromosoma, nazivaju se recipročan. Ako lom zahvati jedan kromosom, a otkinuti dio je pričvršćen za drugi kromosom, onda je to - nerecipročna translokacija. Rezultirajući kromosomi normalno će funkcionirati tijekom stanične diobe ako svaki od njih ima jednu centromeru. Heterozigotnost za translokacije uvelike mijenja proces konjugacije u mejozi, jer homolognu privlačnost ne doživljavaju dva kromosoma, već četiri. Umjesto bivalenata nastaju kvadrivalenti koji mogu imati različite konfiguracije u obliku križeva, prstenova i sl. Njihova pogrešna divergencija često dovodi do stvaranja neživih gameta.

Kod homozigotnih translokacija, kromosomi se ponašaju normalno i stvaraju se nove skupine povezivanja. Ako se očuvaju selekcijom, nastaju nove kromosomske rase. Dakle, translokacije mogu biti učinkovit čimbenik specijacije, kao što je slučaj kod nekih vrsta životinja (škorpioni, žohari) i biljaka (datura, božur, noćurak). Kod vrste Paeonia californica u procesu translokacije sudjeluju svi kromosomi, a u mejozi nastaje jedan konjugacijski kompleks: 5 pari kromosoma oblikuje prsten (end-to-end konjugacija).

Mutacija(od latinske riječi "mutatio" - promjena) je trajna promjena u genotipu koja se dogodila pod utjecajem unutarnjih ili vanjskih čimbenika. Postoje kromosomske, genske i genomske mutacije.

Koji su uzroci mutacija?

• Nepovoljni uvjeti okoliš, uvjeti stvoreni eksperimentalno. Takve se mutacije nazivaju induciranim.
• Neki procesi koji se odvijaju u živoj stanici organizma. Na primjer: poremećaj popravka DNK, replikacija DNK, genetska rekombinacija.

Mutageni su čimbenici koji uzrokuju mutacije. Dijele se na:

• Fizički - radioaktivni raspad, i ultraljubičasto, previsoka ili preniska temperatura.
• Kemijski - redukcijska i oksidacijska sredstva, alkaloidi, alkilirajuća sredstva, nitro derivati ​​uree, pesticidi, organska otapala, neki lijekovi.
• Biološki - neki virusi, produkti metabolizma (metabolizam), antigeni raznih mikroorganizama.

Osnovna svojstva mutacija

• Prenosi se nasljeđem.
• Uzrokovana raznim unutarnjim i vanjski faktori.
• Javljaju se grčevito i iznenada, ponekad opetovano.
• Svaki gen može mutirati.

Što su oni?

• Genomske mutacije su promjene koje karakterizira gubitak ili dodavanje jednog (ili više) kromosoma ili kompletnog haploidnog skupa. Postoje dvije vrste takvih mutacija - poliploidija i heteroploidija.

Poliploidija je promjena u broju kromosoma koja je višekratnik haploidnog skupa. Izuzetno rijetko kod životinja. Kod ljudi su moguća dva tipa poliploidije: triploidija i tetraploidija. Djeca rođena s takvim mutacijama obično ne žive više od mjesec dana, a češće umiru u fazi embrionalnog razvoja.

Heteroploidija(ili aneuploidija) je promjena u broju kromosoma koja nije višekratnik halogenog skupa. Kao rezultat ove mutacije rađaju se jedinke s abnormalnim brojem kromosoma – polisomici i monosomici. Oko 20-30 posto monosomika umire u prvim danima intrauterinog razvoja. Među rođenima ima osoba s Shereshevsky-Turnerovim sindromom. Genomske mutacije u biljnom i životinjskom svijetu također su raznolike.

• - to su promjene koje nastaju kada se struktura kromosoma preuredi. U tom slučaju dolazi do prijenosa, gubitka ili udvostručenja dijela genetskog materijala više ili jednog kromosoma, kao i do promjene orijentacije kromosomskih segmenata u pojedinim kromosomima. U u rijetkim slučajevima moguće, odnosno spajanje kromosoma.

• Genske mutacije. Kao posljedica takvih mutacija dolazi do insercija, delecija ili supstitucija više ili jednog nukleotida, kao i do inverzije ili duplikacije različitih dijelova gena. Učinci mutacija genskog tipa su različiti. Većina ih je recesivna, odnosno ne manifestiraju se ni na koji način.

Mutacije se također dijele na somatske i generativne

• - u svim stanicama tijela, osim gameta. Na primjer, kada mutira biljna stanica, iz koje bi se kasnije trebao razviti pupoljak, a zatim izdanak, sve će njezine stanice biti mutirane. Dakle, na grmu crvenog ribiza može se pojaviti grana s crnim ili bijelim bobicama.

• Generativne mutacije su promjene na primarnim spolnim stanicama ili na gametama koje su nastale iz njih. Njihova svojstva se prenose na sljedeću generaciju.

Prema prirodi djelovanja na mutacije postoje:

• Smrtonosan - vlasnici takvih promjena umiru ili u fazi ili nakon dovoljnog kratko vrijeme nakon rođenja. To su gotovo sve genomske mutacije.
• Polu-smrtonosna (na primjer, hemofilija) - karakterizirana naglim pogoršanjem funkcioniranja bilo kojeg sustava u tijelu. U većini slučajeva, polu-letalne mutacije također dovode do smrti ubrzo nakon toga.
• Korisne mutacije su osnova evolucije; potrebni tijelu. Jednom kada se utvrde, ove karakteristike mogu uzrokovati stvaranje nove podvrste ili vrste.