Génové mutácie sú spojené so zmenami v počte a štruktúre chromozómov. Čo je mutácia

Dobrý deň, je tu Olga Ryshkova. Dnes si povieme niečo o mutáciách. Čo je mutácia? Sú mutácie v ľudských telách dobré alebo zlé, pre nás pozitívny alebo nebezpečný jav? Mutácie môžu spôsobiť choroby alebo môžu poskytnúť svojim nositeľom imunitu voči chorobám, ako je rakovina, AIDS, malária a cukrovka.

Čo je mutácia?

Čo je mutácia a kde sa vyskytuje? Ľudské bunky (rovnako ako rastliny a zvieratá) majú jadro.

Jadro obsahuje sadu chromozómov. Chromozóm je nositeľom génov, teda nositeľom genetickej, dedičnej informácie.

Každý chromozóm je tvorený molekulou DNA, ktorá obsahuje genetickú informáciu a prenáša sa z rodičov na deti. Molekula DNA vyzerá takto:

Mutácie sa vyskytujú presne v molekule DNA.

Ako sa to stane?

Ako vznikajú mutácie? DNA každého človeka pozostáva iba zo štyroch dusíkatých báz – A, T, G, C. Ale molekula DNA je veľmi veľká a opakujú sa v nej mnohokrát v rôznych sekvenciách. Charakteristiky každej z našich buniek závisia od poradia, v ktorom sa tieto dusíkaté bázy nachádzajú.

Zmena sekvencie týchto báz v DNA vedie k mutáciám.

Mutácia môže byť spôsobená malou zmenou jednej bázy DNA alebo jej časti. Časť chromozómu sa môže stratiť. Alebo môže byť táto časť duplikovaná. Alebo si dva gény vymenia miesto. Mutácie sa vyskytujú, keď sú gény zmätené. Gén je úsek DNA. Na tomto obrázku kvôli prehľadnosti písmená neoznačujú dusíkaté bázy (sú len štyri z nich - A, T, G, C), ale oblasti chromozómu, s ktorými dochádza k zmenám.

Ale toto ešte nie je mutácia.

Všimli ste si, že som povedal „vedie k mutáciám“ a nie „toto je mutácia“. Napríklad došlo k zmene v DNA a bunka, v ktorej sa táto DNA nachádza, môže jednoducho zomrieť. A v tele nebudú žiadne následky. Aby sme mohli povedať, že došlo k mutácii, zmena musí byť trvalá. To znamená, že bunka sa rozdelí, dcérske bunky sa opäť rozdelia a tak ďalej mnohokrát a táto zmena sa prenesie na všetkých potomkov tejto bunky a zafixuje sa v tele. Potom môžeme povedať, že nastala mutácia, teda zmena v ľudskom genóme a táto zmena sa môže preniesť na jeho potomkov.

Prečo k nim dochádza?

Prečo sa v ľudských bunkách vyskytujú mutácie? Existuje taký koncept ako „mutagény“, sú to fyzické a chemické faktory, ktoré spôsobujú zmeny v štruktúre chromozómov a génov, čiže spôsobujú mutácie.

• Medzi fyzikálne patrí žiarenie, ionizácia a ultrafialové žiarenie, vysoké a nízke teploty.
• Chemikálie – dusičnany, pesticídy, ropné produkty, niekt výživové doplnky, niektoré lieky atď.
• Mutagény môžu byť biologické, ako sú niektoré mikroorganizmy, vírusy (osýpky, rubeola, chrípka), ako aj produkty oxidácie tukov vo vnútri ľudského tela.

Mutácie môžu byť nebezpečné.

Dokonca aj najmenšia génová mutácia dramaticky zvyšuje pravdepodobnosť vrodených chýb. Mutácie môžu spôsobiť abnormality vo vývoji plodu. Vyskytujú sa počas procesu oplodnenia, keď sa spermia stretne s vajíčkom. Niečo sa môže pokaziť, keď sa genómy zmiešajú, alebo problém už môže byť prítomný v rodičovských génoch. To vedie k narodeniu detí s genetickými poruchami.

Mutácie môžu byť prospešné.

Pre niektorých im tieto mutácie dávajú atraktívny vzhľad, vysoký stupeň inteligenciu alebo atletickú postavu. Takéto mutácie účinne priťahujú opačné pohlavie. Požadované zmutované gény sa prenášajú na potomkov a šíria sa po celej planéte.

Mutácie viedli k vzniku veľkého počtu ľudí, ktorí sú imúnni voči nebezpečným infekčným chorobám, ako je mor a AIDS, títo ľudia na ne neochorejú ani počas najstrašnejšej epidémie.

Mutácie sú prospešné a škodlivé zároveň.

Jednou z hlavných chorôb v Afrike je malária. Ale sú ľudia, ktorí neochorejú na maláriu. Sú to ľudia s kosáčikovitými červenými krvinkami, ako je tento:

Od svojich predkov zdedili zmutované červené krvinky. Takéto červené krvinky zle prenášajú kyslík, takže ich majitelia sú krehkí a trpia anémiou. Ale sú imúnni voči malárii.

Alebo ďalší skvelý príklad. Genetická mutácia, dedičné ochorenie - Laronov syndróm. Títo ľudia majú dedičný nedostatok inzulínu podobného rastového faktora IGF-1, čo spôsobuje, že sa ich rast veľmi skoro zastaví. Ale kvôli nedostatku IGF-1 nikdy neochorejú na rakovinu, kardiovaskulárne choroby alebo cukrovku. Tieto ochorenia sa u ľudí s Laronovým syndrómom vôbec nevyskytujú.

Potraviny, ktoré jeme, sú mutanty.

Áno, mutanti, a to boli prospešné mutácie. Väčšina produktov, ktoré používame ako potraviny, je výsledkom mutácií.

Dva príklady. Divoká ryža je červená, jej výťažnosť je o 20 % nižšia ako u semennej ryže. Kultivovaná ryža sa objavila ako zmutovaná forma asi pred 10 000 rokmi. Ukázalo sa, že je jednoduchšie čistiť a rýchlejšie variť, čo ľuďom umožnilo ušetriť palivo. Vďaka vysokej produktivite a prospešné vlastnosti roľníci začali preferovať zmutované druhy. To znamená, že biela ryža je zmutovaná červená ryža.

Pšenica, ktorú teraz jeme, sa začala pestovať 7 tisíc rokov pred naším letopočtom. Muž si vybral zmutovaného divoká pšenica s väčšími a netrieštivými zrnami. Pestujeme ju dodnes.

Už niekoľko tisícročí sa pestujú aj iné kultúrne rastliny. Človek vyberal zmutované odrody divých rastlín a špeciálne ich pestoval. Dnes konzumujeme výsledky mutácií vybraných v staroveku.

Nie všetky mutácie sú dedičné.

Hovorím o mutáciách, ktoré nastanú počas života jedného človeka. Toto sú rakovinové bunky.

V ďalšom článku vám poviem o tom, ako mutácie vedú k vzniku rakovinových buniek a odkiaľ medzi nami pochádzajú ľudia, ktorí sú imúnni voči infekcii HIV a ľudia, ktorí sú imúnni voči HIV.

Ak máte stále otázky o tom, čo sú mutácie, kde, ako a prečo sa vyskytujú, budeme o tom diskutovať v komentároch. Ak sa vám článok zdal užitočný, zdieľajte ho so svojimi priateľmi na sociálnych sieťach.

Genomické mutácie – zmeny v počte chromozómov;
chromozomálne mutácie – prestavba štruktúry jednotlivých chromozómov;
génové mutácie - a/alebo sekvencie základných častí génov (nukleotidov) v štruktúre DNA, ktorých dôsledkom je zmena množstva a kvality zodpovedajúcich proteínových produktov.

K génovým mutáciám dochádza substitúciou, deléciou (stratou), translokáciou (pohybom), duplikáciou (zdvojením), inverziou (zmenou) nukleotidov v rámci jednotlivých génov. V prípade, keď hovoríme o Keď sa hovorí o transformáciách v rámci jedného nukleotidu, používa sa termín bodová mutácia.

Takéto transformácie nukleotidov spôsobujú výskyt troch mutantných kódov:

So zmeneným významom (missense mutácia), keď v polypeptide kódovanom týmto génom je jedna aminokyselina nahradená inou;
s nezmeneným významom (neutrálne mutácie) - náhrada nukleotidov nie je sprevádzaná náhradou aminokyselín a nemá výrazný vplyv na štruktúru alebo funkciu zodpovedajúceho proteínu;
nezmyselné (nezmyselné mutácie), ktoré môžu spôsobiť ukončenie polypeptidového reťazca a majú najväčší škodlivý účinok.

Mutácie v rôznych častiach génu

1. mutácie v regulačných oblastiach génu (v promótorovej časti a v mieste polyadenylácie), ktoré spôsobujú kvantitatívnych zmien zodpovedajúce produkty a objavujú sa klinicky v závislosti od limitujúcej hladiny proteínov, ale ich funkcia je stále zachovaná;

2. mutácie v kódujúcich oblastiach génu:
v exónoch – spôsobujú predčasné ukončenie Syntézy bielkovín;
v intrónoch – dokážu generovať nové miesta zostrihu, ktoré v konečnom dôsledku nahradia pôvodné (normálne);
v miestach zostrihu (na spoji exónov a intrónov) – vedú k translácii nezmyselných proteínov.

Na odstránenie následkov tohto typu poškodenia existujú špeciálne opravné mechanizmy. Podstatou ktorej je odstránenie chybného úseku DNA a následne sa na tomto mieste obnoví ten pôvodný. Iba ak mechanizmus opravy nefunguje alebo sa nedokáže vyrovnať s poškodením, dôjde k mutácii.

Génové mutácie. Koncept génových chorôb.

1. Stanovenie variability. Klasifikácia jeho foriem.

Variabilita – áno všeobecný majetokživých organizmov, ktorá spočíva v zmene dedičné znaky počas ontogenézy (individuálny vývoj).

Variabilita organizmov je rozdelená do dvoch veľkých typov:

1. fenotypové, neovplyvňujúce genotyp a nie sú zdedené;

2. genotypový, meniaci genotyp a teda prenášaný dedením.

Genotypová variabilita sa delí na kombinačnú a mutačnú.

Mutačná variabilita zahŕňa genómové, chromozomálne a génové mutácie.

Genomické mutácie sa delia na polyploidiu a aneuploidiu

Chromozomálne mutácie sa delia na delécie, duplikácie, inverzie, translokácie

2. Fenotypová variabilita. Norma reakcie geneticky podmienených vlastností. Adaptívny charakter modifikácií. Fenokópie.

Fenotypová variabilita (alebo nededičná modifikácia) je zmena fenotypových vlastností organizmu pod vplyvom faktorov vonkajšie prostredie bez zmeny genotypu.

Napríklad: farba srsti himalájskeho králika závisí od teploty jeho prostredia.

Reakčná norma je rozsah variability, v rámci ktorého je rovnaký genotyp schopný produkovať rôzne fenotypy.

1. široká norma reakcie - keď sa kolísanie charakteristiky vyskytuje v širokom rozsahu (napríklad: opálenie, množstvo mlieka).

2. úzka reakčná norma - keď sú výkyvy charakteristiky nevýznamné (napr.: obsah mliečneho tuku).

3. jednoznačná reakčná norma - keď sa znamienko nemení za žiadnych podmienok (napríklad: krvná skupina, farba očí, tvar očí).

Adaptívny charakter modifikácií spočíva v tom, že variabilita modifikácií umožňuje telu prispôsobiť sa meniacim sa podmienkam prostredia. Preto sú úpravy vždy užitočné.

Ak je telo počas embryogenézy vystavené nepriaznivým faktorom, môžu sa objaviť fenotypové zmeny, ktoré presahujú normálne reakčné limity a nemajú adaptívny charakter, nazývajú sa vývojové morfózy. Dieťa sa napríklad narodí bez končatín alebo s rázštepom pery.

Fenokópie sú vývojové morfózy, ktoré je veľmi ťažké odlíšiť od dedičných zmien (chorob).

Napríklad: ak tehotná žena mala rubeolu, môže mať dieťa so šedým zákalom. Ale táto patológia sa môže objaviť aj v dôsledku mutácie. V prvom prípade hovoríme o fenokópii.

Diagnóza „fenokópie“ je dôležitá pre budúcu prognózu, pretože pri fenoskopii sa genetický materiál nemení, to znamená, že zostáva normálny.

3. Kombinatívna variabilita. Význam kombinovanej variability pri zabezpečovaní genetickej rozmanitosti ľudí.

Kombinačná variabilita je vznik nových kombinácií génov u potomkov, ktoré ich rodičia nemali.

Kombinovaná variabilita je spojená s:

s prechodom do meiotickej profázy 1.

s nezávislou divergenciou homológnych chromozómov do anafázy meiózy 1.

s náhodnou kombináciou gamét počas oplodnenia.

Význam kombinovanej variability – poskytuje genetickú diverzitu jedincov v rámci druhu, ktorá je dôležitá pre prirodzený výber a evolúciu.

4. Mutačná variabilita. Základné ustanovenia teórie mutácií.

Hugo de Vries, holandský vedec, zaviedol termín „mutácia“ v roku 1901.

Mutácia je jav prerušovaný kroková zmena dedičná vlastnosť.

Proces vyskytujúcich sa mutácií sa nazýva mutagenéza a organizmus, ktorý v procese mutagenézy získava nové vlastnosti, sa nazýva mutant.

Základné ustanovenia teórie mutácií podľa Huga de Vriesa.

1. mutácie vznikajú náhle bez akýchkoľvek prechodov.

2. výsledné formy sú celkom stabilné.

3. mutácie sú kvalitatívne zmeny.

4. mutácie sa vyskytujú v rôznych smeroch. môžu byť prospešné aj škodlivé.

5. rovnaké mutácie sa môžu vyskytovať opakovane.

5. Klasifikácia mutácií.

I. Podľa pôvodu.

1. Spontánne mutácie. Spontánne alebo prirodzené mutácie sa vyskytujú za normálnych prírodných podmienok.

2. Indukované mutácie. K indukovaným alebo umelým mutáciám dochádza, keď je telo vystavené mutagénnym faktorom.

A. fyzické ( ionizujúce žiarenie, UV žiarenie, vysoká teplota atď.)

b. chemické (soli ťažkých kovov, kyselina dusitá, voľné radikály, odpad z domácností a priemyslu, lieky).

II. Podľa miesta pôvodu.

A. Somatické mutácie vznikajú v somatických bunkách a dedia ich potomkovia buniek, v ktorých vznikli. Neprenášajú sa z generácie na generáciu.

b. Generatívne mutácie sa vyskytujú v zárodočných bunkách a prenášajú sa z generácie na generáciu.

III. Podľa charakteru fenotypových zmien.

1. Morfologické mutácie, charakterizované zmenami v štruktúre orgánu alebo organizmu ako celku.

2. Fyziologické mutácie charakterizované zmeniť fth orgán alebo organizmus ako celok.

3. Biochemické mutácie spojené so zmenami makromolekuly.

IV. Vplyvom na vitalitu organizmu.

1. Smrteľné mutácie vedú v 100% prípadov k smrti organizmu v dôsledku defektov nezlučiteľných so životom.

2. Pololetálne mutácie vedú k smrti v 50-90% prípadov. Organizmy s takýmito mutáciami zvyčajne neprežijú do reprodukčného veku.

3. Podmienečne letálne mutácie, organizmus za určitých podmienok odumiera, ale za iných prežíva (galaktozémia).

4. Prospešné mutácie zvyšujú životaschopnosť organizmu a využívajú sa v chove.

V. Podľa charakteru zmien dedičného materiálu.

1. Génové mutácie.

2. Chromozomálne mutácie.

6. Génové mutácie, definícia. Mechanizmy výskytu spontánnych génových mutácií.

Génové mutácie alebo bodové mutácie sú mutácie vyskytujúce sa v génoch na úrovni nukleotidov, pri ktorých sa mení štruktúra génu, mení sa molekula mRNA, mení sa poradie aminokyselín v proteíne a v organizme sa mení vlastnosť.

Typy génových mutácií:

- missense mutácie – nahradenie 1 nukleotidu v triplete iným povedie k zaradeniu ďalšej aminokyseliny do polypeptidového reťazca proteínu, ktorá by za normálnych okolností nemala byť prítomná a to povedie k zmenám vlastností a funkcií proteínu.

Príklad: nahradenie kyseliny glutámovej valínom v molekule hemoglobínu.

CTT – kyselina glutámová, TsAT – valín

Ak sa takáto mutácia vyskytne v géne, ktorý kóduje β reťazec hemoglobínového proteínu, potom je do β reťazca namiesto kyseliny glutámovej zaradený valín → v dôsledku takejto mutácie sa menia vlastnosti a funkcie hemoglobínového proteínu a HbS sa objaví namiesto normálneho HbA, v dôsledku toho sa človek vyvíja kosáčiková anémia(tvar červených krviniek sa mení).

- nezmysel mutácie - nahradenie 1 nukleotidu v triplete iným povedie k tomu, že geneticky významný triplet sa zmení na stop kodón, čo vedie k ukončeniu syntézy polypeptidového reťazca proteínu. Príklad: UAC – tyrozín. UAA – stop kodón.

Mutácie s posunom v čítacom rámci dedičnej informácie.

Ak sa v dôsledku génovej mutácie objaví v organizme nová charakteristika (napríklad polydaktýlia), potom sa nazývajú neomorfné.

ak v dôsledku génovej mutácie telo stratí nejakú vlastnosť (napríklad pri PKU zmizne enzým), potom sa nazývajú amorfné.

- seimsens mutácie - nahradenie nukleotidu v triplete vedie k objaveniu sa synonymného tripletu, ktorý kóduje rovnaký proteín. Je to spôsobené degeneráciou genetického kódu. Napríklad: CTT – glutamín CTT – glutamín.

Mechanizmy výskytu génových mutácií (náhrada, inzercia, strata).

DNA pozostáva z 2 polynukleotidových reťazcov. Po prvé, zmena nastane v 1. reťazci DNA – ide o semimutačný stav alebo „primárne poškodenie DNA“. Každú sekundu dôjde v bunke k 1 primárnemu poškodeniu DNA.

Keď sa poškodenie presunie na druhé vlákno DNA, hovoria, že mutácia bola opravená, to znamená, že nastala „úplná mutácia“.

K primárnemu poškodeniu DNA dochádza vtedy, keď sú narušené mechanizmy replikácie, transkripcie a kríženia

7. Frekvencia génových mutácií. Mutácie sú priame a reverzné, dominantné a recesívne.

U ľudí je frekvencia mutácií = 1x10 –4 – 1x10 –7, to znamená v priemere 20 – 30 % ľudských gamét v každej generácii mutantných.

U Drosophila je frekvencia mutácií = 1x10 –5, to znamená, že 1 gaméta zo 100 tisíc nesie génovú mutáciu.

A. Priama mutácia (recesívna) je mutácia génu z dominantného stavu do recesívneho stavu: A → a.

b. Reverzná mutácia (dominantná) je mutácia génu z recesívneho stavu do dominantného stavu: a → A.

Génové mutácie sa vyskytujú vo všetkých organizmoch, gény mutujú v rôznych smeroch, ako aj s rozdielna frekvencia. Gény, ktoré zriedka mutujú, sa nazývajú stabilné a gény, ktoré často mutujú, sa nazývajú mutovateľné.

8. Zákon homologickej série v dedičnej variabilite N.I.

Mutácia sa vyskytuje v rôznych smeroch, t.j. náhodou. Tieto nehody však podliehajú vzoru objavenému v roku 1920. Vavilov. Formuloval zákon homológneho radu v dedičnej premenlivosti.

"Druhy a rody, ktoré sú si geneticky blízke, sa vyznačujú podobnými sériami dedičnej variability s takou pravidelnosťou, že pri poznaní série foriem v rámci jedného druhu možno predvídať existenciu paralelných foriem v iných druhoch a rodoch."

Tento zákon nám umožňuje predpovedať prítomnosť určitej črty u jedincov rôznych rodov tej istej čeľade. Bola teda predpovedaná prítomnosť lupiny bez alkaloidov v prírode, pretože v čeľade strukovín existujú rody fazule, hrachu a fazule, ktoré neobsahujú alkaloidy.

V medicíne umožňuje Vavilovov zákon ako genetické modely používať zvieratá geneticky blízke ľuďom. Používajú sa na experimenty na štúdium genetických chorôb. Napríklad katarakta sa skúma u myší a psov; hemofília - u psov, vrodená hluchota - u myší, morčiat, psov.

Vavilovov zákon nám umožňuje predpovedať výskyt indukovaných mutácií neznámych vede, ktoré možno použiť pri šľachtení na vytvorenie rastlinných foriem cenných pre ľudí.

9. Antimutačné bariéry organizmu.

- Presnosť replikácie DNA. Niekedy sa pri replikácii vyskytnú chyby, potom sa aktivujú samoopravné mechanizmy, ktoré sú zamerané na elimináciu nesprávneho nukleotidu. Enzým DNA polymeráza hrá dôležitú úlohu a chybovosť sa zníži 10-krát (z 10 –5 na 10 –6).

- Degenerácia genetického kódu. Niekoľko tripletov môže kódovať 1 aminokyselinu, takže nahradenie 1 nukleotidu v triplete v niektorých prípadoch neskresľuje dedičnú informáciu. Napríklad CTT a CTC sú kyselina glutámová.

- Extrakcia niektoré gény zodpovedné za dôležité makromolekuly: rRNA, tRNA, histónové proteíny, t.j. vzniká veľa kópií týchto génov. Tieto gény sú súčasťou stredne sa opakujúcich sekvencií.

- redundancia DNA– 99 % je nadbytočných a mutagénny faktor častejšie spadá do týchto 99 % nezmyselných sekvencií.

- Párovanie chromozómov v diploidnej množine. V heterozygotnom stave sa veľa škodlivých mutácií neobjavuje.

- Porážanie mutantných zárodočných buniek.

- oprava DNA.

10. Reparácia genetického materiálu. .

Oprava DNA je odstránenie primárneho poškodenia DNA a jej nahradenie normálnymi štruktúrami.

Existujú dve formy nápravy: svetlá a tmavá

A. Svetelná reparácia (alebo enzymatická fotoreaktivácia). Reparačné enzýmy sú aktívne len v prítomnosti svetla. Táto forma opravy je zameraná na odstránenie primárneho poškodenia DNA spôsobeného UV žiarením.

Pod vplyvom UV lúčov sa aktivujú pyrimidínové dusíkaté bázy v DNA, čo vedie k vytvoreniu väzieb medzi pyrimidínovými dusíkatými bázami, ktoré sa nachádzajú blízko v rovnakom reťazci DNA, to znamená, že sa tvoria pyrimidínové diméry. Najčastejšie vznikajú spojenia: T=T; T=C; C=C.

Normálne nie sú v DNA žiadne pyrimidínové diméry. Ich vznik vedie k skresleniu dedičnej informácie a narušeniu normálneho priebehu replikácie a transkripcie, čo následne vedie k génovým mutáciám.

Podstata fotoreaktivácie: v jadre sa nachádza špeciálny (fotoreaktivačný) enzým, ktorý je aktívny iba za prítomnosti svetla, tento enzým ničí pyrimidínové diméry, to znamená, že vplyvom pyrimidínových dusíkatých báz narúša väzby, ktoré vznikli; UV lúčmi.

K oprave tmy dochádza v tme a vo svetle, to znamená, že aktivita enzýmov nezávisí od prítomnosti svetla. Delí sa na predreplikatívnu opravu a postreplikatívnu opravu.

Predreplikačná oprava nastáva pred replikáciou DNA a na tomto procese sa podieľa mnoho enzýmov:

o Endonukleáza

o Exonukleáza

o DNA polymeráza

o DNA ligáza

1. fáza Enzýmová endonukleáza nájde poškodené miesto a prereže ho.

2. fáza Enzým exonukleáza odstraňuje poškodenú oblasť z DNA (excízia), čo vedie k medzere.

3. fáza Chýbajúci úsek syntetizuje enzým DNA polymeráza. Syntéza prebieha podľa princípu komplementarity.

4. fáza Ligázové enzýmy spájajú alebo pripájajú novo syntetizovanú oblasť k reťazcu DNA. Týmto spôsobom sa opraví pôvodné poškodenie DNA.

Postreplikačná oprava.

Povedzme, že v DNA je primárne poškodenie.

1. fáza Začína sa proces replikácie DNA. Enzým DNA polymeráza syntetizuje nové vlákno, ktoré je úplne komplementárne k starému intaktnému vláknu.

2. fáza Enzým DNA polymeráza syntetizuje ďalšie nové vlákno, ale obchádza oblasť, kde sa nachádza poškodenie. V dôsledku toho sa vytvorila medzera v druhom novom reťazci DNA.

3. fáza Na konci replikácie enzým DNA polymeráza syntetizuje chýbajúcu časť komplementárnu k novému vláknu DNA.

4. fáza Enzým ligáza potom spojí novo syntetizovaný úsek s reťazcom DNA, kde bola medzera. Primárne poškodenie DNA sa teda neprenieslo na ďalšie nové vlákno, to znamená, že mutácia nebola fixovaná.

Následne môže byť primárne poškodenie DNA eliminované počas predreplikatívnej opravy.

11. Mutácie spojené so zhoršenou opravou DNA a ich úloha v patológii.

Schopnosť opravy v organizmoch sa vyvinula a upevnila počas evolúcie. Čím vyššia je aktivita reparačných enzýmov, tým stabilnejší je dedičný materiál. Zodpovedajúce gény sú zodpovedné za opravné enzýmy, takže ak v týchto génoch dôjde k mutácii, aktivita opravných enzýmov sa zníži. V tomto prípade sa u človeka vyvinú ťažké dedičné ochorenia, ktoré sú spojené s poklesom aktivity reparačných enzýmov.

U ľudí existuje viac ako 100 takýchto chorôb:

Fanconiho anémia- zníženie počtu červených krviniek, strata sluchu, poruchy kardiovaskulárneho systému, deformácia prstov, mikrocefália.

Bloomov syndróm - nízka pôrodná hmotnosť novorodenca, pomalý rast, zvýšená náchylnosť na vírusové infekcie, zvýšené riziko onkologické ochorenia. Charakteristický znak: na krátkodobý pobyt slnečné svetlo Na pokožke tváre sa objavuje motýľovitá pigmentácia (rozšírenie krvných kapilár).

Xeroderma pigmentosum– na koži vznikajú popáleniny od svetla, ktoré sa čoskoro zvrhnú na rakovinu kože (u takýchto pacientov sa rakovina vyskytuje 20 000-krát častejšie). Pacienti sú nútení žiť pod umelým osvetlením.

Výskyt ochorenia je 1: 250 000 (Európa, USA) a 1: 40 000 (Japonsko)

Dva typy progérie – predčasné starnutie telo.

12. Génové choroby, mechanizmy ich vzniku, dedičnosť, frekvencia výskytu.

Génové choroby (alebo molekulárne choroby) sú u ľudí zastúpené pomerne široko, je ich viac ako 1000.

Osobitnú skupinu medzi nimi tvoria vrodené metabolické chyby. Tieto choroby prvýkrát opísal A. Garod v roku 1902. Príznaky týchto ochorení sú rôzne, ale vždy dochádza k porušeniu premeny látok v tele. V tomto prípade bude niektorých látok nadbytok, iných nedostatok. Napríklad látka (A) vstupuje do tela a ďalej sa pôsobením enzýmov premieňa na látku (B). Ďalej by sa látka (B) mala premeniť na látku (C), čomu však bráni blok mutácie

(), v dôsledku toho bude látka (C) nedostatok a látka (B) bude prebytok.

Príklady niektorých chorôb spôsobených vrodená vada metabolizmus.

PKU(fenylketonúria, vrodená demencia). Genetické ochorenie, ktoré sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom, sa vyskytuje s frekvenciou 1:10 000. Fenylalanín je esenciálna aminokyselina pre stavbu proteínových molekúl a okrem toho slúži ako prekurzor hormónov štítna žľaza(tyroxín), adrenalín a melanín. Aminokyselina fenylalanín v pečeňových bunkách sa musí premeniť enzýmom (fenylalanín-4-hydroxylázou) na tyrozín. Ak enzým zodpovedný za túto premenu chýba alebo je jeho aktivita znížená, obsah fenylalanínu v krvi sa prudko zvýši a obsah tyrozínu sa zníži. Nadbytok fenylalanínu v krvi vedie k objaveniu sa jeho derivátov (fenyloctová, fenylmliečna, fenylpyrohroznová a iné ketónové kyseliny), ktoré sa vylučujú močom a majú tiež toxické účinky do buniek centrál nervový systém, čo vedie k demencii.

Včasnou diagnózou a prechodom dojčaťa na stravu bez fenylalanínu možno rozvoju ochorenia predísť.

Albinizmus je bežný. Genetické ochorenie sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Normálne sa aminokyselina tyrozín podieľa na syntéze tkanivových pigmentov. Ak dôjde k blokovaniu mutácie, enzým chýba alebo je jeho aktivita znížená, potom sa tkanivové pigmenty nesyntetizujú. V týchto prípadoch má koža mliečne bielu farbu, chĺpky sú veľmi svetlé, kvôli nedostatku pigmentu v sietnici sú viditeľné cievy, oči majú červeno-ružovú farbu a zvýšenú citlivosť na svetlo.

Alkapnonúria. Genetické ochorenie, ktoré sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom, sa vyskytuje s frekvenciou 3-5:1 000 000. Choroba je spojená s porušením premeny kyseliny homogentisovej, v dôsledku čoho sa táto kyselina hromadí v tele. Vylučuje sa močom, táto kyselina vedie k rozvoju ochorení obličiek navyše, alkalizovaný moč s touto anomáliou rýchlo stmavne. Ochorenie sa prejavuje aj sfarbením chrupavkového tkaniva a v starobe vzniká artritída. Choroba je teda sprevádzaná poškodením obličiek a kĺbov.

Génové ochorenia spojené s poruchami metabolizmu uhľohydrátov.

galaktozémia. Genetické ochorenie, ktoré sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom, sa vyskytuje s frekvenciou 1:35 000 – 40 000 detí.

Krv novorodenca obsahuje monosacharid galaktózu, ktorá vzniká pri rozklade mliečneho disacharidu. laktóza pre glukózu a galaktóza. Galaktóza nie je telom priamo absorbovaná, musí sa premeniť špeciálnym enzýmom na stráviteľnú formu - glukóza-1-fosfát.

Dedičná choroba galaktozémia je spôsobená dysfunkciou génu, ktorý riadi syntézu enzýmového proteínu, ktorý premieňa galaktózu na stráviteľnú formu. V krvi chorých detí bude veľmi málo tohto enzýmu a veľa galaktózy, čo sa stanoví biochemickou analýzou.

Ak je diagnóza stanovená v prvých dňoch po narodení dieťaťa, potom je kŕmený zmesami, ktoré neobsahujú mliečny cukor, a dieťa sa vyvíja normálne. V opačnom prípade dieťa vyrastie slabomyseľné.

Cystická fibróza. Genetické ochorenie, ktoré sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom, sa vyskytuje s frekvenciou 1:2 000-2 500. Ochorenie je spojené s mutáciou v géne, ktorý je zodpovedný za nosný proteín uložený v plazmatickej membráne buniek. Tento proteín reguluje priepustnosť membrány pre ióny Na a Ca. Ak je priepustnosť týchto iónov v bunkách exokrinných žliaz narušená, žľazy začnú produkovať hustý, viskózny sekrét, ktorý uzavrie vývody exokrinných žliaz.

Existujú pľúcne a črevná forma cystická fibróza.

Marfanov syndróm. Genetické ochorenie sa dedí autozomálne dominantným spôsobom. Súvisí s poruchou metabolizmu fibrilínového proteínu v spojivové tkanivo, ktorá sa prejavuje komplexom znakov: „pavúčie“ prsty (arachnodaktýlia), vysoký vzrast, subluxácia šošovky, srdcové a cievne defekty, zvýšené uvoľňovanie adrenalínu do krvi, zhrbený, poklesnutý hrudník, vysoká klenba chodidla, slabosť väzov a šliach atď. Prvýkrát ho opísal v roku 1896 francúzsky pediater Antonio Marfan.

PREDNÁŠKA 10 Štrukturálne mutácie chromozómov.

1. Štrukturálne mutácie chromozómov (chromozomálne aberácie).

Rozlišujú sa nasledujúce typy chromozomálnych aberácií.

– vymazania

– duplikáty

– inverzie

– prstencové chromozómy

– premiestnenia

– transpozície

Pri týchto mutáciách sa mení štruktúra chromozómov, mení sa poradie génov v chromozómoch a mení sa dávkovanie génov v genotype. Tieto mutácie sa vyskytujú vo všetkých organizmoch, sú to:

Spontánne (spôsobené faktorom neznámej povahy) a indukované (povaha faktora, ktorý spôsobil mutáciu, je známa)

Somatické (ovplyvňujúce dedičný materiál somatických buniek) a generatívne (zmeny dedičného materiálu gamét)

Užitočné a škodlivé (druhé je oveľa bežnejšie)

Vyvážený (genotypový systém sa nemení, čo znamená, že sa nemení fenotyp) a nevyvážený (mení sa genotypový systém, čiže mení sa aj fenotyp

Ak mutácia postihne dva chromozómy, hovorí sa o interchromozomálnych preskupeniach.

Ak mutácia postihne chromozóm 1, hovoríme o intrachromozomálnych prestavbách.

2. Mechanizmy výskytu štrukturálnych mutácií chromozómov.

Hypotéza „odpojenie-spojenie“. Predpokladá sa, že zlomy sa vyskytujú v jednom alebo viacerých chromozómoch. Vytvárajú sa úseky chromozómov, ktoré sa potom spájajú, ale v inom poradí. Ak dôjde k zlomu pred replikáciou DNA, potom sa na tomto procese podieľajú 2 chromatidy - to sú izochromatid medzera. Ak po replikácii DNA dôjde k prerušeniu, potom sa do procesu zapojí 1 chromatid - toto chromatid medzera.

Druhá hypotéza: medzi nehomologickými chromozómami dochádza k procesu podobnému cross over, t.j. nehomologické chromozómové výmenné úseky.

3. Delécie, ich podstata, formy, fenotypový efekt. Pseudodominancia..

Delécia (nedostatok) je strata časti chromozómu.

V chromozóme môže nastať 1 zlom a stratí terminálnu oblasť, ktorá bude zničená enzýmami (nedostatok)

môžu nastať dva zlomy v chromozóme so stratou centrálnej oblasti, ktorá bude tiež zničená enzýmami (intersticiálna delécia).

V homozygotnom stave sú delécie v heterozygotnom stave vždy letálne, prejavujú sa ako mnohopočetné vývojové chyby.

Detekcia odstránenia:

Diferenciálne farbenie chromozómov

Podľa tvaru slučky, ktorá vzniká pri konjugácii homológnych chromozómov v profáze meiózy 1. Slučka sa vyskytuje na normálnom chromozóme.

Delécia bola najprv študovaná na muche Drosophila, čo viedlo k strate časti chromozómu X. V homozygotnom stave je táto mutácia letálna a v heterozygotnom stave sa prejavuje fenotypicky ako zárez na krídle (Notch mutácia). Pri analýze tejto mutácie bol identifikovaný zvláštny jav, ktorý sa nazýval pseudodominancia. V tomto prípade sa fenotypovo prejavuje recesívna alela, pretože oblasť chromozómu s dominantnou alelou je stratená v dôsledku delécie.

U ľudí sa delécie najčastejšie vyskytujú na chromozómoch 1 až 18. Napríklad delécia krátkeho ramena piateho chromozómu v heterozygotnom stave sa fenotypovo prejavuje ako syndróm „plač mačka“. Dieťa sa rodí s veľkým počtom patológií, žije od 5 dní do mesiaca (veľmi zriedkavo až 10 rokov), jeho plač pripomína ostré mňaukanie mačky.

Intersticiálna delécia sa môže vyskytnúť na chromozóme 21 alebo 22 hematopoetických kmeňových buniek. V heterozygotnom stave sa fenotypovo prejavuje ako perniciózna anémia.

4. Duplikácie, inverzie, prstencové chrómy. Mechanizmus výskytu. Fenotypový prejav.

Duplikácia– zdvojnásobenie úseku chromozómu (tento úsek možno mnohokrát opakovať). Duplikácie môžu byť priame alebo reverzné.

Pri týchto mutáciách sa zvyšuje dávka génov v genotype a v homozygotnom stave sú tieto mutácie letálne. V heterozygotnom stave sa prejavujú mnohopočetnými vývojovými chybami. Tieto mutácie však mohli hrať úlohu počas evolúcie. Rodiny hemoglobínových génov mohli vzniknúť týmto spôsobom.

Možno sa opakovane opakujúce sa sekvencie nukleotidov DNA objavili v dôsledku duplikácií.

Detekcia duplikácií:

Obrázok slučky v profáze meiózy 1. Slučka vzniká na mutovanom chromozóme.

Inverzia – odtrhnutie časti chromozómu, jeho otočenie o 180° a prichytenie na staré miesto. Pri inverziách sa dávka génov nemení, ale mení sa poradie génov v chromozóme, t.j. skupina spojok sa mení. Neexistujú žiadne inverzie konca.

V homozygotnom stave sú inverzie smrteľné v heterozygotnom stave, prejavujú sa ako mnohopočetné vývojové chyby.

Detekcia inverzií:

Diferenciálne farbenie.

Obrázok vo forme dvoch protiľahlých slučiek v profáze meiózy 1.

Existujú 2 typy inverzií:

paracentrická inverzia, ktorá neovplyvňuje centroméru, pretože zlomy sa vyskytujú v rámci jedného ramena chromozómu

pericentrická inverzia, ktorá ovplyvňuje centroméru, pretože zlomy sa vyskytujú na oboch stranách centroméry.

Pri pericentrickej inverzii sa môže zmeniť konfigurácia chromozómu (ak konce pootočených úsekov nie sú symetrické). A to znemožňuje následnú konjugáciu.

Fenotypový prejav inverzií je v porovnaní s inými chromozomálnymi aberáciami najmiernejší. Ak umierajú recesívni homozygoti, potom heterozygoti najčastejšie zažívajú neplodnosť.

Prstencové chromozómy. Normálne v ľudskom karyotype nie sú žiadne kruhové chromozómy. Môžu sa objaviť, keď je telo vystavené mutagénnym faktorom, najmä rádioaktívnemu žiareniu.

V tomto prípade sa v chromozóme vyskytnú 2 zlomy a výsledná časť sa uzavrie do kruhu. Ak kruhový chromozóm obsahuje centroméru, vytvorí sa centrický kruh. Ak neexistuje centroméra, potom sa vytvorí acentrický kruh, ktorý je zničený enzýmami a nie je zdedený.

Kruhové chromozómy sa detegujú karyotypizáciou.

V homozygotnom stave sú tieto mutácie letálne a v heterozygotnom stave sa fenotypovo prejavujú ako delécie.

Prstencové chromozómy sú markery vystavenia žiareniu. Čím vyššia je dávka žiarenia, tým viac kruhových chromozómov je a tým horšia je prognóza.

5. Translokácie, ich podstata. Recipročné translokácie, ich charakteristika a medicínsky význam. Robertsonove translokácie a ich úloha v dedičnej patológii.

Translokácia je pohyb časti chromozómu. Existujú vzájomné (recipročné) a nerecipročné (transpozičné) translokácie.

K recipročným translokáciám dochádza, keď si dva nehomologické chromozómy vymenia svoje úseky.

Osobitnou skupinou translokácií sú Robertsonove translokácie (centrické fúzie). Postihnuté sú akrocentrické chromozómy – strácajú krátke ramená a dlhé ramená sú spojené.

Typy vajíčok sperma zygota Dôsledky

14 + 14, 21 14,14,21 monozómia 21 (smrteľná)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trizómia 21 (dole)

21 + 14, 21 21,14,21, monozómia 14 (smrteľná)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trizómia 14 (smrteľná)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotypicky zdravé

Ako vidíme, žena s Robertsonovou translokáciou môže porodiť zdravé dieťa.

Strata krátkych ramien nič neovplyvní, keďže sa tam nachádzajú zóny tvoriace jadierko a sú prítomné aj v iných chromozómoch.

Pacient s translokačnou formou Downovho syndrómu má v bunkách 46 chromozómov. Vaječník po translokácii bude mať 45 chromozómov. Pri vyváženej mutácii však bude mať žena 45 chromozómov.

Detekcia translokácií:

Diferenciálne farbenie.

Obrázok kríža v profáze meiózy 1.

6. Transpozície. Mobilné genetické prvky. Mechanizmy pohybu cez genóm a význam.

Ak translokácie nie sú recipročné, potom hovoria o transpozícii.

Špeciálnu skupinu transpozónov tvoria mobilné genetické elementy (MGE), čiže skokové gény, ktoré sa nachádzajú vo všetkých organizmoch. U muchy Drosophila tvoria 5 % genómu. U ľudí sú MGE zoskupené do rodiny ALU.

MGE pozostávajú z 300-400 nukleotidov, ktoré sa v ľudskom genóme opakujú 300-tisíc krát.

Na koncoch MGE sú nukleotidové opakovania pozostávajúce z 50-100 nukleotidov. Opakovania môžu byť vpred alebo vzad. Zdá sa, že nukleotidové opakovania ovplyvňujú pohyb MGE.

Existujú dve možnosti pre pohyb MGE v celom genóme.

1. pomocou procesu reverznej transkripcie. Na to je potrebný enzým reverzná transkriptáza (revertáza). Táto možnosť sa vyskytuje v niekoľkých fázach:

na DNA, enzým RNA polymeráza (iný názov je transkriptáza) syntetizuje mRNA,

Na mRNA syntetizuje enzým reverzná transkriptáza jedno vlákno DNA,

enzým DNA polymeráza zabezpečuje syntézu druhého vlákna DNA,

syntetizovaný fragment sa uzavrie do kruhu,

kruh DNA je vložený do iného chromozómu alebo do iného miesta na tom istom chromozóme.

2. pomocou enzýmu transpozázy, ktorý vyreže MGE a prenesie ho na iný chromozóm alebo na iné miesto toho istého chromozómu

Počas evolúcie zohralo MGE pozitívnu úlohu, pretože uskutočňovali prenos genetickej informácie z jedného druhu organizmov na iné. Dôležitú úlohu v tom zohrali retrovírusy, ktoré obsahujú RNA ako dedičný materiál a obsahujú aj reverznú transkriptázu.

MGE sa pohybujú v celom genóme veľmi zriedkavo, jeden pohyb na stovky tisíc udalostí v bunke (frekvencia pohybu 1 x 10–5).

V každom konkrétnom organizme nehrajú MGE pozitívnu úlohu, pretože pohybujúce sa cez genóm, menia fungovanie génov a spôsobujú génové a chromozomálne mutácie.

7. Indukovaná mutagenéza. Fyzikálne, chemické a biologické mutagénne faktory.

K indukovaným mutáciám dochádza pri pôsobení mutagénnych faktorov na organizmus, ktoré sú rozdelené do 3 skupín:

Fyzikálne (UFL, röntgenové a radiačnej záťaži elektromagnetické polia, vysoké teploty).

Ionizujúce žiarenie teda môže pôsobiť priamo na molekuly DNA a RNA a spôsobiť v nich poškodenie (génové mutácie). Nepriamy vplyv tohto

mutagénu na dedičnom aparáte buniek spočíva v tvorbe genotoxických látok (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Chemické mutagénne faktory. Je ich viac ako 2 milióny. chemických látok, schopné spôsobiť mutácie. Toto je soľ ťažké kovy, chemické analógy dusíkaté zásady (5-brómuracil), alkylačné zlúčeniny (CH 3, C 2 H 5).

8. Radiačné mutácie. Genetické nebezpečenstvo znečistenia životné prostredie.

Radiačné mutácie sú mutácie spôsobené žiarením. V roku 1927 americký genetik Heinrich Mehler prvýkrát ukázal, že ožarovanie röntgenovými lúčmi vedie k výraznému zvýšeniu frekvencie mutácií u Drosophila. Táto práca znamenala začiatok nového smeru v biológii – radiačnej genetiky. Vďaka početným vykonaným prácam posledné desaťročia, teraz vieme, že pri zásahu elementárne častice(kvantá, elektróny, protóny a neutróny) do jadra, dochádza k ionizácii molekúl vody za vzniku voľných radikálov (OH -, O 2 -). Majú veľkú chemickú aktivitu a spôsobujú zlomy DNA, poškodenie nukleotidov alebo ich zničenie; to všetko vedie k výskytu mutácií.

Keďže človek je otvorený systém, To rôzne faktory môžu preniknúť látky znečisťujúce životné prostredie Ľudské telo. Mnohé z týchto faktorov môžu zmeniť alebo poškodiť dedičný materiál živých buniek. Dôsledky týchto faktorov sú také vážne, že ľudstvo nemôže ignorovať znečistenie životného prostredia.

9. Mutagenéza a karcinogenéza.

Mutačná teória rakoviny bola prvýkrát navrhnutá Hugom De Vriesom v roku 1901. V súčasnosti existuje veľa teórií karcinogenézy.

Jednou z nich je génová teória karcinogenézy. Je známe, že ľudský genóm obsahuje viac ako 60 onkogénov, ktoré dokážu regulovať delenie buniek. Sú v neaktívnom stave vo forme protoonkogénov. Pod vplyvom rôznych mutagénnych faktorov sa aktivujú protoonkogény a stávajú sa onkogénmi, ktoré spôsobujú intenzívnu proliferáciu buniek a vývoj nádorov.

PREDNÁŠKA 11 Početné mutácie chromozómov. Haploidia, polyploidia,

Aneuploidia.

1. Podstata mutácií počtu chromozómov, príčiny a mechanizmy vzniku.

Každý typ organizmu sa vyznačuje vlastným karyotypom. Stálosť karyotypu počas niekoľkých generácií sa udržiava prostredníctvom procesov mitózy a meiózy. Niekedy je počas mitózy alebo meiózy narušená segregácia chromozómov, čo vedie k bunkám so zmeneným počtom chromozómov. V bunkách sa môže meniť počet celých haploidných sád chromozómov, v takom prípade ide o mutácie ako:

Haploidia – jedna sada chromozómov (n)

Polyploidia – zvýšenie počtu chromozómov, ktoré je násobkom haploidnej sady (3n, 4n atď.)

Aneuploidia je zmena počtu jednotlivých chromozómov (46 +1).

Sada chromozómov sa môže meniť v somatických bunkách aj v zárodočných bunkách.

Príčiny porúch chromozómovej divergencie:

zvýšená cytoplazmatická viskozita

zmena polarity buniek

dysfunkcia vretena.

Všetky tieto dôvody vedú k takzvanému fenoménu „anaphase lag“.

To znamená, že počas anafázy mitózy alebo meiózy sú chromozómy rozdelené nerovnomerne, t.j. niektorý chromozóm alebo skupina chromozómov nedrží krok so zvyškom chromozómov a je stratená v jednej z dcérskych buniek.

2. Haploidia, povaha zmien karyotypu, prevalencia, fenotypový prejav.

Haploidia je zníženie počtu chromozómov v bunkách organizmu na haploidné. V bunkách prudko klesá počet chromozómov a dávka génov, to znamená, že sa mení genotypový systém, čiže mení sa aj fenotyp.

Genómy živých organizmov sú relatívne stabilné, čo je nevyhnutné pre zachovanie druhovej štruktúry a kontinuity vývoja. Na udržanie stability v bunke fungujú rôzne systémy reparácie, ktoré korigujú porušenia v štruktúre DNA. Ak by sa však zmeny v štruktúre DNA vôbec neudržali, druhy by sa nedokázali prispôsobiť meniacim sa podmienkam prostredia a vyvíjať sa. Pri vytváraní evolučného potenciálu, t.j. požadovanú úroveň dedičnej variability, hlavná úloha patrí mutáciám.

Termín " mutácia„G. de Vries vo svojom klasickom diele „Teória mutácií“ (1901-1903) načrtol fenomén kŕčovitých, prerušovaných zmien vlastnosti. Zaznamenal číslo znaky mutačnej variability:

• mutácia je kvalitatívne nový stav vlastnosti;
• mutantné formy sú konštantné;
• rovnaké mutácie sa môžu vyskytovať opakovane;
• mutácie môžu byť prospešné alebo škodlivé;
• detekcia mutácií závisí od počtu analyzovaných jedincov.

Základom pre vznik mutácie je zmena štruktúry DNA alebo chromozómov, preto sa mutácie dedia v ďalších generáciách. Variabilita mutácií je univerzálna; vyskytuje sa u všetkých živočíchov, vyšších i nižších rastlín, baktérií a vírusov.

Bežne sa proces mutácie delí na spontánny a indukovaný. Prvý sa vyskytuje pod vplyvom prírodných faktorov (vonkajších alebo vnútorných), druhý - s cieleným účinkom na bunku. Frekvencia spontánnej mutagenézy je veľmi nízka. U ľudí leží v rozmedzí 10 -5 - 10 -3 na gén na generáciu. Z hľadiska genómu to znamená, že každý z nás má v priemere jeden gén, ktorý naši rodičia nemali.

Väčšina mutácií je recesívnych, čo je veľmi dôležité, pretože... mutácie porušujú stanovenú normu (divoký typ), a preto sú škodlivé. Recesívny charakter mutantných alel im však umožňuje zotrvať v populácii dlhší čas v heterozygotnom stave a prejaviť sa v dôsledku kombinovanej variability. Ak má výsledná mutácia priaznivý vplyv na vývoj organizmu, prirodzeným výberom sa zachová a rozšíri medzi jedincov populácie.

Podľa charakteru pôsobenia mutantného génu mutácie sú rozdelené do 3 typov:

• morfologické,
• fyziologický,
• biochemické.

Morfologické mutácie zmeniť tvorbu orgánov a rastové procesy u zvierat a rastlín. Príkladom tohto typu zmeny sú mutácie farby očí, tvaru krídel, farby tela a tvaru štetín u Drosophila; krátkonohé u oviec, trpaslík u rastlín, krátkoprstý (brachydaktýlia) u ľudí atď.

Fyziologické mutácie zvyčajne znižujú životaschopnosť jedincov, medzi nimi je veľa letálnych a semiletálnych mutácií. Príkladmi fyziologických mutácií sú respiračné mutácie u kvasiniek, mutácie chlorofylu u rastlín a hemofília u ľudí.

TO biochemické mutácie zahŕňajú tie, ktoré inhibujú alebo narúšajú syntézu určitých chemikálií, zvyčajne v dôsledku nedostatku potrebného enzýmu. Tento typ zahŕňa auxotrofné mutácie baktérií, ktoré určujú neschopnosť bunky syntetizovať akúkoľvek látku (napríklad aminokyselinu). Takéto organizmy sú schopné žiť iba v prítomnosti tejto látky v životnom prostredí. U ľudí je výsledkom biochemickej mutácie ťažké dedičné ochorenie – fenylketonúria, spôsobené absenciou enzýmu, ktorý syntetizuje tyrozín z fenylalanínu, v dôsledku čoho sa fenylalanín hromadí v krvi. Ak prítomnosť tohto defektu nie je zistená včas a fenylalanín nie je vylúčený zo stravy novorodencov, potom telo čelí smrti v dôsledku vážneho narušenia vývoja mozgu.

Mutácie môžu byť generatívny A somatická. Prvé vznikajú v zárodočných bunkách, druhé v bunkách tela. Ich evolučná hodnota je rôzna a súvisí so spôsobom rozmnožovania.

Generatívne mutácie sa môže vyskytnúť v rôznych štádiách vývoja zárodočných buniek. Čím skôr sa objavia, tým väčší je počet gamét, ktoré ich prenesú, a preto sa zvýši šanca ich prenosu na potomkov. Podobná situácia nastáva v prípade somatickej mutácie. Čím skôr k nemu dôjde, tým viac buniek ho ponesie. Jednotlivci so zmenenými oblasťami tela sa nazývajú mozaiky alebo chiméry. Napríklad u Drosophila sa pozoruje mozaika farby očí: na pozadí červenej farby sa v dôsledku mutácie objavujú biele škvrny (fazety bez pigmentu).

V organizmoch, ktoré sa rozmnožujú iba sexuálne, somatické mutácie nepredstavujú žiadnu hodnotu ani pre evolúciu, ani pre selekciu, pretože nededia sa. V rastlinách, ktoré sa dokážu rozmnožovať vegetatívne, sa somatické mutácie môžu stať materiálom na selekciu. Napríklad mutácie púčikov, ktoré produkujú pozmenené výhonky (šport). Z takéhoto športu I.V. Michurin pomocou metódy štepenia získal novú odrodu jablone Antonovka 600 gramov.

Mutácie sú rôznorodé nielen vo svojom fenotypovom prejave, ale aj v zmenách, ktoré sa vyskytujú v genotype. Existujú mutácie genetický, chromozomálne A genomický.

Génové mutácie

Génové mutácie zmeniť štruktúru jednotlivých génov. Medzi nimi je významná časť bodové mutácie, v ktorom zmena ovplyvňuje jeden pár nukleotidov. Najčastejšie bodové mutácie zahŕňajú substitúciu nukleotidov. Existujú dva typy takýchto mutácií: prechody a transverzie. Pri prechodoch v nukleotidovom páre je purín nahradený purínom alebo pyrimidín pyrimidínom, t.j. priestorová orientácia podkladov sa nemení. Pri transverziách je purín nahradený pyrimidínom alebo pyrimidín purínom, čím sa mení priestorová orientácia báz.

Podľa povahy vplyvu substitúcie báz na štruktúru proteínu kódovaného génom Existujú tri triedy mutácií: chybné mutácie, nezmyselné mutácie a mutácie rovnakej podstaty.

Chybné mutácie zmeniť význam kodónu, čo vedie k výskytu jednej nesprávnej aminokyseliny v proteíne. To môže mať veľmi vážne následky. Napríklad ťažká dedičná choroba – kosáčikovitá anémia, forma anémie, je spôsobená nahradením jedinej aminokyseliny v jednom z hemoglobínových reťazcov.

Nezmyselná mutácia je objavenie sa (ako výsledok nahradenia jednej bázy) terminačného kodónu v géne. Ak translačný dvojznačný systém nie je zapnutý (pozri vyššie), proces syntézy proteínov sa preruší a gén bude schopný syntetizovať iba fragment polypeptidu (abortívny proteín).

O samesense mutácie substitúcia jednej bázy vedie k objaveniu sa synonymického kodónu. V tomto prípade nedochádza k žiadnej zmene genetického kódu a syntetizuje sa normálny proteín.

Okrem nukleotidových substitúcií môžu byť bodové mutácie spôsobené inzerciou alebo deléciou jedného nukleotidového páru. Tieto porušenia vedú k zmene čítacieho rámca; genetický kód a modifikovaný proteín sa syntetizuje.

Génové mutácie zahŕňajú duplikáciu a stratu malých častí génu, ako aj vloženia- vloženie ďalšieho genetického materiálu, ktorého zdrojom sú najčastejšie mobilné genetické prvky. Génové mutácie sú dôvodom existencie pseudogény— neaktívne kópie funkčných génov, ktorým chýba expresia, t.j. netvorí sa funkčný proteín. V pseudogénoch sa môžu hromadiť mutácie. Proces vývoja nádoru je spojený s aktiváciou pseudogénov.

Existujú dva hlavné dôvody objavenia sa génových mutácií: chyby počas procesov replikácie, rekombinácie a opravy DNA (chyby troch P) a pôsobenie mutagénnych faktorov. Príkladom chýb v činnosti enzýmových systémov počas vyššie uvedených procesov je nekanonické párovanie báz. Pozoruje sa, keď sú v molekule DNA zahrnuté menšie bázy, analógy bežných báz. Napríklad namiesto tymínu môže byť zahrnutý bromuracil, ktorý sa celkom ľahko kombinuje s guanínom. Vďaka tomu je pár AT nahradený GC.

Pod vplyvom mutagénov môže dôjsť k premene jednej bázy na inú. Napríklad kyselina dusitá premieňa cytozín na uracil deamináciou. IN ďalší cyklus Počas replikácie sa spáruje s adenínom a pôvodný pár GC je nahradený AT.

Chromozomálne mutácie

Závažnejšie zmeny v genetickom materiáli nastávajú, keď chromozomálne mutácie. Nazývajú sa chromozomálne aberácie alebo chromozomálne prestavby. Preskupenia môžu ovplyvniť jeden chromozóm (intrachromozomálny) alebo niekoľko (interchromozomálne).

Intrachromozomálne prestavby môžu byť troch typov: strata (chýbanie) časti chromozómu; zdvojnásobenie časti chromozómu (duplikácia); rotácia časti chromozómu o 180° (inverzia). Medzichromozomálne preskupenia zahŕňajú translokácie- presun úseku jedného chromozómu na druhý, nehomologický chromozóm.

Strata vnútornej časti chromozómu, ktorá neovplyvňuje teloméry, sa nazýva vymazania, a strata koncového úseku je vzdor. Oddelený úsek chromozómu, ak mu chýba centroméra, sa stratí. Oba typy nedostatkov možno identifikovať podľa vzoru konjugácie homológnych chromozómov v meióze. V prípade terminálnej delécie je jeden homológ kratší ako druhý. Pri vnútornom deficite normálny homológ tvorí slučku proti stratenej homológnej oblasti.

Nedostatky vedú k strate časti genetickej informácie, preto sú pre organizmus škodlivé. Stupeň poškodenia závisí od veľkosti stratenej oblasti a jej génového zloženia. Homozygoti pre nedostatky sú zriedka životaschopní. U nižších organizmov je účinok nedostatku menej viditeľný ako u vyšších. Bakteriofágy môžu stratiť značnú časť svojho genómu, nahradiť stratený úsek cudzou DNA a zároveň si zachovať funkčnú aktivitu. Vo vyšších triedach má aj heterozygotnosť pre nedostatky svoje hranice. V prípade Drosophila má teda strata jedného z homológov oblasti, ktorá zahŕňa viac ako 50 diskov, smrteľný účinok, napriek tomu, že druhý homológ je normálny.

S človekom sa spája množstvo nedostatkov dedičné choroby: ťažká forma leukémie (21. chromozóm), syndróm cry-the-cat u novorodencov (5. chromozóm) atď.

Nedostatky možno použiť na genetické mapovanie spojením straty špecifickej oblasti chromozómu s morfologické znaky jednotlivcov.

Duplikácia nazývaná duplikácia ktorejkoľvek časti normálneho chromozómu chromozómová sada. Duplikácie spravidla vedú k zvýšeniu vlastnosti, ktorá je riadená génom lokalizovaným v tejto oblasti. Napríklad zdvojnásobenie génu v Drosophila Bar, čo spôsobuje zníženie počtu očných faziet, vedie k ďalšiemu zníženiu ich počtu.

Duplikácie sa dajú ľahko zistiť cytologicky narušením štruktúrneho vzoru obrovských chromozómov a geneticky sa dajú identifikovať absenciou recesívneho fenotypu počas kríženia.

Inverzia- otočenie rezu o 180° - mení poradie génov v chromozóme. Ide o veľmi bežný typ chromozomálnej mutácie. Najmä veľa z nich bolo nájdených v genómoch Drosophila, Chironomus a Tradescantia. Existujú dva typy inverzií: paracentrické a pericentrické. Prvé z nich ovplyvňujú iba jedno rameno chromozómu bez toho, aby sa dotýkali centromerickej oblasti a bez zmeny tvaru chromozómov. Pericentrické inverzie zahŕňajú oblasť centroméry, ktorá zahŕňa časti oboch ramien chromozómu, a preto môžu výrazne zmeniť tvar chromozómu (ak sa zlomy vyskytujú v rôznych vzdialenostiach od centroméry).

V profáze meiózy možno heterozygotnú inverziu detegovať charakteristickou slučkou, pomocou ktorej sa obnoví komplementarita normálnych a invertovaných oblastí dvoch homológov. Ak dôjde k jedinému prekríženiu v oblasti inverzie, vedie to k vytvoreniu abnormálnych chromozómov: dicentrický(s dvoma centromérami) a acentrický(bez centroméry). Ak má obrátená oblasť značný rozsah, môže dôjsť k dvojitému prekríženiu, v dôsledku čoho sa vytvárajú životaschopné produkty. V prítomnosti dvojitých inverzií v jednej oblasti chromozómu je prekríženie vo všeobecnosti potlačené, a preto sa nazývajú „supresory kríženia“ a označujú sa písmenom C. Táto vlastnosť inverzií sa používa, keď genetická analýza napríklad pri zohľadnení frekvencie mutácií (metód kvantitatívne účtovníctvo mutácie G. Möllera).

Interchromozomálne prestavby – translokácie, ak majú charakter vzájomnej výmeny úsekov medzi nehomologickými chromozómami, sa nazývajú tzv. recipročné. Ak zlom ovplyvní jeden chromozóm a roztrhnutá časť sa pripojí k inému chromozómu, potom je to - nerecipročná translokácia. Výsledné chromozómy budú počas bunkového delenia fungovať normálne, ak má každý z nich jednu centroméru. Heterozygotnosť pre translokácie značne mení proces konjugácie pri meióze, pretože homológnu príťažlivosť nezažívajú dva chromozómy, ale štyri. Namiesto bivalentov vznikajú kvadrivalenty, ktoré môžu mať rôznu konfiguráciu vo forme krížikov, prstencov a pod.. Ich nesprávna divergencia často vedie k tvorbe neživotaschopných gamét.

Pri homozygotných translokáciách sa chromozómy správajú normálne a vytvárajú sa nové väzbové skupiny. Ak sa zachovajú selekciou, potom vznikajú nové chromozomálne rasy. Translokácie teda môžu byť účinným faktorom pri speciácii, ako je to v prípade niektorých druhov zvierat (škorpióny, šváby) a rastlín (durman, pivónia, pupalka). U druhu Paeonia californica sa na procese translokácie podieľajú všetky chromozómy a pri meióze vzniká jediný konjugačný komplex: 5 párov chromozómov tvorí kruh (konjugácia end-to-end).

Mutácia(z latinského slova "mutatio" - zmena) je pretrvávajúca zmena genotypu, ku ktorej došlo pod vplyvom vnútorných alebo vonkajších faktorov. Existujú chromozomálne, génové a genómové mutácie.

Aké sú príčiny mutácií?

• Nepriaznivé podmienky prostredie, experimentálne vytvorené podmienky. Takéto mutácie sa nazývajú indukované.
• Niektoré procesy prebiehajúce v živej bunke organizmu. Napríklad: porucha opravy DNA, replikácia DNA, genetická rekombinácia.

Mutagény sú faktory, ktoré spôsobujú mutácie. Delia sa na:

• Fyzikálny - rádioaktívny rozpad a ultrafialové žiarenie, príliš vysoká alebo príliš nízka teplota.
• Chemické - redukčné a oxidačné činidlá, alkaloidy, alkylačné činidlá, nitroderiváty močoviny, pesticídy, organické rozpúšťadlá, niektoré lieky.
• Biologické - niektoré vírusy, metabolické produkty (metabolizmus), antigény rôznych mikroorganizmov.

Základné vlastnosti mutácií

• Odovzdané dedením.
• Spôsobené rôznymi vnútornými a vonkajšie faktory.
• Objavujú sa kŕčovito a náhle, niekedy opakovane.
• Každý gén môže mutovať.

Čo sú zač?

• Genomické mutácie sú zmeny, ktoré sú charakterizované stratou alebo pridaním jedného chromozómu (alebo viacerých) alebo kompletnej haploidnej sady. Existujú dva typy takýchto mutácií – polyploidia a heteroploidia.

Polyploidia je zmena v počte chromozómov, ktorá je násobkom haploidnej sady. Mimoriadne zriedkavé u zvierat. U ľudí sú možné dva typy polyploidie: triploidia a tetraploidia. Deti narodené s takýmito mutáciami zvyčajne žijú nie dlhšie ako mesiac a častejšie zomierajú v štádiu embryonálneho vývoja.

Heteroploidia(alebo aneuploidia) je zmena v počte chromozómov, ktorá nie je násobkom halogénového súboru. V dôsledku tejto mutácie sa rodia jedinci s abnormálnym počtom chromozómov – polysomických a monozomických. Asi 20-30 percent monozomikov zomiera v prvých dňoch vnútromaternicového vývoja. Medzi narodenými sú jedinci so syndrómom Shereshevsky-Turner. Genomické mutácie v rastlinnom a živočíšnom svete sú tiež rôznorodé.

• - sú to zmeny, ku ktorým dochádza pri preskupovaní štruktúry chromozómov. V tomto prípade dochádza k prenosu, strate alebo zdvojeniu časti genetického materiálu viacerých chromozómov alebo jedného, ​​ako aj k zmene orientácie chromozomálnych segmentov v jednotlivých chromozómoch. IN v ojedinelých prípadoch možné, to znamená spojenie chromozómov.

• Génové mutácie. V dôsledku takýchto mutácií dochádza k inzercii, delécii alebo substitúcii niekoľkých alebo jedného nukleotidu, ako aj k inverzii alebo duplikácii rôznych častí génu. Účinky mutácií génového typu sú rôzne. Väčšina z nich je recesívna, to znamená, že sa nijako neprejavujú.

Mutácie sa tiež delia na somatické a generatívne

• - v akýchkoľvek bunkách tela, okrem gamét. Keď napríklad zmutuje rastlinná bunka, z ktorej by sa mal následne vyvinúť púčik a potom výhonok, všetky jej bunky budú mutantné. Takže na kríku červených ríbezlí sa môže objaviť vetva s čiernymi alebo bielymi plodmi.

• Generatívne mutácie sú zmeny v primárnych zárodočných bunkách alebo v gamétach, ktoré sa z nich vytvorili. Ich vlastnosti sa prenášajú na ďalšiu generáciu.

Podľa povahy účinku na mutácie existujú:

• Smrteľné - majitelia takýchto zmien zomierajú buď v štádiu alebo po dostatočnom krátky čas po narodení. Toto sú takmer všetky genómové mutácie.
• Semi-letálna (napríklad hemofília) - charakterizovaná prudkým zhoršením fungovania akýchkoľvek systémov v tele. Vo väčšine prípadov pololetálne mutácie tiež vedú k smrti čoskoro potom.
• Prospešné mutácie sú základom evolúcie, vedú k objaveniu sa vlastností potrebné pre telo. Po ustálení môžu tieto vlastnosti spôsobiť vznik nového poddruhu alebo druhu.