génmutációra utal. Mi az a mutáció

A mutációs variabilitás mutációk – a genotípus (azaz a DNS-molekulák) állandó változása – megjelenése esetén lép fel, amelyek egész kromoszómákat, azok részeit vagy egyes génjeit érinthetik.

A mutációk lehetnek hasznosak, károsak vagy semlegesek. A modern osztályozás szerint a mutációkat általában a következő csoportokba sorolják.

1. Genomi mutációk a kromoszómák számának megváltozásával jár együtt. Különösen érdekes a POLIPLOIDIA – a kromoszómák számának többszörös növekedése, i.e. a 2n kromoszómakészlet helyett egy 3n, 4n, 5n vagy több készlet jelenik meg. A poliploidia előfordulása a sejtosztódási mechanizmus megsértésével jár. Különösen a homológ kromoszómák szétválasztásának hiánya a meiózis első osztódása során 2n kromoszómakészlettel rendelkező ivarsejtek megjelenéséhez vezet.

A poliploidia elterjedt a növényekben, és sokkal ritkábban az állatokban (orsóféreg, selyemhernyó, egyes kétéltűek). A poliploid szervezeteket általában a nagyobb méretek, a szerves anyagok fokozott szintézise jellemzi, ami különösen értékessé teszi őket a tenyésztési munkához.

Az egyes kromoszómák hozzáadásával vagy elvesztésével összefüggő kromoszómák számának változását aneuploidiának nevezzük. Az aneuploidia mutációt felírhatjuk 2n-1, 2n+1, 2n-2 stb. Az aneuploidia minden állatra és növényre jellemző. Emberben számos betegség kapcsolódik az aneuploidiához. Például a Down-kór egy extra kromoszóma jelenlétével jár a 21. párban.

2. Kromoszómális mutációk - ez a kromoszómák átrendeződése, szerkezetük megváltozása. A kromoszómák külön szakaszai elveszhetnek, megduplázódhatnak, megváltoztathatják helyzetüket.

Sematikusan ez a következőképpen ábrázolható:

ABCDE normál génrend

Egy kromoszóma egy szegmensének ABBCDE duplikációja

ABDE veszteség egy szakaszban

ABEDC 180 fokos fordulat

ABCFG régiócsere nem homológ kromoszómával

A genomi mutációkhoz hasonlóan a kromoszómamutációk is óriási szerepet játszanak az evolúciós folyamatokban.

3. Génmutációk egy génen belüli DNS-nukleotidok összetételének vagy szekvenciájának megváltozásával kapcsolatos. A génmutációk a legfontosabbak az összes mutációs kategória közül.

A fehérjeszintézis a génben lévő nukleotidok elrendezése és a fehérjemolekulában lévő aminosavak sorrendje közötti megfeleltetésen alapul. A génmutációk előfordulása (a nukleotidok összetételének és szekvenciájának változása) megváltoztatja a megfelelő enzimfehérjék összetételét, és ennek eredményeként fenotípusos változásokhoz vezet. A mutációk befolyásolhatják az élőlények morfológiájának, fiziológiájának és biokémiájának minden jellemzőjét. Sok emberi örökletes betegséget is génmutációk okoznak.

A természetes körülmények között előforduló mutációk ritkák – egy adott gén egy mutációja 1000-100000 sejtenként. De mutációs folyamatban van a folyamat folyamatosan, a genotípusokban folyamatosan halmozódnak fel a mutációk. És ha figyelembe vesszük, hogy a szervezetben nagy a gének száma, akkor azt mondhatjuk, hogy minden élő szervezet genotípusában jelentős számú génmutáció található.

A mutációk a legnagyobb biológiai tényező, amely meghatározza az élőlények óriási örökletes variabilitását, ami anyagi forrást ad az evolúcióhoz.

A mutációk okai lehetnek a sejtanyagcsere természetes zavarai (spontán mutációk), valamint különböző tényezők hatása. külső környezet(indukált mutációk). A mutációkat okozó tényezőket mutagéneknek nevezzük. Mutagének lehetnek fizikai tényezők- sugárzás, hőmérséklet... A biológiai mutagének közé tartoznak azok a vírusok, amelyek nem csak közeli, hanem távoli szisztematikus csoportok szervezetei között képesek géneket átvinni.

Az emberi gazdasági tevékenység hatalmas mennyiségű mutagént hozott a bioszférába.

A legtöbb mutáció kedvezőtlen az egyed életére nézve, de néha előfordulnak olyan mutációk, amelyek érdekesek lehetnek a tenyésztő tudósok számára. Jelenleg a helyspecifikus mutagenezis módszereit fejlesztették ki.

1. A fenotípus változásának természete szerint a mutációk lehetnek biokémiai, fiziológiai, anatómiai és morfológiaiak.

2. Az alkalmazkodóképesség mértéke szerint a mutációkat előnyösre és károsra osztják. Ártalmas - halálos lehet és a szervezet halálát okozhatja még az embrionális fejlődés során is.

A mutációk gyakrabban károsak, mivel a tulajdonságok általában a szelekció eredménye, és alkalmazkodnak a szervezethez a környezetéhez. A mutáció mindig megváltoztatja az alkalmazkodást. Hasznosságának vagy haszontalanságának mértékét az idő határozza meg. Ha egy mutáció lehetővé teszi a szervezet számára a jobb alkalmazkodást, új esélyt ad a túlélésre, akkor a szelekció „felveszi” és rögzíti a populációban.

3. A mutációk közvetlenek és fordítottak. Ez utóbbiak sokkal ritkábban fordulnak elő. Általában a közvetlen mutáció a gén működésének hibájához kapcsolódik. Az ellenkező irányú másodlagos mutáció valószínűsége ugyanazon a ponton nagyon kicsi, más gének gyakrabban mutálódnak.

A mutációk gyakrabban recesszívek, mivel a dominánsok azonnal megjelennek, és a szelekció könnyen "elutasítja".

4. A genotípus változásának jellege szerint a mutációkat gén-, kromoszómális és genomiálisra osztjuk.

Gén- vagy pontmutációk - egy DNS-molekula egyik génjében lévő nukleotid változása, amely rendellenes gén kialakulásához, következésképpen rendellenes fehérjeszerkezethez és kóros tulajdonság kialakulásához vezet. A génmutáció a DNS-replikáció "hibájának" az eredménye.

Az emberben bekövetkező génmutáció következménye olyan betegségek, mint a sarlósejtes vérszegénység, fenilketonúria, színvakság, hemofília. Egy génmutáció következtében új gének allélok keletkeznek, ami az evolúciós folyamat szempontjából fontos.

Kromoszómamutációk - a kromoszómák szerkezetének változásai, kromoszóma átrendeződések. A kromoszómális mutációk fő típusai megkülönböztethetők:

a) deléció - egy kromoszómaszegmens elvesztése;

b) transzlokáció - a kromoszómák egy részének átvitele egy másik nem homológ kromoszómába, ennek eredményeként - a gének kapcsolódási csoportjának megváltozása;

c) inverzió - egy kromoszómaszegmens 180 ° -os elforgatása;

d) duplikáció - a gének megkettőződése a kromoszóma egy bizonyos régiójában.

A kromoszómális mutációk a gének működésének megváltozásához vezetnek, és fontosak egy faj evolúciójában.

Genomiális mutációk - a kromoszómák számának változása egy sejtben, egy extra megjelenése vagy egy kromoszóma elvesztése a meiózis megsértése következtében. A kromoszómák számának többszörös növekedését poliploidiának nevezzük (3n, 4/r stb.). Ez a fajta mutáció gyakori a növényekben. Sok kultúrnövény poliploid a vadon élő őseihez képest. A kromoszómák számának egy-kétszeres növekedése állatokban anomáliákhoz vezet a szervezet fejlődésében vagy halálához. Példa: Down-szindróma emberekben - triszómia a 21. párnál, összesen 47 kromoszóma van egy sejtben. A mutációkat mesterségesen lehet előállítani sugárzás, röntgen, ultraibolya, vegyi anyagok és termikus expozíció segítségével.

A homológ sorozatok törvénye N.I. Vavilov. Az orosz biológus N.I. Vavilov megállapította a mutációk előfordulásának természetét a közeli rokon fajokban: "A genetikailag közel álló nemzetségeket és fajokat hasonló örökletes variabilitás-sorozat jellemzi olyan rendszerességgel, hogy egy fajon belüli formák számának ismeretében előre látható a mutációk előfordulása. párhuzamos formák más fajokban és nemzetségekben."

A törvény felfedezése megkönnyítette az örökletes eltérések felkutatását. Egy-egy faj variabilitásának és mutációinak ismeretében előre látható a rokon fajokban való megjelenésük lehetősége, ami a tenyésztésben fontos.



Génmutációk. A génbetegségek fogalma.

1. A változékonyság definíciója. Formáinak osztályozása.

A variabilitás az élő szervezetek közös tulajdonsága, ami abban áll, hogy az ontogenezis (individuális fejlődés) során megváltoznak az örökletes tulajdonságok.

Az élőlények változékonysága két részre oszlik nagy típus:

1. fenotípusos, nem befolyásolja a genotípust és nem öröklődik;

2. genotípusos, megváltoztatja a genotípust, ezért öröklődik.

A genotípusos variabilitást kombinatívra és mutációsra osztják.

A mutációs variabilitás magában foglalja a genomiális, kromoszómális és génmutációkat.

A genomi mutációkat poliploidiára és aneuploidiára osztják

A kromoszómális mutációk deléciókra, duplikációkra, inverziókra és transzlokációkra oszthatók.

2. Fenotípusos változékonyság. A genetikailag meghatározott tulajdonságok reakciósebessége. A módosítások adaptív jellege. Fenokópiák.

A fenotípusos variabilitás (vagy nem örökletes, módosuló) egy szervezet fenotípusos jellemzőinek megváltozása környezeti tényezők hatására, a genotípus megváltoztatása nélkül.

Például: a himalájai nyúl szőrzetének színe, az élőhely hőmérsékletétől függően.

A reakciósebesség az a variabilitási tartomány, amelyen belül ugyanaz a genotípus képes különböző fenotípusok előállítására.

1. széles reakciósebesség - amikor az attribútum ingadozása széles tartományba esik (például: leégés, tejmennyiség).

2. szűk reakciósebesség - amikor az attribútum ingadozása jelentéktelen (például: a tej zsírtartalma).

3. egyértelmű reakciósebesség - ha a jel nem változik, semmilyen körülmények között (például: vércsoportok, szemszín, szem alakja).

A módosítások adaptív jellege abban rejlik, hogy a módosítási variabilitás lehetővé teszi a szervezet számára, hogy alkalmazkodjon a változó környezeti feltételekhez. Ezért a módosítások mindig hasznosak.

Ha az embriogenezis során a testet kedvezőtlen tényezők befolyásolják, akkor fenotípusos változások jelenhetnek meg, amelyek túlmutatnak a reakció normáján, és nem adaptív jellegűek, ezeket fejlődési morfózisoknak nevezik. Például egy gyermek végtagok nélkül vagy ajakhasadtsággal születik.

A fenokópiák olyan fejlődési morfózisok, amelyeket nagyon nehéz megkülönböztetni az örökletes változásoktól (betegségektől).

Például: ha egy terhes nő rubeolában betegedett meg, akkor szürkehályogos gyermeke születhet. De ez a patológia mutáció eredményeként is megjelenhet. Az első esetben fenokópiáról beszélünk.

A "fenokópia" diagnózisa fontos a jövőbeli prognózis szempontjából, mivel a fenokópiával a genetikai anyag nem változik, azaz normális marad.

3. Kombinatív változékonyság. A kombinatív variabilitás értéke az emberek genetikai sokféleségének biztosításában.

A kombinációs variabilitás olyan új génkombinációk előfordulása az utódokban, amelyekkel a szüleik nem rendelkeztek.

A kombinációs változatosság a következőkhöz kapcsolódik:

átlépéssel a meiózis 1. fázisába.

a homológ kromoszómák független divergenciájával a meiózis anafázisában 1.

ivarsejtek véletlenszerű kombinációjával a megtermékenyítés során.

A kombinatív variabilitás értéke – biztosítja az egyedek genetikai sokféleségét egy fajon belül, ami fontos a természetes szelekció és evolúció szempontjából.

4. Mutációs változékonyság. A mutációk elméletének főbb rendelkezései.

Hugo de Vries, egy holland tudós alkotta meg a "mutáció" kifejezést 1901-ben.

A mutáció egy örökletes tulajdonság időszakos hirtelen változásának jelensége.

A mutációk fellépésének folyamatát mutagenezisnek nevezzük, a mutagenezis során új tulajdonságokra szert tevő organizmust pedig mutánsnak.

A mutációk elméletének főbb rendelkezései Hugo de Vries szerint.

1. a mutációk hirtelen, minden átmenet nélkül következnek be.

2. a keletkező formák meglehetősen stabilak.

3. A mutációk minőségi változások.

4. A mutációk különböző irányúak. lehetnek hasznosak és károsak is.

5. ugyanazok a mutációk többször is előfordulhatnak.

5. A mutációk osztályozása.

I. Eredet szerint.

1. Spontán mutációk. A spontán vagy természetes mutációk normál természetes körülmények között fordulnak elő.

2. Indukált mutációk. Az okozott vagy mesterséges mutációk akkor fordulnak elő, amikor mutagén tényezők vannak kitéve a szervezetnek.

a. fizikai (ionizáló sugárzás, UV, hőség stb.)

b. vegyi anyagok (nehézfémsók, salétromsav, szabad gyökök, háztartási és ipari hulladékok, gyógyszerek).

II. Származási hely szerint.

a. A szomatikus mutációk szomatikus sejtekben keletkeznek, és azoknak a sejteknek a leszármazottai öröklik őket, amelyekben keletkeztek. Nem öröklődnek nemzedékről nemzedékre.

b. Generatív mutációk a csírasejtekben fordulnak elő, és nemzedékről nemzedékre öröklődnek.

III. A fenotípus természete szerint változik.

1. Morfológiai mutációk, amelyeket egy szerv vagy szervezet egészének szerkezetének megváltozása jellemez.

2. Változással jellemezhető fiziológiai mutációk f-edik orgona vagy a szervezet egészét.

3. A makromolekula változásával kapcsolatos biokémiai mutációk.

IV. A szervezet életképességére gyakorolt ​​​​hatás.

1. A letális mutációk az esetek 100%-ában a szervezet halálához vezetnek az élettel összeegyeztethetetlen hibák miatt.

2. A félig letális mutációk az esetek 50-90%-ában halálhoz vezetnek. Általában az ilyen mutációkkal rendelkező szervezetek nem élik túl a szaporodási időszakot.

3. Feltételesen letális mutációk, bizonyos körülmények között a szervezet elpusztul, más esetekben viszont túlél (galaktozémia).

4. Jótékony mutációk növelik a szervezet életképességét, és tenyésztésre használják fel.

v. Az örökítőanyag változásának természete szerint.

1. Génmutációk.

2. Kromoszómamutációk.

6. Génmutációk, definíció. A spontán génmutációk előfordulási mechanizmusai.

A génmutációk vagy pontmutációk olyan mutációk, amelyek a génekben nukleotid szinten fordulnak elő, miközben megváltozik a gén szerkezete, megváltozik az mRNS molekula, megváltozik az aminosav sorrend a fehérjében, megváltozik a tulajdonság a szervezetben.

A génmutációk típusai:

- missense mutációk - egy tripletben egy nukleotid helyettesítése egy másikkal azt a tényt eredményezi, hogy a fehérje polipeptid láncába egy másik aminosav kerül be, aminek normális esetben nem szabadna lennie, és ez a fehérje tulajdonságainak és funkcióinak megváltozásához vezet. .

Példa: glutaminsav helyettesítése valinnal a hemoglobin molekulában.

CTT - glutaminsav, CAT - valin

Ha a hemoglobin fehérje β láncát kódoló génben ilyen mutáció következik be, akkor a glutaminsav helyett valin kerül be a β láncba → egy ilyen mutáció következtében a hemoglobin fehérje tulajdonságai és funkciói megváltoznak és a HbS jelenik meg a normál HbA helyett, ennek eredményeként az ember fejlődik sarlósejtes vérszegénység(a vörösvértestek alakja megváltozik).

- ostobaság mutációk - a tripletben lévő 1 nukleotid helyettesítése egy másikkal a genetikailag jelentős triplett stopkodonná alakulását okozza, ami a fehérje polipeptid lánc szintézisének megszakadásához vezet. Példa: UAC – tirozin. Az UAA egy stopkodon.

Mutációk az örökletes információ olvasási keretének eltolódásával.

Ha egy génmutáció következtében új tulajdonság jelenik meg a szervezetben (például polydactyly), akkor neomorfnak nevezzük.

ha egy génmutáció következtében a szervezet elveszít egy tulajdonságot (például a PKU során eltűnik egy enzim), akkor amorfnak nevezzük.

- seimsens mutációk - egy nukleotid cseréje egy tripletben egy szinonim triplet megjelenéséhez vezet, amely ugyanazt a fehérjét kódolja. Ennek oka a genetikai kód degeneráltsága. Például: CTT - glutamin CTC - glutamin.

A génmutációk előfordulási mechanizmusai (pótlás, beépülés, elvesztés).

A DNS 2 polinukleotid láncból áll. Először is, a változás a DNS 1. szálában történik - ez egy félmutációs állapot vagy „elsődleges DNS-károsodás”. Másodpercenként 1 elsődleges DNS-károsodás történik egy sejtben.

Amikor a károsodás átmegy a DNS második szálára, azt mondják, hogy a mutációt rögzítették, vagyis „teljes mutáció” történt.

Az elsődleges DNS-károsodás akkor következik be, amikor a replikáció, a transzkripció és az átkelés mechanizmusa megszakad.

7. A génmutációk gyakorisága. A mutációk közvetlenek és fordítottak, dominánsak és recesszívek.

Emberben a mutációs gyakoriság = 1x10 -4 - 1x10 -7, vagyis átlagosan minden generációban az emberi ivarsejtek 20-30%-a mutált.

Drosophilában a mutációs gyakoriság = 1x10 -5, vagyis 100 ezerből 1 ivarsejt hordoz génmutációt.

a. A direkt mutáció (recesszív) egy gén mutációja domináns állapotból recesszív állapotba: A → a.

b. A fordított mutáció (domináns) egy gén mutációja recesszív állapotból domináns állapotba: a → A.

A génmutációk minden szervezetben előfordulnak, a gének különböző irányokba mutálódnak, valamint azzal eltérő frekvencia. A ritkán mutálódó géneket stabilnak, a gyakran mutálódó géneket pedig mutabilnak nevezzük.

8. A homológ sorozatok törvénye az örökletes változékonyságban N.I. Vavilova.

A mutáció sokféle irányban történik, pl. véletlenül. Ezek a balesetek azonban egy 1920-ban felfedezett minta tárgyát képezik. Vavilov. Megfogalmazta a homológ sorozatok törvényét az örökletes változékonyságban.

"A genetikailag közel álló fajokat és nemzetségeket az örökletes variabilitás hasonló sorozata jellemzi, olyan rendszerességgel, hogy egy fajon belüli alakok számának ismeretében előre látható, hogy más fajokban és nemzetségekben is léteznek párhuzamos formák."

Ez a törvény lehetővé teszi egy bizonyos tulajdonság jelenlétének előrejelzését ugyanazon család különböző nemzetségeinek egyedeiben. Így előre jelezték az alkaloidmentes csillagfürt jelenlétét a természetben. a hüvelyesek családjában vannak olyan bab-, borsó- és babnemzetségek, amelyek alkaloidokat nem tartalmaznak.

Az orvostudományban Vavilov törvénye megengedi az emberhez genetikailag közel álló állatok genetikai modellként való használatát. Kísérleteket végeztek a genetikai betegségek tanulmányozására. Például egereken és kutyákon vizsgálják a szürkehályogot; hemofília - kutyáknál, veleszületett süketség - egereknél, tengerimalacok, kutyák.

A Vavilov-törvény lehetővé teszi a tudomány számára ismeretlen indukált mutációk megjelenésének előrejelzését, amelyek a nemesítésben felhasználhatók az ember számára értékes növényi formák létrehozására.

9. A szervezet mutációs gátjai.

- A DNS replikáció pontossága. Néha hibák lépnek fel a replikáció során, ekkor aktiválódnak az önkorrekciós mechanizmusok, amelyek célja a rossz nukleotid eltávolítása. Fontos szerepet játszik a DNS-polimeráz enzim, és a hibaarány 10-szeresére csökken (10-5-ről 10-6-ra).

- A genetikai kód degenerációja. 1 aminosav több hármast is kódolhat, így 1 nukleotid cseréje egy tripletben bizonyos esetekben nem torzítja az öröklődő információkat. Például a CTT és a CTC glutaminsav.

- Kivonás néhány fontos makromolekuláért felelős gén: rRNS, tRNS, hisztonfehérjék, pl. ezekből a génekből sok kópia keletkezik. Ezek a gének mérsékelten ismétlődő szekvenciák részét képezik.

- DNS redundancia– 99%-a redundáns, és a mutagén faktor gyakrabban esik bele ezekbe a 99%-ban értelmetlen szekvenciákba.

- kromoszómák párosítása diploid halmazban. Heterozigóta állapotban sok káros mutáció nem jelenik meg.

- selejtezés mutáns nemi sejtek.

- DNS javítás.

10. Genetikai anyag javítása. .

A DNS-javítás az elsődleges károsodás eltávolítása a DNS-ből és helyettesítése normál struktúrákkal.

A jóvátételnek két formája van: világos és sötét

A. Fényjavítás (vagy enzimatikus fotoreaktiválás). A javító enzimek csak fény jelenlétében aktívak. Ez a javítási forma célja az UV-fény által okozott elsődleges DNS-károsodás eltávolítása.

UV fény hatására a DNS-ben a pirimidin nitrogénbázisok aktiválódnak, ami kötések kialakulásához vezet az ugyanabban a DNS-szálban egymás mellett elhelyezkedő pirimidin nitrogénbázisok között, azaz pirimidin dimerek képződnek. Leggyakrabban vannak kapcsolatok: T=T; T=C; C=C.

Normális esetben a DNS-ben nincsenek pirimidin dimerek. Kialakulásuk az öröklött információ torzulásához, a replikáció és transzkripció normál lefolyásának megzavarásához vezet, ami ezt követően génmutációkhoz vezet.

A fotoreaktiváció lényege: a sejtmagban van egy speciális (fotoreaktiváló) enzim, amely csak fény jelenlétében aktív, ez az enzim elpusztítja a pirimidin dimereket, azaz megbontja a pirimidin nitrogénbázisok között létrejött kötéseket a fény hatására. UV fény.

A sötét javítás sötétben és világosban történik, vagyis az enzimek aktivitása nem függ a fény jelenlététől. Replikáció előtti és utáni javításra oszlik.

A replikáció előtti javítás a DNS-replikáció előtt történik, sok enzim vesz részt ebben a folyamatban:

o Endonukleáz

o Exonukleáz

o DNS polimeráz

o DNS ligáz

1. szakasz. Az endonukleáz enzim megtalálja a sérült területet és levágja azt.

2. szakasz. Az exonukleáz enzim eltávolítja a sérült területet a DNS-ből (kivágás), ami rés kialakulását eredményezi.

3. szakasz. A DNS-polimeráz enzim szintetizálja a hiányzó helyet. A szintézis a komplementaritás elve szerint történik.

4. szakasz. A ligáz enzimek összekapcsolják vagy hozzávarrják az újonnan szintetizált helyet a DNS-szálhoz. Így a DNS elsődleges károsodása megszűnik.

Posztreplikatív javítás.

Tegyük fel, hogy elsődleges károsodás van a DNS-ben.

1. szakasz. Megkezdődik a DNS-replikáció folyamata. A DNS-polimeráz enzim egy új szálat szintetizál, amely teljesen komplementer a régi ép szálhoz.

2. szakasz. A DNS polimeráz enzim egy másik új szálat szintetizál, de megkerüli azt a helyet, ahol a károsodás található. Ennek eredményeként rés keletkezett a második új DNS-szálban.

3. szakasz. A replikáció végén a DNS-polimeráz enzim szintetizálja a komplementer új DNS-szál hiányzó szakaszát.

4. szakasz. A ligáz enzim ezután az újonnan szintetizált régiót a DNS-szálhoz köti, ahol a rés volt. Így az elsődleges DNS-károsodás nem került át másik új szálra, vagyis a mutáció nem rögzült.

Ezt követően az elsődleges DNS-károsodás a replikáció előtti javítás során kiküszöbölhető.

11. A károsodott DNS-javítással összefüggő mutációk és szerepük a patológiában.

Az evolúció során kialakult és megszilárdult az élőlényekben lévő helyreállító képesség. Minél nagyobb a javító enzimek aktivitása, annál stabilabb az örökítőanyag. A megfelelő gének felelősek a javító enzimekért, így ha ezekben a génekben mutáció lép fel, a javító enzimek aktivitása csökken. Ebben az esetben egy személyben súlyos örökletes betegségek alakulnak ki, amelyek a javító enzimek aktivitásának csökkenésével járnak.

Az emberben több mint 100 ilyen betegség létezik, amelyek közül néhány:

Fanconi vérszegénység- a vörösvértestek számának csökkenése, halláscsökkenés, szív- és érrendszeri rendellenességek, az ujjak deformitása, mikrokefália.

Bloom-szindróma - alacsony születési súly, növekedési retardáció, fokozott érzékenység vírusos fertőzés, megnövekedett kockázat onkológiai betegségek. jellemző tulajdonság: Rövid ideig tartó napfény hatására az arc bőrén pillangó alakú pigmentáció (a vérhajszálerek kitágulása) jelenik meg.

Pigmentáris xeroderma- a fénytől égési sérülések jelennek meg a bőrön, amelyek hamarosan bőrrákká fajulnak (ilyen betegeknél a rák 20 000-szer gyakrabban fordul elő). A betegek mesterséges megvilágítás mellett kénytelenek élni.

A betegség gyakorisága 1: 250 000 (Európa, USA), és 1: 40 000 (Japán)

Kétféle progéria – idő előtti öregedés szervezet.

12. Genetikai betegségek, kialakulásának mechanizmusai, öröklődése, előfordulási gyakorisága.

A génbetegségek (vagy molekuláris betegségek) meglehetősen széles körben képviseltetik magukat az emberben, több mint 1000 van belőlük.

speciális csoport köztük a veleszületett anyagcsere-rendellenességek. Ezeket a betegségeket először A. Garode írta le 1902-ben. Ezeknek a betegségeknek a tünetei eltérőek, de mindig megsértik az anyagok átalakulását a szervezetben. Ebben az esetben egyes anyagok feleslegben vannak, mások pedig hiányosak. Például egy anyag (A) bejut a szervezetbe, és az enzimek hatására tovább alakul (B) anyaggá. Továbbá a (B) anyagnak (C) anyaggá kell alakulnia, de ezt a mutációs blokk megakadályozza

(), ennek következtében a (C) anyagból hiány lesz, a (B) anyagból pedig többlet lesz.

Néhány példa a kapcsolódó betegségekre születési rendellenesség anyagcsere.

PKU(fenilketonúria, veleszületett demencia). Az autoszomális recesszív módon öröklődő génbetegség = 1:10 000 gyakorisággal fordul elő. A fenilalanin esszenciális aminosav a fehérjemolekula felépítéséhez, és emellett hormon prekurzorként is szolgál pajzsmirigy(tiroxin), adrenalin és melanin. A májsejtekben található fenilalanin aminosavat egy enzim (fenilalanin-4-hidroxiláz) segítségével tirozinná kell alakítani. Ha az átalakulásért nem felelős enzim, vagy annak aktivitása lecsökken, akkor a vér fenilalanin tartalma meredeken megemelkedik, a tirozin tartalma pedig csökken. A fenilalanin feleslege a vérben származékainak (fenil-ecetsav, fenil-tejsav, fenilpiruvétsav és egyéb ketonsav) megjelenéséhez vezet, amelyek a vizelettel ürülnek, és mérgező hatást fejtenek ki a központi sejtekre is. idegrendszer ami demenciához vezet.

Az időben történő diagnosztizálással és a csecsemő fenilalaninmentes étrendre való átültetésével megelőzhető a betegség kialakulása.

Az albinizmus gyakori. Genetikai betegség autoszomális recesszív módon öröklődik. Normális esetben a tirozin aminosav részt vesz a szöveti pigmentek szintézisében. Ha mutációs blokk lép fel, az enzim hiányzik vagy aktivitása csökken, akkor a szöveti pigmentek nem szintetizálódnak. Ezekben az esetekben a bőr tejfehér színű, a haj nagyon világos, a retina pigmenthiánya miatt az erek átvilágosodnak, a szemek vöröses-rózsaszín színűek, ill. túlérzékenység a fényre.

Alcapnonuria. Az autoszomális recesszív módon öröklődő génbetegség = 3-5:1.000.000 gyakorisággal fordul elő. A betegség a homogentizinsav átalakulásának megsértésével jár, aminek következtében ez a sav felhalmozódik a szervezetben. A vizelettel ürülve ez a sav vesebetegségek kialakulásához vezet, ráadásul az ezzel az anomáliával lúgosított vizelet gyorsan elsötétül. Ezenkívül a betegség a porcos szövetek elszíneződésében nyilvánul meg, az ízületi gyulladás idős korban alakul ki. Így a betegséget a vesék és az ízületek károsodása kíséri.

Károsodott szénhidrát-anyagcserével kapcsolatos génbetegségek.

Galaktozémia. Az autoszomális recesszív módon öröklődő genetikai betegség = 1:35 000-40 000 gyermeknél fordul elő.

Az újszülött vére tartalmazza a galaktóz monoszacharidot, amely a tej diszacharidjának lebomlása során keletkezik. laktóz glükózra és galaktóz. A galaktózt a szervezet nem közvetlenül szívja fel, egy speciális enzimnek kell átalakítania asszimilált formává - glükóz-1-foszfáttá.

A galaktoszémia örökletes betegséget a galaktózt felszívódó formává alakító fehérje-enzim szintézisét szabályozó gén meghibásodása okozza. A beteg gyermekek vérében nagyon kevés lesz ebből az enzimből és sok galaktózból, amit biokémiai elemzéssel állapítanak meg.

Ha a diagnózist a gyermek születését követő első napokban állítják fel, akkor olyan keverékekkel táplálják, ahol nincs tejcukorés a gyermek normálisan fejlődik. Ellenkező esetben a gyerek gyengeelméjűvé nő fel.

cisztás fibrózis. A génbetegség autoszomális recesszív módon öröklődik, = 1:2.000-2.500 gyakorisággal fordul elő. A betegség a sejtek plazmamembránjába beépített hordozófehérjéért felelős gén mutációjához kapcsolódik. Ez a fehérje szabályozza a membrán Na- és Ca-ionok permeabilitását. Ha ezeknek az ionoknak a permeabilitása a külső elválasztású mirigyek sejtjeiben károsodik, akkor a mirigyek vastag, viszkózus titkot kezdenek termelni, amely lezárja a külső elválasztású mirigyek csatornáit.

A cisztás fibrózis tüdő- és bélrendszeri formáinak kijelölése.

Marfan szindróma. Autoszomális domináns módon öröklődő genetikai betegség. A fibrillin fehérje metabolizmusának megsértésével jár a kötőszövetben, amely jelek komplexumában nyilvánul meg: "pók" ujjak (arachnodactyly), nagy növekedés, lencse szubluxáció, szív- és érrendszeri hibák, fokozott kibocsátás az adrenalin vérébe, görnyedt, beesett mellkas, magas lábboltozat, szalagok és inak gyengesége stb. Antonio Marfan francia gyermekorvos írta le először 1896-ban.

10. ELŐADÁS A kromoszómák szerkezeti mutációi.

1. A kromoszómák szerkezeti mutációi (kromoszóma-rendellenességek).

A kromoszóma-rendellenességek következő típusait különböztetjük meg.

– törlések

– párhuzamosságok

– inverziók

- gyűrűs kromoszómák

– transzlokációk

– átültetések

Ezekkel a mutációkkal megváltozik a kromoszómák szerkezete, megváltozik a gének sorrendje a kromoszómákban, változik a gének dózisa a genotípusban. Ezek a mutációk minden szervezetben megtalálhatók, ezek a következők:

Spontán (ismeretlen természetű tényező okozta) és indukált (a mutációt okozó tényező természete ismert)

Szomatikus (a szomatikus sejtek örökítőanyagát befolyásolja) és generatív (az ivarsejtek örökítőanyagának változása)

Hasznos és káros (utóbbi sokkal gyakoribb)

Kiegyensúlyozott (a genotípus rendszer nem változik, ami azt jelenti, hogy a fenotípus nem változik) és kiegyensúlyozatlan (a genotípus rendszer megváltozik, ami azt jelenti, hogy a fenotípus is változik)

Ha a mutáció két kromoszómát érint, akkor interkromoszómális átrendeződésről beszélnek.

Ha a mutáció 1 kromoszómát érint, akkor intrakromoszómális átrendeződésről beszélnek.

2. A kromoszómák szerkezeti mutációinak előfordulási mechanizmusai.

A réskapcsolat hipotézise. Feltételezhető, hogy egy vagy több kromoszómában törések lépnek fel. Kromoszómák szakaszai képződnek, amelyek ezután összekapcsolódnak, de más sorrendben. Ha a törés a DNS replikációja előtt következik be, akkor 2 kromatid vesz részt ebben a folyamatban - ez van izokromatid rés. Ha a törés a DNS replikációja után következik be, akkor 1 kromatid vesz részt a folyamatban - ez kromatid rés.

A második hipotézis az, hogy a nem homológ kromoszómák között a crossing-overhez hasonló folyamat megy végbe, pl. nem homológ a kromoszómák felcserélődnek.

3. A törlések, azok lényege, formái, fenotípusos hatása. Pszeudodominancia..

A deléció (hiány) a kromoszóma egy szegmensének elvesztése.

1 törés léphet fel a kromoszómában, és elveszti a terminális szakaszt, amit az enzimek tönkretesznek (hiány)

a kromoszómában két törés fordulhat elő a központi régió elvesztésével, amit szintén az enzimek roncsolnak (intersticiális deléció).

Homozigóta állapotban a deléciók mindig halálosak, heterozigóta állapotban többszörös malformációval nyilvánulnak meg.

Törlés észlelése:

A kromoszómák differenciális festése

A hurok ábrája szerint, amely homológ kromoszómák konjugációja során jön létre a meiózis 1. profázisában. A hurok normál kromoszómán fordul elő.

A deléciót először a Drosophila légyben tanulmányozták, amelyben az X kromoszóma egy szakasza elveszett. Homozigóta állapotban ez a mutáció letális, heterozigóta állapotban pedig fenotípusosan a szárnyon lévő bevágásként (Notch mutáció) nyilvánul meg. Ennek a mutációnak az elemzése során egy speciális jelenséget azonosítottak, amelyet pszeudodominanciának neveztek. Ebben az esetben a recesszív allél fenotípusosan manifesztálódik, mivel a deléció következtében a domináns allélt tartalmazó kromoszómarégió elvész.

Emberben a deléciók gyakrabban fordulnak elő az 1-18. kromoszómában. Például az ötödik kromoszóma rövid karjának deléciója heterozigóta állapotban fenotípusosan "macskakiáltás" szindrómaként nyilvánul meg. A gyermek nagyszámú patológiával születik, 5 naptól egy hónapig él (nagyon ritkán 10 évig), sírása egy macska éles nyávogásához hasonlít.

Intersticiális deléció fordulhat elő a vérképző őssejtek 21. vagy 22. kromoszómáján. Heterozigóta állapotban fenotípusosan vészes vérszegénységként nyilvánul meg.

4. Duplikációk, inverziók, körkrómok. Eredeti mechanizmus. fenotípusos kifejezés.

megkettőzés- a kromoszóma valamely részének duplikációja (ez a rész sokszor megismételhető). A párhuzamosságok lehetnek közvetlenek és fordítottak.

Ezekkel a mutációkkal megnő a genotípusban lévő gének dózisa, homozigóta állapotban ezek a mutációk halálosak. Heterozigóta állapotban többszörös malformációval nyilvánulnak meg. Ezek a mutációk azonban szerepet játszhattak az evolúcióban. Ily módon hemoglobin gének családjai jöhetnek létre.

Lehetséges, hogy többszörösen ismétlődő DNS-nukleotidszekvenciák jelentek meg a duplikációk eredményeként.

Duplikáció észlelése:

A hurok alakja a meiózis profázisában 1. A hurok a mutált kromoszómán fordul elő.

Inverzió - a kromoszóma egy szegmensének leválása, 180 ° -kal elfordítása és a régi helyhez való rögzítése. Az inverziók során a gének dózisa nem változik, de változik a gének sorrendje a kromoszómában, azaz. kuplungcsoport cserék. Nincsenek végfordítások.

Homozigóta állapotban az inverziók halálosak, heterozigóta állapotban többszörös fejlődési rendellenességben nyilvánulnak meg.

Az inverziók észlelése:

Differenciális festés.

Az ábra két ellentétes hurok formájában az 1. meiózis profázisában.

Az inverzióknak két típusa van:

paracentrikus inverzió, ami a centromerát nem érinti, mert törések egy kromoszómakaron belül következnek be

pericentrikus inverzió, amely a centromerre hat, mint a centromer mindkét oldalán törések keletkeznek.

Pericentrikus inverzió esetén a kromoszóma konfigurációja megváltozhat (ha az elforgatott szakaszok végei nem szimmetrikusak). Ez lehetetlenné teszi a későbbi ragozást.

Az inverziók fenotípusos megnyilvánulása a legenyhébb más kromoszóma-rendellenességekhez képest. Ha a recesszív homozigóták meghalnak, akkor a meddőség leggyakrabban heterozigótákban figyelhető meg.

Gyűrűs kromoszómák. Normális esetben az emberi kariotípusban nincsenek gyűrűs kromoszómák. Mutagén tényezők, különösen sugárterhelés hatására jelenhetnek meg a testen.

Ebben az esetben 2 törés következik be a kromoszómában, és az így létrejövő terület gyűrűvé záródik. Ha a gyűrűkromoszóma centromert tartalmaz, akkor centrikus gyűrű képződik. Ha nincs centromer, akkor acentrikus gyűrű képződik, amelyet az enzimek elpusztítanak, és nem öröklődik.

A gyűrűs kromoszómák kimutatása kariotipizálással történik.

Homozigóta állapotban ezek a mutációk letálisak, míg heterozigóta állapotban fenotípusosan delécióként nyilvánulnak meg.

A gyűrűs kromoszómák a sugárterhelés markerei. Minél nagyobb a radioaktív expozíció dózisa, annál több a gyűrűs kromoszóma, és annál rosszabb a prognózis.

5. Transzlokációk, lényegük. Reciprok transzlokációk, jellemzőik és orvosi jelentősége. Robertson transzlokációk és szerepük az örökletes patológiában.

A transzlokáció a kromoszóma egy szegmensének mozgása. Léteznek kölcsönös (reciprok) és nem kölcsönös (transzpozíciós) transzlokációk.

Kölcsönös transzlokáció akkor következik be, amikor két nem homológ kromoszóma felcseréli régióit.

A Robertson-féle transzlokációk (centrikus fúziók) a transzlokációk speciális csoportját alkotják. Az akrocentrikus kromoszómák ki vannak téve ennek - elveszítik rövid karjukat, és hosszú karjaik összekapcsolódnak.

Az esetek 4-5%-ában a lesült gyermek születésének oka Robertson-transzlokáció. Ebben az esetben a 21-es kromoszóma hosszú karja a D csoport valamelyik kromoszómájához költözik (a 13-as, 14-es, 15-ös, gyakrabban a 14-es kromoszóma érintett).

A petesejt spermiumának típusai, zigóta következményei

14 + 14, 21 14, 14, 21 monoszómia 21 (halálos)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 21-es triszómia (Downic)

21 + 14, 21 21, 14, 21, monoszómia 14 (halálos)

14.14/21 + 14, 21 14.14/21.14.21 14-es triszómia (halálos)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotípusosan egészséges

Amint látja, egy Robertson-transzlokációval rendelkező nő egészséges babát szülhet.

A rövid karok elvesztése semmit nem befolyásol, hiszen vannak magképző zónák, és más kromoszómákban is vannak.

A Down-szindrómás transzlokációs formájú beteg sejtjeiben 46 kromoszóma van. A transzlokáció után a petefészek 45 kromoszómával rendelkezik. Kiegyensúlyozott mutáció esetén azonban egy nőnek 45 kromoszómája lesz.

Transzlokációk észlelése:

Differenciális festés.

A kereszt alakja a meiózis 1. profázisában.

6. Trapozíciók. Mobil genetikai elemek. A genomon keresztüli mozgás mechanizmusai és jelentősége.

Ha a transzlokációk nem reciprocitás jellegűek, akkor transzpozícióról beszélünk.

A transzpozonok egy speciális csoportja a Mobile Genetic Elements (MGE), vagyis az ugráló gének, amelyek minden szervezetben megtalálhatók. A Drosophila légyben a genom 5%-át teszik ki. Az emberekben az MGE-ket az ALU családba sorolják.

Az MGE-k 300-400 nukleotidból állnak, amelyek 300 ezer alkalommal ismétlődnek az emberi genomban.

Az MGE-végeken 50-100 nukleotidból álló nukleotid ismétlődések találhatók. Az ismétlések lehetnek közvetlenek és fordítottak. Úgy tűnik, hogy a nukleotid ismétlődések befolyásolják az MGE-k mozgását.

Az MGE genomon keresztüli mozgásának két változata létezik.

1. a fordított átírás folyamatának felhasználásával. Ehhez reverz transzkriptáz (revertáz) enzim szükséges. Ez az opció több lépésben megy végbe:

a DNS-en az RNS-polimeráz enzim (más néven transzkriptáz) mRNS-t szintetizál,

az mRNS-en a reverz transzkriptáz enzim szintetizálja a DNS egy szálát,

a DNS polimeráz enzim biztosítja a DNS második szálának szintézisét,

a szintetizált fragmentum gyűrűbe záródik,

DNS gyűrűt inszertálnak egy másik kromoszómába vagy ugyanazon kromoszómán egy másik helyre.

2. a transzpozáz enzim segítségével, amely kivágja az MGE-t és átviszi egy másik kromoszómába vagy ugyanazon a kromoszómán egy másik helyre

Az evolúció során az MGE pozitív szerepet játszott, hiszen végrehajtották a genetikai információ átvitelét egyik élőlényfajról a másikra. Ebben fontos szerepet játszottak az RNS-t örökítőanyagként tartalmazó retrovírusok, amelyek reverz transzkriptázt is tartalmaznak.

Az MGE-k nagyon ritkán mozognak a genomban, egy mozdulat százezer eseményenként egy sejtben (a mozgások gyakorisága 1 x 10-5).

Az egyes szervezetekben az MGE-k nem játszanak pozitív szerepet, mert a genomon áthaladva megváltoztatják a gének munkáját, gén- és kromoszómamutációkat okoznak.

7. indukált mutagenezis. Fizikai, kémiai és biológiai mutagén tényezők.

Az indukált mutációk akkor fordulnak elő, ha a szervezet mutagén faktoroknak van kitéve, amelyeket 3 csoportra osztanak:

Fizikai (UFL, röntgen és sugárzás, elektromágneses mezők, magas hőmérsékletek).

Így az ionizáló sugárzás közvetlenül hathat a DNS- és RNS-molekulákra, károsodást (génmutációt) okozva bennük. Ennek közvetett hatása

mutagén a sejtek örökletes apparátusán a genotoxikus anyagok képződése (H 2 O 2, OH - , O 2 - ,).

Kémiai mutagén tényezők. Több mint 2 millió olyan vegyi anyag létezik, amely mutációkat okozhat. Ezek nehézfémek sói, nitrogéntartalmú bázisok kémiai analógjai (5-brómouracil), alkilező vegyületek (CH 3, C 2 H 5).

8. sugárzási mutációk. A szennyezés genetikai kockázata környezet.

A sugármutációk a sugárzás által okozott mutációk. 1927-ben egy amerikai genetikus, Heinrich Mehler mutatta be először, hogy a röntgensugárzás a Drosophila mutációk gyakoriságának jelentős növekedéséhez vezet. Ez a munka egy új irány kezdetét jelentette a biológiában - a sugárzásgenetikában. Az elmúlt évtizedek során végzett számos munkának köszönhetően ma már tudjuk, hogy amikor az elemi részecskék (kvantumok, elektronok, protonok és neutronok) belépnek az atommagba, a vízmolekulák ionizációja következik be, szabad gyökök képződésével (OH - , O 2 -). . Nagy kémiai aktivitással DNS-töréseket, nukleotidok károsodását vagy pusztulását okozzák; Mindez mutációkhoz vezet.

Mivel az ember nyitott rendszer, a környezetszennyezés különféle tényezőibe beleeshet emberi test. Ezen tényezők közül sok megváltoztathatja vagy károsíthatja az élő sejtek örökítőanyagát. E tényezők következményei olyan súlyosak, hogy az emberiség nem hagyhatja figyelmen kívül a környezetszennyezést.

9. Mutagenezis és karcinogenezis.

A rák mutációs elméletét először Hugo De Vries javasolta 1901-ben. Manapság számos elmélet létezik a karcinogenezisről.

Ezek egyike a karcinogenezis génelmélete. Ismeretes, hogy az emberi genom több mint 60 onkogént tartalmaz, amelyek képesek szabályozni a sejtosztódást. Proto-onkogénként inaktív állapotban vannak. Különböző mutagén faktorok hatására a proto-onkogének aktiválódnak és onkogénekké válnak, amelyek intenzív sejtproliferációt és tumorfejlődést okoznak.

11. ELŐADÁS A kromoszómák számának mutációi. haploidia, poliploidia,

Aneuploidia.

1. A kromoszómák számában bekövetkező mutációk lényege, előfordulási okai és mechanizmusai.

Mindegyik szervezettípust saját kariotípus jellemzi. A kariotípus állandóságát számos generáción keresztül a mitózis és a meiózis folyamatai tartják fenn. Néha mitózis vagy meiózis során a kromoszómák divergenciája megszakad, ami megváltozott kromoszómaszámú sejteket eredményez. A sejtekben a teljes haploid kromoszómakészletek száma változhat, ebben az esetben olyan mutációk lépnek fel, mint:

Haploidia – egyetlen kromoszómakészlet (n)

Poliploidia - a kromoszómák számának növekedése a haploid halmaz többszörösével (3n, 4n stb.)

Az aneuploidia az egyes kromoszómák számának változása (46 +1).

A kromoszómák készlete mind a szomatikus sejtekben, mind a nemi sejtekben megváltozhat.

A kromoszómák eltérésének okai:

a citoplazma megnövekedett viszkozitása

a sejt polaritásának megfordítása

az orsó diszfunkciója.

Mindezek az okok az úgynevezett „anafázis késés” jelenségéhez vezetnek.

Ez azt jelenti, hogy a mitózis vagy meiózis anafázisában a kromoszómák egyenetlenül oszlanak el, pl. néhány kromoszóma vagy kromoszómacsoport nem tart lépést a többi kromoszómával, és az egyik leánysejt számára elveszik.

2. Haploidia, a kariotípus változás jellege, prevalenciája, fenotípusos manifesztációja.

A haploidia egy szervezet sejtjeiben a kromoszómák számának haploidra csökkenése. A sejtekben a kromoszómák száma és a gének dózisa élesen lecsökken, vagyis megváltozik a genotípus rendszer, ami azt jelenti, hogy a fenotípus is megváltozik.

A mutációk okai

A mutációk fel vannak osztva spontánés indukált. A spontán mutációk spontán módon fordulnak elő a szervezet élete során, normál környezeti körülmények között, körülbelül 10-9 power - 10-12 nukleotidonként sejtgenerációnkénti gyakorisággal. Az indukált mutációkat a genom öröklődő változásainak nevezzük, amelyek bizonyos mutagén hatások következtében mesterséges (kísérleti) körülmények között vagy kedvezőtlen környezeti hatások hatására következnek be.

Az élő sejtben végbemenő folyamatok során a mutációk folyamatosan jelennek meg. A mutációk előfordulásához vezető fő folyamatok a DNS-replikáció, a károsodott DNS-javítás és a genetikai rekombináció.

A mutációk asszociációja a DNS-replikációval

Számos spontán kémiai változás a nukleotidokban a replikáció során fellépő mutációkhoz vezet. Például a citozin dezaminációja miatt az uracil bekerülhet a vele szemben lévő DNS-láncba (a kanonikus C-G pár helyett U-G pár jön létre). Az uracillal szembeni DNS-replikáció során az adenin bekerül az új láncba, U-A pár képződik, majd a következő replikáció során T-A párral helyettesíti, vagyis átmenet következik be.

A mutációk asszociációja a DNS-rekombinációval

A rekombinációval kapcsolatos folyamatok közül az egyenlőtlen keresztezés leggyakrabban mutációhoz vezet. Általában akkor fordul elő, ha az eredeti gén több megkettőzött kópiája van a kromoszómán, amelyek hasonló nukleotidszekvenciát őriznek. Az egyenlőtlen keresztezés eredményeként az egyik rekombináns kromoszómában duplikáció, a másikban deléció következik be.

A mutációk asszociációja a DNS-javítással

A spontán DNS-károsodás meglehetősen gyakori, és minden sejtben előfordulnak ilyen események. Az ilyen károsodás következményeinek kiküszöbölésére speciális javítási mechanizmusok vannak (például egy hibás DNS-szakaszt kivágnak, és ezen a helyen visszaállítják az eredetit). A mutációk csak akkor fordulnak elő, ha a javító mechanizmus valamilyen okból nem működik, vagy nem tud megbirkózni a sérülések megszüntetésével. A javításért felelős fehérjék génjeiben fellépő mutációk más gének mutációs gyakoriságának többszörös növekedéséhez (mutátor hatás) vagy csökkenéséhez (antimutátor hatás) vezethetnek. Így a kivágási javítórendszer számos enzimének génjeinek mutációi a szomatikus mutációk gyakoriságának meredek növekedéséhez vezetnek az emberben, és ez pedig pigment xeroderma kialakulásához vezet. rosszindulatú daganatok borítók.

Mutagének

Vannak olyan tényezők, amelyek jelentősen növelhetik a mutációk gyakoriságát – mutagén tényezők. Ezek tartalmazzák:

• kémiai mutagének - olyan anyagok, amelyek mutációt okoznak,
• fizikai mutagének - ionizáló sugárzás, beleértve a természetes háttérsugárzást, ultraibolya sugárzás, magas hőmérséklet stb.,
• biológiai mutagének - például retrovírusok, retrotranszpozonok.

A mutációk osztályozása

A mutációk többféle osztályozása létezik különböző kritériumok szerint. Möller javasolta a mutációk felosztását a gén működésében bekövetkezett változás természete szerint hipomorf(a módosult allélek ugyanabban az irányban hatnak, mint a vad típusú allélek; csak kevesebb szintetizálódik fehérje termék), amorf(a mutáció úgy néz ki, mint a génfunkció teljes elvesztése, például mutáció fehér Drosophilában) antimorf(a mutáns tulajdonság megváltozik, például a kukoricaszem színe liláról barnára változik) ill neomorf.

A modern oktatási irodalomban formálisabb osztályozást is alkalmaznak, amely az egyes gének, kromoszómák és a genom egészének szerkezetében bekövetkezett változások természete alapján történik. Ezen az osztályozáson belül a következő típusú mutációkat különböztetjük meg:

• genetikai
• kromoszómális
• genomikus.

A mutációk következményei a sejtre és a szervezetre

A többsejtű szervezetben a sejt aktivitását rontó mutációk gyakran a sejt pusztulásához (különösen programozott sejthalálhoz, apoptózishoz) vezetnek. Ha intra- és extracelluláris védekező mechanizmusok a mutációt nem ismerték fel, és a sejt osztódáson ment keresztül, akkor a mutáns gén átkerül a sejt összes leszármazottjához, és leggyakrabban ahhoz a tényhez vezet, hogy ezek a sejtek eltérően kezdenek működni.

A mutációk szerepe az evolúcióban

A létfeltételek jelentős változásával azok a mutációk bizonyulhatnak előnyösnek, amelyek korábban károsak voltak. Így a mutációk a természetes szelekció részei. Így az angliai nyírmoly (Biston betularia) populációiban található melanisztikus mutánsokat (sötét színű egyedeket) a tudósok először a 19. század közepén fedezték fel tipikus világos egyedek körében. A sötét elszíneződés az egyik gén mutációjának eredményeként jön létre. A lepkék a fák törzsén és ágain töltik a napot, általában zuzmóval borítva, melyeket a világos szín takar. Az ipari forradalom következtében a légkörszennyezéssel együtt a zuzmók elpusztultak, a nyírfák világos törzseit korom borította. Ennek eredményeként a 20. század közepére (50-100 generációra) az ipari területeken a sötét morfium szinte teljesen felváltotta a világosat. Kimutatták, hogy a fekete forma túlnyomó többségében a madarak ragadozása a fő oka, amelyek a szennyezett területeken szelektíven fogyasztották a világos színű lepkéket.

Ha egy mutáció „csendes” DNS-szakaszokat érint, vagy a genetikai kód egy elemének szinonimával való helyettesítéséhez vezet, akkor az általában semmilyen módon nem jelenik meg a fenotípusban (egy ilyen szinonim helyettesítés megnyilvánulása lehet a kodonhasználat különböző gyakoriságaihoz kapcsolódnak). Az ilyen mutációk azonban génanalízis módszerekkel kimutathatók. Mivel a legtöbb mutáció annak eredményeként következik be természetes okok, akkor, ha feltételezzük, hogy a környezet alapvető tulajdonságai nem változtak, kiderül, hogy a mutációs rátának megközelítőleg állandónak kell lennie. Ez a tény felhasználható a filogenetika – a különféle taxonok, köztük az ember eredetének és kapcsolatainak tanulmányozására. Így a néma gének mutációi egyfajta „molekuláris óraként” szolgálnak a kutatók számára. A "molekuláris óra" elmélete is abból indul ki, hogy a legtöbb mutáció semleges, és felhalmozódásuk sebessége egy adott génben nem, vagy csak gyengén függ a természetes szelekció hatásától, ezért hosszú ideig állandó marad. A különböző gének esetében azonban ez az arány eltérő lehet.

A mitokondriális DNS-ben (az anyai vonalon öröklődő) és az Y-kromoszómákban (apai vonalon öröklődő) mutációk vizsgálatát széles körben alkalmazzák az evolúciós biológiában a fajok és nemzetiségek eredetének tanulmányozására, az emberiség biológiai fejlődésének rekonstruálására.

A véletlenszerű mutációk problémája

Az 1940-es években a mikrobiológusok körében népszerű volt az az álláspont, amely szerint a mutációkat egy környezeti tényező (például antibiotikum) okozza, amelyhez alkalmazkodást tesz lehetővé. Ennek a hipotézisnek a tesztelésére fluktuációs tesztet és replika módszert fejlesztettek ki.
A Luria-Delbruck fluktuációs teszt abból áll, hogy a kezdeti baktériumtenyészet kis részeit folyékony tápközeggel kémcsövekbe diszpergálják, és több osztási ciklus után antibiotikumot adnak a kémcsövekbe. Ezután (utólagos osztódás nélkül) a túlélő antibiotikum-rezisztens baktériumokat Petri-csészékre szélesztik szilárd táptalajjal. A teszt megmutatta. hogy a különböző csövekből származó stabil telepek száma nagyon változó - a legtöbb esetben kicsi (vagy nulla), és néhány esetben nagyon magas. Ez azt jelenti, hogy az antibiotikum-rezisztenciát okozó mutációk véletlenszerű időpontokban fordultak elő mind az antibiotikummal való érintkezés előtt, mind az után.
A replikák módszere (a mikrobiológiában) az, hogy az eredeti Petri-csészéből, ahol szilárd táptalajon baktériumtelepek nőnek, egy gyapjas szövetre lenyomatot készítenek, majd a baktériumokat a szövetből több más edénybe továbbítják, ahol elrendezésük mintája megegyezik az eredeti csészén. Miután minden lemezen antibiotikumot kaptak, az azonos pontokon elhelyezkedő telepek életben maradnak. Az ilyen telepek új lemezekre oltásával kimutatható, hogy a telepen belül minden baktérium rezisztens.
Így mindkét módszerrel bebizonyosodott, hogy az „adaptív” mutációk annak a faktornak a hatásától függetlenül keletkeznek, amelyhez alkalmazkodni engedik, és ebben az értelemben a mutációk véletlenszerűek. Kétségtelen azonban, hogy bizonyos mutációk lehetősége a genotípustól függ, és az evolúció korábbi lefolyásától függ (lásd a homológ sorozatok törvényét az örökletes variabilitásban). Emellett a különböző gének mutációinak gyakorisága természetesen eltérő és különböző oldalakon ugyanazon a génen belül. Az is ismert, hogy a magasabb rendű szervezetek "célzott" (azaz a DNS bizonyos régióiban előforduló) mutációkat alkalmaznak az immunitás mechanizmusaiban. Segítségükkel a limfociták különféle klónjai jönnek létre, amelyek között ennek eredményeként mindig vannak olyan sejtek, amelyek képesek immunválaszt adni egy új, a szervezet számára ismeretlen betegségre. A megfelelő limfociták pozitívan szelektálódnak, ami immunológiai memóriát eredményez.

Lásd még

Linkek

Inge-Vechtomov S.V. Genetika a szelekció alapjaival. M., Felsőiskola, 1989.

Megjegyzések

evolúcióbiológia
Mechanizmusok és folyamatok	Alkalmazkodás Speciáció Genetikai sodródás Természetes szelekció Öröklődés Változékonyság Mikroevolúció Makroevolúció Mutációk Génátvitel
Az élet megjelenése	Kémiai evolúció RNS-világ hipotézis Biológiai evolúció
Az evolúciós doktrína története	Geoffrejizmus brockizmus darwinizmus lamarckizmus pangenézis ortogenezis autogenezis nomogenezis saltationizmus katasztrófa újkatasztrófizmus
Modern fogalmak	Szintetikus evolúcióelmélet Pontozott egyensúlyi elmélet A molekuláris evolúció semleges elmélete Az evolúció epigenetikai elmélete Ökoszisztéma evolúcióelmélete
Emberi	Antropogenezis

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

A formális besorolás részeként vannak:

Genomi mutációk - a kromoszómák számának változása;
kromoszómamutációk - az egyes kromoszómák szerkezetének átrendeződése;
génmutációk - és/vagy génkomponensek (nukleotidok) szekvenciái a DNS szerkezetében, amelyek következménye a megfelelő fehérjetermékek mennyiségének és minőségének megváltozása.

A génmutációk az egyes géneken belüli nukleotidok szubsztitúciója, deléciója (elvesztése), transzlokációja (mozgása), duplikációja (duplázódása), inverziója (megváltoztatása) történik. Abban az esetben, ha egyetlen nukleotidon belüli transzformációról van szó, a pontmutáció kifejezést használjuk.

Az ilyen nukleotid transzformációk három mutáns kód megjelenését okozzák:

Megváltozott jelentéssel (missense mutációk), amikor az e gén által kódolt polipeptidben az egyik aminosavat egy másik aminosav helyettesíti;
változatlan jelentéssel (semleges mutációk) - a nukleotidok cseréje nem jár együtt aminosavak cseréjével, és nincs észrevehető hatása a megfelelő fehérje szerkezetére vagy működésére;
értelmetlen (nonszensz mutációk), amelyek polipeptid láncvégződést okozhatnak, és a legnagyobb károsító hatással bírnak.

Mutációk a gén különböző részeiben

Ha egy gént a szerkezeti és funkcionális szerveződési pozícióból tekintünk, akkor a benne előforduló kiesések, inszerciók, szubsztitúciók és nukleotidmozgások két csoportra oszthatók:

1. a gén szabályozó régióiban (a promóter részben és a poliadenilációs helyen) előforduló mutációk, amelyek a megfelelő termékekben mennyiségi változásokat okoznak, és a fehérjék limitáló szintjétől függően klinikailag manifesztálódnak, de funkciójuk továbbra is megmarad;

2. mutációk a gén kódoló régióiban:
exonokban - a fehérjeszintézis idő előtti leállását okozzák;
intronokban - új splicing helyeket hozhatnak létre, amelyek ennek eredményeként felváltják az eredeti (normál) helyeket;
splicing helyeken (exonok és intronok találkozásánál) - értelmetlen fehérjék transzlációjához vezet.

Az ilyen jellegű károk következményeinek kiküszöbölésére speciális jóvátételi mechanizmusok állnak rendelkezésre. Ennek lényege, hogy eltávolítják a hibás DNS-szakaszt, majd ezen a helyen visszaállítják az eredetit. Csak abban az esetben fordul elő mutáció, ha a javító mechanizmus nem működött, vagy nem birkózott meg a károsodással.

A génmutációk típusai:

A génmutációk gyakrabban fordulnak elő, mint a kromoszómális és genomiális mutációk, de kevésbé jelentős mértékben változtatják meg a DNS szerkezetét, elsősorban egyetlen gén kémiai szerkezetére vonatkoznak. Egy nukleotid helyettesítését, eltávolítását vagy beillesztését jelentik, néha több. A génmutációk közé tartozik továbbá a génszakaszok transzlokációja (transzfer), duplikációja (ismétlődés), inverziója (180°-os megfordítás), de nem kromoszómák.

A génmutációk a DNS-replikáció, keresztezés során fordulnak elő, és lehetségesek a sejtciklus más időszakaiban is. A javítási mechanizmusok nem mindig szüntetik meg a mutációkat és a DNS-károsodást. Ezenkívül maguk is génmutációk forrásaként szolgálhatnak. Például egy törött kromoszóma végeinek összekapcsolásakor gyakran több nukleotid pár is elveszik.

Ha a javítórendszerek nem működnek normálisan, akkor a mutációk gyorsan felhalmozódnak. Ha mutációk lépnek fel a javító enzimeket kódoló génekben, akkor annak egy vagy több mechanizmusa megszakadhat, ami a mutációk számának nagymértékű növekedését eredményezheti. Néha azonban ennek ellentétes hatása van, amikor a javító enzimek gének mutációja más gének mutációinak gyakoriságának csökkenéséhez vezet.

Az elsődleges mutációk mellett reverz mutációk is előfordulhatnak a sejtekben, visszaállítva az eredeti gént.

A legtöbb génváltozás, akárcsak a másik két faj mutációja, káros. Ritka az olyan mutációk megjelenése, amelyek bizonyos környezeti feltételek mellett hasznos tulajdonságokat okoznak. Azonban megteszik lehetséges folyamat evolúció.

A génmutációk nem a genotípust, hanem a gén különálló szakaszait érintik, ami viszont a tulajdonság új variánsának, azaz alléljainak megjelenését okozza, nem pedig egy új tulajdonságot. Mouton- ez a mutációs folyamat elemi egysége, amely a tulajdonság új változatának megjelenéséhez vezethet. Gyakran ez elegendő egy pár nukleotid megváltoztatásához. Ebből a szempontból egy muton egy pár komplementer nukleotidnak felel meg. Másrészt nem minden génmutáció muton a következményeit tekintve. Ha a nukleotidszekvencia változása nem vonja maga után a tulajdonság változását, akkor funkcionális szempontból a mutáció nem következett be.

Egy nukleotidpár megfelel a és felderítés a rekombináció elemi egysége. A keresztezés során a rekombináció megsértése esetén a konjugált kromoszómák közötti egyenlőtlen helyek cseréje következik be. Ennek eredményeként nukleotidpárok inszerciója és deléciója következik be, ami a leolvasási keret eltolódásával, a peptid szintézisének további megszakításával jár. szükséges tulajdonságokat. Így egy extra vagy elveszett nukleotidpár elegendő a genetikai információ eltorzításához.

A spontán génmutációk gyakorisága 10-12 és 10-9 között van DNS-nukleotidonként sejtosztódásonként. A kutatás elvégzéséhez a tudósok kémiai, fizikai és biológiai mutagéneknek teszik ki a sejteket. Az így előidézett mutációkat ún indukált, gyakoriságuk nagyobb.

Nitrogénbázisok pótlása

Ha csak egy nukleotidban van változás a DNS-ben, akkor egy ilyen mutációt nevezünk pont. A nitrogénbázisok helyettesítésének típusa által okozott mutációk esetén a DNS-molekula egyik komplementer nukleotidpárja egy replikációs ciklus sorozatában egy másikkal helyettesítődik. Az ilyen események gyakorisága az összes génmutáció össztömegének körülbelül 20%-a.

Példa erre a citozin dezaminálása, amelynek eredményeként uracil képződik.

A DNS-ben a G-C helyett a G-U nukleotidpár jön létre. Ha a hibát nem javítja ki a DNS-glikoláz enzim, akkor a replikáció során a következők fordulnak elő. A láncok szétszóródnak, a citozin a guaninnal szemben, az adenin pedig az uracillal szemben. Így az egyik leány-DNS-molekula abnormális molekulát tartalmaz pár u-a. A későbbi replikáció során a timin beépül az adeninnel szemben lévő molekulák egyikébe. Vagyis a génben a G-C pár helyett A-T.

Egy másik példa a metilált citozin dezaminálása, amelynek eredményeként timin képződik. Ezt követően a C-G helyett egy T-A párral rendelkező gén keletkezhet.

Lehetnek fordított helyettesítések: pár A-T bizonyos kémiai reakciókban helyettesíthető C-G-vel. Például a replikáció során a bromouracil kapcsolódhat az adeninhez, amely a következő replikáció során magához köti a guanint. A következő ciklusban a guanin a citozinhoz kötődik. Így a génben az A-T párt C-G váltja fel.

Egy pirimidin egy másik pirimidinnel vagy egy purin helyettesítését egy másik purinnel nevezzük átmenet. A pirimidinek a citozin, a timin és az uracil. A purinok adenin és guanin. A purin helyettesítését pirimidinnel vagy pirimidinnel purinnal helyettesítik transzverzió.

Egy pontmutáció nem járhat semmilyen következménnyel a genetikai kód degenerációja miatt, ha több triplett kodon kódolja ugyanazt az aminosavat. Vagyis egy nukleotid cseréje eredményeként egy másik kodon képződhet, amely azonban ugyanazt az aminosavat kódolja, mint a régi. Ezt a nukleotidszubsztitúciót nevezzük szinonim. Gyakoriságuk az összes nukleotidszubsztitúció körülbelül 25%-a. Ha a kodon jelentése megváltozik, akkor egy másik aminosavat kezd el kódolni, majd a helyettesítést hívják missense mutáció. Gyakoriságuk körülbelül 70%.

Missense mutáció esetén a transzláció során rossz aminosav kerül a peptidbe, aminek következtében a tulajdonságai megváltoznak. A szervezet összetettebb tulajdonságainak változásának mértéke a fehérje tulajdonságaiban bekövetkezett változás mértékétől függ. Például sarlósejtes vérszegénységben csak egy aminosav cserélődik ki a fehérjében - a glutamin a valin. Ha a glutamint lizinnel helyettesítjük, akkor a fehérje tulajdonságai nem sokat változnak, vagyis mindkét aminosav hidrofil.

A pontmutáció lehet olyan, hogy az aminosavat kódoló kodon helyén egy stopkodon (UAG, UAA, UGA) jelenik meg, megszakítva (megszakítva) a transzlációt. azt nonszensz mutációk. Néha előfordulnak fordított szubsztitúciók, amikor a stopkodon helyett egy szensz kodon jelenik meg. Bármely ilyen génmutációval funkcionális fehérje már nem szintetizálható.

Frame Shift olvasása

A genetikai mutációk közé tartoznak a frameshift mutációk, amikor a génben lévő nukleotidpárok száma megváltozik. Ez lehet egy vagy több nukleotidpár elvesztése vagy beépülése a DNS-be. A kereteltolódás típusa szerinti génmutációk a legtöbbek. Leggyakrabban ismétlődő nukleotidszekvenciákban fordulnak elő.

A nukleotidpárok inszerciója vagy deléciója bizonyos vegyi anyagoknak való kitettség eredményeként következhet be, amelyek deformálják a DNS kettős hélixet.

A röntgensugárzás a nagyszámú nukleotidpárt tartalmazó hely elvesztéséhez, azaz deléciójához vezethet.

Nem ritkák az inszerciók, ha a nukleotidszekvenciában szerepelnek az ún mobil genetikai elemek ami megváltoztathatja a helyzetüket.

Az egyenlőtlen keresztezés génmutációkhoz vezet. Leggyakrabban a kromoszómák azon részein fordul elő, ahol ugyanannak a génnek több másolata található. Ebben az esetben a crossing over úgy történik, hogy egy hely deléciója az egyik kromoszómában történik. Ez a régió átkerül a homológ kromoszómába, amelyben a génrégió megkettőződése következik be.

Ha olyan számú nukleotid deléciója vagy inszerciója történik, amely nem a három többszöröse, akkor az olvasási keret eltolódik, és a genetikai kód fordítása gyakran értelmetlen. Ráadásul egy értelmetlen hármas is előfordulhat.

Ha az inszertált vagy elejtett nukleotidok száma háromszoros, akkor azt mondhatjuk, hogy az olvasási keret eltolódása nem következik be. Az ilyen gének transzlációja során azonban extra aminosavak jelennek meg, vagy jelentős aminosavak vesznek el a peptidláncban.

Inverzió egy génen belül

Ha egy DNS-szakasz inverziója egyetlen génen belül történik, akkor az ilyen mutációt génmutációnak nevezzük. A nagyobb régiók inverzióit kromoszómamutációknak nevezzük.

Az inverzió a DNS-szakasz 180-as fordulata miatt következik be. ° . Ez gyakran akkor fordul elő, amikor hurok képződik a DNS-molekulában. Visszahurkolt replikáció esetén a replikáció az ellenkező irányba megy. Ezután ezt a darabot összevarrják a DNS-szál többi részével, de kiderül, hogy megfordul.

Ha a szensz génben inverzió történik, akkor a peptid szintézise során egyes aminosavai fordított sorrendűek lesznek, ami befolyásolja a fehérje tulajdonságait.