Omenirea se confruntă cu un număr imens de întrebări, dintre care multe rămân încă fără răspuns. Iar cei mai apropiați de o persoană sunt legați de fiziologia lui. O schimbare persistentă a proprietăților ereditare ale unui organism sub influența externă și mediu intern– mutație. Acest factor este, de asemenea, o parte importantă a selecției naturale, deoarece este o sursă de variabilitate naturală.

Destul de des, crescătorii recurg la organisme mutante. Știința împarte mutațiile în mai multe tipuri: genomice, cromozomiale și genetice.

Genetica este cea mai comună și este cea pe care o întâlnim cel mai des. Constă în modificarea structurii primare, și deci a aminoacizilor citiți din ARNm. Acestea din urmă sunt dispuse complementar unuia dintre lanțurile de ADN (biosinteza proteinelor: transcripție și translație).

Numele mutației a avut inițial modificări bruște. Dar ideile moderne despre acest fenomen s-au dezvoltat abia în secolul al XX-lea. Termenul „mutație” în sine a fost introdus în 1901 de către Hugo De Vries, un botanist și genetician olandez, un om de știință ale cărui cunoștințe și observații au relevat legile lui Mendel. El a fost cel care a formulat concept modern mutații și, de asemenea, dezvoltate teoria mutației, dar în aceeași perioadă a fost formulat de compatriotul nostru Serghei Korzhinsky în 1899.

Problema mutațiilor în genetica modernă

Dar oamenii de știință moderni au făcut clarificări cu privire la fiecare punct al teoriei.
După cum se dovedește, există schimbări speciale care se acumulează de-a lungul generațiilor. De asemenea, a devenit cunoscut faptul că există mutații ale feței, care constau într-o ușoară distorsiune a produsului original. Regulamente privind reaparitie noile trăsături biologice se referă exclusiv la mutațiile genice.

Este important să înțelegem că determinarea cât de dăunătoare sau benefică este depinde în mare măsură de mediul genotipic. Mulți factori de mediu pot perturba ordonarea genelor, procesul strict stabilit de auto-reproducere a acestora.

În procesul selecției naturale, omul a dobândit nu numai caracteristici utile, dar nici cele mai favorabile legate de boli. Și specia umană plătește pentru ceea ce primește de la natură prin acumularea de simptome patologice.

Cauzele mutațiilor genetice

Factori mutageni. Majoritatea mutațiilor au un efect dăunător asupra organismului, perturbând trăsăturile reglementate de selecția naturală. Fiecare organism este predispus la mutație, dar sub influența factorilor mutageni numărul lor crește brusc. Acești factori includ: ionizant, radiații ultraviolete, temperatură ridicată, mulți compuși substanțe chimice, precum și viruși.

Factorii antimutagenici, adică factorii care protejează aparatul ereditar, pot include în siguranță degenerarea codului genetic, îndepărtarea secțiunilor inutile care nu poartă informații genetice (introni), precum și dubla catena a moleculei de ADN.

Clasificarea mutațiilor

1. Dublare. În acest caz, copierea are loc de la o nucleotidă din lanț la un fragment al lanțului de ADN și genele în sine.
2. Ștergere. În acest caz, o parte din materialul genetic se pierde.
3. Inversiunea. Cu această schimbare, o anumită zonă se rotește cu 180 de grade.
4. Inserare. Se observă inserția dintr-o singură nucleotidă în părți de ADN și o genă.

ÎN lumea modernă ne confruntăm tot mai mult cu manifestarea schimbării diverse semne atât la animale, cât și la om. Mutațiile îi entuziasmează adesea pe oamenii de știință experimentați.

Exemple de mutații genetice la om

1. Progeria. Progeria este considerată a fi unul dintre cele mai rare defecte genetice. Această mutație se manifestă prin îmbătrânirea prematură a corpului. Majoritatea pacienților mor înainte de a împlini vârsta de treisprezece ani, iar câțiva reușesc să salveze viața până la vârsta de douăzeci de ani. Această boală dezvoltă accidente vasculare cerebrale și boli de inimă și de aceea, cel mai adesea, cauza morții este un infarct miocardic sau un accident vascular cerebral.
2. Sindromul Yuner Tan (YUT). Acest sindrom este specific prin faptul că cei afectați se mișcă în patru picioare. În mod obișnuit, oamenii SUT folosesc cel mai simplu și mai primitiv vorbire și suferă de insuficiență cerebrală congenitală.
3. Hipertricoza. Se mai numește și „sindromul vârcolacului” sau „sindromul Abrams”. Acest fenomen trasate si documentate inca din Evul Mediu. Persoanele susceptibile la hipertricoză se caracterizează printr-o cantitate care depășește norma, în special pe față, urechi și umeri.
4. Greu imunodeficiență combinată . Susceptibil această boală deja la naștere sunt lipsiți de eficacitate sistem imunitar pe care o are omul obișnuit. David Vetter, care a adus boala în prim plan în 1976, a murit la vârsta de treisprezece ani, după o încercare nereușită. intervenție chirurgicală pentru a întări sistemul imunitar.
5. sindromul Marfan. Boala apare destul de des și este însoțită de dezvoltarea disproporționată a membrelor și mobilitatea excesivă a articulațiilor. Mult mai puțin obișnuită este o abatere exprimată prin fuziunea coastelor, care duce fie la bombare, fie la scufundare. cufăr. O problemă comună pentru cei susceptibili la sindromul bottom este curbura coloanei vertebrale.

Mutație înseamnă modificarea cantității și structurii ADN-uluiîntr-o celulă sau organism. Cu alte cuvinte, mutația este o modificare a genotipului. O caracteristică a unei modificări a genotipului este că această schimbare ca urmare a mitozei sau meiozei poate fi transmisă la generațiile ulterioare de celule.

Cel mai adesea, mutațiile înseamnă o mică modificare a secvenței nucleotidelor ADN (modificări într-o singură genă). Acestea sunt așa-numitele. Cu toate acestea, pe lângă ele, există și când modificările afectează secțiuni mari de ADN sau se modifică numărul de cromozomi.

Ca urmare a mutației, organismul poate dezvolta brusc o nouă trăsătură.

Ideea că mutația este cauza apariției de noi trăsături transmise de-a lungul generațiilor a fost exprimată pentru prima dată de Hugo de Vries în 1901. Mai târziu, mutațiile la Drosophila au fost studiate de T. Morgan și școala sa.

Mutație - rău sau beneficiu?

Mutațiile care apar în secțiuni „nesemnificative” („tăcute”) ale ADN-ului nu modifică caracteristicile organismului și pot fi transmise cu ușurință din generație în generație (selecția naturală nu va acționa asupra lor). Astfel de mutații pot fi considerate neutre. Mutațiile sunt, de asemenea, neutre atunci când o secțiune a unei gene este înlocuită cu una sinonimă. În acest caz, deși secvența de nucleotide dintr-o anumită regiune va fi diferită, se va sintetiza aceeași proteină (cu aceeași secvență de aminoacizi).

Cu toate acestea, o mutație poate afecta o genă semnificativă, poate modifica secvența de aminoacizi a proteinei sintetizate și, în consecință, poate provoca o schimbare a caracteristicilor organismului. Ulterior, dacă concentrația mutației într-o populație atinge un anumit nivel, aceasta va duce la o schimbare a trăsăturii caracteristice a întregii populații.

În natura vie, mutațiile apar ca erori în ADN, deci toate sunt a priori dăunătoare. Majoritatea mutațiilor reduc viabilitatea organismului și cauzează diverse boli. Mutațiile care apar în celulele somatice nu sunt transmise generației următoare, dar, ca urmare a mitozei, se formează celule fiice care alcătuiesc un anumit țesut. Adesea, mutațiile somatice duc la formarea diferitelor tumori și a altor boli.

Mutațiile care apar în celulele germinale pot fi transmise generației următoare. În condiții de mediu stabile, aproape toate modificările genotipului sunt dăunătoare. Dar dacă condițiile de mediu se schimbă, se poate dovedi că o mutație dăunătoare anterior va deveni benefică.

De exemplu, o mutație care provoacă aripi scurte la o insectă este probabil să fie dăunătoare unei populații care trăiesc în zone în care nu există vânt puternic. Această mutație va fi asemănătoare cu o deformare sau o boală. Insectele care o posedă vor avea dificultăți în a găsi parteneri de împerechere. Dar dacă în zonă încep să bată vânturi mai puternice (de exemplu, o zonă de pădure a fost distrusă în urma unui incendiu), atunci insectele cu aripi lungi vor fi împinse de vânt și le va fi mai greu să se miște. În astfel de condiții, indivizii cu aripi scurte pot obține un avantaj. Vor găsi parteneri și hrană mai des decât aripile lungi. După ceva timp, în populație vor fi mai mulți mutanți cu aripi scurte. Astfel, mutația va avea loc și va deveni normală.

Mutațiile sunt baza selecției naturale și acesta este principalul lor beneficiu. Pentru organism, numărul copleșitor de mutații este dăunător.

De ce apar mutațiile?

În natură, mutațiile apar în mod aleatoriu și spontan. Adică, orice genă poate muta oricând. Cu toate acestea, frecvența mutațiilor variază între diferitele organisme și celule. De exemplu, este legat de durata ciclu de viață: cu cât este mai scurt, cu atât apar mai des mutații. Astfel, mutațiile apar mult mai des în bacterii decât în ​​organismele eucariote.

Cu exceptia mutatii spontane(care apar în condiții naturale) există induse(de o persoană în condiții de laborator sau condiții de mediu nefavorabile) mutatii.

Practic, mutațiile apar ca urmare a erorilor în timpul replicării (dublării), reparării ADN-ului (restaurării), încrucișării inegale, divergenței incorecte a cromozomilor în meioză etc.

Acesta este modul în care secțiunile de ADN deteriorate sunt în mod constant restaurate (reparate) în celule. Cu toate acestea, dacă, din diverse motive, mecanismele de reparare sunt perturbate, atunci erorile din ADN vor rămâne și se vor acumula.

Rezultatul unei erori de replicare este înlocuirea unei nucleotide dintr-un lanț de ADN cu alta.

Ce cauzează mutații?

Nivelurile crescute de mutații sunt cauzate de razele X, razele ultraviolete și gama. Mutagenii includ, de asemenea, particule α și β, neutroni, radiații cosmice (toate acestea sunt particule de înaltă energie).

Mutagen- acesta este ceva care poate provoca mutații.

Pe lângă diverse radiații, multe substanțe chimice au un efect mutagen: formaldehidă, colchicină, componente ale tutunului, pesticide, conservanți, unele medicamente etc.

Mutații genetice. Conceptul de boli genetice.

1. Determinarea variabilitatii. Clasificarea formelor sale.

Variabilitatea – da proprietate generală organismele vii, care constă în modificarea caracteristicilor ereditare în timpul ontogenezei (dezvoltarea individuală).

Variabilitatea organismelor este împărțită în două mari tipuri:

1. fenotipic, care nu afectează genotipul și nu este moștenit;

2. genotipic, modificând genotipul și deci transmis prin moștenire.

Variabilitatea genotipică este împărțită în combinativă și mutațională.

Variabilitatea mutațională include mutații genomice, cromozomiale și genice.

Mutațiile genomice sunt împărțite în poliploidie și aneuploidie

Mutațiile cromozomiale sunt împărțite în deleții, duplicări, inversiuni, translocații

2. Variabilitatea fenotipică. Norma de reacție a trăsăturilor determinate genetic. Caracterul adaptativ al modificărilor. Fenocopii.

Variabilitatea fenotipică (sau modificarea neereditară) este o modificare a caracteristicilor fenotipice ale unui organism sub influența factorilor de mediu, fără modificarea genotipului.

De exemplu: culoarea blănii iepurelui himalayan depinde de temperatura mediului înconjurător.

Norma de reacție este intervalul de variabilitate în care același genotip este capabil să producă fenotipuri diferite.

1. normă largă de reacție - când fluctuațiile unei caracteristici apar pe o gamă largă (de exemplu: bronzare, cantitate de lapte).

2. normă de reacție îngustă - când fluctuațiile caracteristicii sunt nesemnificative (de exemplu: conținutul de grăsime din lapte).

3. o normă de reacție neechivocă - când semnul nu se schimbă în nicio condiție (de exemplu: grupa sanguină, culoarea ochilor, forma ochilor).

Natura adaptativă a modificărilor constă în faptul că variabilitatea modificării permite organismului să se adapteze la condițiile de mediu în schimbare. Prin urmare, modificările sunt întotdeauna utile.

Dacă în timpul embriogenezei organismul este expus la factori nefavorabili, atunci pot apărea modificări fenotipice care depășesc norma de reacție și nu sunt de natură adaptativă; se numesc morfoze de dezvoltare. De exemplu, un copil se naște fără membre sau cu buza despicată.

Fenocopiile sunt morfoze de dezvoltare care sunt foarte greu de distins de modificările ereditare (boli).

De exemplu: dacă o femeie însărcinată a avut rubeolă, poate avea un copil cu cataractă. Dar această patologie poate apărea și ca urmare a unei mutații. În primul caz vorbim despre fenocopie.

Diagnosticul de „fenocopie” este important pentru prognoza viitoare, deoarece cu fenocopie materialul genetic nu se modifică, adică rămâne normal.

3. Variabilitatea combinativă. Importanța variabilității combinative în asigurarea diversității genetice a oamenilor.

Variabilitatea combinativă este apariția la descendenți a unor noi combinații de gene pe care părinții lor nu le-au avut.

Variabilitatea combinată este asociată cu:

cu trecerea în profaza 1 meiotică.

cu divergență independentă a cromozomilor omologi în anafaza meiozei 1.

cu o combinație aleatorie de gameți în timpul fecundației.

Importanța variabilității combinative - oferă diversitatea genetică a indivizilor din cadrul unei specii, ceea ce este important pentru selecția naturală și evoluție.

4. Variabilitatea mutațională. Prevederi de bază ale teoriei mutațiilor.

Hugo de Vries, un om de știință olandez, a introdus termenul „mutație” în 1901.

Mutația este fenomenul modificărilor intermitente, bruște, ale unei trăsături ereditare.

Procesul de mutații care apar se numește mutageneză, iar un organism care dobândește noi caracteristici în procesul de mutageneză se numește mutant.

Prevederi de bază ale teoriei mutațiilor după Hugo de Vries.

1. mutațiile apar brusc fără tranziții.

2. formele rezultate sunt destul de stabile.

3. mutaţiile sunt modificări calitative.

4. mutaţiile apar în direcţii diferite. pot fi atât benefice, cât și dăunătoare.

5. Aceleași mutații pot apărea în mod repetat.

5. Clasificarea mutațiilor.

I. După origine.

1. Mutații spontane. Mutațiile spontane sau naturale apar în condiții naturale normale.

2. Mutații induse. Mutațiile induse sau artificiale apar atunci când organismul este expus la factori mutageni.

A. fizic ( radiatii ionizante, raze UV, temperatură ridicată etc.)

b. chimice (saruri de metale grele, acid azotat, radicali liberi, deseuri menajere si industriale, medicamente).

II. După locul de origine.

A. Mutațiile somatice apar în celulele somatice și sunt moștenite de descendenții celulelor în care au apărut. Ele nu sunt transmise din generație în generație.

b. Mutațiile generative apar în celulele germinale și sunt transmise din generație în generație.

III. După natura modificărilor fenotipice.

1. Mutații morfologice, caracterizate prin modificări în structura unui organ sau a organismului în ansamblu.

2. Mutaţii fiziologice caracterizate prin schimba fth organ sau organism în ansamblu.

3. Mutații biochimice asociate cu modificări ale macromoleculei.

IV. Prin influența asupra vitalității organismului.

1. Mutațiile letale în 100% din cazuri duc la moartea organismului din cauza unor defecte incompatibile cu viața.

2. Mutațiile semi-letale duc la moarte în 50-90% din cazuri. De obicei, organismele cu astfel de mutații nu supraviețuiesc până la vârsta reproductivă.

3. Mutații letale condiționat, în unele condiții organismul moare, dar în alte condiții supraviețuiește (galactozemie).

4. Mutații benefice cresc vitalitatea organismului și sunt utilizate în reproducere.

V. După natura modificărilor în materialul ereditar.

1. Mutații genetice.

2. Mutații cromozomiale.

6. Mutații genetice, definiție. Mecanisme de apariție a mutațiilor genice spontane.

Mutațiile genice sau mutațiile punctiforme sunt mutații care apar în gene la nivel de nucleotide, în care structura genei se modifică, molecula de ARNm se modifică, secvența de aminoacizi din proteină se modifică și o trăsătură se modifică în organism.

Tipuri de mutații genetice:

- gresit mutații - înlocuirea a 1 nucleotidă într-un triplet cu altul va duce la includerea unui alt aminoacid în lanțul polipeptidic al proteinei, care în mod normal nu ar trebui să fie prezent, iar acest lucru va duce la modificări ale proprietăților și funcțiilor proteinei.

Exemplu: înlocuirea acidului glutamic cu valină în molecula de hemoglobină.

CTT – acid glutamic, CAT – valină

Dacă o astfel de mutație apare în gena care codifică lanțul β al proteinei hemoglobinei, atunci valina este inclusă în lanțul β în loc de acid glutamic → ca urmare a unei astfel de mutații, proprietățile și funcțiile proteinei hemoglobinei se modifică și HbS. apare în locul HbA normală, în urma căreia o persoană dezvoltă anemie cu celule secera (formă modificări de celule roșii din sânge).

- Prostii mutații - înlocuirea a 1 nucleotidă într-un triplet cu altul va duce la faptul că tripletul semnificativ genetic se va transforma într-un codon stop, ceea ce duce la terminarea sintezei lanțului polipeptidic al proteinei. Exemplu: UAC – tirozină. UAA – codon de oprire.

Mutații cu o schimbare în cadrul de citire a informațiilor ereditare.

Dacă, ca urmare a unei mutații genetice, într-un organism apare o nouă caracteristică (de exemplu, polidactilie), atunci acestea sunt numite neomorfe.

dacă, ca urmare a unei mutații genetice, organismul pierde o trăsătură (de exemplu, în PKU o enzimă dispare), atunci ele sunt numite amorfe.

- seimsense mutații – înlocuirea unei nucleotide într-un triplet duce la apariția unui triplet sinonim care codifică aceeași proteină. Acest lucru se datorează degenerării codului genetic. De exemplu: CTT – glutamină CTT – glutamină.

Mecanisme de apariție a mutațiilor genelor (înlocuire, inserare, pierdere).

ADN-ul este format din 2 lanțuri de polinucleotide. În primul rând, apare o schimbare în prima catenă a ADN-ului - aceasta este o stare semi-mutațională sau „leziune primară a ADN-ului”. În fiecare secundă, într-o celulă are loc 1 leziune primară a ADN-ului.

Când deteriorarea se mută la a doua catenă a ADN-ului, ei spun că o mutație a fost reparată, adică a avut loc o „mutație completă”.

Deteriorarea primară a ADN-ului are loc atunci când mecanismele de replicare, transcripție și încrucișare sunt perturbate

7. Frecvența mutațiilor genelor. Mutațiile sunt directe și inverse, dominante și recesive.

La om, frecvența mutațiilor = 1x10 –4 – 1x10 –7, adică, în medie, 20–30% dintre gameții umani din fiecare generație sunt mutanți.

La Drosophila, frecvența mutației = 1x10 –5, adică 1 gamet din 100 de mii poartă o mutație genică.

A. Mutația directă (recesivă) este o mutație a unei gene de la o stare dominantă la o stare recesivă: A → a.

b. O mutație inversă (dominantă) este o mutație a unei gene de la o stare recesivă la o stare dominantă: a → A.

Mutațiile genice apar în toate organismele; genele mută în direcții diferite și la frecvențe diferite. Genele care suferă de mutații rar sunt numite stabile, iar genele care mută adesea sunt numite mutabile.

8. Legea seriei omologice în variabilitatea ereditară N.I.Vavilov.

Mutația are loc într-o varietate de direcții, de ex. accidental. Cu toate acestea, aceste accidente sunt supuse unui model descoperit în 1920. Vavilov. El a formulat legea seriei omoloage în variabilitatea ereditară.

„Speciile și genurile care sunt apropiate genetic sunt caracterizate de serii similare de variabilitate ereditară cu o asemenea regularitate încât, cunoscând seria de forme din cadrul unei specii, se poate prevedea existența unor forme paralele în alte specii și genuri.”

Această lege ne permite să prezicem prezența unei anumite trăsături la indivizii din genuri diferite ale aceleiași familii. Astfel, a fost prezisă prezența lupinului fără alcaloizi în natură, deoarece în familia leguminoaselor există genuri de fasole, mazăre și fasole care nu conțin alcaloizi.

În medicină, legea lui Vavilov permite utilizarea animalelor apropiate genetic de oameni ca modele genetice. Ele sunt folosite pentru experimente pentru studiul bolilor genetice. De exemplu, cataracta este studiată la șoareci și câini; hemofilie - la câini, surditate congenitală - la șoareci, porcușori de Guineea, câini.

Legea lui Vavilov ne permite să prezicem apariția mutațiilor induse necunoscute științei, care pot fi folosite în reproducere pentru a crea forme de plante valoroase pentru oameni.

9. Bariere antimutație ale corpului.

- Precizia replicării ADN-ului. Uneori apar erori în timpul replicării, apoi sunt activate mecanisme de autocorecție care au ca scop eliminarea nucleotidei incorecte. Enzima ADN polimeraza joacă un rol important, iar rata de eroare este redusă de 10 ori (de la 10 –5 la 10 –6).

- Degenerarea codului genetic. Mai mulți tripleți pot codifica 1 aminoacid, așa că înlocuirea a 1 nucleotidă într-un triplet în unele cazuri nu distorsionează informațiile ereditare. De exemplu, CTT și CTC sunt acid glutamic.

- Extragerea unele gene responsabile de macromolecule importante: ARNr, ARNt, proteine ​​histone, i.e. sunt produse multe copii ale acestor gene. Aceste gene fac parte din secvențe moderat repetitive.

- Redundanța ADN– 99% este redundant și factorul mutagen se încadrează mai des în aceste 99% de secvențe fără sens.

- Împerecherea cromozomilorîn setul diploid. În starea heterozigotă, multe mutații dăunătoare nu apar.

- Culling celule germinale mutante.

- Repararea ADN-ului.

10. Repararea materialului genetic. .

Repararea ADN-ului este îndepărtarea daunelor primare din ADN și înlocuirea acestuia cu structuri normale.

Există două forme de reparație: lumină și întuneric

A. Repararea luminii (sau fotoreactivarea enzimatică). Enzimele de reparare sunt active numai în prezența luminii. Această formă de reparare are ca scop eliminarea daunelor primare ale ADN-ului cauzate de razele UV.

Sub influența razelor UV, bazele azotate pirimidinice din ADN sunt activate, ceea ce duce la formarea de legături între bazele azotate pirimidinice care sunt situate în apropiere în același lanț de ADN, adică se formează dimeri de pirimidină. Cel mai adesea, apar conexiuni: T=T; T=C; C=C.

În mod normal, nu există dimeri de pirimidină în ADN. Formarea lor duce la denaturarea informațiilor ereditare și la perturbarea cursului normal de replicare și transcripție, ceea ce duce ulterior la mutații genetice.

Esența fotoreactivării: în nucleu există o enzimă specială (fotoreactivatoare), care este activă numai în prezența luminii; această enzimă distruge dimerii de pirimidină, adică rupe legăturile care au apărut între bazele azotate pirimidinice sub influența Raze UV.

Repararea întunericului are loc în întuneric și în lumină, adică activitatea enzimelor nu depinde de prezența luminii. Este împărțit în reparații pre-replicative și reparații post-replicative.

Repararea pre-replicativă are loc înainte de replicarea ADN-ului și multe enzime sunt implicate în acest proces:

o Endonucleaza

o Exonucleaza

o ADN polimeraza

o ADN ligaza

Etapa 1. Enzima endonucleaza găsește zona deteriorată și o taie.

Etapa 2. Enzima exonucleaza elimină zona deteriorată din ADN (excizie), rezultând un gol.

Etapa 3. Enzima ADN polimeraza sintetizează secțiunea lipsă. Sinteza are loc după principiul complementarității.

Etapa 4. Enzimele ligazelor conectează sau unesc regiunea nou sintetizată la catena de ADN. În acest fel, deteriorarea originală a ADN-ului este reparată.

Reparație post-replicativă.

Să presupunem că există leziuni primare în ADN.

Etapa 1. Începe procesul de replicare a ADN-ului. Enzima ADN polimeraza sintetizează o nouă catenă care este complet complementară cu vechea catenă intactă.

Etapa 2. Enzima ADN polimeraza sintetizează o altă nouă catenă, dar ocolește zona în care este localizată deteriorarea. Ca urmare, s-a format un gol în a doua nouă catenă de ADN.

Etapa 3. La sfârșitul replicării, enzima ADN polimerază sintetizează secțiunea lipsă complementară noii catene de ADN.

Etapa 4. Enzima ligaza conectează apoi secțiunea nou sintetizată la catena ADN unde a existat un gol. Astfel, deteriorarea primară a ADN-ului nu s-a transferat pe o altă nouă catenă, adică mutația nu a fost fixată.

Ulterior, deteriorarea primară a ADN-ului poate fi eliminată în timpul reparației pre-replicative.

11. Mutații asociate cu repararea afectată a ADN-ului și rolul lor în patologie.

Capacitatea de reparare a organismelor a fost dezvoltată și consolidată în timpul evoluției. Cu cât activitatea enzimelor reparatoare este mai mare, cu atât materialul ereditar este mai stabil. Genele corespunzătoare sunt responsabile pentru enzimele de reparare, așa că dacă apare o mutație în aceste gene, activitatea enzimelor de reparare scade. În acest caz, o persoană dezvoltă boli ereditare severe care sunt asociate cu o scădere a activității enzimelor de reparare.

Există mai mult de 100 de astfel de boli la oameni, unele dintre ele:

Anemia Fanconi– scăderea numărului de globule roșii, pierderea auzului, tulburări ale sistemului cardiovascular, deformarea degetelor, microcefalie.

Sindromul Bloom - greutate mică la naștere a nou-născutului, creștere lentă, susceptibilitate crescută la infectie virala, risc crescut de cancer. Un semn caracteristic: cu o scurtă ședere în lumina soarelui, pe pielea feței apare o pigmentare în formă de fluture (dilatarea capilarelor sanguine).

Xeroderma pigmentoasă– pe piele apar arsuri de la lumină, care în curând degenerează în cancer de piele (la astfel de pacienți, cancerul apare de 20.000 de ori mai des). Pacienții sunt forțați să trăiască sub iluminare artificială.

Incidența bolii este de 1: 250.000 (Europa, SUA) și 1: 40.000 (Japonia)

Două tipuri de progerie– îmbătrânirea prematură a organismului.

12. Bolile genetice, mecanismele dezvoltării lor, moștenirea, frecvența de apariție.

Bolile genetice (sau bolile moleculare) sunt destul de larg reprezentate la om, sunt peste 1000 dintre ele.

Grup special Printre acestea se numără defecte metabolice congenitale. Aceste boli au fost descrise pentru prima dată de A. Garod în 1902. Simptomele acestor boli sunt diferite, dar există întotdeauna o încălcare a transformării substanțelor în organism. În acest caz, unele substanțe vor fi în exces, altele în deficiență. De exemplu, o substanță (A) intră în organism și este transformată în continuare sub acțiunea enzimelor într-o substanță (B). Apoi, substanța (B) ar trebui să se transforme în substanță (C), dar acest lucru este prevenit printr-un bloc de mutație

(), ca urmare, substanța (C) va fi insuficientă, iar substanța (B) va fi în exces.

Exemple de unele boli cauzate de defecte metabolice congenitale.

PKU(fenilcetonurie, demență congenitală). Boala genetică, moștenită în mod autosomal recesiv, apare cu o frecvență de 1:10.000. Fenilalanina este un aminoacid esențial pentru construcția moleculelor de proteine ​​și, în plus, servește ca precursor al hormonilor. glanda tiroida(tiroxina), adrenalina si melanina. Aminoacidul fenilalanina din celulele hepatice trebuie transformat de o enzimă (fenilalanin-4-hidroxilaza) în tirozină. Dacă enzima responsabilă de această transformare este absentă sau activitatea acesteia este redusă, conținutul de fenilalanină din sânge va crește brusc, iar conținutul de tirozină va fi scăzut. Un exces de fenilalanină în sânge duce la apariția derivaților săi (acizi fenilacetic, fenilactic, fenilpiruvic și alți cetonici), care sunt excretați prin urină și au, de asemenea, un efect toxic asupra celulelor sistemului nervos central. sistem nervos, ceea ce duce la demență.

Cu un diagnostic în timp util și transferul copilului la o dietă lipsită de fenilalanină, dezvoltarea bolii poate fi prevenită.

Albinismul este comun. Boala genetică este moștenită în mod autosomal recesiv. În mod normal, aminoacidul tirozina este implicat în sinteza pigmenților tisulari. Dacă apare un bloc de mutație, enzima este absentă sau activitatea ei este redusă, atunci pigmenții de țesut nu sunt sintetizați. În aceste cazuri, pielea este albă lăptoasă, părul este foarte deschis, din cauza lipsei de pigment în retină, vasele de sânge sunt vizibile, ochii sunt roz-roșcat și sensibilitate crescută la lumina.

Alcapnonuria. Boala genetică, moștenită în mod autosomal recesiv, apare cu o frecvență de 3-5:1.000.000. Boala este asociată cu o încălcare a conversiei acidului homogentisic, în urma căreia acest acid se acumulează în organism. Excretat în urină, acest acid duce la dezvoltarea bolilor de rinichi; în plus, urina alcalinizată cu această anomalie se întunecă rapid. Boala se manifestă și ca colorare a țesutului cartilajului, iar artrita se dezvoltă la bătrânețe. Astfel, boala este însoțită de leziuni ale rinichilor și articulațiilor.

Boli genetice asociate cu tulburările metabolismului carbohidraților.

Galactozemie. Boala genetică, moștenită în mod autosomal recesiv, apare cu o frecvență de 1:35.000-40.000 de copii.

Sângele unui nou-născut conține galactoză monozaharidă, care se formează în timpul descompunerii dizaharidei din lapte. lactoză pentru glucoză și galactoza. Galactoza nu este absorbită direct de organism; trebuie transformată de o enzimă specială într-o formă digerabilă - glucoză-1-fosfat.

Boală ereditară galactozemia este cauzată de o disfuncție a genei care controlează sinteza proteinei enzimei care transformă galactoza într-o formă digerabilă. În sângele copiilor bolnavi va exista foarte puțin din această enzimă și multă galactoză, care este determinată prin analiză biochimică.

Dacă diagnosticul se pune în primele zile după nașterea copilului, atunci acesta este hrănit cu formule care nu conțin zahăr din lapte, iar copilul se dezvoltă normal. În caz contrar, copilul crește slab la minte.

Fibroză chistică. Boala genetică, moștenită în mod autosomal recesiv, apare cu o frecvență de 1:2.000-2.500. Boala este asociată cu o mutație a genei care este responsabilă pentru proteina purtătoare încorporată în membrana plasmatică a celulelor. Această proteină reglează permeabilitatea membranei la ionii de Na și Ca. Dacă permeabilitatea acestor ioni în celulele glandelor exocrine este afectată, glandele încep să producă o secreție groasă, vâscoasă, care închide canalele glandelor exocrine.

Există pulmonare şi formă intestinală fibroză chistică.

sindromul Marfan. Boala genetică este moștenită în mod autosomal dominant. Asociat cu o tulburare a metabolismului proteinei fibrilinei în țesutul conjunctiv, care se manifestă printr-un complex de simptome: degete de „păianjen” (arahnodactilie), statură mare, subluxație a cristalinului, defecte cardiace și vasculare, eliberare crescută de adrenalină în sânge, aplecare, piept scufundat, arc înalt al piciorului, slăbiciune ligamentelor și tendoanelor etc. A fost descris pentru prima dată în 1896 de către medicul pediatru francez Antonio Marfan.

PRELEZA 10 Mutații structurale ale cromozomilor.

1. Mutații structurale ale cromozomilor (aberații cromozomiale).

Se disting următoarele tipuri de aberații cromozomiale.

– ștergeri

– duplicari

– inversiuni

– cromozomi inel

– translocații

– transpuneri

Odată cu aceste mutații, structura cromozomilor se modifică, ordinea genelor din cromozomi se modifică și dozajul genelor din genotip se modifică. Aceste mutații apar în toate organismele, ele sunt:

Spontan (cauzat de un factor de natură necunoscută) și indus (se cunoaște natura factorului care a provocat mutația)

Somatic (care afectează materialul ereditar al celulelor somatice) și generativ (modificări ale materialului ereditar al gameților)

Util și dăunător (cel din urmă este mult mai frecvent)

Echilibrat (sistemul genotipului nu se schimbă, ceea ce înseamnă că fenotipul nu se schimbă) și dezechilibrat (sistemul genotipului se modifică, ceea ce înseamnă că și fenotipul se schimbă

Dacă o mutație afectează doi cromozomi, ei vorbesc despre rearanjamente intercromozomiale.

Dacă mutația afectează cromozomul 1, vorbim de rearanjamente intracromozomiale.

2. Mecanisme de apariție a mutațiilor structurale ale cromozomilor.

Ipoteza „deconectare-conectare”. Se crede că rupturile apar la unul sau mai mulți cromozomi. Se formează secțiuni de cromozomi, care sunt apoi conectate, dar într-o secvență diferită. Dacă ruptura are loc înainte de replicarea ADN-ului, atunci 2 cromatide sunt implicate în acest proces - acestea sunt izocromatidă decalaj Dacă apare o pauză după replicarea ADN-ului, atunci 1 cromatidă este implicată în proces - aceasta cromatidă decalaj

A doua ipoteză: între cromozomii neomologi are loc un proces similar cu încrucișarea, adică. neomolog secțiuni de schimb de cromozomi.

3. Deleții, esența lor, forme, efect fenotipic. Pseudo-dominanță..

Deleția (deficiența) este pierderea unei secțiuni a unui cromozom.

1 ruptură poate apărea în cromozom și acesta va pierde regiunea terminală, care va fi distrusă de enzime (deficit)

pot exista doua rupturi ale cromozomului cu pierderea regiunii centrale, care vor fi si ele distruse de enzime (deletie interstitiala).

În starea homozigotă, delețiile sunt întotdeauna letale; în starea heterozigotă, se manifestă ca multiple defecte de dezvoltare.

Detectarea ștergerii:

Colorarea diferențială a cromozomilor

După forma buclei, care se formează în timpul conjugării cromozomilor omologi în profaza meiozei 1. Ansa are loc pe un cromozom normal.

Deleția a fost studiată pentru prima dată la musca Drosophila, ducând la pierderea unei secțiuni a cromozomului X. În starea homozigotă, această mutație este letală, iar în starea heterozigotă, se manifestă fenotipic ca o crestătură pe aripă (mutația Notch). La analiza acestei mutații a fost identificat un fenomen special, care a fost numit pseudo-dominanță. În acest caz, alela recesivă se manifestă fenotipic, deoarece regiunea cromozomului cu alela dominantă se pierde din cauza deleției.

La om, delețiile apar cel mai adesea în cromozomii 1 până la 18. De exemplu, o ștergere a brațului scurt al celui de-al cincilea cromozom într-o stare heterozigotă se manifestă fenotipic ca sindromul „plânge pisica”. Un copil se naște cu un număr mare de patologii, trăiește de la 5 zile la o lună (foarte rar până la 10 ani), plânsul lui seamănă cu miaunatul ascuțit al unei pisici.

O deleție interstițială poate apărea pe cromozomul 21 sau 22 al celulelor stem hematopoietice. În starea heterozigotă, se manifestă fenotipic ca anemie pernicioasă.

4. Duplicări, inversări, cromuri inelare. Mecanismul de apariție. Manifestare fenotipică.

Dublare– dublarea unei secțiuni a unui cromozom (această secțiune poate fi repetată de mai multe ori). Dublările pot fi directe sau inverse.

Cu aceste mutații, doza de gene în genotip crește, iar în starea homozigotă aceste mutații sunt letale. În starea heterozigotă se manifestă prin multiple defecte de dezvoltare. Cu toate acestea, este posibil ca aceste mutații să fi jucat un rol în timpul evoluției. Familiile de gene ale hemoglobinei pot să fi apărut în acest fel.

Poate că secvențele repetate repetate de nucleotide ADN au apărut ca urmare a duplicărilor.

Detectarea dublărilor:

Figura unei bucle în profaza meiozei 1. Ansa ia naștere pe un cromozom mutant.

inversiune - smulgerea unei secțiuni a unui cromozom, rotirea acestuia cu 180° și atașarea acestuia de locul vechi. În timpul inversiilor, doza de gene nu se modifică, dar ordinea genelor din cromozom se modifică, adică. se schimba grupul de ambreiaj. Nu există inversiuni finale.

În starea homozigotă, inversiunile sunt letale; în starea heterozigotă, se manifestă ca multiple defecte de dezvoltare.

Detectarea inversiilor:

Colorare diferențială.

Figura sub forma a două bucle situate opus în profaza meiozei 1.

Există 2 tipuri de inversiuni:

inversiunea paracentrică, care nu afectează centromerul, deoarece rupturile apar în cadrul unui braț de cromozom

inversiunea pericentrică, care afectează centromerul, deoarece rupturi apar pe ambele părți ale centromerului.

Cu inversarea pericentrică, configurația cromozomului se poate modifica (dacă capetele secțiunilor rotite nu sunt simetrice). Și acest lucru face imposibilă conjugarea ulterioară.

Manifestarea fenotipică a inversiunilor este cea mai ușoară în comparație cu alte aberații cromozomiale. Dacă homozigoții recesivi mor, atunci heterozigoții suferă cel mai adesea infertilitate.

Cromozomi inel. În mod normal, nu există cromozomi inel în cariotipul uman. Ele pot apărea atunci când organismul este expus la factori mutageni, în special la radiații radioactive.

În acest caz, în cromozom apar 2 rupturi, iar secțiunea rezultată se închide într-un inel. Dacă un cromozom inel conține un centromer, se formează un inel centric. Dacă nu există centromer, se formează un inel acentric; acesta este distrus de enzime și nu este moștenit.

Cromozomii inel sunt detectați prin cariotipizare.

În starea homozigotă, aceste mutații sunt letale, iar în starea heterozigotă, apar fenotipic ca deleții.

Cromozomii inel sunt markeri ai expunerii la radiații. Cu cât doza de radiații este mai mare, cu atât există mai mulți cromozomi inel și cu atât prognosticul este mai rău.

5. Translocațiile, esența lor. Translocațiile reciproce, caracteristicile lor și semnificația medicală. Translocațiile robertsoniene și rolul lor în patologia ereditară.

Translocarea este mișcarea unei secțiuni a unui cromozom. Există translocații reciproce (reciproce) și nereciproce (transpunere).

Translocațiile reciproce apar atunci când doi cromozomi neomologi își schimbă secțiunile.

Un grup special de translocații sunt translocațiile robertsoniene (fuziuni centrice). Cromozomii acrocentrici sunt afectați - își pierd brațele scurte, iar brațele lungi sunt conectate.

Motivul pentru 4-5% din cazurile de naștere a unui copil nascut sunt translocațiile robertsoniene. În acest caz, brațul lung al cromozomului 21 se deplasează la unul dintre cromozomii grupului D (13, 14, 15, cromozomul 14 este adesea implicat).

Tipuri de ouă spermatozoizi zigot Consecințele

14 + 14, 21 14,14,21 monosomie 21 (letal)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomie 21 (jos)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomie 14 (letal)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trisomie 14 (letal)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotipic sănătos

După cum putem vedea, o femeie cu o translocație robertsoniană poate da naștere unui copil sănătos.

Pierderea brațelor scurte nu afectează nimic, deoarece zonele care formează nucleol sunt situate acolo și sunt, de asemenea, în alți cromozomi.

Un pacient cu o formă de translocare a sindromului Down are 46 de cromozomi în celulele sale. Ovarul după translocare va avea 45 de cromozomi. Cu toate acestea, cu o mutație echilibrată, femeia va avea 45 de cromozomi.

Detectarea translocațiilor:

Colorare diferențială.

Figura unei cruci în profaza meiozei 1.

6. Transpuneri. Elemente genetice mobile. Mecanisme de mișcare prin genom și semnificație.

Dacă translocațiile nu sunt reciproce, atunci vorbesc despre transpunere.

Un grup special de transpozoni sunt elementele genetice mobile (MGE) sau genele de săritură, care se găsesc în toate organismele. La musca Drosophila ele reprezintă 5% din genom. La om, MGE-urile sunt grupate în familia ALU.

MGE-urile constau din 300-400 de nucleotide, repetate de 300 de mii de ori în genomul uman.

La capetele MGE există repetări de nucleotide constând din 50-100 de nucleotide. Repetițiile pot fi înainte sau invers. Repetările nucleotidelor par să influențeze mișcarea MGE.

Există două opțiuni pentru mișcarea MGE în întregul genom.

1. folosind procedeul reverscrierii. Aceasta necesită enzima transcriptază inversă (revertaza). Această opțiune are loc în mai multe etape:

pe ADN, enzima ARN polimeraza (un alt nume este transcriptaza) sintetizează ARNm,

Pe ARNm, enzima transcriptaza inversă sintetizează o catenă de ADN,

Enzima ADN polimerază asigură sinteza celei de-a doua catene de ADN,

fragmentul sintetizat se închide într-un inel,

inelul ADN este introdus într-un alt cromozom sau într-o altă locație de pe același cromozom.

2. folosind enzima transponază, care decupează MGE și îl transferă într-un alt cromozom sau în alt loc de pe același cromozom

Pe parcursul evoluției, MGE a jucat un rol pozitiv, deoarece au efectuat transferul de informații genetice de la o specie de organisme la altele. Un rol important în acest sens l-au jucat retrovirusurile, care conțin ARN ca material ereditar și conțin și transcriptază inversă.

MGE-urile se mișcă în întregul genom foarte rar, o mișcare la sute de mii de evenimente din celulă (frecvența de mișcare 1 x 10–5).

În fiecare organism specific MGE rol pozitiv nu te juca pentru că trecând prin genom, ele modifică funcționarea genelor și provoacă mutații genetice și cromozomiale.

7. Mutageneză indusă. Factori mutageni fizici, chimici și biologici.

Mutațiile induse apar atunci când factorii mutageni acționează asupra organismului, care sunt împărțiți în 3 grupuri:

Fizice (UVL, raze X și radiații, câmpuri electromagnetice, temperaturi ridicate).

Astfel, radiațiile ionizante pot acționa direct asupra moleculelor de ADN și ARN, provocând daune (mutații genetice) în acestea. Impactul indirect al acestui lucru

mutagenul asupra aparatului ereditar al celulelor constă în formarea de substanțe genotoxice (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Factori mutageni chimici. Există peste 2 milioane de substanțe chimice care pot provoca mutații. Acestea sunt săruri ale metalelor grele, analogi chimici ai bazelor azotate (5-bromoracil), compuși alchilanți (CH3, C2H5).

8. Mutații ale radiațiilor. Pericol genetic poluarea mediului.

Mutațiile radiațiilor sunt mutații cauzate de radiații. În 1927, geneticianul american Heinrich Mehler a arătat pentru prima dată că iradierea cu raze X duce la o creștere semnificativă a frecvenței mutațiilor la Drosophila. Această lucrare a marcat începutul unei noi direcții în biologie - genetica radiațiilor. Datorită numeroaselor lucrări efectuate în ultimele decenii, știm acum că atunci când particulele elementare (cuante, electroni, protoni și neutroni) intră în nucleu, moleculele de apă sunt ionizate cu formarea de radicali liberi (OH -, O 2 -). Avand o activitate chimica mare, ele provoaca rupturi de ADN, deteriorarea nucleotidelor sau distrugerea acestora; toate acestea conduc la apariţia mutaţiilor.

Întrucât omul este un sistem deschis, pot intra diverși factori de poluare a mediului corpul uman. Mulți dintre acești factori pot modifica sau deteriora materialul ereditar al celulelor vii. Consecințele acestor factori sunt atât de grave încât omenirea nu poate ignora poluarea mediului.

9. Mutageneză și carcinogeneză.

Teoria mutației cancerului a fost propusă pentru prima dată de Hugo De Vries în 1901. În zilele noastre, există multe teorii ale carcinogenezei.

Una dintre ele este teoria genelor a carcinogenezei. Se știe că genomul uman conține mai mult de 60 de oncogene care pot regla diviziune celulara. Sunt într-o stare inactivă sub formă de proto-oncogene. Sub influența diverșilor factori mutageni, proto-oncogenele sunt activate și devin oncogene, care provoacă o proliferare intensă a celulelor și dezvoltarea tumorii.

PRELEZA 11 Mutații ale numărului cromozomilor. Haploidie, poliploidie,

aneuploidie.

1. Esența mutațiilor numărului cromozomilor, cauzele și mecanismele de apariție.

Fiecare tip de organism este caracterizat de propriul cariotip. Constanța cariotipului de-a lungul unui număr de generații este menținută prin procesele de mitoză și meioză. Uneori, în timpul mitozei sau meiozei, segregarea cromozomilor este perturbată, rezultând celule cu un număr modificat de cromozomi. În celule, numărul de seturi haploide întregi de cromozomi se poate modifica, caz în care mutații precum:

Haploidie – un singur set de cromozomi (n)

Poliploidie – o creștere a numărului de cromozomi care este un multiplu al setului haploid (3n, 4n etc.)

Aneuploidia este o modificare a numărului de cromozomi individuali (46 +1).

Setul de cromozomi se poate modifica atât în ​​celulele somatice, cât și în celulele germinale.

Cauzele tulburărilor de divergență cromozomială:

vâscozitate citoplasmatică crescută

modificarea polarității celulei

disfuncție a fusului.

Toate aceste motive duc la așa-numitul fenomen „întârziere de anafază”.

Aceasta înseamnă că în timpul anafazei mitozei sau meiozei, cromozomii sunt distribuiți neuniform, adică. un anumit cromozom sau grup de cromozomi nu ține pasul cu restul cromozomilor și se pierde de către una dintre celulele fiice.

2. Haploidie, natura modificărilor cariotipului, prevalență, manifestare fenotipică.

Haploidia este o reducere a numărului de cromozomi din celulele unui organism la haploidă. În celule, numărul de cromozomi și doza de gene scade brusc, adică sistemul genotipului se modifică, ceea ce înseamnă că se schimbă și fenotipul.

Anterior123456789Următorul

Toate mutațiile asociate cu modificări ale numărului și structurii cromozomilor pot fi împărțite în trei grupuri:

• aberații cromozomiale cauzate de modificări ale structurii cromozomiale,
• mutații genomice cauzate de modificări ale numărului de cromozomi,
• Mixoploidia este o mutație cauzată de prezența clonelor celulare cu seturi de cromozomi diferite.

Aberații cromozomiale. Aberațiile cromozomiale (mutațiile cromozomiale) sunt modificări ale structurii cromozomilor. Ele sunt, de regulă, o consecință a trecerii inegale în timpul meiozei. Aberațiile cromozomiale rezultă și din spargerile cromozomilor cauzate de radiațiile ionizante, anumiți mutageni chimici, viruși și alți factori mutageni. Aberațiile cromozomiale pot fi dezechilibrate sau echilibrate.

Mutațiile dezechilibrate au ca rezultat pierderea sau câștigul de material genetic și modificări ale numărului de gene sau ale activității acestora. Acest lucru duce la o schimbare a fenotipului.

Rearanjamentele cromozomiale care nu duc la modificări ale genelor sau ale activității acestora și nu modifică fenotipul se numesc echilibrate. Cu toate acestea, aberația cromozomială perturbă conjugarea și trecerea cromozomilor în timpul meiozei, rezultând gameți cu mutații cromozomiale dezechilibrate. Purtătorii de aberații cromozomiale echilibrate pot prezenta infertilitate, o frecvență ridicată a avorturilor spontane, Risc ridicat nașterea copiilor cu boli cromozomiale.

Se disting următoarele tipuri de mutații cromozomiale:

1. Deleția sau deficiența este pierderea unei secțiuni a unui cromozom.

2. Duplicare – dublarea unei secțiuni de cromozom.

3. Inversare - rotația unei secțiuni de cromozom până la 1800 (în una dintre secțiunile de cromozomi, genele sunt situate în secvența inversă față de normal). Dacă, ca urmare a inversării, cantitatea de material cromozomial nu se modifică și nu există nici un efect de poziție, atunci indivizii sunt sănătoși din punct de vedere fenotipic. Inversarea pericentrică a cromozomului 9 este frecventă și nu duce la o modificare a fenotipului. Cu alte inversiuni, conjugarea și încrucișarea pot fi perturbate, ceea ce duce la rupturi de cromozomi și formarea gameților dezechilibrati.

4. Cromozom inel – apare atunci când se pierd două fragmente telomerice. Capetele lipicioase ale cromozomului se unesc pentru a forma un inel.

Această mutație poate fi fie echilibrată, fie dezechilibrată (în funcție de cantitatea de material cromozomial care se pierde).

5. Izocromozomi – pierderea unui braț cromozom și duplicarea celuilalt. Ca urmare, se formează un cromozom metacentric, având două brațe identice. Cel mai comun izocromozom de pe brațul lung al cromozomului X. Se înregistrează cariotipul: 46,Х,i(Xq). Izocromozomul X este observat în 15% din toate cazurile de sindrom Shereshevsky-Turner.

6. Translocarea - transferul unei secțiuni de cromozom la un cromozom neomologul, la un alt grup de legătură. Există mai multe tipuri de translocații:

a) Translocații reciproce - schimb reciproc de secțiuni între doi cromozomi neomologi.

În populații, frecvența translocațiilor reciproce este de 1:500. Din motive necunoscute, translocarea reciprocă care implică brațele lungi ale cromozomilor 11 și 22 este mai frecventă. Purtătorii de translocații reciproce echilibrate se confruntă adesea cu avorturi spontane sau nașterea de copii cu multipli defecte congenitale dezvoltare. Riscul genetic la purtătorii unor astfel de translocații variază de la 1 la 10%.

b) Translocări (transpoziții) nereciproce - mișcarea unei secțiuni a unui cromozom fie în cadrul aceluiași cromozom, fie către alt cromozom fără schimb reciproc.

c) Un tip special de translocare este translocarea robertsoniană (sau fuziunea centrică).

Se observă între oricare doi cromozomi acrocentrici din grupa D (13, 14 și 15 perechi) și G (21 și 22 perechi). În fuziunea centrică, doi cromozomi omologi sau neomologi își pierd brațele scurte și un centromer, iar brațele lungi se unesc. În loc de doi cromozomi, se formează unul, care conține materialul genetic al brațelor lungi a doi cromozomi. Astfel, purtătorii de translocații robertsoniene sunt sănătoși, dar au o frecvență crescută a avorturilor spontane și un risc mare de a avea copii cu boli cromozomiale. Frecvența translocațiilor robertsoniene în populație este de 1:1000.

Uneori, unul dintre părinți este purtător al unei translocații echilibrate, în care există o fuziune centrică a doi cromozomi omologi din grupa D sau G. La astfel de oameni se formează două tipuri de gameți. De exemplu, în timpul translocării se formează gameți 21q21q:

2) 0 - i.e. gamet fără cromozomul 21

După fecundarea cu un gamet normal se formează două tipuri de zigoți: 1)21, 21q21q - formă de translocație a sindromului Down, 2)21.0 - cromozomul monosomie 21, mutație letală. Probabilitatea de a avea un copil bolnav este de 100%.

Р 21q21q x 21,21

purtător sănătos normal

echilibrat

Gamete 21/21; 0 21

F1 21.21q21q 21.0

Sindromul Down letal

7. Separarea centrică este fenomenul opus al fuziunii centrice. Un cromozom este împărțit în două.

Delețiile și dublările modifică numărul de gene dintr-un organism. Inversiunile, translocațiile și transpozițiile modifică locația genelor pe cromozomi.

9. Un cromozom marker este un cromozom suplimentar (sau mai bine zis, un fragment de cromozom cu un centromer). De obicei, arată ca un cromozom acrocentric foarte scurt, mai rar - în formă de inel. Dacă cromozomul marker conține doar heterocromatină, atunci fenotipul nu se modifică. Dacă conține eucromatină (gene exprimate), atunci aceasta este asociată cu dezvoltarea unei boli cromozomiale (similar cu duplicarea oricărei părți a unui cromozom).

Semnificația mutațiilor cromozomiale în evoluție. Mutațiile cromozomiale joacă un rol important în evoluție. În procesul de evoluție, rearanjarea activă a setului de cromozomi are loc prin inversiuni, translocații robertsoniene și altele. Cu cât organismele sunt mai îndepărtate unele de altele, cu atât setul lor de cromozomi este mai diferit.

Mutații genomice. Mutațiile genomice sunt modificări ale numărului de cromozomi. Există două tipuri de mutații genomice:

1) poliploidie,

2) heteroploidie (aneuploidie).

Poliploidie– o creștere a numărului de cromozomi cu o cantitate care este multiplu al setului haploid (3n, 4n...). Triploidia (3n=69 cromozomi) și tetraploidia (4n=92 cromozomi) au fost descrise la oameni.

Motive posibile pentru formarea poliploidiei.

1) Poliploidia poate fi o consecință a nedisjuncției tuturor cromozomilor în timpul meiozei la unul dintre părinți, ca urmare, se formează un diploid celula sexuală(2n). După fecundarea de către un gamet normal se va forma un triploid (3n).

2) Fertilizarea unui ovul de către doi spermatozoizi (dispermie).

3) De asemenea, este posibil ca un zigot diploid să fuzioneze cu un corp ghid, ceea ce duce la formarea unui zigot triploid

4) Se poate observa o mutație somatică - nedisjuncția tuturor cromozomilor în timpul diviziunii celulelor embrionare (tulburare mitotică). Acest lucru duce la apariția unui tetraploid (4 n) - o formă completă sau mozaică.

Triploidia (Fig.___) este o cauză frecventă a avorturilor spontane. Aceasta este o apariție extrem de rară la nou-născuți. Majoritatea triploidelor mor la scurt timp după naștere.

Triploizii, având două seturi de cromozomi ale tatălui și un set de cromozomi al mamei, de regulă, formează o aluniță hidatiformă. Acesta este un embrion în care se formează organe extraembrionare (corion, placentă, amnios), iar embrioblastul practic nu se dezvoltă. Alunițele hidatiforme sunt avortate și este posibilă formarea unei tumori maligne a corionului - coriocarcinom. În cazuri rare, se formează un embrioblast și sarcina se încheie cu nașterea unui triploid neviabil cu multiple malformații congenitale. Caracteristică în astfel de cazuri este creșterea masei placentei și degenerarea chistică a vilozităților coriale.

La triploizi, având două seturi de cromozomi ale mamei și un set de cromozomi ale tatălui, embrioblastul se dezvoltă predominant. Dezvoltarea organelor extraembrionare este afectată. Prin urmare, astfel de triploizi sunt avortate devreme.

Folosind triploizii ca exemplu, se observă diferite activități funcționale ale genomului patern și matern în perioada embrionară de dezvoltare. Acest fenomen se numește amprenta genomică. În general, trebuie menționat că pentru dezvoltarea normală a embrionului uman, genomul mamei și genomul tatălui sunt absolut necesare. Dezvoltarea partenogenetică a oamenilor (și a altor mamifere) este imposibilă.

Tetraploidia (4n) este un fenomen extrem de rar la om. Se găsește în principal în materialele din avorturi spontane.

Heteroploidie (sau aneuploidie) - o creștere sau scădere a numărului de cromozomi cu 1,2 sau mai mult. Tipuri de heteroploidie: monosomie, nulizomie, polisomie (tri-, tetra-, pentasomie).

a) Monozomie - absența unui cromozom (2n-1)

b) Nulizomie - absența unei perechi de cromozomi (2n-2)

c) Trisomie - un cromozom suplimentar (2n+1)

d) Tetrasomie - doi cromozomi suplimentari (2n+2)

e) Pentasomie – trei cromozomi în plus (2n+3)

Anterior123456789Următorul

Mutațiile cromozomiale, clasificarea lor: deleții, duplicări, inversiuni, translocații. Cauze și mecanisme de apariție. Semnificație în dezvoltarea stărilor patologice umane.

Modificările în structura unui cromozom, de regulă, se bazează pe o încălcare inițială a integrității acestuia - pauze, care sunt însoțite de diferite rearanjamente numite mutații cromozomiale.

Ruperele cromozomilor apar în mod natural în timpul încrucișării, când sunt însoțite de schimbul de secțiuni corespunzătoare între omologi.

Perturbarea încrucișării, în care cromozomii schimbă material genetic inegal, duce la apariția de noi grupuri de legătură, în care secțiunile individuale abandonează - Divizia - sau dublu - dublari. Cu astfel de rearanjamente, numărul de gene din grupul de legături se modifică.

Rupele cromozomilor pot apărea și sub influența diverșilor factori mutageni, în principal fizici (radiații ionizante și alte tipuri), anumitor compuși chimici și viruși.

Încălcarea integrității unui cromozom poate fi însoțită de o rotație a secțiunii acestuia situată între două pauze cu 180° - inversiune. Depinde dacă include aceasta zona regiune centromeră sau nu, distingeți pericentricȘi inversiuni paracentrice.

Un fragment de cromozom separat de acesta în timpul ruperii poate fi pierdut de celulă în timpul următoarei mitoze dacă nu are un centromer.

Mai des, un astfel de fragment este atașat la unul dintre cromozomi - translocare. Este posibil să atașați un fragment la propriul cromozom, dar într-un loc nou - transpunere. Astfel, diferite tipuri de inversiuni și translocații sunt caracterizate prin modificări în localizarea genelor.

Astfel, modificările organizării cromozomiale, care au cel mai adesea un efect negativ asupra viabilității celulei și organismului, cu o anumită probabilitate pot fi promițătoare, moștenite într-un număr de generații de celule și organisme și creează premisele pentru evoluția organizarea cromozomială a materialului ereditar.

Mutații genomice, cauze și mecanisme ale apariției lor.

Clasificare și semnificație. Mecanisme antimutație.

Mutațiile genomice includ haploidia, poliploidia și aneuploidia.

Aneuploidia este o modificare a numărului de cromozomi individuali - absența (monozomia) sau prezența cromozomilor suplimentari (trisomie, tetrasomie, în general polisomie), adică.

set de cromozomi dezechilibrat. Celulele cu un număr alterat de cromozomi apar ca urmare a tulburărilor în procesul de mitoză sau meioză și, prin urmare, disting între mitotic și meiotic.

Cauzele mutațiilor

Mutațiile sunt împărțite în spontane și induse. Mutațiile spontane apar spontan pe parcursul vieții unui organism în condiții normale de mediu, cu o frecvență de aproximativ o nucleotidă per generație de celule.

Mutațiile induse sunt modificări ereditare ale genomului care apar ca urmare a anumitor efecte mutagene în condiții artificiale (experimentale) sau sub influențe negative ale mediului.

Mutațiile apar în mod constant în timpul proceselor care au loc într-o celulă vie.

Principalele procese care conduc la apariția mutațiilor sunt replicarea ADN-ului, tulburările de reparare a ADN-ului și recombinarea genetică.

Relația dintre mutații și replicarea ADN-ului

Multe modificări chimice spontane ale nucleotidelor duc la mutații care apar în timpul replicării.

De exemplu, din cauza dezaminării citozinei vizavi, uracilul poate fi inclus în lanțul ADN (se formează o pereche U-G în loc de canonica perechile C-G). În timpul replicării ADN-ului, adenina este inclusă în noul lanț opus uracilului, formându-se cuplu U-A, iar în timpul replicării următoare este înlocuită cu o pereche T-A, adică are loc o tranziție (înlocuirea punctuală a unei pirimidine cu o altă pirimidină sau a unei purine cu o altă purină).

Relația dintre mutații și recombinarea ADN-ului

Dintre procesele asociate cu recombinarea, încrucișarea inegală duce cel mai adesea la mutații.

Apare de obicei în cazurile în care există mai multe copii duplicate ale genei originale pe cromozom care au păstrat o secvență de nucleotide similară. Ca urmare a încrucișării inegale, apare duplicarea într-unul dintre cromozomii recombinanți, iar deleția are loc în celălalt.

Relația dintre mutații și repararea ADN-ului

Deteriorarea spontană a ADN-ului este destul de comună și apare în fiecare celulă.

Pentru a elimina consecințele unei astfel de daune, există mecanisme speciale de reparare (de exemplu, o secțiune eronată a ADN-ului este tăiată și cea originală este restaurată în acest loc). Mutațiile apar numai atunci când mecanismul de reparare din anumite motive nu funcționează sau nu poate face față eliminării daunelor.

Mutațiile care apar în genele care codifică proteinele responsabile de reparare pot duce la o creștere multiplă (efect mutator) sau scădere (efect antimutator) a frecvenței de mutație a altor gene. Astfel, mutațiile în genele multor enzime ale sistemului de reparare prin excizie duc la o creștere bruscă a frecvenței mutațiilor somatice la om, iar aceasta, la rândul său, duce la dezvoltarea xerodermei pigmentoase și tumori maligne acoperă.

Clasificarea mutațiilor

Există mai multe clasificări ale mutațiilor bazate pe diferite criterii.

Möller a propus împărțirea mutațiilor în funcție de natura modificării funcționării genei în hipomorfe (alelele modificate acționează în aceeași direcție cu alelele de tip sălbatic; este sintetizat doar mai puțin produs proteic), amorfe (mutația arată ca un pierderea completă a funcției genei, de exemplu, mutația albă la Drosophila), antimorfă (trăsătura mutantă se schimbă, de exemplu, culoarea boabelor de porumb se schimbă de la violet la maro) și neomorfă.

Literatura educațională modernă folosește, de asemenea, o clasificare mai formală bazată pe natura modificărilor în structura genelor individuale, cromozomilor și a genomului în ansamblu.

În cadrul acestei clasificări, se disting următoarele tipuri de mutații:

genomic;

cromozomiale;

genetic:

Genomic: - poliploidizare o modificare a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al setului haploid.

În funcție de originea setului de cromozomi dintre poliploizi, se face o distincție între alopoliploizi, care au seturi de cromozomi obținute prin hibridizare de la diferite specii, și autopoliploizi, în care numărul de seturi de cromozomi ale propriului genom crește.

Cu cromozomiale Mutațiile provoacă rearanjamente majore în structura cromozomilor individuali.

Variabilitatea mutațională. Clasificarea mutațiilor

În acest caz, există o pierdere (ștergere) sau dublare a unei părți (duplicare) a materialului genetic al unuia sau mai multor cromozomi, o schimbare a orientării segmentelor cromozomilor în cromozomi individuali (inversie), precum și un transfer de o parte a materialului genetic de la un cromozom la altul (translocare) (un caz extrem - unificarea cromozomilor întregi.

Pe genă nivelul modificărilor în structura ADN-ului primar a genelor sub influența mutațiilor sunt mai puțin semnificative decât în ​​cazul mutațiilor cromozomiale, cu toate acestea, mutațiile genelor sunt mai frecvente.

Ca rezultat al mutațiilor genelor, au loc substituții, deleții și inserții ale uneia sau mai multor nucleotide, translocări, duplicări și inversiuni ale diferitelor părți ale genei. În cazul în care doar o singură nucleotidă se modifică din cauza unei mutații, se vorbește despre mutații punctuale

Mecanisme antimutație asigură detectarea, eliminarea sau suprimarea activității oncogene. Mecanismele antimutaționale sunt realizate cu participarea supresoarelor tumorale și a sistemelor de reparare a ADN-ului.

Omul ca obiect al cercetării genetice.

Metoda citogenetică; semnificația sa pentru diagnosticul sindroamelor cromozomiale. Reguli pentru alcătuirea idiogramelor oameni sanatosi. Idiograme pentru sindroame cromozomiale (autozomale și gonozomale).

Omul, ca obiect al cercetării genetice, este complex:

• Metoda hibridologică nu poate fi adoptată.
• Schimbare lentă de generație.
• Numar mic de copii.
• Număr mare de cromozomi

Metoda citogenetică (bazată pe studiul cariotipului).

Cariotipul este studiat pe plăci metafazice în cultura limfatică sanguină. Metoda vă permite să diagnosticați bolile cromozomiale care apar ca urmare a mutațiilor genomice și cromozomiale.

Controlul citologic este necesar pentru diagnosticarea bolilor cromozomiale asociate cu ansuploidie și mutații cromozomiale. Cele mai frecvente sunt boala Down (trisomia pe cromozomul 21), sindromul Klinefelter (47 XXY), sindromul Shershevsky-Turner (45 XX), etc.

Pierderea unei secțiuni a unuia dintre cromozomii omologi ai celei de-a 21-a perechi duce la o boală a sângelui - leucemie mieloidă cronică.

La studii citologiceÎn nucleele de interfază ale celulelor somatice, poate fi detectat așa-numitul corp Barry, sau cromatina sexuală.

S-a dovedit că cromatina sexuală este prezentă în mod normal la femei și absentă la bărbați. Este rezultatul heterocromatizării unuia dintre cei doi cromozomi X la femei. Cunoscând această caracteristică, este posibil să identificăm sexul și să detectăm un număr anormal de cromozomi X.

Detectarea multor boli ereditare este posibilă chiar înainte de nașterea unui copil.

Metoda diagnosticului prenatal constă în obținerea lichidului amniotic, unde sunt localizate celulele fetale, și determinarea ulterioară biochimică și citologică a eventualelor anomalii ereditare. Acest lucru face posibilă stabilirea unui diagnostic primele etape sarcina și decideți dacă o continuați sau întrerupeți

Metodă biochimică pentru studiul geneticii umane; semnificația sa pentru diagnosticul bolilor metabolice ereditare. Rolul modificărilor transcripționale, posttranscripționale și posttranslaționale în reglarea metabolismului celular.

Caută Prelegeri

Clasificarea mutațiilor. Caracteristicile lor.

Modificările ereditare ale materialului genetic se numesc acum mutații. Mutații- modificări bruște ale materialului genetic, ducând la modificări ale anumitor caracteristici ale organismelor.

Mutații în funcție de locul lor de origine:

Generativ- provine din celulele germinale . Ele nu afectează caracteristicile unui organism dat, ci apar doar în generația următoare.

somatic - apărute în celulele somatice . Aceste mutații apar în acest organism și nu sunt transmise descendenților în timpul reproducerii sexuale (o pată neagră pe fundalul lânii maro la oile astrahan).

Mutații după valoarea adaptivă:

Util- creşterea viabilităţii indivizilor.

Dăunător:

mortal- provocarea decesului persoanelor;

semiletal- reducerea viabilității unui individ (la bărbați, gena hemofiliei recesive este semi-letală, iar femeile homozigote nu sunt viabile).

Neutru - neafectând viabilitatea indivizilor.

Această clasificare este foarte condiționată, deoarece aceeași mutație poate fi benefică în unele condiții și dăunătoare în altele.

Mutații după natura manifestării:

dominant, ceea ce poate face ca posesorii acestor mutații să fie neviabile și să le provoace moartea în stadiile incipiente ale ontogenezei (dacă mutațiile sunt dăunătoare);

recesiv- mutații care nu apar la heterozigoți, deci rămânând în populație mult timp și formând o rezervă de variabilitate ereditară (când se schimbă condițiile de mediu, purtătorii unor astfel de mutații pot câștiga un avantaj în lupta pentru existență).

Mutații în funcție de gradul de manifestare fenotipică:

mare- mutatii clar vizibile care modifica foarte mult fenotipul (flori duble);

mic- mutații care practic nu dau manifestări fenotipice (ușoară alungire a arzurilor urechii).

Mutații care schimbă starea unei gene:

Drept- trecerea unei gene de la tipul sălbatic la o stare nouă;

verso- tranziția unei gene de la o stare mutantă la una de tip sălbatic.

Mutații în funcție de natura aspectului lor:

spontan- mutații care au apărut natural sub influența factorilor de mediu;

induse- mutatii cauzate artificial de actiunea factorilor mutageni.

Mutații în funcție de natura genotipului se modifică:

Genă - mutații care sunt exprimate în modificări ale structurii secțiunilor individuale ale ADN-ului

2. Cromozomiale - mutații caracterizate prin modificări ale structurii cromozomilor individuali.

3. Genomic - mutații caracterizate printr-o modificare a numărului de cromozomi

Mutații în funcție de locul manifestării lor:

1. Nuclear

A. Cromozomiale

b. Punctul – Gennaya mutaţie, care este o înlocuire (ca rezultat al tranziției sau transversiunii), inserției sau pierderii unei nucleotide.

genomic

2. Citoplasmatic – mutatii asociate cu mutatii gene nenucleare situate în ADN-ul mitocondrial și în ADN-ul plastid – cloroplaste.

Mutații genetice, mecanisme de apariție. Conceptul de boli genetice.

Mutațiile genelor apar ca urmare a erorilor de replicare, recombinare și reparare a materialului genetic.

Apar brusc; sunt ereditare, nedirecționale; Orice locus genic poate suferi mutații, provocând modificări atât în ​​semnele minore, cât și în cele vitale; aceleași mutații pot apărea în mod repetat.

Cel mai adesea, mutațiile genice apar ca urmare a:

1. înlocuirea uneia sau mai multor nucleotide cu altele;

2. insertii de nucleotide;

3. pierderea de nucleotide;

4. dublarea nucleotidelor;

5. modificări în ordinea alternanţei nucleotidelor.

Tipuri de mutații genetice:

Punct – pierderea, inserarea, înlocuirea nucleotidei;

2. Mutație dinamică - o creștere a numărului de tripleți repetate într-o genă (ataxia lui Friedreich);

3. Duplicare – dublarea fragmentelor de ADN;

4. Inversarea – rotația unui fragment de ADN de 2 nucleotide în mărime;

5. Inserţia - mişcarea fragmentelor de ADN;

6. Mutație letală – duce la moarte

Mutația missens - apare un codon corespunzător unui aminoacid diferit (anemia secerată);

8. Mutație nonsens – o mutație cu o înlocuire de nucleotide în partea codificatoare a unei gene, care duce la formarea unui codon stop;

9. Mutație reglatoare - Modificări în regiunile 5′ sau 3′ netraduse ale unei gene perturbă expresia acesteia;

10. Mutațiile de splicing sunt substituții punctuale ale nucleotidelor la limita exon-intron, iar splicing-ul este blocat.

Bolile genetice sunt boli care apar ca urmare a mutațiilor genetice.

MUTATIILE SI CLASIFICAREA LOR

De exemplu, siclemie, p. splenomegalie,

Mutații cromozomiale

Mutații cromozomiale- mutații, provocând schimbare structuri cromozomiale (manual 23)

1. Mutații intracromozomiale:

A. Ștergere (del-)- pierderea unei părți a unui cromozom (АВСD ® AB);

b. inversare (inv.)- rotația unei secțiuni de cromozom cu 180˚ (ABCD ® ACBD)

• pericentric – decalaj în q și p umeri;
• Paracentric – decalaj într-un umăr;

duplicare(dup+) - dublarea aceleiași secțiuni de cromozom; (ABCD® ABCBCD);

d. Izocromozom (i)– conexiunea brațelor pp și qq

e. Cromozomul inel (r)– pierderea telomerilor și închiderea cromozomilor într-un singur inel.

2. Mutații intercromozomiale:

translocare(t) - Transferul unei secțiuni sau al unui cromozom întreg la altul (omolog sau neomolog)

Reciproc (echilibrat) – schimb reciproc de secțiuni între doi cromozomi neomologi;

2. Nereciproce (dezechilibrate) – mișcarea unei secțiuni a unui cromozom fie în cadrul aceluiași cromozom, fie către alt cromozom;

3. Robertson (jefuit) – fuziunea centrică a brațelor q a doi cromozomi acrocentrici.

Mutații genomice.

genomic mutațiile se numesc mutații care au ca rezultat o modificare a numărului de cromozomi dintr-o celulă.

Mutațiile genomice apar ca urmare a tulburărilor în mitoză sau meioză, ducând fie la divergența neuniformă a cromozomilor către polii celulei, fie la dublarea cromozomilor, dar fără diviziunea citoplasmei.

În funcție de natura modificării numărului de cromozomi, există:

1. Haploidie- reducerea numărului de seturi haploide complete de cromozomi.

Poliploidie- cresterea numarului de seturi haploide complete de cromozomi. Poliploidia este observată mai des la protozoare și plante. În funcție de numărul de seturi haploide de cromozomi conținute în celule, se disting: triploizi (3n), tetraploizi (4n) etc. Ei pot fi:

• autopoliploide- poliploide rezultate din multiplicarea genomilor unei specii;
• alopoliploide- poliploide rezultate din multiplicarea genomurilor diferitelor specii (tipice hibrizilor interspecifici).

Heteroploidie (aneuploidie) - o creștere sau scădere multiplă a numărului de cromozomi. Cel mai adesea, există o scădere sau o creștere a numărului de cromozomi cu unul (mai rar doi sau mai mulți). Datorită nedisjuncției oricărei perechi de cromozomi omologi în meioză, unul dintre gameții rezultați conține un cromozom mai puțin, iar celălalt mai mult. Fuziunea unor astfel de gameți cu un gamet haploid normal în timpul fecundației duce la formarea unui zigot cu un număr mai mic sau mai mare de cromozomi în comparație cu setul diploid caracteristic unei specii date.

Printre aneuploizi se numără:

• trisomica- organisme cu un set de cromozomi 2n+1;
• monosomice- organisme cu un set de cromozomi 2n -1;
• nulosomice- organisme cu un set de cromozomi 2n–2.

De exemplu, sindromul Down la om apare ca urmare a trisomiei pe a 21-a pereche de cromozomi.

©2015-2018 poisk-ru.ru
Toate drepturile aparțin autorilor lor.

Variabilitatea mutațională. Clasificarea mutațiilor. Mutații somatice și generative. Conceptul de boli cromozomiale și genetice.

O mutație este o schimbare spontană a materialului genetic. Mutațiile apar sub influența factorilor mutageni:
A) fizice (radiații, temperatură, radiații electromagnetice);
B) substanțe chimice (substanțe care provoacă otrăvirea organismului: alcool, nicotină, colchicină, formaldehidă);
B) biologic (virusuri, bacterii).
Există mai multe clasificări ale mutațiilor.

Clasificare 1.
Mutațiile pot fi benefice, dăunătoare sau neutre. Mutații benefice: mutații care duc la creșterea rezistenței organismului (rezistența gândacilor la pesticide). Mutații nocive: surditate, daltonism. Mutații neutre: mutațiile nu afectează viabilitatea organismului (culoarea ochilor, grupa sanguină).

Clasificarea 2.
Mutațiile sunt somatice și generative. Somatice (cel mai adesea nu sunt moștenite) apar în celulele somatice și afectează doar o parte a corpului. Ele vor fi moștenite de generațiile ulterioare în timpul înmulțirii vegetative. Generative (sunt moștenite, pentru că

apar în celulele germinale): Aceste mutații apar în celulele germinale. Mutațiile generative sunt împărțite în nucleare și extranucleare (sau mitocondriale).
Clasificarea 3.
Pe baza naturii modificărilor genotipului, mutațiile sunt împărțite în gene, cromozomiale și genomice.
Mutațiile genice (mutații punctiforme) apar ca urmare a pierderii unei nucleotide, a inserției unei nucleotide sau a înlocuirii unei nucleotide cu alta.

Aceste mutații pot duce la boli genetice: daltonism, hemofilie. Astfel, mutațiile genice duc la apariția de noi trăsături.

22. Variabilitatea mutațională. Clasificarea mutațiilor. Conceptul de boli cromozomiale și genetice.

Mutațiile cromozomiale sunt asociate cu modificări ale structurii cromozomilor. Deleția poate apărea - pierderea unei secțiuni a unui cromozom, duplicare - dublarea unei secțiuni a unui cromozom, inversare - o rotație a unei secțiuni a unui cromozom până la 1800, translocare - transferul unei părți sau a unui întreg cromozom într-un alt cromozom. Motivul pentru aceasta poate fi ruperea cromatidelor și restaurarea lor în combinații noi.
Mutațiile genomice duc la modificări ale numărului de cromozomi. Se face o distincție între aneuploidie și poliploidie. Aneuploidia este asociată cu o modificare a numărului de cromozomi de către mai mulți cromozomi (1, 2, 3):
A) monosomie formula generală 2n-1 (45, X0), boală – sindromul Shereshevsky-Turner.

B) boala trisomie formula generală 2n+1 (47, XXX sau 47, XXX) - sindromul Klinefeltr.
B) polisomie
Poliploidia este o modificare a numărului de cromozomi care este un multiplu al setului haploid (de exemplu: 3n 69).
Organismele pot fi autoploide (aceiași cromozomi) sau aloploide (seturi diferite de cromozomi).

La cromozomiale includ boli cauzate de mutații genomice sau modificări structurale cromozomi individuali.

Bolile cromozomiale apar ca urmare a mutațiilor în celulele germinale ale unuia dintre părinți. Nu mai mult de 3-5% dintre ele sunt transmise din generație în generație. Anomaliile cromozomiale reprezintă aproximativ 50% din avorturile spontane și 7% din toate nașterile morti.

Toate bolile cromozomiale sunt de obicei împărțite în două grupe: anomalii ale numărului de cromozomi și tulburări ale structurii cromozomilor.

Anomalii ale numărului cromozomilor

Boli cauzate de o încălcare a numărului de cromozomi autozomi (non-sex).

Sindromul Down - trisomie pe cromozomul 21, semnele includ: demență, întârziere de creștere, aspect caracteristic, modificări ale dermatoglifelor;

Sindromul Patau - trisomie pe cromozomul 13, caracterizată prin malformații multiple, idioție, adesea - polidactilie, anomalii structurale ale organelor genitale, surditate; aproape toți pacienții nu trăiesc să vadă un an;

sindromul Edwards - trisomia 18, maxilarul inferior iar deschiderea gurii este mică, fantele ochilor sunt înguste și scurte, urechile sunt deformate; 60% dintre copii mor înainte de vârsta de 3 luni, doar 10% supraviețuiesc până la un an, cauza principală este stopul respirator și perturbarea inimii.

Boli asociate cu o încălcare a numărului de cromozomi sexuali

Sindromul Shereshevsky-Turner - absența unui cromozom X la femei (45 XO) din cauza unei încălcări a divergenței cromozomilor sexuali; semnele includ statură mică, infantilism sexual și infertilitate, diverse tulburări somatice (micrognatie, gât scurt etc.);

polisomia pe cromozomul X - include trisomie (cariote 47, XXX), tetrasomie (48, XXXX), pentasomie (49, XXXXX), există o ușoară scădere a inteligenței, o probabilitate crescută de a dezvolta psihoză și schizofrenie cu un tip nefavorabil de curs;

Polisomia cromozomului Y - ca și polisomia cromozomului X, include trisomia (cariotele 47, XYY), tetrasomia (48, XYYY), pentasomia (49, XYYYY), manifestările clinice sunt, de asemenea, similare cu polisomia cromozomului X;

Sindromul Klinefelter - polisomie pe cromozomii X și Y la băieți (47, XXY; 48, XXYY etc.), semne: tip eunuchoid de construcție, ginecomastie, creștere slabă a părului facial, axile iar pe pubis, infantilism sexual, infertilitate; dezvoltarea mentală rămâne în urmă, dar uneori inteligența este normală.

Boli cauzate de poliploidie

triploidie, tetraploidie etc.

d.; motivul este o întrerupere a procesului de meioză din cauza mutației, în urma căreia celula sexuală fiică primește în loc de haploid (23) un set diploid (46) de cromozomi, adică 69 de cromozomi (la bărbați cariotipul este 69, XYY, la femei - 69, XXX); aproape întotdeauna letal înainte de naștere.

Tulburări ale structurii cromozomiale

Articolul principal: Rearanjamente cromozomiale

Translocările sunt rearanjamente de schimb între cromozomi neomologi.

Delețiile reprezintă pierderea unei secțiuni a unui cromozom.

De exemplu, sindromul „strigătul pisicii” este asociat cu o ștergere a brațului scurt al cromozomului 5. Semnul său este plânsul neobișnuit al copiilor, care amintește de mieunatul sau strigătul unei pisici. Acest lucru se datorează patologiei laringelui sau a corzilor vocale.

Cel mai tipic, pe lângă „strigătul unei pisici”, este subdezvoltarea mentală și fizică, microcefalia (un cap anormal de mic).

Inversiunile sunt rotații ale unei secțiuni de cromozom cu 180 de grade.

Dublările sunt dublări ale unei secțiuni de cromozom.

Izocromozomia - cromozomi cu material genetic repetat în ambele brațe.

Apariția cromozomilor inel este conexiunea a două deleții terminale în ambele brațe ale unui cromozom

Boli genetice este un grup mare de boli care apar ca urmare a leziunilor ADN-ului la nivel de gene.

Termenul este folosit în relație cu bolile monogenice, spre deosebire de grupul mai larg - Boli ereditare

Bolile ereditare sunt boli a căror apariție și dezvoltare este asociată cu defecte ale aparatului programatic al celulelor, moștenite prin gameți.

Cauza bolilor

Bolile ereditare se bazează pe tulburări (mutații) ale informațiilor ereditare - cromozomiale, genice și mitocondriale.

De aici clasificarea bolilor ereditare

Anterior12345678910111213141516Următorul

Mutații genetice (modificări ale secvențelor de nucleotide ADN)

Modificările necorectate ale structurii chimice a genelor, reproduse în cicluri succesive de replicare și manifestate la descendenți sub forma unor noi variante de trăsături, se numesc mutații genetice.

Modificările în structura ADN-ului care formează o genă pot fi împărțite în trei grupuri.

Mutațiile primului grup sunt înlocuirea unei baze cu alta. Ele reprezintă aproximativ 20% din modificările genice care apar spontan.

2. Al doilea grup de mutații este cauzat de deplasarea cadrului de citire, care apare atunci când se modifică numărul de perechi de nucleotide dintr-o genă.

3. Al treilea grup este format din mutații, asociat cu o modificare a ordinii secvențelor de nucleotide din cadrul unei gene(inversări).

Mutații după tipul de înlocuire a bazelor azotate. Aceste mutații apar din mai multe motive specifice. Una dintre ele poate fi o modificare a structurii unei baze incluse deja în spirala ADN care are loc accidental sau sub influența unor agenți chimici specifici. Dacă o astfel de formă alterată a bazei rămâne nedetectată de enzimele de reparare, atunci în timpul următorului ciclu de replicare se poate atașa o altă nucleotidă.

Un alt motiv pentru substituția bazei poate fi includerea eronată în lanțul de ADN sintetizat a unei nucleotide care poartă o formă modificată chimic a bazei sau a analogului acesteia.

Dacă această eroare rămâne nedetectată de enzimele de replicare și reparare, baza modificată este inclusă în procesul de replicare, ceea ce duce adesea la înlocuirea unei perechi cu alta.

Din exemplele de mai sus reiese clar că că modificările în structura moleculei de ADN, cum ar fi substituțiile de baze, apar fie înainte, fie în timpul procesului de replicare, inițial într-un lanț polinucleotidic. Dacă astfel de modificări nu sunt corectate în timpul reparației, atunci în timpul replicării ulterioare ele devin proprietatea ambelor catene de ADN..

În cazul în care tripletul nou apărut criptează un alt aminoacid, structura lanțului peptidic și proprietățile proteinei corespunzătoare se modifică.

În funcție de natura și locația înlocuirii care are loc, proprietățile specifice ale proteinei se schimbă în grade diferite. Există cazuri în care înlocuirea unui singur aminoacid într-o peptidă afectează în mod semnificativ proprietățile proteinei, care se manifestă prin modificări ale caracteristicilor mai complexe.

Un exemplu este modificarea proprietăților hemoglobinei umane în anemia cu celule falciforme(orez.

3.21). Într-o astfel de hemoglobină (HbS) (spre deosebire de HbA normală) - în lanțurile p-globinei din poziția a șasea, acidul glutamic este înlocuit cu valină.

Aceasta este o consecință a înlocuirii uneia dintre bazele din tripletul care codifică acidul glutamic (CTT sau TTC). Rezultatul este un triplet care criptează valina (CAT sau TsAT).

Clasificarea mutațiilor

În acest caz, înlocuirea unui aminoacid în peptidă schimbă în mod semnificativ proprietățile globinei, care face parte din hemoglobină (capacitatea acesteia de a se lega de O2 scade), iar persoana dezvoltă semne de anemie falciformă.

În unele cazuri, înlocuirea unei baze cu alta poate duce la apariția unuia dintre tripletele nonsens (ATT, ATC, ACC), care nu codifică niciun aminoacid.

Consecința unei astfel de înlocuiri va fi întreruperea sintezei lanțului peptidic. Se estimează că substituțiile de nucleotide într-un triplet duc la formarea de tripleți sinonimi în 25% din cazuri; în 2-3 - tripleți fără sens, în 70-75% - apariția unor mutații genice adevărate.

Prin urmare, Mutațiile de substituție a bazei pot apărea fie ca urmare a modificărilor spontane ale structurii bazei într-una dintre catenele unui dublu helix ADN existent, fie în timpul replicării într-o catenă nou sintetizată.

Dacă aceste modificări nu sunt corectate în timpul procesului de reparare (sau, dimpotrivă, apar în timpul reparației), ele sunt fixate în ambele lanțuri și vor fi apoi reproduse în ciclurile de replicare ulterioare. Prin urmare, o sursă importantă de astfel de mutații este întreruperea proceselor de replicare și reparare.

2. Mutații frameshift. Acest tip de mutație reprezintă o proporție semnificativă a mutațiilor spontane.

Ele apar ca urmare a pierderii sau inserării uneia sau mai multor perechi de nucleotide complementare în secvența de nucleotide ADN. Cele mai multe dintre mutațiile de deplasare a cadrelor studiate se găsesc în secvențe constând din nucleotide identice.

O modificare a numărului de perechi de nucleotide dintr-un lanț de ADN este facilitată de efectele anumitor substanțe chimice, cum ar fi compușii de acridină, asupra materialului genetic.

Prin deformarea structurii dublei helix ADN, acestea conduc la inserarea unor baze suplimentare sau la pierderea acestora în timpul replicării.

Un motiv important pentru modificări ale numărului de perechi de nucleotide dintr-o genă în funcție de tipul de diviziuni mari (pierderi) poate fi iradierea cu raze X. La musca de fructe, de exemplu, există o mutație cunoscută a genei care controlează culoarea ochilor, care este cauzată de iradiere și constă dintr-o diviziune a aproximativ 100 de perechi de nucleotide.

3.21. Efectul pleiotrop al substituirii unui aminoacid în lanțul β al hemoglobinei umane care duce la dezvoltarea anemiei falciforme.

Un număr mare de mutații de tip inserție apar datorită includerii elementelor genetice mobile în secvența de nucleotide - transpozoni. transpozoni - Acestea sunt secvențe de nucleotide destul de lungi încorporate în genomul celulelor eu- și procariote, capabile să-și schimbe spontan poziția (vezi.

secțiune 3.6.4.3). Cu o anumită probabilitate, inserțiile și fisiunile pot apărea ca urmare a erorilor de recombinare în timpul traversării intragenice inegale (Fig. 3.22).

Orez. 3.22. Mutații de schimbare a cadrului (schimb inegal în timpul traversării intragenice):

eu- rupturi ale genelor alelice în diferite zone și schimb de fragmente între ele;

II- pierderea perechilor a 3-a și a 4-a de nucleotide, deplasarea cadrului de citire;

III-dublarea perechilor a 3-a si a 4-a de nucleotide, deplasarea cadrului de citire

3.23. Consecința modificării numărului de perechi de nucleotide dintr-o moleculă de ADN

O schimbare a cadrului de citire ca urmare a inserției unei nucleotide în lanțul codogen duce la o modificare a compoziției peptidei criptate în acesta.

Având în vedere continuitatea citirii și nesuprapunerea codului genetic, o modificare a numărului de nucleotide, de regulă, duce la o schimbare a cadrului de citire și la o schimbare a sensului informațiilor biologice înregistrate într-o anumită secvență de ADN. (Smochin.

3.23). Cu toate acestea, dacă numărul de nucleotide inserate sau pierdute este un multiplu de trei, este posibil să nu aibă loc o schimbare de cadre, dar aceasta va duce la includerea aminoacizilor suplimentari sau la pierderea unora dintre ei din lanțul polipeptidic. O posibilă consecință a deplasării cadrelor este apariția tripleților fără sens, care conduc la sinteza lanțurilor peptidice scurtate.

Mutații cum ar fi inversarea secvențelor de nucleotide într-o genă. Acest tip de mutație apare din cauza rotației unei secțiuni de ADN cu 180°. Aceasta este de obicei precedată de formarea unei bucle de către molecula de ADN, în cadrul căreia replicarea are loc în direcția opusă celei corecte.

În regiunea inversată, citirea informațiilor este perturbată, rezultând o modificare a secvenței de aminoacizi a proteinei.

VEZI MAI MULT:

Variabilitatea mutațională cauzate de apariția mutațiilor. Mutațiile sunt modificări bruște, abrupte ale materialului ereditar care sunt moștenite. Mutațiile sunt caracterizate de o serie de proprietăți:

Variabilitatea mutațională. Metode de clasificare a mutațiilor

apar brusc, spasmodic;

2. modificări ale materialului ereditar apar într-o manieră nedirecționată - orice genă poate muta, ducând la o modificare a oricărei trăsături;

după fenotipul lor pot fi dominante sau recesive;

4. sunt moștenite.

În funcție de nivelul de perturbare a materialului ereditar, mutațiile sunt clasificate în gene, cromozomiale și genomice.

Genetic mutațiile sunt asociate cu modificări ale structurii genelor (structura moleculei de ADN). O încălcare a structurii genei poate fi cauzată de: a) înlocuire, b) inserție, c) pierdere de nucleotide.

Când o nucleotidă este înlocuită într-o moleculă de ADN, un aminoacid din molecula de proteină este înlocuit. Aceasta duce la sinteza proteinelor cu proprietăți modificate. Inserția sau ștergerea unei nucleotide duce la o modificare a întregii secvențe de aminoacizi din molecula proteică.

Mutațiile genetice sunt cauza dezvoltării multor boli metabolice (fenilcetonurie, anemia secerată, albinism).

Cromozomiale mutațiile sunt asociate cu modificări ale structurii cromozomilor. Mutațiile cromozomiale sunt împărțite în intracromozomiale și intercromozomiale. Mutațiile intracromozomiale includ:

a) Deleția - pierderea unei secțiuni a unui cromozom.

Ștergerea porțiunii terminale a unui cromozom are propriul nume - deficiențe. La om, deleția brațului scurt al cromozomului 5 se numește sindromul „strigătul pisicii”.

b) Dublarea - dublarea unei secțiuni de cromozom.

c) Inversare - rotirea unei secțiuni de cromozom cu 180°.

Mutațiile intercromozomiale includ translocarea - transferul unei regiuni cromozomiale la un cromozom neomologul.

ABCDEF- cromozomul original;

ABEF- ștergere;

CDEF— sfidarea;

ABCDDEF- duplicare;

ACBDEF- inversiune;

ABCDEFMN- translocare.

genomic mutațiile sunt asociate cu modificări ale numărului de cromozomi din cariotip.

Genomul este conținutul de material ereditar din setul haploid de cromozomi. A evidentia:

A) poliploidie - aceasta este o creștere a numărului de cromozomi care este un multiplu al setului haploid (3n, 4n, 6n etc.). Poliploidia este împărțită în autopoliploidie și alopoliploidie.

Autopoliploidie- o creștere multiplă a numărului de seturi de cromozomi ale unei specii.

Se găsește pe scară largă în plante și este folosit în reproducere pentru a dezvolta noi soiuri de plante, deoarece poliploidele au mai multe dimensiuni mari, sunt mai rezistente la condițiile de mediu nefavorabile. Poliploidele sunt: ​​secară (soiuri tetraploide), orz, grâu, măr, pere, crizanteme și multe altele.Apariția poliploidelor este asociată cu o încălcare a meiozei. Colchicina mutagenă, care distruge fusul, duce la poliploidie.

Alopoliploidie- o creștere a numărului de seturi de cromozomi a două specii diferite.

Alopoliploidia este folosită pentru a depăși infertilitatea hibrizilor interspecifici (hibridul varză-ridiche).

b) heteroploidie - aceasta este o modificare a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al celui haploid (2n+1 - trisomie, 2n-1 - monosomie). Încălcări ale segregării cromozomilor în timpul meiozei conduc la o modificare a numărului de cromozomi din organism.

- Sindromul Down este trisomia 21;

- sindromul Shereshevsky-Turner - monosomie pe cromozomul X: X0 la o femeie;

- sindromul Klinefelter - trisomia cromozomală sexuală: un cromozom X în plus la bărbați - XXY).

Heteroploidia duce la întreruperea cursului dezvoltare normală organism, modificări ale structurii sale și scăderea vitalității.

Data publicării: 2014-11-19; Citește: 1226 | Încălcarea drepturilor de autor ale paginii

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,001 s)...

Mutaţie(din cuvântul latin „mutatio” - schimbare) este o schimbare persistentă a genotipului care a avut loc sub influența factorilor interni sau externi. Există mutații cromozomiale, genice și genomice.

Care sunt cauzele mutațiilor?

• Condiții de mediu nefavorabile, condiții create experimental. Astfel de mutații se numesc induse.
• Unele procese care au loc într-o celulă vie a unui organism. De exemplu: tulburare de reparare a ADN-ului, replicare ADN, recombinare genetică.

Mutagenii sunt factori care cauzează mutații. Sunt împărțite în:

• Fizic - dezintegrare radioactivă și ultraviolete, temperatură prea ridicată sau prea scăzută.
• Chimice - agenți reducători și oxidanți, alcaloizi, agenți de alchilare, derivați nitro de uree, pesticide, solvenți organici, unele medicamente.
• Biologic - unele virusuri, produse metabolice (metabolism), antigene ale diferitelor microorganisme.

Proprietățile de bază ale mutațiilor

• Transmis prin moștenire.
• Cauzat de o varietate de factori interni și externi.
• Apar spasmodic și brusc, uneori în mod repetat.
• Orice genă poate muta.

Ce sunt ei?

• Mutațiile genomice sunt modificări care se caracterizează prin pierderea sau adăugarea unui cromozom (sau a mai multor) sau a setului haploid complet. Există două tipuri de astfel de mutații - poliploidie și heteroploidie.

Poliploidie este o modificare a numărului de cromozomi care este un multiplu al setului haploid. Extrem de rar la animale. Există două tipuri de poliploidie posibile la om: triploidie și tetraploidie. Copiii născuți cu astfel de mutații trăiesc de obicei nu mai mult de o lună și mor mai des în stadiul de dezvoltare embrionară.

Heteroploidie(sau aneuploidia) este o modificare a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al setului de halogeni. Ca urmare a acestei mutații, indivizii se nasc cu un număr anormal de cromozomi - polisomici și monosomici. Aproximativ 20-30% dintre monosomici mor în primele zile dezvoltare intrauterina. Printre nașteri se numără persoane cu sindrom Shereshevsky-Turner. Mutațiile genomice din lumea vegetală și animală sunt, de asemenea, diverse.

• - acestea sunt modificări care apar atunci când structura cromozomilor este rearanjată. În acest caz, există un transfer, pierdere sau dublare a unei părți din materialul genetic al mai multor cromozomi sau al unuia, precum și o schimbare a orientării segmentelor cromozomiale în cromozomi individuali. În cazuri rare, este posibilă o unire a cromozomilor.

• Mutații genetice. Ca urmare a unor astfel de mutații, apar inserții, deleții sau substituții ale mai multor sau a uneia nucleotide, precum și inversarea sau duplicarea părți diferite gena. Efectele mutațiilor tipului genei sunt variate. Majoritatea sunt recesive, adică nu se manifestă în niciun fel.

Mutațiile sunt, de asemenea, împărțite în somatice și generative

• - în orice celule ale corpului, cu excepția gameților. De exemplu, atunci când o celulă de plantă suferă mutații, din care ar trebui să se dezvolte ulterior un mugur și apoi un lăstar, toate celulele sale vor fi mutante. Deci, pe un tufiș de coacăze roșii poate apărea o ramură cu fructe de pădure negre sau albe.

• Mutațiile generative sunt modificări ale celulelor germinale primare sau ale gameților care s-au format din acestea. Proprietățile lor sunt transmise generației următoare.

În funcție de natura efectului asupra mutațiilor, există:

• Letal - proprietarii unor astfel de schimbări mor fie în timpul etapei, fie la un timp destul de scurt după naștere. Acestea sunt aproape toate mutații genomice.
• Semi-letal (de exemplu, hemofilie) - caracterizat prin deteriorare accentuată funcționarea oricăror sisteme din organism. În cele mai multe cazuri, mutațiile semi-letale duc și la moarte la scurt timp după.
• Mutațiile benefice stau la baza evoluției; duc la apariția trăsăturilor necesare organismului. Odată stabilite, aceste caracteristici pot determina formarea unei noi subspecii sau specii.