Di conseguenza si verifica una mutazione genica. Mutazioni geniche: cause, esempi, classificazione

Variabilità- la capacità degli organismi viventi di acquisire nuove caratteristiche e proprietà. A causa della variabilità, gli organismi possono adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali.

Ci sono due principali forme di variabilità: ereditario e non ereditario.

ereditario, o genotipico, variabilità- cambiamenti nelle caratteristiche dell'organismo a causa di un cambiamento nel genotipo. A sua volta, è suddiviso in combinatorio e mutazionale. La variabilità combinativa si verifica a causa della ricombinazione di materiale ereditario (geni e cromosomi) durante la gametogenesi e la riproduzione sessuale. La variabilità mutazionale si verifica a seguito di cambiamenti nella struttura del materiale ereditario.

non ereditario, o fenotipico, o modifica, variabilità- cambiamenti nelle caratteristiche dell'organismo, non dovuti ad un cambiamento nel genotipo.

Mutazioni

Mutazioni- questi sono cambiamenti improvvisi persistenti nella struttura del materiale ereditario ai vari livelli della sua organizzazione, che portano a un cambiamento in alcuni segni dell'organismo.

Il termine "mutazione" è stato introdotto nella scienza da De Vries. Lui creò teoria della mutazione, le cui disposizioni principali non hanno perso il loro significato fino ad oggi.

1. Le mutazioni si verificano all'improvviso, all'improvviso, senza alcuna transizione.
2. Le mutazioni sono ereditarie, cioè costantemente tramandato di generazione in generazione.
3. Le mutazioni non formano serie continue, non sono raggruppate attorno a un tipo medio (come con la variabilità della modifica), sono cambiamenti qualitativi.
4. Le mutazioni non sono direzionali: qualsiasi locus può mutare, causando cambiamenti sia nei segni minori che in quelli vitali in qualsiasi direzione.
5. Le stesse mutazioni possono verificarsi ripetutamente.
6. Le mutazioni sono individuali, cioè si verificano nei singoli individui.

Il processo di mutazione è chiamato mutagenesi e lo sono i fattori ambientali che causano la comparsa delle mutazioni mutageni.

In base al tipo di cellule in cui si sono verificate le mutazioni, si distinguono: mutazioni generative e somatiche.

mutazioni generative sorgono nelle cellule germinali, non influenzano le caratteristiche di questo organismo, compaiono solo nella generazione successiva.

Mutazioni somatiche sorgono nelle cellule somatiche, compaiono in un dato organismo e non vengono trasmessi alla prole durante la riproduzione sessuale. Le mutazioni somatiche possono essere salvate solo dalla riproduzione asessuata (principalmente vegetativa).

Secondo il valore adattativo, ci sono: mutazioni benefiche, dannose (letali, semiletali) e neutre. Utile- aumentare la vitalità letale- causare la morte semiletale- ridurre la redditività neutro- non pregiudicano la vitalità degli individui. Va notato che la stessa mutazione può essere benefica in determinate condizioni e dannosa in altre.

Secondo la natura della manifestazione, le mutazioni possono essere dominante e recessivo. Se una mutazione dominante è dannosa, può causare la morte del suo proprietario nelle prime fasi dell'ontogenesi. Le mutazioni recessive non compaiono negli eterozigoti, pertanto rimangono a lungo nella popolazione in uno stato "latente" e formano una riserva di variabilità ereditaria. Quando le condizioni ambientali cambiano, i portatori di tali mutazioni possono ottenere un vantaggio nella lotta per l'esistenza.

A seconda che il mutageno che ha causato questa mutazione sia stato identificato o meno, ci sono indotto e spontaneo mutazioni. Di solito, le mutazioni spontanee si verificano naturalmente, mentre le mutazioni indotte sono causate artificialmente.

A seconda del livello di materiale ereditario su cui si è verificata la mutazione, ci sono: mutazioni genetiche, cromosomiche e genomiche.

Mutazioni geniche

Mutazioni geniche - cambiamenti nella struttura dei geni. Poiché un gene è una sezione di una molecola di DNA, una mutazione genica è un cambiamento nella composizione nucleotidica di questa sezione. Le mutazioni geniche possono verificarsi a seguito di: 1) sostituzione di uno o più nucleotidi con altri; 2) inserimento di nucleotidi; 3) perdita di nucleotidi; 4) raddoppio nucleotidico; 5) cambiamenti nell'ordine di alternanza dei nucleotidi. Queste mutazioni portano ad un cambiamento nella composizione amminoacidica della catena polipeptidica e, di conseguenza, ad un cambiamento attività funzionale molecola proteica. A causa di mutazioni genetiche, sorgono più alleli dello stesso gene.

Le malattie causate da mutazioni genetiche sono chiamate malattie genetiche (fenilchetonuria, anemia falciforme, emofilia, ecc.). L'eredità delle malattie genetiche obbedisce alle leggi di Mendel.

Mutazioni cromosomiche

Questi sono cambiamenti nella struttura dei cromosomi. I riarrangiamenti possono essere effettuati sia all'interno dello stesso cromosoma - mutazioni intracromosomiche (cancellazione, inversione, duplicazione, inserimento), sia tra cromosomi - mutazioni intercromosomiche (traslocazione).

cancellazione- perdita di un segmento cromosomico (2); inversione- rotazione di un segmento cromosomico di 180° (4, 5); duplicazione- raddoppio della stessa parte del cromosoma (3); inserimento— permutazione della sezione (6).

Mutazioni cromosomiche: 1 - paracromosomi; 2 - cancellazione; 3 - duplicazione; 4, 5 - inversione; 6 - inserimento.

Traslocazione- trasferimento di una sezione di un cromosoma o di un intero cromosoma ad un altro cromosoma.

Le malattie causate da mutazioni cromosomiche sono classificate come malattie cromosomiche. Tali malattie includono la sindrome del "grido di gatto" (46, 5p -), la variante di traslocazione della sindrome di Down (46, 21 t21 21), ecc.

Mutazione genomica chiamato cambiamento nel numero di cromosomi. Le mutazioni genomiche derivano dall'interruzione del normale decorso della mitosi o della meiosi.

aploidia- una diminuzione del numero di insiemi aploidi completi di cromosomi.

Poliploidia- un aumento del numero di insiemi aploidi completi di cromosomi: triploidi (3 n), tetraploidi (4 n) eccetera.

eteroploidia (aneuploidia) - aumento o diminuzione ripetuti del numero di cromosomi. Molto spesso, c'è una diminuzione o un aumento del numero di cromosomi di uno (meno spesso due o più).

La causa più probabile dell'eteroploidia è la non disgiunzione di qualsiasi coppia di cromosomi omologhi durante la meiosi in uno dei genitori. In questo caso, uno dei gameti risultanti contiene un cromosoma in meno e l'altro in più. La fusione di tali gameti con un normale gamete aploide durante la fecondazione porta alla formazione di uno zigote con meno o più cromosomi rispetto all'insieme diploide caratteristico di questa specie: nullosomia (2n - 2), monosomia (2n - 1), trisomia (2n + 1), tetrasomia (2n+ 2), ecc.

I diagrammi genetici seguenti mostrano che la nascita di un bambino con la sindrome di Klinefelter o la sindrome di Turner-Shereshevsky può essere spiegata dalla non disgiunzione dei cromosomi sessuali durante l'anafase 1 della meiosi nella madre o nel padre.

1) Non disgiunzione dei cromosomi sessuali durante la meiosi nella madre

R	♀46,XX		×	♂46,XY
Tipi di gameti	24.XX 24.0			23, X 23, Y
F	47,XXX trisomia sul cromosoma X	47,XXY sindrome Klinefelter		45,X0 La sindrome di Turner Shereshevsky	45, Y0 Morte zigoti

2) Non disgiunzione dei cromosomi sessuali durante la meiosi nel padre

R	♀46,XX	×	♂46,XY
Tipi di gameti	23 X		24, XY 22, 0
F	47,XXY sindrome Klinefelter		45,X0 La sindrome di Turner Shereshevsky

Anche le malattie causate da mutazioni genomiche appartengono alla categoria delle malattie cromosomiche. La loro eredità non obbedisce alle leggi di Mendel. Oltre alle suddette sindromi di Klinefelter o Turner-Shereshevsky, tali malattie includono la sindrome di Down (47, +21), Edwards (+18), Patau (47, +15).

poliplodia caratteristico delle piante. La produzione di poliploidi è ampiamente utilizzata nella riproduzione vegetale.

La legge della serie omologica della variabilità ereditaria N.I. Vavilov

“Specie e generi geneticamente vicini sono caratterizzati da serie simili di variabilità ereditaria con tale regolarità che, conoscendo il numero di forme all'interno di una specie, si può prevedere il ritrovamento di forme parallele in altre specie e generi. Il più vicino geneticamente situato sistema comune generi e specie, tanto più completa è la somiglianza nella serie della loro variabilità. Intere famiglie di piante sono generalmente caratterizzate da un certo ciclo di variabilità che attraversa tutti i generi e le specie che compongono la famiglia.

Questa legge può essere illustrata dall'esempio della famiglia Bluegrass, che comprende grano, segale, orzo, avena, miglio, ecc. Quindi, il colore nero della cariosside è stato trovato nella segale, nel grano, nell'orzo, nel mais e in altre piante, la forma allungata della cariosside è stata trovata in tutte le specie studiate della famiglia. La legge delle serie omologiche nella variabilità ereditaria ha permesso a N.I. Vavilov per trovare una serie di forme di segale precedentemente sconosciute in base alla presenza di questi tratti nel grano. Questi includono: spighe con tende e senza tende, granelli di colore rosso, bianco, nero e viola, grano farinoso e vitreo, ecc.

Variazione ereditaria dei tratti *			Segale	Grano	Orzo	avena	Miglio	sorgo	Mais	Riso	erba di grano
Mais	Colorazione	Nero	+	+	+	—	—	+	+	+	+
		viola	+	+	+	—	—	+	+	+	—
	Il modulo	arrotondato	+	+	+	+	+	+	+	+	+
		allungato	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Biol. segni	Stile di vita	Colture invernali	+	+	+	+				+
		Molla	+	+	+	+	+	+	+	+

* Nota. Il segno "+" indica la presenza di forme ereditarie con il tratto specificato.

Apri N.I. La legge di Vavilov è valida non solo per le piante, ma anche per gli animali. Quindi, l'albinismo si trova non solo in diversi gruppi di mammiferi, ma anche negli uccelli e in altri animali. Le dita corte si osservano negli esseri umani, bovini, pecore, cani, uccelli, mancanza di piume negli uccelli, squame nei pesci, lana nei mammiferi, ecc.

La legge della serie omologica della variabilità ereditaria è di grande importanza per la riproduzione, poiché consente di prevedere la presenza di forme non presenti in una data specie, ma caratteristiche di specie strettamente imparentate. Inoltre, la forma desiderata può essere trovata in natura o ottenuta mediante mutagenesi artificiale.

Ottenimento artificiale di mutazioni

In natura, la mutagenesi spontanea è costantemente in corso, ma le mutazioni spontanee sono un evento piuttosto raro, ad esempio nella Drosophila si forma una mutazione dell'occhio bianco con una frequenza di 1:100.000 gameti.

Vengono chiamati i fattori il cui impatto sul corpo porta alla comparsa di mutazioni mutageni. Generalmente, i mutageni sono divisi in tre gruppi. Per la produzione artificiale di mutazioni vengono utilizzati mutageni fisici e chimici.

La mutagenesi indotta è di grande importanza, poiché consente di creare prezioso materiale di partenza per la riproduzione e rivela anche modi per creare mezzi per proteggere l'uomo dall'azione di fattori mutageni.

Variabilità di modifica

Variabilità di modifica- si tratta di cambiamenti nelle caratteristiche degli organismi che non sono causati da cambiamenti nel genotipo e che si verificano sotto l'influenza di fattori ambiente esterno. L'habitat gioca un ruolo importante nella formazione delle caratteristiche degli organismi. Ogni organismo si sviluppa e vive in un determinato ambiente, sperimentando l'azione dei suoi fattori che possono modificare le proprietà morfologiche e fisiologiche degli organismi, ad es. il loro fenotipo.

Un esempio della variabilità dei tratti sotto l'influenza di fattori ambientali è la diversa forma delle foglie della punta di freccia: le foglie immerse nell'acqua sono a forma di nastro, le foglie che galleggiano sulla superficie dell'acqua sono rotonde e quelle nella l'aria è a forma di freccia. Sotto l'influenza dei raggi ultravioletti, le persone (se non sono albini) sviluppano un'abbronzatura a causa dell'accumulo di melanina nella pelle e in persone diverse l'intensità del colore della pelle è diversa.

La variabilità di modifica è caratterizzata dalle seguenti proprietà principali: 1) non ereditabilità; 2) la natura di gruppo dei cambiamenti (individui della stessa specie, posti nelle stesse condizioni, acquisiscono caratteristiche simili); 3) corrispondenza delle modifiche all'azione del fattore ambientale; 4) dipendenza dei limiti di variabilità dal genotipo.

Nonostante il fatto che sotto l'influenza delle condizioni ambientali i segni possano cambiare, questa variabilità non è illimitata. Ciò è spiegato dal fatto che il genotipo definisce i confini specifici entro i quali può verificarsi un cambiamento di tratto. Viene chiamato il grado di variazione di un tratto, o i limiti della variabilità di modifica velocità di reazione. La velocità di reazione è espressa nella totalità dei fenotipi di organismi che si formano sulla base di un certo genotipo sotto l'influenza di vari fattori ambientali. Di norma, i caratteri quantitativi (altezza della pianta, resa, dimensione delle foglie, produzione di latte vaccino, produzione di uova di gallina) hanno una velocità di reazione più ampia, ovvero possono variare ampiamente rispetto ai caratteri qualitativi (colore della lana, contenuto di grasso del latte, struttura del fiore, gruppo sanguigno). Conoscere la velocità di reazione è di grande importanza per la pratica dell'agricoltura.

La variabilità di modifica di molti tratti di piante, animali e esseri umani segue schemi generali. Questi modelli sono rivelati sulla base dell'analisi della manifestazione del tratto in un gruppo di individui ( n). Il grado di espressione del tratto studiato tra i membri del campione è diverso. Viene chiamato ogni valore specifico della caratteristica studiata opzione e indicato dalla lettera v. La frequenza di occorrenza delle singole varianti è indicata dalla lettera p. Quando si studia la variabilità di un tratto in una popolazione campione, viene compilata una serie di variazioni in cui gli individui sono disposti in ordine crescente rispetto all'indicatore del tratto in studio.

Ad esempio, se prendiamo 100 spighe di grano ( n= 100), conta il numero di spighette in un orecchio ( v) e il numero di spighette con un determinato numero di spighette, la serie di variazioni sarà simile a questa.

Opzione ( v)	14	15	16	17	18	19	20
Frequenza di occorrenza ( p)	2	7	22	32	24	8	5

Sulla base della serie di variazioni, curva di variazione- visualizzazione grafica della frequenza di occorrenza di ciascuna opzione.

Il valore medio di un tratto si verifica più spesso e le variazioni che differiscono in modo significativo da esso sono meno comuni. È chiamato "distribuzione normale". La curva sul grafico è generalmente simmetrica.

Il valore medio della caratteristica è calcolato dalla formula:

dove M- il valore medio del segno; ∑( v

In base alle cause di insorgenza, si distinguono le mutazioni spontanee e indotte.

Mutazioni spontanee (spontanee). si verificano senza una ragione apparente. Queste mutazioni sono talvolta denominate tre errori P: processi Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA . Ciò significa che il processo di insorgenza di nuove mutazioni è sotto il controllo genetico dell'organismo. Ad esempio, sono note mutazioni che aumentano o diminuiscono la frequenza di altre mutazioni; quindi, ci sono geni mutatori e geni antimutatori.

Allo stesso tempo, la frequenza delle mutazioni spontanee dipende anche dallo stato della cellula (organismo). Ad esempio, in condizioni di stress, la frequenza delle mutazioni può aumentare.

mutazioni indotte sorgere sotto l'influenza mutageni .

I mutageni sono una varietà di fattori che aumentano la frequenza delle mutazioni.

Per la prima volta, le mutazioni indotte sono state ottenute dai genetisti domestici G.A. Nadson e G.S. Filippov nel 1925 quando il lievito fu irradiato con radiazioni di radio.

Esistono diverse classi di mutageni:

– Mutageni fisici: radiazioni ionizzanti, radiazioni termiche, radiazioni ultraviolette.

– Mutageni chimici: analoghi delle basi azotate (es. 5-bromouracile), aldeidi, nitriti, agenti metilanti, idrossilammina, ioni di metalli pesanti, alcuni farmaci e prodotti fitosanitari.

– Mutageni biologici: DNA puro, virus, vaccini antivirali.

– Automutageni– prodotti metabolici intermedi (intermedi). Ad esempio, l'alcol etilico di per sé non è un mutageno. Tuttavia, nel corpo umano, viene ossidato in acetaldeide e questa sostanza è già un mutageno.

Domanda numero 21.

(Mutazioni cromosomiche, loro classificazione: delezioni e duplicazioni, inversioni, traslocazioni. Ragioni e meccanismi occorrenza. Significato nello sviluppo delle condizioni patologiche umane)

Con cromosomico le mutazioni si verificano importanti riarrangiamenti della struttura dei singoli cromosomi. In questo caso, si verifica una perdita (cancellazione) o un raddoppio di una parte (duplicazione) del materiale genetico di uno o più cromosomi, un cambiamento nell'orientamento dei segmenti cromosomici nei singoli cromosomi (inversione), nonché il trasferimento di parte del materiale genetico da un cromosoma all'altro (traslocazione) (caso estremo - unificazione di interi cromosomi

I cambiamenti nella struttura del cromosoma, di regola, si basano sulla violazione iniziale della sua integrità - rotture, che sono accompagnate da vari riarrangiamenti chiamati mutazioni cromosomiche.

Le rotture cromosomiche si verificano naturalmente nel corso dell'attraversamento, quando sono accompagnate dallo scambio di regioni corrispondenti tra omologhi. La violazione dell'incrocio, in cui i cromosomi si scambiano materiale genetico ineguale, porta all'emergere di nuovi gruppi di collegamento, in cui le singole sezioni cadono - divisione - o raddoppiando - duplicazioni. Con tali riarrangiamenti, il numero di geni nel gruppo di collegamento cambia.

Le rotture cromosomiche possono verificarsi anche sotto l'influenza di vari fattori mutageni, principalmente fisici (ionizzanti e altri tipi di radiazioni), alcuni composti chimici e virus.

La violazione dell'integrità del cromosoma può essere accompagnata da una rotazione della sua sezione, situata tra due interruzioni, di 180 ° - inversione. A seconda che quest'area includa o meno la regione del centromero, ci sono pericentrico e inversioni paracentriche.

Un frammento di un cromosoma separato da esso durante una pausa può essere perso da una cellula durante la successiva mitosi se non ha un centromero. Più spesso, un tale frammento è attaccato a uno dei cromosomi - traslocazione.È possibile allegare un frammento al proprio cromosoma, ma in un nuovo posto - trasposizione. Pertanto, vari tipi di inversioni e traslocazioni sono caratterizzati da un cambiamento nella localizzazione dei geni.

Pertanto, i cambiamenti nell'organizzazione cromosomica, che molto spesso hanno un effetto negativo sulla vitalità della cellula e dell'organismo, con una certa probabilità possono essere promettenti, essere ereditati in un certo numero di generazioni di cellule e organismi e creare prerequisiti per l'evoluzione di l'organizzazione cromosomica del materiale ereditario.

Domanda numero 22.

(Mutazioni genomiche: classificazione, cause, meccanismi. Ruolo nell'insorgenza di sindromi cromosomiche. meccanismi anti-mutazione).

Genomica: - poliploidizzazione un cambiamento nel numero di cromosomi che non è un multiplo dell'insieme aploide. A seconda dell'origine dei set cromosomici, gli allopoliploidi si distinguono tra i poliploidi, che hanno set di cromosomi ottenuti per ibridazione da tipi diversi e autopoliploidi, in cui vi è un aumento del numero di insiemi di cromosomi del proprio genoma

Le mutazioni genomiche includono aploidia, poliploidia e aneuploidia.

L'aneuploidia è un cambiamento nel numero di singoli cromosomi: l'assenza (monosomia) o la presenza di cromosomi aggiuntivi (trisomia, tetrasomia, in generale polisomia), ad es. set cromosomico sbilanciato. Le cellule con un numero alterato di cromosomi appaiono come risultato di disturbi nel processo di mitosi o meiosi, e quindi distinguono tra mitotico e meiotico.

Cause delle mutazioni

Le mutazioni si dividono in spontanee e indotte. Le mutazioni spontanee si verificano spontaneamente per tutta la vita di un organismo in condizioni ambientali normali con una frequenza di circa - per nucleotide per generazione cellulare.

Le mutazioni indotte sono chiamate modificazioni ereditarie nel genoma risultanti da determinati effetti mutageni in condizioni artificiali (sperimentali) o sotto influenze ambientali avverse.

Le mutazioni appaiono costantemente nel corso dei processi che si verificano in una cellula vivente. I principali processi che portano al verificarsi di mutazioni sono la replicazione del DNA, la riparazione alterata del DNA e la ricombinazione genetica.

Associazione delle mutazioni con la replicazione del DNA

Molti cambiamenti chimici spontanei nei nucleotidi portano a mutazioni che si verificano durante la replicazione. Ad esempio, a causa della deaminazione della citosina, l'uracile può essere incluso nella catena del DNA opposta (si forma una coppia U-G invece della coppia canonica CG). Durante la replicazione del DNA di fronte all'uracile, l'adenina è inclusa nella nuova catena, si forma una coppia UA e durante la replica successiva viene sostituita da una coppia TA, cioè si verifica una transizione (una sostituzione puntuale della pirimidina con un'altra pirimidina o purina con un'altra purina).

Associazione delle mutazioni con la ricombinazione del DNA

Tra i processi associati alla ricombinazione, l'attraversamento ineguale il più delle volte porta a mutazioni. Di solito si verifica quando sul cromosoma sono presenti diverse copie duplicate del gene originale che conservano una sequenza nucleotidica simile. Come risultato dell'incrocio ineguale, si verifica una duplicazione in uno dei cromosomi ricombinanti e nell'altro si verifica una cancellazione.

Associazione delle mutazioni con la riparazione del DNA

Il danno spontaneo al DNA è abbastanza comune e tali eventi si verificano in ogni cellula. Per eliminare le conseguenze di tale danno, esistono meccanismi di riparazione speciali (ad esempio, viene tagliato un segmento di DNA errato e quello originale viene ripristinato in questo luogo). Le mutazioni si verificano solo quando il meccanismo di riparazione per qualche motivo non funziona o non è in grado di far fronte all'eliminazione del danno. Le mutazioni che si verificano nei geni che codificano per le proteine ​​responsabili della riparazione possono portare a un aumento multiplo (effetto mutatore) oa una diminuzione (effetto antimutatore) del tasso di mutazione di altri geni. Pertanto, le mutazioni nei geni di molti enzimi del sistema di riparazione dell'escissione portano a un forte aumento della frequenza delle mutazioni somatiche nell'uomo e questo, a sua volta, porta allo sviluppo di xeroderma pigmentato e tumori maligni del tegumento.

Classificazioni delle mutazioni

Esistono diverse classificazioni delle mutazioni in base a vari criteri. Möller ha proposto di dividere le mutazioni in base alla natura del cambiamento nel funzionamento del gene in ipomorfe (gli alleli alterati agiscono nella stessa direzione degli alleli wild-type; viene sintetizzato solo un prodotto proteico inferiore), amorfe (la mutazione sembra un completo perdita della funzione genica, ad esempio, la mutazione bianca in Drosophila), antimorfico (il tratto mutante cambia, ad esempio, il colore del chicco di mais cambia da viola a marrone) e neomorfico.

Nella moderna letteratura educativa viene utilizzata anche una classificazione più formale, basata sulla natura dei cambiamenti nella struttura dei singoli geni, cromosomi e nel genoma nel suo insieme. All'interno di questa classificazione si distinguono i seguenti tipi di mutazioni:

genomico;

cromosomico;

Genomica: - la poliploidizzazione è un cambiamento nel numero di cromosomi che non è un multiplo dell'insieme aploide. A seconda dell'origine dei set cromosomici, tra i poliploidi si distinguono gli allopoliploidi, che hanno insiemi di cromosomi ottenuti per ibridazione da specie diverse, e gli autopoliploidi, in cui vi è un aumento del numero di set di cromosomi del proprio genoma.

Con le mutazioni cromosomiche, si verificano importanti riarrangiamenti della struttura dei singoli cromosomi. In questo caso, si verifica una perdita (cancellazione) o un raddoppio di una parte (duplicazione) del materiale genetico di uno o più cromosomi, un cambiamento nell'orientamento dei segmenti cromosomici nei singoli cromosomi (inversione), nonché il trasferimento di parte del materiale genetico da un cromosoma all'altro (traslocazione) (caso estremo - combinazione di interi cromosomi.

A livello genico, i cambiamenti nella struttura primaria del DNA dei geni sotto l'influenza delle mutazioni sono meno significativi rispetto alle mutazioni cromosomiche, ma le mutazioni genetiche sono più comuni. Come risultato di mutazioni geniche, sostituzioni, delezioni e inserzioni di uno o più nucleotidi, si verificano traslocazioni, duplicazioni e inversioni. varie parti gene. Nel caso in cui un solo nucleotide cambia sotto l'influenza di una mutazione, si parla di mutazioni puntiformi.

I meccanismi di antimutazione garantiscono il rilevamento, l'eliminazione o la soppressione dell'attività degli oncogeni. I meccanismi di antimutazione sono implementati con la partecipazione di oncosoppressori e sistemi di riparazione del DNA.

Domanda numero 23.

(L'uomo come oggetto di ricerca genetica. Metodo citogenetico: il suo significato per la diagnosi delle sindromi cromosomiche. Regole per la compilazione degli idiogrammi persone sane. Idigrammi per sindromi cromosomiche (autosomiche e gonosomiche). esempi)

L'uomo come oggetto di ricerca genetica. Antropogenetica, il suo posto nel sistema delle scienze umane, i principali marcatori genetici dell'etnogenetica. Malattie ereditarie come parte della variabilità ereditaria generale di una persona.

Una persona, come oggetto di ricerca genetica, è difficile:

Il metodo ibrido non può essere accettato.

Lento cambio generazionale.

Piccolo numero di bambini.

Un gran numero di cromosomi

La genetica umana è una branca speciale della genetica che studia le caratteristiche dell'ereditarietà dei tratti negli esseri umani, malattie ereditarie(genetica medica), la struttura genetica delle popolazioni umane. La genetica umana lo è base teorica medicina moderna e sanità moderna.

È ormai fermamente stabilito che le leggi della genetica sono universali.

Tuttavia, poiché una persona non è solo un essere biologico, ma anche sociale, la genetica umana differisce dalla genetica della maggior parte degli organismi in diversi modi:

- per lo studio dell'eredità umana, l'analisi ibrida (metodo dell'incrocio) non è applicabile; pertanto, vengono utilizzati metodi specifici per l'analisi genetica: genealogica (metodo di analisi del pedigree), gemellare, nonché citogenetica, biochimica, di popolazione e alcuni altri;

- una persona è caratterizzata da segni sociali che non si trovano in altri organismi, ad esempio temperamento, sistemi di comunicazione complessi basati sulla parola, nonché abilità matematiche, visive, musicali e di altro tipo;

- grazie al sostegno pubblico, è possibile la sopravvivenza e l'esistenza di persone con evidenti deviazioni dalla norma (in natura tali organismi non sono vitali).

La genetica umana studia le caratteristiche dell'ereditarietà dei tratti nell'uomo, le malattie ereditarie (genetica medica), la struttura genetica delle popolazioni umane. La genetica umana è la base teorica della medicina moderna e della sanità moderna. Se ne conoscono diverse migliaia malattie genetiche, che dipendono quasi al 100% dal genotipo dell'individuo. I più terribili includono: fibrosi acida del pancreas, fenilchetonuria, galattosemia, varie forme di cretinismo, emoglobinopatie, nonché sindromi di Down, Turner, Klinefelter. Inoltre, ci sono malattie che dipendono sia dal genotipo che dall'ambiente: malattia ischemica, diabete, malattie reumatoidi, ulcere peptiche dello stomaco e del duodeno, molte malattie oncologiche, schizofrenia e altre malattie mentali.

I compiti della genetica medica sono identificare tempestivamente i portatori di queste malattie tra i genitori, identificare i bambini malati e sviluppare raccomandazioni per il loro trattamento. Un ruolo importante nella prevenzione delle malattie geneticamente determinate è svolto dalle consultazioni mediche genetiche e dalla diagnostica prenatale (ovvero l'individuazione di malattie su fasi iniziali sviluppo del corpo).

Esistono sezioni speciali di genetica umana applicata (genetica ambientale, farmacogenetica, tossicologia genetica) che studiano i fondamenti genetici dell'assistenza sanitaria. Quando si sviluppano farmaci, quando si studia la risposta del corpo agli effetti di fattori avversi, è necessario tenere conto di come caratteristiche individuali persone e caratteristiche delle popolazioni umane.

Le malattie ereditarie sono malattie causate da disturbi nell'apparato genetico (ereditario) delle cellule germinali. Le malattie ereditarie sono causate da mutazioni (vedi Variabilità) che si verificano nell'apparato cromosomico della cellula germinale di uno dei genitori o in antenati più lontani

Domanda numero 24.

(Un metodo biochimico per lo studio della genetica umana; il suo significato per la diagnosi delle malattie metaboliche ereditarie. Il ruolo delle modificazioni trascrizionali, post-trascrizionali e post-traduzionali nella regolazione del metabolismo cellulare. Esempi).

A differenza del metodo citogenetico, che consente di studiare la struttura dei cromosomi e del cariotipo in condizioni normali e di diagnosticare malattie ereditarie associate a cambiamenti nel loro numero e organizzazione, le malattie ereditarie causate da mutazioni geniche, nonché il polimorfismo nei normali prodotti genici primari, vengono studiate utilizzando metodi biochimici.

I difetti degli enzimi sono determinati determinando il contenuto nel sangue e nelle urine dei prodotti metabolici risultanti dal funzionamento di questa proteina. La carenza del prodotto finale, accompagnata dall'accumulo di prodotti intermedi e sottoprodotti di un metabolismo alterato, indica un difetto nell'enzima o la sua carenza nel corpo.

La diagnosi biochimica dei disordini metabolici ereditari viene effettuata in due fasi.

Nella prima fase vengono selezionati casi presunti di malattie, nella seconda fase viene chiarita la diagnosi della malattia con metodi più accurati e complessi. L'utilizzo di studi biochimici per la diagnosi di malattie nel periodo prenatale o subito dopo la nascita consente di rilevare tempestivamente la patologia e di avviare misure mediche specifiche, come ad esempio nel caso della fenilchetonuria.

Per determinare il contenuto nel sangue, nelle urine o nel liquido amniotico di intermedi, sottoprodotti e prodotti finali del metabolismo, oltre alle reazioni qualitative con reagenti specifici per determinate sostanze, vengono utilizzati metodi cromatografici per lo studio di amminoacidi e altri composti.

I fattori di trascrizione sono proteine ​​che interagiscono con determinati siti regolatori e accelerano o rallentano il processo di trascrizione. Il rapporto tra parti informative e non informative nei trascrittoni eucariotici è in media 1:9 (nei procarioti 9:1).I trascrittori vicini possono essere separati l'uno dall'altro da regioni di DNA non trascritte. La divisione del DNA in molti trascrittoni consente la lettura individuale (trascrizione) di geni diversi con attività diversa.

In ogni trascrizione viene trascritto solo uno dei due filamenti di DNA, che è chiamato stampo, il secondo, complementare ad esso, è chiamato filamento codificante. La sintesi della catena dell'RNA va dall'estremità 5" alla 3", mentre la catena del DNA stampo è sempre antiparallela all'acido nucleico sintetizzato

Modifiche post-trascrizionali del trascritto del tRNA primario (elaborazione del tRNA)

La trascrizione primaria del tRNA contiene circa 100 nucleotidi e, dopo l'elaborazione, 70-90 residui di nucleotidi. Le modifiche post-trascrizionali dei trascritti di tRNA primari si verificano con la partecipazione di RNasi (ribonucleasi). Pertanto, la formazione dell'estremità 3' del tRNA è catalizzata dalla RNasi, che è una 3'-esonucleasi che "taglia" un nucleotide fino a raggiungere la sequenza -CCA, che è la stessa per tutti i tRNA. Per alcuni tRNA, la formazione della sequenza -CCA all'estremità 3" (estremità accettore) avviene come risultato dell'aggiunta sequenziale di questi tre nucleotidi. Il pre-tRNA contiene un solo introne, costituito da 14-16 nucleotidi. Rimozione di l'introne e lo splicing portano alla formazione di una struttura chiamata "anticodone", - una tripletta di nucleotidi che assicura l'interazione del tRNA con il codone complementare dell'mRNA durante la sintesi proteica

Modifiche post-trascrizionali (elaborazione) del trascritto primario rRNA. Formazione di ribosomi

Le cellule umane contengono circa un centinaio di copie del gene rRNA, localizzato in gruppi su cinque cromosomi. I geni dell'rRNA vengono trascritti dalla RNA polimerasi I per produrre trascrizioni identiche. I trascritti primari sono lunghi circa 13.000 residui nucleotidici (45S rRNA). Prima di lasciare il nucleo come parte di una particella ribosomiale, la molecola di 45 S rRNA subisce un'elaborazione, con conseguente formazione di 28S rRNA (circa 5000 nucleotidi), 18S rRNA (circa 2000 nucleotidi) e 5,88 rRNA (circa 160 nucleotidi), che sono componenti ribosomi (Figura 4-35). Il resto della trascrizione è degradato nel nucleo.

Domanda numero 25.

(Metodo genealogico della genetica umana. Regole di base per la compilazione e l'analisi degli schemi genealogici (sull'esempio del proprio schema genealogico familiare). Il valore del metodo nello studio dei modelli di ereditarietà dei tratti).

La base di questo metodo è la compilazione e l'analisi dei pedigree. Questo metodo è ampiamente utilizzato dall'antichità ai giorni nostri nell'allevamento di cavalli, nella selezione di pregiate linee di bovini e suini, nell'ottenimento di cani di razza e nell'allevamento di nuove razze di animali da pelliccia. Le genealogie umane sono state compilate nel corso di molti secoli in relazione alle famiglie regnanti in Europa e in Asia.

Quando si compilano i pedigree, la fonte è una persona - un probando, il cui pedigree è in fase di studio. Di solito questo è un paziente o un portatore di un certo tratto, la cui eredità deve essere studiata. Nella compilazione delle tavole genealogiche vengono utilizzati i simboli proposti da G. Yust nel 1931 (Fig. 6.24). Le generazioni sono denotate da numeri romani, individui in una data generazione - ar

Simboli nella preparazione dei pedigree (secondo G. Yust)

Con l'aiuto del metodo genealogico, è possibile stabilire la condizionalità ereditaria del tratto studiato, nonché il tipo della sua eredità (autosomica dominante, autosomica recessiva, legata all'X dominante o recessiva, legata all'Y). Quando si analizzano i pedigree per diversi tratti, è possibile rivelare la natura collegata della loro eredità, che viene utilizzata durante la compilazione di mappe cromosomiche. Questo metodo consente di studiare l'intensità del processo di mutazione, di valutare l'espressività e la penetranza dell'allele. È ampiamente utilizzato nella consulenza genetica medica per prevedere la prole. Tuttavia, va notato che l'analisi genealogica diventa molto più complicata quando le famiglie hanno pochi figli.

Pedigree a trasmissione autosomica dominante. Il tipo di eredità autosomica è generalmente caratterizzato da un'uguale probabilità di occorrenza di questo tratto sia negli uomini che nelle donne. Ciò è dovuto alla stessa doppia dose di geni situati negli autosomi di tutti i rappresentanti della specie e ricevuti da entrambi i genitori e alla dipendenza del tratto in via di sviluppo dalla natura dell'interazione dei geni allelici.

Se viene analizzato un tratto che non influisce sulla vitalità dell'organismo, i portatori del tratto dominante possono essere sia omo che eterozigoti. Nel caso di eredità dominante di alcuni segno patologico(malattie) gli omozigoti, di regola, non sono vitali e i portatori di questo tratto sono eterozigoti.

Pertanto, con ereditarietà autosomica dominante, il tratto può verificarsi allo stesso modo negli uomini e nelle donne e può essere rintracciato con un numero sufficiente di discendenti in ogni generazione lungo la verticale. La prima descrizione di un pedigree con ereditarietà autosomica dominante di un'anomalia nell'uomo risale al 1905. Traccia la trasmissione in un certo numero di generazioni di brachidattilia (dita corte).

Pedigree a trasmissione autosomica recessiva. I tratti recessivi compaiono fenotipicamente solo negli omozigoti per gli alleli recessivi. Questi tratti, di regola, si trovano nella progenie di genitori fenotipicamente normali, portatori di alleli recessivi. La probabilità di insorgenza di prole recessiva in questo caso è del 25%. Se uno dei genitori ha un carattere recessivo, la probabilità che si manifesti nella prole dipenderà dal genotipo dell'altro genitore. Tutti i figli di genitori recessivi erediteranno il corrispondente tratto recessivo.

Per i pedigree con un tipo di eredità autosomica recessiva, è caratteristico che il tratto non appaia in ogni generazione. Molto spesso, la progenie recessiva appare nei genitori con un tratto dominante e la probabilità di tale prole appare nei matrimoni strettamente correlati, in cui entrambi i genitori possono essere portatori dello stesso allele recessivo ottenuto da un antenato comune. Un esempio di eredità autosomica recessiva è il pedigree di una famiglia con miopatia progressiva pseudoipertrofica, in cui sono frequenti i matrimoni consanguinei.

Pedigree con eredità legata all'X dominante di un tratto. I geni situati sul cromosoma X e privi di alleli sul cromosoma Y sono presenti nei genotipi di uomini e donne in dosi diverse. Una donna riceve i suoi due cromosomi X ei geni corrispondenti sia dal padre che dalla madre, mentre un uomo eredita il suo unico cromosoma X solo dalla madre. Lo sviluppo del tratto corrispondente negli uomini è determinato da un singolo allele presente nel suo genotipo, mentre nelle donne è il risultato dell'interazione di due geni allelici. A questo proposito, i tratti ereditati secondo il tipo legato all'X si ritrovano nella popolazione con diversa probabilità nei maschi e nelle femmine.

Con l'eredità legata all'X dominante, il tratto è più comune nelle donne a causa della loro maggiore capacità di ricevere l'allele corrispondente dal padre o dalla madre. Gli uomini possono ereditare questo tratto solo dalla madre. Le donne con un tratto dominante lo trasmettono in egual modo alle loro figlie e ai loro figli, mentre gli uomini lo trasmettono solo alle loro figlie. I figli non ereditano mai un tratto dominante legato all'X dai loro padri.

Un esempio di questo tipo di eredità è il pedigree descritto nel 1925 con cheratosi follicolare, una malattia della pelle accompagnata dalla perdita di ciglia, sopracciglia e capelli sulla testa.

Pedigree con ereditarietà recessiva legata all'X dei tratti. Una caratteristica dei pedigree con questo tipo di eredità è la manifestazione predominante del tratto negli uomini emizigoti che lo ereditano da madri con un fenotipo dominante, che sono portatrici dell'allele recessivo. Di norma, il tratto viene ereditato dagli uomini attraverso la generazione dal nonno materno al nipote. Nelle donne, si manifesta solo nello stato omozigote, la cui probabilità aumenta con i matrimoni strettamente correlati.

L'esempio più famoso di ereditarietà recessiva legata all'X è l'emofilia Un altro esempio di questo tipo di ereditarietà è il daltonismo, una certa forma di disturbo della percezione del colore.

Pedigree in eredità legata a Y. La presenza del cromosoma Y solo nei maschi spiega le peculiarità dell'eredità legata all'Y, o olandese, del tratto, che si trova solo negli uomini e si trasmette attraverso la linea maschile di generazione in generazione di padre in figlio.

Un tratto la cui eredità legata all'Y negli esseri umani è ancora dibattuta è l'ipertricosi del padiglione auricolare, o la presenza di peli sul bordo esterno del padiglione auricolare.

Domanda numero 26.

(Metodi di genetica umana: popolazione-statistica; dermatoglifico (sull'esempio dell'analisi del proprio dermatoglifo), genetica delle cellule somatiche, studio del DNA; loro ruolo nello studio della patologia ereditaria umana).

Con l'aiuto del metodo statistico della popolazione, i tratti ereditari vengono studiati in ampi gruppi di popolazione, in una o più generazioni. Un punto essenziale quando si utilizza questo metodo è l'elaborazione statistica dei dati ottenuti. Usando questo metodo, è possibile calcolare la frequenza di occorrenza in una popolazione di vari alleli di un gene e diversi genotipi per questi alleli, per scoprire la distribuzione di vari tratti ereditari in esso, comprese le malattie. Consente di studiare il processo di mutazione, il ruolo dell'ereditarietà e dell'ambiente nella formazione del polimorfismo fenotipico umano secondo segni normali, così come nell'insorgenza di malattie, soprattutto con predisposizione ereditaria. Questo metodo viene utilizzato anche per determinare il valore fattori genetici nell'antropogenesi, in particolare nella formazione razziale.

Durante l'elaborazione statistica del materiale ottenuto durante l'esame di un gruppo di popolazione secondo il tratto di interesse per il ricercatore, la base per chiarire la struttura genetica della popolazione è la legge dell'equilibrio genetico di Hardy-Weinberg. Riflette il modello secondo il quale, in determinate condizioni, il rapporto tra alleli e genotipi genici nel pool genico di una popolazione rimane invariato in un certo numero di generazioni di questa popolazione. Sulla base di questa legge, disponendo di dati sulla frequenza di occorrenza in una popolazione di fenotipo recessivo con genotipo omozigote (aa), è possibile calcolare la frequenza di occorrenza dell'allele indicato (a) nel pool genico di un dato generazione. Estendendo queste informazioni alle generazioni successive, è possibile prevedere la frequenza di insorgenza in esse di persone con un tratto recessivo, nonché portatori eterozigoti dell'allele recessivo.

L'espressione matematica della legge di Hardy-Weinberg è la formula (pA. + qa)2, dove p e q sono le frequenze di occorrenza degli alleli A e a del gene corrispondente. La divulgazione di questa formula consente di calcolare la frequenza di occorrenza di persone con genotipi diversi e, prima di tutto, eterozigoti - portatori dell'allele recessivo nascosto: p2AA + 2pqAa + q2aa. Ad esempio, l'albinismo è causato dall'assenza di un enzima coinvolto nella formazione del pigmento melaninico ed è un tratto recessivo ereditario. La frequenza di occorrenza nella popolazione albina (aa) è 1:20.000, quindi q2 = 1/20.000, quindi q = 1/141, up = 140/141. Secondo la formula della legge di Hardy-Weinberg, la frequenza di occorrenza degli eterozigoti = 2pq, cioè corrisponde a 2 x (1/141) x (140/141) = 280/20000 = 1/70. Ciò significa che in questa popolazione i portatori eterozigoti dell'allele albinismo si verificano con una frequenza di una persona su 70.

Analisi della frequenza segni diversi in una popolazione, se rispettano la legge di Hardy-Weinberg, ci permette di affermare che i tratti sono dovuti a diversi alleli di un gene.Nel caso in cui un gene nel pool genetico di una popolazione sia rappresentato da più alleli, ad esempio, il gene del gruppo sanguigno ABO, il rapporto tra i diversi genotipi è espresso dalla formula (pIA + qIB + rI0) 2.

Al momento, è stata stabilita la condizionalità ereditaria dei modelli cutanei, sebbene la natura dell'ereditarietà non sia stata completamente chiarita. Probabilmente, questo tratto è ereditato dal tipo poligenico. La natura del dito e dei modelli palmari del corpo è fortemente influenzata dalla madre attraverso il meccanismo dell'ereditarietà citoplasmatica.

Gli studi dermatoglifici sono importanti per identificare la zigosità dei gemelli. Si ritiene che se su 10 paia di dita omologhe almeno 7 hanno modelli simili, ciò indica monozigoticità. La somiglianza degli schemi di sole 4-5 dita testimonia a favore dei gemelli fraterni.

Lo studio delle persone con malattie cromosomiche ha rivelato in esse cambiamenti specifici non solo nei modelli delle dita e dei palmi delle mani, ma anche nella natura dei principali solchi flessori sulla pelle dei palmi. Cambiamenti caratteristici di questi parametri si osservano nella sindrome di Down, nella sindrome di Klinefelter, nella sindrome di Shereshevsky-Turner, che consente l'uso di dermatoglifici e palmoscopia nella diagnosi di queste malattie. Specifici cambiamenti dermatoglifici sono determinati anche in alcune aberrazioni cromosomiche, ad esempio nella sindrome del "grido di gatto". Meno studiati sono i cambiamenti dermatoglifici nelle malattie genetiche. Tuttavia, deviazioni specifiche di questi parametri sono descritte nella schizofrenia, nella miastenia grave e nella leucemia linfoide.

Questi metodi sono utilizzati anche per stabilire la paternità. Sono descritti più dettagliatamente nella letteratura specializzata.

Domanda numero 27.

(Il concetto di malattie ereditarie: malattie umane monogeniche, cromosomiche e multifattoriali, il meccanismo della loro insorgenza e manifestazione. Esempi).

Monogenico Questo tipo di eredità è chiamato quando un tratto ereditario è controllato da un gene.

Le malattie monogeniche sono classificate in base al tipo di eredità:
autosomica dominante (ovvero, se almeno uno dei genitori è malato, il bambino sarà malato), ad esempio
- Sindrome di Marfan, neurofibromatosi, acondroplasia
- autosomica recessiva (un bambino può ammalarsi se entrambi i genitori sono portatori di questa malattia, o un genitore è malato e il secondo è portatore di mutazioni genetiche che lo causano
patologia)
- fibrosi cistica, mioatrofia spinale.
La grande attenzione a questo gruppo di malattie è anche dovuta al fatto che, come si è scoperto, il loro numero è molto più alto di quanto si pensasse. Tutte le malattie hanno una prevalenza completamente diversa, che può variare a seconda sia della geografia che della nazionalità, ad esempio, la corea di Huntington si verifica in 1 europeo su 20.000 e non si verifica quasi mai in Giappone, la malattia di Tay-Sachs è caratteristica degli ebrei ashkenaziti ed è estremamente rara in altri popoli.
In Russia, le malattie ereditarie monogeniche più comuni sono la fibrosi cistica (1/12.000 neonati), il gruppo della mioatrofia (1/10.000 neonati), l'emofilia A (1/5.000 neonati maschi).
Naturalmente, molte malattie monogeniche sono state identificate da molto tempo e sono ben note ai genetisti medici.

A cromosomico includono malattie causate da mutazioni genomiche o cambiamenti strutturali singoli cromosomi. Le malattie cromosomiche derivano da mutazioni nelle cellule germinali di uno dei genitori. Non più del 3-5% di essi viene tramandato di generazione in generazione. Le anomalie cromosomiche sono responsabili di circa il 50% degli aborti spontanei e del 7% di tutti i nati morti.

Tutte le malattie cromosomiche sono generalmente divise in due gruppi: anomalie nel numero di cromosomi e violazioni della struttura dei cromosomi.

Malattie causate da una violazione del numero di cromosomi autosomi (non sessuali).

Sindrome di Down - trisomia sul cromosoma 21, i segni includono: demenza, ritardo della crescita, aspetto caratteristico, alterazioni dei dermatoglifici;

Sindrome di Patau - trisomia sul cromosoma 13, caratterizzata da malformazioni multiple, idiozia, spesso - polidattilia, violazioni della struttura degli organi genitali, sordità; quasi tutti i pazienti non vivono fino a un anno;

Sindrome di Edwards - trisomia sul cromosoma 18, mascella inferiore e l'apertura della bocca è piccola, le fessure palpebrali sono strette e corte, i padiglioni auricolari sono deformati; Il 60% dei bambini muore prima dei 3 mesi, solo il 10% vive fino a un anno, la causa principale è l'arresto respiratorio e l'interruzione del cuore.

Malattie associate a una violazione del numero di cromosomi sessuali

Sindrome di Shereshevsky-Turner - l'assenza di un cromosoma X nelle donne (45 XO) a causa di una violazione della divergenza dei cromosomi sessuali; i segni includono bassa statura, infantilismo sessuale e infertilità, vari disturbi somatici (micrognazia, collo corto e così via.);

polisomia sul cromosoma X - include trisomia (carioti 47, XXX), tetrasomia (48, XXXX), pentasomia (49, XXXXX), c'è una leggera diminuzione dell'intelligenza, una maggiore probabilità di sviluppare psicosi e schizofrenia con un tipo sfavorevole di corso;

polisomia sul cromosoma Y - come la polisomia sul cromosoma X, include trisomia (carioti 47, XYY), tetrasomia (48, XYYY), pentasomia (49, XYYYY), manifestazioni cliniche simile anche alla polisomia del cromosoma X;

Sindrome di Klinefelter - polisomia sui cromosomi X e Y nei ragazzi (47, XXY; 48, XXYY, ecc.), segni: tipo di corpo eunucoide, ginecomastia, debole crescita dei peli sul viso, sotto le ascelle e sul pube, sessuale infantilismo, infertilità; lo sviluppo mentale è in ritardo, ma a volte l'intelligenza è normale.

Malattie causate dalla poliploidia

triploidia, tetraploidia, ecc.; il motivo è una violazione del processo di meiosi a causa di una mutazione, a seguito della quale la cellula sessuale figlia riceve un set diploide (46) di cromosomi invece di un aploide (23), cioè 69 cromosomi (negli uomini, il il cariotipo è 69, XYY, nelle donne - 69, XXX); quasi sempre fatale prima della nascita

Malattie multifattoriali, o malattie con predisposizione ereditaria

Il gruppo delle malattie differisce dalle malattie genetiche in quanto per la sua manifestazione necessita dell'azione di fattori ambientali. Tra questi si distinguono anche monogenici, in cui la predisposizione ereditaria è dovuta a un gene patologicamente alterato, e poligenici. Questi ultimi sono determinati da molti geni, che in condizione normale, ma con una certa interazione tra loro e con fattori ambientali, creano una predisposizione alla comparsa della malattia. Sono chiamate malattie multifattoriali (MFD).

Le malattie monogeniche con predisposizione ereditaria sono relativamente poche. A loro è applicabile il metodo dell'analisi genetica mendeliana. Dato l'importante ruolo dell'ambiente nella loro manifestazione, sono considerate reazioni patologiche ereditarie all'azione di vari fattori esterni (farmaci, additivi alimentari, agenti fisici e biologici), che si basano sulla carenza ereditaria di alcuni enzimi.

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Data di creazione della pagina: 11-06-2017

Mutazioni geniche. Il concetto di malattie genetiche.

1. Definizione di variabilità. Classificazione delle sue forme.

La variabilità è una proprietà comune degli organismi viventi, che consiste nel modificare i tratti ereditari durante l'ontogenesi (sviluppo individuale).

La variabilità degli organismi è divisa in due tipo grande:

1. fenotipico, non alterante il genotipo e non ereditario;

2. genotipico, modificando il genotipo e quindi ereditato.

La variabilità genotipica è suddivisa in combinativa e mutazionale.

La variabilità mutazionale include mutazioni genomiche, cromosomiche e genetiche.

Le mutazioni genomiche sono suddivise in poliploidia e aneuploidia

Le mutazioni cromosomiche sono suddivise in delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni

2. Variabilità fenotipica. La velocità di reazione dei tratti geneticamente determinati. Natura adattiva delle modifiche. Fenocopie.

La variabilità fenotipica (o modificazione non ereditaria) è un cambiamento nelle caratteristiche fenotipiche di un organismo sotto l'influenza di fattori ambientali, senza modificare il genotipo.

Ad esempio: il colore del mantello di un coniglio himalayano, a seconda della temperatura dell'habitat.

La velocità di reazione è l'intervallo di variabilità entro il quale lo stesso genotipo è in grado di produrre fenotipi diversi.

1. ampia velocità di reazione - quando le fluttuazioni dell'attributo superano un ampio intervallo (ad esempio: scottatura solare, quantità di latte).

2. velocità di reazione ridotta - quando le fluttuazioni dell'attributo sono insignificanti (ad esempio: contenuto di grasso del latte).

3. una velocità di reazione univoca - quando il segno non cambia, in nessun caso (ad esempio: gruppi sanguigni, colore degli occhi, forma degli occhi).

La natura adattiva delle modifiche risiede nel fatto che la variabilità delle modifiche consente al corpo di adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali. Pertanto, le modifiche sono sempre utili.

Se durante l'embriogenesi il corpo è influenzato da fattori avversi, possono comparire cambiamenti fenotipici che vanno oltre la norma della reazione e non sono di natura adattiva, sono chiamati morfosi dello sviluppo. Ad esempio, un bambino nasce senza arti o con il labbro leporino.

Le fenocopie sono morfosi dello sviluppo molto difficili da distinguere dai cambiamenti ereditari (malattie).

Ad esempio: se una donna incinta è stata malata di rosolia, potrebbe avere un figlio con la cataratta. Ma questa patologia può manifestarsi anche come risultato di una mutazione. Nel primo caso si parla di fenocopia.

La diagnosi di "fenocopia" è importante per la prognosi futura, poiché con la fenocopia il materiale genetico non cambia, cioè rimane normale.

3. Variabilità combinativa. Il valore della variabilità combinativa nel garantire la diversità genetica delle persone.

La variabilità delle combinazioni è il verificarsi nella prole di nuove combinazioni di geni che i loro genitori non avevano.

La variabilità della combinazione è correlata a:

con passaggio alla profase della meiosi 1.

con divergenza indipendente di cromosomi omologhi nell'anafase della meiosi 1.

con una combinazione casuale di gameti durante la fecondazione.

Il valore della variabilità combinativa - assicura la diversità genetica degli individui all'interno di una specie, che è importante per la selezione e l'evoluzione naturali.

4. Variabilità mutazionale. Le principali disposizioni della teoria delle mutazioni.

Hugo de Vries, uno scienziato olandese coniò il termine "mutazione" nel 1901.

La mutazione è un fenomeno di cambiamento improvviso intermittente in un tratto ereditario.

Il processo di insorgenza delle mutazioni è chiamato mutagenesi e l'organismo che acquisisce nuovi tratti nel processo di mutagenesi è chiamato mutante.

Le principali disposizioni della teoria delle mutazioni secondo Hugo de Vries.

1. le mutazioni si verificano improvvisamente senza alcuna transizione.

2. le forme risultanti sono abbastanza stabili.

3. Le mutazioni sono cambiamenti qualitativi.

4. Le mutazioni si verificano in direzioni diverse. possono essere sia benefici che dannosi.

5. le stesse mutazioni possono verificarsi ripetutamente.

5. Classificazione delle mutazioni.

I. Per origine.

1. Mutazioni spontanee. Mutazioni spontanee o naturali, si verificano in condizioni naturali normali.

2. Mutazioni indotte. Mutazioni causate o artificiali si verificano quando i fattori mutageni sono esposti al corpo.

un. fisico (radiazioni ionizzanti, UV, calore eccetera.)

b. chimico (sali di metalli pesanti, acido nitroso, radicali liberi, rifiuti domestici e industriali, farmaci).

II. Per luogo di origine.

un. Le mutazioni somatiche sorgono nelle cellule somatiche e sono ereditate dai discendenti di quelle cellule in cui sono sorte. Non si trasmettono di generazione in generazione.

b. Le mutazioni generative si verificano nelle cellule germinali e vengono tramandate di generazione in generazione.

III. Per la natura del fenotipo cambia.

1. Mutazioni morfologiche, caratterizzate da un cambiamento nella struttura di un organo o organismo nel suo insieme.

2. Mutazioni fisiologiche caratterizzate da cambia f-esimo organo o organismo nel suo insieme.

3. Mutazioni biochimiche associate ad un cambiamento nella macromolecola.

IV. Influenza sulla vitalità dell'organismo.

1. Mutazioni letali nel 100% dei casi portano alla morte dell'organismo per difetti incompatibili con la vita.

2. Mutazioni semiletali portano alla morte nel 50-90% dei casi. Di solito gli organismi con tali mutazioni non sopravvivono al periodo riproduttivo.

3. Mutazioni condizionalmente letali, in alcune condizioni l'organismo muore, ma in altre sopravvive (galattosemia).

4. Mutazioni benefiche aumentano la vitalità dell'organismo e sono utilizzati nell'allevamento.

v. Per la natura del cambiamento nel materiale ereditario.

1. Mutazioni geniche.

2. Mutazioni cromosomiche.

6. Mutazioni geniche, definizione. Meccanismi di insorgenza di mutazioni geniche spontanee.

Le mutazioni geniche o mutazioni puntiformi sono mutazioni che si verificano nei geni a livello di nucleotide, mentre la struttura del gene cambia, la molecola di mRNA cambia, la sequenza di aminoacidi nella proteina cambia, il tratto cambia nel corpo.

Tipi di mutazioni genetiche:

- missenso mutazioni - la sostituzione di 1 nucleotide in una tripletta con un altro porterà al fatto che un altro amminoacido sarà incluso nella catena polipeptidica della proteina, che normalmente non dovrebbe essere, e questo porterà a cambiamenti nelle proprietà e nelle funzioni della proteina .

Esempio: sostituzione dell'acido glutammico con valina nella molecola dell'emoglobina.

CTT - acido glutammico, CAT - valina

Se una tale mutazione si verifica nel gene che codifica per la catena β della proteina dell'emoglobina, allora nella catena β viene inclusa la valina invece dell'acido glutammico → come risultato di tale mutazione, le proprietà e le funzioni della proteina dell'emoglobina cambiano e l'HbS appare invece della normale HbA, di conseguenza, una persona sviluppa l'anemia falciforme (forma cambiamenti degli eritrociti).

- senza senso mutazioni: la sostituzione di 1 nucleotide in una tripletta con un'altra farà sì che la tripletta geneticamente significativa si trasformi in un codone di arresto, che porta a un'interruzione nella sintesi della catena polipeptidica della proteina. Esempio: UAC - tirosina. SAU è un codone di stop.

Mutazioni con uno spostamento nel quadro di lettura delle informazioni ereditarie.

Se, a seguito di una mutazione genetica, appare un nuovo tratto nel corpo (ad esempio la polidattilia), allora sono chiamati neomorfi.

se, a causa di una mutazione genetica, il corpo perde un tratto (ad esempio, un enzima scompare durante la PKU), allora sono chiamati amorfi.

- seimsens mutazioni: la sostituzione di un nucleotide in una tripletta porta alla comparsa di una tripletta sinonimo che codifica per la stessa proteina. Ciò è dovuto alla degenerazione del codice genetico. Ad esempio: CTT - glutammina CTC - glutammina.

Meccanismi di insorgenza di mutazioni geniche (sostituzione, inserzione, perdita).

Il DNA è costituito da 2 catene polinucleotidiche. Innanzitutto, il cambiamento avviene nel 1° filamento di DNA: questo è uno stato semi-mutazionale o "danno primario al DNA". Ogni secondo, in una cellula si verifica 1 danno primario al DNA.

Quando il danno passa al secondo filamento di DNA, si dice che la mutazione è stata riparata, cioè si è verificata una "mutazione completa".

Il danno primario al DNA si verifica quando i meccanismi di replicazione, trascrizione e crossing over vengono interrotti.

7. Frequenza delle mutazioni geniche. Le mutazioni sono dirette e inverse, dominanti e recessive.

Nell'uomo, la frequenza di mutazione = 1x10 -4 - 1x10 -7, ovvero, in media, il 20-30% dei gameti umani in ogni generazione è mutato.

In Drosophila, la frequenza di mutazione = 1x10 -5, cioè 1 gamete su 100 mila porta una mutazione genetica.

un. Una mutazione diretta (recessiva) è una mutazione di un gene da uno stato dominante a uno recessivo: A → a.

b. Una mutazione inversa (dominante) è una mutazione di un gene da uno stato recessivo a uno dominante: a → A.

Le mutazioni geniche si verificano in tutti gli organismi, i geni mutano in direzioni diverse e con frequenza diversa. I geni che mutano raramente sono detti stabili e i geni che mutano frequentemente sono detti mutabili.

8. La legge delle serie omologiche nella variabilità ereditaria N.I. Vavilova.

La mutazione avviene in una varietà di direzioni, ad es. per caso. Tuttavia, questi incidenti sono soggetti a uno schema scoperto nel 1920. Vavilov. Ha formulato la legge delle serie omologhe nella variabilità ereditaria.

"Specie e generi geneticamente vicini sono caratterizzati da serie simili di variabilità ereditaria con tale regolarità che, conoscendo il numero di forme all'interno di una specie, si può prevedere l'esistenza di forme parallele in altre specie e generi".

Questa legge permette di prevedere la presenza di un certo tratto in individui di generi diversi della stessa famiglia. Pertanto, è stata prevista la presenza in natura di lupino privo di alcaloidi. nella famiglia dei legumi ci sono generi di fagioli, piselli e fagioli che non contengono alcaloidi.

In medicina, la legge di Vavilov consente l'uso di animali geneticamente vicini all'uomo come modelli genetici. Mettono esperimenti sullo studio delle malattie genetiche. Ad esempio, la cataratta viene studiata nei topi e nei cani; emofilia - nei cani, sordità congenita - nei topi, porcellini d'India, cani.

La legge di Vavilov consente di prevedere la comparsa di mutazioni indotte sconosciute alla scienza, che possono essere utilizzate nell'allevamento per creare forme vegetali preziose per l'uomo.

9. Barriere anti-mutazione dell'organismo.

- Precisione della replicazione del DNA. A volte si verificano errori durante la replicazione, quindi vengono attivati ​​meccanismi di autocorrezione, volti ad eliminare il nucleotide sbagliato. Un ruolo importante è svolto dall'enzima DNA polimerasi e il tasso di errore è ridotto di un fattore 10 (da 10–5 a 10–6).

- Degenerazione del codice genetico. 1 amminoacido può codificare diverse triplette, quindi la sostituzione di 1 nucleotide in una tripletta in alcuni casi non distorce le informazioni ereditarie. Ad esempio, CTT e CTC sono acido glutammico.

- Estrazione alcuni geni responsabili di importanti macromolecole: rRNA, tRNA, proteine ​​istoniche, ad es. vengono prodotte molte copie di questi geni. Questi geni fanno parte di sequenze moderatamente ripetitive.

- Ridondanza del DNA– Il 99% è ridondante e il fattore mutageno rientra più spesso in queste sequenze prive di significato del 99%.

- accoppiamento di cromosomi in un insieme diploide. Nello stato eterozigote non compaiono molte mutazioni deleterie.

- abbattimento cellule sessuali mutanti.

- Riparazione del DNA.

10. Riparazione di materiale genetico. .

La riparazione del DNA è la rimozione del danno primario dal DNA e la sua sostituzione con strutture normali.

Ci sono due forme di riparazione: luce e oscurità

A. Riparazione della luce (o fotoriattivazione enzimatica). Gli enzimi riparatori sono attivi solo in presenza di luce. Questa forma di riparazione mira a rimuovere il danno primario al DNA causato dalla luce UV.

Sotto l'azione della luce UV, le basi azotate pirimidiniche vengono attivate nel DNA, il che porta alla formazione di legami tra le basi azotate pirimidiniche che si trovano fianco a fianco nello stesso filamento di DNA, cioè si formano dimeri pirimidinici. Molto spesso, ci sono connessioni: T=T; T=C; C=C.

Normalmente, non ci sono dimeri pirimidinici nel DNA. La loro formazione porta al fatto che le informazioni ereditarie sono distorte e il normale corso di replicazione e trascrizione è disturbato, il che successivamente porta a mutazioni genetiche.

L'essenza della fotoriattivazione: nel nucleo c'è uno speciale enzima (fotoriattivante) che è attivo solo in presenza di luce, questo enzima distrugge i dimeri della pirimidina, cioè rompe i legami sorti tra le basi azotate pirimidiniche sotto l'influenza dei raggi UV luce.

La riparazione oscura si verifica nell'oscurità e nella luce, ovvero l'attività degli enzimi non dipende dalla presenza della luce. Si divide in riparazione pre-replicativa e riparazione post-replicativa.

La riparazione pre-replicativa avviene prima della replicazione del DNA, molti enzimi sono coinvolti in questo processo:

o Endonucleasi

o Esonucleasi

o DNA polimerasi

o DNA ligasi

Fase 1. L'enzima endonucleasi trova l'area danneggiata e la taglia.

Fase 2. L'enzima esonucleasi rimuove l'area danneggiata dal DNA (escissione), creando uno spazio vuoto.

Fase 3. L'enzima DNA polimerasi sintetizza il sito mancante. La sintesi avviene secondo il principio di complementarità.

Fase 4. Gli enzimi ligasi collegano o cuciono il sito appena sintetizzato al filamento di DNA. Pertanto, il danno primario nel DNA viene eliminato.

Riparazione post-replicativa.

Supponiamo che ci sia un danno primario nel DNA.

Fase 1. Inizia il processo di replicazione del DNA. L'enzima DNA polimerasi sintetizza un nuovo filamento che è completamente complementare al vecchio filamento intatto.

Fase 2. L'enzima DNA polimerasi sintetizza un altro nuovo filamento, ma bypassa il sito in cui si trova il danno. Di conseguenza, si è formata una lacuna nel secondo nuovo filamento di DNA.

Fase 3. Al termine della replicazione, l'enzima DNA polimerasi sintetizza la sezione mancante del nuovo filamento di DNA complementare.

Fase 4. L'enzima ligasi collega quindi la regione appena sintetizzata al filamento di DNA in cui si trovava lo spazio vuoto. Pertanto, il danno primario al DNA non si è trasferito a un altro nuovo filamento, cioè la mutazione non è stata fissata.

Successivamente, il danno primario al DNA può essere eliminato durante la riparazione pre-replicativa.

11. Mutazioni associate ad alterata riparazione del DNA e loro ruolo in patologia.

La capacità di riparazione negli organismi è stata sviluppata e consolidata nel corso dell'evoluzione. Maggiore è l'attività di riparazione degli enzimi, più stabile è il materiale ereditario. I geni corrispondenti sono responsabili degli enzimi di riparazione, quindi se si verifica una mutazione in questi geni, l'attività degli enzimi di riparazione diminuisce. In questo caso, una persona sviluppa gravi malattie ereditarie associate a una diminuzione dell'attività degli enzimi di riparazione.

Ci sono più di 100 malattie di questo tipo negli esseri umani, alcune delle quali sono:

Anemia Fanconi- una diminuzione del numero di globuli rossi, perdita dell'udito, disturbi del sistema cardiovascolare, deformità delle dita, microcefalia.

Sindrome di Bloom - basso peso alla nascita, ritardo della crescita, maggiore suscettibilità alle infezioni virali, rischio aumentato malattie oncologiche. Una caratteristica: se esposto alla luce solare per un breve periodo, sulla pelle del viso appare una pigmentazione a forma di farfalla (dilatazione dei capillari sanguigni).

Xerodermia pigmentaria- le ustioni compaiono sulla pelle dalla luce, che presto degenerano in cancro della pelle (in questi pazienti, il cancro si verifica 20.000 volte più spesso). I pazienti sono costretti a vivere sotto l'illuminazione artificiale.

La frequenza della malattia è 1: 250.000 (Europa, USA) e 1: 40.000 (Giappone)

Due tipi di progeria- invecchiamento precoce del corpo.

12. Malattie genetiche, meccanismi del loro sviluppo, eredità, frequenza di insorgenza.

Le malattie genetiche (o malattie molecolari) sono abbastanza ampiamente rappresentate negli esseri umani, ce ne sono più di 1000.

Un gruppo speciale tra loro sono i difetti metabolici congeniti. Queste malattie furono descritte per la prima volta da A. Garode nel 1902. I sintomi di queste malattie sono diversi, ma c'è sempre una violazione della trasformazione delle sostanze nel corpo. In questo caso, alcune sostanze saranno in eccesso, altre scarseggiano. Ad esempio, una sostanza (A) entra nel corpo e viene ulteriormente convertita sotto l'azione degli enzimi nella sostanza (B). Inoltre, la sostanza (B) dovrebbe trasformarsi in sostanza (C), ma ciò è impedito dal blocco della mutazione

(), di conseguenza, la sostanza (C) scarserà e la sostanza (B) sarà in eccesso.

Alcuni esempi di malattie associate difetto di nascita metabolismo.

PKU(fenilchetonuria, demenza congenita). La malattia genica, ereditata con modalità autosomica recessiva, si manifesta con una frequenza di = 1:10.000. La fenilalanina è un aminoacido essenziale per la costruzione di una molecola proteica e, inoltre, funge da precursore degli ormoni tiroidei (tiroxina), dell'adrenalina e della melanina. L'amminoacido fenilalanina nelle cellule del fegato deve essere convertito con l'aiuto di un enzima (fenilalanina-4-idrossilasi) in tirosina. Se non vi è alcun enzima responsabile di questa trasformazione, o la sua attività è ridotta, il contenuto di fenilalanina nel sangue aumenterà notevolmente e il contenuto di tirosina sarà ridotto. Un eccesso di fenilalanina nel sangue porta alla comparsa dei suoi derivati ​​(fenilacetico, fenillattico, fenilpiruvico e altri acidi chetonici), che vengono escreti nelle urine e hanno anche un effetto tossico sulle cellule del sistema nervoso centrale, che porta alla demenza.

Con una diagnosi tempestiva e il trasferimento del bambino a una dieta priva di fenilalanina, è possibile prevenire lo sviluppo della malattia.

L'albinismo è comune. Malattia genetica ereditata con modalità autosomica recessiva. Normalmente, l'amminoacido tirosina è coinvolto nella sintesi dei pigmenti tissutali. Se si verifica un blocco mutazionale, l'enzima è assente o la sua attività è ridotta, i pigmenti tissutali non vengono sintetizzati. In questi casi, la pelle colore bianco latte, i capelli sono molto chiari, a causa della mancanza di pigmento nella retina, brillano vasi sanguigni, gli occhi sono rosa-rossastro, e ipersensibilità alla luce.

Alcapnonuria. La malattia genica, ereditata con modalità autosomica recessiva, si manifesta con una frequenza di = 3-5:1.000.000. La malattia è associata a una violazione della conversione dell'acido omogentisico, a seguito della quale questo acido si accumula nel corpo. Essendo escreto nelle urine, questo acido porta allo sviluppo di malattie renali, inoltre, l'urina alcalinizzata con questa anomalia si scurisce rapidamente. Inoltre, la malattia si manifesta con la colorazione dei tessuti cartilaginei, l'artrite si sviluppa in età avanzata. Pertanto, la malattia è accompagnata da danni ai reni e alle articolazioni.

Malattie geniche associate a alterato metabolismo dei carboidrati.

Galattosemia. La malattia genetica, ereditata con modalità autosomica recessiva, si manifesta con una frequenza di = 1:35.000-40.000 bambini.

Il sangue di un neonato contiene il monosaccaride galattosio, che si forma durante la scomposizione del disaccaride del latte. lattosio per glucosio e galattosio. Il galattosio non viene assorbito direttamente dal corpo, deve essere convertito da un enzima speciale in una forma digeribile: il glucosio-1-fosfato.

La galattosemia ereditaria è causata da un malfunzionamento del gene che controlla la sintesi di una proteina enzimatica che converte il galattosio in una forma assorbibile. Nel sangue dei bambini malati ci sarà pochissimo di questo enzima e molto galattosio, che è stabilito dall'analisi biochimica.

Se la diagnosi viene fatta nei primi giorni dopo la nascita del bambino, viene nutrito con miscele dove non c'è zucchero del latte e il bambino si sta sviluppando normalmente. Altrimenti, il bambino crescerà di mente debole.

fibrosi cistica. La malattia genetica è ereditata con modalità autosomica recessiva, si manifesta con una frequenza di = 1:2.000-2.500. La malattia è associata a una mutazione di un gene responsabile di una proteina trasportatrice incorporata nella membrana plasmatica delle cellule. Questa proteina regola la permeabilità della membrana agli ioni Na e Ca. Se la permeabilità di questi ioni nelle cellule delle ghiandole esocrine è compromessa, le ghiandole iniziano a produrre un segreto denso e viscoso che chiude i dotti delle ghiandole esocrine.

Assegni forme polmonari e intestinali di fibrosi cistica.

Sindrome di Marfan. Malattia genetica ereditata con modalità autosomica dominante. È associato a una violazione del metabolismo della proteina fibrillina nel tessuto connettivo, che si manifesta con un complesso di segni: dita "ragno" (aracnodattilia), crescita elevata, sublussazione del cristallino, difetti cardiaci e vascolari, aumento del rilascio di adrenalina nel sangue, curvatura, torace incavato, arcata alta del piede, debolezza di legamenti e tendini, ecc. Descritto per la prima volta nel 1896 dal pediatra francese Antonio Marfan.

CONFERENZA 10 Mutazioni strutturali dei cromosomi.

1. Mutazioni strutturali dei cromosomi (aberrazioni cromosomiche).

Si distinguono i seguenti tipi di aberrazioni cromosomiche.

– cancellazioni

– duplicazioni

– inversioni

- cromosomi ad anello

– traslocazioni

– trasposizioni

Con queste mutazioni, la struttura dei cromosomi cambia, l'ordine dei geni nei cromosomi cambia, la dose dei geni nel genotipo cambia. Queste mutazioni si trovano in tutti gli organismi, sono:

Spontaneo (causato da un fattore di natura sconosciuta) e indotto (è nota la natura del fattore che ha causato la mutazione)

Somatico (che colpisce il materiale ereditario delle cellule somatiche) e generativo (cambiamenti nel materiale ereditario dei gameti)

Utile e dannoso (quest'ultimo è molto più comune)

Equilibrato (il sistema genotipico non cambia, il che significa che il fenotipo non cambia) e sbilanciato (il sistema genotipico cambia, il che significa che cambia anche il fenotipo)

Se la mutazione interessa due cromosomi, si parla di riarrangiamenti intercromosomici.

Se la mutazione interessa 1 cromosoma, si parla di riarrangiamenti intracromosomici.

2. Meccanismi di insorgenza di mutazioni strutturali dei cromosomi.

L'ipotesi del gap-connection. Si presume che si verifichino rotture in uno o più cromosomi. Si formano sezioni di cromosomi, che sono quindi collegate, ma in una sequenza diversa. Se la rottura si verifica prima della replicazione del DNA, allora 2 cromatidi sono coinvolti in questo processo - questo è isocromatide spacco. Se la rottura si verifica dopo la replicazione del DNA, allora 1 cromatide è coinvolto nel processo: questo cromatide spacco.

La seconda ipotesi è che un processo simile al crossing-over avvenga tra cromosomi non omologhi, cioè non omologa i cromosomi vengono scambiati.

3. Delezioni, loro essenza, forme, effetto fenotipico. Pseudodominanza..

La cancellazione (mancanza) è la perdita di un segmento di un cromosoma.

1 rottura può verificarsi nel cromosoma e perderà la sezione terminale, che verrà distrutta dagli enzimi (carenza)

ci possono essere due rotture nel cromosoma con la perdita della regione centrale, che sarà anche distrutta dagli enzimi (delezione interstiziale).

Nello stato omozigote le delezioni sono sempre letali; nello stato eterozigote si manifestano con malformazioni multiple.

Rilevamento eliminazione:

Colorazione differenziale dei cromosomi

Secondo la figura dell'ansa, che si forma durante la coniugazione di cromosomi omologhi nella profase della meiosi 1. L'ansa si verifica su un cromosoma normale.

La delezione è stata studiata per la prima volta nella mosca della Drosophila, in cui si è verificata la perdita di una sezione del cromosoma X. Nello stato omozigote, questa mutazione è letale e nello stato eterozigote si manifesta fenotipicamente con una tacca sull'ala (mutazione Notch). Analizzando questa mutazione, è stato rivelato un fenomeno speciale, chiamato pseudodominanza. In questo caso, l'allele recessivo si manifesta fenotipicamente, poiché la regione cromosomica con l'allele dominante viene persa a causa della delezione.

Nell'uomo, le delezioni si verificano più frequentemente nei cromosomi da 1 a 18. Ad esempio, una delezione del braccio corto del quinto cromosoma nello stato eterozigote si manifesta fenotipicamente come una sindrome da "grido di gatto". Un bambino nasce con un gran numero di patologie, vive da 5 giorni a un mese (molto raramente fino a 10 anni), il suo pianto ricorda il miagolio acuto di un gatto.

Una delezione interstiziale può verificarsi sul cromosoma 21 o 22 delle cellule staminali ematopoietiche. Nello stato eterozigote si manifesta fenotipicamente come anemia perniciosa.

4. Duplicazioni, inversioni, cromature circolari. Meccanismo di origine. espressione fenotipica.

duplicazione- duplicazione di una parte del cromosoma (questa parte può essere ripetuta più volte). Le duplicazioni possono essere dirette e inverse.

Con queste mutazioni, la dose di geni nel genotipo aumenta e, nello stato omozigote, queste mutazioni sono letali. Nello stato eterozigote si manifestano con molteplici malformazioni. Tuttavia, queste mutazioni potrebbero aver giocato un ruolo nell'evoluzione. In questo modo potrebbero nascere famiglie di geni dell'emoglobina.

È possibile che sequenze ripetute di nucleotidi del DNA siano apparse come risultato di duplicazioni.

Rilevamento duplicati:

La figura dell'ansa nella profase della meiosi 1. L'ansa si verifica sul cromosoma mutato.

Inversione - distacco di un segmento del cromosoma, ruotandolo di 180° e fissandolo al vecchio posto. Durante le inversioni, la dose dei geni non cambia, ma cambia l'ordine dei geni nel cromosoma, ad es. cambi gruppo frizione. Non ci sono inversioni finali.

Nello stato omozigote le inversioni sono letali, nello stato eterozigote si manifestano con malformazioni multiple.

Rilevamento delle inversioni:

Colorazione differenziale.

La figura sotto forma di due anse opposte nella profase della meiosi 1.

Le inversioni sono di 2 tipi:

inversione paracentrica, che non influisce sul centromero, perché le rotture si verificano all'interno di un braccio cromosomico

inversione pericentrica, che colpisce il centromero, come le interruzioni si verificano su entrambi i lati del centromero.

Con l'inversione pericentrica, la configurazione del cromosoma può cambiare (se le estremità delle sezioni ruotate non sono simmetriche). Ciò rende impossibile la successiva coniugazione.

La manifestazione fenotipica delle inversioni è la più lieve rispetto ad altre aberrazioni cromosomiche. Se gli omozigoti recessivi muoiono, l'infertilità è più spesso osservata negli eterozigoti.

Cromosomi ad anello. Normalmente, non ci sono cromosomi ad anello nel cariotipo umano. Possono apparire sotto l'azione di fattori mutageni sul corpo, in particolare esposizione alle radiazioni.

In questo caso, si verificano 2 rotture nel cromosoma e l'area risultante si chiude in un anello. Se il cromosoma dell'anello contiene un centromero, si forma un anello centrico. Se non c'è un centromero, si forma un anello acentrico, viene distrutto dagli enzimi e non viene ereditato.

I cromosomi ad anello vengono rilevati mediante cariotipizzazione.

Nello stato omozigote, queste mutazioni sono letali, mentre nello stato eterozigote si manifestano fenotipicamente come delezioni.

I cromosomi ad anello sono indicatori di esposizione alle radiazioni. Maggiore è la dose di esposizione radioattiva, più cromosomi ad anello e peggiore è la prognosi.

5. Le traslocazioni, la loro essenza. Traslocazioni reciproche, loro caratteristiche e significato medico. Traslocazioni Robertsoniane e loro ruolo nella patologia ereditaria.

La traslocazione è il movimento di un segmento di un cromosoma. Esistono traslocazioni reciproche (reciproche) e non reciproche (trasposizione).

Le traslocazioni reciproche si verificano quando due cromosomi non omologhi si scambiano le loro regioni.

Le traslocazioni Robertsoniane (fusioni centriche) costituiscono un gruppo speciale di traslocazioni. I cromosomi acrocentrici sono esposti ad esso: perdono le braccia corte e le braccia lunghe sono collegate.

La causa del 4-5% dei casi di nascita di un bambino con un downick sono le traslocazioni Robertsoniane. In questo caso, il braccio lungo del cromosoma 21 si sposta su uno dei cromosomi del gruppo D (13, 14, 15, il cromosoma 14 è più spesso coinvolto).

Tipi di conseguenze dello zigote dello sperma dell'ovulo

14 + 14, 21 14,14,21 monosomia 21 (letale)

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

21 + 14, 21 21,14,21, monosomia 14 (letale)

14.14/21 + 14, 21 14.14/21.14.21 trisomia 14 (letale)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotipicamente sano

Come puoi vedere, una donna con una traslocazione Robertsoniana può dare alla luce un bambino sano.

La perdita delle braccia corte non influisce su nulla, poiché ci sono zone che formano nucleolo e si trovano anche in altri cromosomi.

Un paziente con una forma di traslocazione della sindrome di Down ha 46 cromosomi nelle cellule. L'ovaio dopo la traslocazione avrà 45 cromosomi. Tuttavia, con una mutazione bilanciata, una femmina avrà 45 cromosomi.

Rilevamento di traslocazioni:

Colorazione differenziale.

La figura della croce nella profase della meiosi 1.

6. Traposizioni. Elementi genetici mobili. Meccanismi di movimento attraverso il genoma e significato.

Se le traslocazioni non hanno natura di reciprocità, allora si parla di trasposizione.

Un gruppo speciale di trasposoni sono gli elementi genetici mobili (MGE), o geni saltatori, che si trovano in tutti gli organismi. Nella mosca della Drosophila, costituiscono il 5% del genoma. Negli esseri umani, gli MGE sono raggruppati nella famiglia ALU.

Gli MGE sono costituiti da 300-400 nucleotidi, ripetuti 300 mila volte nel genoma umano.

Alle estremità MGE ci sono ripetizioni nucleotidiche, costituite da 50-100 nucleotidi. Le ripetizioni possono essere dirette e inverse. Le ripetizioni nucleotidiche sembrano influenzare il movimento degli MGE.

Esistono due varianti del movimento MGE attraverso il genoma.

1. utilizzando il processo di trascrizione inversa. Ciò richiede l'enzima trascrittasi inversa (revertasi). Questa opzione procede in più fasi:

sul DNA, l'enzima RNA polimerasi (un altro nome è trascrittasi) sintetizza l'mRNA,

sull'mRNA, l'enzima trascrittasi inversa sintetizza un filamento di DNA,

l'enzima DNA polimerasi assicura la sintesi del secondo filamento di DNA,

il frammento sintetizzato è chiuso ad anello,

un anello di DNA viene inserito in un altro cromosoma o in un altro punto dello stesso cromosoma.

2. con l'aiuto dell'enzima trasposasi, che taglia l'MGE e lo trasferisce su un altro cromosoma o in un altro punto dello stesso cromosoma

Nel corso dell'evoluzione, MGE ha svolto un ruolo positivo, poiché hanno effettuato il trasferimento di informazioni genetiche da una specie di organismi a un'altra. Un ruolo importante in questo è stato svolto dai retrovirus, che contengono RNA come materiale ereditario e contengono anche trascrittasi inversa.

Gli MGE si muovono molto raramente intorno al genoma, una mossa ogni centinaia di migliaia di eventi in una cellula (la frequenza dei movimenti è 1 x 10–5).

In ogni organismo specifico, gli MGE non svolgono un ruolo positivo, perché muovendosi attraverso il genoma, cambiano il lavoro dei geni, causano mutazioni genetiche e cromosomiche.

7. mutagenesi indotta. Fattori mutageni fisici, chimici e biologici.

Le mutazioni indotte si verificano quando il corpo è esposto a fattori mutageni, che sono divisi in 3 gruppi:

Fisico (UFL, raggi X e radiazioni, campi elettromagnetici, alte temperature).

Pertanto, le radiazioni ionizzanti possono agire direttamente sulle molecole di DNA e RNA, provocando in esse danni (mutazioni geniche). L'impatto indiretto di questo

mutageno sull'apparato ereditario delle cellule è la formazione di sostanze genotossiche (H 2 O 2, OH - , O 2 - ,).

Fattori chimici mutageni. Ci sono oltre 2 milioni di sostanze chimiche che possono causare mutazioni. Questi sono sali di metalli pesanti, analoghi chimici di basi azotate (5-bromouracile), composti alchilanti (CH 3, C 2 H 5).

8. mutazioni da radiazioni. Pericolo genetico di inquinamento ambientale.

Le mutazioni da radiazioni sono mutazioni causate dalle radiazioni. Nel 1927, un genetista americano, Heinrich Mehler, dimostrò per la prima volta che l'irradiazione di raggi X porta ad un aumento significativo della frequenza delle mutazioni nella Drosophila. Questo lavoro ha segnato l'inizio di una nuova direzione nella biologia: la genetica delle radiazioni. Grazie ai numerosi lavori svolti negli ultimi decenni, oggi sappiamo che quando le particelle elementari (quanti, elettroni, protoni e neutroni) entrano nel nucleo, avviene la ionizzazione delle molecole d'acqua con formazione di radicali liberi (OH - , O 2 -) . Possedendo una grande attività chimica, provocano rotture del DNA, danni ai nucleotidi o la loro distruzione; Tutto questo porta a mutazioni.

Poiché una persona è un sistema aperto, possono cadere vari fattori di inquinamento ambientale corpo umano. Molti di questi fattori possono modificare o danneggiare il materiale ereditario delle cellule viventi. Le conseguenze di questi fattori sono così gravi che l'umanità non può ignorare l'inquinamento ambientale.

9. Mutagenesi e cancerogenesi.

La teoria della mutazione del cancro fu proposta per la prima volta da Hugo De Vries nel 1901. Al giorno d'oggi, ci sono molte teorie sulla cancerogenesi.

Uno di questi è la teoria genetica della cancerogenesi. È noto che il genoma umano contiene più di 60 oncogeni in grado di regolare la divisione cellulare. Sono in uno stato inattivo come proto-oncogeni. Sotto l'influenza di vari fattori mutageni, i proto-oncogeni vengono attivati ​​e diventano oncogeni, che causano un'intensa proliferazione cellulare e lo sviluppo del tumore.

CONFERENZA 11 Mutazioni nel numero di cromosomi. aploidia, poliploidia,

Aneuploidia.

1. L'essenza delle mutazioni nel numero di cromosomi, cause e meccanismi di occorrenza.

Ogni tipo di organismo è caratterizzato dal proprio cariotipo. La costanza del cariotipo in un certo numero di generazioni viene mantenuta attraverso i processi di mitosi e meiosi. A volte durante la mitosi o la meiosi, la divergenza dei cromosomi viene interrotta, risultando in cellule con un numero alterato di cromosomi. Nelle cellule, il numero di interi set aploidi di cromosomi può cambiare, nel qual caso si verificano tali mutazioni come:

Aploidia - singolo set di cromosomi (n)

Poliploidia: un aumento del numero di cromosomi di un multiplo dell'insieme aploide (3n, 4n, ecc.)

L'aneuploidia è un cambiamento nel numero di singoli cromosomi (46 +1).

L'insieme dei cromosomi può cambiare sia nelle cellule somatiche che nelle cellule sessuali.

Cause di violazione della divergenza dei cromosomi:

aumento della viscosità del citoplasma

inversione di polarità cellulare

disfunzione del fuso.

Tutti questi motivi portano al cosiddetto fenomeno del “ritardo anafase”.

Ciò significa che nell'anafase della mitosi o della meiosi, i cromosomi sono distribuiti in modo non uniforme, ad es. alcuni cromosomi o gruppi di cromosomi non tengono il passo con il resto dei cromosomi e vengono persi per una delle cellule figlie.

2. Aploidia, carattere del cambiamento del cariotipo, prevalenza, manifestazione fenotipica.

L'aploidia è una diminuzione del numero di cromosomi nelle cellule di un organismo a uno aploide. Nelle cellule, il numero di cromosomi e la dose di geni sono drasticamente ridotti, cioè il sistema del genotipo cambia, il che significa che cambia anche il fenotipo.

La mutazione è compresa variazione della quantità e della struttura del DNA in una cellula o in un organismo. In altre parole, la mutazione è un cambiamento nel genotipo. Una caratteristica del cambiamento del genotipo è che questo cambiamento come risultato della mitosi o della meiosi può essere trasferito alle generazioni successive di cellule.

Molto spesso, le mutazioni sono intese come un piccolo cambiamento nella sequenza dei nucleotidi del DNA (cambiamenti in un gene). Questi sono i cosiddetti. Tuttavia, oltre a questi, ci sono anche quando i cambiamenti interessano ampie sezioni di DNA o il numero di cromosomi cambia.

Come risultato di una mutazione, un nuovo tratto può apparire improvvisamente in un organismo.

L'idea che sia la mutazione la causa della comparsa di nuovi tratti trasmessi attraverso le generazioni fu espressa per la prima volta da Hugh de Vries nel 1901. Successivamente, le mutazioni della Drosophila furono studiate da T. Morgan e dal personale della sua scuola.

Mutazione: danno o beneficio?

Le mutazioni che si verificano in sezioni "insignificanti" ("silenziose") del DNA non cambiano le caratteristiche dell'organismo e possono essere facilmente trasmesse di generazione in generazione (la selezione naturale non agirà su di esse). Tali mutazioni possono essere considerate neutre. Le mutazioni sono neutre anche quando un segmento genico viene sostituito con uno sinonimo. In questo caso, sebbene la sequenza nucleotidica in una determinata area sia diversa, verrà sintetizzata la stessa proteina (con la stessa sequenza amminoacidica).

Tuttavia, una mutazione può interessare un gene significativo, modificare la sequenza amminoacidica della proteina sintetizzata e, di conseguenza, causare un cambiamento nelle caratteristiche dell'organismo. Successivamente, se la concentrazione di una mutazione in una popolazione raggiunge un certo livello, ciò comporterà un cambiamento nel tratto caratteristico dell'intera popolazione.

Nella fauna selvatica, le mutazioni si verificano come errori nel DNA, quindi sono tutte dannose a priori. La maggior parte delle mutazioni riduce la vitalità dell'organismo, causa varie malattie. Le mutazioni che si verificano nelle cellule somatiche non vengono trasmesse alla generazione successiva, ma come risultato della mitosi si formano cellule figlie che costituiscono l'uno o l'altro tessuto. Spesso le mutazioni somatiche portano alla formazione di vari tumori e altre malattie.

Le mutazioni che si verificano nelle cellule germinali possono essere trasmesse alla generazione successiva. In condizioni ambientali stabili, quasi tutti i cambiamenti nel genotipo sono dannosi. Ma se le condizioni ambientali cambiano, potrebbe rivelarsi utile una mutazione precedentemente dannosa.

Ad esempio, è probabile che una mutazione che provoca ali corte in un insetto sia dannosa in una popolazione che vive in luoghi dove non c'è vento forte. Questa mutazione sarà simile alla deformità, alla malattia. Gli insetti con esso avranno difficoltà a trovare partner di accoppiamento. Ma se sul terreno iniziano a soffiare venti più forti (ad esempio, un'area forestale è stata distrutta a causa di un incendio), gli insetti con le ali lunghe verranno spazzati via dal vento, sarà più difficile per loro muoversi. In tali condizioni, gli individui con ali corte possono ottenere un vantaggio. Troveranno partner e cibo più spesso di quelli dalle ali lunghe. Dopo qualche tempo, ci saranno più mutanti dalle ali corte nella popolazione. Pertanto, la mutazione sarà fissata e diventerà la norma.

Le mutazioni sono alla base della selezione naturale e questo è il loro principale vantaggio. Per il corpo, il numero schiacciante di mutazioni è dannoso.

Perché si verificano le mutazioni?

In natura, le mutazioni si verificano in modo casuale e spontaneo. Cioè, qualsiasi gene può mutare in qualsiasi momento. Tuttavia, il tasso di mutazione in organismi diversi e le cellule sono diverse. Ad esempio, è correlato alla durata ciclo vitale: più è corto, più mutazioni si verificano. Pertanto, le mutazioni si verificano molto più frequentemente nei batteri che negli organismi eucarioti.

Tranne mutazioni spontanee(succede naturalmente) sono indotto(da persona in condizioni di laboratorio o condizioni ambientali avverse) mutazioni.

Fondamentalmente, le mutazioni si verificano a seguito di errori nella replicazione del DNA (raddoppio), nella riparazione (ripristino) del DNA, con incroci diseguali, segregazione cromosomica impropria nella meiosi, ecc.

Quindi, nelle cellule, il ripristino (riparazione) delle sezioni di DNA danneggiate avviene costantemente. Tuttavia, se di conseguenza ragioni varie i meccanismi di riparazione vengono violati, quindi gli errori nel DNA rimarranno e si accumuleranno.

Il risultato di un errore di replicazione è la sostituzione di un nucleotide nella catena del DNA con un altro.

Quali sono le cause delle mutazioni?

Livelli aumentati di mutazioni causano raggi X, raggi ultravioletti e raggi gamma. Inoltre, i mutageni includono particelle α e β, neutroni, radiazioni cosmiche (tutte queste sono particelle ad alta energia).

Mutagenoè qualcosa che può causare la mutazione.

Oltre a varie radiazioni, molte sostanze chimiche: formaldeide, colchicina, componenti del tabacco, pesticidi, conservanti, alcuni farmaci, ecc.

Cause delle mutazioni

Le mutazioni sono divise in spontaneo e indotto. Le mutazioni spontanee si verificano spontaneamente per tutta la vita di un organismo in condizioni ambientali normali con una frequenza da circa 10 a -9 potenza - da 10 a -12 per nucleotide per generazione cellulare. Le mutazioni indotte sono chiamate modificazioni ereditarie nel genoma risultanti da determinati effetti mutageni in condizioni artificiali (sperimentali) o sotto influenze ambientali avverse.

Le mutazioni appaiono costantemente nel corso dei processi che si verificano in una cellula vivente. I principali processi che portano al verificarsi di mutazioni sono la replicazione del DNA, la riparazione alterata del DNA e la ricombinazione genetica.

Associazione delle mutazioni con la replicazione del DNA

Molti cambiamenti chimici spontanei nei nucleotidi portano a mutazioni che si verificano durante la replicazione. Ad esempio, a causa della deaminazione della citosina, l'uracile può essere incluso nella catena del DNA opposta (si forma una coppia U-G invece della coppia canonica CG). Durante la replicazione del DNA opposto all'uracile, l'adenina è inclusa nella nuova catena, si forma una coppia UA e durante la replica successiva viene sostituita da una coppia TA, cioè si verifica una transizione.

Associazione delle mutazioni con la ricombinazione del DNA

Tra i processi associati alla ricombinazione, l'attraversamento ineguale il più delle volte porta a mutazioni. Di solito si verifica quando sul cromosoma sono presenti diverse copie duplicate del gene originale che conservano una sequenza nucleotidica simile. Come risultato dell'incrocio ineguale, si verifica una duplicazione in uno dei cromosomi ricombinanti e nell'altro si verifica una cancellazione.

Associazione delle mutazioni con la riparazione del DNA

Il danno spontaneo al DNA è abbastanza comune e tali eventi si verificano in ogni cellula. Per eliminare le conseguenze di tale danno, esistono meccanismi di riparazione speciali (ad esempio, viene tagliato un segmento di DNA errato e quello originale viene ripristinato in questo luogo). Le mutazioni si verificano solo quando il meccanismo di riparazione per qualche motivo non funziona o non è in grado di far fronte all'eliminazione del danno. Le mutazioni che si verificano nei geni delle proteine ​​responsabili della riparazione possono portare a un aumento multiplo (effetto mutatore) oa una diminuzione (effetto antimutatore) della frequenza di mutazione di altri geni. Pertanto, le mutazioni nei geni di molti enzimi del sistema di riparazione dell'escissione portano a un forte aumento della frequenza delle mutazioni somatiche nell'uomo e questo, a sua volta, porta allo sviluppo di xeroderma pigmentato e tumori maligni del tegumento.

Mutageni

Ci sono fattori che possono aumentare significativamente la frequenza delle mutazioni - fattori mutageni. Questi includono:

• mutageni chimici - sostanze che causano mutazioni,
• mutageni fisici - radiazioni ionizzanti, comprese le radiazioni di fondo naturale, le radiazioni ultraviolette, le alte temperature, ecc.,
• mutageni biologici - ad esempio retrovirus, retrotrasposoni.

Classificazioni delle mutazioni

Esistono diverse classificazioni delle mutazioni in base a vari criteri. Möller ha proposto di dividere le mutazioni in base alla natura del cambiamento nel funzionamento del gene in ipomorfico(gli alleli alterati agiscono nella stessa direzione degli alleli wild-type; viene sintetizzato solo meno prodotto proteico), amorfo(una mutazione sembra una perdita completa della funzione genica, ad esempio una mutazione bianca nella Drosofila) antimorfico(il tratto mutante cambia, ad esempio, il colore di un chicco di mais cambia da viola a marrone) e neomorfico.

Nella moderna letteratura educativa viene utilizzata anche una classificazione più formale, basata sulla natura dei cambiamenti nella struttura dei singoli geni, cromosomi e nel genoma nel suo insieme. All'interno di questa classificazione si distinguono i seguenti tipi di mutazioni:

• genetico
• cromosomico
• genomico.

Conseguenze delle mutazioni per la cellula e l'organismo

Le mutazioni che alterano l'attività di una cellula in un organismo multicellulare spesso portano alla distruzione della cellula (in particolare, alla morte cellulare programmata, all'apoptosi). Se i meccanismi di difesa intra ed extracellulare non riconoscono la mutazione e la cellula va incontro a divisione, il gene mutante verrà trasmesso a tutti i discendenti della cellula e, molto spesso, porta al fatto che tutte queste cellule iniziano a funzionare in modo diverso .

Il ruolo delle mutazioni nell'evoluzione

Con un cambiamento significativo delle condizioni di esistenza, quelle mutazioni che prima erano dannose possono rivelarsi benefiche. Pertanto, le mutazioni sono materia della selezione naturale. Pertanto, i mutanti melanici (individui di colore scuro) nelle popolazioni della falena della betulla (Biston betularia) in Inghilterra furono scoperti per la prima volta dagli scienziati tra i tipici individui chiari a metà del 19° secolo. La colorazione scura si verifica a causa di una mutazione in un gene. Le farfalle trascorrono la giornata sui tronchi e sui rami degli alberi, solitamente ricoperti di licheni, contro i quali si maschera il colore chiaro. Come risultato della rivoluzione industriale, accompagnata dall'inquinamento atmosferico, i licheni morirono e i tronchi leggeri delle betulle furono ricoperti di fuliggine. Di conseguenza, entro la metà del 20° secolo (per 50-100 generazioni) nelle aree industriali, il morph scuro ha quasi completamente sostituito quello chiaro. È stato dimostrato che motivo principale La sopravvivenza predominante della forma nera è la predazione degli uccelli, che hanno mangiato selettivamente le farfalle di colore chiaro nelle aree inquinate.

Se una mutazione interessa sezioni di DNA “silenziose”, o porta alla sostituzione di un elemento del codice genetico con uno sinonimo, di solito non si manifesta in alcun modo nel fenotipo (la manifestazione di tale sostituzione sinonimo può essere associati a diverse frequenze di utilizzo del codone). Tuttavia, tali mutazioni possono essere rilevate mediante metodi di analisi genica. Poiché la maggior parte delle mutazioni si verificano a causa di cause naturali, quindi, supponendo che le proprietà di base dell'ambiente non siano cambiate, risulta che il tasso di mutazione dovrebbe essere approssimativamente costante. Questo fatto può essere utilizzato per studiare la filogenesi, lo studio dell'origine e delle relazioni di vari taxa, compreso l'uomo. Pertanto, le mutazioni nei geni silenziosi servono come una sorta di "orologio molecolare" per i ricercatori. La teoria dell'"orologio molecolare" deriva anche dal fatto che la maggior parte delle mutazioni sono neutre, e la velocità del loro accumulo in un dato gene non dipende o dipende debolmente dall'azione della selezione naturale e quindi rimane costante per lungo tempo. Per geni diversi, questo tasso, tuttavia, varierà.

Lo studio delle mutazioni nel DNA mitocondriale (ereditato per linea materna) e nei cromosomi Y (ereditato per linea paterna) è ampiamente utilizzato in biologia evolutiva per studiare l'origine di razze e nazionalità, per ricostruire lo sviluppo biologico dell'umanità.

Il problema delle mutazioni casuali

Negli anni '40 era popolare tra i microbiologi il punto di vista, secondo il quale le mutazioni sono causate dall'esposizione a un fattore ambientale (ad esempio un antibiotico), al quale consentono l'adattamento. Per verificare questa ipotesi, sono stati sviluppati un test di fluttuazione e il metodo della replica.
Il test di fluttuazione di Luria-Delbruck consiste nel fatto che piccole porzioni della coltura iniziale di batteri vengono disperse in provette con un mezzo liquido e, dopo diversi cicli di divisioni, alle provette viene aggiunto un antibiotico. Quindi (senza successive divisioni) i batteri resistenti agli antibiotici sopravvissuti vengono piastrati su piastre Petri con terreno solido. Il test ha mostrato. che il numero di colonie stabili da provette diverse è molto variabile - nella maggior parte dei casi è piccolo (o zero) e in alcuni casi è molto alto. Ciò significa che le mutazioni che hanno causato la resistenza agli antibiotici si sono verificate in momenti casuali sia prima che dopo l'esposizione all'antibiotico.
Il metodo delle repliche (in microbiologia) è quello della capsula di Petri originale, dove le colonie di batteri crescono su un terreno solido, viene eseguita un'impronta su un tessuto soffice, quindi i batteri vengono trasferiti dal tessuto a diverse altre piastre, dove lo schema della loro disposizione risulta essere lo stesso della tazza originale. Dopo l'esposizione a un antibiotico su tutte le piastre, le colonie situate negli stessi punti sopravvivono. Seminando tali colonie su nuove piastre, si può dimostrare che tutti i batteri all'interno della colonia sono resistenti.
Pertanto, con entrambi i metodi, è stato dimostrato che le mutazioni "adattive" sorgono indipendentemente dall'influenza del fattore a cui consentono di adattarsi e, in questo senso, le mutazioni sono casuali. Tuttavia, è indubbio che la possibilità di determinate mutazioni dipenda dal genotipo ed è incanalata dal precedente corso dell'evoluzione (vedi legge delle serie omologhe nella variabilità ereditaria). Inoltre, la frequenza di mutazione di diversi geni differisce naturalmente e siti diversi all'interno dello stesso gene. È anche noto che gli organismi superiori utilizzano mutazioni "mirate" (cioè che si verificano in alcune regioni del DNA) nei meccanismi dell'immunità. Con il loro aiuto si crea una varietà di cloni di linfociti, tra i quali, di conseguenza, ci sono sempre cellule in grado di dare una risposta immunitaria a una nuova malattia sconosciuta all'organismo. I linfociti adatti sono selezionati positivamente, con conseguente memoria immunologica.

Guarda anche

Collegamenti

Inge-Vechtomov S.V. La genetica con le basi della selezione. M., Scuola superiore, 1989.

Appunti

biologia evolutiva
Meccanismi e processi	Adattamento Speciazione Deriva genetica Selezione naturale Ereditarietà Variabilità Microevoluzione Macroevoluzione Mutazioni Trasferimento genico
L'emergere della vita	Evoluzione chimica Ipotesi del mondo dell'RNA Evoluzione biologica
Storia della dottrina evoluzionistica	Geoffreismo Brockismo Darwinismo Lamarckismo Pangenesi Ortogenesi Autogenesi Nomogenesi Saltationismo Catastrofismo Neocatastrofismo
Concetti moderni	Teoria sintetica dell'evoluzione Teoria dell'equilibrio punteggiato Teoria neutra dell'evoluzione molecolare Teoria epigenetica dell'evoluzione Teoria dell'evoluzione degli ecosistemi
Umano	Antropogenesi

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