Човечеството е изправено пред огромен брой въпроси, много от които все още остават без отговор. А най-близките до човека са свързани с неговата физиология. Постоянна промяна в наследствените свойства на организма под въздействието на външни и вътрешна среда– мутация. Този фактор също е важна част от естествения подбор, тъй като е източник на естествена променливост.

Доста често животновъдите прибягват до мутиращи организми. Науката разделя мутациите на няколко вида: геномни, хромозомни и генетични.

Генетичният е най-често срещаният и с него най-често се сблъскваме. Състои се в промяна на първичната структура и следователно на аминокиселините, разчетени от иРНК. Последните са подредени комплементарно на една от ДНК веригите (протеинова биосинтеза: транскрипция и транслация).

Името на мутацията първоначално е имало резки промени. Но съвременните представи за това явление се развиват едва през 20 век. Самият термин „мутация“ е въведен през 1901 г. от Хуго де Врис, холандски ботаник и генетик, учен, чиито знания и наблюдения разкриват законите на Мендел. Той беше този, който формулира модерна концепциямутации, а също и развити мутационна теория, но около същия период е формулиран от нашия сънародник Сергей Коржински през 1899 г.

Проблемът с мутациите в съвременната генетика

Но съвременните учени са направили разяснения по всяка точка от теорията.
Както се оказва, има специални промени, които се натрупват в течение на поколенията. Също така стана известно, че има мутации на лицето, които се състоят в леко изкривяване на оригиналния продукт. Наредби за повторно появяваненовите биологични черти се отнасят изключително до генни мутации.

Важно е да се разбере, че определянето на това колко е вредно или полезно зависи до голяма степен от генотипната среда. Много фактори на околната среда могат да нарушат подреждането на гените, строго установения процес на тяхното самовъзпроизвеждане.

В процеса на естествен подбор човекът придоби не само полезни функции, но и не най-благоприятните, свързани с болести. А човешкият вид плаща това, което получава от природата чрез натрупване на патологични симптоми.

Причини за генни мутации

Мутагенни фактори. Повечето мутации имат вредно въздействие върху тялото, нарушавайки чертите, регулирани от естествения подбор. Всеки организъм е предразположен към мутация, но под въздействието на мутагенни фактори броят им рязко нараства. Тези фактори включват: йонизиращи, ултравиолетова радиация, повишена температура, много съединения химически вещества, както и вируси.

Антимутагенните фактори, т.е. факторите, защитаващи наследствения апарат, могат безопасно да включват дегенерацията на генетичния код, премахването на ненужни участъци, които не носят генетична информация (интрони), както и двойната верига на ДНК молекулата.

Класификация на мутациите

1. Дублиране. В този случай копирането се извършва от един нуклеотид във веригата към фрагмент от веригата на ДНК и самите гени.
2. Изтриване. В този случай част от генетичния материал се губи.
3. Инверсия. С тази промяна определена област се завърта на 180 градуса.
4. Вмъкване. Наблюдава се вмъкване от единичен нуклеотид към части от ДНК и ген.

IN модерен святние все повече се сблъскваме с проявата на промяна различни знацикакто при животните, така и при хората. Мутациите често вълнуват опитни учени.

Примери за генни мутации при хора

1. Прогерия. Прогерията се смята за един от най-редките генетични дефекти. Тази мутация се проявява в преждевременно стареене на тялото. Повечето пациенти умират преди да навършат тринадесет години, а някои успяват да спасят живота си до двадесетгодишна възраст. Това заболяване развива инсулти и сърдечни заболявания и затова най-често причината за смъртта е инфаркт или инсулт.
2. Синдром на Юнер Тан (YUT). Този синдром е специфичен с това, че засегнатите се движат на четири крака. Обикновено SUT хората използват най-простата, най-примитивна реч и страдат от вродена мозъчна недостатъчност.
3. Хипертрихоза. Нарича се още „синдром на върколака“ или „синдром на Абрамс“. Това явлениепроследен и документиран от Средновековието. Хората, податливи на хипертрихоза, се характеризират с количество, надвишаващо нормата, особено по лицето, ушите и раменете.
4. тежък комбиниран имунен дефицит . Податлив тази болестоще при раждането са лишени от ефективни имунна системакоито обикновеният човек има. Дейвид Ветер, който направи болестта известна през 1976 г., почина на тринадесет години след неуспешен опит хирургична интервенцияс цел укрепване на имунната система.
5. Синдром на Марфан. Заболяването се среща доста често и е придружено от непропорционално развитие на крайниците и прекомерна подвижност на ставите. Много по-рядко срещано е отклонение, изразено чрез сливане на ребрата, което води до изпъкване или потъване гръден кош. Често срещан проблем за тези, податливи на синдрома на дъното, е гръбначното изкривяване.

Мутация означава промяна в количеството и структурата на ДНКв клетка или организъм. С други думи, мутацията е промяна в генотипа. Характеристика на промяната в генотипа е, че тази промяна в резултат на митоза или мейоза може да се предаде на следващите поколения клетки.

Най-често мутациите означават малка промяна в последователността на ДНК нуклеотидите (промени в един ген). Това са т.нар. Въпреки това, в допълнение към тях, има и когато промените засягат големи участъци от ДНК или се променя броят на хромозомите.

В резултат на мутация тялото може внезапно да развие нова черта.

Идеята, че мутацията е причината за появата на нови черти, предавани през поколенията, е изразена за първи път от Хуго де Врис през 1901 г. По-късно мутациите в дрозофила са изследвани от Т. Морган и неговата школа.

Мутация - вреда или полза?

Мутациите, които възникват в „незначителни“ („тихи“) участъци от ДНК, не променят характеристиките на организма и могат лесно да се предават от поколение на поколение (естественият подбор няма да действа върху тях). Такива мутации могат да се считат за неутрални. Мутациите също са неутрални, когато част от ген е заменена със синоним. В този случай, въпреки че последователността на нуклеотидите в определен регион ще бъде различна, ще се синтезира същият протеин (със същата аминокиселинна последователност).

Но мутацията може да засегне значим ген, да промени аминокиселинната последователност на синтезирания протеин и следователно да причини промяна в характеристиките на организма. Впоследствие, ако концентрацията на мутация в една популация достигне определено ниво, това ще доведе до промяна в характерния признак на цялата популация.

В живата природа мутациите възникват като грешки в ДНК, така че всички те са априори вредни. Повечето мутации намаляват жизнеспособността на организма и причиняват различни заболявания. Мутациите, които възникват в соматичните клетки, не се предават на следващото поколение, но в резултат на митозата се образуват дъщерни клетки, които изграждат определена тъкан. Често соматичните мутации водят до образуването на различни тумори и други заболявания.

Мутациите, които възникват в зародишните клетки, могат да бъдат предадени на следващото поколение. При стабилни условия на околната среда почти всички промени в генотипа са вредни. Но ако условията на околната среда се променят, може да се окаже, че предишна вредна мутация ще стане полезна.

Например, мутация, която причинява къси крила на насекомо, вероятно ще бъде вредна за популация, живееща в райони, където няма силен вятър. Тази мутация ще бъде подобна на деформация или болест. Насекомите, които го притежават, трудно ще намерят партньори за чифтосване. Но ако в района започнат да духат по-силни ветрове (например горска площ е била унищожена в резултат на пожар), тогава насекомите с дълги крила ще бъдат издухани от вятъра и ще им бъде по-трудно да се движат. При такива условия късокрилите индивиди могат да получат предимство. Те ще намерят партньори и храна по-често от дългокрилите. След известно време в популацията ще има повече късокрили мутанти. Така мутацията ще се задържи и ще стане нормална.

Мутациите са в основата на естествения подбор и това е основната им полза. За тялото огромният брой мутации е вреден.

Защо възникват мутации?

В природата мутациите възникват случайно и спонтанно. Тоест всеки ген може да мутира по всяко време. Честотата на мутациите обаче варира при различните организми и клетки. Например, това е свързано с продължителността жизнен цикъл: колкото по-кратък е, толкова по-често възникват мутации. По този начин мутациите се появяват много по-често в бактериите, отколкото в еукариотните организми.

С изключение спонтанни мутации(срещащи се в естествени условия) има индуциран(от лице в лабораторни условия или неблагоприятни условия на околната среда) мутации.

По принцип мутациите възникват в резултат на грешки по време на репликация (удвояване), ремонт (възстановяване) на ДНК, неравномерно кръстосване, неправилно разминаване на хромозомите в мейозата и др.

Ето как увредените ДНК участъци непрекъснато се възстановяват (поправят) в клетките. Въпреки това, ако по различни причини възстановителните механизми са нарушени, тогава грешките в ДНК ще останат и ще се натрупат.

Резултатът от грешка при репликация е заместването на един нуклеотид в ДНК верига с друг.

Какво причинява мутации?

Повишените нива на мутации се причиняват от рентгенови, ултравиолетови и гама лъчи. Мутагените включват също α- и β-частици, неутрони, космическа радиация (всички те са високоенергийни частици).

Мутаген- това е нещо, което може да причини мутация.

В допълнение към различни радиации, много химикали имат мутагенен ефект: формалдехид, колхицин, компоненти на тютюна, пестициди, консерванти, някои лекарства и др.

Генни мутации. Концепцията за генни заболявания.

1. Определяне на променливостта. Класификация на неговите форми.

Вариативност – да обща собственостживи организми, което се състои в промяна на наследствените характеристики по време на онтогенезата (индивидуално развитие).

Променливостта на организмите е разделена на два големи типа:

1. фенотипни, които не засягат генотипа и не се наследяват;

2. генотипни, променящи генотипа и следователно предавани по наследство.

Генотипната изменчивост се разделя на комбинирана и мутационна.

Мутационна изменчивоствключва геномни, хромозомни и генни мутации.

Геномните мутации се делят на полиплоидия и анеуплоидия

Хромозомните мутации се делят на делеции, дупликации, инверсии, транслокации

2. Фенотипна изменчивост. Норма на реакция на генетично определени черти. Адаптивен характер на модификациите. Фенокопия.

Фенотипната променливост (или ненаследствена модификация) е промяна във фенотипните характеристики на организма под въздействието на фактори на околната среда, без промяна на генотипа.

Например: цветът на козината на хималайския заек зависи от температурата на околната среда.

Нормата на реакцията е диапазонът на променливост, в рамките на който един и същ генотип е способен да произвежда различни фенотипове.

1. широка норма на реакция - когато колебанията на дадена характеристика се проявяват в широк диапазон (например: тен, количество мляко).

2. тясна норма на реакция - когато колебанията в характеристиката са незначителни (например: масленост на млякото).

3. недвусмислена норма на реакция - когато знакът не се променя при никакви условия (например: кръвна група, цвят на очите, форма на очите).

Адаптивният характер на модификациите се крие във факта, че променливостта на модификацията позволява на тялото да се адаптира към променящите се условия на околната среда. Следователно модификациите винаги са полезни.

Ако по време на ембриогенезата тялото е изложено на неблагоприятни фактори, тогава могат да се появят фенотипни промени, които надхвърлят нормата на реакция и не са от адаптивен характер; те се наричат ​​морфози на развитието. Например, дете се ражда без крайници или с цепнатина на устната.

Фенокопиите са морфози на развитието, които са много трудни за разграничаване от наследствени промени (заболявания).

Например: ако една бременна жена е боледувала от рубеола, тя може да има дете с катаракта. Но тази патология може да се появи и в резултат на мутация. В първия случай говорим за фенокопия.

Диагнозата "фенокопия" е важна за бъдещата прогноза, тъй като при фенокопия генетичният материал не се променя, тоест остава нормален.

3. Комбинативна изменчивост. Значението на комбинираната изменчивост за осигуряване на генетичното разнообразие на хората.

Комбинативната изменчивост е появата в потомците на нови комбинации от гени, които техните родители не са имали.

Комбинативната променливост се свързва с:

с преминаване в мейотична профаза 1.

с независимо разминаване на хомоложни хромозоми в анафаза на мейоза 1.

с произволна комбинация от гамети по време на оплождането.

Значението на комбинираната изменчивост – осигурява генетично разнообразие на индивидите в рамките на един вид, което е важно за естествения подбор и еволюцията.

4. Мутационна изменчивост. Основни положения на теорията на мутациите.

Хуго де Врис, холандски учен, въвежда термина "мутация" през 1901 г.

Мутацията е явление на периодични, внезапни промени в наследствена черта.

Процесът на възникване на мутации се нарича мутагенеза, а организъм, който придобива нови характеристики в процеса на мутагенеза, се нарича мутант.

Основни положения на теорията за мутациите според Хуго де Вриз.

1. мутациите възникват внезапно без никакви преходи.

2. получените форми са доста стабилни.

3. мутациите са качествени промени.

4. възникват мутации в различни посоки. те могат да бъдат както полезни, така и вредни.

5. Едни и същи мутации могат да се появят многократно.

5. Класификация на мутациите.

I. По произход.

1. Спонтанни мутации. Спонтанни или естествени мутации възникват при нормални природни условия.

2. Индуцирани мутации. Индуцирани или изкуствени мутации възникват, когато тялото е изложено на мутагенни фактори.

А. физически ( йонизиращо лъчение, UV лъчи, висока температура и др.)

b. химически (соли на тежки метали, азотиста киселина, свободни радикали, битови и промишлени отпадъци, лекарства).

II. По място на произход.

А. Соматичните мутации възникват в соматичните клетки и се наследяват от потомците на клетките, в които са възникнали. Те не се предават от поколение на поколение.

b. Генеративните мутации възникват в зародишните клетки и се предават от поколение на поколение.

III. Според характера на фенотипните промени.

1. Морфологични мутации, характеризиращи се с промени в структурата на орган или на организма като цяло.

2. Физиологични мутации, характеризиращи се с промяна на fthорган или организъм като цяло.

3. Биохимични мутации, свързани с промени в макромолекулата.

IV. Чрез въздействие върху жизнеността на организма.

1. Леталните мутации в 100% от случаите водят до смърт на организма поради дефекти, несъвместими с живота.

2. Полулеталните мутации водят до смърт в 50-90% от случаите. Обикновено организмите с такива мутации не оцеляват до репродуктивна възраст.

3. Условно летални мутации, при едни условия организмът загива, но при други условия оцелява (галактоземия).

4. Полезни мутацииповишават жизнеността на организма и се използват в развъждането.

V. Според характера на промените в наследствения материал.

1. Генни мутации.

2. Хромозомни мутации.

6. Генни мутации, определение. Механизми на възникване на спонтанни генни мутации.

Генните мутации или точковите мутации са мутации, които възникват в гени на нуклеотидно ниво, при които се променя структурата на гена, молекулата на иРНК се променя, последователността на аминокиселините в протеина се променя и черта се променя в тялото.

Видове генни мутации:

- missenseмутации - замяната на 1 нуклеотид в триплет с друг ще доведе до включването на друга аминокиселина в полипептидната верига на протеина, която обикновено не трябва да присъства, а това ще доведе до промени в свойствата и функциите на протеина.

Пример: заместване на глутаминовата киселина с валин в молекулата на хемоглобина.

CTT – глутаминова киселина, CAT – валин

Ако такава мутация възникне в гена, който кодира β веригата на хемоглобиновия протеин, тогава валинът се включва в β веригата вместо глутаминовата киселина → в резултат на такава мутация свойствата и функциите на хемоглобиновия протеин се променят и HbS се появява вместо нормален HbA, в резултат на което човек развива сърповидно-клетъчна анемия (промени в червените кръвни клетки).

- глупостимутации - замяната на 1 нуклеотид в триплет с друг ще доведе до факта, че генетично значимият триплет ще се превърне в стоп кодон, което води до прекратяване на синтеза на полипептидната верига на протеина. Пример: UAC – тирозин. UAA – стоп кодон.

Мутации с изместване на рамката за четене на наследствената информация.

Ако в резултат на генна мутация в организма се появи нова характеристика (например полидактилия), тогава те се наричат ​​неоморфни.

ако в резултат на генна мутация тялото губи черта (например при PKU изчезва ензим), тогава те се наричат ​​аморфни.

- seimsenseмутации - замяната на нуклеотид в триплет води до появата на синонимен триплет, който кодира същия протеин. Това се дължи на израждането на генетичния код. Например: CTT – глутамин CTT – глутамин.

Механизми на възникване на генни мутации (заместване, вмъкване, загуба).

ДНК се състои от 2 полинуклеотидни вериги. Първо настъпва промяна в 1-вата верига на ДНК - това е полумутационно състояние или „първично увреждане на ДНК“. Всяка секунда в една клетка възниква 1 първично увреждане на ДНК.

Когато увреждането се премести във втората верига на ДНК, те казват, че е фиксирана мутация, тоест настъпила е „пълна мутация“.

Първично увреждане на ДНК възниква, когато механизмите на репликация, транскрипция и кросинговър са нарушени

7. Честота на генните мутации. Мутациите са директни и обратни, доминантни и рецесивни.

При хората честотата на мутациите = 1x10 –4 – 1x10 –7, т.е. средно 20–30% от човешките гамети във всяко поколение са мутантни.

При Drosophila честотата на мутация = 1x10 –5, т.е. 1 гамета от 100 хиляди носи генна мутация.

А. Директната мутация (рецесивна) е мутация на ген от доминантно състояние в рецесивно състояние: A → a.

b. Обратната мутация (доминираща) е мутация на ген от рецесивно състояние в доминантно състояние: a → A.

Генни мутации се срещат във всички организми; гените мутират в различни посоки и с различна честота. Гените, които рядко мутират, се наричат ​​стабилни, а гените, които често мутират, се наричат ​​​​променливи.

8. Законът за хомоложните серии в наследствената променливост Н. И. Вавилов.

Мутацията възниква в различни посоки, т.е. случайно. Тези злополуки обаче са обект на модел, открит през 1920 г. Вавилов. Той формулира закона за хомоложните редове в наследствената изменчивост.

„Видовете и родовете, които са генетично близки, се характеризират с подобни серии от наследствена променливост с такава редовност, че, познавайки серията от форми в рамките на един вид, може да се предвиди съществуването на паралелни форми в други видове и родове.“

Този закон ни позволява да предвидим наличието на определена черта в индивиди от различни родове на едно и също семейство. По този начин се прогнозира наличието на безалкалоидна лупина в природата, т.к в семейството на бобовите има родове боб, грах и боб, които не съдържат алкалоиди.

В медицината законът на Вавилов позволява използването на животни, генетично близки до човека, като генетични модели. Те се използват за експерименти за изследване на генетични заболявания. Например, катаракта се изследва при мишки и кучета; хемофилия - при кучета, вродена глухота - при мишки, морски свинчета, кучета.

Законът на Вавилов ни позволява да предвидим появата на индуцирани мутации, неизвестни на науката, които могат да бъдат използвани в развъждането за създаване на растителни форми, ценни за хората.

9. Антимутационни бариери на тялото.

- Точност на репликацията на ДНК.Понякога възникват грешки по време на репликацията, тогава се активират механизми за самокоригиране, които са насочени към елиминиране на неправилния нуклеотид. Ензимът ДНК полимераза играе важна роля и процентът на грешката е намален 10 пъти (от 10 –5 на 10 –6).

- Дегенерация на генетичния код. Няколко триплета могат да кодират 1 аминокиселина, така че заместването на 1 нуклеотид в триплет в някои случаи не изкривява наследствената информация. Например CTT и CTC са глутаминова киселина.

- Извличаненякои гени, отговорни за важни макромолекули: rRNA, tRNA, хистонови протеини, т.е. произвеждат се много копия на тези гени. Тези гени са част от умерено повтарящи се последователности.

- ДНК излишък– 99% е излишно и мутагенният фактор по-често попада в тези 99% безсмислени последователности.

- Сдвояване на хромозомив диплоидния набор. В хетерозиготно състояние не се появяват много вредни мутации.

- Бранемутантни зародишни клетки.

- възстановяване на ДНК.

10. Възстановяване на генетичен материал. .

Ремонтът на ДНК е отстраняването на първичните увреждания от ДНК и замяната й с нормални структури.

Има две форми на възстановяване: светло и тъмно

A. Светлинна репарация (или ензимна фотореактивация). Възстановяващите ензими са активни само при наличие на светлина. Тази форма на възстановяване е насочена към премахване на първично увреждане на ДНК, причинено от ултравиолетовите лъчи.

Под въздействието на ултравиолетовите лъчи се активират пиримидиновите азотни бази в ДНК, което води до образуването на връзки между пиримидиновите азотни бази, които са разположени наблизо в една и съща ДНК верига, т.е. образуват се пиримидинови димери. Най-често възникват връзки: T=T; Т=С; C=C.

Обикновено в ДНК няма пиримидинови димери. Образуването им води до изкривяване на наследствената информация и нарушаване на нормалния ход на репликация и транскрипция, което в последствие води до генни мутации.

Същността на фотореактивацията: в ядрото има специален (фотореактивиращ) ензим, който е активен само в присъствието на светлина; този ензим разрушава пиримидиновите димери, т.е. разрушава връзките, възникнали между пиримидиновите азотни основи под въздействието на UV лъчи.

Ремонтът на тъмнината става на тъмно и на светло, тоест активността на ензимите не зависи от наличието на светлина. Разделя се на предрепликативен ремонт и пострепликативен ремонт.

Предварителната репликация се извършва преди репликацията на ДНК и много ензими участват в този процес:

o Ендонуклеаза

o Екзонуклеаза

o ДНК полимераза

o ДНК лигаза

Етап 1. Ензимът ендонуклеаза намира увредената зона и я изрязва.

Етап 2. Ензимът екзонуклеаза премахва увредената област от ДНК (изрязване), което води до празнина.

Етап 3. Ензимът ДНК полимераза синтезира липсващия участък. Синтезът се осъществява на принципа на взаимното допълване.

Етап 4. Лигазните ензими свързват или зашиват новосинтезирания регион към ДНК веригата. По този начин първоначалното увреждане на ДНК се поправя.

Пострепликативен ремонт.

Да кажем, че има първично увреждане на ДНК.

Етап 1. Процесът на репликация на ДНК започва. Ензимът ДНК полимераза синтезира нова верига, която е напълно комплементарна на старата непокътната верига.

Етап 2. Ензимът ДНК полимераза синтезира друга нова верига, но заобикаля зоната, където се намира увреждането. В резултат на това се образува празнина във втората нова ДНК верига.

Етап 3. В края на репликацията ензимът ДНК полимераза синтезира липсващата секция, комплементарна на новата ДНК верига.

Етап 4. След това ензимът лигаза свързва новосинтезирания участък с ДНК веригата, където е имало празнина. По този начин първичното увреждане на ДНК не се прехвърля към друга нова верига, тоест мутацията не е фиксирана.

Впоследствие първичното увреждане на ДНК може да бъде елиминирано по време на предрепликативното възстановяване.

11. Мутации, свързани с нарушено възстановяване на ДНК и тяхната роля в патологията.

Способността за възстановяване в организмите е развита и консолидирана по време на еволюцията. Колкото по-висока е активността на ремонтните ензими, толкова по-стабилен е наследственият материал. Съответните гени са отговорни за ремонтните ензими, така че ако възникне мутация в тези гени, активността на ремонтните ензими намалява. В този случай човек развива тежки наследствени заболявания, които са свързани с намаляване на активността на ремонтните ензими.

Има повече от 100 такива заболявания при хората.Някои от тях:

Анемия на Фанкони– намаляване на броя на червените кръвни клетки, загуба на слуха, нарушения в сърдечно-съдовата система, деформация на пръстите, микроцефалия.

Синдром на Блум - ниско тегло при раждане на новороденото, бавен растеж, повишена чувствителност към вирусна инфекция, повишен риск от рак. Характерен признак: при кратък престой на слънчева светлина върху кожата на лицето се появява пигментация във формата на пеперуда (разширяване на кръвоносните капиляри).

Пигментна ксеродерма– по кожата се появяват изгаряния от светлина, които скоро се израждат в рак на кожата (при такива пациенти ракът се среща 20 000 пъти по-често). Пациентите са принудени да живеят на изкуствено осветление.

Честотата на заболяването е 1: 250 000 (Европа, САЩ) и 1: 40 000 (Япония)

Два вида прогерия– преждевременно стареене на организма.

12. Генни заболявания, механизми на тяхното развитие, унаследяване, честота на възникване.

Генните заболявания (или молекулярните заболявания) са доста широко представени при хората, има повече от 1000 от тях.

Специална групаСред тях са вродени метаболитни дефекти. Тези заболявания са описани за първи път от A. Garod през 1902 г. Симптомите на тези заболявания са различни, но винаги има нарушение на трансформацията на веществата в тялото. В този случай някои вещества ще бъдат в излишък, други в дефицит. Например, вещество (А) навлиза в тялото и по-нататък се превръща под действието на ензими в вещество (В). След това субстанция (B) трябва да се превърне в субстанция (C), но това се предотвратява от мутационен блок

(), в резултат вещество (C) ще бъде в недостиг, а вещество (B) ще бъде в излишък.

Примери за някои заболявания, причинени от вродени метаболитни дефекти.

PKU(фенилкетонурия, вродена деменция). Генетичното заболяване, унаследено по автозомно-рецесивен начин, се среща с честота 1:10 000. Фенилаланинът е основна аминокиселина за изграждането на протеинови молекули и освен това служи като прекурсор на хормоните щитовидната жлеза(тироксин), адреналин и меланин. Аминокиселината фенилаланин в чернодробните клетки трябва да се преобразува от ензим (фенилаланин-4-хидроксилаза) в тирозин. Ако ензимът, отговорен за тази трансформация, липсва или неговата активност е намалена, съдържанието на фенилаланин в кръвта ще се увеличи рязко, а съдържанието на тирозин ще бъде намалено. Излишъкът на фенилаланин в кръвта води до появата на неговите производни (фенилоцетна, фениллактична, фенилпирогроздена и други кетонови киселини), които се екскретират с урината и също имат токсичен ефект върху клетките на централната нервна система. нервна система, което води до деменция.

С навременна диагноза и прехвърляне на бебето на диета, лишена от фенилаланин, може да се предотврати развитието на заболяването.

Албинизмът е често срещан.Генетичното заболяване се наследява по автозомно-рецесивен начин. Обикновено аминокиселината тирозин участва в синтеза на тъканни пигменти. Ако възникне мутационен блок, ензимът отсъства или неговата активност е намалена, тогава тъканните пигменти не се синтезират. В тези случаи кожата е млечно бяла, косата е много светла, поради липсата на пигмент в ретината, кръвоносните съдове са видими, очите са червеникаво-розови и повишена чувствителносткъм светлината.

Алкапнонурия. Генетичното заболяване, унаследено по автозомно-рецесивен начин, се среща с честота 3-5:1 000 000. Заболяването е свързано с нарушение на превръщането на хомогентизинова киселина, в резултат на което тази киселина се натрупва в организма. Екскретирана в урината, тази киселина води до развитие на бъбречни заболявания, освен това алкализираната урина с тази аномалия бързо потъмнява. Заболяването се проявява и като оцветяване на хрущялната тъкан, а артритът се развива в напреднала възраст. По този начин заболяването е придружено от увреждане на бъбреците и ставите.

Генни заболявания, свързани с нарушения на въглехидратния метаболизъм.

Галактоземия. Генетичното заболяване, унаследено по автозомно-рецесивен начин, се среща с честота 1:35 000-40 000 деца.

Кръвта на новороденото съдържа монозахарида галактоза, който се образува при разграждането на млечния дизахарид. лактозаза глюкоза и галактоза. Галактозата не се усвоява директно от тялото, тя трябва да бъде превърната от специален ензим в смилаема форма - глюкозо-1-фосфат.

Наследствено заболяванегалактоземията се причинява от дисфункция на гена, който контролира синтеза на ензимния протеин, който превръща галактозата в смилаема форма. В кръвта на болните деца ще има много малко от този ензим и много галактоза, което се определя чрез биохимичен анализ.

Ако диагнозата е поставена в първите дни след раждането на детето, тогава то се храни с адаптирани млечни захари и детето се развива нормално. В противен случай детето расте слабоумно.

Кистозна фиброза. Генетичното заболяване, унаследено по автозомно-рецесивен начин, се среща с честота 1:2000-2500. Заболяването е свързано с мутация в гена, който отговаря за протеина носител, вграден в плазмената мембрана на клетките. Този протеин регулира пропускливостта на мембраната за Na и Ca йони. Ако пропускливостта на тези йони в клетките на екзокринните жлези е нарушена, жлезите започват да произвеждат гъст, вискозен секрет, който затваря каналите на екзокринните жлези.

Има белодробни и чревна формакистозна фиброза.

Синдром на Марфан.Генетичното заболяване се наследява по автозомно-доминантен начин. Свързано с нарушение на метаболизма на протеина фибрилин в съединителната тъкан, което се проявява с комплекс от симптоми: "паяк" пръсти (арахнодактилия), висок ръст, сублуксация на лещата, сърдечни и съдови дефекти, повишено освобождаване на адреналин в кръв, прегърбване, хлътнал гръден кош, висок свод на стъпалото, слабост на връзки и сухожилия и др. За първи път е описано през 1896 г. от френския педиатър Антонио Марфан.

ЛЕКЦИЯ 10 Структурни мутации на хромозомите.

1. Структурни мутации на хромозомите (хромозомни аберации).

Разграничават се следните видове хромозомни аберации.

– изтривания

– дублирания

– инверсии

– пръстенови хромозоми

– транслокации

– транспозиции

С тези мутации се променя структурата на хромозомите, редът на гените в хромозомите се променя и дозата на гените в генотипа се променя. Тези мутации се срещат във всички организми, те са:

Спонтанен (причинен от фактор с неизвестна природа) и индуциран (естеството на фактора, причинил мутацията, е известно)

Соматични (засягащи наследствения материал на соматичните клетки) и генеративни (промени в наследствения материал на гаметите)

Полезно и вредно (последното е много по-често)

Балансиран (генотипната система не се променя, което означава, че фенотипът не се променя) и небалансиран (генотипната система се променя, което означава, че фенотипът също се променя

Ако мутацията засяга две хромозоми, те говорят за междухромозомни пренареждания.

Ако мутацията засяга хромозома 1, говорим за интрахромозомни пренареждания.

2. Механизми на възникване на структурни мутации на хромозомите.

Хипотезата „разединение-връзка“. Смята се, че прекъсванията се случват в една или повече хромозоми. Образуват се хромозомни участъци, които след това се свързват, но в различна последователност. Ако прекъсването се случи преди репликацията на ДНК, тогава в този процес участват 2 хроматиди - това са изохроматиденпразнина Ако след репликацията на ДНК настъпи прекъсване, тогава в процеса участва 1 хроматид - това хроматидпразнина

Втората хипотеза: между нехомоложни хромозоми протича процес, подобен на кръстосването, т.е. нехомоложнихромозомни обменни участъци.

3. Делеции, тяхната същност, форми, фенотипен ефект. Псевдодоминация..

Делеция (дефицит) е загуба на част от хромозома.

1 прекъсване може да възникне в хромозомата и тя ще загуби крайната област, която ще бъде унищожена от ензими (дефицит)

може да има две прекъсвания в хромозомата със загуба на централната област, която също ще бъде унищожена от ензими (интерстициална делеция).

В хомозиготно състояние делециите винаги са смъртоносни; в хетерозиготно състояние те се проявяват като множество дефекти в развитието.

Откриване на изтриване:

Диференциално оцветяване на хромозоми

Според формата на примката, която се образува по време на конюгацията на хомоложни хромозоми в профаза на мейоза 1. Примката се появява на нормална хромозома.

Делецията е проучена за първи път при мухата Drosophila, което води до загуба на част от X хромозомата. В хомозиготно състояние тази мутация е летална, а в хетерозиготно състояние се проявява фенотипно като прорез на крилото (Notch мутация). При анализа на тази мутация беше идентифицирано специално явление, наречено псевдодоминиране. В този случай рецесивният алел се проявява фенотипно, тъй като областта на хромозомата с доминантния алел се губи поради делеция.

При хората делеции най-често се срещат в хромозоми от 1 до 18. Например, делеция на късото рамо на петата хромозома в хетерозиготно състояние се проявява фенотипно като синдром на "Cry the Cat". Детето се ражда с голям брой патологии, живее от 5 дни до месец (много рядко до 10 години), плачът му прилича на рязкото мяукане на котка.

Интерстициална делеция може да възникне на хромозома 21 или 22 на хематопоетичните стволови клетки. В хетерозиготно състояние се проявява фенотипно като пернициозна анемия.

4. Дублиране, инверсии, хромирани пръстени. Механизъм на възникване. Фенотипна проява.

Дублиране– удвояване на участък от хромозома (този участък може да се повтаря многократно). Дублирането може да бъде директно или обратно.

С тези мутации се увеличава дозата на гените в генотипа и в хомозиготно състояние тези мутации са летални. В хетерозиготно състояние те се проявяват с множество дефекти в развитието. Въпреки това, тези мутации може да са изиграли роля по време на еволюцията. Генните семейства на хемоглобина може да са възникнали по този начин.

Може би многократно повтарящи се последователности от ДНК нуклеотиди са се появили в резултат на дублиране.

Откриване на дублиране:

Фигура на примка в профаза на мейозата 1. Примката възниква върху мутирала хромозома.

Инверсия –откъсване на участък от хромозома, завъртане на 180° и прикрепяне към старото място. По време на инверсии дозата на гените не се променя, но редът на гените в хромозомата се променя, т.е. сменя се групата на съединителя. Няма крайни обръщания.

В хомозиготно състояние инверсиите са смъртоносни; в хетерозиготно състояние те се проявяват като множество дефекти в развитието.

Откриване на инверсии:

Диференциално оцветяване.

Фигура под формата на две срещуположно разположени бримки в профаза на мейоза 1.

Има 2 вида инверсии:

парацентрична инверсия, която не засяга центромера, т.к настъпват прекъсвания в едно рамо на хромозома

перицентрична инверсия, която засяга центромера, т.к счупвания се появяват от двете страни на центромера.

При перицентрична инверсия конфигурацията на хромозомата може да се промени (ако краищата на завъртените секции не са симетрични). И това прави последващото спрежение невъзможно.

Фенотипното проявление на инверсиите е най-леко в сравнение с други хромозомни аберации. Ако рецесивните хомозиготи умрат, тогава хетерозиготите най-често изпитват безплодие.

Пръстенови хромозоми. Обикновено в човешкия кариотип няма пръстеновидни хромозоми. Те могат да се появят, когато тялото е изложено на мутагенни фактори, особено радиоактивно лъчение.

В този случай в хромозомата се появяват 2 прекъсвания и полученият участък се затваря в пръстен. Ако пръстенна хромозома съдържа центромер, тогава се образува центричен пръстен. Ако няма центромер, тогава се образува ацентричен пръстен, който се разрушава от ензими и не се наследява.

Пръстеновите хромозоми се откриват чрез кариотипиране.

В хомозиготно състояние тези мутации са летални, а в хетерозиготно състояние те се появяват фенотипно като делеции.

Пръстеновите хромозоми са маркери за излагане на радиация. Колкото по-висока е дозата на радиация, толкова повече пръстенни хромозоми има и толкова по-лоша е прогнозата.

5. Транслокации, тяхната същност. Реципрочни транслокации, тяхната характеристика и медицинско значение. Робъртсънови транслокации и тяхната роля в наследствената патология.

Транслокацията е движението на част от хромозомата. Има взаимни (реципрочни) и нереципрочни (транспозиция) транслокации.

Реципрочни транслокации възникват, когато две нехомоложни хромозоми разменят своите секции.

Специална група транслокации са Робертсоновите транслокации (центрични сливания). Акроцентричните хромозоми са засегнати - те губят късите си рамена и дългите им рамена са свързани.

Причината за 4-5% от случаите на раждане на новородено дете са Робертсонови транслокации. В този случай дългото рамо на хромозома 21 се премества към една от хромозомите от група D (13, 14, 15, често участва хромозома 14).

Видове яйцеклетки сперматозоиди зигота Последици

14 + 14, 21 14,14,21 монозомия 21 (смъртоносна)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 тризомия 21 (надолу)

21 + 14, 21 21,14,21, монозомия 14 (смъртоносна)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 тризомия 14 (летална)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 фенотипно здрави

Както виждаме, жена с Робертсонова транслокация може да роди здраво дете.

Загубата на къси рамена не засяга нищо, тъй като там се намират зоните, образуващи ядрото, и те също са в други хромозоми.

Пациент с транслокационна форма на синдрома на Даун има 46 хромозоми в клетките си. Яйчникът след транслокацията ще има 45 хромозоми. Въпреки това, при балансирана мутация жената ще има 45 хромозоми.

Откриване на транслокации:

Диференциално оцветяване.

Фигура на кръст в профаза на мейоза 1.

6. Транспозиции. Мобилни генетични елементи. Механизми на движение през генома и значение.

Ако транслокациите не са реципрочни, тогава се говори за транспониране.

Специална група транспозони са мобилните генетични елементи (MGE) или скачащи гени, които се намират във всички организми. В мухата Drosophila те съставляват 5% от генома. При хората MGEs са групирани в семейството на ALU.

MGE се състоят от 300-400 нуклеотида, повтарящи се 300 хиляди пъти в човешкия геном.

В краищата на MGE има нуклеотидни повторения, състоящи се от 50-100 нуклеотида. Повторенията могат да бъдат напред или назад. Нуклеотидните повторения изглежда влияят върху движението на MGE.

Има два варианта за движение на MGE в целия геном.

1. използвайки процеса на обратна транскрипция. Това изисква ензима обратна транскриптаза (ревертаза). Тази опция се извършва на няколко етапа:

върху ДНК, ензимът РНК полимераза (друго име е транскриптаза) синтезира иРНК,

В иРНК ензимът обратна транскриптаза синтезира една верига от ДНК,

Ензимът ДНК полимераза осигурява синтеза на втората верига на ДНК,

синтезираният фрагмент се затваря в пръстен,

ДНК пръстенът се вмъква в друга хромозома или на друго място на същата хромозома.

2. използване на ензима транспозаза, който изрязва MGE и го прехвърля на друга хромозома или на друго място на същата хромозома

По време на еволюцията MGE изигра положителна роля, т.к те извършиха трансфер на генетична информация от един вид организми към други. Важна роля в това изиграха ретровирусите, които съдържат РНК като наследствен материал и също така съдържат обратна транскриптаза.

MGE се движат в генома много рядко, едно движение на стотици хиляди събития в клетката (честота на движение 1 x 10–5).

Във всеки конкретен организъм MGE положителна роляне играй, защото движейки се през генома, те променят функционирането на гените и причиняват генни и хромозомни мутации.

7. Индуцирана мутагенеза. Физични, химични и биологични мутагенни фактори.

Индуцираните мутации възникват, когато върху тялото действат мутагенни фактори, които се разделят на 3 групи:

Физически (UVL, рентгенови и радиационни лъчения, електромагнитни полета, високи температури).

По този начин йонизиращото лъчение може да действа директно върху молекулите на ДНК и РНК, причинявайки увреждане (генни мутации) в тях. Косвеното въздействие на това

мутагенът върху наследствения апарат на клетките се състои в образуването на генотоксични вещества (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Химически мутагенни фактори. Има над 2 милиона химикала, които могат да причинят мутации. Това са соли на тежки метали, химически аналози на азотни основи (5-бромоурацил), алкилиращи съединения (CH3, C2H5).

8. Радиационни мутации. Генетична опасностзамърсяване на околната среда.

Радиационните мутации са мутации, причинени от радиация. През 1927 г. американският генетик Хайнрих Мелер за първи път показва, че облъчването с рентгенови лъчи води до значително увеличаване на честотата на мутациите при дрозофилите. Тази работа бележи началото на ново направление в биологията - радиационната генетика. Благодарение на множеството изследвания, извършени през последните десетилетия, сега знаем, че когато елементарни частици (кванти, електрони, протони и неутрони) навлизат в ядрото, водните молекули се йонизират с образуването на свободни радикали (OH -, O 2 -). Притежавайки голяма химическа активност, те причиняват разкъсвания на ДНК, увреждане на нуклеотидите или тяхното разрушаване; всичко това води до появата на мутации.

Тъй като човекът е отворена система, могат да навлязат различни фактори на замърсяване на околната среда човешкото тяло. Много от тези фактори могат да променят или увредят наследствения материал на живите клетки. Последствията от тези фактори са толкова сериозни, че човечеството не може да пренебрегне замърсяването на околната среда.

9. Мутагенеза и канцерогенеза.

Мутационната теория за рака е предложена за първи път от Hugo De Vries през 1901 г. В днешно време има много теории за канцерогенезата.

Една от тях е генната теория за канцерогенезата. Известно е, че човешкият геном съдържа повече от 60 онкогена, които могат да регулират клетъчно делене. Те са в неактивно състояние под формата на протоонкогени. Под въздействието на различни мутагенни фактори протоонкогените се активират и се превръщат в онкогени, които предизвикват интензивна клетъчна пролиферация и развитие на тумори.

ЛЕКЦИЯ 11 Мутации в броя на хромозомите. Хаплоидия, полиплоидия,

Анеуплоидия.

1. Същността на мутациите на броя на хромозомите, причините и механизмите на възникване.

Всеки тип организъм се характеризира със собствен кариотип. Постоянството на кариотипа в продължение на няколко поколения се поддържа чрез процесите на митоза и мейоза. Понякога по време на митоза или мейоза сегрегацията на хромозомите се нарушава, което води до клетки с променен брой хромозоми. В клетките броят на цели хаплоидни набори от хромозоми може да се промени, в който случай мутации като:

Хаплоидия - единичен набор от хромозоми (n)

Полиплоидия - увеличаване на броя на хромозомите, което е кратно на хаплоидния набор (3n, 4n и т.н.)

Анеуплоидията е промяна в броя на отделните хромозоми (46 +1).

Наборът от хромозоми може да се промени както в соматичните клетки, така и в зародишните клетки.

Причини за нарушения на хромозомната дивергенция:

повишен цитоплазмен вискозитет

промяна в полярността на клетката

дисфункция на шпиндела.

Всички тези причини водят до така нареченото явление „анафазен лаг“.

Това означава, че по време на анафазата на митозата или мейозата хромозомите се разпределят неравномерно, т.е. някоя хромозома или група от хромозоми не се справя с останалите хромозоми и се губи от една от дъщерните клетки.

2. Хаплоидия, характер на промените в кариотипа, разпространение, фенотипна проява.

Хаплоидията е намаляване на броя на хромозомите в клетките на организма до хаплоидни. В клетките броят на хромозомите и дозата на гените рязко намаляват, т.е. променя се генотипната система, което означава, че се променя и фенотипът.

Предишен123456789Следващ

Всички мутации, свързани с промени в броя и структурата на хромозомите, могат да бъдат разделени на три групи:

• хромозомни аберации, причинени от промени в хромозомната структура,
• геномни мутации, причинени от промени в броя на хромозомите,
• Миксоплоидията е мутация, причинена от наличието на клетъчни клонове с различни хромозомни набори.

Хромозомни аберации. Хромозомните аберации (хромозомни мутации) са промени в структурата на хромозомите. Те, като правило, са следствие от неравен кросинговър по време на мейозата. Хромозомните аберации също са резултат от хромозомни счупвания, причинени от йонизиращо лъчение, определени химични мутагени, вируси и други мутагенни фактори. Хромозомните аберации могат да бъдат небалансирани или балансирани.

Небалансираните мутации водят до загуба или придобиване на генетичен материал и промени в броя на гените или тяхната активност. Това води до промяна във фенотипа.

Хромозомните пренареждания, които не водят до промени в гените или тяхната активност и не променят фенотипа, се наричат ​​балансирани. Въпреки това, хромозомната аберация нарушава хромозомната конюгация и кросинговъра по време на мейозата, което води до гамети с небалансирани хромозомни мутации. Носителите на балансирани хромозомни аберации могат да получат безплодие, висока честота на спонтанни аборти, висок рискраждане на деца с хромозомни заболявания.

Разграничават се следните видове хромозомни мутации:

1. Делецията или дефицитът е загуба на част от хромозома.

2. Дупликация – удвояване на хромозомен участък.

3. Инверсия - завъртане на хромозомна секция с 1800 (в една от хромозомните секции гените са разположени в обратна последователност в сравнение с нормалното). Ако в резултат на инверсията количеството хромозомен материал не се променя и няма ефект на позицията, тогава индивидите са фенотипно здрави. Перицентричната инверсия на хромозома 9 е често срещана и не води до промяна във фенотипа. При други инверсии, конюгацията и кросинговърът могат да бъдат нарушени, което води до разкъсвания на хромозоми и образуването на небалансирани гамети.

4. Пръстенова хромозома - възниква при загуба на два теломерни фрагмента. Лепкавите краища на хромозомата се свързват, за да образуват пръстен.

Тази мутация може да бъде балансирана или небалансирана (в зависимост от количеството хромозомен материал, който се губи).

5. Изохромозоми – загуба на едно хромозомно рамо и дублиране на другото. В резултат на това се образува метацентрична хромозома, която има две еднакви рамена. Най-често срещаната изохромозома на дългото рамо на X хромозомата. Записан е кариотипът: 46,Х,i(Xq). Изохромозома X се наблюдава при 15% от всички случаи на синдром на Шерешевски-Търнър.

6. Транслокация - прехвърляне на хромозомна секция към нехомоложна хромозома, към друга група на свързване. Има няколко вида транслокации:

а) Реципрочни транслокации - взаимен обмен на участъци между две нехомоложни хромозоми.

В популациите честотата на реципрочните транслокации е 1:500. По неизвестни причини реципрочната транслокация, включваща дългите рамена на хромозоми 11 и 22, е по-често срещана. Носителите на балансирани реципрочни транслокации често изпитват спонтанни аборти или раждане на деца с множество рожденни дефектиразвитие. Генетичният риск при носители на такива транслокации варира от 1 до 10%.

б) Нереципрочни транслокации (транспозиции) - преместване на участък от хромозома или в рамките на същата хромозома, или към друга хромозома без взаимен обмен.

в) Специален вид транслокация е Робъртсъновата транслокация (или центрично сливане).

Наблюдава се между всеки две акроцентрични хромозоми от група D (13, 14 и 15 двойки) и G (21 и 22 двойки). При центрично сливане две хомоложни или нехомоложни хромозоми губят късите си рамена и една центромера и дългите рамена се съединяват. Вместо две хромозоми се образува една, съдържаща генетичния материал на дългите рамена на две хромозоми. По този начин носителите на Робертсонови транслокации са здрави, но имат повишена честота на спонтанни аборти и висок риск от раждане на деца с хромозомни заболявания. Честотата на Робертсонови транслокации в популацията е 1:1000.

Понякога един от родителите е носител на балансирана транслокация, при която има централно сливане на две хомоложни хромозоми от група D или G. При такива хора се образуват два вида гамети. Например, по време на транслокация се образуват 21q21q гамети:

2) 0 - т.е. гамета без хромозома 21

След оплождане с нормална гамета се образуват два вида зиготи: 1) 21, 21q21q - транслокационна форма на синдрома на Даун, 2) 21.0 - монозомия 21 хромозома, летална мутация. Вероятността да имате болно дете е 100%.

Р 21q21q x 21.21

здрав носител нормален

балансиран

Гамети 21/21; 0 21

F1 21.21q21q 21.0

Смъртоносен синдром на Даун

7. Центричното разделяне е противоположното явление на центричното сливане. Една хромозома е разделена на две.

Делециите и дублиранията променят броя на гените в един организъм. Инверсиите, транслокациите и транспозициите променят местоположението на гените върху хромозомите.

9. Маркерната хромозома е допълнителна хромозома (или по-скоро фрагмент от хромозома с центромер). Обикновено изглежда като много къса акроцентрична хромозома, по-рядко - пръстеновидна. Ако маркерната хромозома съдържа само хетерохроматин, тогава фенотипът не се променя. Ако съдържа еухроматин (експресирани гени), тогава това е свързано с развитието на хромозомно заболяване (подобно на дублиране на която и да е част от хромозома).

Значението на хромозомните мутации в еволюцията.Хромозомните мутации играят голяма роля в еволюцията. В процеса на еволюцията се извършва активно пренареждане на хромозомния набор чрез инверсии, Робертсонови транслокации и др. Колкото по-далеч са организмите един от друг, толкова по-различен е техният хромозомен набор.

Геномни мутации.Геномните мутации са промени в броя на хромозомите. Има два вида геномни мутации:

1) полиплоидия,

2) хетероплоидия (анеуплоидия).

Полиплоидия– увеличаване на броя на хромозомите с количество, което е кратно на хаплоидния набор (3n, 4n...). Триплоидия (3n=69 хромозоми) и тетраплоидия (4n=92 хромозоми) са описани при хора.

Възможни причини за образуване на полиплоидия.

1) Полиплоидията може да бъде следствие от неразделяне на всички хромозоми по време на мейозата при един от родителите.В резултат на това се образува диплоид полова клетка(2n). След оплождане от нормална гамета ще се образува триплоид (3n).

2) Оплождане на яйцеклетка от два сперматозоида (диспермия).

3) Също така е възможно диплоидна зигота да се слее с направляващо тяло, което води до образуването на триплоидна зигота

4) Може да се наблюдава соматична мутация - неразпадане на всички хромозоми по време на деленето на ембрионалните клетки (митотично разстройство). Това води до появата на тетраплоид (4 n) - пълна или мозаечна форма.

Триплоидията (фиг.___) е честа причина за спонтанни аборти. Това е изключително рядко явление при новородени. Повечето триплоиди умират скоро след раждането.

Триплоидите, които имат два комплекта хромозоми на бащата и един комплект хромозоми на майката, като правило, образуват хидатидиформен мол. Това е ембрион, в който се образуват екстраембрионални органи (хорион, плацента, амнион), а ембриобластът практически не се развива. Хидатидиформните бенки се абортират и е възможно образуването на злокачествен тумор на хориона - хориокарцином. В редки случаи се образува ембриобласт и бременността завършва с раждането на нежизнеспособен триплоид с множество вродени малформации. Характерно в такива случаи е увеличаване на масата на плацентата и кистозна дегенерация на хорионните въси.

При триплоидите, имащи два комплекта хромозоми на майката и един комплект хромозоми на бащата, ембриобластът се развива предимно. Развитието на екстраембрионалните органи е нарушено. Следователно такива триплоиди се абортират рано.

Използвайки триплоидите като пример, в ембрионалния период на развитие се наблюдават различни функционални активности на бащиния и майчиния геном. Това явление се нарича геномно отпечатване. Като цяло трябва да се отбележи, че за нормалното ембрионално развитие на човека геномът на майката и геномът на бащата са абсолютно необходими. Партеногенетичното развитие на хората (и другите бозайници) е невъзможно.

Тетраплоидията (4n) е изключително рядко явление при хората. Среща се главно в материали от спонтанни аборти.

Хетероплоидия (или анеуплоидия) - увеличаване или намаляване на броя на хромозомите с 1,2 или повече. Видове хетероплоидия: монозомия, нулизомия, полизомия (три-, тетра-, пентазомия).

а) Монозомия - липса на една хромозома (2n-1)

б) Нулизомия - липса на една двойка хромозоми (2n-2)

в) Тризомия - една допълнителна хромозома (2n+1)

г) Тетразомия - две допълнителни хромозоми (2n+2)

д) Пентазомия – три допълнителни хромозоми (2n+3)

Предишен123456789Следващ

Хромозомни мутации, тяхната класификация: делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Причини и механизми на възникване. Значение в развитието на човешките патологични състояния.

Промените в структурата на хромозомата, като правило, се основават на първоначално нарушение на нейната цялост - прекъсвания, които са придружени от различни пренареждания, т.нар. хромозомни мутации.

Разкъсванията на хромозомите възникват естествено по време на кросинговъра, когато са придружени от обмен на съответни участъци между хомолози.

Нарушаването на кръстосването, при което хромозомите обменят неравен генетичен материал, води до появата на нови групи на свързване, където отделните участъци отпадат - дивизия -или двойно - дублиране. При такива пренареждания броят на гените в групата на свързване се променя.

Хромозомните прекъсвания могат да възникнат и под въздействието на различни мутагенни фактори, главно физически (йонизиращи и други видове радиация), определени химични съединения и вируси.

Нарушаването на целостта на хромозомата може да бъде придружено от завъртане на нейния участък, разположен между две прекъсвания, на 180 ° - инверсия.В зависимост от това дали включва тази областцентромерна област или не, разграничете перицентриченИ парацентрични инверсии.

Фрагмент от хромозома, отделен от него по време на счупване, може да бъде загубен от клетката по време на следващата митоза, ако няма центромер.

По-често такъв фрагмент е прикрепен към една от хромозомите - транслокация.Възможно е да се прикрепи фрагмент към собствената му хромозома, но на ново място - транспониране. По този начин различни видове инверсии и транслокации се характеризират с промени в генната локализация.

По този начин промените в хромозомната организация, които най-често имат неблагоприятен ефект върху жизнеспособността на клетката и организма, с известна вероятност могат да бъдат обещаващи, да се унаследяват в редица поколения клетки и организми и да създават предпоставки за еволюцията на хромозомна организация на наследствения материал.

Геномни мутации, причини и механизми на тяхното възникване.

Класификация и значение. Антимутационни механизми.

Геномните мутации включват хаплоидия, полиплоидия и анеуплоидия.

Анеуплоидията е промяна в броя на отделните хромозоми - липсата (монозомия) или наличието на допълнителни (тризомия, тетразомия, обикновено полизомия) хромозоми, т.е.

небалансиран набор от хромозоми. Клетките с променен брой хромозоми се появяват в резултат на нарушения в процеса на митоза или мейоза, поради което се разграничават митотични и мейотични.

Причини за мутации

Мутациите се делят на спонтанни и предизвикани. Спонтанните мутации възникват спонтанно през целия живот на организма при нормални условия на околната среда с честота приблизително един нуклеотид на клетъчно поколение.

Индуцираните мутации са наследствени промени в генома, които възникват в резултат на определени мутагенни ефекти в изкуствени (експериментални) условия или при неблагоприятни влияния на околната среда.

Мутациите се появяват постоянно по време на процеси, протичащи в живата клетка.

Основните процеси, водещи до появата на мутации, са репликацията на ДНК, нарушенията на възстановяването на ДНК и генетичната рекомбинация.

Връзка между мутациите и репликацията на ДНК

Много спонтанни химични промени в нуклеотидите водят до мутации, които възникват по време на репликацията.

Например, поради дезаминирането на цитозина срещу него, урацилът може да бъде включен в ДНК веригата (образува се U-G двойка вместо каноничната двойки C-G). По време на репликацията на ДНК аденинът се включва в новата верига срещу урацил, образувайки двойка U-A, а по време на следващата репликация се заменя с T-A двойка, т.е. възниква преход (точкова замяна на пиримидин с друг пиримидин или пурин с друг пурин).

Връзка между мутации и рекомбинация на ДНК

От процесите, свързани с рекомбинацията, неравномерното пресичане най-често води до мутации.

Обикновено се случва в случаите, когато има няколко дублирани копия на оригиналния ген на хромозомата, които са запазили подобна нуклеотидна последователност. В резултат на неравномерно кръстосване се получава дублиране в една от рекомбинантните хромозоми, а делеция - в другата.

Връзка между мутациите и възстановяването на ДНК

Спонтанното увреждане на ДНК е доста често срещано и се среща във всяка клетка.

За да се елиминират последствията от такова увреждане, има специални механизми за възстановяване (например грешен участък от ДНК се изрязва и на това място се възстановява оригиналният). Мутациите възникват само когато механизмът за възстановяване по някаква причина не работи или не може да се справи с отстраняването на щетите.

Мутациите, които възникват в гени, кодиращи протеини, отговорни за възстановяването, могат да доведат до многократно увеличение (мутаторен ефект) или намаляване (антимутаторен ефект) на честотата на мутация на други гени. По този начин мутациите в гените на много ензими на системата за възстановяване на ексцизията водят до рязко увеличаване на честотата на соматичните мутации при хората, а това от своя страна води до развитие на пигментна ксеродерма и злокачествени туморикорици.

Класификации на мутациите

Има няколко класификации на мутации въз основа на различни критерии.

Мьолер предложи да се разделят мутациите според естеството на промяната във функционирането на гена на хипоморфни (променените алели действат в същата посока като алелите от див тип; синтезира се само по-малко протеинов продукт), аморфни (мутацията изглежда като пълна загуба на генна функция, например бялата мутация в Drosophila), антиморфна (мутантната черта се променя, например цветът на царевичното зърно се променя от лилаво на кафяво) и неоморфна.

Съвременната образователна литература също използва по-формална класификация, основана на естеството на промените в структурата на отделните гени, хромозоми и генома като цяло.

В рамките на тази класификация се разграничават следните видове мутации:

геномни;

хромозомни;

генетичен:

Геномни: - полиплоидизацияпромяна в броя на хромозомите, която не е кратна на хаплоидния набор.

В зависимост от произхода на хромозомните набори сред полиплоидите се прави разлика между алополиплоиди, които имат хромозомни набори, получени чрез хибридизация от различни видове, и автополиплоиди, при които броят на хромозомните набори от собствения им геном се увеличава

С хромозомниМутациите причиняват големи пренареждания в структурата на отделните хромозоми.

Мутационна изменчивост. Класификация на мутациите

В този случай има загуба (делеция) или удвояване на част (дупликация) от генетичния материал на една или повече хромозоми, промяна в ориентацията на хромозомните сегменти в отделните хромозоми (инверсия), както и прехвърляне на част от генетичния материал от една хромозома в друга (транслокация) (краен случай - обединяване на цели хромозоми.

На геннивата на промени в първичната ДНК структура на гените под влияние на мутации са по-малко значими, отколкото при хромозомни мутации, но генните мутации са по-чести.

В резултат на генни мутации, замествания, делеции и вмъквания на един или повече нуклеотиди възникват транслокации, дупликации и инверсии на различни части от гена. В случай, че само един нуклеотид се променя поради мутация, се говори за точкови мутации

Антимутационни механизмиосигуряват откриване, елиминиране или потискане на онкогенната активност. Антимутационните механизми се реализират с участието на туморни супресори и системи за възстановяване на ДНК.

Човекът като обект на генетични изследвания.

Цитогенетичен метод; значението му за диагностиката на хромозомните синдроми. Правила за съставяне на идиограми здрави хора. Идиограми за хромозомни синдроми (автозомни и гонозомни).

Човекът като обект на генетични изследвания е сложен:

• Хибридологичният метод не може да бъде възприет.
• Бавна смяна на поколенията.
• Малък брой деца.
• Голям брой хромозоми

Цитигенетичен метод (въз основа на изследването на кариотипа).

Кариотипът се изследва върху метафазни плочи в културата на кръвта и лимфата. Методът ви позволява да диагностицирате хромозомни заболявания, които се появяват в резултат на геномни и хромозомни мутации.

Цитологичният контрол е необходим за диагностика на хромозомни заболявания, свързани с ансуплоидия и хромозомни мутации. Най-често срещаните са болестта на Даун (тризомия на 21-ва хромозома), синдром на Клайнфелтер (47 XXY), синдром на Шершевски-Търнър (45 XX) и др.

Загубата на част от една от хомоложните хромозоми на 21-вата двойка води до заболяване на кръвта - хронична миелоидна левкемия.

При цитологични изследванияВ интерфазните ядра на соматичните клетки може да се открие така нареченото тяло на Бари или полов хроматин.

Оказа се, че половият хроматин нормално присъства при жените и липсва при мъжете. Това е резултат от хетерохроматизация на една от двете X хромозоми при жените. Познавайки тази характеристика, е възможно да се идентифицира пола и да се открие необичаен брой Х хромозоми.

Откриването на много наследствени заболявания е възможно още преди раждането на дете.

Методът за пренатална диагностика се състои в получаване на амниотична течност, където се намират феталните клетки, и последващо биохимично и цитологично определяне на възможни наследствени аномалии. Това дава възможност да се постави диагноза ранни стадиибременност и да реши дали да продължи или да я прекрати

Биохимичен метод за изследване на човешката генетика; значението му за диагностика на наследствени метаболитни заболявания. Ролята на транскрипционните, посттранскрипционните и посттранслационните модификации в регулацията на клетъчния метаболизъм.

Търсене на лекции

Класификация на мутациите. Техните характеристики.

Наследствените промени в генетичния материал сега се наричат ​​мутации. Мутации- внезапни промени в генетичния материал, водещи до промени в определени характеристики на организмите.

Мутации според мястото на произход:

Генеративна- възниква в зародишните клетки . Те не засягат характеристиките на даден организъм, а се появяват едва в следващото поколение.

соматично -възникващи в соматичните клетки . Тези мутации се появяват в този организъм и не се предават на потомството по време на половото размножаване (черно петно ​​на фона на кафява вълна при астраханските овце).

Мутации по адаптивна стойност:

Полезен- повишаване жизнеспособността на индивидите.

Вреден:

смъртоносен- причиняване на смърт на лица;

полулетален- намаляване на жизнеспособността на индивида (при мъжете генът на рецесивната хемофилия е полулетален, а хомозиготните жени не са жизнеспособни).

Неутрален -без да засяга жизнеспособността на индивидите.

Тази класификация е много условна, тъй като една и съща мутация може да бъде полезна при едни условия и вредна при други.

Мутации по естество на проявление:

доминантен, което може да направи собствениците на тези мутации нежизнеспособни и да причини смъртта им в ранните етапи на онтогенезата (ако мутациите са вредни);

рецесивен- мутации, които не се появяват в хетерозиготи, поради което остават в популацията за дълго време и формират резерв от наследствена променливост (когато условията на околната среда се променят, носителите на такива мутации могат да получат предимство в борбата за съществуване).

Мутации според степента на фенотипно проявление:

голям- ясно видими мутации, които силно променят фенотипа (двойни цветя);

малък- мутации, които практически не дават фенотипни прояви (леко удължаване на остите на ухото).

Мутации, които променят състоянието на ген:

прав- преминаване на ген от див тип в ново състояние;

обратен- преход на ген от мутантно състояние към див тип.

Мутации според естеството на появата им:

спонтанен- възникнали мутации естественопод въздействието на фактори на околната среда;

индуциран- мутации, изкуствено причинени от действието на мутагенни фактори.

Мутации според естеството на промяната на генотипа:

Ген - мутации, които се изразяват в промени в структурата на отделни участъци от ДНК

2. Хромозомни - мутации, характеризиращи се с промени в структурата на отделните хромозоми.

3. Геномни - мутации, характеризиращи се с промяна в броя на хромозомите

Мутации според мястото на тяхното проявление:

1. Ядрена

а. Хромозомни

b. Точка – Генная мутация, което е заместване (в резултат на преход или трансверсия), вмъкване или загуба на един нуклеотид.

Геномни

2. Цитоплазмен – мутации, свързани с мутациибезядрени гени, разположени в митохондриална ДНК и пластидна ДНК - хлоропласти.

Генни мутации, механизми на възникване. Концепцията за генни заболявания.

Генните мутации възникват в резултат на грешки в репликацията, рекомбинацията и възстановяването на генния материал.

Те се появяват внезапно; те са наследствени, ненасочени; Всеки генен локус може да мутира, причинявайки промени както в незначителни, така и в жизнени показатели; същите мутации могат да се появят многократно.

Най-често генните мутации възникват в резултат на:

1. замяна на един или повече нуклеотиди с други;

2. нуклеотидни вмъквания;

3. загуба на нуклеотиди;

4. удвояване на нуклеотиди;

5. промени в реда на редуване на нуклеотидите.

Видове генни мутации:

Точка – загуба, вмъкване, заместване на нуклеотид;

2. Динамична мутация - увеличаване на броя на повторните триплети в гена (атаксия на Фридрих);

3. Дупликация – удвояване на ДНК фрагменти;

4. Инверсия – завъртане на ДНК фрагмент с размер 2 нуклеотида;

5. Инсерция - движение на ДНК фрагменти;

6. Летална мутация – води до смърт

Мисенс мутация - появява се кодон, съответстващ на различна аминокиселина (сърповидноклетъчна анемия);

8. Нонсенс мутация – мутация с нуклеотидна замяна в кодиращата част на ген, водеща до образуване на стоп кодон;

9. Регулаторна мутация - Промените в 5' или 3' нетранслираните региони на гена нарушават неговата експресия;

10. Сплайсинг мутациите са точкови замествания на нуклеотиди на границата екзон-интрон и сплайсингът е блокиран.

Генните заболявания са заболявания, които възникват в резултат на генни мутации.

МУТАЦИИ И ТЯХНАТА КЛАСИФИКАЦИЯ

Например, сърповидно-клетъчна болест, p. спленомегалия,

Хромозомни мутации

Хромозомни мутации- мутации, предизвикващи промянахромозомни структури (ръководство 23)

1. Интрахромозомни мутации:

а. Изтриване (del-)- загуба на част от хромозома (АВСD ® AB);

b. Инверсия (inv)- ротация на хромозомна секция на 180˚ (ABCD ® ACBD)

• Перицентричен –празнина в q и p раменете;
• Парацентричен – празнина в едното рамо;

дублиране(dup+) - удвояване на една и съща хромозомна секция; (ABCD® ABBCD);

д. Изохромозома (i)–връзка на рамената pp и qq

д. Пръстенна хромозома (r)–загуба на теломери и затваряне на хромозомите в един пръстен.

2. Интерхромозомни мутации:

транслокация(t) - Трансфер на участък или цяла хромозома към друга (хомоложна или нехомоложна)

Реципрочен (балансиран) –взаимен обмен на участъци между две нехомоложни хромозоми;

2. Нереципрочни (небалансирани) –преместване на част от хромозома в рамките на същата хромозома или към друга хромозома;

3. Робъртсън (ограби) –центрично сливане на q рамената на две акроцентрични хромозоми.

Геномни мутации.

Геномнимутации се наричат ​​мутации, които водят до промяна в броя на хромозомите в клетката.

Геномните мутации възникват в резултат на смущения в митозата или мейозата, водещи или до неравномерно разминаване на хромозомите към полюсите на клетката, или до удвояване на хромозомите, но без разделяне на цитоплазмата.

В зависимост от естеството на промяната в броя на хромозомите има:

1. Хаплоидия- намаляване на броя на пълните хаплоидни набори от хромозоми.

Полиплоидия- увеличаване на броя на пълните хаплоидни набори от хромозоми. Полиплоидията се наблюдава по-често при протозои и растения. В зависимост от броя на хаплоидните набори от хромозоми, съдържащи се в клетките, те се разграничават: триплоиди (3n), тетраплоиди (4n) и др. Те могат да бъдат:

• автополиплоиди- полиплоиди, получени в резултат на размножаване на геноми от един вид;
• алополиплоиди- полиплоиди, получени в резултат на размножаване на геноми от различни видове (типични за междувидови хибриди).

Хетероплоидия (анеуплоидия) - многократно увеличаване или намаляване на броя на хромозомите. Най-често има намаляване или увеличаване на броя на хромозомите с една (по-рядко две или повече). Поради неразпадането на която и да е двойка хомоложни хромозоми в мейозата, една от получените гамети съдържа една по-малко хромозома, а другата повече. Сливането на такива гамети с нормална хаплоидна гамета по време на оплождането води до образуването на зигота с по-малък или по-голям брой хромозоми в сравнение с диплоидния набор, характерен за даден вид.

Сред анеуплоидите има:

• тризомика- организми с набор от хромозоми 2n+1;
• монозомия- организми с набор от хромозоми 2n -1;
• нулосомика- организми с набор от хромозоми 2n–2.

Например, синдромът на Даун при хората възниква в резултат на тризомия на 21-вата двойка хромозоми.

©2015-2018 poisk-ru.ru
Всички права принадлежат на техните автори.

Мутационна изменчивост. Класификация на мутациите. Соматични и генеративни мутации. Концепцията за хромозомни и генни заболявания.

Мутацията е спонтанна промяна в генетичния материал. Мутациите възникват под въздействието на мутагенни фактори:
А) физически (радиация, температура, електромагнитно излъчване);
Б) химикали (вещества, които причиняват отравяне на тялото: алкохол, никотин, колхицин, формалдехид);
Б) биологични (вируси, бактерии).
Има няколко класификации на мутациите.

Класификация 1.
Мутациите могат да бъдат полезни, вредни или неутрални. Полезни мутации: мутации, които водят до повишена устойчивост на организма (резистентност на хлебарки към пестициди). Вредни мутации: глухота, цветна слепота. Неутрални мутации: мутациите не засягат жизнеспособността на организма (цвят на очите, кръвна група).

Класификация 2.
Мутациите са соматични и генеративни. Соматичните (най-често не са наследствени) възникват в соматичните клетки и засягат само част от тялото. Те ще бъдат наследени от следващите поколения по време на вегетативното размножаване. Генеративни (те се наследяват, т.к

възникват в зародишните клетки): Тези мутации се появяват в зародишните клетки. Генеративните мутации се делят на ядрени и извънядрени (или митохондриални).
Класиране 3.
Въз основа на естеството на промените в генотипа мутациите се разделят на генни, хромозомни и геномни.
Генните мутации (точкови мутации) възникват в резултат на загуба на нуклеотид, вмъкване на нуклеотид или заместване на един нуклеотид с друг.

Тези мутации могат да доведат до генни заболявания: цветна слепота, хемофилия. Така генните мутации водят до появата на нови черти.

22. Мутационна изменчивост. Класификация на мутациите. Концепцията за хромозомни и генни заболявания.

Хромозомните мутации са свързани с промени в структурата на хромозомите. Може да възникне делеция - загуба на част от хромозома, дупликация - удвояване на част от хромозома, инверсия - завъртане на част от хромозома с 1800, транслокация - прехвърляне на част или цяла хромозома към друга хромозома. Причината за това може да е разкъсването на хроматидите и възстановяването им в нови комбинации.
Геномните мутации водят до промени в броя на хромозомите. Прави се разлика между анеуплоидия и полиплоидия. Анеуплоидията е свързана с промяна в броя на хромозомите с няколко хромозоми (1, 2, 3):
А) монозомия обща формула 2n-1 (45, X0), заболяване - синдром на Шерешевски-Търнър.

Б) тризомия обща формула 2n+1 (47, XXX или 47, XXX) заболяване - синдром на Klinefeltr.
Б) полизомия
Полиплоидията е промяна в броя на хромозомите, която е кратна на хаплоидния набор (например: 3n 69).
Организмите могат да бъдат автоплоидни (същите хромозоми) или алоплоидни (различни набори от хромозоми).

Към хромозомнивключват заболявания, причинени от геномни мутации или структурни променииндивидуални хромозоми.

Хромозомните заболявания възникват в резултат на мутации в зародишните клетки на един от родителите. Не повече от 3-5% от тях се предават от поколение на поколение. Хромозомните аномалии представляват приблизително 50% от спонтанните аборти и 7% от всички мъртвородени деца.

Всички хромозомни заболявания обикновено се разделят на две групи: аномалии в броя на хромозомите и нарушения в структурата на хромозомите.

Аномалии в броя на хромозомите

Болести, причинени от нарушение на броя на автозомите (неполовите) хромозоми

Синдром на Даун - тризомия на хромозома 21, признаците включват: деменция, забавяне на растежа, характерен външен вид, промени в дерматоглифите;

Синдром на Patau - тризомия на хромозома 13, характеризираща се с множество малформации, идиотия, често - полидактилия, структурни аномалии на гениталните органи, глухота; почти всички пациенти не живеят до една година;

Синдром на Едуардс - тризомия 18, Долна челюсти отворът на устата е малък, очните цепки са тесни и къси, ушите са деформирани; 60% от децата умират преди да навършат 3 месеца, само 10% оцеляват до една година, основната причина е спиране на дишането и смущения в работата на сърцето.

Болести, свързани с нарушение на броя на половите хромозоми

Синдром на Шерешевски-Търнър - липсата на една Х хромозома при жените (45 XO) поради нарушение на дивергенцията на половите хромозоми; признаците включват нисък ръст, сексуален инфантилизъм и безплодие, различни соматични разстройства (микрогнатия, къс врат и др.);

полизомия на X хромозомата - включва тризомия (кариоти 47, XXX), тетразомия (48, XXXX), пентазомия (49, XXXXX), има леко намаление на интелигентността, повишена вероятност от развитие на психоза и шизофрения с неблагоприятен тип курс;

Y-хромозомна полизомия - като X-хромозомна полизомия, включва тризомия (кариоти 47, XYY), тетразомия (48, XYYY), пентазомия (49, XYYYY), клиничните прояви също са подобни на X-хромозомната полизомия;

Синдром на Klinefelter - полизомия на X- и Y-хромозомите при момчета (47, XXY; 48, XXYY и т.н.), признаци: евнухоиден тип изграждане, гинекомастия, слаб растеж на косата на лицето, подмишниции на пубиса, полов инфантилизъм, безплодие; умственото развитие изостава, но понякога интелигентността е нормална.

Болести, причинени от полиплоидия

триплоидия, тетраплоидия и др.

д.; причината е нарушаване на процеса на мейоза поради мутация, в резултат на което дъщерната полова клетка получава вместо хаплоидния (23) диплоиден (46) набор от хромозоми, т.е. 69 хромозоми (при мъжете кариотипът е 69, XYY, при жените - 69, XXX); почти винаги смъртоносен преди раждането.

Нарушения на структурата на хромозомите

Основна статия: Хромозомни пренареждания

Транслокациите са обменни пренареждания между нехомоложни хромозоми.

Делециите са загуба на част от хромозома.

Например, синдромът на "котешкия плач" е свързан с делеция на късото рамо на хромозома 5. Неговият признак е необичайният плач на децата, напомнящ мяукането или плача на котка. Това се дължи на патология на ларинкса или гласните струни.

Най-типичният, в допълнение към „вика на котка“, е умственото и физическото недоразвитие, микроцефалията (ненормално малка глава).

Инверсиите са завъртания на хромозомна секция на 180 градуса.

Дупликациите са удвояване на хромозомна секция.

Изохромозомия - хромозоми с повтарящ се генетичен материал в двете ръце.

Появата на пръстеновидни хромозоми е свързването на две крайни делеции в двете рамена на хромозомата

Генни заболяванияе голяма група от заболявания, които възникват в резултат на увреждане на ДНК на генно ниво.

Терминът се използва по отношение на моногенни заболявания, за разлика от по-широката група - Наследствени заболявания

Наследствените заболявания са заболявания, възникването и развитието на които е свързано с дефекти в програмния апарат на клетките, наследени чрез гамети.

Причина за болести

Наследствените заболявания се основават на нарушения (мутации) на наследствената информация - хромозомна, генна и митохондриална.

Оттук и класификацията на наследствените болести

Предишна12345678910111213141516Следваща

Генни мутации (промени в нуклеотидните последователности на ДНК)

Нар. генни мутации.

Промените в структурата на ДНК, която образува гена, могат да бъдат разделени на три групи.

Мутациите от първата група са замяна на една основа с друга. Те представляват около 20% от спонтанно възникващите генни промени.

2. Втората група мутации се причиняват от изместване на рамката за четене, което възниква, когато броят на нуклеотидните двойки в гена се промени.

3. Третата група се състои от мутации, свързани с промяна в реда на нуклеотидните последователности в гена(инверсии).

Мутации по вид заместване на азотни основи. Тези мутации възникват поради редица специфични причини. Една от тях може да бъде промяна в структурата на основа, която вече е включена в спиралата на ДНК, която възниква случайно или под въздействието на специфични химични агенти. Ако такава променена форма на основата остане неоткрита от ремонтните ензими, тогава по време на следващия цикъл на репликация тя може да прикрепи друг нуклеотид към себе си.

Друга причина за заместване на основата може да бъде погрешното включване в синтезираната ДНК верига на нуклеотид, носещ химически променена форма на основата или неин аналог.

Ако тази грешка остане неоткрита от ензимите за репликация и възстановяване, променената база се включва в процеса на репликация, което често води до замяна на една двойка с друга.

От горните примери става ясно, че че промените в структурата на ДНК молекулата, като замествания на бази, се случват преди или по време на процеса на репликация, първоначално в една полинуклеотидна верига. Ако такива промени не бъдат коригирани по време на ремонта, тогава по време на последваща репликация те стават собственост на двете ДНК вериги.

В случай, че новопоявилият се триплет криптира друга аминокиселина, структурата на пептидната верига и свойствата на съответния протеин се променят.

В зависимост от естеството и местоположението на заместването, което се случва, специфичните свойства на протеина се променят различни степени. Има случаи, при които замяната само на една аминокиселина в пептид значително повлиява свойствата на протеина, което се проявява в промени в по-сложни характеристики.

Пример за това е промяната в свойствата на човешкия хемоглобин при сърповидноклетъчна анемия(ориз.

3.21). В такъв хемоглобин (HbS) (за разлика от нормалния HbA) - в р-глобиновите вериги на шеста позиция глутаминовата киселина се заменя с валин.

Това е следствие от заместването на една от базите в триплета, който кодира глутаминовата киселина (CTT или TTC). Резултатът е триплет, който криптира валин (CAT или TsAT).

Класификация на мутациите

В този случай замяната на една аминокиселина в пептида значително променя свойствата на глобина, който е част от хемоглобина (способността му да се свързва с O2 намалява) и човек развива признаци на сърповидно-клетъчна анемия.

В някои случаи замяната на една база с друга може да доведе до появата на един от безсмислените триплети (ATT, ATC, ACC), който не кодира никаква аминокиселина.

Последицата от такава замяна ще бъде прекъсването на синтеза на пептидната верига. Изчислено е, че нуклеотидните замествания в един триплет водят до образуването на синонимни триплети в 25% от случаите; в 2-3 - безсмислени триплети, в 70-75% - появата на истински генни мутации.

По този начин, мутациите на заместване на основата могат да възникнат или в резултат на спонтанни промени в основната структура в една от веригите на съществуваща двойна спирала на ДНК, или по време на репликация в новосинтезирана верига.

Ако тези промени не бъдат коригирани по време на процеса на ремонт (или, обратното, възникнат по време на ремонта), те се фиксират в двете вериги и след това ще бъдат възпроизведени в следващите цикли на репликация. Следователно, важен източник на такива мутации е нарушаването на процесите на репликация и възстановяване.

2. Мутации с изместване на рамката.Този тип мутация представлява значителна част от спонтанните мутации.

Те възникват в резултат на загуба или вмъкване на една или повече двойки комплементарни нуклеотиди в нуклеотидната последователност на ДНК. Повечето от изследваните мутации с изместване на рамката се намират в последователности, състоящи се от идентични нуклеотиди.

Промяната в броя на нуклеотидните двойки в ДНК веригата се улеснява от ефектите на определени химикали, като акридинови съединения, върху генетичния материал.

Като деформират структурата на двойната спирала на ДНК, те водят до вмъкване на допълнителни бази или загубата им по време на репликацията.

Важна причина за промени в броя на нуклеотидните двойки в гена според вида на големите деления (загуби) може да бъде рентгеновото облъчване. При плодовата мушица, например, има известна мутация на гена, който контролира цвета на очите, която се причинява от облъчване и се състои от разделение от около 100 нуклеотидни двойки.

3.21. Плейотропен ефект на заместване на една аминокиселина в β-веригата на човешкия хемоглобин, водещ до развитие на сърповидноклетъчна анемия

Голям брой мутации от типа на вмъкване възникват поради включването на мобилни генетични елементи в нуклеотидната последователност - транспозони. транспозони -Това са доста дълги нуклеотидни последователности, вградени в геномите на eu- и прокариотни клетки, способни спонтанно да променят позицията си (вж.

раздел 3.6.4.3). С известна вероятност вмъкванията и деленията могат да възникнат в резултат на рекомбинационни грешки по време на неравномерно вътрешногенно кръстосване (фиг. 3.22).

Ориз. 3.22. Мутации с изместване на рамката (неравен обмен по време на интрагенен кросингоувър):

аз- прекъсвания на алелни гени в различни области и обмен на фрагменти между тях;

II- загуба на 3-та и 4-та двойки нуклеотиди, изместване на рамката на четене;

III-удвояване на 3-та и 4-та двойки нуклеотиди, изместване на рамката на четене

3.23. Последица от промяна на броя на нуклеотидните двойки в ДНК молекула

Изместването на рамката за четене в резултат на вмъкването на един нуклеотид в кодогенната верига води до промяна в състава на пептида, криптиран в него

Като се има предвид непрекъснатостта на четенето и липсата на припокриване на генетичния код, промяната в броя на нуклеотидите, като правило, води до изместване на рамката на четене и промяна в значението на биологичната информация, записана в дадена ДНК последователност (фиг.

3.23). Въпреки това, ако броят на вмъкнатите или изгубените нуклеотиди е кратен на три, може да не настъпи изместване на рамката, но това ще доведе до включването на допълнителни аминокиселини или загубата на някои от тях от полипептидната верига. Възможна последица от изместването на рамката е появата на безсмислени триплети, водещи до синтеза на скъсени пептидни вериги.

Мутации като инверсия на нуклеотидни последователности в ген. Този тип мутация възниква поради завъртане на ДНК секция на 180°. Обикновено това се предшества от образуването на верига от ДНК молекулата, в рамките на която репликацията протича в посока, обратна на правилната.

В рамките на обърнатата област четенето на информация е нарушено, което води до промяна в аминокиселинната последователност на протеина.

ВИЖ ПОВЕЧЕ:

Мутационна изменчивостпричинени от появата на мутации. Мутациите са внезапни, резки промени в наследствения материал, които се предават по наследство. Мутациите се характеризират с редица свойства:

Мутационна изменчивост. Методи за класифициране на мутациите

възникват внезапно, спазматично;

2. промените в наследствения материал настъпват ненасочено - всеки ген може да мутира, което води до промяна на всеки признак;

според фенотипа си могат да бъдат доминантни и рецесивни;

4. се предават по наследство.

Според степента на увреждане на наследствения материал мутациите се класифицират на генни, хромозомни и геномни.

Генетиченмутациите са свързани с промени в генната структура (структурата на ДНК молекулата). Нарушаването на генната структура може да бъде причинено от: а) заместване, б) вмъкване, в) загуба на нуклеотид.

Когато се замени нуклеотид в ДНК молекула, се заменя една аминокиселина в протеиновата молекула. Това води до синтез на протеин с променени свойства. Вмъкването или делецията на нуклеотид води до промяна в цялата последователност от аминокиселини в протеиновата молекула.

Генните мутации са причина за развитието на много метаболитни заболявания (фенилкетонурия, сърповидно-клетъчна анемия, албинизъм).

Хромозомнимутациите са свързани с промени в хромозомната структура. Хромозомните мутации се делят на интрахромозомни и интерхромозомни. Интрахромозомните мутации включват:

а) Делеция - загуба на участък от хромозома.

Изтриването на крайната част от хромозомата има свое име - недостатъци. При хората изтриването на късото рамо на хромозома 5 се нарича синдром на "котешкия плач".

б) Дупликация - удвояване на хромозомна секция.

в) Инверсия - завъртане на хромозомна секция на 180°.

Междухромозомните мутации включват транслокация - прехвърляне на хромозомна област към нехомоложна хромозома.

А Б В Г Д Е- оригинална хромозома;

ABEF- заличаване;

CDEF— предизвикателство;

ABCDDEF- дублиране;

ACBDEF- обръщане;

ABCDEFMN- транслокация.

Геномнимутациите са свързани с промени в броя на хромозомите в кариотипа.

Геномът е съдържанието на наследствен материал в хаплоидния набор от хромозоми. Акцент:

а) полиплоидия - това е увеличение на броя на хромозомите, което е кратно на хаплоидния набор (3n, 4n, 6n и т.н.). Полиплоидията се разделя на автополиплоидия и алополиплоидия.

Автополиплоидия- многократно увеличаване на броя на комплектите хромозоми от един вид.

Той се среща широко в растенията и се използва в селекцията за разработване на нови сортове растения, тъй като полиплоидите имат повече големи размери, те са по-устойчиви на неблагоприятни условия на околната среда. Полиплоиди са: ръж (тетраплоидни сортове), ечемик, пшеница, ябълка, круша, хризантеми и много други.Появата на полиплоиди е свързана с нарушение на мейозата. Мутагенът колхицин, унищожавайки вретеното, води до полиплоидия.

Алополиплоидия- увеличаване на броя на наборите от хромозоми на два различни вида.

Алополиплоидията се използва за преодоляване на безплодието на междувидовите хибриди (хибрид зеле-репички).

б) хетероплоидия - това е промяна в броя на хромозомите, която не е кратна на хаплоидния (2n+1 - тризомия, 2n-1 - монозомия). Нарушенията на хромозомната сегрегация по време на мейозата водят до промяна в броя на хромозомите в организма.

- Синдромът на Даун е тризомия 21;

- Синдром на Шерешевски-Търнър - монозомия на X хромозомата: X0 при жена;

- Синдром на Клайнфелтер - тризомия на половата хромозома: допълнителна Х хромозома при мъжете - XXY).

Хетероплоидията води до нарушаване на курса нормално развитиеорганизъм, промени в неговата структура и намалена жизненост.

Дата на публикуване: 2014-11-19; Прочетено: 1226 | Нарушаване на авторските права на страницата

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0.001 s)…

Мутация(от латинската дума "mutatio" - промяна) е постоянна промяна в генотипа, настъпила под въздействието на вътрешни или външни фактори. Има хромозомни, генни и геномни мутации.

Какви са причините за мутациите?

• Неблагоприятни условия на околната среда, условия, създадени експериментално. Такива мутации се наричат ​​индуцирани.
• Някои процеси, протичащи в жива клетка на организъм. Например: нарушение на възстановяването на ДНК, репликация на ДНК, генетична рекомбинация.

Мутагените са фактори, които причиняват мутации. Разделят се на:

• Физически - радиоактивно разпадане и ултравиолетово, твърде висока или твърде ниска температура.
• Химически - редуциращи и окислителни агенти, алкалоиди, алкилиращи агенти, нитро производни на урея, пестициди, органични разтворители, някои лекарства.
• Биологични - някои вируси, метаболитни продукти (метаболизъм), антигени на различни микроорганизми.

Основни свойства на мутациите

• Предава се по наследство.
• Причинява се от различни вътрешни и външни фактори.
• Те се появяват спазматично и внезапно, понякога многократно.
• Всеки ген може да мутира.

Какво са те?

• Геномните мутации са промени, които се характеризират със загуба или добавяне на една хромозома (или няколко) или пълния хаплоиден набор. Има два вида такива мутации - полиплоидия и хетероплоидия.

Полиплоидияе промяна в броя на хромозомите, която е кратна на хаплоидния набор. Изключително рядко при животни. При хората са възможни два вида полиплоидия: триплоидия и тетраплоидия. Децата, родени с такива мутации, обикновено живеят не повече от месец и по-често умират в етапа на ембрионално развитие.

Хетероплоидия(или анеуплоидия) е промяна в броя на хромозомите, която не е кратна на халогенния набор. В резултат на тази мутация се раждат индивиди с необичаен брой хромозоми - полисомни и монозомични. Около 20-30 процента от монозомиците умират в първите дни вътрематочно развитие. Сред ражданията има хора със синдром на Шерешевски-Търнър. Геномните мутации в растителния и животински свят също са разнообразни.

• - това са промени, които настъпват при пренареждане на структурата на хромозомите. В този случай има прехвърляне, загуба или удвояване на част от генетичния материал на няколко хромозоми или една, както и промяна в ориентацията на хромозомните сегменти в отделните хромозоми. В редки случаи е възможно обединение на хромозоми.

• Генни мутации. В резултат на такива мутации възникват инсерции, делеции или замествания на няколко или един нуклеотид, както и инверсия или дублиране различни частиген. Ефектите от генните мутации са разнообразни. Повечето от тях са рецесивни, тоест не се проявяват по никакъв начин.

Мутациите също се делят на соматични и генеративни

• - във всички клетки на тялото, с изключение на гамети. Например, когато растителна клетка мутира, от която впоследствие трябва да се развие пъпка, а след това и издънка, всички нейни клетки ще бъдат мутантни. Така че на храст от червено касис може да се появи клон с черни или бели плодове.

• Генеративните мутации са промени в първичните зародишни клетки или в образуваните от тях гамети. Техните свойства се предават на следващото поколение.

Според естеството на ефекта върху мутациите има:

• Смъртоносен - собствениците на такива промени умират или по време на етапа, или доста кратко време след раждането. Това са почти всички геномни мутации.
• Полулетален (например хемофилия) - характеризира се с рязко влошаванеработата на всякакви системи в тялото. В повечето случаи полулеталните мутации също водят до смърт скоро след това.
• Полезните мутации са в основата на еволюцията, те водят до появата на черти необходими на организма. Веднъж установени, тези характеристики могат да причинят образуването на нов подвид или вид.