Курс лекций по дисциплине "Биология"

• Физические (УФЛ, рентгеновское и радиационное излучения, электромагнитные поля, высокие температуры).

Так ионизирующее излучение может действовать непосредственно на молекулы ДНК и  РНК, вызывая в них повреждения (генные мутации). Косвенное воздействие этого

мутагена на наследственный аппарат клеток заключается в образовании генотоксических веществ (Н2О2, ОН-, О2-,).

• Химические мутагенные факторы. Существует свыше 2 млн. химических веществ, способных вызывать мутации. Это соли тяжелых металлов, химические аналоги азотистых оснований (5-бромурацил),  алкилирующие соединения (СН3, С2 Н5).
• Биологические (вирусы, продукты жизнедеятельности паразитов, МГЭ).

8. Радиационные мутации. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды.

Радиационные мутации это мутации, вызванные радиацией. В 1927 году американский генетик, Генрих Мелёр впервые показал, что облучение рентгеновскими лучами приводит к существенному увеличению частоты мутаций у дрозофилы. Эта работа положила начало новому направлению в биологии – радиационной генетике. Благодаря многочисленным работам, проведенным за последние десятилетия, мы теперь знаем, что при попадании элементарных частиц (кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды с образованием свободных радикалов (ОН-, О2-). Обладая большой химической активностью, они вызывают разрывы ДНК, повреждение нуклеотидов или их разрушение; всё это приводит к возникновению мутаций.

Так как человек является открытой системой, то различные факторы загрязнения окружающей среды могут попадать в человеческий организм. Многие из этих факторов могут изменять или повреждать наследственный материал живых клеток. Последствия воздействия этих факторов столь серьезны, что человечество не может игнорировать загрязнение окружающей среды.

9. Мутагенез и канцерогенез.

Впервые мутационную теорию рака в 1901 году предложил Гюго Де Фриз. В наши дни существует много теорий канцерогенеза.

Одна из них генная теория канцерогенеза. Известно, что в геноме человека содержится более 60 онкогенов, способных регулировать клеточное деление. Они находятся в неактивном состоянии в виде протоонкогенов. Под действием различных мутагенных факторов протоонкогены активируются и переходят в состояние онкогенов, которые  вызывают интенсивную пролиферацию клеток и развитие опухолей.

ЛЕКЦИЯ 11 Мутации числа хромосом. Гаплоидия, полиплоидия,

                       анеуплоидия.

 

1. Сущность мутаций числа хромосом, причины и механизмы возникновения.

Каждый вид организмов характеризуется своим кариотипом. Постоянство кариотипа в ряду поколений поддерживается благодаря процессам митоза и мейоза. Иногда в ходе митоза или мейоза нарушается расхождение хромосом, в результате возникают клетки с измененным числом хромосом. В клетках может изменяться число целых гаплоидных наборов хромосом, в таком случае возникают такие мутации как:

Гаплоидия – одинарный набор хромосом (n)

Полиплоидия – увеличение числа хромосом кратное гаплоидному  набору (3n, 4n и т.д.)

Анэуплоидия – изменение числа отдельных хромосом (46 +1).

Набор хромосом может измениться как в соматических клетках, так и в половых.

Причины нарушения расхождения хромосом:

• увеличение вязкости цитоплазмы
• изменение полярности клетки
• нарушение функции веретена деления.

Все эти причины приводят к так называемому явлению “анафазного отставания”.

Это значит, что в анафазу митоза или мейоза хромосомы распределяются неравномерно, т.е. какая-то хромосома или группа хромосом не успевают за остальными хромосомами и теряется для одной из дочерних клеток.

 

2. Гаплоидия, характер изменения кариотипа, распространенность, фенотипическое проявление.

Гаплоидия – это уменьшение числа хромосом в клетках организма до гаплоидного. В клетках резко уменьшается количество хромосом и доза генов, то есть изменяется система генотипа, а значит, изменяется и фенотип.

Такие мутации встречаются у растений. Эти растения имеют маленькие размеры, у них снижена жизнеспособность, так как фенотипически проявляются вредные рецессивные гены. У животных и человека такие мутации не встречаются.

 

3. Полиплоидия, характер изменения кариотипа. Митотическая, зиготическая и мейотическая полиплоидизация.

Полиплоидия – это увеличение числа гаплоидных наборов хромосом в клетках. В клетках организма вместо диплоидного набора хромосом может содержаться 3n, 4n, 5n и т.д. набор хромосом.

В клетках резко увеличивается количество хромосом, увеличивается доза генов, а значит, изменяется генотип и фенотип. Такие мутации могут возникать в результате нарушения расхождения хромосом при митозе или при первом делении зиготы. Поэтому различают митотическую, зиготическую и мейотическую полиплоидию.

Митотическая полиплоидия. Если нарушается расхождение хромосом в анафазу митоза, то в результате часть клеток в организме будут мутантными, а часть нормальными. Такое явление называется – мозаичная форма полиплоидии или мозаицизм.

Накануне митоза происходит репликация ДНК, и клетка вступает в митоз с удвоенным набором хромосом. Однако в анафазу хромосомы не расходятся к полюсам клетки, а остаются в одной клетке.

                                                              2n

    2n ®  интерфаза ®  4n       

зигота                                                   2n

                                                    норма

 

                                                     0

     2n ®  интерфаза  ® 4n                                                                                   4n                                                             

зигота                                                 4n       ®         интерфаза  ®  8n             

                                            тетраплоидная                                                         4n

                                                   клетка                                           тетраплоидные                                                                                                            

                                                                                                                клетки                                                                                                                                                                                                 

                                                                    

В результате образуется тетраплоидная клетка, далее в результате ее деления в организме будет образовываться группа тетраплоидных клеток.

Зиготическая полиплоидия. Механизм такой же, как и при митотической полиплоидии, но хромосомы не расходятся при самом первом делении зиготы. В итоге образуется организм, у которого все клетки будут тетраплоидными.  

 

Мейотическая полиплоидия. Нарушение расхождения хромосом может быть во время анафазы мейоза 1 или во время анафазы мейоза 2.

 

Р     2n     x         2n                    P      2n        x        2n

Г                                                        Г

F1                2n                                   F1        3n                         n

                 норма                               триплоид          гаплоид

 

После слияния гамет образуется триплоидная или тетраплоидная зигота, из которой разовьется соответствующий организм.

 

В живой природе тетраплоидных организмов больше, и тому есть несколько причин:

• тетраплоидные растения могут размножаться не только вегетативно, но и половым путем.
• тетраплоидные растения могут возникать не только за счёт мейотической полиплоидии, но и за счёт зиготической полиплоидии.
• большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для репарации повреждений ДНК.
• большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для скрытия рецессивных мутаций в гетерозиготном состоянии

4. Распространенность полиплоидии в живой природе. Фенотипическое проявление.

В живой природе полиплоидия встречается у растений и используется в селекции растений. Полиплоидные растения имеют большую массу, в их клетках много питательных веществ, они более устойчивы во внешней среде. Полиплоидия используется в селекции растений для преодоления бесплодия у межвидовых гибридов.

У высших животных и человека полиплоидия встречается, чаще в виде мозаичных форм, но всегда эта мутация приводит к гибели организма на ранних стадиях развития.

5. Анэуплоидия, механизмы возникновения. Мозаичные формы анеуплоидий у человека.

Анэуплоидия – это изменение числа отдельных хромосом в клетках организма. Такая мутация возникает в результате нарушения расхождения отдельных хромосом во время митоза или мейоза (чаще во время мейоза 1).

Если нарушается расхождение хромосом во время деления соматических клеток, то возникают мозаичные формы анеуплоидии. Чем больше мутантных клеток, тем ярче выражено то или иное заболевание.

Если нарушается расхождение хромосом во время мейоза 1, то возникают гаметы с измененным числом хромосом.

Если гамета несет лишнюю хромосому и сливается с нормальной гаметой, то образуется зигота, которая содержит лишние хромосомы. Такая мутация называется – полисомия. Разновидностью полисомии является трисомия, когда зигота содержит на 1 хромосому больше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n + 1.

Если гамета несет на 1 хромосому меньше и сливается с нормальной гаметой, то возникает зигота, которая содержит на 1 хромосому меньше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n – 1. Такая мутация называется – моносомия.

Р    46         х         46                   Р       46         х      46

  

Г                                                           Г      

 

F1                  46                                    F1         47                    45

                  норма                                           2n + 1              2n – 1

                                                                      трисомия        моносомия

Анэуплоидии встречаются у всех организмов, у человека они являются причиной хромосомных болезней.

 

6. Общая характеристика фенотипического проявления анэуплоидий у человека.

У человека анэуплоидия проявляется множественными пороками развития. Больные, как правило, погибают на ранних стадиях развития или же страдают бесплодием, что не позволяет передавать анэуплоидию по наследству.

 

7. Хромосомные болезни, механизмы их развития, наследования, частота возникновения. Примеры наиболее распространенных хромосомных болезней, связанных с хромосомными абберациями и мутациями числа хромосом.

Хромосомные болезни – это наследственные болезни, причиной которых могут являться структурные мутации хромосом или мутации числа хромосом.

Если возникает моносомия по аутосомам, то такой организм погибает на ранних стадиях развития (чаще на стадии зиготы).

 

1. Синдром кошачьего крика (синдром  Лежена). Вызывается делецией короткого  плеча пятой хромосомы.

 Впервые описан в 1963 году  и был так назван потому, что  дети, страдающие этим заболеванием, имеют особый, жалобный, «мяукающий» тембр голоса.

2. Синдром. Шерешевского-Тернера

 Впервые описан Н.Шерешевским  в 1925 году, а затем Г.Тернером в 1938 году. В 1959 году Форд установил, что у больных с этим синдромом отсутствует одна Х-хромосома. Болеют женщины. Их кариотип 45, ХО.

3. Синдром. Клайнфельтера. В классическом варианте 47, ХХУ; (46 + Х). Кроме синдрома Клайнфельтера с двумя Х-хромосомами описаны его варианты с тремя и четырьмя Х-хромосомами: 48, ХХХУ; 49, ХХХХУ. Чем больше Х-хромосом в кариотипе больных, тем больше выражены фенотипические признаки заболевания и степень дебильности