Příklady genových mutací. Jak dochází k genové mutaci?

Příčiny mutací

Mutace se dělí na spontánní A indukovaný. Spontánní mutace vznikají spontánně po celý život organismu za normálních podmínek. životní prostředí s frekvencí asi 10 až -9 - 10 až -12 na nukleotid na buněčnou generaci. Indukované mutace jsou dědičné změny v genomu, které vznikají v důsledku určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále během procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími ke vzniku mutací jsou replikace DNA, poruchy opravy DNA a genetická rekombinace.

Vztah mezi mutacemi a replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech vede k mutacím, ke kterým dochází během replikace. Například díky deaminaci cytosinu naproti němu může být uracil zahrnut do řetězce DNA (vytvoří se pár U-G namísto kanonického dvojice C-G). Během replikace DNA je adenin zahrnut do nového řetězce naproti uracilu, který se tvoří pár U-A a při další replikaci je nahrazen dvojicí T-A, to znamená, že dojde k přechodu.

Vztah mezi mutacemi a rekombinací DNA

Z procesů spojených s rekombinací vede nestejné křížení nejčastěji k mutacím. Obvykle se vyskytuje v případech, kdy je na chromozomu několik duplikovaných kopií původního genu, které si zachovaly podobnou nukleotidovou sekvenci. V důsledku nestejného křížení dochází v jednom z rekombinantních chromozomů k duplikaci a ve druhém k deleci.

Vztah mezi mutacemi a opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a vyskytuje se v každé buňce. K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný úsek DNA a na tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození. Mutace, které se vyskytují v genech proteinů odpovědných za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) frekvence mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů reparačního systému excize tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to zase vede k rozvoji xeroderma pigmentosum a maligních nádorů kůže.

Mutageny

Existují faktory, které mohou výrazně zvýšit frekvenci mutací – mutagenní faktory. Tyto zahrnují:

chemické mutageny – látky, které způsobují mutace,
fyzikální mutageny – ionizující záření, včetně přirozeného záření na pozadí, ultrafialová radiace, teplo atd.,
biologické mutageny – například retroviry, retrotranspozony.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií. Möller navrhl dělit mutace podle charakteru změny ve fungování genu na hypomorfní(Změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinový produkt), amorfní(mutace vypadá totální ztráta funkce genu, např. mutace bílý v Drosophila), antimorfní(mutovaný znak se mění, např. barva zrna kukuřice se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

Moderní naučná literatura také používá formálnější klasifikaci založenou na povaze změn ve struktuře jednotlivých genů, chromozomů a genomu jako celku. V rámci této klasifikace se rozlišují následující typy mutací:

genetický
chromozomální
genomický.

Důsledky mutací pro buňky a organismy

Mutace, které narušují buněčnou aktivitu v mnohobuněčném organismu, často vedou k buněčné destrukci (zejména programovaná buněčná smrt - apoptóza). Pokud intra- a extracelulární ochranné mechanismy mutaci nerozpoznají a buňka projde dělením, pak se mutantní gen předá všem potomkům buňky a nejčastěji to vede k tomu, že všechny tyto buňky začnou fungovat jinak.

Role mutací v evoluci

S významnou změnou životních podmínek se mohou ty mutace, které byly dříve škodlivé, ukázat jako užitečné. Mutace jsou tedy materiálem pro přirozený výběr. Melanistické mutanty (tmavě zbarvené jedince) v populacích zavíječe březového (Biston betularia) v Anglii tak vědci poprvé objevili mezi typickými světlými jedinci v polovině 19. století. Tmavé zbarvení vzniká v důsledku mutace v jednom genu. Motýli tráví den na kmenech a větvích stromů, obvykle pokrytých lišejníky, proti kterým působí světlé zbarvení jako maskování. V důsledku průmyslové revoluce, doprovázené znečištěním ovzduší, lišejníky uhynuly a světlé kmeny bříz se zanesly sazemi. Výsledkem je, že do poloviny 20. století (přes 50–100 generací) průmyslové oblasti tmavá morfa téměř úplně nahradila světlou. Ukázalo se, že hlavním důvodem preferenčního přežití černé formy byla predace ptáků, kteří selektivně jedli světle zbarvené motýly ve znečištěných oblastech.

Pokud mutace postihuje „tiché“ úseky DNA nebo vede k nahrazení jednoho prvku genetického kódu synonymním, pak se většinou neprojeví ve fenotypu (projev takové synonymní substituce může být spojen s různé frekvence použití kodonů). Takové mutace však mohou být detekovány pomocí metod genové analýzy. Jelikož k mutacím nejčastěji dochází v důsledku přirozených příčin, za předpokladu, že se nezměnily základní vlastnosti vnějšího prostředí, ukazuje se, že frekvence mutací by měla být přibližně konstantní. Této skutečnosti lze využít ke studiu fylogeneze – ke studiu původu a vztahů různých taxonů, včetně člověka. Mutace v tichých genech tedy slouží výzkumníkům jako jakési „molekulární hodiny“. Teorie „molekulárních hodin“ také vychází ze skutečnosti, že většina mutací je neutrálních a rychlost jejich akumulace v daném genu nezávisí nebo jen slabě závisí na akci. přírodní výběr a proto zůstává konstantní po dlouhou dobu. Tato rychlost se však bude u různých genů lišit.

Studium mutací v mitochondriální DNA (zděděné po mateřské linii) a v chromozomech Y (zděděné po otcovské linii) je široce využíváno v evoluční biologii ke studiu původu ras a národností a k rekonstrukci biologického vývoje lidstva.

Problém náhodných mutací

Ve 40. letech byl mezi mikrobiology populární názor, že mutace jsou způsobeny vystavením environmentálnímu faktoru (například antibiotiku), kterému umožňují adaptaci. Pro ověření této hypotézy byly vyvinuty fluktuační test a metoda repliky.
Luria-Delbrückův fluktuační test spočívá v rozptýlení malých částí původní bakteriální kultury do zkumavek s kapalným médiem a po několika cyklech dělení se do zkumavek přidá antibiotikum. Poté (bez následného dělení) se přežívající bakterie odolné vůči antibiotikům naočkují na Petriho misky s pevným médiem. Test ukázal. že počet rezistentních kolonií z různých zkumavek je velmi variabilní - ve většině případů je malý (nebo nulový) a v některých případech je velmi vysoký. To znamená, že vznikly mutace, které způsobují rezistenci na antibiotika náhodné okamžikyčas před a po expozici.
Metoda repliky (v mikrobiologii) spočívá v tom, že z původní Petriho misky, kde kolonie bakterií rostou na pevném médiu, se udělá otisk na vlněnou tkaninu a poté se bakterie přenesou z tkáně do několika dalších misek, kde se vzor jejich umístění se ukazuje být stejné jako na původním poháru. Po expozici antibiotiku přežívají kolonie umístěné na stejných místech na všech miskách. Nanesením takových kolonií na nové plotny lze prokázat, že všechny bakterie v kolonii jsou odolné.
Obě metody tedy prokázaly, že „adaptivní“ mutace vznikají bez ohledu na vliv faktoru, kterému umožňují adaptaci, a v tomto smyslu jsou mutace náhodné. Není však pochyb o tom, že možnost určitých mutací závisí na genotypu a je kanalizována předchozím průběhem evoluce (viz Zákon homologických řad v dědičné variabilitě). Navíc frekvence mutací různých genů a různých oblastí v rámci jednoho genu se přirozeně liší. To je také známo vyšší organismy používat „cílené“ (tj. vyskytující se v určitých částech DNA) mutace v imunitních mechanismech. S jejich pomocí se vytváří různé klony lymfocytů, mezi nimiž se v důsledku vždy najdou buňky schopné dát imunitní odpověď na nové tělu neznámé onemocnění. Vhodné lymfocyty podléhají pozitivní selekci, která vede k imunologické paměti.

viz také

Odkazy

Inge-Vechtomov S.V. Genetika se základy selekce. M., Vyšší škola, 1989.

Poznámky

Evoluční biologie
Mechanismy a procesy	Adaptace Speciace Genetický drift Přírodní výběr Dědičnost Variabilita Mikroevoluce Makroevoluce Mutace Přenos genů
Vznik života	Chemická evoluce Hypotéza světa RNA Biologická evoluce
Historie evoluční výuky	Geoffreyismus Brocismus Darwinismus Lamarckismus Pangeneze Ortogeneze Autogeneze Nomogeneze Saltationismus Katastrofismus Neokatastrofismus
Moderní koncepty	Syntetická teorie evoluce Teorie přerušované rovnováhy Neutrální teorie molekulární evoluce Epigenetická teorie evoluce Ekosystémová teorie evoluce
Člověk	Antropogeneze

Nadace Wikimedia. 2010.

Předchozí123456789Další

Všechny mutace spojené se změnami v počtu a struktuře chromozomů lze rozdělit do tří skupin:

chromozomální aberace způsobené změnami ve struktuře chromozomů,
genomové mutace způsobené změnami v počtu chromozomů,
Mixoploidie je mutace způsobená přítomností buněčných klonů s různými sadami chromozomů.

Chromozomální aberace. Chromozomální aberace (chromozomální mutace) jsou změny ve struktuře chromozomů. Jsou zpravidla důsledkem nestejného křížení během meiózy. Chromozomové aberace jsou také výsledkem zlomů chromozomů způsobených ionizujícím zářením, určitými chemickými mutageny, viry a dalšími mutagenními faktory. Chromozomální aberace mohou být nevyvážené nebo vyvážené.

Nevyvážené mutace mají za následek ztrátu nebo zisk genetického materiálu a změny v počtu genů nebo jejich aktivitě. To vede ke změně fenotypu.

Chromozomální přestavby, které nevedou ke změnám genů nebo jejich aktivity a nemění fenotyp, se nazývají vyvážené. Chromozomální aberace však narušuje konjugaci a křížení chromozomů během meiózy, což má za následek gamety s nevyváženými chromozomálními mutacemi. Nositelé vyvážených chromozomálních aberací mohou trpět neplodností, vysokou frekvencí spontánních potratů a vysokým rizikem mít děti s chromozomálními chorobami.

Rozlišují se následující typy chromozomálních mutací:

1. Delece nebo nedostatek je ztráta části chromozomu.

2. Duplikace – zdvojení úseku chromozomu.

3. Inverze - otočení úseku chromozomu o 1800 (v jednom z úseků chromozomu jsou geny umístěny v opačném pořadí než normální). Pokud se v důsledku inverze nezmění množství chromozomálního materiálu a nedojde k efektu polohy, pak jsou jedinci fenotypově zdraví. Pericentrická inverze chromozomu 9 je běžná a nevede ke změně fenotypu. Při jiných inverzích může dojít k narušení konjugace a křížení, což vede ke zlomům chromozomů a tvorbě nevyvážených gamet.

4. Prstencový chromozom – nastává při ztrátě dvou telomerických fragmentů. Lepivé konce chromozomu se spojí a vytvoří prstenec.

Tato mutace může být vyvážená nebo nevyvážená (v závislosti na množství ztraceného chromozomálního materiálu).

5. Izochromozomy – ztráta jednoho raménka chromozomu a duplikace druhého. V důsledku toho se vytvoří metacentrický chromozom, který má dvě identická ramena. Nejběžnější izochromozom na dlouhém rameni chromozomu X. Zaznamená se karyotyp: 46,Х,i(Xq). Isochromozom X je pozorován u 15% všech případů syndromu Shereshevsky-Turner.

6. Translokace - přenos úseku chromozomu na nehomologní chromozom, do jiné vazebné skupiny. Existuje několik typů translokací:

a) Reciproké translokace - vzájemná výměna úseků mezi dvěma nehomologickými chromozomy.

V populacích je frekvence recipročních translokací 1:500. Z neznámých důvodů je častější reciproční translokace zahrnující dlouhá ramena chromozomů 11 a 22. Nositelé vyvážených recipročních translokací často zažívají spontánní potraty nebo narození dětí s mnohočetnými vrozenými vývojovými vadami. Genetické riziko u nositelů takových translokací se pohybuje od 1 do 10 %.

b) Nereciproké translokace (transpozice) - pohyb úseku chromozomu buď v rámci stejného chromozomu nebo na jiný chromozom bez vzájemné výměny.

PROTI) Zvláštní pohled translokace - Robertsonovy translokace (neboli centrické fúze).

Je pozorován mezi libovolnými dvěma akrocentrickými chromozomy ze skupiny D (13, 14 a 15 párů) a G (21 a 22 párů). Při centrické fúzi dva homologní nebo nehomologní chromozomy ztratí svá krátká ramena a jednu centromeru a dlouhá ramena se spojí. Místo dvou chromozomů vzniká jeden, obsahující genetický materiál dlouhých ramen dvou chromozomů. Nositelé Robertsonových translokací jsou tedy zdraví, ale mají zvýšenou frekvenci spontánních potratů a vysoké riziko, že budou mít děti s chromozomálním onemocněním. Frekvence Robertsonových translokací v populaci je 1:1000.

Někdy je jeden z rodičů nositelem vyvážené translokace, při které dochází k centrické fúzi dvou homologních chromozomů skupiny D nebo G. U takových lidí se tvoří dva typy gamet. Například během translokace se tvoří gamety 21q21q:

2) 0 - tzn. gameta bez chromozomu 21

Po oplodnění normální gametou vznikají dva typy zygot: 1)21, 21q21q - translokační forma Downova syndromu, 2)21,0 - monosomie 21 chromozom, letální mutace. Pravděpodobnost nemocného dítěte je 100%.

Р 21q21q x 21,21

zdravý nosič je normální

vyrovnaný

Gamety 21/21; 0 21

F1 21,21q21q 21,0

Downův syndrom smrtelný

7. Centrická separace je opačným jevem centrické fúze. Jeden chromozom je rozdělen na dva.

Delece a duplikace mění počet genů v organismu. Inverze, translokace a transpozice mění umístění genů na chromozomech.

9. Marker chromozom je další chromozom (nebo spíše fragment chromozomu s centromerou). Obvykle to vypadá jako velmi krátký akrocentrický chromozom, méně často - prstencový. Pokud markerový chromozom obsahuje pouze heterochromatin, pak se fenotyp nemění. Pokud obsahuje euchromatin (exprimované geny), pak je to spojeno s rozvojem chromozomálního onemocnění (podobně jako duplikace jakékoli části chromozomu).

Význam chromozomálních mutací v evoluci. Velkou roli v evoluci hrají chromozomální mutace. V procesu evoluce dochází k aktivnímu přeskupení chromozomové sady prostřednictvím inverzí, Robertsonových translokací a dalších. Čím dále jsou organismy od sebe, tím odlišnější je jejich sada chromozomů.

Genomické mutace. Genomické mutace jsou změny v počtu chromozomů. Existují dva typy genomových mutací:

1) polyploidie,

2) heteroploidie (aneuploidie).

Polyploidie– zvýšení počtu chromozomů o množství, které je násobkem haploidní sady (3n, 4n...). U lidí byla popsána triploidie (3n=69 chromozomů) a tetraploidie (4n=92 chromozomů).

Možné důvody vzniku polyploidie.

1) Polyploidie může být důsledkem nedisjunkce všech chromozomů při meióze u jednoho z rodičů V důsledku toho vzniká diploid sexuální buňka(2n). Po oplodnění normální gametou vznikne triploid (3n).

2) Oplodnění vajíčka dvěma spermiemi (dispermie).

3) Je také možné, aby se diploidní zygota spojila s vodícím tělesem, což vede ke vzniku triploidní zygoty

4) Může být pozorována somatická mutace - nedisjunkce všech chromozomů při dělení embryonálních buněk (mitotická porucha). To vede ke vzniku tetraploidu (4 n) - úplné nebo mozaikové formy.

Triploidie (obr.___) je běžná příčina spontánní potraty. U novorozenců je to extrémně vzácný jev. Většina triploidů umírá brzy po narození.

Triploidi, kteří mají dvě sady chromozomů otce a jednu sadu chromozomů matky, zpravidla tvoří hydatidiformní krtek. Jedná se o embryo, ve kterém se tvoří extraembryonální orgány (chorion, placenta, amnion) a embryoblast se prakticky nevyvíjí. Hydatidiformní moly jsou potraceny a je možný vznik maligního nádoru chorionu - choriokarcinomu. Ve vzácných případech se vytvoří embryoblast a těhotenství končí narozením neživotaschopného triploida s mnohočetnými vrozenými vývojovými vadami. Charakteristický je v takových případech nárůst hmoty placenty a cystická degenerace choriových klků.

U triploidů, které mají dvě sady chromozomů matky a jednu sadu chromozomů otce, se vyvíjí převážně embryoblast. Vývoj extraembryonálních orgánů je narušen. Proto jsou takoví triploidi předčasně potraceni.

Na příkladu triploidů jsou sledovány různé funkční aktivity otcovského a mateřského genomu embryonální období rozvoj. Tento jev se nazývá genomický imprinting. Obecně je třeba poznamenat, že pro normální lidský embryonální vývoj je genom matky a genom otce naprosto nezbytný. Partenogenetický vývoj člověka (a jiných savců) je nemožný.

Tetraploidie (4n) je u lidí extrémně vzácný jev. Nachází se hlavně v materiálech ze samovolných potratů.

Heteroploidie (nebo aneuploidie) - zvýšení nebo snížení počtu chromozomů o 1,2 nebo více. Typy heteroploidie: monosomie, nulisomie, polysomie (tri-, tetra-, pentasomie).

a) Monozomie - absence jednoho chromozomu (2n-1)

b) Nulisomie - absence jednoho páru chromozomů (2n-2)

c) Trizomie – jeden chromozom navíc (2n+1)

d) Tetrasomie - dva chromozomy navíc (2n+2)

e) Pentasomie – tři chromozomy navíc (2n+3)

Předchozí123456789Další

Chromozomální mutace, jejich klasifikace: delece, duplikace, inverze, translokace. Příčiny a mechanismy vzniku. Význam ve vývoji lidských patologických stavů.

Změny ve struktuře chromozomu jsou zpravidla založeny na počátečním porušení jeho integrity - zlomech, které jsou doprovázeny různými přestavbami tzv. chromozomální mutace.

K zlomům chromozomů dochází přirozeně při křížení, kdy jsou doprovázeny výměnou odpovídajících úseků mezi homology.

Narušení crossing-over, při kterém si chromozomy vyměňují nestejný genetický materiál, vede ke vzniku nových vazebných skupin, kde jednotlivé úseky odpadávají - divize - nebo dvojité - duplikace. S takovými přeuspořádáními se mění počet genů ve vazebné skupině.

K zlomům chromozomů může dojít také pod vlivem různých mutagenních faktorů, zejména fyzikálních (ionizující a jiné typy záření), určitých chemických sloučenin a virů.

Porušení integrity chromozomu může být doprovázeno otočením jeho části umístěné mezi dvěma zlomy o 180° - inverze. V závislosti na tom, zda daná oblast zahrnuje oblast centromery nebo ne, rozlišují pericentrický A paracentrické inverze.

Fragment chromozomu oddělený od něj během zlomu může být buňkou ztracen během další mitózy, pokud nemá centromeru.

Častěji je takový fragment připojen k jednomu z chromozomů - translokace. Je možné připojit fragment k vlastnímu chromozomu, ale na novém místě - transpozice. Tím pádem, různé druhy inverze a translokace jsou charakterizovány změnami v lokalizaci genů.

Změny v chromozomální organizaci, které mají nejčastěji nepříznivý vliv na životaschopnost buňky a organismu, tedy s určitou pravděpodobností mohou být slibné, dědičné v řadě generací buněk a organismů a vytvářejí předpoklady pro evoluci chromozomální organizace dědičného materiálu.

Genomové mutace, příčiny a mechanismy jejich vzniku.

Klasifikace a význam. Antimutační mechanismy.

Genomické mutace zahrnují haploidii, polyploidii a aneuploidii.

Aneuploidie je změna počtu jednotlivých chromozomů - absence (monozomie) nebo přítomnost dalších (trisomie, tetrasomie, obecně polysomie) chromozomů, tzn.

nevyvážená sada chromozomů. Buňky se změněným počtem chromozomů se objevují v důsledku poruch v procesu mitózy nebo meiózy, a proto rozlišují mitotické a meiotické.

Příčiny mutací

Mutace dělíme na spontánní a indukované. Spontánní mutace se vyskytují spontánně po celý život organismu za normálních podmínek prostředí s frekvencí přibližně jednoho nukleotidu na buněčnou generaci.

Indukované mutace jsou dědičné změny v genomu, které vznikají v důsledku určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále během procesů probíhajících v živé buňce.

Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, poruchy opravy DNA a genetická rekombinace.

Vztah mezi mutacemi a replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech vede k mutacím, ke kterým dochází během replikace.

Například díky deaminaci cytosinu naproti němu může být uracil zahrnut do řetězce DNA (namísto kanonického páru C-G vzniká U-G pár). Při replikaci DNA naproti uracilu je do nového řetězce zařazen adenin, vzniká U-A pár a při další replikaci je nahrazen párem T-A, tedy dochází k přechodu (bodové nahrazení pyrimidinu jiným pyrimidinem resp. purin s jiným purinem).

Vztah mezi mutacemi a rekombinací DNA

Z procesů spojených s rekombinací vede nestejné křížení nejčastěji k mutacím.

Obvykle se vyskytuje v případech, kdy je na chromozomu několik duplikovaných kopií původního genu, které si zachovaly podobnou nukleotidovou sekvenci. V důsledku nestejného křížení dochází v jednom z rekombinantních chromozomů k duplikaci a ve druhém k deleci.

Vztah mezi mutacemi a opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a vyskytuje se v každé buňce.

K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný úsek DNA a na tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození.

Mutace, které se vyskytují v genech kódujících proteiny odpovědné za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) frekvence mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů reparačního systému excize tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to zase vede k rozvoji xeroderma pigmentosum a maligních nádorů kůže.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií.

Möller navrhl dělit mutace podle povahy změny ve fungování genu na hypomorfní (změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinového produktu), amorfní (mutace vypadá jako úplná ztráta funkce genu, například bílá mutace u Drosophila ), antimorfní (mutovaný znak se změní, například barva zrna kukuřice se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

Moderní naučná literatura také používá formálnější klasifikaci založenou na povaze změn ve struktuře jednotlivých genů, chromozomů a genomu jako celku.

V rámci této klasifikace se rozlišují následující typy mutací:

genomický;

chromozomální;

genetický:

Genomický: - polyploidizace změna v počtu chromozomů, která není násobkem haploidní sady.

Podle původu sad chromozomů mezi polyploidy se rozlišují allopolyploidy, které mají sady chromozomů získané hybridizací z odlišné typy a autopolyploidy, u kterých dochází ke zvýšení počtu chromozomových sad jejich vlastního genomu

S chromozomálními Mutace způsobují velké přestavby ve struktuře jednotlivých chromozomů.

Mutační variabilita. Klasifikace mutací

V tomto případě dochází ke ztrátě (deleci) nebo zdvojení části genetického materiálu jednoho nebo více chromozomů, změně orientace chromozomových segmentů v jednotlivých chromozomech (inverze), jakož i k přenosu části genetického materiálu. materiál z jednoho chromozomu na druhý (translokace) ( extrémní případ- spojení celých chromozomů.

Na genúroveň změny primární struktura DNA geny pod vlivem mutací jsou méně významné než u chromozomálních mutací, ale genové mutace jsou častější.

Jako výsledek genové mutace dochází k substitucím, delecím a inzercím jednoho nebo více nukleotidů, translokacím, duplikacím a inverzím různé části gen. V případě, že se mutací změní pouze jeden nukleotid, hovoří se o bodových mutacích

Antimutační mechanismy poskytují detekci, eliminaci nebo potlačení aktivity onkogenu. Antimutační mechanismy jsou realizovány za účasti nádorových supresorů a reparačních systémů DNA.

Člověk jako objekt genetického výzkumu.

Cytogenetická metoda; jeho význam pro diagnostiku chromozomálních syndromů. Pravidla pro sestavování idiogramů zdravých lidí. Idiogramy pro chromozomální syndromy (autozomální a gonozomální).

Člověk jako objekt genetického výzkumu je komplexní:

Hybridologická metoda nemůže být přijata.
Pomalá generační obměna.
Malý počet dětí.
Velké množství chromozomů

Cytigenetická metoda (založená na studiu karyotypu).

Karyotyp je studován na metafázových plotnách v kultuře krevních lymfatických uzlin. Metoda umožňuje diagnostikovat chromozomální onemocnění, která se objevují v důsledku genomických a chromozomálních mutací.

Cytologická kontrola je nezbytná pro diagnostiku chromozomálních onemocnění spojených s ansuploidií a chromozomálními mutacemi. Nejčastěji se jedná o Downovu chorobu (trizomie na 21. chromozomu), Klinefelterův syndrom (47 XXY), Shershevsky-Turnerův syndrom (45 XX) aj.

Ztráta úseku jednoho z homologních chromozomů 21. páru vede k onemocnění krve – chronické myeloidní leukémii.

Cytologické studie interfázních jader somatických buněk mohou detekovat tzv. Barryho tělísko, neboli pohlavní chromatin.

Ukázalo se, že pohlavní chromatin je normálně přítomen u žen a chybí u mužů. Je výsledkem heterochromatizace jednoho ze dvou X chromozomů u žen. Díky znalosti této funkce je možné identifikovat pohlaví a detekovat abnormální počet X chromozomů.

Odhalení mnoha dědičných onemocnění je možné ještě před narozením dítěte.

Metoda prenatální diagnostiky spočívá v odběru plodové vody, kde se nacházejí buňky plodu, a následném biochemickém a cytologickém stanovení případných dědičných anomálií. To umožňuje stanovit diagnózu raná stadia těhotenství a rozhodnout se, zda v něm pokračovat nebo jej ukončit

Biochemická metoda pro studium lidské genetiky; jeho význam pro diagnostiku dědičných metabolických onemocnění. Úloha transkripčních, posttranskripčních a posttranslačních modifikací v regulaci buněčného metabolismu.

Hledat přednášky

Klasifikace mutací. Jejich vlastnosti.

Dědičné změny v genetickém materiálu se dnes nazývají mutace. Mutace- náhlé změny v genetickém materiálu, vedoucí ke změnám určitých vlastností organismů.

Mutace podle místa původu:

Generativní- vznikl v zárodečných buňkách . Neovlivňují příznaky daného organismu, ale objeví se až v další generaci.

somatické - vznikající v somatických buňkách . Tyto mutace se objevují v daném organismu a nepřenášejí se na potomstvo během pohlavního rozmnožování ( Černá skvrna na pozadí hnědé barvy vlny u astrachaňských ovcí).

Mutace podle adaptivní hodnoty:

Užitečný- zvýšení životaschopnosti jednotlivců.

Škodlivý:

smrtící- způsobit smrt jednotlivců;

pololetální- snížení životaschopnosti jedince (u mužů recesivní gen hemofilie je semiletální a homozygotní ženy nejsou životaschopné).

neutrální - neovlivňuje životaschopnost jednotlivců.

Tato klasifikace je velmi podmíněná, protože stejná mutace může být za určitých podmínek prospěšná a za jiných škodlivá.

Mutace podle povahy projevu:

dominantní, které mohou majitele těchto mutací učinit neživotaschopnými a způsobit jejich smrt v raných fázích ontogeneze (pokud jsou mutace škodlivé);

recesivní- mutace, které se nevyskytují u heterozygotů, proto dlouho zůstávají v populaci a tvoří rezervu dědičná variabilita(při změně podmínek prostředí mohou nositelé takových mutací získat výhodu v boji o existenci).

Mutace podle stupně fenotypové manifestace:

velký- jasně viditelné mutace, které výrazně mění fenotyp (dvojité květy);

malý- mutace, které prakticky nedávají fenotypové projevy (mírné prodloužení ušních boltců).

Mutace, které mění stav genu:

rovný- přechod genu z divokého typu do nového stavu;

zvrátit- přechod genu z mutantního stavu do divokého typu.

Mutace podle povahy jejich vzhledu:

spontánní- mutace, které vznikly přirozeně pod vlivem faktorů prostředí;

indukovaný- mutace uměle způsobené působením mutagenních faktorů.

Mutace podle povahy změny genotypu:

Gen – mutace, které se projevují ve změnách struktury jednotlivých úseků DNA

2. Chromozomální - mutace charakterizované změnami ve struktuře jednotlivých chromozomů.

3. Genomické - mutace charakterizované změnou počtu chromozomů

Mutace podle místa jejich projevu:

1. Jaderná

A. Chromozomální

b. Bod – Gennaya mutace, což je náhrada (v důsledku přechodu nebo transverze), inzerce nebo ztráta jednoho nukleotidu.

Genomický

2. Cytoplazmatický – mutace spojené s mutace nejaderné geny lokalizované v mitochondriální DNA a plastidové DNA – chloroplastech.

Genové mutace, mechanismy vzniku. Koncept genových chorob.

Genové mutace vznikají v důsledku chyb v replikaci, rekombinaci a opravě genového materiálu.

Objevují se náhle; jsou dědičné, nesměrové; Jakýkoli genový lokus může mutovat, což způsobuje změny v malých i vitálních funkcích; stejné mutace se mohou vyskytovat opakovaně.

Nejčastěji se genové mutace vyskytují v důsledku:

1. nahrazení jednoho nebo více nukleotidů jinými;

2. inzerce nukleotidů;

3. ztráta nukleotidů;

4. duplikace nukleotidů;

5. změny v pořadí střídání nukleotidů.

Typy genových mutací:

Bod – ztráta, vložení, nahrazení nukleotidu;

2. Dynamická mutace - zvýšení počtu opakujících se tripletů v genu (Friedreichova ataxie);

3. Duplikace – zdvojení fragmentů DNA;

4. Inverze – rotace fragmentu DNA o velikosti 2 nukleotidů;

5. Inzerce - pohyb fragmentů DNA;

6. Smrtelná mutace – vede ke smrti

Missense mutace - vzniká kodon odpovídající jiné aminokyselině (srpkovitá anémie);

8. Nonsense mutace – mutace s nukleotidovou náhradou v kódující části genu, vedoucí k vytvoření stop kodonu;

9. Regulační mutace – Změny v 5′ nebo 3′ netranslatovaných oblastech genu narušují jeho expresi;

10. Sestřihové mutace jsou bodové substituce nukleotidů na hranici exon-intron a sestřih je blokován.

Genová onemocnění jsou onemocnění, která vznikají v důsledku genových mutací.

MUTACE A JEJICH KLASIFIKACE

Například srpkovitá anémie, str. splenomegalie,

Chromozomální mutace

Chromozomální mutace- mutace, způsobující změnu struktury chromozomů (příručka 23)

1. Intrachromozomální mutace:

A. Smazání (del-)- ztráta části chromozomu (АВСD ® AB);

b. Inverze (inv)- otočení úseku chromozomu o 180˚ (ABCD ® ACBD)

pericentrický – mezera v ramenech q a p;
Paracentrická – mezera v jednom rameni;

zdvojení(dup+) - zdvojení stejného úseku chromozomu; (ABCD® ABBCCD);

d. izochromozom (i) – spojení ramen pp a qq

E. Prstencový chromozom (r)– ztráta telomer a uzavření chromozomů do jednoho kruhu.

2. Interchromozomální mutace:

translokace(t) - Přenos části nebo celého chromozomu na jiný (homologní nebo nehomologní)

Reciproční (vyvážené) – vzájemná výměna úseků mezi dvěma nehomologickými chromozomy;

2. Nereciproční (nevyvážené) – pohyb části chromozomu buď v rámci stejného chromozomu nebo na jiný chromozom;

3. Robertson (robot) – centrická fúze q ramen dvou akrocentrických chromozomů.

Genomické mutace.

Genomický mutace se nazývají mutace, jejichž výsledkem je změna počtu chromozomů v buňce.

Genomické mutace vznikají v důsledku poruch mitózy nebo meiózy, což vede buď k nerovnoměrné divergenci chromozomů k pólům buňky, nebo ke zdvojení chromozomů, ale bez dělení cytoplazmy.

V závislosti na povaze změny v počtu chromozomů existují:

1. Haploidie- snížení počtu úplných haploidních sad chromozomů.

Polyploidie- zvýšení počtu kompletních haploidních sad chromozomů. Polyploidie je častěji pozorována u prvoků a rostlin. Podle počtu haploidních sad chromozomů obsažených v buňkách se rozlišují: triploidy (3n), tetraploidy (4n) atd. Oni mohou být:

autopolyploidy- polyploidy vzniklé zmnožením genomů jednoho druhu;
allopolyploidy- polyploidy vzniklé zmnožením genomů různých druhů (typické pro mezidruhové hybridy).

Heteroploidie (aneuploidie) - mnohonásobné zvýšení nebo snížení počtu chromozomů. Nejčastěji dochází ke snížení nebo zvýšení počtu chromozomů o jeden (méně často dva a více). V důsledku nedisjunkce žádného páru homologních chromozomů v meióze obsahuje jedna z výsledných gamet o jeden chromozom méně a druhá o jeden více. Fúze takových gamet s normální haploidní gametou při oplození vede ke vzniku zygoty s menším nebo větším počtem chromozomů ve srovnání s diploidním souborem charakteristickým pro daný druh.

Mezi aneuploidy patří:

trisomika- organismy se sadou chromozomů 2n+1;
monosomiky- organismy se sadou chromozomů 2n -1;
nullosomika- organismy se sadou chromozomů 2n–2.

Například Downův syndrom u lidí se vyskytuje v důsledku trizomie na 21. páru chromozomů.

Mutační variabilita. Klasifikace mutací. Somatické a generativní mutace. Pojem chromozomálních a genových onemocnění.

Mutace je spontánní změna genetického materiálu. Mutace se vyskytují pod vlivem mutagenních faktorů:
A) fyzikální (záření, teplota, elektromagnetická radiace);
B) chemikálie (látky, které způsobují otravu organismu: alkohol, nikotin, kolchicin, formaldehyd);
B) biologické (viry, bakterie).
Existuje několik klasifikací mutací.

Klasifikace 1.
Mutace mohou být prospěšné, škodlivé nebo neutrální. Prospěšné mutace: mutace, které vedou ke zvýšené odolnosti organismu (odolnost švábů vůči pesticidům). Škodlivé mutace: hluchota, barvoslepost. Neutrální mutace: mutace neovlivňují životaschopnost organismu (barva očí, krevní skupina).

Klasifikace 2.
Mutace jsou somatické a generativní. Somatické (nejčastěji se nedědí) se vyskytují v somatických buňkách a postihují pouze část těla. Budou zděděny následujícími generacemi během vegetativního množení. Generativní (jsou zděděny, protože

vyskytují se v zárodečných buňkách): Tyto mutace se vyskytují v zárodečných buňkách. Generativní mutace se dělí na jaderné a mimojaderné (neboli mitochondriální).
Klasifikace 3.
Podle povahy změn v genotypu se mutace dělí na genové, chromozomální a genomické.
Genové mutace (bodové mutace) vznikají v důsledku ztráty nukleotidu, vložení nukleotidu nebo nahrazení jednoho nukleotidu jiným.

Tyto mutace mohou vést k genové choroby: barvoslepost, hemofilie. Genové mutace tedy vedou ke vzniku nových vlastností.

22. Mutační variabilita. Klasifikace mutací. Pojem chromozomálních a genových onemocnění.

Chromozomální mutace jsou spojeny se změnami ve struktuře chromozomů. Může nastat delece – ztráta úseku chromozomu, duplikace – zdvojení úseku chromozomu, inverze – otočení úseku chromozomu o 1800, translokace – přesun části nebo celého chromozomu na jiný chromozom. Důvodem může být prasknutí chromatid a jejich obnova v nových kombinacích.
Genomické mutace vedou ke změnám v počtu chromozomů. Rozlišuje se mezi aneuploidií a polyploidií. Aneuploidie je spojena se změnou počtu chromozomů o několik chromozomů (1, 2, 3):
A) monosomie obecný vzorec 2n-1 (45, X0), onemocnění – Shereshevsky-Turnerův syndrom.

B) trizomie obecného vzorce 2n+1 (47, XXX nebo 47, XXX) onemocnění - Klinefeltrův syndrom.
B) polysomie
Polyploidie je změna v počtu chromozomů, která je násobkem haploidní sady (například: 3n 69).
Organismy mohou být autoploidní (stejné chromozomy) nebo aloploidní (různé sady chromozomů).

Na chromozomální zahrnují onemocnění způsobená genomovými mutacemi nebo strukturálními změnami v jednotlivých chromozomech.

Chromozomální onemocnění vznikají v důsledku mutací v zárodečných buňkách jednoho z rodičů. Z generace na generaci se jich nepředává více než 3–5 %. Chromozomální abnormality tvoří přibližně 50 % spontánních potratů a 7 % všech mrtvě narozených dětí.

Všechna chromozomální onemocnění se obvykle dělí do dvou skupin: abnormality v počtu chromozomů a poruchy ve struktuře chromozomů.

Abnormality počtu chromozomů

Nemoci způsobené porušením počtu autozomů (nepohlavních) chromozomů

Downův syndrom - trizomie na 21. chromozomu, příznaky zahrnují: demenci, růstovou retardaci, charakteristický vzhled, změny dermatoglyfů;

Patauův syndrom - trizomie na 13. chromozomu, charakterizovaná mnohočetnými malformacemi, idiocie, často - polydaktylie, strukturální abnormality pohlavních orgánů, hluchota; téměř všichni pacienti se nedožijí jednoho roku;

Edwardsův syndrom – trizomie 18, spodní čelist a ústní otvor je malý, oční štěrbiny jsou úzké a krátké, uši deformovaný; 60 % dětí umírá do 3 měsíců věku, pouze 10 % přežije jeden rok, hlavní příčinou je zástava dechu a narušení činnosti srdce.

Nemoci spojené s porušením počtu pohlavních chromozomů

Shereshevsky-Turnerův syndrom - nepřítomnost jednoho chromozomu X u žen (45 XO) v důsledku porušení divergence pohlavních chromozomů; příznaky zahrnují malý vzrůst, sexuální infantilismus a neplodnost, různé somatické poruchy (mikrognatie, krátký krk atd.);

polysomie na X chromozomu - zahrnuje trizomii (karyota 47, XXX), tetrasomii (48, XXXX), pentasomii (49, XXXXX), dochází k mírnému poklesu inteligence, zvýšené pravděpodobnosti rozvoje psychózy a schizofrenie s nepříznivým typem v. chod;

Polysomie Y-chromozomu - jako polysomie X-chromozomu, zahrnuje trizomii (karyota 47, XYY), tetrasomii (48, XYYY), pentasomii (49, XYYYY), klinické projevy jsou také podobné polysomii X-chromozomu;

Klinefelterův syndrom - polysomie na X- a Y-chromozomech u chlapců (47, XXY; 48, XXYY atd.), příznaky: eunuchoidní typ stavby, gynekomastie, špatný růst chloupků na obličeji, podpaží a na pubis, sexuální infantilismus, neplodnost; duševní vývoj zaostává, ale někdy je inteligence normální.

Nemoci způsobené polyploidií

triploidie, tetraploidie atd.

d.; důvodem je narušení procesu meiózy v důsledku mutace, v důsledku čehož dceřiná pohlavní buňka dostává místo haploidu (23) diploidní (46) sadu chromozomů, tedy 69 chromozomů (u mužů je karyotyp 69, XYY, u žen - 69, XXX); téměř vždy smrtelné před narozením.

Poruchy struktury chromozomů

Hlavní článek: Chromozomální přeuspořádání

Translokace jsou výměnné přestavby mezi nehomologními chromozomy.

Delece jsou ztrátou části chromozomu.

Například syndrom "plač kočky" je spojen s delecí krátké rameno 5. chromozom. Jejím znakem je neobvyklý dětský pláč, připomínající mňoukání či pláč kočky. To je způsobeno patologií hrtanu nebo hlasivek.

Nejtypičtější, kromě „kočičího pláče“, je duševní a tělesná nevyvinutost, mikrocefalie (abnormálně malá hlava).

Inverze jsou rotace části chromozomu o 180 stupňů.

Duplikace jsou zdvojení části chromozomu.

Izochromozomie - chromozomy s opakovaným genetickým materiálem v obou ramenech.

Vzhled kruhových chromozomů je spojením dvou terminálních delecí v obou ramenech chromozomu

Genová onemocnění- Tento velká skupina onemocnění vyplývající z poškození DNA na úrovni genů.

Termín se používá ve vztahu k monogenním onemocněním, na rozdíl od širší skupiny - Dědičná onemocnění

Dědičná onemocnění jsou onemocnění, jejichž výskyt a rozvoj je spojen s defekty v programovém aparátu buněk, zděděnými gametami.

Příčina nemocí

V jádru dědičné choroby Dochází k porušení (mutace) dědičné informace – chromozomální, genové a mitochondriální.

Odtud klasifikace dědičných chorob

Předchozí12345678910111213141516Další

Genové mutace (změny nukleotidových sekvencí DNA)

Neupravené změny chemická struktura geny, které se reprodukují v po sobě jdoucích replikačních cyklech a objevují se u potomstva v podobě nových variant znaků, se nazývají genové mutace.

Změny ve struktuře DNA tvořící gen lze rozdělit do tří skupin.

Mutace první skupiny jsou výměna jedné základny za druhou. Představují asi 20 % spontánně se vyskytujících změn genů.

2. Druhá skupina mutací je způsobena posun čtecího rámce, ke kterému dochází, když se změní počet nukleotidových párů v genu.

3. Třetí skupinu tvoří mutace, spojené se změnou v pořadí nukleotidových sekvencí v genu(inverze).

Mutace podle typu náhrady dusíkatých bází. Tyto mutace se vyskytují z řady specifických důvodů. Jedním z nich může být změna struktury báze již obsažené ve šroubovici DNA, ke které dochází náhodně nebo pod vlivem specifických chemických látek. Pokud takto změněná forma báze zůstane nedetekována opravnými enzymy, pak během dalšího replikačního cyklu na sebe může připojit další nukleotid.

Dalším důvodem pro substituci báze může být chybné zahrnutí nukleotidu nesoucího chemicky pozměněnou formu báze nebo jejího analogu do syntetizovaného řetězce DNA.

Pokud tato chyba zůstane neodhalena replikačními a opravnými enzymy, je změněná báze zahrnuta do procesu replikace, což často vede k nahrazení jednoho páru druhým.

Z výše uvedených příkladů je zřejmé, že že změny ve struktuře molekuly DNA, jako jsou substituce bází, nastávají buď před nebo během procesu replikace, zpočátku v jednom polynukleotidovém řetězci. Pokud takové změny nejsou opraveny během opravy, pak se během následné replikace stanou majetkem obou řetězců DNA.

V případě, že nově vzniklý triplet zašifruje jinou aminokyselinu, změní se struktura peptidového řetězce a vlastnosti odpovídajícího proteinu.

V závislosti na povaze a umístění náhrady, ke které dochází, se mění specifické vlastnosti proteinu různé míry. Existují případy, kdy náhrada pouze jedné aminokyseliny v peptidu výrazně ovlivňuje vlastnosti proteinu, což se projevuje změnami složitějších charakteristik.

Příkladem je změna vlastností lidského hemoglobinu při srpkovité anémii(rýže.

3.21). V takovém hemoglobinu (HbS) (na rozdíl od normálního HbA) - v p-globinových řetězcích na šesté pozici je kyselina glutamová nahrazena valinem.

Je to důsledek nahrazení jedné ze základen v tripletu, který šifruje kyselina glutamová(CTT nebo TTC). Výsledkem je triplet, který zašifruje valin (CAT nebo TsAT).

Klasifikace mutací

V v tomto případě nahrazením jedné aminokyseliny v peptidu se výrazně mění vlastnosti globinu, který je součástí hemoglobinu (snižuje se jeho schopnost vázat se na O2) a u člověka se objevují známky srpkovité anémie.

V některých případech může nahrazení jedné báze jinou vést ke vzniku jednoho z nesmyslných tripletů (ATT, ATC, ACC), který nekóduje žádnou aminokyselinu.

Důsledkem takové záměny bude přerušení syntézy peptidového řetězce. Odhaduje se, že nukleotidové substituce v jednom tripletu vedou k vytvoření synonymních tripletů ve 25 % případů; ve 2-3 - nesmyslné triplety, v 70-75% - výskyt skutečných genových mutací.

Tím pádem, substituční mutace báze mohou nastat buď jako výsledek spontánních změn ve struktuře báze v jednom z řetězců existující dvoušroubovice DNA, nebo během replikace v nově syntetizovaném řetězci.

Pokud tyto změny nejsou opraveny během procesu opravy (nebo naopak vzniknou během opravy), jsou fixovány v obou řetězcích a budou pak reprodukovány v následujících replikačních cyklech. Proto je důležitým zdrojem takových mutací narušení procesů replikace a opravy.

2. Frame shift mutace. Tento typ mutace tvoří významnou část spontánních mutací.

Vznikají v důsledku ztráty nebo vložení jednoho nebo více párů komplementárních nukleotidů do nukleotidové sekvence DNA. Většina studovaných frameshift mutací se nachází v sekvencích sestávajících z identických nukleotidů.

Změna počtu nukleotidových párů v řetězci DNA je usnadněna účinky určitých chemických látek, jako jsou akridinové sloučeniny, na genetický materiál.

Deformací struktury dvoušroubovice DNA vedou k vložení dalších bází nebo jejich ztrátě při replikaci.

Důležitým důvodem pro změny počtu nukleotidových párů v genu podle typu velkých dělení (ztrátek) může být rentgenové ozáření. U ovocné mušky je například známá mutace genu řídícího barvu očí, která je způsobena ozářením a skládá se z dělení asi 100 párů nukleotidů.

3.21. Pleiotropní efekt substituce jedné aminokyseliny v β-řetězci lidského hemoglobinu vedoucí k rozvoji srpkovité anémie

Velké množství mutací typu inzerce se vyskytuje v důsledku zahrnutí mobilních genetických elementů do nukleotidové sekvence - transpozony. transpozony - Jedná se o poměrně dlouhé nukleotidové sekvence vložené do genomu eu- a prokaryotických buněk, schopné spontánně měnit svou polohu (viz.

sekce 3.6.4.3). S určitou pravděpodobností mohou inzerce a štěpení vzniknout v důsledku rekombinačních chyb při nestejném intragenním křížení (obr. 3.22).

Rýže. 3.22. Mutace posunu rámce (nerovná výměna během intragenního přechodu):

já- zlomy alelických genů v různých oblastech a výměna fragmentů mezi nimi;

II- ztráta 3. a 4. páru nukleotidů, posun čtecího rámce;

III-zdvojení 3. a 4. páru nukleotidů, posun čtecího rámce

3.23. Důsledek změny počtu nukleotidových párů v molekule DNA

Posun ve čtecím rámci v důsledku vložení jednoho nukleotidu do kodogenního řetězce vede ke změně složení peptidu v něm zašifrovaného

Vzhledem ke kontinuitě čtení a nepřekrývání genetického kódu vede změna počtu nukleotidů zpravidla k posunu čtecího rámce a změně významu biologické informace zaznamenané v dané sekvenci DNA. (obr.

3.23). Pokud je však počet vložených nebo ztracených nukleotidů násobkem tří, nemusí dojít k posunu čtecího rámce, ale to povede k zahrnutí dalších aminokyselin nebo ke ztrátě některých z nich z polypeptidového řetězce. Možným důsledkem posunu čtecího rámce je výskyt nesmyslných tripletů, což vede k syntéze zkrácených peptidových řetězců.

Mutace, jako je inverze nukleotidových sekvencí v genu. K tomuto typu mutace dochází v důsledku otočení úseku DNA o 180°. Tomu obvykle předchází vytvoření smyčky molekulou DNA, v jejímž rámci probíhá replikace opačným směrem, než je ta správná.

Uvnitř invertované oblasti je čtení informace narušeno, což má za následek změnu v aminokyselinové sekvenci proteinu.

VIDĚT VÍC:

Mutační variabilita způsobené výskytem mutací. Mutace jsou náhlé, náhlé změny dědičného materiálu, které se dědí. Mutace se vyznačují řadou vlastností:

Mutační variabilita. Metody klasifikace mutací

vznikají náhle, křečovitě;

2. změny v dědičném materiálu probíhají neřízeným způsobem – jakýkoli gen může mutovat, což vede ke změně jakéhokoli znaku;

projevem ve fenotypu mohou být dominantní a recesivní;

4. se dědí.

Podle úrovně narušení dědičného materiálu se mutace dělí na genové, chromozomální a genomické.

Genetický mutace jsou spojeny se změnami ve struktuře genu (struktura molekuly DNA). Narušení struktury genu může být způsobeno: a) nahrazením, b) inzercí, c) ztrátou nukleotidu.

Když je nukleotid nahrazen v molekule DNA, je nahrazena jedna aminokyselina v molekule proteinu. To vede k syntéze proteinu se změněnými vlastnostmi. Inzerce nebo delece nukleotidu vede ke změně celé sekvence aminokyselin v molekule proteinu.

Genové mutace jsou příčinou rozvoje mnoha metabolických onemocnění (fenylketonurie, srpkovitá anémie albinismus).

Chromozomální mutace jsou spojeny se změnami ve struktuře chromozomů. Chromozomální mutace se dělí na intrachromozomální a interchromozomální. Mezi intrachromozomální mutace patří:

a) Delece – ztráta úseku chromozomu.

Delece koncové části chromozomu má svůj vlastní název - nedostatky. U lidí se delece krátkého raménka chromozomu 5 nazývá syndrom „kočičího pláče“.

b) Duplikace – zdvojení úseku chromozomu.

c) Inverze - otočení úseku chromozomu o 180°.

Mezichromozomální mutace zahrnují translokaci – přenos chromozomové oblasti na nehomologní chromozom.

A B C D E F- původní chromozom;

ABEF- vymazání;

CDEF— vzdor;

ABCDDEF- duplikace;

ACBDEF- inverze;

ABCDEFMN- přemístění.

Genomický mutace jsou spojeny se změnami v počtu chromozomů v karyotypu.

Genom je obsah dědičného materiálu v haploidní sadě chromozomů. Zvýraznit:

A) polyploidie - jedná se o zvýšení počtu chromozomů, které je násobkem haploidní sady (3n, 4n, 6n atd.). Polyploidie se dělí na autopolyploidii a allopolyploidii.

Autopolyploidie- mnohonásobné zvýšení počtu sad chromozomů jednoho druhu.

Hojně se vyskytuje v rostlinách a používá se při šlechtění k vývoji nových odrůd rostlin, protože polyploidi jsou větší velikosti a jsou odolnější vůči nepříznivým podmínkám prostředí. Polyploidy jsou: žito (tetraploidní odrůdy), ječmen, pšenice, jablko, hruška, chryzantémy a mnoho dalších. Výskyt polyploidů je spojen s porušením meiózy. Mutagen kolchicin, který ničí vřeteno, vede k polyploidii.

Allopolyploidie- zvýšení počtu sad chromozomů dvou různých druhů.

Allopolyploidie se používá k překonání neplodnosti mezidruhových hybridů (hybrid zelí a ředkvičky).

b) heteroploidie - jde o změnu počtu chromozomů, která není násobkem toho haploidního (2n+1 - trizomie, 2n-1 - monozomie). Porušení segregace chromozomů během meiózy vede ke změně počtu chromozomů v organismu.

— Downův syndrom je trizomie 21;

- Shereshevsky-Turnerův syndrom - monozomie na X chromozomu: X0 u ženy;

- Klinefelterův syndrom - trizomie pohlavního chromozomu: další chromozom X u mužů - XXY).

Heteroploidie vede k narušení průběhu normální vývoj organismu, změny jeho stavby a snížení vitality.

Datum zveřejnění: 2014-11-19; Přečteno: 1226 | Porušení autorských práv stránky

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

Příčiny mutací

Mutace se dělí na spontánní A indukovaný. Spontánní mutace se vyskytují spontánně po celý život organismu za normálních podmínek prostředí s frekvencí asi jednoho nukleotidu na buněčnou generaci.

Mutace se objevují neustále během procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, poruchy opravy DNA a genetická rekombinace.

Vztah mezi mutacemi a replikací DNA

Mnoho spontánních chemických změn v nukleotidech má za následek mutace, ke kterým dochází během replikace. Například díky deaminaci cytosinu naproti němu může být uracil zahrnut do řetězce DNA (vytvoří se U-G pár místo kanonického C-G páru). Při replikaci DNA naproti uracilu je do nového řetězce zařazen adenin, vzniká U-A pár a při další replikaci je nahrazen párem T-A, tedy dochází k přechodu (bodové nahrazení pyrimidinu jiným pyrimidinem resp. purin s jiným purinem).

Vztah mezi mutacemi a rekombinací DNA

Vztah mezi mutacemi a opravou DNA

Spontánní poškození DNA je zcela běžné a vyskytuje se v každé buňce. K odstranění následků takového poškození existují speciální opravné mechanismy (například se vyřízne chybný úsek DNA a na tomto místě se obnoví původní). K mutacím dochází pouze tehdy, když opravný mechanismus z nějakého důvodu nefunguje nebo si nedokáže poradit s odstraněním poškození. Mutace, které se vyskytují v genech kódujících proteiny odpovědné za opravu, mohou vést k mnohonásobnému zvýšení (mutátorový efekt) nebo snížení (antimutátorový efekt) frekvence mutací jiných genů. Mutace v genech mnoha enzymů reparačního systému excize tedy vedou k prudkému zvýšení frekvence somatických mutací u lidí, a to zase vede k rozvoji xeroderma pigmentosum a maligních nádorů kůže.

Mutageny

Existují faktory, které mohou výrazně zvýšit frekvenci mutací – mutagenní faktory. Tyto zahrnují:

chemické mutageny – látky, které způsobují mutace,
fyzikální mutageny – ionizující záření, včetně přirozeného záření na pozadí, ultrafialové záření, vysoká teplota atd.,
biologické mutageny – například retroviry, retrotranspozony.

Klasifikace mutací

Existuje několik klasifikací mutací podle různých kritérií. Möller navrhl dělit mutace podle charakteru změny ve fungování genu na hypomorfní(změněné alely působí stejným směrem jako alely divokého typu; syntetizuje se pouze méně proteinového produktu), amorfní(mutace vypadá jako úplná ztráta funkce genu, např. bílý v Drosophila), antimorfní(mutovaný znak se mění, např. barva zrna kukuřice se změní z fialové na hnědou) a neomorfní.

genomický;
chromozomální;
genetický.

Důsledky mutací pro buňky a organismy

Navíc frekvence mutací různých genů a různých oblastí v rámci jednoho genu se přirozeně liší. Je také známo, že vyšší organismy používají „cílené“ (tj. vyskytující se v určitých částech DNA) mutace v imunitních mechanismech. S jejich pomocí se vytváří různé klony lymfocytů, mezi nimiž se v důsledku vždy najdou buňky schopné dát imunitní odpověď na nové tělu neznámé onemocnění. Vhodné lymfocyty podléhají pozitivní selekci, která vede k imunologické paměti. (Díla Jurije Čajkovského hovoří i o jiných typech řízených mutací.)

Mutace jsou spontánní změny ve struktuře DNA živých organismů, které vedou k různým abnormalitám v růstu a vývoji. Podívejme se tedy, co je to mutace, důvody jejího vzniku a její existence Za pozornost stojí i vliv změn genotypu na přírodu.

Vědci tvrdí, že mutace vždy existovaly a jsou přítomny v tělech naprosto všech živých tvorů na planetě, navíc jich lze v jednom organismu pozorovat až několik stovek. Jejich projev a stupeň projevu závisí na tom, jaké příčiny byly vyprovokovány a který genetický řetězec byl ovlivněn.

Příčiny mutací

Příčiny mutací mohou být velmi rozmanité a mohou se vyskytovat nejen přirozeně, ale i uměle, v laboratorních podmínkách. Genetici identifikují následující faktory pro výskyt změn:

2) genové mutace - změny v sekvenci nukleotidů při tvorbě nových řetězců DNA (fenylketonurie).

Význam mutací

Ve většině případů způsobují poškození celého těla, protože narušují jeho normální růst a vývoj a někdy vedou ke smrti. Prospěšné mutace se nikdy nevyskytují, i když poskytují superschopnosti. Stávají se předpokladem pro aktivní akce a ovlivnit výběr živých organismů, což vede ke vzniku nových druhů nebo degeneraci. Tedy odpověď na otázku: "Co je to mutace?" - stojí za zmínku, že se jedná o sebemenší změny ve struktuře DNA, které narušují vývoj a fungování celého organismu.

Mutace na genové úrovni jsou molekulární a nejsou viditelné světelný mikroskop strukturální změny v DNA. Patří mezi ně jakákoliv transformace deoxyribonukleové kyseliny bez ohledu na jejich vliv na životaschopnost a lokalizaci. Některé typy genových mutací nemají žádný vliv na funkci nebo strukturu odpovídajícího polypeptidu (proteinu). Většina těchto přeměn však vyvolává syntézu defektní sloučeniny, která ztratila schopnost plnit své úkoly. Dále se budeme podrobněji zabývat genovými a chromozomálními mutacemi.

Charakteristika transformací

Nejčastějšími patologiemi, které vyvolávají mutace lidských genů, jsou neurofibromatóza, adrenogenitální syndrom, cystická fibróza a fenylketonurie. Tento seznam může také zahrnovat hemochromatózu, Duchenne-Beckerovy myopatie a další. To nejsou všechny příklady genových mutací. Jejich klinickými příznaky jsou obvykle metabolické poruchy (např. metabolický proces). Genové mutace mohou zahrnovat:

Substituce v základním kodonu. Tento jev se nazývá missense mutace. V tomto případě je v kódující části nahrazen nukleotid, což zase vede ke změně aminokyseliny v proteinu.
Změna kodonu takovým způsobem, že čtení informace je pozastaveno. Tento proces se nazývá nesmyslná mutace. Když je v tomto případě nahrazen nukleotid, vytvoří se stop kodon a translace je ukončena.
Porucha čtení, posun rámce. Tento proces se nazývá „frameshifting“. Když DNA prochází molekulární změnou, triplety jsou transformovány během translace polypeptidového řetězce.

Klasifikace

Podle typu molekulární transformace existují následující genové mutace:

Zdvojení. V tomto případě dochází k opakované duplikaci nebo zdvojení fragmentu DNA od 1 nukleotidu ke genům.
Vymazání. V tomto případě dochází ke ztrátě fragmentu DNA z nukleotidu do genu.
Inverze. V tomto případě je zaznamenáno otočení o 180 stupňů. úsek DNA. Jeho velikost může být buď dva nukleotidy nebo celý fragment sestávající z několika genů.
Vložení. V tomto případě jsou úseky DNA vloženy z nukleotidu do genu.

Za bodové změny se považují molekulární transformace zahrnující 1 až několik jednotek.

Charakteristické rysy

Genové mutace mají řadu funkcí. Především je třeba poznamenat, že mají schopnost být zděděny. Navíc mutace mohou vyvolat transformaci genetické informace. Některé ze změn lze klasifikovat jako tzv. neutrální. Takové genové mutace nevyvolávají žádné poruchy ve fenotypu. Díky vrozenosti kódu tedy může být stejná aminokyselina kódována dvěma triplety, které se liší pouze 1 bází. Současně může určitý gen mutovat (transformovat se) do několika různých stavů. Právě tyto druhy změn provokují nejvíce dědičné patologie. Uvedeme-li příklady genových mutací, můžeme se obrátit na krevní skupiny. Prvek, který řídí jejich systémy AB0, má tedy tři alely: B, A a 0. Jejich kombinace určuje krevní skupiny. Příslušnost k systému AB0 je považována za klasický projev transformace normální známky v lidech.

Genomické transformace

Tyto transformace mají svou vlastní klasifikaci. Do kategorie genomových mutací patří změny v ploidii strukturně nezměněných chromozomů a aneuploidie. Takové transformace jsou určeny speciální metody. Aneuploidie je změna (zvýšení - trizomie, pokles - monozomie) počtu chromozomů diploidního souboru, nikoli násobek haploidního. Když se počet zvýší o násobek, mluvíme o polyploidii. Tyto a většina aneuploidií u lidí jsou považovány za smrtelné změny. Mezi nejčastější genomové mutace patří:

Monozomie. V tomto případě je přítomen pouze jeden ze 2 homologních chromozomů. Na pozadí takové transformace zdravý embryonální vývoj nemožné pro žádný z autozomů. Jediné, co je slučitelné se životem, je monosomie na chromozomu X. Vyvolává Shereshevsky-Turnerův syndrom.
trisomie. V tomto případě jsou v karyotypu detekovány tři homologní prvky. Příklady takových genových mutací: Downův, Edwardsův, Patauův syndrom.

Provokující faktor

Za důvod vzniku aneuploidie je považována nedisjunkce chromozomů během procesu buněčného dělení na pozadí tvorby zárodečných buněk nebo ztráta prvků v důsledku anafázového zpoždění, přičemž při pohybu směrem k pólu může dojít k homologní vazbě. za nehomologním. Pojem „nondisjunkce“ označuje absenci separace chromatid nebo chromozomů v mitóze nebo meióze. Tato porucha může vést k mozaikovitosti. V tomto případě bude jedna buněčná linie normální a druhá monosomická.

Nondisjunkce v meióze

Tento jev je považován za nejčastější. Ty chromozomy, které by se normálně měly během meiózy dělit, zůstávají spojené. V anafázi se přesunou k jednomu buněčnému pólu. V důsledku toho se vytvoří 2 gamety. Jeden z nich má chromozom navíc a druhému chybí prvek. Během procesu hnojení normální buňka s článkem navíc se rozvíjí trizomie, gamety s chybějící složkou - monosomie. Když se vytvoří monosomická zygota pro nějaký autozomální prvek, vývoj se zastaví v počátečních fázích.

Chromozomální mutace

Tyto transformace představují strukturální změny Prvky. Obvykle jsou vizualizovány pomocí světelného mikroskopu. Chromozomové mutace typicky zahrnují desítky až stovky genů. To vyvolává změny v normální diploidní množině. Typicky takové aberace nezpůsobují transformaci sekvence v DNA. Když se však změní počet kopií genu, vznikne genetická nerovnováha v důsledku nedostatku nebo přebytku materiálu. Existují dvě široké kategorie těchto transformací. Rozlišují se zejména intra- a interchromozomální mutace.

Vliv prostředí

Lidé se vyvinuli jako skupiny izolovaných populací. Žili poměrně dlouho ve stejných podmínkách prostředí. Hovoříme zejména o povaze výživy, klimatických a geografických charakteristikách, kulturních tradicích, patogenech atd. To vše vedlo ke konsolidaci kombinací alel specifických pro každou populaci, které byly nejvhodnější pro životní podmínky. V důsledku intenzivního rozšiřování oblasti, migrací a přesídlování však začaly nastat situace, kdy užitečné kombinace určitých genů, které byly v jednom prostředí v jiném, přestaly zajišťovat normální fungování řady tělesných systémů. V tomto ohledu je část dědičné variability způsobena nepříznivým komplexem nepatologických prvků. Příčinou genových mutací jsou tedy v tomto případě změny vnějšího prostředí a životních podmínek. To se následně stalo základem pro vznik řady dědičných chorob.

Přírodní výběr

Postupem času probíhala evoluce u specifičtějších druhů. To také přispělo k rozšíření rodové rozmanitosti. Tak byly zachovány ty znaky, které mohly u zvířat zmizet, a naopak, co ve zvířatech zůstalo, bylo smeteno. V průběhu přirozeného výběru lidé získali i nežádoucí vlastnosti, které přímo souvisely s nemocemi. Například během vývoje člověka se objevily geny, které dokážou určit citlivost na toxin dětské obrny nebo záškrtu. Poté, co se lidský druh stal Homo sapiens, určitým způsobem „zaplatil za svou inteligenci“ hromaděním patologických přeměn. Toto ustanovení je považováno za základ jednoho ze základních konceptů nauky o genových mutacích.