Šta su mutacije. Genske mutacije: primjeri, uzroci, vrste, mehanizmi

Kromosomske mutacije (inače se zovu aberacije, preuređenje) su nepredvidive promjene u strukturi hromozoma. Najčešće su uzrokovani problemima koji se javljaju prilikom diobe stanica. Izloženost inicirajućim faktorima okoline je još jedan mogući uzrok hromozomskih mutacija. Pogledajmo kakve mogu biti manifestacije takvih promjena u strukturi hromozoma i kakve posljedice imaju za ćeliju i cijeli organizam.

Mutacije. Opće odredbe

U biologiji, mutacija se definira kao trajna promjena u strukturi genetskog materijala. Šta znači "uporan"? Nasljeđuju ga potomci organizma koji ima mutantnu DNK. To se dešava na sledeći način. Jedna ćelija prima pogrešan DNK. Ona se dijeli, a dvije kćeri u potpunosti kopiraju njegovu strukturu, odnosno sadrže i izmijenjeni genetski materijal. Nadalje, takvih stanica je sve više, a ako organizam krene u reprodukciju, njegovi potomci dobivaju sličan mutantni genotip.

Mutacije obično ne prolaze nezapaženo. Neki od njih toliko mijenjaju tijelo da je rezultat ovih promjena smrtonosni ishod. Neki od njih tjeraju tijelo da funkcionira na nov način, smanjujući njegovu sposobnost prilagođavanja i dovodeći do ozbiljnih patologija. I vrlo mali broj mutacija koristi tijelu, čime se povećava njegova sposobnost prilagođavanja uvjetima okoline.

Odredite mutacije genske, hromozomske i genomske. Takva klasifikacija zasniva se na razlikama koje se javljaju u različitim strukturama genetskog materijala. Hromozomske mutacije tako utiču na strukturu hromozoma, genske mutacije - redoslijed nukleotida u genima, a genomske mutacije vrše promjene u genomu cijelog organizma, dodajući ili oduzimajući cijeli set hromozoma.

Razgovarajmo detaljnije o hromozomskim mutacijama.

Šta su hromozomski preuredi?

Ovisno o tome kako su promjene koje se javljaju, razlikuju se sljedeće vrste kromosomskih mutacija.

1. Intrahromozomska - transformacija genetskog materijala unutar jednog hromozoma.
2. Interhromozomski - preuređenja, kao rezultat kojih dva nehomologna hromozoma razmjenjuju svoje dijelove. Nehomologni hromozomi sadrže različite gene i ne susreću se tokom mejoze.

Svaka od ovih vrsta aberacija odgovara određenim tipovima hromozomskih mutacija.

Brisanja

Delecija je odvajanje ili gubitak dijela hromozoma. Lako je pretpostaviti da je ova vrsta mutacije intrahromozomska.

Ako je ekstremni dio hromozoma odvojen, tada se brisanje naziva terminalno. Ako dođe do gubitka genetskog materijala bliže centru hromozoma, takvo brisanje se naziva intersticijalno.

Ova vrsta mutacije može uticati na vitalnost organizma. Na primjer, gubitak dijela hromozoma koji kodira određeni gen daje osobi imunitet na virus imunodeficijencije. Ova adaptivna mutacija nastala je prije oko 2000 godina, a neki ljudi sa AIDS-om uspjeli su preživjeti samo zato što su imali sreće da imaju hromozome sa promijenjenom strukturom.

Duplikacije

Druga vrsta intrahromozomskih mutacija su duplikacije. Ovo je kopiranje dijela hromozoma, koje nastaje zbog greške u takozvanom crossoveru, odnosno crossingoveru, u procesu diobe stanice.

Ovako kopirana regija može zadržati svoju poziciju, rotirati se za 180° ili se čak ponoviti nekoliko puta, a tada se takva mutacija naziva amplifikacija.

U biljkama se količina genetskog materijala može povećati upravo višestrukim umnožavanjem. U ovom slučaju se obično mijenja sposobnost cijele vrste prilagodbe, što znači da su takve mutacije od velike evolucijske važnosti.

Inverzije

Također se odnosi na intrahromozomske mutacije. Inverzija je rotacija određenog dijela hromozoma za 180°.

Dio hromozoma obrnut kao rezultat inverzije može se nalaziti na jednoj strani centromere (paracentrična inverzija) ili na suprotnim stranama centromere (pericentrično). Centromera je takozvana regija primarne konstrikcije hromozoma.

Obično inverzije ne utječu na vanjske znakove tijela i ne dovode do patologija. Postoji, međutim, pretpostavka da se kod žena s inverzijom određenog dijela devetog hromozoma vjerovatnoća pobačaja tokom trudnoće povećava za 30%.

Translokacije

Translokacija je premještanje dijela jednog kromosoma u drugi. Ove mutacije su interhromozomskog tipa. Postoje dvije vrste translokacija.

1. Recipročno - ovo je razmjena dva hromozoma u određenim područjima.
2. Robertsonov - fuzija dva hromozoma sa kratkim krakom (akrocentrično). U procesu Robertsonove translokacije, gube se kratki dijelovi oba kromosoma.

Recipročne translokacije dovode do problema sa plodnošću kod ljudi. Ponekad takve mutacije uzrokuju pobačaj ili dovode do rođenja djece s urođenim razvojnim patologijama.

Robertsonove translokacije su prilično česte kod ljudi. Konkretno, ako se translokacija dogodi uz sudjelovanje hromozoma 21, fetus razvija Downov sindrom, jednu od najčešće zabilježenih kongenitalnih patologija.

izohromozomi

Izohromozomi su hromozomi koji su izgubili jednu ruku, ali su je u isto vreme zamenili tačnom kopijom svoje druge ruke. To jest, u stvari, takav proces se može smatrati brisanjem i inverzijom u jednoj bočici. U vrlo rijetkim slučajevima takvi hromozomi imaju dvije centromere.

Izohromozomi su prisutni u genotipu žena koje pate od Shereshevsky-Turnerovog sindroma.

Sve gore opisane vrste kromosomskih mutacija svojstvene su različitim živim organizmima, uključujući ljude. Kako se manifestuju?

Hromozomske mutacije. Primjeri

Mutacije se mogu pojaviti u polnim hromozomima i u autosomima (svi ostali upareni hromozomi ćelije). Ako mutageneza utiče na polne hromozome, posledice po organizam su, po pravilu, teške. Nastaju kongenitalne patologije koje utiču na mentalni razvoj pojedinca i obično se izražavaju u promjenama fenotipa. Odnosno, spolja mutantni organizmi se razlikuju od normalnih.

Genomske i hromozomske mutacije su češće kod biljaka. Međutim, oni se nalaze i kod životinja i kod ljudi. Kromosomske mutacije, primjere kojih ćemo razmotriti u nastavku, očituju se u pojavi teških nasljednih patologija. To su Wolff-Hirschhornov sindrom, sindrom "mačjeg krika", bolest parcijalne trisomije duž kratkog kraka hromozoma 9 i neki drugi.

Sindrom "mačji plač"

Ova bolest je otkrivena 1963. Nastaje zbog djelomične monosomije na kratkom kraku hromozoma 5, zbog delecije. Jedna od 45.000 beba rodi se s ovim sindromom.

Zašto je ova bolest tako nazvana? Djeca koja boluju od ove bolesti imaju karakterističan plač koji podsjeća na mačje mjaukanje.

Brisanjem kratkog kraka petog hromozoma, njegovi različiti dijelovi mogu biti izgubljeni. Kliničke manifestacije bolesti direktno zavise od toga koji su geni izgubljeni tokom ove mutacije.

Struktura larinksa se mijenja kod svih pacijenata, što znači da je "mačji plač" svojstven svima bez izuzetka. Većina onih koji pate od ovog sindroma imaju promjenu u strukturi lubanje: smanjenje regije mozga, lice u obliku mjeseca. Ušne školjke kod sindroma "mačjeg plača" obično se nalaze nisko. Ponekad pacijenti imaju urođene patologije srca ili drugih organa. Mentalna retardacija je također karakteristična karakteristika.

Obično pacijenti sa ovim sindromom umiru u ranom djetinjstvu, samo 10% njih preživi do desete godine. Međutim, zabilježeni su i slučajevi dugovječnosti sa sindromom "mačjeg plača" - do 50 godina.

Wolff-Hirschhornov sindrom

Ovaj sindrom je mnogo rjeđi - 1 slučaj na 100.000 porođaja. Uzrokuje ga delecija jednog od segmenata kratkog kraka četvrtog hromozoma.

Manifestacije ove bolesti su raznolike: zakašnjeli razvoj fizičke i mentalne sfere, mikrocefalija, karakterističan kljunasti nos, strabizam, rascjep nepca ili gornje usne, mala usta, malformacije unutrašnjih organa.

Kao i mnoge druge ljudske hromozomske mutacije, Wolff-Hirschhornova bolest je klasifikovana kao polu-smrtonosna. To znači da je vitalnost organizma s takvom bolešću značajno smanjena. Djeca s dijagnozom Wolff-Hirschhornovog sindroma obično ne dožive godinu dana, ali je zabilježen jedan slučaj kada je pacijent živio 26 godina.

Sindrom parcijalne trisomije na kratkom kraku hromozoma 9

Ova bolest nastaje usled neuravnoteženih duplikacija u devetom hromozomu, usled čega u ovom hromozomu ima više genetskog materijala. Ukupno je poznato više od 200 slučajeva takvih mutacija kod ljudi.

Klinička slika je opisana zaostajanjem u fizičkom razvoju, blagom mentalnom retardacijom i karakterističnim izrazom lica. Srčane mane se nalaze kod četvrtine svih pacijenata.

Kod sindroma parcijalne trisomije kratkog kraka hromozoma 9, prognoza je još uvijek relativno povoljna: većina pacijenata preživi do starosti.

Ostali sindromi

Ponekad, čak i u vrlo malim dijelovima DNK, dolazi do hromozomskih mutacija. Bolesti u takvim slučajevima obično su posljedica duplikacija ili delecija, a nazivaju se mikroduplikacija odnosno mikrodelecija.

Najčešći takav sindrom je Prader-Willi bolest. Nastaje zbog mikrodelecije dijela hromozoma 15. Zanimljivo je da ovaj hromozom tijelo mora dobiti od oca. Kao rezultat mikrodelecije, zahvaćeno je 12 gena. Pacijenti sa ovim sindromom su mentalno retardirani, gojazni i obično imaju mala stopala i šake.

Još jedan primjer takvih hromozomskih bolesti je Sotosov sindrom. Nastaje mikrodelecija u predjelu dugog kraka hromozoma 5. Kliničku sliku ove nasljedne bolesti karakterizira brzi rast, povećanje veličine šaka i stopala, prisustvo konveksnog čela, a neke mentalne retardacija. Učestalost pojave ovog sindroma nije utvrđena.

Kromosomske mutacije, tačnije, mikrodelecije u regijama hromozoma 13 i 15, uzrokuju Wilmsov tumor, odnosno retinblastom. Wilmsov tumor je karcinom bubrega koji se javlja pretežno kod djece. Retinoblastom je maligni tumor retine koji se javlja i kod djece. Ove bolesti se liječe ako se dijagnosticiraju u ranim fazama. U nekim slučajevima liječnici pribjegavaju operativnoj intervenciji.

Moderna medicina eliminira mnoge bolesti, ali još nije moguće izliječiti ili barem spriječiti hromozomske mutacije. Mogu se otkriti samo na početku intrauterinog razvoja fetusa. Međutim, genetski inženjering ne stoji mirno. Možda će se uskoro pronaći način za prevenciju bolesti uzrokovanih hromozomskim mutacijama.

Subsequence nuklearna DNK kod bilo koje dvije osobe je skoro 99,9% identičan. Samo vrlo mali dio DNK sekvence varira od osobe do osobe, pružajući genetsku varijaciju. Neke razlike u sekvenci DNK nemaju efekta na fenotip, dok su druge direktni uzroci bolesti. Između ta dva ekstrema nalaze se promjene odgovorne za genetski predodređenu fenotipsku varijabilnost u anatomiji i fiziologiji, toleranciju na hranu, odgovore na liječenje ili nuspojave lijekova, osjetljivost na infekcije, osjetljivost na tumore, a možda čak i varijabilnost u različitim crtama ličnosti, atletskim sposobnostima i umjetnička sposobnost, talenat.

Jedan od važnih koncepte ljudske genetike i medicinska genetika – da su genetske bolesti samo najočitija i često ekstremna manifestacija genetskih razlika, jedan kraj kontinuuma promjena od rijetkih varijanti koje uzrokuju bolest, preko češćih varijanti koje povećavaju podložnost bolesti, do najčešćih promjena koje nemaju očiglednu vezu sa bolešću.

Vrste mutacija kod ljudi

Svaka promjena u nukleotidnoj sekvenci ili rasporedu DNK. Mutacije se mogu podijeliti u tri kategorije: one koje utječu na broj hromozoma u ćeliji (genomske mutacije), promjene strukture pojedinačnih hromozoma (hromozomske mutacije) i promjene pojedinačnih gena (genske mutacije). Genomske mutacije su promjene u broju intaktnih hromozoma (aneuploidija) koje su rezultat grešaka u segregaciji hromozoma tokom mejoze ili mitoze.

Hromozomske mutacije- promjene koje zahvaćaju samo dio hromozoma, kao što su parcijalne duplikacije, delecije, inverzije i translokacije, koje se mogu javiti spontano ili nastati zbog abnormalne segregacije translociranih hromozoma tokom mejoze. Genske mutacije su promjene u DNK sekvenci nuklearnog ili mitohondrijalnog genoma, u rasponu od jedne mutacije nukleotida do promjena koje obuhvataju više milijuna parova baza. Mnoge vrste mutacija predstavljene su različitim alelima na pojedinačnim lokusima u više od hiljadu različitih genetskih bolesti, kao i među milionima varijanti DNK koje se nalaze u čitavom genomu u normalnoj populaciji.

Opis različitih mutacije ne samo da povećava svijest o ljudskoj genetskoj raznolikosti i krhkosti ljudskog genetskog naslijeđa, već i doprinosi informacijama potrebnim za otkrivanje i skrining genetskih bolesti u određenim rizičnim porodicama i, za neke bolesti, u populaciji u cjelini.

Genomska mutacija, što dovodi do gubitka ili dupliciranja cijelog hromozoma, mijenja dozu, a time i nivo ekspresije stotina ili hiljada gena. Slično tome, hromozomska mutacija koja utiče na većinu jednog ili više hromozoma takođe može uticati na ekspresiju stotina gena. Čak i mala mutacija gena može imati velike posljedice, ovisno o tome koji je gen zahvaćen i do čega dolazi promjena u ekspresiji tog gena. Mutacija gena u obliku promjene jednog nukleotida u kodirajućoj sekvenci može dovesti do potpunog gubitka ekspresije gena ili stvaranja proteina sa izmijenjenim svojstvima.

Neki DNK promjene međutim, nemaju fenotipske efekte. Kromosomska translokacija ili inverzija možda neće utjecati na kritični dio genoma i nemaju apsolutno nikakve fenotipske efekte. Mutacija unutar gena možda neće imati efekta jer ne mijenja aminokiselinsku sekvencu polipeptida ili, čak i ako ima, promjena kodirane sekvence aminokiselina ne mijenja funkcionalna svojstva proteina. Stoga, nemaju sve mutacije kliničke posljedice.

Sve tri vrste mutacija javljaju se sa značajnom učestalošću u mnogim različitim ćelijama. Ako dođe do mutacije u DNK zametnih stanica, ona se može prenijeti na sljedeće generacije. Nasuprot tome, somatske mutacije se javljaju nasumično u samo podskupu ćelija određenih tkiva, što dovodi do somatskog mozaicizma koji se vidi, na primjer, kod mnogih tumora. Somatske mutacije se ne mogu prenijeti na sljedeće generacije.

Gotovo svaka promjena u strukturi ili broju hromozoma, u kojoj ćelija zadržava sposobnost da se sama reproducira, uzrokuje nasljednu promjenu karakteristika organizma. Po prirodi promjene u genomu, tj. skupovi gena sadržani u haploidnom skupu hromozoma razlikuju genske, hromozomske i genomske mutacije. nasljedna mutantna hromozomska genetika

Genske mutacije su molekularne promjene u strukturi DNK koje nisu vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Genske mutacije uključuju sve promjene u molekularnoj strukturi DNK, bez obzira na njihovu lokaciju i utjecaj na održivost. Neke mutacije nemaju utjecaja na strukturu i funkciju odgovarajućeg proteina. Drugi (veći) dio genskih mutacija dovodi do sinteze defektnog proteina koji nije u stanju da obavlja svoju ispravnu funkciju.

Prema vrsti molekularnih promjena razlikuju se:

Delecije (od latinskog deletio - uništenje), tj. gubitak segmenta DNK sa jednog nukleotida na gen;

Duplikacije (od latinskog duplicatio udvajanje), tj. umnožavanje ili re-duplikacija segmenta DNK od jednog nukleotida na čitave gene;

Inverzije (od latinskog inversio - prevrtanje), tj. okret za 180° segmenta DNK u rasponu veličine od dva nukleotida do fragmenta koji uključuje nekoliko gena;

Insercije (od latinskog insertio - prilog), tj. umetanje fragmenata DNK veličine od jednog nukleotida do cijelog gena.

Mutacije gena uzrokuju razvoj većine nasljednih oblika patologije. Bolesti uzrokovane takvim mutacijama nazivaju se genske ili monogene bolesti, tj. bolesti čiji je razvoj određen mutacijom jednog gena.

Efekti genskih mutacija su izuzetno raznoliki. Većina njih se ne pojavljuje fenotipski jer su recesivne. Ovo je veoma važno za postojanje vrste, jer je većina novonastalih mutacija štetna. Međutim, njihova recesivna priroda im omogućava da dugo perzistiraju kod jedinki vrste u heterozigotnom stanju bez štete po tijelo i da se manifestiraju u budućnosti kada pređu u homozigotno stanje.

Trenutno postoji više od 4500 monogenih bolesti. Najčešći od njih su: cistična fibroza, fenilketonurija, Duchenne-Beckerove miopatije i niz drugih bolesti. Klinički se manifestuju znacima metaboličkih poremećaja (metabolizma) u organizmu.

Istovremeno, poznat je niz slučajeva kada promjena samo jedne baze u određenom genu ima primjetan učinak na fenotip. Jedan primjer je genetska anomalija kao što je anemija srpastih stanica. Recesivni alel koji uzrokuje ovu nasljednu bolest u homozigotnom stanju izražava se u zamjeni samo jednog aminokiselinskog ostatka u (B-lancu molekule hemoglobina (glutaminska kiselina? ?> valin). To dovodi do toga da crvena krv ćelije sa takvim hemoglobinom se deformišu u krvi (od zaobljenih postaju srpaste) i brzo se uništavaju. Istovremeno se razvija akutna anemija i smanjuje se količina kiseonika koji se prenosi krvlju. Anemija izaziva fizičku slabost, poremećaji srca i bubrega, te može dovesti do rane smrti kod ljudi homozigotnih za mutantni alel.

Hromozomske mutacije su uzroci hromozomskih bolesti.

Kromosomske mutacije su strukturne promjene u pojedinačnim hromozomima, obično vidljive pod svjetlosnim mikroskopom. Veliki broj (od desetina do nekoliko stotina) gena je uključen u hromozomsku mutaciju, što dovodi do promjene normalnog diploidnog skupa. Iako hromozomske aberacije općenito ne mijenjaju sekvencu DNK u specifičnim genima, promjena broja kopija gena u genomu dovodi do genetske neravnoteže zbog nedostatka ili viška genetskog materijala. Postoje dvije velike grupe hromozomskih mutacija: intrahromozomske i interhromozomske (vidi sliku 2).

Intrahromozomske mutacije su aberacije unutar jednog hromozoma (vidi sliku 3). To uključuje:

Delecije - gubitak jednog od dijelova hromozoma, unutrašnjeg ili terminalnog. To može dovesti do kršenja embriogeneze i stvaranja višestrukih razvojnih anomalija (na primjer, delecija u području kratkog kraka 5. kromosoma, označenog kao 5p-, dovodi do nerazvijenosti larinksa, srčanih mana, mentalne retardacije Ovaj kompleks simptoma je poznat kao sindrom "mačjeg plača", jer kod bolesne djece, zbog anomalije larinksa, plač podsjeća na mačje mjaukanje);

Inverzije. Kao rezultat dvije tačke prekida u hromozomu, nastali fragment se ubacuje na svoje prvobitno mjesto nakon rotacije od 180°. Kao rezultat toga, samo redoslijed gena je narušen;

Duplikacije - udvostručavanje (ili umnožavanje) bilo kojeg dijela hromozoma (na primjer, trisomija duž kratkog kraka 9. kromosoma uzrokuje višestruke defekte, uključujući mikrocefaliju, zakašnjeli fizički, mentalni i intelektualni razvoj).

Rice. 2.

Interhromozomske mutacije ili mutacije preuređivanja su razmjena fragmenata između nehomolognih hromozoma. Takve mutacije se nazivaju translokacije (od latinskog trans - za, kroz i locus - mjesto). To:

Recipročna translokacija - dva hromozoma razmjenjuju svoje fragmente;

Nerecipročna translokacija - fragment jednog hromozoma se transportuje u drugi;

? "centrična" fuzija (Robertsonova translokacija) - povezivanje dva akrocentrična hromozoma u području njihovih centromera uz gubitak kratkih krakova.

Sa poprečnim lomljenjem hromatida kroz centromere, "sestrinske" hromatide postaju "ogledalo" kraka dva različita hromozoma koji sadrže iste skupove gena. Takvi hromozomi se nazivaju izohromozomi.

Rice. 3.

Translokacije i inverzije, koje su uravnotežena hromozomska preuređivanja, nemaju fenotipske manifestacije, ali kao rezultat segregacije preuređenih hromozoma u mejozi mogu formirati neuravnotežene gamete, što će dovesti do pojave potomstva sa hromozomskim abnormalnostima.

Genomske mutacije, kao i hromozomski, uzročnici su hromozomskih bolesti.

Genomske mutacije uključuju aneuploidiju i promjene u plidiji strukturno nepromijenjenih hromozoma. Genomske mutacije se otkrivaju citogenetskim metodama.

Aneuploidija je promjena (smanjenje - monosomija, povećanje - trisomija) broja hromozoma u diploidnom skupu, a ne višestruka od haploidnog (2n + 1, 2n-1, itd.).

Poliploidija - povećanje broja setova hromozoma, višestruko od haploidnog (3n, 4n, 5n, itd.).

Kod ljudi, poliploidija, kao i većina aneuploidija, su smrtonosne mutacije.

Najčešće genomske mutacije uključuju:

Trisomija - prisustvo tri homologna hromozoma u kariotipu (na primjer, za 21. par sa Downovom bolešću, za 18. par za Edwardsov sindrom, za 13. par za Patau sindrom; za polne hromozome: XXX, XXY, XYY);

Monosomija je prisustvo samo jednog od dva homologna hromozoma. Kod monosomije za bilo koji od autosoma, normalan razvoj embrija nije moguć. Jedina monosomija kod ljudi koja je kompatibilna sa životom - monosomija na X hromozomu - dovodi do Shereshevsky-Turner sindroma (45,X).

Razlog koji dovodi do aneuploidije je neraspadanje hromozoma tokom ćelijske deobe tokom formiranja zametnih ćelija ili gubitak hromozoma kao posledica zaostajanja u anafazi, kada jedan od homolognih hromozoma može zaostajati za drugim nehomolognim hromozomima tokom kretanja. do stupa. Termin nedisjunkcija označava odsustvo razdvajanja hromozoma ili hromatida u mejozi ili mitozi.

Nedisjunkcija hromozoma najčešće se uočava tokom mejoze. Hromozomi, koji bi se inače trebali podijeliti tokom mejoze, ostaju spojeni i kreću se na jedan pol ćelije u anafazi, tako nastaju dvije gamete od kojih jedna ima dodatni hromozom, a druga nema ovaj hromozom. Kada se gameta sa normalnim skupom hromozoma oplodi gametom sa dodatnim hromozomom, dolazi do trisomije (tj. postoje tri homologna hromozoma u ćeliji), kada se oplodi gameta bez jednog hromozoma, nastaje zigota sa monosomijom. Ako se na bilo kojem autosomnom kromosomu formira monosomni zigot, tada se razvoj organizma zaustavlja u najranijim fazama razvoja.

Prema vrsti nasljeđivanja dominantan i recesivan mutacije. Neki istraživači razlikuju polu-dominantne, ko-dominantne mutacije. Dominantne mutacije se odlikuju direktnim djelovanjem na tijelo, poludominantne mutacije su da je heterozigotni oblik u fenotipu posredan između AA i aa oblika, a kodominantne mutacije karakterizira činjenica da A 1 A 2 heterozigoti pokazuju znakove oba alela. Recesivne mutacije se ne pojavljuju kod heterozigota.

Ako se dominantna mutacija pojavi u gametama, njeni efekti se izražavaju direktno u potomstvu. Mnoge mutacije kod ljudi su dominantne. Česte su kod životinja i biljaka. Na primjer, generativna dominantna mutacija dovela je do rase kratkonogih ovaca Ancona.

Primjer poludominantne mutacije je mutacijsko formiranje heterozigotnog oblika Aa, srednjeg fenotipa između AA i aa organizama. To se dešava u slučaju biohemijskih osobina, kada je doprinos osobinama oba alela isti.

Primjer kodominantne mutacije su aleli I A i I B, koji određuju krvnu grupu IV.

U slučaju recesivnih mutacija, njihovi efekti su skriveni u diploidima. Pojavljuju se samo u homozigotnom stanju. Primjer su recesivne mutacije koje određuju bolesti ljudskih gena.

Dakle, glavni faktori u određivanju vjerovatnoće manifestacije mutiranog alela u organizmu i populaciji nisu samo faza reproduktivnog ciklusa, već i dominacija mutiranog alela.

Direktne mutacije? radi se o mutacijama koje inaktiviraju gene divljeg tipa, tj. mutacije koje mijenjaju informacije kodirane u DNK na direktan način, što rezultira promjenom od izvornog (divljeg) tipa organizma ide direktno u organizam mutantnog tipa.

Povratne mutacije su reverzije na originalne (divlje) tipove od mutantnih. Ove reverzije su dvije vrste. Neke od reverzija su uzrokovane ponovljenim mutacijama sličnog mjesta ili lokusa s obnavljanjem originalnog fenotipa i nazivaju se istinskim povratnim mutacijama. Ostale reverzije su mutacije u nekom drugom genu koje mijenjaju ekspresiju mutantnog gena prema izvornom tipu, tj. oštećenje u mutantnom genu je očuvano, ali nekako obnavlja svoju funkciju, uslijed čega se obnavlja fenotip. Takva obnova (potpuna ili djelomična) fenotipa unatoč očuvanju izvornog genetskog oštećenja (mutacija) naziva se supresija, a takve reverzne mutacije nazivaju se supresor (ekstragen). U pravilu, supresije nastaju kao rezultat mutacija u genima koji kodiraju sintezu tRNA i ribozoma.

Generalno, suzbijanje može biti:

? intragenic? kada druga mutacija u već zahvaćenom genu promijeni kodon defektan kao rezultat direktne mutacije na način da se u polipeptid ubaci aminokiselina koja može obnoviti funkcionalnu aktivnost ovog proteina. Istovremeno, ova aminokiselina ne odgovara originalnoj (prije pojave prve mutacije), tj. nije uočena prava reverzibilnost;

? doprineo? kada se struktura tRNA promijeni, zbog čega mutantna tRNA uključuje u sintetizirani polipeptid drugu aminokiselinu umjesto one koju kodira defektni triplet (koja je rezultat direktne mutacije).

Nije isključena kompenzacija za djelovanje mutagena zbog fenotipske supresije. Može se očekivati ​​kada na ćeliju utiče faktor koji povećava vjerovatnoću grešaka u čitanju mRNA tokom translacije (na primjer, neki antibiotici). Takve greške mogu dovesti do zamjene pogrešne aminokiseline, koja, međutim, vraća funkciju proteina, koja je narušena kao rezultat direktne mutacije.

Mutacije, pored kvalitativnih svojstava, karakterišu i način na koji se javljaju. Spontano(slučajne) - mutacije koje se javljaju u normalnim životnim uslovima. Oni su rezultat prirodnih procesa koji se odvijaju u ćelijama, nastaju u uslovima prirodne radioaktivne pozadine Zemlje u vidu kosmičkog zračenja, radioaktivnih elemenata na površini Zemlje, radionuklida ugrađenih u ćelije organizama koji izazivaju ove mutacije ili kao rezultat grešaka u replikaciji DNK. Spontane mutacije se javljaju kod ljudi u somatskim i generativnim tkivima. Metoda za određivanje spontanih mutacija zasniva se na činjenici da se kod djece javlja dominantna osobina, iako je roditelji nemaju. Dansko istraživanje pokazalo je da otprilike jedna od 24.000 gameta nosi dominantnu mutaciju. Učestalost spontanih mutacija kod svake vrste je genetski određena i održava se na određenom nivou.

inducirano mutageneza je umjetna proizvodnja mutacija korištenjem mutagena različite prirode. Postoje fizički, hemijski i biološki mutageni faktori. Većina ovih faktora ili direktno reaguje sa azotnim bazama u molekulima DNK ili su ugrađeni u nukleotidne sekvence. Učestalost induciranih mutacija određuje se poređenjem ćelija ili populacija organizama tretiranih i netretiranih mutagenom. Ako se učestalost mutacije u populaciji poveća za 100 puta kao rezultat tretmana mutagenom, onda se smatra da će samo jedan mutant u populaciji biti spontan, a ostali će biti inducirani. Istraživanja o stvaranju metoda za usmjereno djelovanje različitih mutagena na specifične gene su od praktične važnosti za selekciju biljaka, životinja i mikroorganizama.

Prema vrsti ćelija u kojima se javljaju mutacije razlikuju se generativne i somatske mutacije (vidi sliku 4).

Generativno mutacije se javljaju u stanicama reproduktivnih klica i u zametnim stanicama. Ako se mutacija (generativna) dogodi u genitalnim stanicama, tada nekoliko gameta može primiti mutantni gen odjednom, što će povećati potencijalnu sposobnost nasljeđivanja ove mutacije od strane nekoliko jedinki (pojedinaca) u potomstvu. Ako se mutacija dogodila u gameti, tada će vjerovatno samo jedna jedinka (pojedinac) u potomstvu dobiti ovaj gen. Na učestalost mutacija u zametnim ćelijama utiče starost organizma.

Rice. četiri.

Somatski mutacije se javljaju u somatskim ćelijama organizama. Kod životinja i ljudi, mutacijske promjene će postojati samo u tim stanicama. Ali kod biljaka, zbog njihove sposobnosti vegetativnog razmnožavanja, mutacija može ići dalje od somatskih tkiva. Na primjer, poznata zimska sorta jabuka Delicious potiče od mutacije u somatskoj ćeliji, koja je kao rezultat diobe dovela do formiranja grane koja je imala karakteristike mutantnog tipa. Potom je uslijedilo vegetativno razmnožavanje, što je omogućilo dobivanje biljaka sa svojstvima ove sorte.

Klasifikaciju mutacija u zavisnosti od njihovog fenotipskog efekta prvi je predložio G. Möller 1932. godine. Prema klasifikaciji raspoređeni su:

amorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem se osobina kontrolirana abnormalnim alelom ne javlja jer abnormalni alel nije aktivan u usporedbi s normalnim alelom. Ove mutacije uključuju gen za albinizam i oko 3000 autosomno recesivnih bolesti;

antimorfne mutacije. U ovom slučaju, vrijednost osobine koju kontrolira patološki alel je suprotna vrijednosti osobine koju kontrolira normalni alel. Ove mutacije uključuju gene oko 5-6 hiljada autosomno dominantnih bolesti;

hipermorfne mutacije. U slučaju takve mutacije, osobina koju kontrolira patološki alel je izraženija od osobine koju kontrolira normalni alel. Primjer? heterozigotni nosioci gena bolesti nestabilnosti genoma. Njihov broj je oko 3% svjetske populacije, a broj samih bolesti dostiže 100 nozologija. Među ovim bolestima: Fanconi anemija, ataksija teleangiektazija, pigmentna kseroderma, Bloomov sindrom, progeroidni sindromi, mnogi oblici karcinoma, itd. Istovremeno, učestalost raka kod heterozigotnih nosilaca gena za ove bolesti je 3-5 puta veća. nego u normi, a kod samih pacijenata (homozigota za ove gene) incidencija raka je deset puta veća od normalne.

hipomorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem je ekspresija osobine kontrolisane patološkim alelom oslabljena u poređenju sa osobinom koju kontroliše normalni alel. Ove mutacije uključuju mutacije u genima za sintezu pigmenta (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), kao i više od 30 oblika od 30 autosomno recesivne bolesti.

neomorfne mutacije. Kaže se da je takva mutacija kada je osobina koju kontrolira patološki alel drugačijeg (novog) kvaliteta u odnosu na osobinu koju kontrolira normalni alel. Primjer: sinteza novih imunoglobulina kao odgovor na prodor stranih antigena u tijelo.

Govoreći o trajnom značaju G. Möllerove klasifikacije, treba napomenuti da su 60 godina nakon njenog objavljivanja fenotipski efekti točkastih mutacija podijeljeni u različite klase u zavisnosti od njihovog uticaja na strukturu proteinskog genskog proizvoda i/ili nivoa njegovog izraza.

Mutacije- uporne promjene u genetskom aparatu koje nastaju iznenada i dovode do promjena određenih nasljednih karakteristika organizma. Osnove doktrine mutacije postavio je holandski botaničar i genetičar De Vries (1848-1935), koji je predložio ovaj termin. Glavne odredbe teorije mutacije su:

■ mutacije se javljaju iznenada;

■ promjene uzrokovane mutacijama su stabilne i mogu se naslijediti;

■ mutacije nisu usmjerene, odnosno mogu biti korisne, štetne ili neutralne za organizme;

■ iste mutacije se mogu ponavljati;

■ sposobnost stvaranja mutacija ε je univerzalno svojstvo svih živih organizama.

Mutacije prema tipu ćelije u kojima se javljaju promjene:

generativno - nastaju u zametnim ćelijama i nasljeđuju se tokom seksualne reprodukcije;

somatski - nastaju u nespolnim ćelijama i nasleđuju se tokom vegetativne ili aseksualne reprodukcije.

Mutacije koje utiču na vitalnu aktivnost:

smrtonosna - izazivaju smrt organizama i prije trenutka rođenja ili prije pojave sposobnosti razmnožavanja;

sublethal - smanjiti održivost pojedinaca;

neutralan - u normalnim uslovima ne utiču na vitalnost organizama.

Mutacije iza promjena u nasljednom aparatu

Genske mutacije - uporne promjene u pojedinačnim genima uzrokovane kršenjem nukleotidnog niza u molekulima nukleinske kiseline. Ove mutacije nastaju kao rezultat gubitka određenih nukleotida, pojave suvišnih i promjene redoslijeda njihovog rasporeda. Povrede u strukturi DNK dovode do mutacija samo kada nema popravke.

Raznolikost genskih mutacija:

1 ) dominantan, subdominantan /(djelimično se manifestuje) i recesivan

2 ) gubitak nukleotida(brisanje), udvostručavanje nukleotida(duplikacije), preuređenje nukleotida(inverzija), promjena baznog para(prijelazi i transverzije).

Značaj genskih mutacija leži u činjenici da one čine većinu mutacija povezanih s evolucijom organskog svijeta i selekcijom. Također, mutacije gena uzrok su takve grupe nasljednih bolesti kao što su geni. Genetske bolesti uzrokovane su djelovanjem mutiranog gena, a njihova patogeneza je povezana s produktima jednog gena (odsustvo proteina, enzima ili strukturni poremećaji). Primjeri genskih bolesti su hemofilija, daltonizam, albinizam, fenilketonurija, galaktozemija, anemija srpastih stanica itd.

Hromozomske mutacije (aberacije) - to su mutacije koje su rezultat preuređivanja hromozoma. Posljedica su lomljenja hromozoma sa stvaranjem fragmenata koji se potom kombinuju. Mogu se pojaviti unutar istog hromozoma i između homolognih i nehomolognih hromozoma.

Različite hromozomske mutacije:

■ nedostatak (brisanje) nastaje kao rezultat gubitka određenog mjesta od strane hromozoma;

■ udvostručavanje (umnožavanje) je povezan sa uključivanjem dodatnog dupliciranog segmenta hromozoma;

■ preokret (inverzija) se opaža kada se hromozomi razbiju i odmotaju mjesto za 180°;

■ transfer (translokacija) - dio hromozoma od jednog para vezan je za nehomologni hromozom.

Kromosomske mutacije uglavnom uzrokuju teške anomalije koje su nespojive sa životom (nestašica i preokret), glavni su izvor povećanja (udvostručavanja) gena i povećavaju varijabilnost organizama zbog rekombinacije (transfera) gena.

Genomske mutacije su mutacije povezane s promjenom broja setova hromozoma. Glavne vrste genomskih mutacija su:

1) poliploidija - povećanje broja hromozomskih skupova;

2) smanjenje broja hromozomskih setova;

3) aneuploidija (ili heteroploidija) - promjena u broju kromosoma pojedinih parova

polisemija - povećanje broja hromozoma za jedan - trisomija, za dva (tetrasomija) ili više hromozoma;

monosomija - smanjenje broja hromozoma za jedan;

nulta somija - potpuno odsustvo jednog para hromozoma.

Genomska mutacija je jedan od mehanizama specijacije (poliploidija). koriste se za stvaranje poliploidnih sorti koje su produktivnije, za dobijanje oblika koji su homozigotni za sve gene (smanjenje broja setova hromozoma). Genomske mutacije smanjuju održivost organizama, uzrokuju takvu grupu nasljednih bolesti kao što su hromozomski. hromozomske bolesti - to su nasljedne bolesti uzrokovane kvantitativnim (poliploidije, aneuploidije) ili strukturnim (delecije, inverzije, itd.) preuređivanjem hromozoma (npr. sindrom "mačjeg plača" (46, 5), Downov sindrom (47, 21+), Edwards sindrom (47 ,18+), Turnerov sindrom (45, XO), Patauov sindrom (47,13+), Klinefelterov sindrom (47, XXY) itd.).

Nasljedne promjene u genetskom materijalu danas se nazivaju mutacije. Mutacije- nagle promjene u genetskom materijalu koje dovode do promjene određenih karakteristika organizama.

Mutacije prema mjestu porijekla:

Generativno- nastao u zametnim ćelijama . Oni ne utiču na karakteristike ovog organizma, već se pojavljuju tek u sljedećoj generaciji.

somatski - koji se javljaju u somatskim ćelijama . Ove mutacije se manifestiraju u ovom organizmu i ne prenose se na potomstvo tokom seksualnog razmnožavanja (crna mrlja nasuprot smeđoj boji vune kod astrahanskih ovaca). Somatske mutacije mogu se sačuvati samo aseksualnim razmnožavanjem (prvenstveno vegetativnim).

Mutacije po adaptivnoj vrijednosti:

Korisno- povećanje održivosti pojedinaca.

Štetno:

smrtonosna- izazivanje smrti pojedinaca;

polusmrtonosna- smanjenje vitalnosti pojedinaca (kod muškaraca, gen recesivne hemofilije je polu-smrtonosan, a homozigotne žene nisu održive).

neutralno - ne utiču na održivost pojedinaca.

Ova klasifikacija je vrlo uslovna, jer jedna te ista mutacija može biti korisna u nekim stanjima, a štetna u drugim.

Mutacije po prirodi manifestacije:

dominantan, što vlasnike ovih mutacija može učiniti neodrživim i uzrokovati njihovu smrt u ranim fazama ontogeneze (ako su mutacije štetne);

recesivan- mutacije koje se ne manifestiraju kod heterozigota, dakle, ostaju u populaciji dugo vremena i formiraju rezervu nasljedne varijabilnosti (kada se promijene uslovi okoline, nosioci takvih mutacija mogu dobiti prednost u borbi za postojanje).

Mutacije prema stepenu fenotipske manifestacije:

veliko- jasno vidljive mutacije koje uvelike mijenjaju fenotip (dvostruko u cvjetovima);

mala- mutacije koje praktički ne daju fenotipsku manifestaciju (blago produženje ose uha).

Mutacije za promjenu stanja gena:

ravno- tranzicija gena iz divljeg tipa u novo stanje 1 ;

obrnuto- tranzicija gena iz mutantnog stanja u divlji tip.

Mutacije po prirodi njihovog izgleda:

spontano- mutacije koje su nastale prirodno pod uticajem faktora sredine;

inducirano- mutacije koje su umjetno uzrokovane djelovanjem mutagenih faktora.

Mutacije prema prirodi promjene genotipa:

Gen - mutacije, izražene u promjeni strukture pojedinih dijelova DNK

Kromosomske - mutacije koje karakterizira promjena u strukturi pojedinačnih hromozoma.

Genomske - mutacije karakterizirane promjenom broja hromozoma

Mutacije na mjestu njihove manifestacije:

1. hromozomski

   Tačka - Gene mutacija, što je zamjena (kao rezultat tranzicije ili transverzije), umetanje ili gubitak jednog nukleotida.

   Genomski

Citoplazmatski – mutacije povezane sa mutacije nenuklearni geni koji se nalaze u mitohondrijskoj DNK i plastidnoj DNK - hloroplastima.

20. Genske mutacije, mehanizmi nastanka. Koncept genskih bolesti.

Genske mutacije nastaju kao rezultat grešaka u replikaciji, rekombinaciji i popravci genskog materijala. Pojavljuju se iznenada; nasljedni su, neusmjereni; Bilo koji genski lokus može mutirati, uzrokujući promjene u manjim i vitalnim znakovima; iste mutacije se mogu ponavljati.

Najčešće se mutacije gena javljaju kao rezultat:

zamjena jednog ili više nukleotida za druge;

nukleotidne insercije;

gubitak nukleotida;

dupliciranje nukleotida;

promjene u redoslijedu nukleotida.

Vrste genskih mutacija:

Tačka - gubitak, umetanje, zamjena nukleotida;

Dinamička mutacija - povećanje broja ponovljenih tripleta u genu (Friedreichova ataksija);

Duplikacija - udvostručavanje fragmenata DNK;

Inverzija - rotacija fragmenta DNK veličine 2 nukleotida;

Insercija - kretanje fragmenata DNK;

Smrtonosna mutacija - vodi do smrti

Missense mutacija - javlja se kodon koji odgovara drugoj aminokiselini (anemija srpastih stanica);

Besmislena mutacija - mutacija s promjenom nukleotida u kodirajućem dijelu gena, što dovodi do stvaranja stop kodona;

Regulatorna mutacija - Promjene u 5" ili 3" neprevedenim regijama gena remete njegovu ekspresiju;

Mutacije spajanja su tačkaste supstitucije nukleotida na granici ekson-intron, a spajanje je blokirano.

Genetske bolesti su bolesti koje su rezultat genskih mutacija. Na primjer, bolest srpastih stanica, str. splenomegalija,