Геномні мутації – зміна кількості хромосом;
хромосомні мутації – розбудова структури окремих хромосом;
генні мутації – та/або послідовності складових частингенів (нуклеотидів) у структурі ДНК, наслідком яких стає зміна кількості та якості відповідних білкових продуктів.

Генні мутації відбуваються шляхом заміщення, делеції (втрати), транслокації (переміщення), дуплікації (подвоєння), інверсії (зміни) нуклеотидів у межах окремих генів. У тому випадку, коли мова йдепро трансформації не більше одного нуклеотиду, використовують термін – точкова мутація.

Подібні трансформації нуклеотидів стають причиною появи трьох мутантних кодів:

Зі зміненим змістом (міссенс-мутації), коли в поліпептиді, кодованим даним геном, відбувається заміщення однієї амінокислоти на іншу;
із незміненим змістом (нейтральні мутації) – заміна нуклеотидів не супроводжується заміною амінокислот і не надає помітного впливу на структуру чи функцію відповідного білка;
безглуздих (нонсенс-мутації), які можуть стати причиною обриву поліпептидного ланцюга і мають найбільшу ушкоджуючу дію.

Мутації у різних частинах гена

1. мутації в регуляторних областях гена (у промоторній частині та в сайті поліаденілювання), які викликають кількісні змінивідповідних продуктів і проявляються клінічно залежно від граничного рівня білків, але їхня функція ще зберігається;

2. мутації в кодуючих областях гена:
в екзонах – спричиняють передчасне закінчення білкового синтезу;
в інтронах – можуть генерувати нові сайти сплайсингу, які в результаті замінюють вихідні (нормальні);
у сайтах сплайсингу (в зоні стику екзонів та інтронів) – призводять до трансляції безглуздих білків.

Для усунення наслідків такого роду пошкоджень існують спеціальні механізми репарації. Суть яких у видаленні помилкової ділянки ДНК, і тоді цьому місці відновлюється вихідний. Тільки в тому випадку, якщо репараційний механізм не спрацював або не впорався з ушкодженням, виникає мутація.

Мутації – це зміни в ДНК клітини. Виникають під впливом ультрафіолету, радіації (рентгенівських променів) тощо. Передаються у спадок, служать матеріалом для природного відбору.

Генні мутації- Зміна будови одного гена. Це зміна у послідовності нуклеотидів: випадання, вставка, заміна тощо. Наприклад, заміна А на Т. Причини – порушення при подвоєнні (реплікації) ДНК. Приклади: серповидноклітинна анемія, фенілкетонурія.

Хромосомні мутації- Зміна будови хромосом: випадання ділянки, подвоєння ділянки, поворот ділянки на 180 градусів, перенесення ділянки на іншу (негомологічну) хромосому і т.п. Причини - порушення при кросинговері. Приклад: синдром котячого крику.

Геномні мутації- Зміна кількості хромосом. Причини – порушення при розбіжності хромосом.

• Поліплоїдія- кратні зміни (у кілька разів, наприклад, 12 → 24). У тварин не зустрічається, рослин призводить до збільшення розміру.
• Анеуплоїдія- Зміни на одну-дві хромосоми. Наприклад, одна зайва двадцять перша хромосома призводить до синдрому Дауна (при цьому загальна кількість хромосом – 47).

Цитоплазматичні мутації- Зміни в ДНК мітохондрій і пластид. Передаються лише з жіночої лінії, т.к. мітохондрії та пластиди зі сперматозоїдів у зиготу не потрапляють. Приклад у рослин - строкатість.

Соматичні- мутації в соматичних клітинах (клітинах тіла; може бути чотирьох вищезгаданих видів). При статевому розмноженні у спадок не передаються. Передаються при вегетативному розмноженні у рослин, під час брунькування та фрагментації у кишковопорожнинних (у гідри).

Наведені нижче поняття, крім двох, використовуються для опису наслідків порушення нуклеотидів в ділянці ДНК, що контролює синтез білка. Визначте ці два поняття, які «випадають» з загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення первинної структури поліпептиду
2) розбіжність хромосом
3) зміна функцій білка
4) генна мутація
5) кросинговер

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні організми виникають у результаті
1) геномних мутацій

3) генних мутацій
4) комбінативної мінливості

Відповідь

Встановіть відповідність між характеристикою мінливості та її видом: 1) цитоплазматична; 2) комбінативна
А) відбувається при незалежній розбіжності хромосом у мейозі
Б) відбувається в результаті мутацій у ДНК мітохондрій
В) виникає внаслідок перехреста хромосом
Г) проявляється в результаті мутацій у ДНК пластид
Д) виникає при випадковій зустрічі гамет

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Синдром Дауна є результатом мутації
1) геномної
2) цитоплазматичної
3) хромосомний
4) рецесивний

Відповідь

1. Встановіть відповідність між характеристикою мутації та її видом: 1) генна, 2) хромосомна, 3) геномна
А) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
Б) зміна будови хромосом
В) зміна числа хромосом у ядрі
Г) поліплоїдія
Д) зміна послідовності розташування генів

Відповідь

2. Встановіть відповідність між характеристиками та типами мутацій: 1) генні, 2) геномні, 3) хромосомні. Запишіть цифри 1-3 у порядку, що відповідає буквам.
А) делеція ділянки хромосоми
Б) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
В) кратне збільшення гаплоїдного набору хромосом
Г) анеуплоїдія
Д) зміна послідовності генів у хромосомі
Е) випадання одного нуклеотиду

Відповідь

Виберіть три варіанти. Чим характеризується геномна мутація?
1) зміною нуклеотидної послідовності ДНК
2) втратою однієї хромосоми у диплоїдному наборі
3) кратним збільшенням числа хромосом
4) зміною структури синтезованих білків
5) подвоєнням ділянки хромосоми
6) зміною числа хромосом у каріотипі

Відповідь

1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Усі вони, крім двох, використовують для опису характеристик геномної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обмежена нормою реакції ознаки
2) число хромосом збільшено і кратно гаплоїдному
3) з'являється додаткова Х-хромосома
4) має груповий характер
5) спостерігається втрата Y-хромосоми

Відповідь

2. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення розходження гомологічних хромосом при розподілі клітини
2) руйнування веретена поділу
3) кон'югація гомологічних хромосом
4) зміна числа хромосом
5) збільшення числа нуклеотидів у генах

Відповідь

3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
2) кратне збільшення хромосомного набору
3) зменшення числа хромосом
4) подвоєння ділянки хромосоми
5) нерозбіжність гомологічних хромосом

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Рецесивні генні мутації змінюють
1) послідовність етапів індивідуального розвитку
2) склад триплетів у ділянці ДНК
3) набір хромосом у соматичних клітинах
4) будова аутосом

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Цитоплазматична мінливість пов'язана з тим, що
1) порушується мейотичний поділ
2) ДНК мітохондрій здатна мутувати
3) з'являються нові алелі в аутосомах
4) утворюються гамети, нездатні до запліднення

Відповідь

1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) втрата ділянки хромосоми
2) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
3) зменшення числа хромосом у каріотипі
4) поява додаткової Х-хромосоми
5) перенесення ділянки хромосоми на негомологічну хромосому

Відповідь

2. Всі наведені нижче ознаки, крім двох, використовуються для опису хромосомної мутації. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) число хромосом збільшилося на 1-2
2) один нуклеотид у ДНК замінюється на інший
3) ділянку однієї хромосоми перенесено на іншу
4) сталося випадання ділянки хромосоми
5) ділянку хромосоми перевернуто на 180°

Відповідь

3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовуються для опису хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) множення ділянки хромосоми у кілька разів
2) поява додаткової аутосоми
3) зміна послідовності нуклеотидів
4) втрата кінцевої ділянки хромосоми
5) поворот гена у хромосомі на 180 градусів

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. До якого виду мутацій відносять зміну структури ДНК у мітохондріях
1) геномної
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) комбінативною

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Ряболистість у нічної красуні та левового зіва визначається мінливістю
1) комбінативною
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) генетичної

Відповідь

1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик генної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обумовлена ​​поєднанням гамет при заплідненні
2) обумовлена ​​зміною послідовності нуклеотидів у триплеті
3) формується при рекомбінації генів при кросинговері
4) характеризується змінами всередині гена
5) формується при зміні нуклеотидної послідовності

Відповідь

2. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, є причинами генної мутації. Визначте ці два поняття, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) кон'югація гомологічних хромосом та обмін генами між ними
2) заміна одного нуклеотиду в ДНК на інший
3) зміна послідовності сполуки нуклеотидів
4) поява у генотипі зайвої хромосоми
5) випадання одного триплету в ділянці ДНК, що кодує первинну структуру білка

Відповідь

3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) заміна пари нуклеотидів
2) виникнення стоп-кодону всередині гена
3) подвоєння числа окремих нуклеотидів у ДНК
4) збільшення числа хромосом
5) втрата ділянки хромосоми

Відповідь

4. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) додавання одного триплету до ДНК
2) збільшення числа аутосом
3) зміна послідовності нуклеотидів у ДНК
4) втрата окремих нуклеотидів у ДНК
5) кратне збільшення числа хромосом

Відповідь

5. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, типові генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) виникнення поліплоїдних форм
2) випадкове подвоєння нуклеотидів у гені
3) втрата одного триплету у процесі реплікації
4) утворення нових алелей одного гена
5) порушення розбіжності гомологічних хромосом у мейозі

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні сорти пшениці – це результат мінливості
1) хромосомний
2) модифікаційної
3) генний
4) геномної

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Отримання селекціонерами сортів поліплоїдної пшениці можливе завдяки мутації.
1) цитоплазматичної
2) генний
3) хромосомний
4) геномної

Відповідь

Встановіть відповідність між характеристиками та мутаціями: 1) геномна, 2) хромосомна. Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
А) кратне збільшення числа хромосом
б) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
В) обмін ділянками негомологічних хромосом
Г) випадання центральної ділянки хромосоми
Д) подвоєння ділянки хромосоми
Е) неразова зміна числа хромосом

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поява різних алелей одного гена відбувається у результаті
1) непрямого поділу клітини
2) модифікаційної мінливості
3) мутаційного процесу
4) комбінативної мінливості

Відповідь

Усі наведені нижче терміни, крім двох, використовуються при класифікації мутацій щодо зміни генетичного матеріалу. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) геномні
2) генеративні
3) хромосомні
4) спонтанні
5) генні

Відповідь

Встановіть відповідність між типами мутацій та їх характеристиками та прикладами: 1) геномні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) втрата або поява зайвих хромосом внаслідок порушення мейозу
Б) призводять до порушення функціонування гена
В) прикладом є поліплоїдія у найпростіших рослин
Г) подвоєння чи втрата ділянки хромосоми
Д) яскравим прикладомє синдром Дауна

Відповідь

Встановіть відповідність між категоріями спадкових хвороб та їх прикладами: 1) генні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) гемофілія
Б) альбінізм
в) дальтонізм
Г) синдром «котячого крику»
Д) фенілкетонурія

Відповідь

Знайдіть три помилки у наведеному тексті та вкажіть номери пропозицій з помилками.(1) Мутації – це випадково виниклі стійкі зміни генотипу. (2) Генні мутації – це результат «помилок», що виникають у процесі подвоєння молекул ДНК. (3) Геномні називають мутації, які ведуть до зміни структури хромосом. (4) Багато культурних рослин є поліплоїдами. (5) Поліплоїдні клітини містять одну-три зайві хромосоми. (6) Поліплоїдні рослини характеризуються більш потужним зростанням і великими розмірами. (7) Поліплоїдію широко використовують як у селекції рослин, так і в селекції тварин.

Відповідь

Проаналізуйте таблицю "Види мінливості". Для кожного осередку, позначеного буквою, виберіть відповідне поняття або відповідний приклад із запропонованого списку.
1) соматичні
2) генні
3) заміна одного нуклеотиду на інший
4) подвоєння гена на ділянці хромосоми
5) додавання чи випадання нуклеотидів
6) гемофілія
7) дальтонізм
8) трисомія у хромосомному наборі

Відповідь

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

Людство стикається з величезною кількістюпитань, багато з яких і досі залишаються без відповіді. І найближчі людині – пов'язані з його фізіологією. Стійка зміна спадкових властивостей організму під впливом зовнішньої та внутрішнього середовища- Мутація. Також цей чинник – важлива частина природного відбору, адже це джерело природної мінливості.

Досить часто до мутування організмів вдаються селекціонери. Наука поділяє мутації на кілька видів: геномна, хромосомна та генна.

Генна – найпоширеніша, і саме з нею доводиться стикатися найчастіше. Вона полягає у зміні первинної структури, а отже і амінокислот, що зчитуються з іРНК. Останні вибудовуються комплементарно одним із ланцюгів ДНК (біосинтез білка: транскрипція та трансляція).

Назва мутації спочатку мали будь-які стрибкоподібні зміни. Але сучасні уявленняпро це явище склалися лише до XX віці. Сам термін «мутація» був введений в 1901 Хьюго Де Фрісом, голландським ботаніком і генетиком, вченим, знання і спостереження якого відкрили закони Менделя. Саме він сформулював сучасне поняття мутації, а також розробив мутаційну теорію, але приблизно в той же період вона була сформульована нашим співвітчизником – Сергієм Коржинським у 1899 році.

Проблема мутацій у сучасній генетиці

Але сучасними вченими було зроблено уточнення щодо кожного пункту теорії.
Як виявилося, мають місце особливі зміни, що накопичуються під час життя поколінь. Також стало відомо, що існують ликові мутації, що полягають у незначному спотворенні вихідного продукту. Положення про повторне виникнення нових біологічних ознак стосується виключно генних мутацій.

Важливо розуміти, що визначення того, наскільки вона шкідлива чи корисна, багато в чому залежить від генотипного середовища. Багато факторів зовнішнього середовищаздатні порушувати впорядкованість генів, суворо встановленого процесу їхнього самовідтворення.

У процесі та природного відбору людина придбала не тільки корисні особливості, Але й не найсприятливіші, які стосуються хвороб. І людський вид розплачується за отримане від природи за рахунок нагромадження патологічних ознак.

Причини генних мутацій

Мутагенні фактори. Більшість мутацій згубно впливають організм, порушуючи відрегульовані природним відбором ознаки. Кожен організм схильний до мутації, але під впливом мутагенних чинників їх кількість різко зростає. До таких факторів відносять: іонізуюче, ультрафіолетове випромінювання, підвищену температурубагато з'єднань хімічних речовин, а також віруси.

Антимутагенними факторами, тобто факторами захисту спадкового апарату, сміливо можна віднести виродженість генетичного кодувидалення непотрібних ділянок, що не несуть генетичну інформацію (інтронів), а також подвійний ланцюг ДНК молекули

Класифікація мутацій

1. Дуплікація. При цьому відбувається копіювання від одного нуклеотиду до ланцюга до фрагмента ланцюга ДНК і самих генів.
2. Деліція. У разі відбувається втрата частини генетичного матеріалу.
3. Інверсія. За такої зміни певна ділянка повертається на 180 градусів.
4. Інсерція. Спостерігається вставка від одного нуклеотиду до частин ДНК та гена.

У сучасному світіми все частіше стикаємося із проявом зміни різних ознакяк у тварини, і у людини. Найчастіше мутації розбурхують вчених, що бачили види.

Приклади генних мутацій у людей

1. Прогерія. Прогерією прийнято вважати одним із найрідкісніших генетичних дефектів. Виявляється ця мутація в передчасному старінні організму. Більшість хворих гине, не досягнувши тринадцятирічного віку, і небагатьом вдається зберегти до двадцяти років. Дана хвороба розвиває інсульти та хвороби серця, і саме тому найчастіше причиною смерті є серцевий нападчи інсульт.
2. Синдром на Юнера Тана (СЮТ). Цей синдромспецифічний тим, що схильні йому пересуваються рачки. Зазвичай люди СЮТ використовують найпростішу, примітивнішу мову і страждають на вроджену мозкову недостатність.
3. Гіпертригосп. Також має назву "синдром перевертня" або ж - "синдром Абрамса". Це явищепростежується та документується з часів Середньовіччя. Люди, схильні до гіпертрихозу відрізняються кількістю, що перевищує норми, особливо це поширюється на обличчя, вуха і плечі.
4. Тяжкий комбінований імунодефіцит. Схильні до цього захворювання вже при народженні позбавлені ефективної імунної системи, Якою володіє середньостатистична людина Девід Веттер, завдяки якому у 1976 році дана хворобаздобула популярність, помер у віці тринадцяти років, після невдалої спроби хірургічного втручанняз метою зміцнення імунітету.
5. Синдром Марфана. Захворювання зустрічається досить часто, і супроводжується непропорційним розвитком кінцівок, надмірною рухливістю суглобів. Набагато рідше зустрічається відхилення виражене зрощення ребер, наслідком чого є або випирання, або западання грудної клітки. Частою проблемоюсхильних до донного синдрому є викривлення хребта.

Мутації генетично є молекулярними, не видимими у світловому мікроскопі структурними змінами ДНК. До них відносять будь-які трансформації дезоксирибонуклеїнової кислоти, незалежно від їх впливу на життєздатність та локалізації. Деякі види генних мутацій не впливають на функції та структуру відповідного поліпептиду (білка). Однак більша частинатаких трансформацій провокує синтез дефектної сполуки, що втратила здатність виконувати свої завдання. Далі розглянемо генні та хромосомні мутації докладніше.

Характеристика трансформацій

Найбільш поширеними патологіями, які провокують генні мутації людини, є нейрофіброматоз, адрено-генітальний синдром, муковісцидоз, фенілкетонурія. До цього списку також можна включити гемохроматоз, міопатії Дюшенна-Беккера та інші. Це далеко не всі приклади генних мутацій. Їх клінічними ознакамивиступають зазвичай порушення метаболізму (обмінного процесу). Генні мутації можуть полягати в:

• Заміна в кодоні основи. Таке явище називають міссенс-мутацією. При цьому в частині, що кодує, відбувається заміна нуклеотиду, що, у свою чергу, призводить до зміни амінокислоти в білку.
• Зміна кодону таким чином, що зупиняється зчитування інформації. Цей процес називають нонсенсмутацією. При заміні нуклеотиду в даному випадкувідбувається формування стоп-кодону та припинення трансляції.
• Порушення зчитування, зсув рамки. Цей процес називають "фреймшифтом". При молекулярній зміні ДНК трансформуються триплети під час трансляції поліпептидного ланцюжка.

Класифікація

Відповідно до типу молекулярної трансформації існують такі генні мутації:

• Дуплікація. І тут відбувається повторне дублювання чи подвоєння фрагмента ДНК від 1 нуклеотиду до генів.
• Деліція. І тут має місце втрата фрагмента ДНК від нуклеотиду до гена.
• Інверсія І тут відзначається поворот на 180 град. ділянки ДНК. Його розмір може бути як у два нуклеотиди, так і цілий фрагмент, що складається з декількох генів.
• Інсерція. І тут відбувається вставка ділянок ДНК від нуклеотиду до гена.

Молекулярні трансформації, що захоплюють від однієї до кількох ланок, розглядаються як точкові зміни.

Відмінні риси

Генні мутації мають низку особливостей. Насамперед слід відзначити їхню здатність переходити у спадок. З іншого боку, мутації можуть спровокувати трансформацію генетичних відомостей. Деякі зміни можуть бути віднесені до так званих нейтральних. Такі генні мутації не провокують будь-яких порушень у фенотипі. Так, завдяки вродженості коду одна і та ж амінокислота може кодуватися двома триплетами, що мають відмінності тільки по 1 підставі. Разом з тим, певний ген може мутувати (трансформуватися) у декілька різних станів. Саме такого роду зміни провокують більшу частину спадкових патологій. Якщо наводити приклади генних мутацій, можна звернутися до груп крові. Так, у елемента, що контролює їх системи АВ0, є три алелі: В, А і 0. Їх поєднання визначають групи крові. Що відноситься до системи АВ0, вважається класичним проявом трансформації нормальних ознак у людей.

Геномні трансформації

Ці трансформації мають власну класифікацію. До категорії геномних мутацій відносять зміни у плоїдності не змінених структурно хромосом та анеуплоїдії. Такі трансформації визначаються спеціальними методами. Анеуплоїдія являє собою зміну (збільшення – трисомію, зменшення – моносомію) кількості хромосом диплоїдного набору, неразову гаплоїдну. При кратному збільшенні числа говорять про поліплоїдію. Вони і більшість анеуплоїдій у людей вважаються летальними змінами. Серед найпоширеніших геномних мутацій виділяють:

• Моносомію. У цьому випадку є тільки одна з 2 гомологічних хромосом. На тлі такої трансформації здоровий ембріональний розвиток неможливий за будь-яким аутосом. Як єдина сумісна з життям виступає моносомія по хромосомі Х. Вона провокує синдром Шерешевського-Тернера.
• Трисомія. В даному випадку в каріотипі виявляється три гомологічні елементи. Приклади таких генних мутацій: синдром Дауна, Едвардса, Патау.

Провокуючий фактор

Причиною, через яку розвивається анеуплоидия, вважається нерозбіжність хромосом у процесі клітинного поділу і натомість формування статевих клітин чи втрата елементів внаслідок анафазного відставання, тоді як за русі до полюса гомологічна ланка може відстати від негомологического. Поняття "нерозбіжність" свідчить про відсутність поділу хроматид чи хромосом у мітозі чи мейозі. Це порушення може призвести до мозаїцизму. У цьому випадку одна клітинна лініябуде нормальною, а інша – моносомною.

Нерозбіжність при мейозі

Таке явище вважається найчастішим. Ті хромосоми, які повинні ділитися в нормі при мейозі, залишаються з'єднаними. В анафазі вони відходять до одного клітинного полюса. В результаті формується 2 гамети. В одній з них є додаткова хромосома, а в іншій не дістає елемента. У процесі запліднення нормальної клітиниіз зайвою ланкою розвивається трисомія, гамети з недостатнім компонентом - моносомія. При формуванні моносомної зиготи по якомусь аутосомному елементу розвиток припиняється на початкових етапах.

Хромосомні мутації

Ці трансформації є структурні зміниелементів. Як правило, вони візуалізуються у світловий мікроскоп. До хромосомних мутацій зазвичай залучається від десятків до сотень генів. Це провокує зміни у нормальному диплоїдному наборі. Як правило, такі аберації не викликають трансформації послідовності ДНК. Однак за зміни кількості генних копій розвивається генетичний дисбаланс через нестачу чи надлишку матеріалу. Існує дві великі категорії даних трансформацій. Зокрема, виділяють внутрішньо- та міжхромосомні мутації.

Вплив середовища

Люди еволюціонували як групи ізольованих популяцій. Вони досить довго проживали за однакових умов середовища. Йдеться, зокрема, про характер харчування, кліматогеографічні характеристики, культурні традиції, збудників патологій тощо. Усе це призвело до закріплення специфічних кожної популяції поєднань алелей, які були найбільш відповідними умов проживання. Проте внаслідок інтенсивного розширення ареалу, міграцій, переселення стали виникати ситуації, коли в одному середовищі. корисні поєднанняпевних генів в іншій перестали забезпечувати нормальне функціонуваннянизки систем організму. У зв'язку з цим частина спадкової мінливості обумовлюється несприятливим комплексом непатологічних елементів. Отже, причиною генних мутацій у разі виступають зміни довкілля, умов проживання. Це, своєю чергою, стало основою розвитку низки спадкових захворювань.

Природний відбір

З часом еволюція протікала у більш специфічних видах. Це також сприяло розширенню спадкової різноманітності. Так, зберігалися ті ознаки, які могли зникати у тварин, і, навпаки, відкидалося те, що залишалося у звірів. У ході природного відбору люди набували також і небажаних ознак, які мали пряме відношення до хвороб. Наприклад, в людини у розвитку з'явилися гени, здатні визначати чутливість до поліомієліту чи дифтерійному токсину. Ставши Homo sapiens, біологічний виглядлюдей до певної міри "заплатив за свою розумність" накопиченням і патологічних трансформацій. Це положення вважається основою однієї з базових концепцій вчення про генні мутації.

Генні мутації. Поняття про генних хворобах.

1. Визначення мінливості. Класифікація її форм.

Мінливість – є загальна властивістьживих організмів, що полягає у зміні спадкових ознак у ході онтогенезу (індивідуального розвитку).

Мінливість організмів ділять на два великі типи:

1. фенотипічну, яка не зачіпає генотип і не передається у спадок;

2. генотипічну, що змінює генотип і тому передається у спадок.

Генотипова мінливість поділяється на комбінативну та мутаційну.

Мутаційна мінливістьвключає геномні, хромосомні та генні мутації.

Геномні мутації поділяється на поліплоїдію та анеуплоїдію.

Хромосомні мутації поділяється на делеції, дуплікації, інверсії, транслокації

2. Фенотипова мінливість. Норма реакції генетично детермінованих ознак. Адаптивний характер модифікацій. Фенокопії.

Фенотипова мінливість (чи неспадкова, модифікаційна) – це зміна фенотипічних ознак організму під впливом чинників довкілля, без зміни генотипу.

Наприклад: забарвлення вовни у гімалайського кролика в залежності від температури довкілля.

Норма реакції – це діапазон мінливості, у якого той самий генотип здатний давати різні фенотипи.

1. широка норма реакції – коли коливання ознаки йдуть у межах (наприклад: засмага, кількість молока).

2. Вузька норма реакції – коли коливання ознаки незначні (наприклад: жирність молока).

3. однозначна норма реакції – коли ознака не змінюється, за жодних умов (наприклад: групи крові, колір очей, розріз очей).

Адаптивний характер модифікацій полягає в тому, що модифікаційна мінливість дозволяє організму адаптуватися до умов середовища, що змінюються. Тому модифікації завжди корисні.

Якщо під час ембріогенезу на організм впливають несприятливі фактори, то можуть з'являтися фенотипічні зміни, що виходять за межі норми реакції та не мають адаптивного характеру, їх називають морфози розвитку. Наприклад, дитина народжується без кінцівок або із заячою губою.

Фенокопії – це морфози розвитку, які дуже важко від спадкових змін (захворювань).

Наприклад: якщо вагітна жінка перехворіла на краснуху, у неї може народитися дитина з катарактою. Але ця патологія може виникнути і внаслідок мутації. У першому випадку йдеться про фенокопію.

Діагноз «фенокопія» є важливим для майбутнього прогнозу, оскільки при фенокопії генетичний матеріал не змінюється, тобто залишається в нормі.

3. Комбінативна мінливість. Значення комбінативної мінливості у забезпеченні генетичного розмаїття людей.

Комбінативна мінливість - це виникнення у нащадків нових комбінацій генів, яких не було у їхніх батьків.

Комбінативна мінливість пов'язана:

з кросинговером у профазу мейозу 1.

з незалежною розбіжністю гомологічних хромосом в анафазу мейозу 1.

з випадковим поєднанням гамет при заплідненні.

Значення комбінативної мінливості – забезпечує генетична різноманітністьособин у межах виду, що важливо для природного відбору та еволюції.

4. Мутаційна мінливість. Основні положення теорії мутацій.

Гюго де Фріз голландський вчений запровадив у 1901 році термін "мутація".

Мутація - це явище переривчастої стрибкоподібної зміни спадкової ознаки.

Процес виникнення мутацій називається мутагенез, а організм, який набуває нових ознак у процесі мутагенезу, називається – мутант.

Основні положення теорії мутацій за Гюго де Фріз.

1. мутації виникають раптово без будь-яких переходів.

2. Форми, що виникли, цілком стійкі.

3. мутації є якісними змінами.

4. мутації відбуваються у різних напрямках. вони можуть бути як корисними, і шкідливими.

5. одні й самі мутації можуть бути повторно.

5. Класифікація мутацій.

I. За походженням.

1. Спонтанні мутації. Мимовільні мутації або природні, виникають у звичайних природних умовах.

2. Індуковані мутації. Викликані мутації або штучні, виникають при дії на організм мутагенних факторів.

а. фізичні ( іонізуюче випромінювання, УФО, висока температура і т.п.)

б. хімічні (солі важких металів, азотиста кислота, вільні радикали, побутові та промислові відходи, ліки).

ІІ. За місцем виникнення.

а. Соматичні мутації виникають у соматичних клітинах та успадковуються нащадками тих клітин, у яких виникли. З покоління до покоління не передаються.

б. Генеративні мутації виникають у статевих клітинах і передаються з покоління до покоління.

ІІІ. За характером змін фенотипу.

1. Морфологічні мутації, що характеризуються зміною будови органу чи організму загалом.

2. Фізіологічні мутації, що характеризуються зміною ф-й органуабо організму загалом.

3. Біохімічні мутації пов'язані із зміною макромолекули.

IV. За впливом на життєздатність організму.

1. Летальні мутації у 100% випадків призводять до загибелі організму через несумісні з життям дефекти.

2. Напівлетальні мутації призводять до загибелі у 50-90% випадків. Зазвичай, організми з такими мутаціями не доживають до репродуктивного періоду.

3. Умовно летальні мутації, в одних умовах організм гине, а в інших умовах виживає (галактоземія).

4. Корисні мутації підвищують життєздатність організму та використовуються у селекції.

V. За характером зміни спадкового матеріалу.

1. Генні мутації.

2. Хромосомні мутації.

6. Генні мутації, визначення. Механізми виникнення спонтанних генних мутацій.

Генні мутації чи точкові мутації – це мутації, які у генах лише на рівні нуклеотидів, у своїй змінюється структура гена, змінюється молекула мРНК, змінюється послідовність амінокислот в білку, в організмі змінюється ознака.

Види генних мутацій:

- міссенсмутації - заміна 1 нуклеотиду в триплеті на інший призведе до того, що в поліпептидний ланцюг білка включатиметься інша амінокислота, якої в нормі не повинно бути, а це призведе до того, що зміняться властивості та функції білка.

Приклад: заміна глутамінової кислоти на валін у молекулі гемоглобіну.

ЦТТ - глутамінова кислота, ЦАТ - валін

Якщо така мутація відбувається в гені, який кодує β ланцюг білка гемоглобіну, то β ланцюг замість глютамінової кислоти включається валін → в результаті такої мутації змінюються властивості та функції білка гемоглобіну і замість нормального HbA з'являється HbS, в результаті у людини розвивається серповидноклітинна анемія ( еритроцитів змінюється).

- нонсенсмутації – заміна 1 нуклеотиду в триплеті іншою призведе до того, що генетично значущий триплет перетвориться на стоп кодон, що призводить до обриву синтезу поліпептидного ланцюга білка. Приклад: УАЦ – тирозин. УАА - стоп кодон.

Мутації із зсувом рамки зчитування спадкової інформації.

Якщо в результаті генної мутації в організмі з'являтиметься нова ознака(наприклад, полідактилія), то вони називаються неоморфними.

якщо в результаті генної мутації організм втрачає ознаку (наприклад, при ФКУ зникає фермент), то вони називаються аморфними.

- сеймсенсмутації – заміна нуклеотиду в триплеті призводить до появи триплета-синоніма, який кодує той самий білок. Це з виродженістю генетичного коду. Наприклад: ЦТТ – глютамін ЦТЦ – глютамін.

Механізми виникнення генних мутацій (заміна, вставка, випадання).

ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів. Спочатку зміна виникає в 1-му ланцюзі ДНК - це напівмутаційний стан або первинне пошкодження ДНК. Кожну секунду у клітині має місце 1 первинне ушкодження ДНК.

Коли пошкодження переходить на другий ланцюг ДНК, то говорять про те, що відбулася фіксація мутації, тобто виникла "повна мутація".

Первинні пошкодження ДНК виникають при порушенні механізмів реплікації, транскрипції, кросинговеру.

7. Частота генних мутацій. Мутації прямі та зворотні, домінантні та рецесивні.

Людина частота мутацій = 1х10 –4 – 1х10 –7 , тобто у середньому 20–30% гамет в людини у кожному поколінні є мутантними.

У дрозофіли частота мутацій = 1х10 -5, тобто 1 гамет зі 100 тисяч несе генну мутацію.

а. Пряма мутація (рецесивна) – це мутація гена з домінантного стану до рецесивного стану: А → а.

б. Зворотна мутація (домінантна) – це мутація гена з рецесивного стану домінуючий стан: а → А.

Генні мутації зустрічаються у всіх організмів, гени мутують у різних напрямках, а також з різною частотою. Гени, які рідко мутують називаються – стабільні, а гени, які часто мутують, називаються – мутабельні.

8. Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості Н.І.Вавілова.

Мутування відбувається у різних напрямах, тобто. випадково. Проте ці випадковості підпорядковуються закономірності, виявленої 1920г. Вавіловим. Він сформулював закон гомологічних рядів у спадковій мінливості.

"Види та пологи генетично близькі характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати існування паралельних форм в інших видів та пологів".

Цей закон дозволяє передбачити наявність певної ознаки у особин різних пологіводного сімейства. Так було передбачено наявність у природі безалкалоїдного люпину, т.к. у сімействі бобових є пологи бобів, гороху, квасолі, що не містять алкалоїдів.

У медицині закон Вавілова дозволяє використовувати тварин, генетично близьких людині, як генетичні моделі. Там ставлять експерименти з вивчення генетичних хвороб. Наприклад, катаракта вивчається на мишах та собаках; гемофілія – на собаках, уроджена глухота – на мишах, морських свинках, собаках.

Закон Вавілова дозволяє передбачити появу індукованих мутацій, невідомих науці, які можуть використовуватися в селекції для створення цінних для людини форм рослин.

9. Антимутаційні бар'єри організму.

- Точність реплікації ДНК.Іноді під час реплікації виникають помилки, тоді включаються механізми самокорекції, спрямовані усунення неправильного нуклеотида. Важливу рольвідіграє фермент ДНК-полімераза, і частота помилок знижується в 10 разів (з 10-5 до 10-6).

- Виродженість генетичного коду. 1 амінокислоту можуть кодувати кілька триплетів, тому заміна 1 нуклеотиду в триплеті у ряді випадків не спотворює спадкову інформацію. Наприклад, ЦТТ та ЦТЦ – глутамінова кислота.

- Екстракопіюваннядеяких генів відповідальних важливі макромолекули: рРНК, тРНК, білки гістони, тобто. утворюється багато копій цих генів. Ці гени входять до складу помірно повторюваних послідовностей.

- Надмірність ДНК- 99% є надмірною і мутагенний фактор частіше потрапляє в ці 99% безглуздих послідовностей.

- Парність хромосому диплоїдному наборі. У гетерозиготному стані багато шкідливих мутацій не виявляються.

- Вибракуваннямутантних статевих клітин

- Репарація ДНК.

10. Репарація генетичного матеріалу. .

Репарація ДНК – видалення первинних ушкоджень із ДНК та заміна їх нормальними структурами.

Виділяють дві форми репарації: світлову та темнову

А. Світлова репарація (або ферментативна фотореактивація). Ферменти репарації активні лише у присутності світла. Ця форма репарації спрямована на видалення первинних пошкоджень ДНК, викликаних дією УФО.

Під дією УФО в ДНК активуються піримідинові азотисті основи, що призводить до того, що виникають зв'язки між піримідиновими азотистими основами, які розташовуються поруч в одному ланцюзі ДНК, тобто утворюються піримідинові димери. Найчастіше виникають зв'язки: Т = Т; Т=Ц; Ц = Ц.

У нормі ДНК піримідинових димерів немає. Освіта їх призводить до того, що спотворюється спадкова інформаціяі порушується нормальний перебіг реплікації та транскрипції, що призводить згодом до генних мутацій.

Суть фотореактивації: в ядрі існують спеціальний (фотореактивуючий) фермент, який активний тільки в присутності світла, цей фермент руйнує піримідинові димери, тобто розриває зв'язки, які виникли між азотистими піримідиновими основами під дією УФО.

Темнова репарація відбувається у темряві і світла, тобто активність ферментів залежить від присутності світла. Вона ділиться на дореплікативну репарацію та постреплікативну репарацію.

Дореплікативна репарація відбувається до реплікації ДНК, у цьому процесі бере участь багато ферментів:

o Ендонуклеаза

o Екзонуклеаза

o ДНК-полімераза

o ДНК - лігаза

1 етап. Фермент ендонуклеазу знаходить пошкоджену ділянку та розрізає її.

2 етап. Фермент екзонуклеазу видаляє пошкоджену ділянку з ДНК (ексцизія) у результаті утворюється пролом.

3 етап. Фермент ДНК полімеразу синтезує недостатню ділянку. Синтез відбувається за принципом комплементарності.

4 етап. Ферменти лігази з'єднують або зшивають знову синтезовану ділянку з ланцюгом ДНК. Таким чином, первинне пошкодження ДНК усувається.

Постеплікативна репарація.

Припустимо, у ДНК є первинне ушкодження.

1 етап. Починається процес реплікації ДНК. Фермент ДНК-полімераза синтезує новий ланцюг повністю комплементарний старому неушкодженому ланцюгу.

2 етап. Фермент ДНК полімеразу синтезує інший новий ланцюг, але ділянку, де знаходиться пошкодження, він обходить. В результаті в другому новому ланцюзі ДНК утворився пролом.

3 етап. Після закінчення реплікації фермент ДНК полімеразу синтезує недостатню ділянку комплементарно нового ланцюга ДНК.

4 етап. Потім фермент лигаза з'єднують ще синтезований ділянку з ланцюгом ДНК, де був пролом. Таким чином, первинне пошкодження ДНК не перейшло на інший новий ланцюг, тобто не відбулася фіксація мутації.

Надалі первинне пошкодження ДНК може бути ліквідоване під час дореплікативної репарації.

11. Мутації, пов'язані з порушенням репарації ДНК та їх роль у патології.

Здатність до репарації в організмів виробилася і закріпилася під час еволюції. Чим вища активність репаруючих ферментів, тим стабільніший спадковий матеріал. За ферменти репарації відповідають відповідні гени, тому якщо відбувається мутація цих генах, то знижується активність репарирующих ферментів. У людини при цьому виникають тяжкі спадкові захворювання, які пов'язані зі зниженням активності репаруючих ферментів

Таких захворювань у людини більше 100. Деякі з них:

Анемія Фанконі– зменшення кількості еритроцитів, втрата слуху, порушення ССС, деформація пальців, мікроцефалія.

Сидром Блума - мала вага новонародженого, уповільнення зростання, підвищена сприйнятливість вірусної інфекції, підвищений ризиконкологічних захворювань. Характерна ознака: при нетривалому перебування на сонячному світлі на шкірі обличчя з'являється пігментація у формі метелика (розширення кровоносних капілярів).

Пігментна ксеродермія- На шкірі від світла з'являються опіки, які швидко перероджуються в рак шкіри (у таких хворих рак виникає в 20.000 разів частіше). Хворі змушені жити при штучному висвітленні.

Частота захворювання – 1: 250.000 (Європа, США), та 1: 40.000 (Японія)

Два види прогерій – передчасне старінняорганізму.

12. Генні хвороби, механізми їх розвитку, наслідування, частота виникнення.

Генні хвороби (або молекулярні хвороби) досить широко представлені у людини, їх налічується понад 1000.

Особливу групусеред них складають уроджені дефекти обміну речовин. Вперше ці захворювання описав А. Гарод у 1902 році. Симптоматика цих захворювань різна, але має місце порушення перетворення речовин, у організмі. При цьому одні речовини будуть у надлишку, інші в нестачі. Наприклад, в організм надходить речовина (А) і перетворюється далі під дією ферментів на речовину (В). Далі речовина (В) повинна перетворюватися на речовину (С), але цьому заважає мутаційний блок

(), в результаті речовина (С) буде в нестачі, а речовина (В) у надлишку.

Приклади деяких хвороб, зумовлених уродженим дефектомобмін речовин.

ФКУ(фенілкетонурія, вроджене недоумство). Генне захворювання, успадковується за аутосомно-рецесивним типом, зустрічається з частотою = 1:10.000. Фенілаланін є незамінною амінокислотоюдля побудови білкової молекули і, крім того, є попередником гормонів щитовидної залози(тироксину), адреналіну та меланіну. Амінокислота фенілаланін у клітинах печінки повинна перетворюватися за допомогою ферменту (фенілаланін-4-гідроксилази) на тирозин. Якщо відсутній фермент, який відповідає за дане перетворення, або знижена його активність, то вміст фенілаланіну в крові буде різко підвищений, а вміст тирозину знижений. Надлишок фенілаланіну в крові призводить до появи його похідних (фенілоцтової, фенілмолочної, фенілпіровиноградної та інших кетонових кислот), які виділяються із сечею, а також токсично впливають на клітини центральної нервової системи, що призводить до недоумства.

При своєчасній постановці діагнозу та переведенні немовляти на дієту, позбавлену фенілаланіну, розвиток захворювання можна попередити.

Альбінізм загальний.Генне захворювання, успадковується за аутосомно-рецесивним типом. У нормі амінокислота тирозин бере участь у синтезі тканинних пігментів. Якщо виникає мутаційний блок, відсутній фермент або знижено його активність, то тканинні пігменти не синтезуються. У цих випадках шкіра має молочно-білий колір, волосся дуже світле, внаслідок відсутності пігменту в сітківці просвічують. кровоносні судини, очі мають червонувато-рожевий колір, та підвищену чутливістьдо світла.

Алькапнонурія. Генне захворювання, успадковується за аутосомно-рецесивним типом, зустрічається з частотою = 3-5:1.000.000. Захворювання пов'язані з порушенням перетворення гомогентизиновой кислоти, у результаті ця кислота накопичується у організмі. Виділяючись із сечею, ця кислота призводить до розвитку захворювань нирок, крім того, сеча підщелочена при цій аномалії швидко темніє. Також захворювання проявляється фарбуванням хрящових тканин, у літньому віці розвивається артрит. Таким чином, захворювання супроводжується ураженням нирок та суглобів.

Генні хвороби пов'язані з порушенням обміну вуглеводів.

Галактоземія. Генне захворювання, успадковується за аутосомно-рецесивним типом, зустрічається з частотою = 1:35.000-40.000 дітей.

У крові новонародженого міститься моносахарид галактозу, який утворюється при розщепленні дисахариду молока лактозина глюкозу та галактозу. Галактоза безпосередньо не засвоюється організмом, вона повинна бути переведена спеціальним ферментом у форму, що засвоюється – глюкоза-1-фосфат.

Спадкова хвороба галактоземія обумовлена ​​порушенням функції гена, що контролює синтез білка-ферменту, що перетворює галактозу на форму, що засвоюється. У крові хворих дітей буде дуже мало цього ферменту та багато галактози, що встановлюється біохімічним аналізом.

Якщо діагноз поставлений у перші дні після народження дитини, то його годують сумішами, де немає молочного цукру, і дитина нормально розвивається. В іншому випадку дитина виростає недоумкуватим.

Муковісцидоз. Генне захворювання, успадковується за аутосомно-рецесивним типом, зустрічається з частотою = 1:2.000-2.500. Захворювання пов'язане з мутацією гена, який відповідає за білок-переносник, вбудований у плазматичну мембрануклітин. Цей білок регулює проникність мембрани до іонів Na і Ca. Якщо порушена проникність цих іонів у клітинах екзокринних залоз, то залози починають виробляти густий, в'язкий секрет, який закриває протоки екзокринних залоз.

Виділяють легеневу та кишкову форми муковісцидозу.

Синдром Марфан.Генне захворювання, успадковується за аутосомно-домінантним типом. Пов'язано з порушенням обміну білка фібриліну в сполучній тканині, що проявляється комплексом ознак: "павучі" пальці (арахнодактилія), високий ріст, підвивих кришталика, вади серця та судин, підвищений викидв кров адреналіну, сутулість, запалі груди, високий склепіння стопи, слабкість зв'язок і сухожиль і т.д. Вперше описано у 1896 році французьким педіатром Антоніо Марфаном.

лекція 10 Структурні мутації хромосом.

1. Структурні мутації хромосом (хромосомні аберації).

Виділяють наступні видихромосомних аберацій.

– делеції

– дуплікації

– інверсії

– кільцеві хромосоми

– транслокації

– транспозиції

За цих мутаціях змінюється структура хромосом, змінюється порядок розташування генів у хромосомах, змінюється доза генів у генотипі. Ці мутації зустрічаються у всіх організмів, вони бувають:

Спонтанні (викликані фактором невідомої природи) та індуковані (природа фактора, що спричинив мутацію відома)

Соматичні (що стосуються спадкового матеріалу соматичних клітин) і генеративні (зміни спадкового матеріалу гамет)

Корисні та шкідливі (останнє набагато частіше)

Збалансовані (система генотипу не змінюється, отже, не змінюється і фенотип) та незбалансовані (змінюється система генотипу, а отже, змінюється і фенотип

Якщо мутація торкається двох хромосом, говорять про міжхромосомні перебудови.

Якщо мутація стосується 1 хромосому, говорять про внутрішньохромосомні перебудови.

2. Механізми виникнення структурних мутацій хромосом.

Гіпотеза "розрив-з'єднання". Припускають, що у однієї чи кількох хромосомах відбуваються розриви. Утворюються ділянки хромосом, які потім з'єднуються, але в іншій послідовності. Якщо розрив відбувається до реплікації ДНК, то цей процес залучаються 2 хроматиди – це ізохроматиднийрозрив. Якщо розрив відбувається після реплікації ДНК, то залучається до процесу 1 хроматиду – це хроматиднийрозрив.

Друга гіпотеза: між негомологічними хромосомами відбувається процес подібний до кросинговеру, тобто. негомологічніХромосоми обмінюються ділянками.

3. Делеції, їхня сутність, форми, фенотипічний ефект. Псевдодомінування.

Делеція (недостача) – втрата ділянки хромосоми.

у хромосомі може статися 1 розрив, і вона втратить кінцеву ділянку, яка буде зруйнована ферментами (дефішенсі)

у хромосомі може бути два розриви зі втратою центральної ділянки, яка також буде зруйнована ферментами (інтерстиціальна делеція).

У гомозиготному стані делеції завжди летальні, у гетерозиготному стані вони виявляються множинними вадами розвитку.

Виявлення делецій:

Диференціальне фарбування хромосом

За фігурою петлі, що утворюється під час кон'югації гомологічних хромосом у профазу мейозу 1. Петля виникає на нормальній хромосомі.

Вперше делеція була вивчена у мушки дрозофіли, при цьому сталася втрата ділянки Х-хромосоми. У гомозиготному стані ця мутація летальна, а в гетерозиготному стані вона проявляється фенотиповою вирізкою на крилі (Notch-мутація). При аналізі цієї мутації було виявлено особливе явище, яке отримало назву псевдодомінування. При цьому фенотипно проявляється рецесивний алель, оскільки ділянка хромосоми з домінантним алелем втрачена внаслідок делеції.

У людини делеції частіше відбуваються у хромосомах з 1 по 18. Наприклад, делеція короткого плеча п'ятої хромосоми у гетерозиготному стані проявляється фенотипно, як синдром "котячого крику". Дитина народжується з більшим числомпатологій, що живе від 5 днів до місяця (дуже рідко до 10 років), його плач нагадує різке нявкання кота.

У 21 або 22 хромосомі стовбурових кровотворних клітин може статися інтерстиціальна делеція. У гетерозиготному стані вона проявляється фенотипно як злоякісна анемія.

4. Дуплікації, інверсії, кільцеві хроми. Механізм виникнення. Фенотипове прояв.

Дуплікація– подвоєння якоїсь ділянки хромосоми (ця ділянка може повторюватися багаторазово). Дуплікації можуть бути прямими та зворотними.

При цих мутаціях збільшується доза генів у генотипі, і в гомозиготному стані ці мутації летальні. У гетерозиготному стані вони виявляються множинними вадами розвитку. Однак ці мутації могли відігравати певну роль у ході еволюції. Таким чином могли виникнути сімейства генів гемоглобіну.

Можливо, послідовності нуклеотидів ДНК, що багаторазово повторюються, з'явилися в результаті дуплікацій.

Виявлення дуплікацій:

Фігура петлі в профазу мейозу 1. Петля виникає на хромосомі, що мутувала.

Інверсія –відрив ділянки хромосоми, поворот його на 180° та приєднання на старе місце. При інверсіях доза генів змінюється, але змінюється порядок розташування генів у хромосомі, тобто. змінюється група зчеплення. Кінцевих інверсій немає.

У гомозиготному стані інверсії летальні, у гетерозиготному стані вони виявляються множинними вадами розвитку.

Виявлення інверсій:

Диференціальне фарбування.

Фігура у вигляді двох протилежно розташованих петель профазу мейозу 1.

Інверсії бувають 2 видів:

парацентрична інверсія, яка торкається центроміру, т.к. розриви відбуваються в межах одного плеча хромосоми

перицентрична інверсія, що стосується центроміру, т.к. розриви відбуваються з обох боків від центроміру.

При перицентричній інверсії може змінюватися конфігурація хромосоми (якщо кінці ділянок, що повертаються, не симетричні). А це унеможливлює в подальшому кон'югацію.

Фенотипове прояв інверсій найбільш м'яке проти іншими хромосомними аббераціями. Якщо рецесивні гомозиготи гинуть, у гетерозигот найчастіше спостерігається безпліддя.

Кільцеві хромосоми. У нормі в каріотипі людини кільцевих хромосом немає. Вони можуть з'являтися при впливі на організм мутагенних факторів, особливо радіоактивного опромінення.

При цьому в хромосомі відбувається 2 розриви, і ділянка, що утворилася, замикається в кільце. Якщо кільцева хромосома містить центроміру, то утворюється центричне кільце. Якщо центроміри немає, то утворюється - ацентричне кільце, воно руйнується ферментами і не успадковується.

Виявляються кільцеві хромосоми при каріотипуванні.

У гомозиготному стані ці мутації летальні, а гетерозиготном стані фенотипно виявляються, як делеції.

Кільцеві хромосоми є маркерами радіоактивного опромінення. Чим більша доза радіоактивного опромінення, тим більше кільцевих хромосом, і тим гірший прогноз.

5. Транслокації, їхня сутність. Реципрокні транслокації, їх характеристика та медичне значення. Робертсонівські транслокації та їх роль у спадковій патології.

Транслокація – це переміщення ділянки хромосоми. Бувають взаємні (реципрокні) та не взаємні (транспозиції) транслокації.

Реципрокні транслокації відбуваються у тих випадках, коли дві негомологічні хромосоми обмінюються своїми ділянками.

Особливу групу транслокацій становлять робертсонівські транслокації (центричні злиття). Їм піддаються акроцентричні хромосоми – вони втрачають короткі плечі, які довгі плечі з'єднуються.

Типи яйцеклітин сперматозоїд зигота Наслідки

14 + 14, 21 14,14,21 моносомія 21 (леталь)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 трисомія 21 (даунік)

21 + 14, 21 21,14,21, моносомія 14 (леталь)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 трисомія 14 (леталь)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 фенотипно здоровий

Як бачимо, жінка з робертсонівською транслокацією може народити здорову дитину.

Втрата коротких плечей не впливає ні на що, тому що там знаходяться зразки ядра, а вони є і в інших хромосомах.

У хворого з транслокаційною формою синдрому Дауна у клітинах 46 хромосом. У яєчнику після транслокації буде 45 хромосом. Однак, при збалансованій мутації у жінки буде 45 хромосом.

Виявлення транслокацій:

Диференціальне фарбування.

Фігура хреста у профазі мейозу 1.

6. Траспозиції. Мобільні генетичні елементи Механізми переміщення по геному та значення.

Якщо транслокації не мають характеру взаємності, то говорять про транспозицію.

Особливу групу транспозонів складають Мобільні Генетичні Елементи (МГЕ), або гени, що стрибають, які виявлені у всіх організмів. У мушки дрозофіли вони становлять 5% геному. У людини МГЕ об'єднують у сімейство ALU.

МГЕ складаються з 300-400 нуклеотидів, що повторюються в геномі у людини 300 тис. разів.

На МГЕ кінцях знаходяться повтори нуклеотидів, що складаються при 50-100 нуклеотидів. Повтори можуть бути прямими та зворотними. Повтори нуклеотидів, очевидно, впливають переміщення МГЭ.

Виділяють два варіанти переміщення МГЕ геном.

1. за допомогою процесу зворотної транскрипції. Для цього необхідний фермент зворотна транскриптаза(Ревертаза). Цей варіант протікає у кілька етапів:

на ДНК фермент РНК-полімераза (інша назва – транскриптаза) синтезує іРНК,

на іРНК фермент зворотна транскриптаза синтезує один ланцюг ДНК,

фермент ДНК-полімераза забезпечує синтез другого ланцюжка ДНК,

синтезований фрагмент замикається в кільце,

кільце ДНК вбудовується в іншу хромосому або в інше місце цієї хромосоми.

2. за допомогою ферменту транспозази, який вирізує МГЕ і переносить його в іншу хромосому або в інше місце цієї ж хромосоми

У результаті еволюції МГЕ грали позитивну роль, т.к. вони здійснювали перенесення генетичної інформаціївід одних видів організмів до інших. Важливу роль у цьому відігравали ретровіруси, які містять як спадковий матеріал РНК, а також містять зворотну транскриптазу.

МГЕ переміщаються по геному дуже рідко, одне переміщення на сотні тисяч подій у клітині (частота переміщень 1 х 10 -5).

У кожному конкретному організмі МГЕ позитивну роль не грають, т.к. переміщаючись геном, вони змінюють роботу генів, викликають генні і хромосомні мутації.

7. Індукований мутагенез. Фізичні, хімічні та біологічні мутагенні фактори.

Індуковані мутації виникають при дії на організм мутагенних факторів, які поділяються на 3 групи:

Фізичні (УФО, рентгенівське та радіаційне випромінювання, електромагнітні поля, високі температури).

Так іонізуюче випромінювання може діяти безпосередньо на молекули ДНК та РНК, викликаючи у них ушкодження (генні мутації). Непрямий впливцього

мутагена на спадковий апарат клітин полягає в утворенні генотоксичних речовин (Н 2 Про 2, ОН - , Про 2 - ,).

Хімічні мутагенні фактори. Існує понад 2 млн. хімічних речовин, здатних викликати мутації. Це солі важких металів, Хімічні аналоги азотистих основ (5-бромурацил), алкілуючі сполуки (СН 3 , С 2 Н 5)

8. Радіаційні мутації. Генетична небезпека забруднення довкілля.

Радіаційні мутації це мутації, спричинені радіацією. У 1927 році американський генетик, Генріх Мелер вперше показав, що опромінення рентгенівськими променямипризводить до суттєвого збільшення частоти мутацій у дрозофіли. Ця робота започаткувала новий напрямок у біології – радіаційній генетиці. Завдяки численним роботам, проведеним за останні десятиліття, ми тепер знаємо, що при попаданні елементарних частинок (квант, електрони, протони і нейтрони) в ядро ​​відбувається іонізація молекул води з утворенням вільних радикалів (ОН - , О 2 -). Маючи велику хімічну активність, вони викликають розриви ДНК, пошкодження нуклеотидів або їх руйнування; все це призводить до виникнення мутацій.

Оскільки людина є відкритою системою, то різні факториЗабруднення навколишнього середовища можуть потрапляти в організм людини. Багато хто з цих факторів може змінювати або пошкоджувати спадковий матеріал живих клітин. Наслідки впливу цих чинників настільки серйозні, що людство неспроможна ігнорувати забруднення довкілля.

9. Мутагенез та канцерогенез.

Вперше мутаційну теорію раку 1901 року запропонував Гюго Де Фріз. У наші дні існує багато теорій канцерогенезу.

Одна з них – генна теорія канцерогенезу. Відомо, що у геномі людини міститься понад 60 онкогенів, здатних регулювати клітинний поділ. Вони знаходяться у неактивному стані у вигляді протоонкогенів. Під дією різних мутагенних факторів протоонкогени активуються та переходять у стан онкогенів, які викликають інтенсивну проліферацію клітин та розвиток пухлин.

лекція 11 Мутація числа хромосом. Гаплоїдія, поліплоїдія,

Анеуплоїдія.

1. Сутність мутацій числа хромосом, причини та механізми виникнення.

Кожен вид організмів характеризується власним каріотипом. Постійність каріотипу серед поколінь підтримується завдяки процесам мітозу і мейозу. Іноді під час мітозу чи мейозу порушується розбіжність хромосом, у результаті виникають клітини із зміненим числом хромосом. У клітинах може змінюватися кількість цілих гаплоїдних наборів хромосом, у такому разі виникають такі мутації як:

Гаплоїдія - одинарний набірхромосом (n)

Поліплоїдія - збільшення числа хромосом кратне гаплоїдного набору(3n, 4n і т.д.)

Анеуплоїдія – зміна числа окремих хромосом (46+1).

Набір хромосом може змінитися як у соматичних клітинах, так і у статевих.

Причини порушення розбіжності хромосом:

збільшення в'язкості цитоплазми

зміна полярності клітини

порушення функції веретену поділу.

Усі ці причини призводять до так званого явища "анафазного відставання".

Це означає, що у анафазу мітозу чи мейозу хромосоми розподіляються нерівномірно, тобто. якась хромосома або група хромосом не встигають за рештою хромосом і втрачається для однієї з дочірніх клітин.

2. Гаплоїдія, характер зміни каріотипу, поширеність, фенотипічне прояв.

Гаплоїдія – це зменшення числа хромосом у клітинах організму до гаплоїдного. У клітинах різко зменшується кількість хромосом та доза генів, тобто змінюється система генотипу, а отже, змінюється і фенотип.