Генетическая мутация это


Причины генетических мутаций.

12Следующая ⇒

Принципы лечения больных с наследственной патологией

Выполнил: Месропян Н.М.,

студент группы МС – 131

Проверил: Маметьева В.К.

преподаватель

2014г.

Введение………………………………………………..3

1.Причины генетических мутаций……………………4

2.Лечение наследственных заболеваний…………….7

Заключение……………………………………………..9

Введение

В основе наследственно обусловленных заболеваний лежат мутации. Благодаря современным леденящим кровь триллерам, слово это вызывает сейчас у многих почти суеверный ужас. На самом деле латинское слово mutatio означает «изменение» — не более того. Мутация — это изменение наследственных свойств организма в результате перестроек в структурах, ответственных за хранение и передачу генетической информации. Заболевания, связанные с патологическими изменениями в хромосомах, обычно так и называют хромосомными заболеваниями. Под собственно наследственными заболеваниями понимают нарушения, обусловленные генными мутациями.

Итак, мутации — это изменения в ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоте), передающиеся по наследству. Из ДНК состоят хромосомы — носители генетической информации. Причинами мутаций могут быть ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, химические соединения. Всего этого предостаточно в окружающей среде, а человек, как и другие живые организмы, никуда не денется от ее влияния.

Сегодня врачи имеют представление о 1,5 тысячах наследственных заболеваний. Немало знают они и о диагностике и профилактике генных заболеваний. Но, к сожалению, в поиске эффективных методов лечения наследственных болезней медицина пока практически бессильна. Медики признают, что для того, чтобы найти пути, которые смогли бы заметно облегчить жизнь их пациентам, потребуется ещё не один десяток лет .

Причины генетических мутаций.

Наследуемость — это передача признаков от родителей потомкам. Своеобразие внешнего вида человека, строение его органов и тканей, особенности психической деятельности, способность сопротивляться вредным воздействиям внешней среды — все это определяется сложным аппаратом наследственности, имеющимся в ядре каждой клетки живого организма.

Аппарат наследственности устойчив и довольно хорошо защищен. И все-таки в строении гена происходят нарушения — мутации, о которых говорилось выше и которые приводят к нарушению строения контролируемого этим геном белка. В результате в организме синтезируется дефектный белок, неспособный выполнять свою функцию, или синтез его вообще прекращается. Это может проявиться нарушением строения органов (пороками развития), нарушением физических свойств тканей: ломкостью костей, повышенной ранимостью и растяжимостью кожи, нарушением слуха, зрения, умственной отсталостью и др.
Раз возникнув, врожденный порок развития, изменение нейтрального признака (цвет волос, глаз, форма носа и др.) или болезнь (гемофилия, мышечная дистрофия, ломкость костей) может передаваться из поколения в поколение, через поколение или остается скрытым на протяжении нескольких поколений одной семьи.

Причины мутаций разнообразны. Воздействовать на код наследственности способны тысячи внешних факторов. Это и космическое излучение, присутствующее постоянно на протяжении веков эволюции живой материи и вредные факторы среды обитания, связанные с человеческой деятельностью (загрязнение окружающей среды вследствие развития промышленности, увеличение радиационного фона, лекарственная терапия и др.), вирусы и др. В современных аптеках насчитывается до 50 тысяч медикаментов, ежегодно синтезируется до 200 тысяч химических соединений. Все это обрушивается на человеческий организм, в том числе на аппарат наследственности. В результате возникают поломки — мутации — хромосом и генов. Каждая из них может быть причиной тяжелого недуга.
Различают несколько типов мутаций: изменение плоидности, т.е. числа хромосом (численные хромосомные аберрации), встречающиеся особенно часто у растений; хромосомные мутации — изменения структуры хромосом (структурные хромосомные аберрации); генные мутации — изменения в отдельных генах; мутации во внеядерном генетическом материале.

Потомкам передаются мутации хромосом и генов зародышевых (половых) клеток родителей. Мутации наследственных структур других клеток организма (кожи, кости, слизистых оболочек и др.) проявляются возникновением опухолей в этих тканях и, как правило, не наследуются.
Причины хромосомных перестроек и наиболее важной категории мутаций — генных — долгое время оставались неизвестными. Это давало повод для ошибочных автогенетических концепций, согласно которым спонтанные генные мутации возникают в природе якобы без участия воздействий окружающей среды. Лишь после разработки методов количественного учёта генных мутаций выяснилась возможность вызывать их различными физическими и химическими факторами — мутагенами.

В опытах на культурах клеток и на лабораторных животных обнаружено мутагенное действие многих вирусов.

Мутагеном у вирусов, по-видимому, служит их нуклеиновая кислота. Таким образом, вирусы — не только возбудители многих болезней животных и человека, растений и микроорганизмов, но и один из источников их наследственной изменчивости. Все мутагены вызывают генные мутации, прямо или косвенно изменяя молекулярную структуру нуклеиновых кислот, в которой закодирована генетическая информация.

При генных мутациях происходят следующие структурные изменения:

1) замена оснований — пурин (аденин, гуанин) может заменяться другим пурином или пурин может заменяться пиримидином (цитозин, тимин): пара АГ заменяется парой АГ или ЦТ;

2) изменение числа нуклеотидов:
а) делеция — потеря одного или нескольких нуклеотидов (нормальные нуклеотиды АГЦ ЦАГ АГЦ, измененные нуклеотиды — АЦ ЦАГ АГЦ);
б) дупликация — удвоения участка нуклеотида (АГГЦ ЦАГ АГЦ);
в) вставка новой для данного гена последовательности (ЦАГ ЦАГ АГЦ);

3) инверсия — поворот участка гена на 180 градусов.

12Следующая ⇒

Что такое мутация?

Под мутацией понимают изменение количества и структуры ДНК в клетке или у организма. Другими словами, мутация — это изменение генотипа. Особенностью изменения генотипа является то, что это изменение в результате митоза или мейоза может быть передано следующим поколениям клеток.

Чаще всего под мутациями понимают небольшое изменение в последовательности нуклеотидов ДНК (изменения в одном гене).

Это так называемые генные мутации. Однако кроме них существуют хромосомные и геномные, когда изменения затрагивают крупные участки ДНК, или меняется количество хромосом.

В результате мутации у организма внезапно может появиться новый признак.

Мысль, что именно мутация является причиной появления новых передающихся через поколения признаков, была впервые высказана Гуго де Фризом в 1901 году.

Позже мутации у дрозофилы были изучены Т. Морганом и сотрудниками его школы.

Мутация — вред или польза?

Мутации, происходящие в «незначащих» («молчащих») участках ДНК, не изменяют признаки организма и могут спокойно передаваться из поколения в поколение (на них не будет действовать естественный отбор).

Такие мутации можно считать нейтральными. Также нейтральными являются мутации, когда участок гена заменяется на синонимичный. При этом, хотя последовательность нуклеотидов в определенном участке и будет отличаться, но синтезироваться будет такой же белок (с той же последовательностью аминокислот).

Однако мутирование может затронуть значащий ген, изменить аминокислотную последовательность синтезируемого белка, а, следовательно, вызвать изменение признаков организма.

В последствии, если концентрация мутации в популяции достигнет определенного уровня, то это приведет к изменению характерного признака всей популяции.

В живой природе мутации возникают как ошибки в ДНК, поэтому все они априори вредны. Большинство мутаций понижают жизнеспособность организма, вызывают различные заболевания.

Мутации, возникающие в соматических клетках, не передаются следующему поколению, но в результате митоза образуются дочерние клетки, составляющие ту или иную ткань. Нередко соматические мутации приводят к образованию различных опухолей и других заболеваний.

Мутации, возникающие в половых клетках, могут быть переданы следующему поколению.

В стабильных условиях внешней среды почти все изменения генотипа оказываются вредными. Но если условия среды изменились, то может оказаться, что ранее вредная мутации станет полезной.

Например, мутация, вызывающая образование коротких крыльев у какого-нибудь насекомого, скорее всего будет вредна в популяции, живущей в местах, где нет сильного ветра.

Данная мутация будет сродни уродству, заболеванию. Обладающие ею насекомые с трудом будут находить партнеров для спаривания. Но если на местности начнут дуть более сильные ветры (например, в результате пожара участок леса был уничтожен), то насекомых с длинными крыльями будет сносить ветром, им будет тяжелее перемещаться. В таких условиях преимущество могут получить короткокрылые особи. Они чаще длиннокрылых будут находить партнеров и пищу.

Через некоторое время в популяции окажется больше короткокрылых мутантов. Таким образом, мутация закрепится и превратится в норму.

Мутации лежат в основе естественного отбора и в этом их основная польза. Для организма же подавляющее число мутаций — это вред.

Почему возникают мутации?

В природе мутации возникают случайно и спонтанно. То есть любой ген в любой момент времени может мутировать. Однако частота мутаций у разных организмов и клеток различна.

Например, она связана с продолжительностью жизненного цикла: чем он короче, тем мутации возникают чаще.

Генные мутации: причины, примеры, классификация

Так у бактерий мутации возникают намного чаще, чем у организмов-эукариот.

Кроме спонтанных мутаций (случающихся в естественных условиях) бывают индуцированные (человеком в лабораторных условиях или неблагоприятными условиями среды) мутации.

В основном мутации возникаю в результате ошибок при репликации (удвоении), репарации (восстановлении) ДНК, при неравном кроссинговере, неправильном расхождении хромосом в мейозе и др.

Так в клетках постоянно происходит восстановление (репарация) поврежденных участков ДНК.

Однако если в следствие различных причин механизмы репарации нарушаются, то ошибки в ДНК будут оставаться и накапливаться.

Результатом ошибки при репликации становится замена одного нуклеотида в цепочке ДНК на другой.

Что вызывает мутации?

Повышенный уровень мутаций вызывает рентгеновское излучение, ультрафиолетовые и гамма-лучи.

Также к мутагенам относятся α- и β-частицы, нейтроны, космическое излучение (все это частицы, обладающие высокой энергией).

Мутаген — это то, что способно вызывать мутацию.

Кроме различных излучений, мутагенным действием обладают многие химические вещества: формальдегид, колхицин, компоненты табака, пестициды, консерванты, некоторые лекарственные препараты и др.

Виды генных мутаций:

Генные мутации возникаю чаще, чем хромосомные и геномные, но менее значительно меняют структуру ДНК, в основном касаются только химической структуры отдельно взятого гена.

Представляют собой замену, удаление или вставку нуклеотида, иногда нескольких. Также к генным мутациям относятся транслокации (перенос), дупликации (повторение), инверсии (переворот на 180°) участков гена, но не хромосомы.

Генные мутации происходят при репликации ДНК, кроссинговере, возможны в остальные периоды клеточного цикла. Механизмы репарации не всегда устраняют мутации и повреждения ДНК.

Кроме того сами могут служить источником генных мутаций. Например, при объединении концов разорванной хромосомы часто теряется несколько нуклеотидных пар.

Если системы репарации перестают нормально функционировать, то происходит быстрое накопление мутаций.

Если мутации возникают в генах, кодирующих ферменты репарации, то может нарушится работа одного или нескольких его механизмов, в результате чего количество мутаций сильно возрастет. Однако иногда бывает обратный эффект, когда мутация генов ферментов репарации приводит к снижению частоты мутаций других генов.

Помимо первичных мутаций в клетках могут происходить и обратные, восстанавливающие исходный ген.

Большинство генных изменений, как и мутаций двух других видов, вредны.

Появление мутаций, обусловливающих полезные признаки для определенных условий среды, происходит редко. Однако именно они делают возможным процесс эволюции.

Генные мутации затрагивают не генотип, а отдельные участки гена, что, в свою очередь, обуславливает появление нового варианта признака, т.

е. аллели, а не нового признака как такового. Мутон — это элементарная единица мутационного процесса, способная приводить к появлению нового варианта признака. Зачастую, для этого достаточно изменить одну пару нуклеотидов. С этой точки зрения мутон соответствует одной паре комплементарных нуклеотидов. С другой стороны, не все генные мутации являются мутонами с точки зрения последствий.

Если изменение нуклеотидной последовательности не влечет за собой изменения признака, то с функциональной точки зрения мутации не произошло.

Одной паре нуклеотидов соответствует и рекон — элементарная единица рекомбинации. При кроссинговере в случае нарушения рекомбинации происходит неравный обмен участками между конъюгирующими хромосомами.

В результате происходит вставка и выпадение нуклеотидных пар, что влечет сдвиг рамки считывания, в дальнейшем нарушение синтеза пептида с необходимыми свойствами. Таким образом для искажения генетической информации достаточно одной лишней или потерянной пары нуклеотидов.

Частота спонтанных генных мутаций находится в пределах от 10-12 до 10-9 на каждый нуклеотид ДНК на каждое деление клетки. Для проведения исследований ученые подвергают клетки воздействию химических, физических и биологических мутагенов.

Вызванные таким образом мутации, называются индуцированными, их частота выше.

Замена азотистых оснований

Если происходит изменение только одного нуклеотида в ДНК, то такая мутация называется точечной. В случае мутаций по типу замены азотистых оснований одна комплементарная нуклеотидная пара молекулы ДНК заменяется в ряду циклов репликации на другую.

Частота подобных происшествий составляет около 20% от общей массы всех генных мутаций.

Примером подобного является дезаминирование цитозина, в результате чего образуется урацил.

В ДНК образуется нуклеотидная пара Г-У, вместо Г-Ц.

Если ошибка не будет репарирована ферментом ДНК-гликолазой, то при репликации произойдет следующее. Цепи разойдутся, напротив гуанина будет установлен цитозин, а напротив урацила — аденин. Таким образом, одна из дочерних молекул ДНК будет содержать аномальную пару У-А.

При ее последующей репликации в одной из молекул напротив аденина будет установлен тимин. Т. е. в гене произойдет замена пары Г-Ц на А-Т.

Другим примером является дезаминирование метилированного цитозина, в результате которого образуется тимин.

В последствии может возникнуть ген с парой Т-А вместо Ц-Г.

Могут быть и обратные замены: пара А-Т при определенных химических реакциях может заменяться на Ц-Г.

Например, в процессе репликации к аденину может присоединиться бромурацил, который при следующей репликации присоединяет к себе гуанин. В следующем цикле гуанин свяжется с цитозином. Таким образом в гене пара А-Т заменится на Ц-Г.

Замена одного пиримидина на другой пиримидин или одного пурина на другой пурин называется транзицией.

Пиримидинами являются цитозин, тимин, урацил. Пуринами — аденин и гуанин. Замена пурина на пиримидин или пиримидина на пурин называется трансверсией.

Точечная мутация может не привести ни к каким последствиям из-за вырожденности генетического кода, когда несколько кодонов-триплетов кодируют одну и ту же аминокислоту. Т. е. в результате замены одного нуклеотида может образоваться другой кодон, но кодирующий ту же аминокислоту, что и старый. Такая замена нуклеотидов называется синонимической.

Их частота около 25% от всех замен нуклеотидов. Если же смысл кодона меняется, он начинает кодировать другую аминокислоту, то замена называется мисенс-мутацией. Их частота около 70%.

В случае мисенс-мутации при трансляции в пептид будет включена не та аминокислота, в результате чего его свойства изменятся. От степени изменения свойств белка зависит степень изменения более сложных признаков организма.

Например, при серповидно-клеточной анемии в белке заменена лишь одна аминокислота — глутамин на валин. Если же глутамин заменяется на лизин, то свойства белка меняются не сильно, т. е. обе аминокислоты гидрофильны.

Точечная мутация может быть такой, что на месте кодирующего аминокислоту кодона возникает стоп-кодон (УАГ, УАА, УГА), прерывающий (терминирующий) трансляцию.

Это нонсенс-мутации. Иногда бывают и обратные замены, когда на месте стоп-кодона возникает смысловой. При любой подобной генной мутации функциональный белок уже не может быть синтезирован.

Сдвиг рамки считывания

К генным относятся мутации обусловленные сдвигом рамки считывания, когда происходит изменение количества нуклеотидных пар в составе гена. Это может быть как выпадение, так и вставка одной или нескольких нуклеотидных пар в ДНК.

Генных мутаций по типу сдвига рамки считывания больше всего.

Генная мутация, как происходит мутация

Наиболее часто они возникают в повторяющихся нуклеотидных последовательностях.

Вставка или выпадение нуклеотидных пар может произойти в следствие воздействия определенных химических веществ, которые деформируют двойную спираль ДНК.

Рентгеновское облучение может приводить к выпадению, т.

е. делеции, участка с большим количеством пар нуклеотидов.

Вставки нередки при включении в нуклеотидную последовательность так называемых подвижных генетических элементов, которые могут менять свое положение.

К генным мутациям приводит неравный кроссинговер.

Чаще всего он происходит в тех участках хромосом, где локализуются несколько копий одного и того же гена. При этом кроссинговер происходит так, что в одной хромосоме возникает делеция участка. Этот участок переносится на гомологичную хромосому, в которой возникает дупликация участка гена.

Если происходит делеция или вставка числа нуклеотидов не кратного трем, то рамка считывания сдвигается, и трансляция генетического кода зачастую обессмысливается.

Кроме того, может возникнуть нонсенс-триплет.

Если количество вставленных или выпавших нуклеотидов кратно трем, то, можно сказать, сдвиг рамки считывания не происходит.

Однако при трансляции таких генов в пептидную цепь будут включены лишние или утрачены значащие аминокислоты.

Инверсия в пределах гена

Если инверсия участка ДНК происходит внутри одного гена, то такую мутацию относят к генным. Инверсии более крупных участков относятся к хромосомным мутациям.

Инверсия происходит вследствие поворота участка ДНК на 180°.

Часто это происходит при образовании петли в молекуле ДНК. При репликации в петле репликация идет в обратном направлении. Далее этот кусок сшивается с остальной нитью ДНК, но оказывается перевернутым наоборот.

Если инверсия случается в смысловом гене, то при синтезе пептида часть его аминокислот будет иметь обратную последовательность, что скажется на свойствах белка.

Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

1.2.3. Наследственный аппарат еукаріотичних клеток и его функционирования на молекулярном уровне

1.2.3.15.

Изменения последовательностинуклеотидов ДНК

Мутации гена основном является следствием изменения последовательности нуклеотидов ДНК. Структурная классификация мутаций гена: 1) замена одних азотных оснований другими (транспозиция); 2) изменение количества нуклеотидных пар в структуре гена; 3) изменение порядка последовательности нуклеотидов в составе гена (инверсии, дупликации, делеции, інсерція); 4) разрыв цепей; 5) образование сшивок.

Замена азотистых оснований.

Причинами таких мутаций являются: а) ошибки репликации, б) влияние определенных химических агентов.

Под воздействием химических агентов может происходить нарушение структуры азотистого основания уже присоединенного нуклеотида Например, под влиянием азотистой кислоты может происходить спонтанное дезаминирование цитозину.

В результате этого цитозин превращается в урацил. В дальнейшем в цикле репликации урацил соединяется с аденіном, что в следующем цикле присоединяет тимідиновий нуклеотид (рис. 1.66).

Рис. 1.66. Возникновение мутации по механизму замены одной азотистые основания другой.

Еще одной причиной может быть ошибочное включение в цепь ДНК, которая образуется, нуклеотида с измененной основой или его аналога.

Если это остается неисправленным ферментами репарации, изменено основание включается в процесс репликации, что может привести к замене основной пары на другую. Ошибки репликации возникают очень редко, потому что ДНК-полимеразы обладают способностью к контролю комплементарности и установление ошибочных присоединений несоответствующих нуклеотидов.

Таким образом, мутации по типу замены азотистых оснований возникают сначала в одном из цепей ДНК.

Если они не исправляются в ходе репарации,то при последующих реплікаціях закрепляются в обеих цепях молекулы. Следствием этого является образование нового триплета в генетическом коде ДНК. Это может сказаться на первичной структуре кодированного белка, его пространственной организации и функции. Изменения первичной структуры пептида не состоится в том случае, если новый триплет является синонимом прежнего, то есть будет кодировать ту же аминокислоту.

Например, аминокислота лейцин кодируется шестью триплетами: УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ. Замена одного из нуклеотидов в этих триплетах не изменит их содержания. Этот пример демонстрирует важное значение избыточности генетического кода.

Однако в некоторых случаях замена одной аминокислоты другой приводит к серьезным последствий. Например, замена глутаминовой кислоты валином в молекуле гемоглобина изменяет его структуру и функции.

В результате у человека развивается болезнь — серповидноклеточная анемия.

В основном замена азотистых оснований может привести к появлению нонсенс-границ, которые не кодируют аминокислот. Вследствие этого будет наблюдаться преждевременное прерывание процесса синтеза.

Генные мутации: причины, примеры, классификация

Считается, что замена азотистых оснований приводит в 25 % случаев к образованию триплетов-синонимов, в 5 % случаев — к образованию нонсенс-границ и в 70 % — до возникновения генных мутаций.

Изменение количества нуклеотидов в гене.

Этот вид мутаций происходит в результате выпадения (делеции) или вставки одной или нескольких пар нуклеотидов в молекуле ДНК (рис. 1.67). Такой тип мутаций встречается довольно часто. Указанное изменение происходит вследствие воздействия на ДНК некоторых химических агентов, радиоактивного облучения.

Результатом этой мутации является сдвиг рамки считывание информации из генетического кода. Следствием этого является синтез полипептидов с измененной аминокислотной последовательностью, нарушение структуры и функций белков, изменение фенотипа. Следовательно, если количество установленных или утраченных нуклеотидов кратна трем, то сдвиг рамки не происходит. В этом случае в белке может появиться лишняя аминокислота или их будет на одну меньше. Одной из причин мутаций, приводящих к изменению количества нуклеотидов, есть вставки или делеции в результате активности подвижных генетических элементов.

Это определенные нуклеотидные последовательности, вмонтированные в геномы многих организмов. Данные структуры ДНК способны спонтанно изменять свое положение вследствие ошибок при рекомбинации.

Рис. 1.67. Возникновение мутации:

1-2 — вследствие изменения количества нуклеотидов; 3-4 — в результате инверсии.

Изменение нуклеотидной последовательности гена (инверсия).

Этот тип мутации связан с поворотом определенного участка ДНК на 180°.

Такие нарушения происходят в результате действия химических агентов и физических факторов на молекулярно-генетические процессы репликации и рекомбинации.

Следствием этого является нарушение нуклеотидной последовательности гена, что приводит к изменению первичной структуры полипептида, нарушение структуры и функции белка и изменения фенотипа.

Разрыв одной из цепей могут происходить под действием ионизирующей радиации, вследствие повреждения химических связей между молекулами.

Они могут восстанавливаться ферментом лігазою.

Сшивание нуклеотидов, например, двух рядом расположенных тимінів, происходит под действием ультрафиолетового облучение. Это приводит к ошибкам транскрипции.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *