Типы мутаций. Мутагенез. Мутагенные факторы

Государственный медицинский  университет г.Семей

 

 СРС

 

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики.

 

Тема: «Типы мутаций. Мутагенез. Мутагенные факторы».

 

Выполнил(а): студент(ка) Ташмухаметова  А. , Бельбеев А.

 

Факультет  ОМФ

 

Группа № 129

 

Проверил(а) : Акишпаева О.Т.                                   

 

Семей-2009

План:

1.Введение

2.Основные сведения

3.Заключение

4.Список использованной  литературы

Введение

Генетика – наука сравнительно молодая. Лишь на рубеже 18-19 веков были сделаны попытки оценить наследственность людей. Мопертюи в 1750 году впервые предположил, что различные патологии могут  передаваться по наследству. Затем  в 19 веке были выявлены некоторые закономерности. Но официальной датой рождения генетики принято считать весну 1900 года, когда  независимо друг от друга голландский  ученый Г. де Фриз  немецкий Корренс  и австрийский ученый Чермак "переоткрыли" законы Менделеева, что и дало толчок к развитию генетических исследований. Уже в 1901-1903 годах Г. де Фризом была создана мутационная теория, постулаты  которой справедливы и сегодня: мутации возникают внезапно, устойчивы, могут быть прямыми и обратными  и, наконец,  могут возникать повторно.

МУТАГЕНЕЗ - процесс возникновения  в организме наследственных изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами — мутагенами. В основе Мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек.

Характеристика  мутаций

Мутации — внезапные  скачкообразные изменения 
наследственных факторов.

Мутации представляют собой стойкие изменения 
наследственного материала.

Мутации — качественные изменения, они, как правило, не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины.

Мутации представляют собой ненаправленные изменения  генотипа — они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство  мутаций) и безразличными для  данных условий существования организма.

Мутации могут  повторяться.

Фото мутаций:

По происхождению  мутагены классифицируют на эндогенные, образующиеся в процессе

жизнедеятельности организма  и экзогенные — все прочие факторы, в том числе и условия

окружающей среды.

По природе возникновения  мутагены классифицирует на физические, химические и биологические:

Физические мутагены:

• ионизирующее излучение
• радиоактивный распад
• Ультрафиолетовое излучение
• чрезмерно высокая или низкая температура

Химические мутагены:

• окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода)
• алкилирующие агенты (например, иодацетамид)
• пестициды (например гербициды, фунгициды)
• некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты)
• продукты переработки нефти
• органические растворители
• лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты).

Биологические мутагены:

• специфические последовательности ДНК — транспозоны
• некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа)
• продукты обмена веществ (продукты окисления липидов)
• антигены некоторых микроорганизмов.

 

 

Факторы, способные вызывать мутации, называются мутагенными.

Существует несколько  принципов классификации мутаций.

 

Типы  мутаций

 

- по изменению  генотипа:  
а) генные, 
б) хромосомные, 
в) геномные.  

 

- по изменению  фенотипа: 
а) морфологические, 
б) биохимические, 
в) физиологические, 
г) летальные 

 

- по отношению  к генеративному пути:  
а) соматические, 
в)генеративные.  
 

 

- по локализации  в клетке:  
а)ядерные, 
б) цитоплазматические. 

 

- по причинам  возникновения:  
а) спонтанные, 
б) индуцированные.

 

- по поведению  мутации в гетерозиготе:  
а)доминантные, 
б) рецессивные.  

 

-по адаптивному  значению:

а) положительные

б) нейтральные

в) полулетальные

г) летальные

 

  
 
 
 
 
 
 
1.По способу возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации  
Спонтанные происходят в природе крайне редко с частотой 1-100 на миллион экземпляров данного гена. В настоящие время очевидно, что спонтанный мутационный процесс зависит как от внутренних, так и от внешних факторов, которые называют мутационным давлением среды. 
Индуцированные мутации возникают при воздействии на человека мутагенами –факторами, вызывающими мутации.  
2.По адаптивному значению выделяют: 
а.Положительные – мутации, повышающие жизнеспособность организма. 
б.Нейтральные – мутации, существенно не влияющие на жизнеспособность. 
в.Полулетальные – мутации, снижающие жизнеспособность  организма. 
г.Летальные – мутации, несовместимые с жизнью.  
3.По локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и цитоплазматические. Плазматические мутации возникают в результате мутаций в плазмогенах, находящихся в митохондриях. Полагают, что именно они приводят к мужскому бесплодию. Причем такие мутации в основном наследуются по женской линии.

Хромосомные аберрации (хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — изменения структуры хромосом.  
Возникновение хромосомных аберраций 
В ходе кроссинговера образуются разрывы хромосом, которые затем репарируются. Нарушения процесса репарации могут привести к появлению хромосомных перестроек. Разрывы хромосом и, как следствие, образование перестроек происходят под действием различных мутагенных факторов: физической (ионизирующее излучение), химической или биологической (транспозоны, вирусы) природы. Также некоторые хромосомные перестройки (делеции) характерны для носителей специфических сайтов ломкости. 
Виды хромосомных аберраций: делеция (удаление участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую). Хромосомные перестройки носят, как правило, патологический характер и нередко приводят к гибели организма. Показано значение хромосомных перестроек в видообразовании и эволюции.  

Делеции  

    Различают терминальные (утрата концевого участка хромосомы) и интеркалярные (утрата участка на внутреннем участке хромосомы) делеции. Если после образования делеции хромосома сохранила центромеру, она аналогично другим хромосомам передается при делении, участки же без центромеры как правило утрачиваются. При конъюгации гомологов во время кроссинговера у нормальной хромосомы на месте делеции в мутировавшей хромосоме образуется т. н. делеционная петля, которая компенсирует отсутствие делетированного участка. 
Исследованные делеции редко захватывает протяженные участки хромосом, обычно такие аберрации летальны. Самым хорошо изученным заболеванием, обусловленным делецией, является синдром кошачьего крика, описанный в 1963 году Джеромом Леженом. В его основе лежит делеция небольшого участка короткого плеча 5 хромосомы. Для больных характерен ряд отклонений от нормы: нарушение функций сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, недоразвитие гортани (с характерным криком, напоминающим кошачье мяуканье), общее отставание развития, умственная отсталость, лунообразное лицо с широко расставленными глазами. Синдром встречается у 1 новорожденного из 50000. 

                                                                                   Дупликации  
Дупликации появляются в результате неравного кроссинговера (в этом случае второй гомолог несет делецию) или в результате ошибки в ходе репликации. При конъюгации хромосомы с дупликацией и нормальной хромосомы как и при делеции формируется компенсационная петля. 
 
 
 
 

Робертсоновские транслокации

Возможно, являются причиной различий между числом хромосом у  близкородственных видов. Существуют данные, что два плеча 2-й хромосомы  человека соответствуют 12 и 13 хромосомам шимпанзе. Возможно, 2-я хромосома образовалась в результате робертсоновской транслокации двух хромосом обезьяноподобного предка человека. Таким же образом объясняют тот факт, что различные виды дрозофилы имеют от 3 до 6 хромосом. 
Робертсоновские транслокации привели к появлению в Европе нескольких видов-двойников (хромосомные расы) у мышей группы видов Mus musculus, которые, как правило, географически изолированы друг от друга. Набор и, как правило. экспрессия генов при робертсоновских транслокациях не изменяются, поэтому виды практически неотличимы внешне. Однако они имеют разные кариотипы, а плодовитость при межвидовых скрещиваниях резко понижена.

Сайты ломкости

В 70-х годах XX века было обнаружено явление повышенной ломкости хромосом — при окраске метафазных хромосом культур клеток некоторых индивидов красителями некоторые их участки оставались бесцветными. Для этих участков характерна повышенная вероятность хромосомных разрывов. Природа этого явления не до конца изучена, возможно оно связано с тем, что в этих участках хроматин находится в неконденсированной форме. Исследования говорят о связи этого явления с одной из форм слабоумия (синдром Мартина-Белла).

 

Инверсия. a — нормальная хромосома, b — парацентрическая инверсия, c — перицентрическая инверсия.

 

 

Инверсии  
Различают парацентрические (инвертированный фрагмент лежит по одну сторону от центромеры) и перицентрические (инвертированный фрагмент лежит по разные стороны от центромеры) инверсии. При инверсиях не происходит потери генетического материала, потому как таковые инверсии как правило не влияют на фенотип, но если в инверсионной гетерозиготе (то есть организме, несущем как нормальную хромосому, так и хромосому с инверсией) происходит кроссинговер, то существует вероятность формирования аномальных хроматид. В случае парацентрической инверсии образуется одна нормальная и одна инвертированная (фенотипически нормальная) хроматиды, дицентрическая хроматида с дупликацией и делецией (при расхождении хроматид она обычно разрывается на две) и ацентрическая хроматида с дупликацией и делецией (обычно утрачивается). В случае перицентрической инверсии образуется одна нормальная и одна инвертированная хроматиды, а также две хроматиды с дупликацией и делецией. Гаметы, несущие дефектные хромосомы, обычно не развиваются или погибают на ранних этапах эмбриогенеза. Но гаметы с инвертированной хромосомой развиваются в организмы, 50 % гамет которых нежизнеспособны. Т.о. мутация сохраняется в популяции. 
У человека наиболее распространенной является инверсия в 9 хромосоме, не вредящая носителю, хотя существуют данные, что у женщин с этой мутацией существует 30 % вероятность выкидыша.  
 
 
 

        Транслокации

 

Существует несколько  форм транслокации:

1.собственно транслокация (перенос участка с одной негомологичной хромосомы на другую);

2.реципрокная транслокация (две негомологичные хромосомы обмениваются участками);

3.робертсоновская транслокация (две негомологичные хромосомы объединяются в одну);

4.транспозиция (перенос участка  хромосомы на другое место  на той же хромосоме).

Транслокация, реципрокная транслокация и транспозиция, которые не сопровождаются утратой генетического материала (т. н. сбалансированные транслокации), часто не проявляются фенотипически. Однако, как и в случае с инверсиями, в процессе гаметогенеза часть сформированных гамет несет летальные аберрации. К примеру, в случае реципрокной транслокации обычно выживает не более 50 % зигот.

Примером транслокации может служить т. н. семейный синдром Дауна. При этом заболевании у одного из родителей обнаруживается фенотипически непроявляющаяся транслокация 21 хромосомы на 14. У такого человека с вероятностью в 1/4 образуются гаметы с двумя 21 хромосомами (одна свободная и одна траслоцированная). При слиянии такой гаметы с нормальной образуется трисомик по 21 хромосоме.

Другой пример — транслокация типа Philadelphia, транслокация между 9 и 22 хромосомами. В 95 % случаев эта мутация является причиной одной из форм хронической лейкемии (chronic myelogenous leukemia).

 

 

 

 

                       Геномные мутации.

 

Мутации, связанные с изменением числа хромосом, получили название геномных. К ним относятся полиплоидия  и гетероплоидия (анеуплоидия)  и гаплоидия.

   Анеуплоидия.

Анеуплоиди́я (греч. an + eu + ploos + eidos — отрицательная приставка + вполне + кратный + вид) — наследственное изменение, при котором число хромосом в клетках не кратно основному набору. Может выражаться, например, в наличии добавочной хромосомы (n + 1, 2n + 1 и т. п.) или в нехватке какой-либо хромосомы (n — 1, 2n — 1 и т. п.). Анеуплоидия может возникнуть, если в анафазе I мейоза гомологичные хромосомы одной или нескольких пар не разойдутся. В этом случае оба члена пары направляются к одному и тому же полюсу клетки, и тогда мейоз приводит к образованию гамет, содержащих на одну или несколько хромосом больше или меньше, чем в норме. Это явление известно под названием нерасхождение. Когда гамета с недостающей или лишней хромосомой сливается с нормальной гаплоидной гаметой, образуется зигота с нечетным числом хромосом: вместо каких-либо двух гомологов в такой зиготе их может быть три или только один.

 Моносомия

Моносомия — это наличие всего одной из пары гомологичных хромосом. Примером моносомии у человека является синдром Тернера, выражающийся в наличии всего одной половой (X) хромосомы. Генотип такого человека X0, пол — женский. У таких женщин отсутствуют обычные вторичные половые признаки, характерен низкий рост и сближенные соски. Встречаемость среди населения Западной Европы составляет 0,03 %. Подробнее читайте в статье синдром Шерешевского-Тернера.