Čovječanstvo je suočeno s ogromnim brojem pitanja, od kojih mnoga još uvijek ostaju bez odgovora. A oni najbliži osobi su vezani za njegovu fiziologiju. Trajna promjena nasljednih svojstava organizma pod utjecajem vanjskih i unutrašnje okruženje– mutacija. Ovaj faktor je također važan dio prirodne selekcije, jer je izvor prirodne varijabilnosti.

Vrlo često, uzgajivači pribjegavaju mutirajućim organizmima. Nauka dijeli mutacije na nekoliko tipova: genomske, hromozomske i genetske.

Genetika je najčešća i s njom se najčešće susrećemo. Sastoji se od promjene primarne strukture, a samim tim i aminokiselina koje se očitavaju iz mRNA. Potonji su raspoređeni komplementarno jednom od lanaca DNK (biosinteza proteina: transkripcija i translacija).

Ime mutacije u početku je imalo nagle promjene. Ali moderne ideje o ovom fenomenu razvile su se tek u 20. stoljeću. Sam izraz "mutacija" uveo je 1901. godine Hugo De Vries, holandski botaničar i genetičar, naučnik čije su znanje i zapažanja otkrili Mendelove zakone. On je bio taj koji je formulisao moderan koncept mutacije, a takođe i razvijene teorija mutacija, ali otprilike u istom periodu formulirao ga je naš sunarodnik Sergej Koržinski 1899. godine.

Problem mutacija u modernoj genetici

Ali moderni naučnici su dali pojašnjenja u vezi sa svakom tačkom teorije.
Kako se ispostavilo, postoje posebne promjene koje se akumuliraju tokom generacija. Također je postalo poznato da postoje mutacije lica, koje se sastoje od blagog izobličenja originalnog proizvoda. Propisi o ponovno pojavljivanje nove biološke osobine odnose se isključivo na mutacije gena.

Važno je shvatiti da određivanje koliko je štetno ili korisno zavisi u velikoj mjeri od genotipskog okruženja. Mnogi faktori okoline mogu poremetiti uređenje gena, strogo uspostavljeni proces njihove samoreprodukcije.

U procesu prirodne selekcije, čovjek je stekao ne samo korisne karakteristike, ali i ne one najpovoljnije vezane za bolesti. A ljudska vrsta plaća za ono što dobija od prirode gomilanjem patoloških simptoma.

Uzroci genskih mutacija

Mutageni faktori. Većina mutacija ima štetan učinak na tijelo, narušavajući osobine regulirane prirodnom selekcijom. Svaki organizam je sklon mutaciji, ali pod uticajem mutagenih faktora njihov broj naglo raste. Ovi faktori uključuju: jonizaciju, ultraljubičasto zračenje, povišena temperatura, mnoga jedinjenja hemijske supstance, kao i virusi.

Antimutageni faktori, odnosno faktori koji štite nasljedni aparat, mogu sa sigurnošću uključiti degeneraciju genetskog koda, uklanjanje nepotrebnih dijelova koji ne nose genetske informacije (introne), kao i dvostrukog lanca molekule DNK.

Klasifikacija mutacija

1. Dupliciranje. U ovom slučaju dolazi do kopiranja sa jednog nukleotida u lancu na fragment lanca DNK i samih gena.
2. Brisanje. U tom slučaju se gubi dio genetskog materijala.
3. Inverzija. Sa ovom promjenom, određena oblast se rotira za 180 stepeni.
4. Insertion. Uočeno je umetanje jednog nukleotida u dijelove DNK i gena.

IN savremeni svet sve više se suočavamo sa ispoljavanjem promena razni znakovi kako kod životinja tako i kod ljudi. Mutacije često uzbuđuju iskusne naučnike.

Primjeri genskih mutacija kod ljudi

1. Progerija. Progerija se smatra jednim od najrjeđih genetskih defekata. Ova mutacija se manifestuje preranim starenjem organizma. Većina pacijenata umire prije navršene trinaeste godine, a nekolicina uspijeva spasiti život do dvadesete godine. Ova bolest razvija moždane i srčane bolesti, pa je zbog toga najčešće uzrok smrti srčani ili moždani udar.
2. Yuner Tan sindrom (YUT). Ovaj sindrom je specifičan po tome što se oboljeli kreću na sve četiri. Obično ljudi iz SUT-a koriste najjednostavniji, najprimitivniji govor i pate od urođenog zatajenja mozga.
3. Hipertrihoza. Naziva se i „sindrom vukodlaka“ ili „Abramsov sindrom“. Ovaj fenomen praćeno i dokumentovano još od srednjeg veka. Osobe osjetljive na hipertrihozu karakterizira količina koja prelazi normu, posebno na licu, ušima i ramenima.
4. Teška kombinovana imunodeficijencija . Osjetljiva ovu bolest već pri rođenju su lišene djelotvornosti imunološki sistem koju ima prosječna osoba. David Vetter, koji je bolest doveo do izražaja 1976. godine, umro je u dobi od trinaest godina nakon neuspješnog pokušaja hirurška intervencija u cilju jačanja imunološkog sistema.
5. Marfanov sindrom. Bolest se javlja prilično često i praćena je nesrazmjernim razvojem udova i prekomjernom pokretljivošću zglobova. Mnogo rjeđe je odstupanje izraženo spajanjem rebara, što rezultira ili ispupčenjem ili potonućem prsa. Čest problem za one koji su podložni sindromu dna je zakrivljenost kičme.

Mutacija znači promjena količine i strukture DNK u ćeliji ili organizmu. Drugim riječima, mutacija je promjena genotipa. Karakteristika promjene genotipa je da se ova promjena kao rezultat mitoze ili mejoze može prenijeti na sljedeće generacije stanica.

Najčešće mutacije znače malu promjenu u slijedu nukleotida DNK (promjene u jednom genu). To su tzv. Međutim, osim njih, postoje i kada promjene utiču na velike dijelove DNK, odnosno mijenja se broj hromozoma.

Kao rezultat mutacije, tijelo može iznenada razviti novu osobinu.

Ideju da je mutacija uzrok pojave novih osobina koje se prenose kroz generacije prvi je izrazio Hugo de Vries 1901. godine. Kasnije su mutacije u Drosophili proučavali T. Morgan i njegova škola.

Mutacija - šteta ili korist?

Mutacije koje se javljaju u „beznačajnim“ („tihim“) dijelovima DNK ne mijenjaju karakteristike organizma i mogu se lako prenositi s generacije na generaciju (prirodna selekcija neće djelovati na njih). Takve se mutacije mogu smatrati neutralnim. Mutacije su također neutralne kada se dio gena zamijeni sinonimnim. U ovom slučaju, iako će sekvenca nukleotida u određenoj regiji biti različita, isti protein (sa istom sekvencom aminokiselina) će se sintetizirati.

Međutim, mutacija može utjecati na značajan gen, promijeniti aminokiselinsku sekvencu sintetiziranog proteina i, posljedično, uzrokovati promjenu karakteristika organizma. Nakon toga, ako koncentracija mutacije u populaciji dostigne određeni nivo, to će dovesti do promjene karakteristične osobine cijele populacije.

U živoj prirodi mutacije nastaju kao greške u DNK, pa su sve one a priori štetne. Većina mutacija smanjuje održivost organizma i uzrok razne bolesti. Mutacije koje se javljaju u somatskim stanicama ne prenose se na sljedeću generaciju, ali kao rezultat mitoze nastaju ćelije kćeri koje čine određeno tkivo. Često somatske mutacije dovode do stvaranja raznih tumora i drugih bolesti.

Mutacije koje se javljaju u zametnim stanicama mogu se prenijeti na sljedeću generaciju. U stabilnim uslovima životne sredine, skoro sve promene u genotipu su štetne. Ali ako se uslovi okoline promene, može se ispostaviti da će prethodno štetna mutacija postati korisna.

Na primjer, mutacija koja uzrokuje kratka krila kod insekta vjerovatno će biti štetna za populaciju koja živi u područjima gdje nema jakog vjetra. Ova mutacija će biti slična deformitetu ili bolesti. Insekti koji ga posjeduju imat će poteškoća u pronalaženju partnera za parenje. Ali ako na tom području počnu puhati jači vjetrovi (na primjer, šumsko područje je uništeno kao posljedica požara), tada će vjetar odnijeti insekte s dugim krilima i bit će im teže kretati se. U takvim uslovima, jedinke kratkih krila mogu dobiti prednost. Naći će partnere i hranu češće nego dugokrilci. Nakon nekog vremena, u populaciji će biti više kratkokrilih mutanata. Tako će se mutacija zadržati i postati normalna.

Mutacije su osnova prirodne selekcije i to je njihova glavna prednost. Za tijelo je ogroman broj mutacija štetan.

Zašto dolazi do mutacija?

U prirodi se mutacije javljaju nasumično i spontano. To jest, svaki gen može mutirati u bilo koje vrijeme. Međutim, učestalost mutacija varira među različitim organizmima i ćelijama. Na primjer, to je povezano sa trajanjem životni ciklus: što je kraće, češće se javljaju mutacije. Dakle, mutacije se mnogo češće javljaju kod bakterija nego kod eukariotskih organizama.

Osim spontane mutacije(javljaju se u prirodnim uslovima) postoje inducirano(od strane osobe u laboratorijskim uslovima ili nepovoljnim uslovima sredine) mutacije.

U osnovi, mutacije nastaju kao rezultat grešaka tokom replikacije (udvostručavanja), popravke (restauracije) DNK, nejednakog ukrštanja, nepravilne divergencije hromozoma u mejozi itd.

Tako se oštećeni dijelovi DNK stalno obnavljaju (popravljaju) u stanicama. Međutim, ako se iz različitih razloga poremete mehanizmi popravke, greške u DNK će ostati i akumulirati.

Rezultat greške u replikaciji je zamjena jednog nukleotida u lancu DNK drugim.

Šta uzrokuje mutacije?

Povećani nivoi mutacija uzrokovani su rendgenskim, ultraljubičastim i gama zracima. Mutageni također uključuju α- i β-čestice, neutrone, kosmičko zračenje (sve su to čestice visoke energije).

Mutagen- ovo je nešto što može izazvati mutaciju.

Pored različitih zračenja, mnoge hemikalije imaju mutageno dejstvo: formaldehid, kolhicin, komponente duvana, pesticidi, konzervansi, neki lekovi itd.

Genske mutacije. Koncept genskih bolesti.

1. Određivanje varijabilnosti. Klasifikacija njegovih oblika.

Varijabilnost – da opšta imovinaživih organizama, što se sastoji u promjeni nasljednih karakteristika tokom ontogeneze (individualnog razvoja).

Varijabilnost organizama dijeli se na dva velika tipa:

1. fenotipski, ne utiče na genotip i nije naslijeđen;

2. genotipski, mijenjajući genotip i stoga se prenosi nasljedstvom.

Genotipska varijabilnost se dijeli na kombinativnu i mutacijsku.

Mutacijska varijabilnost uključuje genomske, hromozomske i genske mutacije.

Genomske mutacije se dijele na poliploidiju i aneuploidiju

Kromosomske mutacije dijele se na delecije, duplikacije, inverzije, translokacije

2. Fenotipska varijabilnost. Norma reakcije genetski određenih osobina. Adaptivna priroda modifikacija. Fenokopije.

Fenotipska varijabilnost (ili nenasljedna, modifikacija) je promjena fenotipskih karakteristika organizma pod utjecajem okolišnih faktora, bez promjene genotipa.

Na primjer: boja krzna himalajskog zeca ovisi o temperaturi okoline.

Norma reakcije je raspon varijabilnosti unutar kojeg je isti genotip sposoban proizvesti različite fenotipove.

1. široka norma reakcije - kada se fluktuacije neke karakteristike javljaju u širokom rasponu (na primjer: tamnjenje, količina mlijeka).

2. uska norma reakcije - kada su fluktuacije u karakteristici neznatne (na primjer: sadržaj mliječne masti).

3. nedvosmislena norma reakcije - kada se znak ne mijenja ni pod kojim uslovima (na primjer: krvna grupa, boja očiju, oblik očiju).

Prilagodljiva priroda modifikacija leži u činjenici da varijabilnost modifikacije omogućava tijelu da se prilagodi promjenjivim uvjetima okoline. Stoga su modifikacije uvijek korisne.

Ako je tijelo tokom embriogeneze izloženo nepovoljni faktori, tada se mogu pojaviti fenotipske promjene koje nadilaze normu reakcije i nisu adaptivne prirode, nazivaju se razvojnim morfozama. Na primjer, dijete se rodi bez udova ili sa rascjepom usne.

Fenokopije su razvojne morfoze koje je vrlo teško razlikovati od nasljednih promjena (bolesti).

Na primjer: ako je trudnica imala rubeolu, može imati dijete sa kataraktom. Ali ova patologija se može pojaviti i kao rezultat mutacije. U prvom slučaju govorimo o fenokopiji.

Dijagnoza "fenokopija" važna je za buduću prognozu, jer se kod fenokopije genetski materijal ne mijenja, odnosno ostaje normalan.

3. Kombinativna varijabilnost. Značaj kombinativne varijabilnosti u osiguravanju genetske raznolikosti ljudi.

Kombinativna varijabilnost je pojava kod potomaka novih kombinacija gena koje njihovi roditelji nisu imali.

Kombinativna varijabilnost je povezana sa:

sa prelazom u mejotičku profazu 1.

sa nezavisnom divergencijom homolognih hromozoma u anafazu mejoze 1.

sa nasumičnom kombinacijom gameta tokom oplodnje.

Značaj kombinativne varijabilnosti – obezbeđuje genetsku raznolikost jedinki unutar vrste, što je važno za prirodnu selekciju i evoluciju.

4. Mutacijska varijabilnost. Osnovne odredbe teorije mutacija.

Hugo de Vries, holandski naučnik, uveo je termin "mutacija" 1901. godine.

Mutacija je fenomen povremenih, naglih promjena u nasljednoj osobini.

Proces nastanka mutacija naziva se mutageneza, a organizam koji u procesu mutageneze dobije nove karakteristike naziva se mutant.

Osnovne odredbe teorije mutacija prema Hugu de Vriesu.

1. mutacije se javljaju iznenada bez ikakvih prijelaza.

2. rezultirajući oblici su prilično stabilni.

3. mutacije su kvalitativne promjene.

4. mutacije se javljaju u različitim smjerovima. mogu biti i korisni i štetni.

5. Iste mutacije se mogu ponavljati.

5. Klasifikacija mutacija.

I. Po poreklu.

1. Spontane mutacije. Spontane ili prirodne mutacije se javljaju u normalnim prirodnim uslovima.

2. Inducirane mutacije. Inducirane ili umjetne mutacije nastaju kada je tijelo izloženo mutagenim faktorima.

A. fizički ( jonizujuće zračenje, UV zraci, visoka temperatura, itd.)

b. hemijski (soli teških metala, azotna kiselina, slobodni radikali, kućni i industrijski otpad, lekovi).

II. Po mjestu porijekla.

A. Somatske mutacije nastaju u somatskim stanicama i nasljeđuju ih potomci stanica u kojima su nastale. Ne prenose se s generacije na generaciju.

b. Generativne mutacije se javljaju u zametnim stanicama i prenose se s generacije na generaciju.

III. Prema prirodi fenotipskih promjena.

1. Morfološke mutacije, koje karakteriziraju promjene u strukturi organa ili organizma u cjelini.

2. Fiziološke mutacije koje karakteriziraju promijeni petu organ ili organizam u cjelini.

3. Biohemijske mutacije povezane s promjenama u makromolekulama.

IV. Uticajem na vitalnost organizma.

1. Smrtonosne mutacije u 100% slučajeva dovode do smrti organizma zbog defekata nespojivih sa životom.

2. Poluletalne mutacije dovode do smrti u 50-90% slučajeva. Tipično, organizmi s takvim mutacijama ne prežive do reproduktivne dobi.

3. Uslovno smrtonosne mutacije, pod nekim uslovima organizam umire, ali u drugim uslovima preživljava (galaktozemija).

4. Korisne mutacije povećavaju vitalnost organizma i koriste se u uzgoju.

V. Prema prirodi promjena u nasljednom materijalu.

1. Genske mutacije.

2. Hromozomske mutacije.

6. Genske mutacije, definicija. Mehanizmi nastanka spontanih genskih mutacija.

Genske mutacije ili tačkaste mutacije su mutacije koje se javljaju u genima na nivou nukleotida, pri čemu se mijenja struktura gena, mijenja se molekul mRNA, mijenja se redoslijed aminokiselina u proteinu i mijenja se osobina u tijelu.

Vrste genskih mutacija:

- missense mutacije - zamjena 1 nukleotida u tripletu drugim će dovesti do uključivanja druge aminokiseline u polipeptidni lanac proteina, koja inače ne bi trebala biti prisutna, a to će dovesti do promjena u svojstvima i funkcijama proteina.

Primjer: zamjena glutaminske kiseline valinom u molekulu hemoglobina.

CTT – glutaminska kiselina, CAT – valin

Ako se takva mutacija dogodi u genu koji kodira β lanac proteina hemoglobina, tada je u β lanac umjesto glutaminske kiseline uključen valin → kao rezultat takve mutacije mijenjaju se svojstva i funkcije proteina hemoglobina i HbS pojavljuje se umjesto normalnog HbA, zbog čega osoba razvija anemiju srpastih stanica (promjene u obliku crvenih krvnih zrnaca).

- gluposti mutacije - zamjena 1 nukleotida u tripletu drugim dovest će do činjenice da će se genetski značajan triplet pretvoriti u stop kodon, što dovodi do prekida sinteze polipeptidnog lanca proteina. Primjer: UAC – tirozin. UAA – stop kodon.

Mutacije sa pomakom u okviru čitanja nasljednih informacija.

Ako se kao rezultat mutacije gena pojavi nova karakteristika u organizmu (na primjer, polidaktilija), tada se nazivaju neomorfnim.

ako, kao rezultat mutacije gena, tijelo izgubi osobinu (na primjer, u PKU nestaje enzim), tada se nazivaju amorfnim.

- seimsense mutacije - zamjena nukleotida u tripletu dovodi do pojave sinonimnog tripleta koji kodira isti protein. To je zbog degeneracije genetskog koda. Na primjer: CTT – glutamin CTT – glutamin.

Mehanizmi nastanka genskih mutacija (zamjena, umetanje, gubitak).

DNK se sastoji od 2 polinukleotidna lanca. Prvo, dolazi do promjene u 1. lancu DNK - ovo je polu-mutacijsko stanje ili "primarno oštećenje DNK". Svake sekunde u ćeliji se dogodi 1 primarno oštećenje DNK.

Kada se oštećenje pređe na drugi lanac DNK, kažu da je mutacija fiksirana, odnosno da je došlo do "potpune mutacije".

Primarno oštećenje DNK nastaje kada su poremećeni mehanizmi replikacije, transkripcije i krosingovera.

7. Učestalost genskih mutacija. Mutacije su direktne i reverzne, dominantne i recesivne.

Kod ljudi je učestalost mutacija = 1x10 –4 – 1x10 –7, odnosno u prosjeku 20–30% ljudskih gameta u svakoj generaciji je mutantno.

Kod Drosophile, frekvencija mutacije = 1x10 –5, odnosno 1 gameta od 100 hiljada nosi mutaciju gena.

A. Direktna mutacija (recesivna) je mutacija gena iz dominantnog stanja u recesivno stanje: A → a.

b. Reverzna mutacija (dominantna) je mutacija gena iz recesivnog stanja u dominantno stanje: a → A.

Genske mutacije se javljaju u svim organizmima; geni mutiraju u različitim smjerovima i na različitim frekvencijama. Geni koji rijetko mutiraju nazivaju se stabilnim, a geni koji često mutiraju nazivaju se promjenjivi.

8. Zakon homoloških nizova u nasljednoj varijabilnosti N. I. Vavilov.

Mutacija se javlja u različitim smjerovima, tj. slučajno. Međutim, ove nesreće podliježu obrascu otkrivenom 1920. Vavilov. Formulirao je zakon homolognih nizova u nasljednoj varijabilnosti.

“Vrste i rodovi koji su genetski bliski karakteriziraju se sličnim nizovima nasljedne varijabilnosti s takvom pravilnošću da se, poznavajući niz oblika unutar jedne vrste, može predvidjeti postojanje paralelnih oblika u drugim vrstama i rodovima.”

Ovaj zakon nam omogućava da predvidimo prisustvo određene osobine kod pojedinaca različitih rodova iste porodice. Tako je predviđeno prisustvo lupine bez alkaloida u prirodi, jer u porodici mahunarki postoje rodovi pasulja, graška i pasulja koji ne sadrže alkaloide.

U medicini, Vavilovov zakon dozvoljava korištenje životinja koje su genetski bliske ljudima kao genetskih modela. Koriste se za eksperimente za proučavanje genetskih bolesti. Na primjer, katarakta se proučava kod miševa i pasa; hemofilija - kod pasa, urođena gluvoća - kod miševa, zamorci, psi.

Vavilovov zakon nam omogućava da predvidimo pojavu induciranih mutacija nepoznatih nauci, koje se mogu koristiti u oplemenjivanju za stvaranje biljnih oblika vrijednih za ljude.

9. Antimutacijske barijere tijela.

- Preciznost replikacije DNK. Ponekad se pojave greške prilikom replikacije, tada se aktiviraju mehanizmi samokorekcije koji imaju za cilj eliminaciju pogrešnog nukleotida. Enzim DNK polimeraza igra važnu ulogu, a stopa greške je smanjena za 10 puta (sa 10 –5 na 10 –6).

- Degeneracija genetskog koda. Nekoliko tripleta može kodirati 1 aminokiselinu, tako da zamjena 1 nukleotida u tripletu u nekim slučajevima ne iskrivljuje nasljedne informacije. Na primjer, CTT i CTC su glutaminska kiselina.

- Ekstrakcija neki geni odgovorni za važne makromolekule: rRNA, tRNA, histonski proteini, tj. proizvedene su mnoge kopije ovih gena. Ovi geni su dio umjereno ponavljajućih sekvenci.

- DNK redundantnost– 99% je suvišno i mutageni faktor češće spada u ovih 99% besmislenih sekvenci.

- Uparivanje hromozoma u diploidnom setu. U heterozigotnom stanju mnoge štetne mutacije se ne pojavljuju.

- Odbijanje mutantne zametne ćelije.

- Popravak DNK.

10. Reparacija genetskog materijala. .

Popravak DNK je uklanjanje primarnog oštećenja DNK i njegova zamjena normalnim strukturama.

Postoje dva oblika reparacije: svijetli i tamni

A. Reparacija svjetlosti (ili enzimska fotoreaktivacija). Enzimi za popravku su aktivni samo u prisustvu svjetlosti. Ovaj oblik popravke ima za cilj uklanjanje primarnih oštećenja DNK uzrokovanih UV zracima.

Pod uticajem UV zraka aktiviraju se pirimidinske azotne baze u DNK, što dovodi do stvaranja veza između pirimidinskih azotnih baza koje se nalaze u blizini u istom lancu DNK, odnosno nastaju pirimidinski dimeri. Najčešće se javljaju veze: T=T; T=C; C=C.

Obično u DNK nema pirimidinskih dimera. Njihovo formiranje dovodi do izobličenja nasljednih informacija i poremećaja normalnog tijeka replikacije i transkripcije, što potom dovodi do genskih mutacija.

Suština fotoreaktivacije: u jezgru se nalazi poseban (fotoreaktivirajući) enzim koji je aktivan samo u prisustvu svjetlosti; ovaj enzim uništava pirimidinske dimere, odnosno razbija veze nastale između pirimidin azotnih baza pod utjecajem UV zraci.

Tamna sanacija se dešava u mraku i na svjetlu, odnosno aktivnost enzima ne ovisi o prisutnosti svjetlosti. Dijeli se na pre-replikativni popravak i post-replikacijski popravak.

Pre-replikacijski popravak događa se prije replikacije DNK, a mnogi enzimi su uključeni u ovaj proces:

o Endonukleaza

o Egzonukleaza

o DNK polimeraza

o DNK ligaza

Faza 1. Enzim endonukleaza pronalazi oštećeno područje i presijeca ga.

Faza 2. Enzim egzonukleaza uklanja oštećeno područje iz DNK (ekscizija), što rezultira prazninom.

Faza 3. Enzim DNK polimeraza sintetizira dio koji nedostaje. Sinteza se odvija po principu komplementarnosti.

Faza 4. Enzimi ligaze povezuju ili spajaju novosintetizovanu regiju za lanac DNK. Na ovaj način se popravlja originalno oštećenje DNK.

Post-replikacijski popravak.

Recimo da postoji primarno oštećenje DNK.

Faza 1. Počinje proces replikacije DNK. Enzim DNK polimeraza sintetizira novi lanac koji je potpuno komplementaran starom netaknutom lancu.

Faza 2. Enzim DNK polimeraza sintetizira još jedan novi lanac, ali zaobilazi područje gdje se nalazi oštećenje. Kao rezultat, nastala je praznina u drugom novom lancu DNK.

Faza 3. Na kraju replikacije, enzim DNK polimeraze sintetizira dio koji nedostaje komplementaran novom lancu DNK.

Faza 4. Enzim ligaza zatim povezuje novosintetizirani dio sa lancem DNK gdje je bio jaz. Dakle, primarno oštećenje DNK nije prešlo na drugi novi lanac, odnosno mutacija nije fiksirana.

Nakon toga, primarno oštećenje DNK može biti eliminirano tokom pre-replikacijske popravke.

11. Mutacije povezane sa poremećenom popravkom DNK i njihova uloga u patologiji.

Sposobnost popravljanja u organizmima je razvijena i konsolidovana tokom evolucije. Što je veća aktivnost reparaturnih enzima, to je nasljedni materijal stabilniji. Odgovarajući geni su odgovorni za enzime za popravku, pa ako dođe do mutacije u tim genima, aktivnost enzima za popravku se smanjuje. U ovom slučaju, osoba razvija teške nasljedne bolesti koje su povezane sa smanjenjem aktivnosti enzima za popravak.

Postoji više od 100 takvih bolesti kod ljudi, a neke od njih:

Fanconi anemia– smanjenje broja crvenih krvnih zrnaca, gubitak sluha, poremećaji u kardiovaskularnom sistemu, deformacije prstiju, mikrocefalija.

Bloomov sindrom - mala porođajna težina novorođenčeta, spor rast, povećana osjetljivost na virusna infekcija, povećan rizik od raka. Karakterističan znak: kratkim boravkom na sunčevoj svjetlosti na koži lica se pojavljuje pigmentacija u obliku leptira (proširenje krvnih kapilara).

Xeroderma pigmentosum– na koži se od svjetlosti pojavljuju opekotine koje ubrzo prerastaju u karcinom kože (kod takvih pacijenata rak se javlja 20.000 puta češće). Pacijenti su primorani da žive pod veštačkim osvetljenjem.

Incidencija bolesti je 1:250.000 (Evropa, SAD) i 1:40.000 (Japan)

Dvije vrste progerije– prerano starenje organizma.

12. Bolesti gena, mehanizmi njihovog razvoja, nasljeđivanje, učestalost pojavljivanja.

Genske bolesti (ili molekularne bolesti) prilično su zastupljene kod ljudi, ima ih više od 1000.

Posebna grupa Među njima su i urođene metaboličke mane. Ove bolesti je prvi opisao A. Garod 1902. godine. Simptomi ovih bolesti su različiti, ali uvijek postoji povreda transformacije tvari u tijelu. U ovom slučaju, neke supstance će biti u višku, a druge u nedostatku. Na primjer, supstanca (A) ulazi u tijelo i dalje se pod djelovanjem enzima pretvara u supstancu (B). Zatim bi se supstanca (B) trebala pretvoriti u supstancu (C), ali to je spriječeno blokadom mutacije

(), kao rezultat toga, supstanca (C) će biti u nedostatku, a supstanca (B) će biti u višku.

Primjeri nekih bolesti uzrokovanih urođenim metaboličkim defektima.

PKU(fenilketonurija, kongenitalna demencija). Genetska bolest, naslijeđena autosomno recesivno, javlja se sa učestalošću od 1:10.000. Fenilalanin je esencijalna aminokiselina za izgradnju proteinskih molekula i, osim toga, služi kao prekursor hormona štitne žlijezde(tiroksin), adrenalin i melanin. Aminokiselina fenilalanin u ćelijama jetre mora biti pretvorena enzimom (fenilalanin-4-hidroksilaze) u tirozin. Ako enzim odgovoran za ovu transformaciju izostane ili je njegova aktivnost smanjena, sadržaj fenilalanina u krvi će se naglo povećati, a sadržaj tirozina smanjiti. Višak fenilalanina u krvi dovodi do pojave njegovih derivata (feniloctene, fenillaktičke, fenilpirogrožđane i druge ketonske kiseline), koji se izlučuju urinom i toksično djeluju na stanice centralnog nervnog sistema. nervni sistem, što dovodi do demencije.

Pravovremenom dijagnozom i prebacivanjem djeteta na ishranu bez fenilalanina može se spriječiti razvoj bolesti.

Albinizam je čest. Genetska bolest se nasljeđuje na autosomno recesivan način. Normalno, aminokiselina tirozin je uključena u sintezu tkivnih pigmenata. Ako dođe do blokade mutacije, enzima nema ili je njegova aktivnost smanjena, tada se pigmenti tkiva ne sintetiziraju. U ovim slučajevima koža je mlečno bela, dlaka je veoma svetla, zbog nedostatka pigmenta u retini vidljivi su krvni sudovi, oči su crvenkasto-ružičaste, a povećana osjetljivost do svjetla.

Alcapnonuria. Genetska bolest, naslijeđena autosomno recesivno, javlja se sa učestalošću od 3-5:1.000.000. Bolest je povezana s kršenjem konverzije homogentizinske kiseline, zbog čega se ta kiselina akumulira u tijelu. Izlučena mokraćom, ova kiselina dovodi do razvoja bubrežnih bolesti, osim toga, alkalizirani urin s ovom anomalijom brzo potamni. Bolest se manifestuje i bojenjem hrskavičnog tkiva, a artritis se razvija u starijoj dobi. Dakle, bolest je praćena oštećenjem bubrega i zglobova.

Genske bolesti povezane s poremećajem metabolizma ugljikohidrata.

Galaktozemija. Genetska bolest, naslijeđena autosomno recesivno, javlja se sa učestalošću od 1:35.000-40.000 djece.

Krv novorođenčeta sadrži monosaharid galaktozu, koji nastaje pri razgradnji mliječnog disaharida. laktoza za glukozu i galaktoza. Galaktozu tijelo ne apsorbira direktno, već je posebnim enzimom mora pretvoriti u probavljiv oblik - glukoza-1-fosfat.

Nasljedna bolest galaktozemija je uzrokovana disfunkcijom gena koji kontrolira sintezu enzima proteina koji pretvara galaktozu u probavljiv oblik. U krvi bolesne djece bit će vrlo malo ovog enzima i puno galaktoze, što se utvrđuje biohemijskom analizom.

Ako se dijagnoza postavi u prvim danima nakon rođenja djeteta, tada se hrani formulama koje ne sadrže mliječni šećer, a dijete se normalno razvija. U suprotnom, dijete odrasta slaboumno.

Cistična fibroza. Genetska bolest, naslijeđena autosomno recesivno, javlja se sa učestalošću od 1:2.000-2.500. Bolest je povezana s mutacijom gena koji je odgovoran za protein nosač ugrađen u plazma membranu stanica. Ovaj protein reguliše propusnost membrane za jone Na i Ca. Ako je propusnost ovih jona u stanicama egzokrinih žlijezda poremećena, žlijezde počinju proizvoditi gust, viskozan sekret koji zatvara kanale egzokrinih žlijezda.

Postoje plućne i crevni oblik cistična fibroza.

Marfanov sindrom. Genetska bolest se nasljeđuje na autosomno dominantan način. Povezan sa poremećajem metabolizma proteina fibrilina u vezivnom tkivu, koji se manifestuje kompleksom simptoma: „paukovi“ prsti (arahnodaktilija), visok rast, subluksacija sočiva, srčani i vaskularni defekti, pojačano oslobađanje adrenalina u krv, pognutost, udubljenje grudi, visok svod stopala, slabost ligamenata i tetiva, itd. Prvi put ga je opisao francuski pedijatar Antonio Marfan 1896.

PREDAVANJE 10 Strukturne mutacije hromozoma.

1. Strukturne mutacije hromozoma (hromozomske aberacije).

Razlikuju se sljedeće vrste hromozomskih aberacija.

– brisanja

– dupliranja

– inverzije

– prstenasti hromozomi

– translokacije

– transpozicije

Sa ovim mutacijama mijenja se struktura hromozoma, menja se redosled gena u hromozomima i menja se doza gena u genotipu. Ove mutacije se javljaju u svim organizmima, a to su:

Spontano (uzrokovano faktorom nepoznate prirode) i inducirano (priroda faktora koji je izazvao mutaciju je poznata)

Somatski (utječu na nasljedni materijal somatskih stanica) i generativni (promjene u nasljednom materijalu gameta)

Korisno i štetno (ovo drugo je mnogo češće)

Uravnotežen (sistem genotipa se ne menja, što znači da se fenotip ne menja) i neuravnotežen (sistem genotipova se menja, što znači da se menja i fenotip

Ako mutacija zahvaća dva hromozoma, govore o interhromozomskim preuređenjima.

Ako mutacija utiče na hromozom 1, govorimo o intrahromozomskim preuređenjima.

2. Mehanizmi nastanka strukturnih mutacija hromozoma.

Hipoteza „odspajanje-veza“. Vjeruje se da se lomovi javljaju u jednom ili više hromozoma. Formiraju se kromosomski dijelovi, koji se zatim povezuju, ali drugačijim redoslijedom. Ako se prekid dogodi prije replikacije DNK, tada su 2 hromatide uključene u ovaj proces - to su izohromatida jaz Ako dođe do prekida nakon replikacije DNK, tada je 1 kromatida uključena u proces - ovo hromatida jaz

Druga hipoteza: proces sličan crossingoveru dešava se između nehomolognih hromozoma, tj. nehomologna hromozomi razmjenjuju dijelove.

3. Delecije, njihova suština, oblici, fenotipski efekat. Pseudo-dominacija..

Delecija (deficit) je gubitak dijela hromozoma.

U kromosomu može doći do 1 puknuća i izgubit će terminalnu regiju koju će enzimi uništiti (nedostatak)

mogu doći do dva prekida u hromozomu sa gubitkom centralnog regiona, koji će takođe biti uništen enzimima (intersticijalna delecija).

U homozigotnom stanju delecije su uvijek smrtonosne; u heterozigotnom stanju se manifestiraju kao višestruki razvojni nedostaci.

Detekcija brisanja:

Diferencijalno bojenje hromozoma

Prema obliku petlje, koja nastaje pri konjugaciji homolognih hromozoma u profazi mejoze 1. Petlja se javlja na normalnom hromozomu.

Delecija je prvo proučavana kod muhe Drosophila, što je rezultiralo gubitkom dijela X hromozoma. U homozigotnom stanju ova mutacija je smrtonosna, au heterozigotnom se manifestuje fenotipski kao zarez na krilu (Notch mutacija). Prilikom analize ove mutacije identificiran je poseban fenomen koji je nazvan pseudo-dominacija. U ovom slučaju se fenotipski manifestuje recesivni alel, jer se područje hromozoma sa dominantnim alelom gubi usled delecije.

Kod ljudi se delecije najčešće javljaju u hromozomima od 1 do 18. Na primjer, delecija kratkog kraka petog hromozoma u heterozigotnom stanju se manifestuje fenotipski kao sindrom "plakate mačke". Dijete se rađa s velikim brojem patologija, živi od 5 dana do mjesec dana (vrlo rijetko do 10 godina), njegov plač podsjeća na oštro mjaukanje mačke.

Intersticijalna delecija može se desiti na hromozomu 21 ili 22 hematopoetskih matičnih ćelija. U heterozigotnom stanju, manifestuje se fenotipski kao perniciozna anemija.

4. Duplikacije, inverzije, hromirani prstenovi. Mehanizam nastanka. Fenotipska manifestacija.

Dupliciranje– udvostručavanje dijela hromozoma (ovaj dio se može ponoviti više puta). Duplikacije mogu biti direktne ili obrnuto.

Sa ovim mutacijama povećava se doza gena u genotipu, a u homozigotnom stanju ove mutacije su smrtonosne. U heterozigotnom stanju manifestuju se višestrukim razvojnim nedostacima. Međutim, ove mutacije su možda imale ulogu tokom evolucije. Porodice gena za hemoglobin su možda nastale na ovaj način.

Možda su se ponavljane sekvence nukleotida DNK pojavile kao rezultat duplikacija.

Detekcija dupliranja:

Slika petlje u profazi mejoze 1. Petlja nastaje na mutiranom hromozomu.

Inverzija – otkinuti dio hromozoma, zarotirati ga za 180° i pričvrstiti na staro mjesto. Prilikom inverzija se ne menja doza gena, ali se menja redosled gena u hromozomu, tj. menja se grupa kvačila. Nema krajnjih inverzija.

U homozigotnom stanju inverzije su smrtonosne, a u heterozigotnom se manifestiraju kao višestruki razvojni nedostaci.

Otkrivanje inverzija:

Diferencijalno bojenje.

Slika u obliku dvije suprotno locirane petlje u profazi mejoze 1.

Postoje 2 vrste inverzija:

paracentrična inverzija, koja ne utiče na centromeru, jer lomovi se javljaju unutar jednog kraka hromozoma

pericentrična inverzija, koja utiče na centromere, jer lomovi se javljaju sa obe strane centromera.

Sa pericentričnom inverzijom, konfiguracija hromozoma se može promijeniti (ako krajevi rotiranih dijelova nisu simetrični). I to onemogućava naknadnu konjugaciju.

Fenotipska manifestacija inverzija je najblaža u odnosu na druge hromozomske aberacije. Ako recesivni homozigoti umru, onda heterozigoti najčešće doživljavaju neplodnost.

Prstenasti hromozomi. Normalno, ne postoje prstenasti hromozomi u ljudskom kariotipu. Mogu se pojaviti kada je tijelo izloženo mutagenim faktorima, posebno radioaktivnom zračenju.

U ovom slučaju u hromozomu se javljaju 2 prekida, a rezultirajući dio se zatvara u prsten. Ako prstenasti kromosom sadrži centromeru, tada se formira centrični prsten. Ako nema centromere, tada se formira acentrični prsten, koji se uništava enzimima i ne nasljeđuje.

Prstenasti hromozomi se otkrivaju kariotipizacijom.

U homozigotnom stanju ove mutacije su smrtonosne, au heterozigotnom se fenotipski pojavljuju kao delecije.

Prstenasti hromozomi su markeri izloženosti zračenju. Što je veća doza zračenja, to je više prstenastih hromozoma, a prognoza je lošija.

5. Translokacije, njihova suština. Recipročne translokacije, njihove karakteristike i medicinski značaj. Robertsonove translokacije i njihova uloga u nasljednoj patologiji.

Translokacija je pomicanje dijela hromozoma. Postoje međusobne (recipročne) i nerecipročne (transpozicije) translokacije.

Recipročne translokacije nastaju kada dva nehomologna hromozoma razmjenjuju svoje dijelove.

Posebna grupa translokacija su Robertsonove translokacije (centrične fuzije). Zahvaćeni su akrocentrični hromozomi – gube kratke krakove, a dugi krakovi su povezani.

Razlog za 4-5% slučajeva rođenja novorođenog djeteta su Robertsonove translokacije. U ovom slučaju, dugi krak hromozoma 21 prelazi na jedan od hromozoma grupe D (13, 14, 15, često je uključen hromozom 14).

Vrste jajašca spermatozoida zigota Posljedice

14 + 14, 21 14,14,21 monosomija 21 (smrtonosno)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomija 21 (dolje)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomija 14 (smrtonosna)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trisomija 14 (smrtonosna)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotipski zdrav

Kao što vidimo, žena sa Robertsonovom translokacijom može roditi zdravo dijete.

Gubitak kratkih krakova ne utiče ni na šta, jer se tamo nalaze zone za formiranje nukleola, a nalaze se i u drugim hromozomima.

Pacijent s translokacijskim oblikom Downovog sindroma ima 46 hromozoma u ćelijama. Jajnik nakon translokacije će imati 45 hromozoma. Međutim, uz uravnoteženu mutaciju, žena će imati 45 hromozoma.

Detekcija translokacija:

Diferencijalno bojenje.

Figura križa u profazi mejoze 1.

6. Transpozicije. Mobilni genetski elementi. Mehanizmi kretanja kroz genom i značaj.

Ako translokacije nisu recipročne, onda govore o transpoziciji.

Posebna grupa transpozona su mobilni genetski elementi (MGE), ili geni za skakanje, koji se nalaze u svim organizmima. U mušici Drosophila oni čine 5% genoma. Kod ljudi, MGE su grupisani u porodicu ALU.

MGE se sastoje od 300-400 nukleotida, ponovljenih 300 hiljada puta u ljudskom genomu.

Na krajevima MGE postoje ponavljanja nukleotida koja se sastoje od 50-100 nukleotida. Ponavljanja mogu biti naprijed ili nazad. Čini se da ponavljanja nukleotida utiču na kretanje MGE.

Postoje dvije opcije za kretanje MGE kroz genom.

1. korištenjem procesa reverzne transkripcije. Za to je potreban enzim reverzna transkriptaza (revertaza). Ova opcija se odvija u nekoliko faza:

na DNK, enzim RNA polimeraza (drugo ime je transkriptaza) sintetizira mRNA,

Na mRNA, enzim reverzna transkriptaza sintetizira jedan lanac DNK,

Enzim DNK polimeraza osigurava sintezu drugog lanca DNK,

sintetizirani fragment se zatvara u prsten,

DNK prsten je umetnut u drugi hromozom ili na drugu lokaciju na istom hromozomu.

2. pomoću enzima transpozaze, koji izrezuje MGE i prenosi ga na drugi hromozom ili na drugo mjesto na istom hromozomu

Tokom evolucije, MGE je igrao pozitivnu ulogu, jer izvršili su prijenos genetskih informacija s jedne vrste organizama na druge. Važnu ulogu u tome imali su retrovirusi, koji sadrže RNK kao nasljedni materijal, a sadrže i reverznu transkriptazu.

MGE se kreću kroz genom vrlo rijetko, jedan pokret na stotine hiljada događaja u ćeliji (frekvencija kretanja 1 x 10–5).

U svakom specifičnom organizmu MGE pozitivnu ulogu ne igraj jer krećući se kroz genom, mijenjaju funkcioniranje gena i uzrokuju genske i hromozomske mutacije.

7. Indukovana mutageneza. Fizički, hemijski i biološki mutageni faktori.

Indukovane mutacije nastaju kada na organizam djeluju mutageni faktori koji se dijele u 3 grupe:

Fizički (UVL, rendgensko i radijacijsko zračenje, elektromagnetna polja, visoke temperature).

Dakle, jonizujuće zračenje može djelovati direktno na molekule DNK i RNK, uzrokujući oštećenja (genske mutacije) u njima. Indirektni uticaj ovoga

mutagen na nasljednom aparatu stanica sastoji se u stvaranju genotoksičnih tvari (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Hemijski mutageni faktori. Postoji preko 2 miliona hemikalija koje mogu izazvati mutacije. To su soli teških metala, hemijski analozi azotnih baza (5-bromuracil), alkilirajuća jedinjenja (CH 3, C 2 H 5).

8. Radijacijske mutacije. Genetska opasnost zagađenje životne sredine.

Radijacijske mutacije su mutacije uzrokovane zračenjem. Godine 1927. američki genetičar Heinrich Mehler prvi je pokazao da zračenje rendgenskim zracima dovodi do značajnog povećanja učestalosti mutacija kod drozofile. Ovaj rad označio je početak novog smjera u biologiji - genetike zračenja. Zahvaljujući brojnim radovima sprovedenim u proteklim decenijama, danas znamo da kada elementarne čestice (kvantite, elektroni, protoni i neutroni) uđu u jezgro, molekuli vode se jonizuju sa stvaranjem slobodnih radikala (OH -, O 2 -). Posjedujući veliku hemijsku aktivnost, uzrokuju lomljenje DNK, oštećenje nukleotida ili njihovo uništenje; sve to dovodi do pojave mutacija.

Pošto je čovjek otvoren sistem, u njega mogu ući različiti faktori zagađenja životne sredine ljudsko tijelo. Mnogi od ovih faktora mogu promijeniti ili oštetiti nasljedni materijal živih ćelija. Posljedice ovih faktora su toliko ozbiljne da čovječanstvo ne može zanemariti zagađenje životne sredine.

9. Mutageneza i karcinogeneza.

Teoriju mutacije raka prvi je predložio Hugo De Vries 1901. godine. Danas postoji mnogo teorija o karcinogenezi.

Jedna od njih je teorija gena kancerogeneze. Poznato je da ljudski genom sadrži više od 60 onkogena koji mogu regulisati ćelijska dioba. Oni su u neaktivnom stanju u obliku protoonkogena. Pod uticajem različitih mutagenih faktora, protoonkogeni se aktiviraju i postaju onkogeni, što izaziva intenzivnu proliferaciju ćelija i razvoj tumora.

PREDAVANJE 11 Mutacije broja hromozoma. Haploidija, poliploidija,

Aneuploidija.

1. Suština mutacija broja hromozoma, uzroci i mehanizmi nastanka.

Svaki tip organizma karakterizira svoj kariotip. Konstantnost kariotipa kroz niz generacija održava se kroz procese mitoze i mejoze. Ponekad je tokom mitoze ili mejoze poremećena segregacija hromozoma, što dovodi do ćelija sa promenjenim brojem hromozoma. U stanicama se broj cijelih haploidnih skupova hromozoma može promijeniti, u tom slučaju mutacije kao što su:

Haploidija – jedan set hromozoma (n)

Poliploidija – povećanje broja hromozoma koje je višestruko od haploidnog skupa (3n, 4n, itd.)

Aneuploidija je promjena u broju pojedinačnih hromozoma (46 +1).

Skup kromosoma može se mijenjati i u somatskim i u zametnim stanicama.

Uzroci poremećaja hromozomske divergencije:

povećan citoplazmatski viskozitet

promjena polariteta ćelije

disfunkcija vretena.

Svi ovi razlozi dovode do takozvanog “anafaznog kašnjenja” fenomena.

To znači da su tokom anafaze mitoze ili mejoze hromozomi raspoređeni neravnomjerno, tj. neki hromozom ili grupa hromozoma ne drži korak sa ostatkom hromozoma i gubi se u jednoj od ćelija kćeri.

2. Haploidija, priroda promjena kariotipa, prevalencija, fenotipska manifestacija.

Haploidija je smanjenje broja hromozoma u ćelijama organizma do haploidnog. U ćelijama se naglo smanjuje broj hromozoma i doza gena, odnosno menja se sistem genotipa, što znači da se menja i fenotip.

Prethodno123456789Sljedeće

Sve mutacije povezane s promjenama u broju i strukturi kromosoma mogu se podijeliti u tri grupe:

• hromozomske aberacije uzrokovane promjenama u strukturi hromozoma,
• genomske mutacije uzrokovane promjenama u broju hromozoma,
• Miksoploidija je mutacija uzrokovana prisustvom ćelijskih klonova s ​​različitim skupovima kromosoma.

Hromozomske aberacije. Kromosomske aberacije (hromozomske mutacije) su promjene u strukturi hromozoma. Oni su, po pravilu, posledica nejednakog prelaza tokom mejoze. Aberacije hromozoma također su rezultat lomova hromozoma uzrokovanih jonizujućim zračenjem, određenim hemijskim mutagenima, virusima i drugim mutagenim faktorima. Hromozomske aberacije mogu biti neuravnotežene ili uravnotežene.

Neuravnotežene mutacije rezultiraju gubitkom ili dobivanjem genetskog materijala i promjenama u broju gena ili njihovoj aktivnosti. To dovodi do promjene fenotipa.

Kromosomska preuređivanja koja ne dovode do promjena u genima ili njihovoj aktivnosti i ne mijenjaju fenotip nazivaju se uravnoteženim. Međutim, hromozomska aberacija remeti konjugaciju hromozoma i ukrštanje tokom mejoze, što dovodi do gameta sa neuravnoteženim hromozomskim mutacijama. Nosioci uravnoteženih hromozomskih aberacija mogu doživjeti neplodnost, visoku učestalost spontanih pobačaja, visokog rizika rađanje djece sa hromozomskim bolestima.

Razlikuju se sljedeće vrste hromozomskih mutacija:

1. Delecija, ili nedostatak, je gubitak dijela hromozoma.

2. Duplikacija – udvostručavanje hromozomskog dela.

3. Inverzija - rotacija dijela hromozoma za 1800 (u jednom od hromozomskih sekcija geni su locirani obrnutim nizom u odnosu na normalan). Ako se kao rezultat inverzije količina hromozomskog materijala ne promijeni i nema efekta položaja, onda su jedinke fenotipski zdrave. Pericentrična inverzija hromozoma 9 je uobičajena i ne dovodi do promjene fenotipa. Kod drugih inverzija, konjugacija i crossingover mogu biti poremećeni, što dovodi do lomova hromozoma i formiranja neuravnoteženih gameta.

4. Prstenasti hromozom – nastaje kada se izgube dva telomerna fragmenta. Ljepljivi krajevi hromozoma se spajaju i formiraju prsten.

Ova mutacija može biti uravnotežena ili neuravnotežena (u zavisnosti od količine izgubljenog hromozomskog materijala).

5. Izohromozomi – gubitak jednog kraka hromozoma i dupliranje drugog. Kao rezultat, formira se metacentrični hromozom koji ima dva identična kraka. Najčešći izohromozom na dugom kraku X hromozoma. Kariotip je zabilježen: 46,H,i(Xq). Izohromozom X je uočen u 15% svih slučajeva Shereshevsky-Turner sindroma.

6. Translokacija - prijenos dijela hromozoma na nehomologni hromozom, u drugu grupu vezivanja. Postoji nekoliko vrsta translokacija:

a) Recipročne translokacije - međusobna izmjena sekcija između dva nehomologna hromozoma.

U populacijama, učestalost recipročnih translokacija je 1:500. Iz nepoznatih razloga, recipročna translokacija koja uključuje duge krakove hromozoma 11 i 22 je češća. Nosioci uravnoteženih recipročnih translokacija često doživljavaju spontane pobačaje ili rađanje djece s višestrukim urođene mane razvoj. Genetski rizik kod nosilaca ovakvih translokacija kreće se od 1 do 10%.

b) Nerecipročne translokacije (transpozicije) - pomeranje dela hromozoma bilo unutar istog hromozoma ili na drugi hromozom bez međusobne razmene.

c) Posebna vrsta translokacije je Robertsonova translokacija (ili centrična fuzija).

Uočava se između bilo koja dva akrocentrična hromozoma iz grupe D (13, 14 i 15 parova) i G (21 i 22 para). U centričnoj fuziji, dva homologna ili nehomologna hromozoma gube svoje kratke krakove i jednu centromeru, a dugi krakovi se spajaju. Umjesto dva hromozoma formira se jedan koji sadrži genetski materijal dugih krakova dvaju hromozoma. Dakle, nosioci Robertsonove translokacije su zdravi, ali imaju povećanu učestalost spontanih pobačaja i visok rizik od rađanja djece s hromozomskim bolestima. Učestalost Robertsonovih translokacija u populaciji je 1:1000.

Ponekad je jedan od roditelja nosilac uravnotežene translokacije, u kojoj dolazi do centrične fuzije dva homologna hromozoma grupe D ili G. Kod takvih osoba nastaju dve vrste gameta. Na primjer, tokom translokacije formiraju se 21q21q gamete:

2) 0 - tj. gameta bez hromozoma 21

Nakon oplodnje normalnom gametom formiraju se dvije vrste zigota: 1)21, 21q21q - translokacijski oblik Downovog sindroma, 2)21.0 - monosomija 21 hromozoma, smrtonosna mutacija. Vjerovatnoća da ćete imati bolesno dijete je 100%.

R 21q21q x 21.21

zdrav nosilac normalan

uravnotežen

Gametes 21/21; 0 21

F1 21.21q21q 21.0

Downov sindrom smrtonosan

7. Centrično razdvajanje je suprotan fenomen centričnom spajanju. Jedan hromozom je podeljen na dva.

Delecije i duplikacije mijenjaju broj gena u organizmu. Inverzije, translokacije i transpozicije mijenjaju lokaciju gena na hromozomima.

9. Marker hromozoma je dodatni hromozom (tačnije, fragment hromozoma sa centromerom). Obično izgleda kao vrlo kratak akrocentrični kromosom, rjeđe - u obliku prstena. Ako marker hromozoma sadrži samo heterohromatin, onda se fenotip ne mijenja. Ako sadrži euhromatin (izraženi geni), onda je to povezano s razvojem kromosomske bolesti (slično umnožavanju bilo kojeg dijela kromosoma).

Značaj hromozomskih mutacija u evoluciji. Kromosomske mutacije igraju veliku ulogu u evoluciji. U procesu evolucije dolazi do aktivnog preuređivanja hromozomskog seta kroz inverzije, Robertsonove translokacije i druge. Što su organizmi udaljeniji jedan od drugog, to je njihov hromozomski skup drugačiji.

Genomske mutacije. Genomske mutacije su promjene u broju hromozoma. Postoje dvije vrste genomskih mutacija:

1) poliploidija,

2) heteroploidija (aneuploidija).

Poliploidija– povećanje broja hromozoma za količinu koja je višestruka od haploidnog skupa (3n, 4n...). Triploidija (3n=69 hromozoma) i tetraploidija (4n=92 hromozoma) su opisane kod ljudi.

Mogući razlozi za nastanak poliploidije.

1) Poliploidija može biti posljedica neraspadanja svih hromozoma tokom mejoze kod jednog od roditelja, kao rezultat toga nastaje diploid polna ćelija(2n). Nakon oplodnje normalnom gametom, formiraće se triploid (3n).

2) Oplodnja jajne ćelije sa dva spermatozoida (dispermija).

3) Također je moguće da se diploidna zigota spoji sa tijelom vodičem, što dovodi do formiranja triploidne zigote

4) Može se uočiti somatska mutacija - nedisjunkcija svih hromozoma tokom deobe embrionalnih ćelija (mitotički poremećaj). To dovodi do pojave tetraploida (4 n) - potpune ili mozaične forme.

Triploidija (sl.___) je čest uzrok spontanih pobačaja. Ovo je izuzetno rijetka pojava kod novorođenčadi. Većina triploida umire ubrzo nakon rođenja.

Triploidi, koji imaju dva hromozomska skupa oca i jedan hromozomski set majke, u pravilu formiraju hidatidiformni madež. Ovo je embrion u kojem se formiraju ekstraembrionalni organi (horion, placenta, amnion), a embrioblast se praktički ne razvija. Hidatidiformni madeži se pobacuju, te je moguće formiranje malignog tumora horiona - horiokarcinoma. U rijetkim slučajevima dolazi do formiranja embrioblasta i trudnoća se završava rođenjem neodrživog triploida s višestrukim kongenitalnim malformacijama. U takvim slučajevima je karakteristično povećanje mase posteljice i cistična degeneracija horionskih resica.

Kod triploida, koji imaju dva hromozomska skupa od majke i jedan hromozomski set od oca, embrioblast se pretežno razvija. Poremećen je razvoj ekstraembrionalnih organa. Stoga se takvi triploidi rano pobacuju.

Na primjeru triploida, uočene su različite funkcionalne aktivnosti očevog i majčinog genoma u embrionalnom periodu razvoja. Ovaj fenomen se zove genomski otisak. Općenito, treba napomenuti da su za normalan ljudski embrionalni razvoj, genom majke i genom oca apsolutno neophodni. Partenogenetski razvoj ljudi (i drugih sisara) je nemoguć.

Tetraploidija (4n) je izuzetno rijedak fenomen kod ljudi. Uglavnom se nalazi u materijalima iz spontanih pobačaja.

Heteroploidija (ili aneuploidija) - povećanje ili smanjenje broja hromozoma za 1,2 ili više. Vrste heteroploidije: monosomija, nulisomija, polisomija (tri-, tetra-, pentasomija).

a) Monosomija - odsustvo jednog hromozoma (2n-1)

b) Nulizomija - odsustvo jednog para hromozoma (2n-2)

c) Trisomija - jedan dodatni hromozom (2n+1)

d) Tetrasomija - dva dodatna hromozoma (2n+2)

e) Pentasomija – tri dodatna hromozoma (2n+3)

Prethodno123456789Sljedeće

Kromosomske mutacije, njihova klasifikacija: delecije, duplikacije, inverzije, translokacije. Uzroci i mehanizmi nastanka. Značaj u razvoju patoloških stanja kod ljudi.

Promjene u strukturi hromozoma, po pravilu, temelje se na inicijalnom kršenju njegovog integriteta - prekidima, koji su praćeni raznim preuređivanjem tzv. hromozomske mutacije.

Prekidi hromozoma se javljaju prirodno tokom crossingovera, kada su praćeni razmjenom odgovarajućih sekcija između homologa.

Poremećaj crossingovera, u kojem hromozomi razmjenjuju nejednak genetski materijal, dovodi do pojave novih grupa veza, gdje pojedinačni dijelovi ispadaju - divizija - ili duplo - dupliranja. Sa takvim preuređivanjem, broj gena u grupi povezivanja se mijenja.

Lomovi hromozoma mogu nastati i pod uticajem različitih mutagenih faktora, uglavnom fizičkih (jonizujuće i druge vrste zračenja), određenih hemijskih jedinjenja i virusa.

Kršenje integriteta hromozoma može biti praćeno rotacijom njegovog dijela koji se nalazi između dva prekida za 180° - inverzija. U zavisnosti od toga da li uključuje ovo područje centromera region ili ne, razlikovati pericentrično I paracentrične inverzije.

Fragment hromozoma odvojen od njega tokom lomljenja može biti izgubljen od strane ćelije tokom sledeće mitoze ako nema centromeru.

Češće je takav fragment vezan za jedan od hromozoma - translokacija. Moguće je pričvrstiti fragment na vlastiti hromozom, ali na novom mjestu - transpozicija. Dakle, različite vrste inverzija i translokacija karakteriziraju promjene u lokalizaciji gena.

Dakle, promjene u hromozomskoj organizaciji, koje najčešće nepovoljno utiču na vitalnost ćelije i organizma, sa određenom vjerovatnoćom mogu biti obećavajuće, naslijeđene u nizu generacija ćelija i organizama i stvoriti preduslove za evoluciju hromozomska organizacija nasljednog materijala.

Genomske mutacije, uzroci i mehanizmi njihovog nastanka.

Klasifikacija i značenje. Antimutacijski mehanizmi.

Genomske mutacije uključuju haploidiju, poliploidiju i aneuploidiju.

Aneuploidija je promjena u broju pojedinačnih hromozoma – odsustvo (monosomija) ili prisustvo dodatnih (trisomija, tetrasomija, generalno polisomija) hromozoma, tj.

neuravnotežen hromozomski set. Ćelije sa promijenjenim brojem hromozoma nastaju kao rezultat poremećaja u procesu mitoze ili mejoze, te stoga razlikuju mitotičku i mejotičku.

Uzroci mutacija

Mutacije se dijele na spontane i inducirane. Spontane mutacije se javljaju spontano tokom života organizma u normalnim uslovima životne sredine sa učestalošću od približno jednog nukleotida po ćelijskoj generaciji.

Indukovane mutacije su nasledne promene u genomu koje nastaju kao rezultat određenih mutagenih efekata u veštačkim (eksperimentalnim) uslovima ili pod nepovoljnim uticajima sredine.

Mutacije se javljaju stalno tokom procesa koji se odvijaju u živoj ćeliji.

Glavni procesi koji dovode do pojave mutacija su replikacija DNK, poremećaji popravke DNK i genetska rekombinacija.

Odnos između mutacija i replikacije DNK

Mnoge spontane hemijske promene u nukleotidima dovode do mutacija koje se javljaju tokom replikacije.

Na primjer, zbog deaminacije citozina nasuprot njemu, uracil se može uključiti u lanac DNK (formira se U-G par umjesto kanonskog parovi C-G). Tokom replikacije DNK, adenin se uključuje u novi lanac nasuprot uracila, formirajući se par U-A, a prilikom sljedeće replikacije zamjenjuje se T-A parom, odnosno dolazi do prijelaza (tačkasta zamjena pirimidina drugim pirimidinom ili purina drugim purinom).

Odnos između mutacija i rekombinacije DNK

Od procesa povezanih s rekombinacijom, nejednako ukrštanje najčešće dovodi do mutacija.

Obično se javlja u slučajevima kada postoji nekoliko dupliciranih kopija originalnog gena na hromozomu koje su zadržale sličnu sekvencu nukleotida. Kao rezultat nejednakog ukrštanja, u jednom od rekombinantnih kromosoma dolazi do duplikacije, a na drugom dolazi do delecije.

Veza između mutacija i popravke DNK

Spontano oštećenje DNK je prilično uobičajeno i javlja se u svakoj ćeliji.

Da bi se uklonile posljedice takvog oštećenja, postoje posebni mehanizmi za popravku (na primjer, pogrešan dio DNK se izrezuje i na ovom mjestu se obnavlja originalni). Mutacije se javljaju samo kada mehanizam za popravak iz nekog razloga ne radi ili se ne može nositi s otklanjanjem oštećenja.

Mutacije koje se javljaju u genima koji kodiraju proteine ​​odgovorne za popravku mogu dovesti do višestrukog povećanja (efekt mutacije) ili smanjenja (antimutatorski efekat) učestalosti mutacije drugih gena. Dakle, mutacije u genima mnogih enzima sistema ekscizijske popravke dovode do naglog povećanja učestalosti somatskih mutacija kod ljudi, a to zauzvrat dovodi do razvoja pigmentne kseroderme i malignih tumora pokriva.

Klasifikacije mutacija

Postoji nekoliko klasifikacija mutacija na osnovu različitih kriterijuma.

Möller je predložio podjelu mutacija prema prirodi promjene u funkcioniranju gena na hipomorfne (promijenjeni aleli djeluju u istom smjeru kao aleli divljeg tipa; sintetizira se samo manje proteinskog produkta), amorfne (mutacija izgleda kao potpuni gubitak funkcije gena, na primjer, bijela mutacija kod Drosophile), antimorfni (svojstvo mutanta se mijenja, na primjer, boja zrna kukuruza mijenja se iz ljubičaste u smeđu) i neomorfno.

Moderna obrazovna literatura koristi i formalniju klasifikaciju zasnovanu na prirodi promjena u strukturi pojedinih gena, hromozoma i genoma u cjelini.

Unutar ove klasifikacije razlikuju se sljedeće vrste mutacija:

genomski;

hromozomski;

genetski:

Genomski: - poliploidizacija promjena u broju hromozoma koja nije višestruka od haploidnog skupa.

U zavisnosti od porekla hromozomskih skupova među poliploidima, razlikuje se između alopoliploida koji imaju hromozomske setove dobijene hibridizacijom od različitih vrsta i autopoliploida kod kojih se povećava broj hromozomskih skupova sopstvenog genoma.

Sa hromozomskim Mutacije uzrokuju velike promjene u strukturi pojedinačnih hromozoma.

Mutacijska varijabilnost. Klasifikacija mutacija

U ovom slučaju dolazi do gubitka (delecije) ili udvostručavanja dijela (duplikacije) genetskog materijala jednog ili više hromozoma, do promjene orijentacije segmenata hromozoma u pojedinim hromozomima (inverzija), kao i do prijenosa dio genetskog materijala s jednog kromosoma na drugi (translokacija) (ekstremni slučaj - ujedinjenje cijelih kromosoma.

Na genu nivoi promena primarne strukture DNK gena pod uticajem mutacija su manje značajne nego kod hromozomskih mutacija, međutim, mutacije gena su češće.

Kao rezultat genskih mutacija, supstitucija, delecija i umetanja jednog ili više nukleotida dolazi do translokacija, duplikacija i inverzija različitih dijelova gena. U slučaju kada se zbog mutacije promijeni samo jedan nukleotid, govore o tačkastim mutacijama

Antimutacijski mehanizmi omogućavaju otkrivanje, eliminaciju ili supresiju aktivnosti onkogena. Antimutacijski mehanizmi se realizuju uz učešće tumorskih supresora i sistema za popravku DNK.

Čovjek kao predmet genetskog istraživanja.

Citogenetska metoda; njegov značaj za dijagnozu hromozomskih sindroma. Pravila za sastavljanje idiograma zdravi ljudi. Idiogrami za hromozomske sindrome (autosomne ​​i gonozomske).

Čovjek je, kao predmet genetskog istraživanja, složen:

• Hibridološka metoda se ne može usvojiti.
• Spora promjena generacija.
• Mali broj djece.
• Veliki broj hromozoma

Citigenetska metoda (bazirana na proučavanju kariotipa).

Kariotip se proučava na metafaznim pločama u kulturi limfnih kanala krvi. Metoda vam omogućuje dijagnosticiranje kromosomskih bolesti koje se pojavljuju kao rezultat genomskih i kromosomskih mutacija.

Citološka kontrola neophodna je za dijagnozu hromozomskih bolesti povezanih sa ansuploidijom i hromozomskim mutacijama. Najčešći su Downova bolest (trisomija na 21. hromozomu), Klinefelterov sindrom (47 XXY), Shershevsky-Turnerov sindrom (45 XX) itd.

Gubitak dijela jednog od homolognih kromosoma 21. para dovodi do bolesti krvi - kronične mijeloične leukemije.

At citološke studije U interfaznim jezgrama somatskih stanica može se otkriti takozvano Barryjevo tijelo ili polni hromatin.

Pokazalo se da je spolni hromatin normalno prisutan kod žena, a odsutan kod muškaraca. To je rezultat heterokromatizacije jednog od dva X hromozoma kod žena. Poznavajući ovu osobinu, moguće je identificirati spol i otkriti abnormalan broj X hromozoma.

Otkrivanje mnogih nasljednih bolesti moguće je i prije rođenja djeteta.

Metoda prenatalne dijagnostike sastoji se od uzimanja plodove vode, gdje se nalaze ćelije fetusa, te naknadnog biohemijskog i citološkog utvrđivanja mogućih nasljednih anomalija. Ovo omogućava postavljanje dijagnoze ranim fazama trudnoću i odlučiti hoćete li je nastaviti ili prekinuti

Biohemijska metoda za proučavanje ljudske genetike; njegov značaj za dijagnozu nasljednih metaboličkih bolesti. Uloga transkripcijskih, posttranskripcijskih i posttranslacijskih modifikacija u regulaciji ćelijskog metabolizma.

Search Lectures

Klasifikacija mutacija. Njihove karakteristike.

Nasljedne promjene u genetskom materijalu danas se nazivaju mutacije. Mutacije- nagle promjene u genetskom materijalu koje dovode do promjena u određenim karakteristikama organizama.

Mutacije prema mjestu porijekla:

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

somatski - nastaju u somatskim ćelijama . Ove mutacije se pojavljuju u ovom organizmu i ne prenose se na potomstvo tokom seksualnog razmnožavanja (crna mrlja na pozadini smeđe vune kod astrahanskih ovaca).

Mutacije prema adaptivnoj vrijednosti:

Korisno- povećanje održivosti pojedinaca.

Štetno:

smrtonosna- izazivanje smrti pojedinaca;

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

neutralno - ne utiče na održivost pojedinaca.

Ova klasifikacija je vrlo uslovna, jer 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 pojavljuju kod heterozigota, pa ostaju dugo u populaciji 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 (dvostruki cvjetovi);

mala- mutacije koje praktički ne daju fenotipske manifestacije (blago produženje ose uha).

Mutacije koje mijenjaju stanje gena:

ravno- tranzicija gena iz divljeg tipa u novo stanje;

obrnuto- tranzicija gena iz mutantnog stanja u divlji tip.

Mutacije prema prirodi njihovog izgleda:

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

inducirano- mutacije koje su umjetno uzrokovane djelovanjem mutagenih faktora.

Mutacije prema prirodi promjene genotipa:

Gen - mutacije koje se izražavaju u promjenama u strukturi pojedinih dijelova DNK

2. Hromozomske - mutacije koje karakteriziraju promjene u strukturi pojedinih hromozoma.

3. Genomske - mutacije karakterizirane promjenom broja hromozoma

Mutacije prema mjestu njihove manifestacije:

1. Nuklearni

a. hromozomski

b. Tačka – Gennaya mutacija, što je zamjena (kao rezultat tranzicije ili transverzije), umetanje ili gubitak jednog nukleotida.

Genomski

2. Citoplazmatski – mutacije povezane sa mutacije nenuklearni geni locirani u mitohondrijskoj DNK i plastidnoj DNK - hloroplastima.

Genske mutacije, mehanizmi nastanka. Koncept genskih bolesti.

Genske mutacije nastaju kao rezultat grešaka u replikaciji, rekombinaciji i popravci genskog materijala.

Pojavljuju se iznenada; oni su nasljedni, 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:

1. zamjena jednog ili više nukleotida drugim;

2. nukleotidne insercije;

3. gubitak nukleotida;

4. udvostručavanje nukleotida;

5. promjene u redoslijedu alternacije nukleotida.

Vrste genskih mutacija:

Tačka – gubitak, umetanje, zamjena nukleotida;

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

3. Dupliranje – udvostručavanje fragmenata DNK;

4. Inverzija – rotacija fragmenta DNK veličine 2 nukleotida;

5. Insercija - kretanje DNK fragmenata;

6. Smrtonosna mutacija - dovodi do smrti

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

8. Nonsense mutacija – mutacija sa zamjenom nukleotida u kodirajućem dijelu gena, koja dovodi do formiranja stop kodona;

9. Regulatorna mutacija – Promjene u 5′ ili 3′ neprevedenim regijama gena remete njegovu ekspresiju;

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

Genske bolesti su bolesti koje nastaju kao rezultat genskih mutacija.

MUTACIJE I NJIHOVA KLASIFIKACIJA

Na primjer, bolest srpastih stanica, str. splenomegalija,

Hromozomske mutacije

Hromozomske mutacije- mutacije, izazivaju promjenu hromozomske strukture (priručnik 23)

1. Intrahromozomske mutacije:

a. Brisanje (del-)- gubitak dijela hromozoma (AVSD ® AB);

b. inverzija (inv)- rotacija hromozomskog dijela za 180˚ (ABCD ® ACBD)

• pericentrično – jaz u q i p ramenima;
• Paracentrično – razmak u jednom ramenu;

umnožavanje(dup+) - udvostručavanje istog odsječka hromozoma; (ABCD ® ABCBCD);

d. izohromozom (i)- veza krakova pp i qq

e. Prstenasti hromozom (r)– gubitak telomera i zatvaranje hromozoma u jedan prsten.

2. Interhromozomske mutacije:

translokacija(t) - Prijenos dijela ili cijelog kromosoma na drugi (homologni ili nehomologni)

Recipročno (uravnoteženo) – međusobna izmjena sekcija između dva nehomologna hromozoma;

2. Nerecipročno (neuravnoteženo) – kretanje dijela hromozoma bilo unutar istog hromozoma ili na drugi hromozom;

3. Robertson (pljačka) – centrična fuzija q krakova dva akrocentrična hromozoma.

Genomske mutacije.

Genomski mutacije se nazivaju mutacije koje rezultiraju promjenom broja hromozoma u ćeliji.

Genomske mutacije nastaju kao rezultat poremećaja u mitozi ili mejozi, što dovodi ili do neravnomjerne divergencije hromozoma do polova ćelije, ili do udvostručavanja hromozoma, ali bez podjele citoplazme.

U zavisnosti od prirode promene u broju hromozoma, razlikuju se:

1. Haploidija- smanjenje broja kompletnih haploidnih setova hromozoma.

Poliploidija- povećanje broja kompletnih haploidnih setova hromozoma. Poliploidija se češće opaža kod protozoa i biljaka. U zavisnosti od broja haploidnih skupova hromozoma sadržanih u ćelijama, razlikuju se: triploidi (3n), tetraploidi (4n) itd. Oni mogu biti:

• autopoliploidi- poliploidi koji nastaju umnožavanjem genoma jedne vrste;
• alopoliploidi- poliploidi koji nastaju umnožavanjem genoma različitih vrsta (tipično za interspecifične hibride).

Heteroploidija (aneuploidija) - višestruko povećanje ili smanjenje broja hromozoma. Najčešće dolazi do smanjenja ili povećanja broja kromosoma za jedan (rjeđe dva ili više). Zbog nedisjunkcije bilo kojeg para homolognih hromozoma u mejozi, jedna od nastalih gameta sadrži jedan hromozom manje, a druga više. Fuzija takvih gameta sa normalnom haploidnom gametom tokom oplodnje dovodi do formiranja zigote sa manjim ili većim brojem hromozoma u odnosu na diploidni skup karakterističan za datu vrstu.

Među aneuploidima su:

• trizomika- organizmi sa setom hromozoma 2n+1;
• monosomika- organizmi sa setom hromozoma 2n -1;
• nulosomika- organizmi sa setom hromozoma 2n–2.

Na primjer, Downov sindrom kod ljudi nastaje kao rezultat trisomije na 21. paru hromozoma.

©2015-2018 poisk-ru.ru
Sva prava pripadaju njihovim autorima.

Mutacijska varijabilnost. Klasifikacija mutacija. Somatske i generativne mutacije. Pojam hromozomskih i genskih bolesti.

Mutacija je spontana promjena genetskog materijala. Mutacije nastaju pod uticajem mutagenih faktora:
A) fizički (zračenje, temperatura, elektromagnetno zračenje);
B) hemikalije (supstance koje izazivaju trovanje organizma: alkohol, nikotin, kolhicin, formaldehid);
B) biološki (virusi, bakterije).
Postoji nekoliko klasifikacija mutacija.

Klasifikacija 1.
Mutacije mogu biti korisne, štetne ili neutralne. Korisne mutacije: mutacije koje dovode do povećane otpornosti organizma (otpornost žohara na pesticide). Štetne mutacije: gluvoća, daltonizam. Neutralne mutacije: mutacije ne utiču na vitalnost organizma (boja očiju, krvna grupa).

Klasifikacija 2.
Mutacije su somatske i generativne. Somatske (najčešće nisu nasljedne) se javljaju u somatskim ćelijama i zahvaćaju samo dio tijela. Njih će naslijediti naredne generacije tokom vegetativnog razmnožavanja. Generativni (oni su naslijeđeni, jer

javljaju se u zametnim stanicama): Ove mutacije se javljaju u zametnim stanicama. Generativne mutacije dijele se na nuklearne i ekstranuklearne (ili mitohondrijalne).
Klasifikacija 3.
Na osnovu prirode promjena u genotipu, mutacije se dijele na genske, hromozomske i genomske.
Genske mutacije (tačkaste mutacije) nastaju kao rezultat gubitka nukleotida, umetanja nukleotida ili zamjene jednog nukleotida drugim.

Ove mutacije mogu dovesti do genskih bolesti: sljepoće za boje, hemofilije. Dakle, mutacije gena dovode do pojave novih osobina.

22. Mutacijska varijabilnost. Klasifikacija mutacija. Pojam hromozomskih i genskih bolesti.

Kromosomske mutacije su povezane s promjenama u strukturi hromozoma. Može doći do brisanja - gubitka dijela hromozoma, duplikacije - udvostručavanja dijela hromozoma, inverzije - rotacije dijela hromozoma do 1800, translokacije - prijenosa dijela ili cijelog kromosoma na drugi kromosom. Razlog tome može biti ruptura hromatida i njihova obnova u novim kombinacijama.
Genomske mutacije dovode do promjena u broju hromozoma. Pravi se razlika između aneuploidije i poliploidije. Aneuploidija je povezana s promjenom broja hromozoma za nekoliko hromozoma (1, 2, 3):
A) monosomija opšta formula 2n-1 (45, X0), bolest – Shereshevsky-Turnerov sindrom.

B) bolest trizomije opšte formule 2n+1 (47, XXX ili 47, XXX) - Klinefeltrov sindrom.
B) polisomija
Poliploidija je promjena u broju hromozoma koja je višestruka od haploidnog skupa (na primjer: 3n 69).
Organizmi mogu biti autoploidni (isti hromozomi) ili aloploidni (različiti skupovi hromozoma).

Do hromozomskog uključuju bolesti uzrokovane genomskim mutacijama ili strukturne promjene pojedinačnih hromozoma.

Kromosomske bolesti nastaju kao rezultat mutacija u zametnim stanicama jednog od roditelja. Ne više od 3-5% njih se prenosi s generacije na generaciju. Hromozomske abnormalnosti čine otprilike 50% spontanih pobačaja i 7% svih mrtvorođenih.

Sve hromozomske bolesti obično se dijele u dvije grupe: abnormalnosti u broju hromozoma i poremećaji u strukturi hromozoma.

Abnormalnosti broja hromozoma

Bolesti uzrokovane kršenjem broja autosoma (nespolnih) hromozoma

Downov sindrom - trisomija na hromozomu 21, znaci uključuju: demenciju, usporavanje rasta, karakterističan izgled, promjene u dermatoglifima;

Patauov sindrom - trisomija na kromosomu 13, koju karakteriziraju višestruke malformacije, idiotizam, često - polidaktilija, strukturne abnormalnosti genitalnih organa, gluvoća; gotovo svi pacijenti ne dožive jednu godinu;

Edwardsov sindrom - trisomija 18, donja vilica a otvor za usta je mali, očni prorezi su uski i kratki, uši su deformirane; 60% djece umire prije 3 mjeseca, samo 10% preživi godinu dana, glavni uzrok je respiratorni zastoj i poremećaj rada srca.

Bolesti povezane s kršenjem broja spolnih hromozoma

Shereshevsky-Turnerov sindrom - odsustvo jednog X kromosoma kod žena (45 XO) zbog kršenja divergencije polnih kromosoma; znakovi uključuju nizak rast, seksualni infantilizam i neplodnost, razne somatske poremećaje (mikrognatija, kratak vrat, itd.);

polizomija na X kromosomu - uključuje trizomiju (karioti 47, XXX), tetrasomiju (48, XXXX), pentasomiju (49, XXXXX), postoji blagi pad inteligencije, povećana vjerovatnoća razvoja psihoze i šizofrenije s nepovoljnim tipom kurs;

Polizomija Y-hromozoma - kao i polizomija X-hromozoma, uključuje trizomiju (karioti 47, XYY), tetrazomiju (48, XYYY), pentazomiju (49, XYYYY), kliničke manifestacije su takođe slične polizomiji X-hromozoma;

Klinefelterov sindrom - polisomija na X- i Y-hromozomima kod dječaka (47, XXY; 48, XXYY itd.), znaci: eunuhoidni tip građe, ginekomastija, slab rast dlaka na licu, pazuha i na pubisu, seksualni infantilizam, neplodnost; mentalni razvoj zaostaje, ali ponekad je inteligencija normalna.

Bolesti uzrokovane poliploidijom

triploidija, tetraploidija itd.

d.; razlog je poremećaj procesa mejoze usled mutacije, usled čega ćerka polna ćelija umesto haploidnog (23) dobija diploidni (46) skup hromozoma, odnosno 69 hromozoma (kod muškaraca kariotip je 69, XYY, kod žena - 69, XXX); gotovo uvijek smrtonosna prije rođenja.

Poremećaji strukture hromozoma

Glavni članak: Kromosomski preuređenje

Translokacije su razmjene između nehomolognih hromozoma.

Delecije su gubitak dijela hromozoma.

Na primjer, sindrom "mačji plač" povezan je s delecijom kratkog kraka hromozoma 5. Njegov znak je neobičan plač djece, koji podsjeća na mjaukanje ili plač mačke. To je zbog patologije larinksa ili glasnih žica.

Najtipičniji, pored "mačjeg plača", je mentalna i fizička nerazvijenost, mikrocefalija (nenormalno mala glava).

Inverzije su rotacije dijela hromozoma za 180 stepeni.

Duplikacije su udvostručavanja dijela hromozoma.

Izohromozomija - hromozomi sa ponovljenim genetskim materijalom u oba kraka.

Pojava prstenastih hromozoma je veza dva terminalna brisanja u oba kraka hromozoma

Bolesti gena je velika grupa bolesti koje nastaju kao rezultat oštećenja DNK na nivou gena.

Termin se koristi u odnosu na monogene bolesti, za razliku od šire grupe - Nasljedne bolesti

Nasljedne bolesti su bolesti čiji je nastanak i razvoj povezan s defektima u programskom aparatu stanica, naslijeđenim putem gameta.

Uzrok bolesti

Nasljedne bolesti su zasnovane na poremećajima (mutacijama) nasljednih informacija – hromozomskih, genskih i mitohondrijalnih.

Otuda i klasifikacija nasljednih bolesti

Prethodna12345678910111213141516Sljedeća

Genske mutacije (promjene u DNK nukleotidnim sekvencama)

Nekorigovane promene u hemijskoj strukturi gena, koje se reprodukuju u uzastopnim ciklusima replikacije i manifestuju u potomstvu u vidu novih varijanti osobina, nazivaju se mutacije gena.

Promjene u strukturi DNK koja formira gen mogu se podijeliti u tri grupe.

Mutacije prve grupe su zamena jedne baze drugom. Oni čine oko 20% spontano nastalih genskih promjena.

2. Druga grupa mutacija je uzrokovana pomeranje okvira čitanja, koji se javlja kada se promijeni broj parova nukleotida u genu.

3. Treću grupu čine mutacije, povezana s promjenom redoslijeda nukleotidnih sekvenci unutar gena(inverzije).

Mutacije po vrsti zamjene azotnih baza. Ove mutacije se javljaju iz više specifičnih razloga. Jedna od njih može biti promjena u strukturi baze koja je već uključena u spiralu DNK koja se javlja slučajno ili pod utjecajem specifičnih kemijskih agenasa. Ako takav izmijenjeni oblik baze ostane neotkriven enzimima za popravku, onda tokom sljedećeg ciklusa replikacije može pričvrstiti drugi nukleotid za sebe.

Drugi razlog za supstituciju baze može biti pogrešno uključivanje u sintetizovani lanac DNK nukleotida koji nosi hemijski izmenjeni oblik baze ili njenog analoga.

Ako ova greška ostane neotkrivena enzimima replikacije i popravke, promijenjena baza se uključuje u proces replikacije, što često dovodi do zamjene jednog para drugim.

Iz navedenih primjera jasno je da da se promjene u strukturi molekula DNK, kao što su zamjene baza, događaju prije ili tokom procesa replikacije, u početku u jednom polinukleotidnom lancu. Ako se takve promjene ne isprave tokom popravke, onda tokom naknadne replikacije one postaju vlasništvo oba lanca DNK.

U slučaju kada novonastali triplet šifrira drugu aminokiselinu, mijenja se struktura peptidnog lanca i svojstva odgovarajućeg proteina.

Ovisno o prirodi i lokaciji zamjene koja se dogodi, mijenjaju se specifična svojstva proteina različitim stepenima. Postoje slučajevi kada zamjena samo jedne aminokiseline u peptidu značajno utječe na svojstva proteina, što se manifestira u promjenama složenijih karakteristika.

Primjer je promjena u svojstvima ljudskog hemoglobina kod anemije srpastih stanica(pirinač.

3.21). U takvom hemoglobinu (HbS) (za razliku od normalnog HbA) - u p-globinskim lancima na šestoj poziciji, glutaminska kiselina je zamijenjena valinom.

To je posljedica zamjene jedne od baza u tripletu koji kodira glutaminsku kiselinu (CTT ili TTC). Rezultat je triplet koji šifrira valin (CAT ili TsAT).

Klasifikacija mutacija

U ovom slučaju, zamjena jedne aminokiseline u peptidu značajno mijenja svojstva globina, koji je dio hemoglobina (smanjuje se njegova sposobnost vezivanja za O2), a osoba razvija znakove anemije srpastih stanica.

U nekim slučajevima, zamjena jedne baze drugom može dovesti do pojave jednog od besmislenih tripleta (ATT, ATC, ACC), koji ne kodira nijednu aminokiselinu.

Posljedica takve zamjene bit će prekid sinteze peptidnog lanca. Procjenjuje se da supstitucije nukleotida u jednom tripletu dovode do stvaranja sinonimnih tripleta u 25% slučajeva; u 2-3 - besmislene trojke, u 70-75% - pojava pravih genskih mutacija.

dakle, Bazne supstitucijske mutacije mogu nastati ili kao rezultat spontanih promjena u strukturi baze u jednom od lanaca postojeće dvostruke spirale DNK, ili tokom replikacije u novosintetiziranom lancu.

Ako se ove promjene ne isprave tokom procesa popravke (ili, obrnuto, nastanu tokom popravke), one se fiksiraju u oba lanca i potom će se reprodukovati u narednim ciklusima replikacije. Stoga je važan izvor takvih mutacija poremećaj procesa replikacije i popravke.

2. Frameshift mutacije. Ova vrsta mutacije čini značajan udio spontanih mutacija.

Nastaju kao rezultat gubitka ili umetanja jednog ili više parova komplementarnih nukleotida u sekvencu nukleotida DNK. Većina proučavanih mutacija pomaka okvira nalazi se u sekvencama koje se sastoje od identičnih nukleotida.

Promjenu u broju parova nukleotida u lancu DNK olakšavaju efekti određenih hemikalija, kao što su jedinjenja akridina, na genetski materijal.

Deformirajući strukturu dvostruke spirale DNK, one dovode do umetanja dodatnih baza ili njihovog gubitka tokom replikacije.

Važan razlog za promjenu broja parova nukleotida u genu prema vrsti velikih podjela (gubitaka) može biti zračenje rendgenskim zrakama. Kod voćne mušice, na primjer, poznata je mutacija gena koji kontrolira boju očiju, koja je uzrokovana zračenjem i sastoji se od podjele od oko 100 parova nukleotida.

3.21. Pleiotropni efekat supstitucije jedne amino kiseline u β-lancu humanog hemoglobina dovodi do razvoja anemije srpastih ćelija

Veliki broj mutacija insercionog tipa javlja se zbog uključivanja mobilnih genetskih elemenata u nukleotidnu sekvencu - transpozoni. transpozoni - To su prilično dugačke sekvence nukleotida ugrađene u genome eu- i prokariotskih ćelija, sposobne da spontano mijenjaju svoj položaj (vidi.

odjeljak 3.6.4.3). Sa određenom vjerovatnoćom, insercije i fisije mogu nastati kao rezultat rekombinacijskih grešaka tokom nejednakog intragenskog crossingovera (slika 3.22).

Rice. 3.22. Mutacije pomaka okvira (nejednaka razmjena tokom intragenskog križanja):

I- lomovi alelnih gena u različitim područjima i razmjena fragmenata između njih;

II- gubitak 3. i 4. para nukleotida, pomeranje okvira čitanja;

III-udvostručavanje 3. i 4. para nukleotida, pomeranje okvira čitanja

3.23. Posljedica promjene broja nukleotidnih parova u molekulu DNK

Pomak u okviru čitanja kao rezultat umetanja jednog nukleotida u kodogeni lanac dovodi do promjene u sastavu peptida koji je u njemu šifriran

S obzirom na kontinuitet čitanja i nepreklapanja genetskog koda, promjena broja nukleotida po pravilu dovodi do pomaka okvira čitanja i promjene značenja biološke informacije zapisane u datom nizu DNK. (Sl.

3.23). Međutim, ako je broj umetnutih ili izgubljenih nukleotida višestruki od tri, do pomaka okvira možda neće doći, ali će to dovesti do uključivanja dodatnih aminokiselina ili gubitka nekih od njih iz polipeptidnog lanca. Moguća posljedica pomaka okvira je pojava besmislenih tripleta, što dovodi do sinteze skraćenih peptidnih lanaca.

Mutacije kao što je inverzija nukleotidnih sekvenci u genu. Ova vrsta mutacije nastaje zbog rotacije dijela DNK za 180°. Tome obično prethodi formiranje petlje od strane molekule DNK, unutar koje se replikacija odvija u smjeru suprotnom od ispravnog.

Unutar obrnute regije, čitanje informacija je poremećeno, što rezultira promjenom sekvence aminokiselina proteina.

VIDJETI VIŠE:

Mutacijska varijabilnost uzrokovane pojavom mutacija. Mutacije su iznenadne, nagle promjene u nasljednom materijalu koje se nasljeđuju. Mutacije karakteriziraju brojna svojstva:

Mutacijska varijabilnost. Metode za klasifikaciju mutacija

nastaju iznenada, grčevito;

2. promjene u nasljednom materijalu se dešavaju na neusmjeren način - bilo koji gen može mutirati, što dovodi do promjene bilo koje osobine;

prema svom fenotipu mogu biti dominantni ili recesivni;

4. su naslijeđeni.

Prema stepenu poremećenosti naslednog materijala, mutacije se dele na genske, hromozomske i genomske.

Genetski mutacije su povezane s promjenama u strukturi gena (struktura DNK molekula). Povreda strukture gena može biti uzrokovana: a) zamjenom, b) insercijom, c) gubitkom nukleotida.

Kada se nukleotid zamijeni u molekulu DNK, zamjenjuje se jedna aminokiselina u molekulu proteina. To dovodi do sinteze proteina sa izmijenjenim svojstvima. Umetanje ili brisanje nukleotida dovodi do promjene u cijelom nizu aminokiselina u molekulu proteina.

Mutacije gena uzrok su razvoja mnogih metaboličkih bolesti (fenilketonurija, anemija srpastih stanica, albinizam).

hromozomski mutacije su povezane s promjenama u strukturi hromozoma. Kromosomske mutacije se dijele na intrahromozomske i interhromozomske. Intrahromozomske mutacije uključuju:

a) Delecija - gubitak dijela hromozoma.

Brisanje terminalnog dijela hromozoma ima svoje ime - nedostaci. Kod ljudi se delecija kratkog kraka hromozoma 5 naziva sindromom "mačji plač".

b) Duplikacija - udvostručavanje hromozomskog dijela.

c) Inverzija - rotacija hromozomskog preseka za 180°.

Interhromozomske mutacije uključuju translokaciju – prijenos hromozomske regije na nehomologni hromozom.

ABCDEF- originalni hromozom;

ABEF- brisanje;

CDEF— prkos;

ABCDDEF- umnožavanje;

ACBDEF- inverzija;

ABCDEFMN- translokacija.

Genomski mutacije su povezane s promjenama u broju hromozoma u kariotipu.

Genom je sadržaj nasljednog materijala u haploidnom setu hromozoma. Istaknite:

A) poliploidija - ovo je povećanje broja hromozoma koje je višestruko od haploidnog skupa (3n, 4n, 6n, itd.). Poliploidija se dijeli na autopoliploidiju i alopoliploidiju.

Autopoliploidija- višestruko povećanje broja setova hromozoma jedne vrste.

Široko se nalazi u biljkama i koristi se u oplemenjivanju za razvoj novih sorti biljaka, budući da poliploidi imaju više velike veličine, otporniji su na nepovoljne uslove okoline. Poliploidi su: raž (tetraploidne sorte), ječam, pšenica, jabuka, kruška, krizanteme i mnogi drugi.. Pojava poliploida je povezana sa narušavanjem mejoze. Mutagen kolhicin, uništavajući vreteno, dovodi do poliploidije.

Alopoliploidija- povećanje broja setova hromozoma dve različite vrste.

Alopoliploidija se koristi za prevazilaženje neplodnosti međuvrsnih hibrida (hibrid kupusa i rotkvice).

b) heteroploidija - radi se o promjeni broja hromozoma koja nije višestruka od haploidnog (2n+1 - trisomija, 2n-1 - monosomija). Kršenje segregacije hromozoma tokom mejoze dovodi do promjene broja hromozoma u organizmu.

- Downov sindrom je trisomija 21;

- Shereshevsky-Turnerov sindrom - monosomija na X hromozomu: X0 kod žene;

- Klinefelterov sindrom - trisomija polnih hromozoma: dodatni X hromozom kod muškaraca - XXY).

Heteroploidija dovodi do poremećaja toka normalan razvoj organizam, promjene u njegovoj strukturi i smanjena vitalnost.

Datum izdanja: 2014-11-19; Pročitano: 1226 | Povreda autorskih prava stranice

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

Mutacija(od latinske riječi "mutatio" - promjena) je trajna promjena genotipa koja je nastala pod utjecajem unutrašnjih ili vanjskih faktora. Postoje hromozomske, genske i genomske mutacije.

Koji su uzroci mutacija?

• Nepovoljni uslovi okoline, uslovi stvoreni eksperimentalno. Takve mutacije se nazivaju indukovane.
• Neki procesi koji se odvijaju u živoj ćeliji organizma. Na primjer: poremećaj popravke DNK, replikacija DNK, genetska rekombinacija.

Mutageni su faktori koji uzrokuju mutacije. dijele se na:

• Fizički - radioaktivni raspad, i ultraljubičasti, temperatura previsoka ili preniska.
• Hemijska sredstva - redukujuća i oksidirajuća sredstva, alkaloidi, alkilirajuća sredstva, nitro derivati ​​uree, pesticidi, organski rastvarači, neki lijekovi.
• Biološki - neki virusi, produkti metabolizma (metabolizam), antigeni raznih mikroorganizama.

Osnovna svojstva mutacija

• Preneseno naslijeđem.
• Uzrokuju niz unutrašnjih i vanjskih faktora.
• Pojavljuju se grčevito i iznenada, ponekad više puta.
• Svaki gen može mutirati.

Šta su oni?

• Genomske mutacije su promjene koje se karakteriziraju gubitkom ili dodavanjem jednog kromosoma (ili više) ili kompletnog haploidnog skupa. Postoje dvije vrste takvih mutacija - poliploidija i heteroploidija.

Poliploidija je promjena u broju hromozoma koja je višestruka od haploidnog skupa. Izuzetno rijetka kod životinja. Postoje dvije vrste poliploidije moguće kod ljudi: triploidija i tetraploidija. Djeca rođena s takvim mutacijama obično žive ne više od mjesec dana, a češće umiru u fazi embrionalnog razvoja.

Heteroploidija(ili aneuploidija) je promjena u broju hromozoma koja nije višestruka od halogenog skupa. Kao rezultat ove mutacije, pojedinci se rađaju s abnormalnim brojem hromozoma - polisomskim i monosomskim. Oko 20-30 posto monosomika umire u prvim danima intrauterini razvoj. Među rođenima ima osoba sa Shereshevsky-Turnerovim sindromom. Genomske mutacije u biljnom i životinjskom svijetu također su raznolike.

• - to su promjene koje nastaju kada se struktura hromozoma preuredi. U ovom slučaju dolazi do prijenosa, gubitka ili udvostručavanja dijela genetskog materijala više hromozoma ili jednog, kao i do promjene orijentacije kromosomskih segmenata u pojedinim hromozomima. U rijetkim slučajevima moguće je spajanje hromozoma.

• Genske mutacije. Kao rezultat takvih mutacija dolazi do umetanja, brisanja ili supstitucije nekoliko ili jednog nukleotida, kao i inverzije ili duplikacije različitim dijelovima gen. Efekti mutacija genskog tipa su različiti. Većina njih je recesivna, odnosno ne manifestiraju se ni na koji način.

Mutacije se također dijele na somatske i generativne

• - u svim ćelijama tela, osim gameta. Na primjer, kada mutira biljna stanica, iz koje bi se naknadno trebao razviti pupoljak, a zatim izdanak, sve njene stanice će biti mutirane. Dakle, na grmu crvene ribizle može se pojaviti grana s crnim ili bijelim bobicama.

• Generativne mutacije su promjene u primarnim zametnim stanicama ili u gametama koje su nastale od njih. Njihova svojstva se prenose na sljedeću generaciju.

Prema prirodi uticaja na mutacije, razlikuju se:

• Smrtonosno - vlasnici takvih promjena umiru ili u fazi ili prilično kratko vrijeme nakon rođenja. Ovo su gotovo sve genomske mutacije.
• Polu-smrtonosna (na primjer, hemofilija) - karakterizira oštro pogoršanje rad bilo kojeg sistema u tijelu. U većini slučajeva, poluletalne mutacije također dovode do smrti ubrzo nakon toga.
• Korisne mutacije su osnova evolucije, one dovode do pojave osobina potrebni organizmu. Jednom uspostavljene, ove karakteristike mogu uzrokovati stvaranje nove podvrste ili vrste.