se týká genových mutací. Co je to mutace

Mutační variabilita nastává v případě výskytu mutací - přetrvávajících změn genotypu (tedy molekul DNA), které mohou postihnout celé chromozomy, jejich části nebo jednotlivé geny.

Mutace mohou být prospěšné, škodlivé nebo neutrální. Podle moderní klasifikace se mutace obvykle dělí do následujících skupin.

1. Genomické mutace spojené se změnou počtu chromozomů. Zvláště zajímavá je POLYPLOIDIE - mnohonásobné zvýšení počtu chromozomů, tzn. místo sady chromozomů 2n se objeví sada 3n,4n,5n nebo více. Výskyt polyploidie je spojen s porušením mechanismu buněčného dělení. Zejména nondisjunkce homologních chromozomů během prvního dělení meiózy vede ke vzniku gamet se sadou 2n chromozomů.

Polyploidie je rozšířena u rostlin a mnohem méně často u zvířat (škrkavka, bourec morušový, někteří obojživelníci). Polyploidní organismy se zpravidla vyznačují většími velikostmi, zvýšenou syntézou organických látek, což je činí zvláště cennými pro šlechtitelskou práci.

Změna počtu chromozomů spojená s přidáním nebo ztrátou jednotlivých chromozomů se nazývá aneuploidie. Aneuploidní mutace může být zapsána jako 2n-1, 2n+1, 2n-2 atd. Aneuploidie je charakteristická pro všechna zvířata a rostliny. U lidí je s aneuploidií spojena řada onemocnění. Například Downova choroba je spojena s přítomností extra chromozomu ve 21. páru.

2. Chromozomální mutace - jde o přestavbu chromozomů, změnu jejich struktury. Jednotlivé úseky chromozomů mohou být ztraceny, zdvojeny, změnit jejich polohu.

Schematicky to lze znázornit takto:

ABCDE normální pořadí genů

ABBCDE duplikace segmentu chromozomu

ABDE ztráta jedné sekce

ABEDC otočení o 180 stupňů

Výměna oblasti ABCFG s nehomologním chromozomem

Stejně jako genomové mutace hrají chromozomální mutace obrovskou roli v evolučních procesech.

3. Genové mutace spojené se změnou ve složení nebo sekvenci nukleotidů DNA v genu. Genové mutace jsou nejdůležitější ze všech mutačních kategorií.

Syntéza proteinů je založena na shodě mezi uspořádáním nukleotidů v genu a pořadím aminokyselin v molekule proteinu. Výskyt genových mutací (změny ve složení a sekvenci nukleotidů) mění složení odpovídajících enzymových proteinů a v důsledku vede k fenotypovým změnám. Mutace mohou ovlivnit všechny rysy morfologie, fyziologie a biochemie organismů. Mnoho lidských dědičných onemocnění je také způsobeno genovými mutacemi.

Mutace v přirozených podmínkách jsou vzácné – jedna mutace konkrétního genu na 1000-100000 buněk. Ale mutační proces probíhá neustále dochází k neustálému hromadění mutací v genotypech. A vezmeme-li v úvahu, že počet genů v těle je velký, pak můžeme říci, že v genotypech všech živých organismů je značný počet genových mutací.

Mutace jsou největším biologickým faktorem, který určuje obrovskou dědičnou variabilitu organismů, která poskytuje materiál pro evoluci.

Příčinou mutací mohou být přirozené poruchy buněčného metabolismu (spontánní mutace), ale i působení různých faktorů. vnější prostředí(indukované mutace). Faktory, které způsobují mutace, se nazývají mutageny. Mutageny mohou být fyzikální faktory- záření, teplota.... Biologické mutageny zahrnují viry schopné přenášet geny mezi organismy nejen blízkých, ale i vzdálených systematických skupin.

Ekonomická činnost člověka přinesla do biosféry obrovské množství mutagenů.

Většina mutací je pro život jedince nepříznivá, ale někdy se vyskytnou mutace, které mohou být zajímavé pro chovatele. V současné době byly vyvinuty metody místně cílené mutageneze.

1. Podle charakteru změny fenotypu mohou být mutace biochemické, fyziologické, anatomické a morfologické.

2. Podle stupně adaptability se mutace dělí na prospěšné a škodlivé. Škodlivý – může být smrtelný a způsobit smrt organismu i v embryonálním vývoji.

Častěji jsou mutace škodlivé, protože vlastnosti jsou obvykle výsledkem selekce a přizpůsobují organismus svému prostředí. Mutace vždy mění adaptaci. Míru jeho užitečnosti či neužitečnosti určuje čas. Pokud mutace umožní organismu lépe se adaptovat, dá novou šanci na přežití, pak je selekcí „sebrána“ a zafixována v populaci.

3. Mutace jsou přímé a reverzní. Posledně jmenované jsou mnohem méně běžné. Obvykle je přímá mutace spojena s poruchou funkce genu. Pravděpodobnost sekundární mutace v opačném směru ve stejném bodě je velmi malá, jiné geny mutují častěji.

Mutace jsou častěji recesivní, protože dominantní se objevují okamžitě a jsou snadno "odmítnuty" výběrem.

4. Podle charakteru změny genotypu se mutace dělí na genové, chromozomální a genomické.

Genové neboli bodové mutace – změna nukleotidu v jednom genu v molekule DNA, vedoucí ke vzniku abnormálního genu a následně abnormální proteinové struktuře a rozvoji abnormálního znaku. Genová mutace je výsledkem „chyby“ v replikaci DNA.

Výsledkem genové mutace u člověka jsou onemocnění jako srpkovitá anémie, fenylketonurie, barvoslepost, hemofilie. V důsledku genové mutace vznikají nové alely genů, což je důležité pro evoluční proces.

Chromozomální mutace - změny ve struktuře chromozomů, chromozomální přestavby. Hlavní typy chromozomálních mutací lze rozlišit:

a) delece - ztráta chromozomového segmentu;

b) translokace - přenos části chromozomů na jiný nehomologní chromozom, v důsledku toho - změna vazebné skupiny genů;

c) inverze - rotace chromozomového segmentu o 180°;

d) duplikace - zdvojení genů v určité oblasti chromozomu.

Chromozomální mutace vedou ke změně ve fungování genů a jsou důležité v evoluci druhu.

Genomické mutace - změny v počtu chromozomů v buňce, výskyt extra nebo ztráta chromozomu v důsledku porušení meiózy. Vícenásobné zvýšení počtu chromozomů se nazývá polyploidie (3n, 4/r atd.). Tento typ mutace je u rostlin běžný. Mnoho kulturních rostlin je polyploidních ve vztahu ke svým divokým předkům. Zvýšení chromozomů o jeden nebo dva u zvířat vede k anomáliím ve vývoji nebo smrti organismu. Příklad: Downův syndrom u člověka - trizomie pro 21. pár, celkem je v buňce 47 chromozomů. Mutace lze získat uměle pomocí záření, rentgenového záření, ultrafialového světla, chemických látek a tepla.

Zákon homologické řady N.I. Vavilov. Ruský biolog N.I. Vavilov zjistil povahu výskytu mutací u blízce příbuzných druhů: „Rody a druhy, které jsou si geneticky blízké, se vyznačují podobnou řadou dědičné variability s takovou pravidelností, že při znalosti počtu forem v rámci jednoho druhu lze předvídat přítomnost paralelní formy u jiných druhů a rodů."

Objev zákona usnadnil hledání dědičných odchylek. Při znalosti variability a mutací u jednoho druhu lze předvídat možnost jejich výskytu u příbuzných druhů, což je důležité v chovu.



Genové mutace. Koncept genových chorob.

1. Definice variability. Klasifikace jeho forem.

Variabilita je běžnou vlastností živých organismů, která spočívá ve změně dědičných znaků v průběhu ontogeneze (individuálního vývoje).

Variabilita organismů se dělí na dvě části velký typ:

1. fenotypové, neovlivňující genotyp a nedědičné;

2. genotypový, měnící genotyp a tedy dědičný.

Genotypová variabilita se dělí na kombinativní a mutační.

Mutační variabilita zahrnuje genomové, chromozomální a genové mutace.

Genomové mutace se dělí na polyploidii a aneuploidii

Chromozomální mutace se dělí na delece, duplikace, inverze, translokace

2. Fenotypová variabilita. Rychlost reakce geneticky podmíněných znaků. Adaptivní povaha modifikací. Fenokopie.

Fenotypová variabilita (neboli nedědičná, modifikační) je změna fenotypových vlastností organismu pod vlivem faktorů prostředí, aniž by došlo ke změně genotypu.

Například: barva srsti himálajského králíka v závislosti na teplotě stanoviště.

Rychlost reakce je rozsah variability, ve kterém je stejný genotyp schopen produkovat různé fenotypy.

1. široká rychlost reakce - když kolísání atributu jdou do širokého rozmezí (například: spálení sluncem, množství mléka).

2. úzká reakční rychlost - když jsou výkyvy atributu nevýznamné (např.: obsah tuku v mléce).

3. jednoznačná reakční rychlost - kdy se znaménko za žádných okolností nemění (např.: krevní skupiny, barva očí, tvar očí).

Adaptivní povaha modifikací spočívá ve skutečnosti, že variabilita modifikace umožňuje tělu přizpůsobit se měnícím se podmínkám prostředí. Proto jsou úpravy vždy užitečné.

Pokud je během embryogeneze tělo ovlivněno nepříznivými faktory, mohou se objevit fenotypové změny, které přesahují normu reakce a nejsou adaptivní povahy, nazývají se vývojové morfózy. Dítě se například narodí bez končetin nebo s rozštěpem rtu.

Fenokopie jsou vývojové morfózy, které je velmi obtížné odlišit od dědičných změn (nemocí).

Například: pokud těhotná žena onemocněla zarděnkami, může mít dítě s šedým zákalem. Tato patologie se však může objevit také v důsledku mutace. V prvním případě mluvíme o fenokopii.

Diagnóza „fenokopie“ je důležitá pro budoucí prognózu, protože s fenoskopií se genetický materiál nemění, to znamená, že zůstává normální.

3. Kombinační variabilita. Hodnota kombinační variability při zajišťování genetické rozmanitosti lidí.

Kombinační variabilita je výskyt nových kombinací genů u potomků, které jejich rodiče neměli.

Variabilita kombinací souvisí s:

s přechodem do profáze meiózy 1.

s nezávislou divergenci homologních chromozomů v anafázi meiózy 1.

s náhodnou kombinací gamet při oplození.

Hodnota kombinační variability – zajišťuje genetickou rozmanitost jedinců v rámci druhu, která je důležitá pro přirozený výběr a evoluci.

4. Mutační variabilita. Hlavní ustanovení teorie mutací.

Hugo de Vries, holandský vědec razil termín „mutace“ v roce 1901.

Mutace je jev přerušované náhlé změny dědičného znaku.

Proces vzniku mutací se nazývá mutageneze a organismus, který v procesu mutageneze získává nové vlastnosti, se nazývá mutant.

Hlavní ustanovení teorie mutací podle Huga de Vriese.

1. mutace vznikají náhle bez jakýchkoli přechodů.

2. výsledné formy jsou celkem stabilní.

3. Mutace jsou kvalitativní změny.

4. Mutace se vyskytují v různých směrech. mohou být prospěšné i škodlivé.

5. stejné mutace se mohou vyskytovat opakovaně.

5. Klasifikace mutací.

I. Podle původu.

1. Spontánní mutace. Spontánní nebo přirozené mutace se vyskytují v normálních přírodních podmínkách.

2. Indukované mutace. Způsobené mutace nebo umělé mutace vznikají, když jsou mutagenní faktory vystaveny tělu.

ale. fyzikální (ionizující záření, UV, teplo atd.)

b. chemické (soli těžkých kovů, kyselina dusitá, volné radikály, domovní a průmyslový odpad, léky).

II. Podle místa původu.

ale. Somatické mutace vznikají v somatických buňkách a jsou zděděny potomky těch buněk, ve kterých vznikly. Nepředávají se z generace na generaci.

b. Generativní mutace se vyskytují v zárodečných buňkách a předávají se z generace na generaci.

III. Podle povahy změn fenotypu.

1. Morfologické mutace, charakterizované změnou struktury orgánu nebo organismu jako celku.

2. Fyziologické mutace charakterizované změnou f-tý orgán nebo organismu jako celku.

3. Biochemické mutace spojené se změnou makromolekuly.

IV. Vliv na životaschopnost organismu.

1. Smrtelné mutace ve 100 % případů vedou ke smrti organismu na vady neslučitelné se životem.

2. Pololetální mutace vedou v 50-90 % případů ke smrti. Obvykle organismy s takovými mutacemi nepřežijí do reprodukčního období.

3. Podmíněně letální mutace, v některých stavech organismus umírá, ale v jiných přežívá (galaktosemie).

4. Prospěšné mutace zvyšují životaschopnost organismu a používají se v chovu.

proti. Podle povahy změny dědičného materiálu.

1. Genové mutace.

2. Chromozomální mutace.

6. Genové mutace, definice. Mechanismy výskytu spontánních genových mutací.

Genové mutace neboli bodové mutace jsou mutace, které se vyskytují v genech na úrovni nukleotidů, přičemž se mění struktura genu, mění se molekula mRNA, mění se sekvence aminokyselin v proteinu, mění se v těle vlastnost.

Typy genových mutací:

- missense mutace - nahrazení 1 nukleotidu v tripletu jiným povede k tomu, že do proteinového polypeptidového řetězce bude zařazena další aminokyselina, která by za normálních okolností neměla být, a to povede ke změnám vlastností a funkcí proteinu .

Příklad: nahrazení kyseliny glutamové valinem v molekule hemoglobinu.

CTT - kyselina glutamová, CAT - valin

Pokud k takové mutaci dojde v genu, který kóduje β řetězec hemoglobinového proteinu, pak je do β řetězce místo kyseliny glutamové zařazen valin → v důsledku takové mutace se mění vlastnosti a funkce hemoglobinového proteinu a HbS se objeví místo normálního HbA, v důsledku toho se člověk vyvíjí srpkovitá anémie(tvar červených krvinek se mění).

- nesmysl mutace - nahrazení 1 nukleotidu v tripletu jiným způsobí přeměnu geneticky významného tripletu na stop kodon, což vede k přerušení syntézy proteinového polypeptidového řetězce. Příklad: UAC - tyrosin. UAA je stop kodon.

Mutace s posunem ve čtecím rámci dědičné informace.

Pokud se v důsledku genové mutace objeví v těle nový znak (například polydaktylie), pak se nazývají neomorfní.

pokud v důsledku genové mutace tělo ztratí nějakou vlastnost (např. enzym zmizí při PKU), pak se nazývají amorfní.

- seimsens mutace - nahrazení nukleotidu v tripletu vede ke vzniku synonymního tripletu, který kóduje stejný protein. To je způsobeno degenerací genetického kódu. Například: CTT - glutamin CTC - glutamin.

Mechanismy vzniku genových mutací (náhrada, inzerce, ztráta).

DNA se skládá ze 2 polynukleotidových řetězců. Za prvé, změna nastává v 1. vláknu DNA – jedná se o semimutační stav neboli „primární poškození DNA“. Každou sekundu dojde v buňce k 1 primárnímu poškození DNA.

Když poškození přejde na druhý řetězec DNA, říká se, že mutace byla zafixována, to znamená, že došlo k „kompletní mutaci“.

K primárnímu poškození DNA dochází, když jsou narušeny mechanismy replikace, transkripce a křížení.

7. Frekvence genových mutací. Mutace jsou přímé a reverzní, dominantní a recesivní.

U lidí je frekvence mutací = 1x10 -4 - 1x10 -7, to znamená, že v každé generaci je mutováno v průměru 20-30 % lidských gamet.

U Drosophila je frekvence mutace = 1x10 -5, to znamená, že 1 gameta ze 100 tisíc nese genovou mutaci.

ale. Přímá mutace (recesivní) je mutace genu z dominantního stavu do recesivního stavu: A →a.

b. Reverzní mutace (dominantní) je mutace genu z recesivního stavu do dominantního stavu: a → A.

Genové mutace se vyskytují ve všech organismech, geny mutují různými směry, stejně jako s různá frekvence. Geny, které mutují zřídka, se nazývají stabilní a geny, které často mutují, se nazývají mutovatelné.

8. Zákon homologických řad v dědičné variabilitě N.I.Vavilova.

Mutace se vyskytuje v různých směrech, tzn. náhodou. Tyto nehody však podléhají vzoru objevenému v roce 1920. Vavilov. Formuloval zákon homologní řady v dědičné variabilitě.

"Druhy a rody geneticky blízké se vyznačují podobnou řadou dědičné variability s takovou pravidelností, že při znalosti počtu forem v rámci jednoho druhu lze předvídat existenci paralelních forem u jiných druhů a rodů."

Tento zákon umožňuje předpovídat přítomnost určitého znaku u jedinců různých rodů téže rodiny. Byla tedy předpovězena přítomnost lupiny bez alkaloidů v přírodě. v rodině luštěnin existují rody fazole, hrachu a fazole, které neobsahují alkaloidy.

V medicíně Vavilovův zákon umožňuje používat jako genetické modely zvířata, která jsou geneticky blízká lidem. Provádějí experimenty na studium genetických chorob. Studuje se například šedý zákal u myší a psů; hemofilie – u psů, vrozená hluchota – u myší, morčata, psi.

Vavilovův zákon umožňuje předvídat výskyt indukovaných mutací neznámých vědě, které lze využít při šlechtění k vytvoření rostlinných forem cenných pro člověka.

9. Antimutační bariéry organismu.

- Přesnost replikace DNA. Někdy při replikaci dochází k chybám, pak se aktivují autokorekční mechanismy, které jsou zaměřeny na eliminaci chybného nukleotidu. Důležitou roli hraje enzym DNA polymeráza a chybovost je snížena faktorem 10 (z 10–5 na 10–6).

- Degenerace genetického kódu. 1 aminokyselina může kódovat několik tripletů, takže nahrazení 1 nukleotidu v tripletu v některých případech nezkresluje dědičnou informaci. Například CTT a CTC jsou kyselina glutamová.

- Extrakce některé geny zodpovědné za důležité makromolekuly: rRNA, tRNA, histonové proteiny, tzn. vzniká mnoho kopií těchto genů. Tyto geny jsou součástí středně repetitivních sekvencí.

- Redundance DNA– 99 % je nadbytečných a mutagenní faktor častěji spadá do těchto 99 % nesmyslných sekvencí.

- párování chromozomů v diploidní množině. V heterozygotním stavu se mnoho škodlivých mutací neobjevuje.

- utracení mutantní pohlavní buňky.

- oprava DNA.

10. Oprava genetického materiálu. .

Oprava DNA je odstranění primárního poškození z DNA a její nahrazení normálními strukturami.

Existují dvě formy nápravy: světlá a tmavá

A. Oprava světlem (nebo enzymatická fotoreaktivace). Opravné enzymy jsou aktivní pouze za přítomnosti světla. Tato forma opravy má za cíl odstranit primární poškození DNA způsobené UV světlem.

Působením UV světla se v DNA aktivují pyrimidinové dusíkaté báze, což vede k vytvoření vazeb mezi pyrimidinovými dusíkatými bázemi, které jsou umístěny vedle sebe ve stejném řetězci DNA, to znamená, že se tvoří pyrimidinové dimery. Nejčastěji se jedná o spojení: T=T; T=C; C=C.

Normálně v DNA nejsou žádné pyrimidinové dimery. Jejich vznik vede k tomu, že dochází ke zkreslení dědičné informace a narušení normálního průběhu replikace a transkripce, což následně vede ke genovým mutacím.

Podstata fotoreaktivace: v jádře se nachází speciální (fotoreaktivační) enzym, který je aktivní pouze za přítomnosti světla, tento enzym ničí pyrimidinové dimery, tedy ruší vazby vzniklé mezi pyrimidinovými dusíkatými bázemi vlivem UV záření. světlo.

K opravě tmy dochází ve tmě a na světle, to znamená, že aktivita enzymů nezávisí na přítomnosti světla. Dělí se na pre-replikativní opravu a post-replikativní opravu.

Před replikační opravou dochází před replikací DNA, na tomto procesu se podílí mnoho enzymů:

o Endonukleáza

o Exonukleáza

o DNA polymeráza

o DNA ligáza

Fáze 1. Enzymová endonukleáza najde poškozenou oblast a rozřízne ji.

Fáze 2 Enzym exonukleáza odstraňuje poškozenou oblast z DNA (excize), což má za následek mezeru.

Fáze 3 Chybějící místo syntetizuje enzym DNA polymeráza. Syntéza probíhá podle principu komplementarity.

Fáze 4. Ligázové enzymy spojují nebo přišívají nově syntetizované místo k vláknu DNA. Primární poškození v DNA je tak eliminováno.

Postreplikativní oprava.

Předpokládejme, že došlo k primárnímu poškození DNA.

Fáze 1. Začíná proces replikace DNA. Enzym DNA polymeráza syntetizuje nové vlákno, které je plně komplementární ke starému intaktnímu vláknu.

Fáze 2 Enzym DNA polymeráza syntetizuje další nový řetězec, který však obejde místo, kde se poškození nachází. V důsledku toho se ve druhém novém řetězci DNA vytvořila mezera.

Fáze 3 Na konci replikace syntetizuje enzym DNA polymeráza chybějící část komplementárního nového řetězce DNA.

Fáze 4. Enzym ligáza pak spojuje nově syntetizovanou oblast s vláknem DNA, kde byla mezera. Primární poškození DNA se tedy nepřeneslo do dalšího nového vlákna, to znamená, že se mutace nezafixovala.

Následně může být primární poškození DNA eliminováno během pre-replikativní opravy.

11. Mutace spojené s narušenou opravou DNA a jejich role v patologii.

Schopnost opravovat se v organismech byla vyvinuta a upevněna v průběhu evoluce. Čím vyšší je aktivita reparačních enzymů, tím stabilnější je dědičný materiál. Odpovídající geny jsou zodpovědné za opravné enzymy, takže pokud v těchto genech dojde k mutaci, aktivita opravných enzymů se sníží. V tomto případě se u člověka vyvinou těžká dědičná onemocnění, která jsou spojena se snížením aktivity reparačních enzymů.

U lidí existuje více než 100 takových onemocnění. Některé z nich jsou:

Anémie Fanconi- snížení počtu červených krvinek, ztráta sluchu, poruchy kardiovaskulárního systému, deformace prstů, mikrocefalie.

Bloomův syndrom – nízká porodní hmotnost, retardace růstu, zvýšená náchylnost k virová infekce, zvýšené riziko onkologická onemocnění. charakteristický rys: Při krátkodobém vystavení slunečnímu záření se na pokožce obličeje objeví motýlkovitá pigmentace (rozšíření krevních kapilár).

Pigmentová xeroderma- na kůži se objevují popáleniny od světla, které se brzy zvrhnou v rakovinu kůže (u takových pacientů se rakovina vyskytuje 20 000krát častěji). Pacienti jsou nuceni žít pod umělým osvětlením.

Frekvence onemocnění je 1: 250 000 (Evropa, USA) a 1: 40 000 (Japonsko)

Dva typy progerie – předčasné stárnutí organismus.

12. Genetická onemocnění, mechanismy jejich vzniku, dědičnost, frekvence výskytu.

Genová onemocnění (neboli molekulární onemocnění) jsou u člověka zastoupena poměrně široce, je jich více než 1000.

speciální skupina mezi nimi jsou vrozené metabolické vady. Tyto nemoci poprvé popsal v roce 1902 A. Garode. Příznaky těchto onemocnění jsou různé, ale vždy dochází k porušení přeměny látek v těle. V tomto případě bude některých látek nadbytek, jiných nedostatek. Například látka (A) vstupuje do těla a dále se působením enzymů přeměňuje na látku (B). Dále by se látka (B) měla změnit na látku (C), ale tomu je zabráněno blokem mutace

(), v důsledku toho bude látky (C) nedostatek a látky (B) bude přebytek.

Některé příklady nemocí spojených s vrozená vada metabolismus.

PKU(fenylketonurie, vrozená demence). Genové onemocnění, děděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 1:10 000. Fenylalanin je esenciální aminokyselina pro stavbu molekuly proteinu a navíc slouží jako prekurzor hormonů štítná žláza(tyroxin), adrenalin a melanin. Aminokyselina fenylalanin v jaterních buňkách musí být přeměněna pomocí enzymu (fenylalanin-4-hydroxylázy) na tyrosin. Pokud za tuto přeměnu není odpovědný žádný enzym, nebo je jeho aktivita snížena, pak se prudce zvýší obsah fenylalaninu v krvi a sníží se obsah tyrosinu. Přebytek fenylalaninu v krvi vede k výskytu jeho derivátů (fenyloctové, fenylmléčné, fenylpyrohroznové a dalších ketonových kyselin), které se vylučují močí a mají také toxický účinek na buňky centrální nervový systém což vede k demenci.

Včasnou diagnózou a převedením kojence na dietu bez fenylalaninu lze rozvoji onemocnění předejít.

Albinismus je běžný. Genetické onemocnění děděné autozomálně recesivním způsobem. Normálně se aminokyselina tyrosin podílí na syntéze tkáňových pigmentů. Pokud dojde k mutačnímu bloku, enzym chybí nebo je jeho aktivita snížena, pak nejsou tkáňové pigmenty syntetizovány. V těchto případech kůže mléčně bílá barva, vlasy jsou velmi světlé, díky nedostatku pigmentu v sítnici prosvítají cévy, oči mají červenorůžovou barvu a přecitlivělost ke světlu.

Alkapnonurie. Genové onemocnění, děděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 3-5:1 000 000. Onemocnění je spojeno s porušením přeměny kyseliny homogentisové, v důsledku čehož se tato kyselina hromadí v těle. Tato kyselina se vylučuje močí a vede k rozvoji onemocnění ledvin, navíc alkalizovaná moč s touto anomálií rychle tmavne. Také se onemocnění projevuje barvením chrupavčitých tkání, artritida se rozvíjí ve stáří. Onemocnění je tedy doprovázeno poškozením ledvin a kloubů.

Genová onemocnění spojená s poruchou metabolismu sacharidů.

galaktosémie. Genetické onemocnění, děděné autozomálně recesivním způsobem, se vyskytuje s frekvencí = 1:35 000-40 000 dětí.

Krev novorozence obsahuje monosacharid galaktózu, která vzniká při rozkladu disacharidu mléka. laktóza pro glukózu a galaktóza. Galaktóza není tělem přímo absorbována, musí být přeměněna speciálním enzymem na asimilovanou formu - glukóza-1-fosfát.

Dědičné onemocnění galaktosémie je způsobeno špatnou funkcí genu, který řídí syntézu enzymového proteinu, který přeměňuje galaktózu na vstřebatelnou formu. V krvi nemocných dětí bude velmi málo tohoto enzymu a hodně galaktózy, což se zjistí biochemickou analýzou.

Pokud je diagnóza stanovena v prvních dnech po narození dítěte, je krmeno směsmi, kde není mléčný cukr a dítě se vyvíjí normálně. Jinak z dítěte vyroste slaboduchý.

cystická fibróza. Genové onemocnění se dědí autozomálně recesivním způsobem, vyskytuje se s frekvencí = 1:2 000-2 500. Onemocnění je spojeno s mutací genu, který je zodpovědný za nosný protein zabudovaný do plazmatické membrány buněk. Tento protein reguluje propustnost membrány pro ionty Na a Ca. Pokud je propustnost těchto iontů v buňkách exokrinních žláz narušena, pak žlázy začnou produkovat husté, viskózní tajemství, které uzavírá kanálky exokrinních žláz.

Přidělte plicní a střevní formy cystické fibrózy.

Marfanův syndrom. Genetické onemocnění děděné autozomálně dominantním způsobem. Je spojena s porušením metabolismu fibrillinového proteinu v pojivové tkáni, což se projevuje komplexem příznaků: "pavoučí" prsty (arachnodaktylie), vysoký růst, subluxace čočky, srdeční a cévní vady, zvýšené emise do krve adrenalin, shrbený, pokleslý hrudník, vysoká klenba chodidla, slabost vazů a šlach atd. Poprvé byl popsán v roce 1896 francouzským pediatrem Antoniem Marfanem.

PŘEDNÁŠKA 10 Strukturní mutace chromozomů.

1. Strukturní mutace chromozomů (chromozomové aberace).

Rozlišují se následující typy chromozomálních aberací.

– mazání

– duplikace

– inverze

- prstencové chromozomy

– translokace

– transpozice

Těmito mutacemi se mění struktura chromozomů, mění se pořadí genů v chromozomech, mění se dávka genů v genotypu. Tyto mutace se nacházejí ve všech organismech, jsou to:

Spontánní (způsobené faktorem neznámé povahy) a indukované (povaha faktoru, který způsobil mutaci, je známa)

Somatické (ovlivňující dědičný materiál somatických buněk) a generativní (změny dědičného materiálu gamet)

Užitečné a škodlivé (to druhé je mnohem běžnější)

Vyvážený (genotypový systém se nemění, to znamená, že se nemění fenotyp) a nevyvážený (mění se genotypový systém, to znamená, že se mění i fenotyp)

Pokud mutace postihne dva chromozomy, hovoří se o interchromozomálních přestavbách.

Pokud mutace postihne 1 chromozom, hovoří se o intrachromozomálních přestavbách.

2. Mechanismy výskytu strukturních mutací chromozomů.

Hypotéza mezerového spojení. Předpokládá se, že zlomy se vyskytují v jednom nebo více chromozomech. Vznikají úseky chromozomů, které se pak spojují, ale v jiném pořadí. Pokud dojde ke zlomu před replikací DNA, pak se tohoto procesu účastní 2 chromatidy – to je izochromatid mezera. Pokud ke zlomu dojde po replikaci DNA, pak se do procesu zapojí 1 chromatid – toto chromatid mezera.

Druhá hypotéza je, že mezi nehomologními chromozomy dochází k procesu podobnému cross-overu, tzn. nehomologní chromozomy jsou vyměněny.

3. Delece, jejich podstata, formy, fenotypový efekt. Pseudodominance..

Delece (nedostatek) je ztráta segmentu chromozomu.

V chromozomu může nastat 1 zlom a dojde ke ztrátě terminální části, která bude zničena enzymy (nedostatek)

mohou nastat dva zlomy v chromozomu se ztrátou centrální oblasti, která bude také zničena enzymy (intersticiální delece).

V homozygotním stavu jsou delece vždy letální, v heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi.

Detekce smazání:

Diferenciální barvení chromozomů

Podle obrázku smyčky, která vzniká při konjugaci homologních chromozomů v profázi meiózy 1. Smyčka se vyskytuje na normálním chromozomu.

Delece byla nejprve studována u mouchy Drosophila, u které došlo ke ztrátě části chromozomu X. V homozygotním stavu je tato mutace letální a v heterozygotním stavu se fenotypicky projevuje jako zářez na křídle (Notch mutace). Při analýze této mutace byl identifikován zvláštní fenomén, který se nazýval pseudodominance. V tomto případě se recesivní alela projevuje fenotypově, protože oblast chromozomu s dominantní alelou je ztracena v důsledku delece.

U lidí se delece vyskytují častěji na chromozomech 1 až 18. Například delece krátkého raménka pátého chromozomu v heterozygotním stavu se fenotypově projevuje jako syndrom „kočičího pláče“. Dítě se rodí s velkým počtem patologií, žije od 5 dnů do měsíce (velmi zřídka až 10 let), jeho pláč připomíná kočičí ostré mňoukání.

Na chromozomu 21 nebo 22 hematopoetických kmenových buněk může dojít k intersticiální deleci. V heterozygotním stavu se fenotypově projevuje jako perniciózní anémie.

4. Duplikace, inverze, kruhové chromy. Mechanismus vzniku. fenotypový projev.

zdvojení- duplikace některé části chromozomu (tato část se může mnohokrát opakovat). Duplikace mohou být přímé a reverzní.

S těmito mutacemi se zvyšuje dávka genů v genotypu a v homozygotním stavu jsou tyto mutace letální. V heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi. Tyto mutace však mohly hrát roli v evoluci. Tímto způsobem by mohly vzniknout rodiny hemoglobinových genů.

Je možné, že se v důsledku duplikací objevily opakovaně se opakující sekvence nukleotidů DNA.

Detekce duplicit:

Obrázek smyčky v profázi meiózy 1. Smyčka se vyskytuje na mutovaném chromozomu.

Inverze - oddělení segmentu chromozomu, jeho otočení o 180 ° a připojení ke starému místu. Při inverzích se nemění dávka genů, ale mění se pořadí genů v chromozomu, tzn. změny skupiny spojky. Neexistují žádné koncové inverze.

V homozygotním stavu jsou inverze letální, v heterozygotním stavu se projevují mnohočetnými malformacemi.

Detekce inverzí:

Diferenciální barvení.

Postava ve formě dvou protilehlých smyček v profázi meiózy 1.

Inverze jsou 2 typů:

paracentrická inverze, která neovlivňuje centromeru, protože zlomy se vyskytují v jednom rameni chromozomu

pericentrická inverze, která ovlivňuje centromeru, as zlomy se vyskytují na obou stranách centromery.

Při pericentrické inverzi se může změnit konfigurace chromozomu (pokud nejsou konce pootočených úseků symetrické). To znemožňuje následnou konjugaci.

Fenotypový projev inverzí je ve srovnání s ostatními chromozomálními aberacemi nejmírnější. Pokud recesivní homozygoti zemřou, pak je neplodnost nejčastěji pozorována u heterozygotů.

Prstencové chromozomy. Normálně v lidském karyotypu nejsou žádné kruhové chromozomy. Mohou se objevit při působení mutagenních faktorů, zejména radiační expozice, na tělo.

V tomto případě nastanou v chromozomu 2 zlomy a výsledná oblast se uzavře do prstence. Pokud prstencový chromozom obsahuje centromeru, vytvoří se centrický prstenec. Pokud neexistuje centromera, pak se vytvoří acentrický prstenec, který je zničen enzymy a není zděděn.

Kruhové chromozomy jsou detekovány karyotypizací.

V homozygotním stavu jsou tyto mutace letální, zatímco v heterozygotním stavu se fenotypově projevují jako delece.

Kruhové chromozomy jsou markery radiační expozice. Čím větší je dávka radioaktivní expozice, tím více prstencových chromozomů a horší prognóza.

5. Translokace, jejich podstata. Reciproční translokace, jejich charakteristika a medicínský význam. Robertsonovy translokace a jejich role v dědičné patologii.

Translokace je pohyb segmentu chromozomu. Existují vzájemné (reciproční) a nereciproční (transpoziční) translokace.

K reciprokým translokacím dochází, když si dva nehomologní chromozomy vymění své oblasti.

Robertsonovy translokace (centrické fúze) tvoří zvláštní skupinu translokací. Jsou mu vystaveny akrocentrické chromozomy – přijdou o krátká ramena a jejich dlouhá ramena jsou spojena.

Příčinou 4-5 % případů narození dítěte s downickem jsou Robertsonovy translokace. V tomto případě se dlouhé raménko chromozomu 21 přesouvá na jeden z chromozomů skupiny D (13, 14, 15, častěji je zapojen chromozom 14).

Typy důsledků zygoty spermatu vajíčka

14 + 14, 21 14,14,21 monosomie 21 (smrtelná)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomie 21 (Downic)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomie 14 (smrtelná)

14.14/21 + 14, 21 14.14/21.14.21 trisomie 14 (smrtelná)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotypicky zdravý

Jak vidíte, žena s Robertsonovou translokací může porodit zdravé dítě.

Ztráta krátkých ramen nic neovlivní, protože existují zóny tvořící jadérko a jsou také v jiných chromozomech.

Pacient s translokační formou Downova syndromu má v buňkách 46 chromozomů. Vaječník po translokaci bude mít 45 chromozomů. Avšak s vyváženou mutací bude mít žena 45 chromozomů.

Detekce translokací:

Diferenciální barvení.

Postava kříže v profázi meiózy 1.

6. Trapozice. Mobilní genetické prvky. Mechanismy pohybu genomem a význam.

Pokud translokace nemají povahu reciprocity, pak se mluví o transpozici.

Zvláštní skupinou transposonů jsou Mobile Genetic Elements (MGE), neboli skokové geny, které se nacházejí ve všech organismech. U mouchy Drosophila tvoří 5 % genomu. U lidí jsou MGE seskupeny do rodiny ALU.

MGE se skládají z 300-400 nukleotidů, opakujících se 300 tisíckrát v lidském genomu.

Na koncích MGE jsou nukleotidové repetice, skládající se z 50-100 nukleotidů. Opakování může být přímé a obrácené. Zdá se, že nukleotidové repetice ovlivňují pohyb MGE.

Existují dvě varianty pohybu MGE genomem.

1. pomocí procesu reverzní transkripce. To vyžaduje enzym reverzní transkriptázu (revertázu). Tato možnost probíhá v několika fázích:

na DNA, enzym RNA polymeráza (jiný název je transkriptáza) syntetizuje mRNA,

na mRNA syntetizuje enzym reverzní transkriptáza jeden řetězec DNA,

enzym DNA polymeráza zajišťuje syntézu druhého vlákna DNA,

syntetizovaný fragment je uzavřen do kruhu,

prstenec DNA je vložen do jiného chromozomu nebo do jiného místa na stejném chromozomu.

2. pomocí enzymu transposázy, který vyřízne MGE a přenese jej na jiný chromozom nebo na jiné místo na stejném chromozomu

V průběhu evoluce sehrál MGE pozitivní roli, protože prováděli přenos genetické informace z jednoho druhu organismů na druhý. Důležitou roli v tom sehrály retroviry, které obsahují RNA jako dědičný materiál a obsahují také reverzní transkriptázu.

MGE se po genomu pohybují velmi zřídka, jeden pohyb na stovky tisíc událostí v buňce (frekvence pohybů je 1 x 10–5).

V každém konkrétním organismu nehrají MGE pozitivní roli, protože pohybující se genomem mění práci genů, způsobují genové a chromozomální mutace.

7. indukovaná mutageneze. Fyzikální, chemické a biologické mutagenní faktory.

K indukovaným mutacím dochází, když je tělo vystaveno mutagenním faktorům, které se dělí do 3 skupin:

Fyzikální (UFL, RTG a záření, elektromagnetická pole, vysoké teploty).

Ionizující záření tedy může působit přímo na molekuly DNA a RNA a způsobit v nich poškození (genové mutace). Nepřímý dopad tohoto

mutagenem na dědičném aparátu buněk je tvorba genotoxických látek (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Chemické mutagenní faktory. Existuje více než 2 miliony chemikálií, které mohou způsobit mutace. Jedná se o soli těžkých kovů, chemické analogy dusíkatých bází (5-bromuracil), alkylační sloučeniny (CH 3, C 2 H 5).

8. radiační mutace. Genetické riziko znečištění životní prostředí.

Radiační mutace jsou mutace způsobené zářením. V roce 1927 americký genetik Heinrich Mehler poprvé ukázal, že rentgenové ozařování vede k výraznému zvýšení frekvence mutací u Drosophila. Tato práce znamenala začátek nového směru v biologii – radiační genetiky. Díky četným pracím provedeným v posledních desetiletích dnes víme, že když elementární částice (kvanta, elektrony, protony a neutrony) vstupují do jádra, dochází k ionizaci molekul vody za vzniku volných radikálů (OH - , O 2 -) . Mají velkou chemickou aktivitu a způsobují zlomy DNA, poškození nukleotidů nebo jejich destrukci; To vše vede k mutacím.

Protože člověk je otevřený systém, mohou do něj spadat různé faktory znečištění životního prostředí Lidské tělo. Mnoho z těchto faktorů může změnit nebo poškodit dědičný materiál živých buněk. Důsledky těchto faktorů jsou tak vážné, že lidstvo nemůže ignorovat znečištění životního prostředí.

9. Mutageneze a karcinogeneze.

Mutační teorii rakoviny poprvé navrhl Hugo De Vries v roce 1901. V dnešní době existuje mnoho teorií karcinogeneze.

Jednou z nich je genová teorie karcinogeneze. Je známo, že lidský genom obsahuje více než 60 onkogenů schopných regulovat buněčné dělení. Jsou v neaktivním stavu jako protoonkogeny. Vlivem různých mutagenních faktorů se protoonkogeny aktivují a stávají se onkogeny, které způsobují intenzivní buněčnou proliferaci a vývoj nádorů.

PŘEDNÁŠKA 11 Mutace v počtu chromozomů. haploidie, polyploidie,

Aneuploidie.

1. Podstata mutací v počtu chromozomů, příčiny a mechanismy vzniku.

Každý typ organismu se vyznačuje svým vlastním karyotypem. Stálost karyotypu v řadě generací je udržována prostřednictvím procesů mitózy a meiózy. Někdy během mitózy nebo meiózy je divergence chromozomů narušena, což má za následek buňky se změněným počtem chromozomů. V buňkách se může měnit počet celých haploidních sad chromozomů, v takovém případě dochází k takovým mutacím jako:

Haploidie - jedna sada chromozomů (n)

Polyploidie - zvýšení počtu chromozomů o násobek haploidní sady (3n, 4n atd.)

Aneuploidie je změna počtu jednotlivých chromozomů (46 +1).

Sada chromozomů se může měnit jak v somatických buňkách, tak v pohlavních buňkách.

Příčiny porušení divergence chromozomů:

zvýšená viskozita cytoplazmy

přepólování buňky

dysfunkce vřetena.

Všechny tyto důvody vedou k tzv. fenoménu „anaphase lag“.

To znamená, že v anafázi mitózy nebo meiózy jsou chromozomy rozmístěny nerovnoměrně, tzn. některý chromozom nebo skupina chromozomů nedrží krok se zbytkem chromozomů a je ztracena pro jednu z dceřiných buněk.

2. Haploidie, charakter změny karyotypu, prevalence, fenotypové projevy.

Haploidie je snížení počtu chromozomů v buňkách organismu na haploidní. V buňkách se prudce snižuje počet chromozomů a dávka genů, to znamená, že se mění genotypový systém, což znamená, že se mění i fenotyp.

Příčiny mutací

Mutace se dělí na spontánní A indukovaný. Spontánní mutace se vyskytují spontánně po celý život organismu za normálních podmínek prostředí s frekvencí asi 10 až -9 mocnin - 10 až -12 na nukleotid na buněčnou generaci. Indukované mutace se nazývají dědičné změny v genomu vyplývající z určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále v průběhu procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, narušená oprava DNA a genetická rekombinace.

Asociace mutací s replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech vede k mutacím, ke kterým dochází během replikace. Například díky deaminaci cytosinu může být uracil zahrnut do řetězce DNA naproti němu (namísto kanonického páru C-G vzniká U-G pár). Při replikaci DNA naproti uracilu je do nového řetězce zařazen adenin, vzniká U-A pár a při další replikaci je nahrazen párem T-A, tedy dochází k přechodu.

Asociace mutací s rekombinací DNA

Z procesů spojených s rekombinací vede nestejné křížení nejčastěji k mutacím. Obvykle se vyskytuje, když je na chromozomu několik duplikovaných kopií původního genu, které si zachovávají podobnou nukleotidovou sekvenci. V důsledku nestejného křížení dochází v jednom z rekombinantních chromozomů k duplikaci a ve druhém k ​​deleci.

Asociace mutací s opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a k takovým událostem dochází v každé buňce. K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný úsek DNA a v tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození. Mutace, které se vyskytují v genech proteinů odpovědných za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) frekvence mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů reparačního systému excize tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to následně vede k rozvoji pigmentové xerodermie a zhoubné nádory kryty.

Mutageny

Existují faktory, které mohou výrazně zvýšit frekvenci mutací – mutagenní faktory. Tyto zahrnují:

• chemické mutageny – látky, které způsobují mutace,
• fyzikální mutageny – ionizující záření, včetně přirozeného záření na pozadí, ultrafialová radiace, vysoká teplota atd.,
• biologické mutageny - např. retroviry, retrotranspozony.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií. Möller navrhl rozdělit mutace podle charakteru změny ve fungování genu na hypomorfní(Změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinový produkt), amorfní(mutace vypadá jako úplná ztráta funkce genu, například mutace bílý v Drosophila) antimorfní(mutovaný rys se mění, např. barva kukuřičného zrna se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

V moderní naučné literatuře se také používá formálnější klasifikace, založená na povaze změn ve struktuře jednotlivých genů, chromozomů a genomu jako celku. V rámci této klasifikace se rozlišují následující typy mutací:

• genetický
• chromozomální
• genomický.

Důsledky mutací pro buňku a organismus

Mutace, které narušují aktivitu buňky v mnohobuněčném organismu, často vedou k destrukci buňky (zejména k programované buněčné smrti, apoptóze). Pokud intra- a extracelulární obranné mechanismy mutace nebyla rozpoznána a buňka prošla dělením, pak se mutantní gen přenese na všechny potomky buňky a nejčastěji vede k tomu, že všechny tyto buňky začnou fungovat jinak.

Role mutací v evoluci

S významnou změnou podmínek existence se mohou ty mutace, které byly dříve škodlivé, ukázat jako prospěšné. Mutace jsou tedy věcí přirozeného výběru. Melanistické mutanty (tmavě zbarvené jedince) v populacích zavíječe březového (Biston betularia) v Anglii tak vědci poprvé objevili mezi typickými světlými jedinci v polovině 19. století. Tmavé zbarvení vzniká v důsledku mutace jednoho genu. Motýli tráví den na kmenech a větvích stromů, obvykle pokrytých lišejníky, proti kterým se maskuje světlé zbarvení. V důsledku průmyslové revoluce, doprovázené znečištěním ovzduší, uhynuly lišejníky a světlé kmeny bříz byly pokryty sazemi. Výsledkem bylo, že do poloviny 20. století (po 50-100 generací) temná morfa téměř úplně nahradila světlou morfu v průmyslových oblastech. Ukázalo se, že hlavním důvodem převládajícího přežívání černé formy je predace ptáků, kteří selektivně požírali světlé motýly ve znečištěných oblastech.

Pokud mutace postihne „tiché“ úseky DNA, nebo vede k záměně jednoho prvku genetického kódu za synonymní, pak se ve fenotypu většinou nijak neprojeví (projevem takové synonymní záměny může být např. spojené s různými frekvencemi použití kodonů). Takové mutace však mohou být detekovány metodami genové analýzy. Protože k většině mutací dochází v důsledku přirozené příčiny, pak za předpokladu, že se základní vlastnosti prostředí nezměnily, ukazuje se, že rychlost mutace by měla být přibližně konstantní. Této skutečnosti lze využít ke studiu fylogeneze – studia původu a vztahů různých taxonů, včetně člověka. Mutace v tichých genech tedy slouží výzkumníkům jako jakési „molekulární hodiny“. Teorie „molekulárních hodin“ také vychází ze skutečnosti, že většina mutací je neutrálních a rychlost jejich akumulace v daném genu nezávisí nebo jen slabě závisí na působení přirozeného výběru a zůstává tedy po dlouhou dobu konstantní. U různých genů se však tato rychlost bude lišit.

Studium mutací v mitochondriální DNA (zděděné po mateřské linii) a v Y-chromozomech (zděděné po otcovské linii) je široce využíváno v evoluční biologii ke studiu původu ras a národností, k rekonstrukci biologického vývoje lidstva.

Problém náhodných mutací

Ve 40. letech 20. století byl mezi mikrobiology oblíbený názor, že mutace jsou způsobeny vystavením environmentálnímu faktoru (například antibiotiku), kterému umožňují adaptaci. K ověření této hypotézy byl vyvinut fluktuační test a metoda repliky.
Luria-Delbruckův fluktuační test spočívá v tom, že se malé části počáteční kultury bakterií dispergují do zkumavek s kapalným médiem a po několika cyklech dělení se do zkumavek přidá antibiotikum. Poté (bez následného dělení) se přežívající bakterie odolné vůči antibiotikům nanesou na Petriho misky s pevným médiem. Test ukázal. že počet stabilních kolonií z různých zkumavek je velmi variabilní - ve většině případů je malý (nebo nulový) a v některých případech je velmi vysoký. To znamená, že mutace, které způsobily rezistenci na antibiotika, se vyskytly v náhodných časech před i po expozici antibiotiku.
Metoda replik (v mikrobiologii) spočívá v tom, že z původní Petriho misky, kde na pevném médiu rostou kolonie bakterií, se udělá otisk na plstnatou tkáň a následně se bakterie přenesou z tkáně do několika dalších nádobí, kde vzor jejich uspořádání vychází stejně jako na originálním hrnečku. Po expozici antibiotiku na všech plotnách přežívají kolonie umístěné na stejných místech. Nasazením takových kolonií na nové plotny lze prokázat, že všechny bakterie v kolonii jsou odolné.
Oběma metodami tedy bylo prokázáno, že „adaptivní“ mutace vznikají nezávisle na vlivu faktoru, kterému umožňují adaptaci, a v tomto smyslu jsou mutace náhodné. Není však pochyb o tom, že možnost určitých mutací závisí na genotypu a je usměrňována předchozím průběhem evoluce (viz zákon homologní řady v dědičné variabilitě). Navíc frekvence mutací různých genů se přirozeně liší a různé stránky v rámci stejného genu. Je také známo, že vyšší organismy využívají „cílené“ (tj. vyskytující se v určitých oblastech DNA) mutace v mechanismech imunity. S jejich pomocí se vytváří různé klony lymfocytů, mezi nimiž se v důsledku vždy najdou buňky schopné dát imunitní odpověď na nové tělu neznámé onemocnění. Vhodné lymfocyty jsou pozitivně vybrány, což vede k imunologické paměti.

viz také

Odkazy

Inge-Vechtomov S.V. Genetika se základy selekce. M., Vyšší škola, 1989.

Poznámky

evoluční biologie
Mechanismy a procesy	Adaptace Speciace Genetický drift Přírodní výběr Dědičnost Variabilita Mikroevoluce Makroevoluce Mutace Přenos genů
Vznik života	Chemická evoluce Hypotéza světa RNA Biologická evoluce
Historie evoluční doktríny	Geoffreyismus Brockismus Darwinismus Lamarckismus Pangeneze Ortogeneze Autogeneze Nomogeneze Saltationismus Katastrofismus Neokatastrofismus
Moderní koncepty	Syntetická teorie evoluce Teorie přerušované rovnováhy Neutrální teorie molekulární evoluce Epigenetická teorie evoluce Ekosystémová teorie evoluce
Člověk	Antropogeneze

Nadace Wikimedia. 2010

V rámci formální klasifikace existují:

Genomové mutace – změna počtu chromozomů;
chromozomální mutace - přestavba struktury jednotlivých chromozomů;
genové mutace - a/nebo sekvence genových složek (nukleotidů) ve struktuře DNA, jejichž důsledkem je změna množství a kvality odpovídajících proteinových produktů.

Ke genovým mutacím dochází substitucí, delecí (ztrátou), translokací (pohybem), duplikací (zdvojením), inverzí (změnou) nukleotidů v rámci jednotlivých genů. V případě, že jde o transformace v rámci jednoho nukleotidu, používá se termín bodová mutace.

Takové nukleotidové transformace způsobují výskyt tří mutantních kódů:

Se změněným významem (missense mutace), kdy v polypeptidu kódovaném tímto genem je jedna aminokyselina nahrazena jinou;
s nezměněným významem (neutrální mutace) - náhrada nukleotidů není doprovázena náhradou aminokyselin a nemá znatelný vliv na strukturu nebo funkci odpovídajícího proteinu;
nesmyslné (nesmyslné mutace), které mohou způsobit ukončení polypeptidového řetězce a mají největší škodlivý účinek.

Mutace v různých částech genu

Uvažujeme-li gen z pozice strukturní a funkční organizace, lze v něm vyskytující se výpadky, inzerce, substituce a pohyby nukleotidů rozdělit do dvou skupin:

1. mutace v regulačních oblastech genu (v promotorové části a v polyadenylačním místě), které způsobují kvantitativní změny v odpovídajících produktech a projevují se klinicky v závislosti na limitující hladině proteinů, ale jejich funkce je stále zachována;

2. mutace v kódujících oblastech genu:
v exonech - způsobují předčasné ukončení syntézy proteinů;
v intronech - dokážou generovat nová sestřihová místa, která ve výsledku nahrazují ta původní (normální);
v místech sestřihu (na spojnici exonů a intronů) – vedou k translaci nesmyslných proteinů.

K odstranění následků tohoto druhu poškození existují speciální reparační mechanismy. Jeho podstatou je odstranění chybného úseku DNA a následně je na tomto místě obnoven ten původní. Pouze v případě, že mechanismus opravy nefungoval nebo se nevyrovnal s poškozením, dochází k mutaci.

Typy genových mutací:

Genové mutace se vyskytují častěji než chromozomální a genomové mutace, ale mění strukturu DNA méně významně, hlavně se týkají pouze chemické struktury jednoho genu. Představují nahrazení, odstranění nebo vložení nukleotidu, někdy i několika. Mezi genové mutace patří také translokace (přenos), duplikace (opakování), inverze (převrácení o 180°) úseků genů, nikoli však chromozomů.

Genové mutace se vyskytují během replikace DNA, překračování a jsou možné i v jiných obdobích buněčného cyklu. Opravné mechanismy ne vždy eliminují mutace a poškození DNA. Navíc mohou samy sloužit jako zdroj genových mutací. Například při spojování konců zlomeného chromozomu se často ztratí několik nukleotidových párů.

Pokud opravné systémy přestanou normálně fungovat, dojde k rychlé akumulaci mutací. Pokud dojde k mutacím v genech kódujících reparační enzymy, pak může být narušen jeden nebo více jeho mechanismů, což má za následek velký nárůst počtu mutací. Někdy však dochází k opačnému efektu, kdy mutace genů pro reparační enzymy vede ke snížení frekvence mutací jiných genů.

Kromě primárních mutací se v buňkách mohou vyskytovat i reverzní mutace, které obnovují původní gen.

Většina genových změn, stejně jako mutace u dalších dvou druhů, je škodlivá. Výskyt mutací, které způsobují užitečné vlastnosti pro určité podmínky prostředí, je vzácný. Nicméně dělají možný proces vývoj.

Genové mutace neovlivňují genotyp, ale oddělené úseky genu, což zase způsobuje výskyt nové varianty znaku, tj. alel, a nikoli nového znaku jako takového. Mouton- jedná se o elementární jednotku mutačního procesu, schopná vést ke vzniku nové varianty znaku. Často to stačí ke změně jednoho páru nukleotidů. Z tohoto pohledu muton odpovídá jednomu páru komplementárních nukleotidů. Na druhou stranu ne všechny genové mutace jsou z hlediska následků mutony. Pokud změna v nukleotidové sekvenci nezpůsobí změnu znaku, pak z funkčního hlediska k mutaci nedošlo.

Jeden pár nukleotidů odpovídá a průzkum je základní jednotkou rekombinace. Při křížení dochází v případě porušení rekombinace k nestejné výměně míst mezi konjugujícími chromozomy. V důsledku toho dochází k inzerci a deleci nukleotidových párů, což má za následek posun ve čtecím rámci, další narušení syntézy peptidu s potřebné vlastnosti. Ke zkreslení genetické informace tedy stačí jeden pár nukleotidů navíc nebo ztracený.

Frekvence spontánních genových mutací se pohybuje od 10-12 do 10-9 na nukleotid DNA na buněčné dělení. Aby vědci provedli výzkum, vystavují buňky chemickým, fyzikálním a biologickým mutagenům. Mutace indukované tímto způsobem se nazývají indukovaný, jejich frekvence je vyšší.

Náhrada dusíkatých zásad

Pokud dojde ke změně pouze jednoho nukleotidu v DNA, pak se taková mutace nazývá směřovat. V případě mutací podle typu náhrady dusíkatých bází je jeden komplementární nukleotidový pár molekuly DNA nahrazen v sérii replikačních cyklů jiným. Frekvence takových incidentů je asi 20 % z celkové hmotnosti všech genových mutací.

Příkladem toho je deaminace cytosinu, která vede k tvorbě uracilu.

V DNA se místo G-C tvoří nukleotidový pár G-U. Pokud chybu neopraví enzym DNA glykoláza, dojde během replikace k následujícímu. Řetězce se rozptýlí, cytosin bude instalován naproti guaninu a adenin bude nainstalován naproti uracilu. Jedna z dceřiných molekul DNA tedy bude obsahovat abnormální pár u-a. Během své následné replikace bude thymin instalován v jedné z molekul naproti adeninu. To znamená, že v genu bude pár G-C nahrazen A-T.

Dalším příkladem je deaminace methylovaného cytosinu, která má za následek tvorbu thyminu. Následně může vzniknout gen s párem T-A místo C-G.

Mohou existovat opačné substituce: pár A-T v určitých chemických reakcích může být nahrazen C-G. Například v procesu replikace se bromuracil může vázat na adenin, který na sebe váže guanin během další replikace. V dalším cyklu se guanin naváže na cytosin. V genu tedy bude pár A-T nahrazen C-G.

Záměna jednoho pyrimidinu za jiný pyrimidin nebo jednoho purinu za jiný purin se nazývá přechod. Pyrimidiny jsou cytosin, thymin a uracil. Puriny jsou adenin a guanin. Záměna purinu za pyrimidin nebo pyrimidinu za purin se nazývá transverze.

Bodová mutace nemusí vést k žádným následkům v důsledku degenerace genetického kódu, když několik tripletových kodonů kóduje stejnou aminokyselinu. To znamená, že v důsledku nahrazení jednoho nukleotidu může být vytvořen další kodon, ale kódující stejnou aminokyselinu jako ten starý. Tato nukleotidová substituce se nazývá synonymní. Jejich frekvence je asi 25 % všech nukleotidových substitucí. Pokud se význam kodonu změní, začne kódovat jinou aminokyselinu, pak se zavolá náhrada missense mutace. Jejich frekvence je asi 70 %.

V případě missense mutace dojde při translaci k zařazení nesprávné aminokyseliny do peptidu, v důsledku čehož se změní jeho vlastnosti. Stupeň změny složitějších znaků organismu závisí na stupni změny vlastností proteinu. Například u srpkovité anémie je v bílkovině nahrazena pouze jedna aminokyselina – glutamin za valin. Pokud je glutamin nahrazen lysinem, pak se vlastnosti proteinu příliš nemění, to znamená, že obě aminokyseliny jsou hydrofilní.

Bodová mutace může být taková, že se místo kodonu kódujícího aminokyselinu objeví stop kodon (UAG, UAA, UGA), který přeruší (ukončí) translaci. Tento nesmyslné mutace. Někdy dochází k reverzním substitucím, kdy se místo stop kodonu objeví sense kodon. Při jakékoli takové genové mutaci již nelze syntetizovat funkční protein.

Posun snímku při čtení

Mezi genetické mutace patří posunové mutace, kdy dochází ke změně počtu nukleotidových párů v genu. To může být buď ztráta nebo vložení jednoho nebo více nukleotidových párů do DNA. Nejvíce jsou genové mutace podle typu posunu rámce. Nejčastěji se vyskytují v repetitivních nukleotidových sekvencích.

Inzerce nebo delece nukleotidových párů může nastat v důsledku vystavení určitým chemikáliím, které deformují dvoušroubovici DNA.

Rentgenové ozáření může vést ke ztrátě, tj. deleci, místa s velkým počtem nukleotidových párů.

Inzerce nejsou neobvyklé, pokud jsou zahrnuty do nukleotidové sekvence tzv mobilní genetické prvky které mohou změnit jejich pozici.

Nerovnoměrné křížení vede ke genovým mutacím. Nejčastěji se vyskytuje v těch částech chromozomů, kde je lokalizováno několik kopií stejného genu. V tomto případě dochází ke crossing overu tak, že dojde k deleci místa v jednom chromozomu. Tato oblast je přenesena na homologní chromozom, ve kterém dochází k duplikaci genové oblasti.

Pokud dojde k deleci nebo inzerci určitého počtu nukleotidů, který není násobkem tří, pak se čtecí rámec posune a translace genetického kódu je často bezvýznamná. Navíc se může objevit nesmyslný triplet.

Pokud je počet vložených nebo vynechaných nukleotidů násobkem tří, pak lze říci, že k posunu čtecího rámce nedochází. Během translace takových genů však budou zahrnuty další aminokyseliny nebo budou významné aminokyseliny ztraceny v peptidovém řetězci.

Inverze uvnitř genu

Pokud dojde k inverzi segmentu DNA v rámci jednoho genu, pak se taková mutace nazývá genová mutace. Inverze větších oblastí se označují jako chromozomální mutace.

Inverze nastává v důsledku otočení segmentu DNA o 180. ° . Často k tomu dochází, když se v molekule DNA vytvoří smyčka. Při replikaci zpětné smyčky jde replikace opačným směrem. Pak se tento kus sešije se zbytkem řetězce DNA, ale ukáže se, že je obrácený.

Pokud dojde k inverzi v sense genu, pak během syntézy peptidu budou mít některé jeho aminokyseliny reverzní sekvenci, což ovlivní vlastnosti proteinu.