Vzroki genetskih mutacij. Genske mutacije

Prejšnji123456789Naslednji

Vse mutacije, povezane s spremembami števila in strukture kromosomov, lahko razdelimo v tri skupine:

kromosomske aberacije, ki nastanejo zaradi sprememb v strukturi kromosomov,
genomske mutacije, ki nastanejo zaradi sprememb v številu kromosomov,
Miksoploidija je mutacija, ki jo povzroči prisotnost celičnih klonov z različnimi kromosomskimi sklopi.

Kromosomske aberacije. Kromosomske aberacije ( kromosomske mutacije) so spremembe v strukturi kromosomov. Praviloma so posledica neenakega crossing overja med mejozo. Kromosomski zlomi povzročajo tudi kromosomske aberacije, ki jih povzročajo ionizirajoče sevanje, nekateri kemični mutageni, virusi in drugi mutageni dejavniki. Kromosomske aberacije so lahko neuravnotežene ali uravnotežene.

Neuravnotežene mutacije povzročijo izgubo ali pridobitev genskega materiala in spremembe v številu genov ali njihovi aktivnosti. To vodi do spremembe fenotipa.

Kromosomske preureditve, ki ne vodijo do sprememb v genih ali njihovi aktivnosti in ne spremenijo fenotipa, se imenujejo uravnotežene. Vendar pa kromosomska aberacija moti konjugacijo kromosomov in crossingover med mejozo, kar povzroči gamete z neuravnoteženimi kromosomskimi mutacijami. Nosilci uravnoteženih kromosomskih aberacij lahko doživijo neplodnost, visoka frekvenca spontani splavi, visoko tveganje za rojstvo otrok s kromosomskimi boleznimi.

Razlikujemo naslednje vrste kromosomskih mutacij:

1. Delecija ali pomanjkanje je izguba dela kromosoma.

2. Duplikacija – podvojitev odseka kromosoma.

3. Inverzija - rotacija odseka kromosoma za 1800 (v enem od odsekov kromosoma se geni nahajajo v obratnem zaporedju v primerjavi z običajnim). Če se zaradi inverzije količina kromosomskega materiala ne spremeni in ni učinka položaja, potem so posamezniki fenotipsko zdravi. Pericentrična inverzija kromosoma 9 je pogosta in ne vodi do spremembe fenotipa. Pri drugih inverzijah sta lahko konjugacija in crossing over motena, kar vodi do zlomov kromosomov in nastanka neuravnoteženih gamet.

4. Obročasti kromosom – nastane ob izgubi dveh telomernih fragmentov. Lepljivi konci kromosoma se združijo in tvorijo obroč.

Ta mutacija je lahko uravnotežena ali neuravnotežena (odvisno od količine izgubljenega kromosomskega materiala).

5. Izokromosomi – izguba enega kraka kromosoma in podvojitev drugega. Posledično nastane metacentrični kromosom, ki ima dva enaka kraka. Najpogostejši izokromosom na dolgem kraku kromosoma X. Kariotip je zabeležen: 46,Х,i(Xq). Izokromosom X opazimo v 15% vseh primerov Shereshevsky-Turnerjevega sindroma.

6. Translokacija - prenos odseka kromosoma na nehomologni kromosom, v drugo vezno skupino. Obstaja več vrst translokacij:

a) Recipročne translokacije - medsebojna izmenjava odsekov med dvema nehomolognima kromosomoma.

V populacijah je pogostost recipročnih translokacij 1:500. Iz neznanih razlogov je recipročna translokacija, ki vključuje dolge krake kromosomov 11 in 22, pogostejša. Nosilci uravnoteženih recipročnih translokacij pogosto doživljajo spontane splave ali rojstva otrok z več prirojenimi malformacijami. Gensko tveganje pri nosilcih takih translokacij je od 1 do 10 %.

b) Nerecipročne translokacije (transpozicije) - premik dela kromosoma znotraj istega kromosoma ali na drug kromosom brez medsebojne izmenjave.

c) Posebna vrsta translokacije je Robertsonova translokacija (ali centrična fuzija).

Opazen je med katerima koli dvema akrocentričnima kromosomoma iz skupine D (13, 14 in 15 parov) in G (21 in 22 parov). Pri centrični fuziji dva homologna ali nehomologna kromosoma izgubita kratke krake in eno centromero, dolga kraka pa se združita. Namesto dveh kromosomov nastane eden, ki vsebuje genetski material dolgih krakov dveh kromosomov. Tako so nosilke Robertsonovih translokacij zdrave, vendar imajo povečano pogostost spontanih splavov in visoko tveganje za rojstvo otrok s kromosomskimi boleznimi. Pogostost Robertsonovih translokacij v populaciji je 1:1000.

Včasih je eden od staršev nosilec uravnotežene translokacije, pri kateri pride do centrične fuzije dveh homolognih kromosomov skupine D ali G. Pri takih ljudeh nastaneta dve vrsti gamet. Na primer, med translokacijo nastanejo gamete 21q21q:

2) 0 - tj. gameta brez kromosoma 21

Po oploditvi z normalno gameto nastaneta dve vrsti zigot: 1)21, 21q21q - translokacijska oblika Downovega sindroma, 2)21.0 - monosomija 21. kromosoma, smrtna mutacija. Verjetnost, da bo otrok bolan, je 100%.

R 21q21q x 21,21

zdrav nosilec normalen

uravnoteženo

Gamete 21/21; 0 21

F1 21.21q21q 21.0

Downov sindrom smrtonosen

7. Središčno ločevanje je nasprotni pojav centričnega združevanja. En kromosom je razdeljen na dva.

Delecije in podvajanja spremenijo število genov v organizmu. Inverzije, translokacije in transpozicije spremenijo lokacijo genov na kromosomih.

9. Označevalni kromosom je dodatni kromosom (ali bolje rečeno fragment kromosoma s centromero). Običajno je videti kot zelo kratek akrocentrični kromosom, manj pogosto - v obliki obroča. Če markerski kromosom vsebuje le heterokromatin, se fenotip ne spremeni. Če vsebuje evhromatin (izražene gene), potem je to povezano z razvojem kromosomske bolezni (podobno podvojitvi katerega koli dela kromosoma).

Pomen kromosomskih mutacij v evoluciji. Kromosomske mutacije igrajo veliko vlogo v evoluciji. V procesu evolucije pride do aktivne preureditve kromosomskega niza z inverzijami, Robertsonovimi translokacijami in drugimi. Dlje kot so organizmi drug od drugega, bolj različen je njihov kromosomski nabor.

Genomske mutacije. Genomske mutacije so spremembe v številu kromosomov. Obstajata dve vrsti genomskih mutacij:

1) poliploidija,

2) heteroploidija (aneuploidija).

Poliploidija– povečanje števila kromosomov za količino, ki je večkratnik haploidnega nabora (3n, 4n...). Pri ljudeh so opisali triploidijo (3n=69 kromosomov) in tetraploidijo (4n=92 kromosomov).

Možni vzroki za nastanek poliploidije.

1) Poliploidija je lahko posledica neločevanja vseh kromosomov med mejozo pri enem od staršev. Posledično nastane diploid spolna celica(2n). Po oploditvi z normalno gameto se bo oblikoval triploid (3n).

2) Oploditev jajčeca z dvema semenčicama (dispermija).

3) Možno je tudi, da se diploidna zigota spoji z vodilnim telesom, kar povzroči nastanek triploidne zigote

4) Lahko opazimo somatsko mutacijo - neločevanje vseh kromosomov med delitvijo embrionalnih celic (mitotična motnja). To vodi do pojava tetraploida (4 n) - popolne ali mozaične oblike.

Triploidija (slika___) je pogost vzrok spontanih splavov. To je izjemno redek pojav pri novorojenčkih. Večina triploidov umre kmalu po rojstvu.

Triploidi, ki imajo dva kromosomska niza očeta in en kromosomski niz matere, praviloma tvorijo hidatidiformni mol. To je zarodek, v katerem se oblikujejo ekstraembrionalni organi (horion, placenta, amnion), embrioblast pa se praktično ne razvije. Mehurčasti madeži abortirajo, je možen nastanek malignega tumorja horiona - horiokarcinoma. IN v redkih primerih nastane embrioblast in nosečnost se konča z rojstvom neživega triploida z več prirojenimi malformacijami. V takih primerih je značilno povečanje mase posteljice in cistična degeneracija horionskih resic.

Pri triploidih, ki imajo dva kromosomska niza matere in en kromosomski niz očeta, se razvije pretežno embrioblast. Moten je razvoj zunajembrionalnih organov. Zato se taki triploidi zgodaj zavržejo.

Na primeru triploidov opazimo različne funkcionalne aktivnosti očetovega in materinega genoma v embrionalnem obdobju razvoja. Ta pojav se imenuje genomski vtis. Na splošno je treba opozoriti, da za normalno embrionalni razvoj Oseba nujno potrebuje materin genom in očetov genom. Partenogenetski razvoj človeka (in drugih sesalcev) je nemogoč.

Tetraploidija (4n) je izjemno redek pojav pri ljudeh. Najdemo ga predvsem v materialih spontanih splavov.

Heteroploidija (ali aneuploidija) - povečanje ali zmanjšanje števila kromosomov za 1,2 ali več. Vrste heteroploidije: monosomija, nulisomija, polisomija (tri-, tetra-, pentasomija).

a) Monosomija - odsotnost enega kromosoma (2n-1)

b) Nulisomija - odsotnost enega para kromosomov (2n-2)

c) Trisomija - en dodatni kromosom (2n+1)

d) Tetrasomija - dva dodatna kromosoma (2n+2)

e) Pentasomija – tri dodatni kromosomi(2n+3)

Prejšnji123456789Naslednji

Kromosomske mutacije, njihova klasifikacija: delecije, duplikacije, inverzije, translokacije. Vzroki in mehanizmi nastanka. Pomen pri razvoju človeških patoloških stanj.

Spremembe v strukturi kromosoma praviloma temeljijo na začetni kršitvi njegove celovitosti - zlomih, ki jih spremljajo različne preureditve, imenovane kromosomske mutacije.

Kromosomski prelomi nastanejo naravno med križanjem, ko jih spremlja izmenjava ustreznih delov med homologi.

Crossing-over motnja, pri kateri kromosomi izmenjujejo neenakomeren genski material, povzroči nastanek novih veznih skupin, kjer posamezni deli izpadejo – delitev - ali dvojno - podvajanja. S takimi preureditvami se spremeni število genov v vezni skupini.

Do prelomov kromosomov lahko pride tudi pod vplivom različnih mutagenih dejavnikov, predvsem fizičnih (ionizirajoče in druge vrste sevanja), nekaterih kemičnih spojin in virusov.

Kršitev celovitosti kromosoma lahko spremlja rotacija njegovega dela, ki se nahaja med dvema prelomoma za 180 ° - inverzija. Razlikujejo se glede na to, ali določena regija vključuje regijo centromere ali ne pericentrično in paracentrične inverzije.

Kromosomski fragment, ki se od njega loči med prelomom, lahko celica med naslednjo mitozo izgubi, če nima centromere.

Pogosteje je tak fragment pritrjen na enega od kromosomov - translokacija. Možno je pritrditi fragment na svoj kromosom, vendar na novem mestu - prenos. Tako so za različne vrste inverzij in translokacij značilne spremembe v lokalizaciji genov.

Tako so lahko spremembe v kromosomski organizaciji, ki najpogosteje negativno vplivajo na sposobnost preživetja celice in organizma, z določeno verjetnostjo obetavne, podedovane v več generacijah celic in organizmov in ustvarjajo predpogoje za razvoj kromosomska organizacija dednega materiala.

Genomske mutacije, vzroki in mehanizmi njihovega nastanka.

Razvrstitev in pomen. Antimutacijski mehanizmi.

Genomske mutacije vključujejo haploidijo, poliploidijo in anevploidijo.

Anevploidija je sprememba števila posameznih kromosomov - odsotnost (monosomija) ali prisotnost dodatnih (trisomija, tetrasomija, praviloma polisomija) kromosomov, t.j.

neuravnotežen nabor kromosomov. Celice s spremenjenim številom kromosomov se pojavijo kot posledica motenj v procesu mitoze ali mejoze, zato ločijo mitotične in mejotske.

Vzroki mutacij

Mutacije delimo na spontane in inducirane. Spontane mutacije se pojavljajo spontano v celotnem življenju organizma v normalnih okoljskih razmerah s frekvenco približno enega nukleotida na celično generacijo.

Inducirane mutacije so dedne spremembe v genomu, ki nastanejo kot posledica določenih mutagenih učinkov v umetnih (eksperimentalnih) pogojih ali ob neugodnih vplivih okolja.

Med procesi, ki potekajo v živi celici, se nenehno pojavljajo mutacije.

Glavni procesi, ki vodijo do pojava mutacij, so replikacija DNK, motnje popravljanja DNK in genetska rekombinacija.

Povezava med mutacijami in replikacijo DNA

Številne spontane kemične spremembe v nukleotidih vodijo do mutacij, ki se pojavijo med replikacijo.

Na primer, zaradi deaminacije citozina nasproti se lahko uracil vključi v verigo DNA (tvori par U-G namesto kanoničnega pari C-G). Pri replikaciji DNA nasproti uracila se v novo verigo vključi adenin, nastane par U-A, pri naslednji replikaciji pa se zamenja s parom T-A, torej pride do tranzicije (točkovna zamenjava pirimidina z drugim pirimidinom oz. purin z drugim purinom).

Povezava med mutacijami in rekombinacijo DNK

Od procesov, povezanih z rekombinacijo, neenakomeren crossing over najpogosteje vodi do mutacij.

Običajno se pojavi v primerih, ko je na kromosomu več podvojenih kopij originalnega gena, ki so ohranile podobno nukleotidno zaporedje. Zaradi neenakega crossing overja se v enem od rekombinantnih kromosomov pojavi podvojitev, v drugem pa delecija.

Povezava med mutacijami in popravljanjem DNK

Spontana poškodba DNK je precej pogosta in se pojavi v vsaki celici.

Za odpravo posledic takšne poškodbe obstajajo posebni mehanizmi popravljanja (na primer izrežejo napačen del DNK in na tem mestu obnovijo prvotnega). Mutacije se pojavijo le, če mehanizem popravljanja iz nekega razloga ne deluje ali se ne more spopasti z odpravo škode.

Mutacije, ki se pojavijo v genih, ki kodirajo proteine, odgovorne za popravilo, lahko vodijo do večkratnega povečanja (mutatorski učinek) ali zmanjšanja (antimutatorski učinek) pogostosti mutacije drugih genov. Tako mutacije v genih številnih encimov sistema popravljanja izrezov vodijo do močno povečanje pogostost somatskih mutacij pri ljudeh, kar posledično vodi do razvoja pigmentne kseroderme in malignih tumorjev ovojnice.

Klasifikacije mutacij

Obstaja več klasifikacij mutacij, ki temeljijo na različnih kriterijih.

Möller je predlagal delitev mutacij glede na naravo spremembe v delovanju gena na hipomorfne (spremenjeni aleli delujejo v isti smeri kot aleli divjega tipa; sintetizira se le manj beljakovinskega produkta), amorfne (mutacija izgleda kot popolna izguba delovanja gena, na primer bela mutacija pri Drosophila ), antimorfna (spremeni se lastnost mutanta, na primer barva koruznega zrna se spremeni iz vijolične v rjavo) in neomorfna.

Sodobna izobraževalna literatura uporablja tudi bolj formalno klasifikacijo, ki temelji na naravi sprememb v strukturi posameznih genov, kromosomov in genoma kot celote.

V tej klasifikaciji ločimo naslednje vrste mutacij:

genomski;

kromosomski;

genetski:

Genomski: - poliploidizacija sprememba števila kromosomov, ki ni večkratnik haploidnega niza.

Odvisno od izvora kromosomske garniture Med poliploidi ločimo alopoliploide, ki imajo kromosomske garniture pridobljene s hibridizacijo različnih vrst, in avtopoliploide, pri katerih se povečuje število kromosomskih garnitur lastnega genoma.

S kromosomsko Mutacije povzročajo velike preureditve v strukturi posameznih kromosomov.

Mutacijska variabilnost. Klasifikacija mutacij

V tem primeru pride do izgube (delecije) ali podvojitve dela (duplikacije) genetskega materiala enega ali več kromosomov, spremembe orientacije kromosomskih segmentov v posameznih kromosomih (inverzija), pa tudi do prenosa dela genetskega materiala z enega kromosoma na drugega (translokacija) (skrajni primer - združevanje celih kromosomov.

Na genu stopnje sprememb v primarni strukturi DNA genov pod vplivom mutacij so manj pomembne kot pri kromosomskih mutacijah, vendar so genske mutacije pogostejše.

Kot posledica genskih mutacij, substitucij, delecij in insercij enega ali več nukleotidov pride do translokacij, podvajanj in inverzij. razne dele gen. V primeru, ko se zaradi mutacije spremeni le en nukleotid, govorimo o točkovnih mutacijah

Antimutacijski mehanizmi zagotavljajo odkrivanje, odpravo ali zatiranje aktivnosti onkogena. Antimutacijski mehanizmi se izvajajo s sodelovanjem tumorskih supresorjev in sistemov za popravilo DNK.

Človek kot objekt genetskih raziskav.

Citogenetska metoda; njegov pomen za diagnozo kromosomskih sindromov. Pravila za sestavljanje idiogramov zdravi ljudje. Idiogrami za kromosomske sindrome (avtosomni in gonosomski).

Človek kot objekt genetskih raziskav je kompleksen:

Hibridološke metode ni mogoče sprejeti.
Počasna menjava generacij.
Majhno število otrok.
Veliko število kromosomov

Citigenetska metoda (ki temelji na študiji kariotipa).

Kariotip preučujemo na metafaznih ploščah v kulturi krvnih limfnih žil. Metoda vam omogoča diagnosticiranje kromosomskih bolezni, ki se pojavijo kot posledica genomskih in kromosomskih mutacij.

Citološka kontrola je potrebna za diagnozo kromosomskih bolezni, povezanih z ansuploidijo in kromosomskimi mutacijami. Najpogostejši so Downova bolezen (trisomija 21), Klinefelterjev sindrom (47 XXY), Shershevsky-Turnerjev sindrom (45 XX) itd.

Izguba dela enega od homolognih kromosomov 21. para vodi v krvno bolezen - kronično mieloično levkemijo.

pri citološke študije V interfaznih jedrih somatskih celic je mogoče zaznati tako imenovano Barryjevo telesce ali spolni kromatin.

Izkazalo se je, da je spolni kromatin normalno prisoten pri ženskah in odsoten pri moških. Je posledica heterokromatizacije enega od dveh kromosomov X pri ženskah. Če poznamo to funkcijo, se lahko identificiramo spol in zazna nenormalno število kromosomov X.

Odkrivanje številnih dednih bolezni je možno že pred rojstvom otroka.

Metoda prenatalne diagnostike je sestavljena iz odvzema amnijske tekočine, kjer se nahajajo fetalne celice, ter kasnejše biokemijsko in citološko določanje morebitnih dednih nepravilnosti. To vam omogoča, da v zgodnjih fazah nosečnosti postavite diagnozo in se odločite, ali jo boste nadaljevali ali prekinili.

Biokemijska metoda za proučevanje človeške genetike; njen pomen za diagnostiko dednih presnovnih bolezni. Vloga transkripcijskih, posttranskripcijskih in posttranslacijskih modifikacij pri regulaciji celičnega metabolizma.

Iskanje predavanj

Klasifikacija mutacij. Njihove značilnosti.

Dedne spremembe v genetskem materialu danes imenujemo mutacije. Mutacije- nenadne spremembe genetskega materiala, ki vodijo do sprememb nekaterih lastnosti organizmov.

Mutacije glede na njihov izvorni kraj:

Generativno- izvira iz zarodnih celic . Ne vplivajo na simptome danega organizma, vendar se pojavijo šele v naslednji generaciji.

Somatsko - ki nastanejo v somatskih celicah . Te mutacije se pojavijo v danem organizmu in se med spolnim razmnoževanjem ne prenesejo na potomce ( črna pika na ozadju rjave barve volne pri astrakhanskih ovcah).

Mutacije po adaptivni vrednosti:

Uporabno- povečanje sposobnosti preživetja posameznikov.

Škodljivo:

smrtonosno- povzročitev smrti posameznikov;

pol smrtonosno- zmanjšanje sposobnosti preživetja posameznika (pri moških je gen za recesivno hemofilijo pol smrtonosen, homozigotne ženske pa niso uspešne).

Nevtralno - ne vpliva na sposobnost preživetja posameznikov.

Ta razvrstitev je zelo pogojna, saj je lahko ista mutacija v nekaterih pogojih koristna in v drugih škodljiva.

Mutacije po naravi manifestacije:

dominanten, zaradi česar lahko lastniki teh mutacij postanejo nesposobni za preživetje in povzročijo njihovo smrt v zgodnjih fazah ontogeneze (če so mutacije škodljive);

recesivno- mutacije, ki se ne pojavijo pri heterozigotih, torej dolgo časa vztrajanje v populaciji in oblikovanje rezerve dedne variabilnosti (ko se okoljske razmere spremenijo, lahko nosilci takšnih mutacij pridobijo prednost v boju za obstoj).

Mutacije glede na stopnjo fenotipske manifestacije:

velik- jasno vidne mutacije, ki močno spremenijo fenotip (dvojni cvetovi);

majhna- mutacije, ki praktično ne dajejo fenotipskih manifestacij (rahlo podaljšanje strehe ušesa).

Mutacije, ki spremenijo stanje gena:

naravnost- prehod gena iz divjega tipa v novo stanje;

vzvratno- prehod gena iz mutiranega stanja v divji tip.

Mutacije glede na naravo njihovega videza:

spontano- mutacije, ki so nastale naravno pod vplivom okoljskih dejavnikov;

povzročeno- mutacije, umetno povzročene z delovanjem mutagenih dejavnikov.

Mutacije glede na naravo spremembe genotipa:

Gene – mutacije, ki se izražajo v spremembah strukture posameznih odsekov DNK

2. Kromosomske - mutacije, za katere so značilne spremembe v strukturi posameznih kromosomov.

3. Genomske - mutacije, za katere je značilna sprememba števila kromosomov

Mutacije glede na kraj njihove manifestacije:

1. Jedrska

a. Kromosomski

b. Točka – Gennaya mutacija, ki je zamenjava (kot posledica prehoda ali transverzije), vstavitev ali izguba enega nukleotida.

Genomski

2. citoplazemski – mutacije, povezane z mutacije nejedrni geni, ki se nahajajo v mitohondrijski DNA in plastidni DNA – kloroplasti.

Genske mutacije, mehanizmi nastanka. Koncept genskih bolezni.

Genske mutacije nastanejo kot posledica napak pri replikaciji, rekombinaciji in popravljanju genskega materiala.

Pojavijo se nenadoma; so dedni, neusmerjeni; Vsak genski lokus lahko mutira, kar povzroči spremembe tako manjših kot vitalnih znakov; iste mutacije se lahko pojavljajo večkrat.

Najpogosteje se genske mutacije pojavijo kot posledica:

1. zamenjava enega ali več nukleotidov z drugimi;

2. vstavitve nukleotidov;

3. izguba nukleotidov;

4. podvajanje nukleotidov;

5. spremembe v vrstnem redu menjavanja nukleotidov.

Vrste genskih mutacij:

Točka – izguba, vstavitev, zamenjava nukleotida;

2. Dinamična mutacija - povečanje števila ponavljajočih se trojčkov v genu (Friedreichova ataksija);

3. Duplikacija – podvojitev fragmentov DNA;

4. Inverzija – rotacija fragmenta DNA velikosti 2 nukleotidov;

5. Insercija - premikanje fragmentov DNK;

6. Letalna mutacija - vodi v smrt

Missense mutacija - pojavi se kodon, ki ustreza drugi aminokislini (anemija srpastih celic);

8. Nonsense mutacija – mutacija z zamenjavo nukleotida v kodirnem delu gena, ki povzroči nastanek stop kodona;

9. Regulatorna mutacija - Spremembe v 5' ali 3' neprevedenih regijah gena zmotijo njegovo izražanje;

10. Spajne mutacije so točkovne zamenjave nukleotidov na meji ekson-intron in spajanje je blokirano.

Genske bolezni so bolezni, ki nastanejo kot posledica genskih mutacij.

MUTACIJE IN NJIHOVA RAZVRSTITEV

Na primer anemija srpastih celic, str. splenomegalija,

Kromosomske mutacije

Kromosomske mutacije- mutacije, povzročajo spremembe strukture kromosomov (priročnik 23)

1. Intrakromosomske mutacije:

a. Izbris (del-)- izguba dela kromosoma (АВСD ® AB);

b. Inverzija (inv)- rotacija odseka kromosoma za 180˚ (ABCD ® ACBD)

Pericentrično – vrzel v q in p ramenih;
Paracentrično - vrzel v eni rami;

podvajanje(dup+) - podvojitev istega odseka kromosoma; (ABCD ® ABBCCD);

d. Izokromosom (i)– povezava krakov pp in qq

e. Obročasti kromosom (r)– izguba telomer in zapiranje kromosomov v en obroč.

2. Medkromosomske mutacije:

translokacija(t) – Prenos dela ali celotnega kromosoma na drugega (homolognega ali nehomolognega)

Recipročna (uravnotežena) – medsebojna izmenjava odsekov med dvema nehomolognima kromosomoma;

2. Nevzajemno (neuravnoteženo) – premik dela kromosoma znotraj istega kromosoma ali na drug kromosom;

3. Robertson (rob) – centrična fuzija krakov q dveh akrocentričnih kromosomov.

Genomske mutacije.

Genomski mutacije imenujemo mutacije, ki povzročijo spremembo števila kromosomov v celici.

Genomske mutacije nastanejo kot posledica motenj v mitozi ali mejozi, kar vodi bodisi do neenakomerne divergence kromosomov do polov celice bodisi do podvojitve kromosomov, vendar brez delitve citoplazme.

Glede na naravo spremembe števila kromosomov obstajajo:

1. Haploidija- zmanjšanje števila popolnih haploidnih nizov kromosomov.

Poliploidija- povečanje števila popolnih haploidnih nizov kromosomov. Poliploidijo pogosteje opazimo pri praživalih in rastlinah. Glede na število haploidnih nizov kromosomov, ki jih vsebujejo celice, jih ločimo: triploide (3n), tetraploide (4n) itd. Lahko so:

avtopoliploidi- poliploidi, ki so posledica množenja genomov ene vrste;
alopoliploidi- poliploidi, ki so posledica množenja genomov različnih vrst (značilni za medvrstne hibride).

Heteroploidija (aneuploidija) - večkratno povečanje ali zmanjšanje števila kromosomov. Najpogosteje pride do zmanjšanja ali povečanja števila kromosomov za enega (manj pogosto dva ali več). Zaradi neločitve katerega koli para homolognih kromosomov v mejozi ena od nastalih gamet vsebuje en kromosom manj, druga pa več. Zlitje takšnih gamet z normalno haploidno gameto med oploditvijo povzroči nastanek zigote z manjšim ali večjim številom kromosomov v primerjavi z diploidnim nizom, značilnim za določeno vrsto.

Med anevploidi so:

trisomika- organizmi z naborom kromosomov 2n+1;
monosomika- organizmi z nizom kromosomov 2n -1;
nulosomika- organizmi z nizom kromosomov 2n–2.

Na primer, Downov sindrom pri ljudeh se pojavi kot posledica trisomije na 21. paru kromosomov.

Mutacijska variabilnost. Klasifikacija mutacij. Somatske in generativne mutacije. Pojem kromosomske in genske bolezni.

Mutacija je spontana sprememba genetskega materiala. Mutacije se pojavijo pod vplivom mutagenih dejavnikov:
A) fizikalne (sevanje, temperatura, elektromagnetno sevanje);
B) kemikalije (snovi, ki povzročajo zastrupitev telesa: alkohol, nikotin, kolhicin, formaldehid);
B) biološki (virusi, bakterije).
Obstaja več klasifikacij mutacij.

Razvrstitev 1.
Mutacije so lahko koristne, škodljive ali nevtralne. Koristne mutacije: mutacije, ki vodijo do povečane odpornosti telesa (odpornost ščurkov na pesticide). Škodljive mutacije: gluhost, barvna slepota. Nevtralne mutacije: mutacije ne vplivajo na sposobnost preživetja organizma (barva oči, krvna skupina).

Razvrstitev 2.
Mutacije so somatske in generativne. Somatski (najpogosteje niso podedovani) se pojavijo v somatskih celicah in prizadenejo le del telesa. Med vegetativnim razmnoževanjem jih bodo podedovale naslednje generacije. Generativne (podedovane so, ker

pojavijo v zarodnih celicah): Te mutacije se pojavijo v zarodnih celicah. Generativne mutacije delimo na jedrske in ekstranuklearne (ali mitohondrijske).
Razvrstitev 3.
Glede na naravo sprememb v genotipu delimo mutacije na genske, kromosomske in genomske.
Genske mutacije (točkovne mutacije) nastanejo kot posledica izgube nukleotida, vstavitve nukleotida ali zamenjave enega nukleotida z drugim.

Te mutacije lahko povzročijo genske bolezni: barvna slepota, hemofilija. Tako genske mutacije vodijo do pojava novih lastnosti.

22. Mutacijska variabilnost. Klasifikacija mutacij. Pojem kromosomske in genske bolezni.

Kromosomske mutacije so povezane s spremembami v strukturi kromosomov. Pojavi se lahko delecija - izguba dela kromosoma, podvojitev - podvojitev dela kromosoma, inverzija - zasuk dela kromosoma za 1800, translokacija - prenos dela ali celega kromosoma na drug kromosom. Razlog za to je lahko razpad kromatid in njihova obnova v novih kombinacijah.
Genomske mutacije vodijo do sprememb v številu kromosomov. Razlikujemo med aneuploidijo in poliploidijo. Aneuploidija je povezana s spremembo števila kromosomov za več kromosomov (1, 2, 3):
A) monosomija splošna formula 2n-1 (45, X0), bolezen - Shereshevsky-Turnerjev sindrom.

B) trisomija splošne formule 2n+1 (47, XXX ali 47, XXX) bolezen - Klinefeltrov sindrom.
B) polisomija
Poliploidija je sprememba števila kromosomov, ki je večkratnik haploidnega niza (na primer: 3n 69).
Organizmi so lahko avtoploidni (isti kromosomi) ali aloploidni (različni nizi kromosomov).

Na kromosomsko Sem spadajo bolezni, ki jih povzročajo genomske mutacije ali strukturne spremembe posameznih kromosomov.

Kromosomske bolezni nastanejo kot posledica mutacij v zarodnih celicah enega od staršev. Iz roda v rod se jih prenaša največ 3-5 %. Kromosomske nepravilnosti predstavljajo približno 50 % spontanih splavov in 7 % vseh mrtvorojenih otrok.

Vse kromosomske bolezni običajno delimo v dve skupini: nepravilnosti v številu kromosomov in motnje v strukturi kromosomov.

Nenormalnosti števila kromosomov

Bolezni, ki jih povzroča kršitev števila avtosomov (nespolnih) kromosomov

Downov sindrom - trisomija na 21. kromosomu, znaki so: demenca, zastoj v rasti, značilen videz, spremembe dermatoglifike;

Patauov sindrom - trisomija na kromosomu 13, za katero so značilne številne malformacije, idiotija, pogosto - polidaktilija, strukturne nenormalnosti spolnih organov, gluhost; skoraj vsi bolniki ne živijo do enega leta;

Edwardsov sindrom - trisomija 18, spodnja čeljust in ustna odprtina je majhna, očesne reže so ozke in kratke, ušesa deformiran; 60% otrok umre pred 3 meseci, le 10% jih preživi do enega leta, glavni vzrok je zastoj dihanja in motnje srca.

Bolezni, povezane s kršitvijo števila spolnih kromosomov

Shereshevsky-Turnerjev sindrom - odsotnost enega kromosoma X pri ženskah (45 XO) zaradi kršitve divergence spolnih kromosomov; znaki so nizka rast, spolni infantilizem in neplodnost, različne somatske motnje (mikrognatija, kratek vrat itd.);

polisomija na kromosomu X - vključuje trisomijo (karioti 47, XXX), tetrasomijo (48, XXXX), pentasomijo (49, XXXXX), obstaja rahlo zmanjšanje inteligence, povečana verjetnost razvoj psihoz in shizofrenije z neugodno vrsto poteka;

Y-kromosomska polisomija - tako kot X-kromosomska polisomija vključuje trisomijo (karioti 47, XYY), tetrasomijo (48, XYYY), pentasomijo (49, XYYYY), klinične manifestacije so podobne tudi X-kromosomski polisomiji;

Klinefelterjev sindrom - polisomija na X- in Y-kromosomih pri dečkih (47, XXY; 48, XXYY itd.), znaki: evnuhoidni tip zgradbe, ginekomastija, slaba poraščenost obraza, pazduhe in na pubisu, spolni infantilizem, neplodnost; duševni razvoj zaostaja, včasih pa je inteligenca normalna.

Bolezni, ki jih povzroča poliploidija

triploidija, tetraploidija itd.

d.; Razlog je motnja procesa mejoze zaradi mutacije, zaradi česar hčerinska spolna celica namesto haploidnega (23) prejme diploiden (46) nabor kromosomov, to je 69 kromosomov (pri moških je kariotip 69, XYY, pri ženskah - 69, XXX); skoraj vedno smrtonosno pred rojstvom.

Motnje strukture kromosomov

Glavni članek: Kromosomske preureditve

Translokacije so menjalne preureditve med nehomolognimi kromosomi.

Delecije so izguba dela kromosoma.

Na primer, sindrom "mačjega joka" je povezan z izbrisom kratkega kraka kromosoma 5. Njegov znak je nenavaden jok otrok, ki spominja na mijavkanje ali jok mačke. To je posledica patologije grla ali glasilk.

Najbolj značilna je poleg "mačjega joka" duševna in telesna nerazvitost, mikrocefalija (nenormalno majhna glava).

Inverzije so rotacije odseka kromosoma za 180 stopinj.

Podvojitve so podvojitve odseka kromosoma.

Izokromosomija - kromosomi s ponovljenim genetskim materialom v obeh rokah.

Pojav obročastih kromosomov je povezava dveh končnih izbrisov v obeh krakih kromosoma

Genske bolezni je velika skupina bolezni, ki nastanejo kot posledica poškodbe DNK na genski ravni.

Izraz se uporablja v zvezi z monogenskimi boleznimi, za razliko od širše skupine - dednih bolezni

Dedne bolezni so bolezni, katerih pojav in razvoj sta povezana z okvarami v programskem aparatu celic, ki se dedujejo preko gamet.

Vzrok bolezni

Dedne bolezni temeljijo na motnjah (mutacijah) dedne informacije- kromosomske, genske in mitohondrijske.

Od tod tudi klasifikacija dednih bolezni

Prejšnja12345678910111213141516Naslednja

Genske mutacije (spremembe v nukleotidnih zaporedjih DNK)

Neprilagojene spremembe kemijska struktura geni, ki se razmnožujejo v zaporednih replikacijskih ciklih in se pojavijo v potomcih v obliki novih variant znakov, se imenujejo genske mutacije.

Spremembe v strukturi DNK, ki tvori gen, lahko razdelimo v tri skupine.

Mutacije prve skupine so zamenjava ene baze z drugo. Predstavljajo približno 20 % spontano nastalih sprememb genov.

2. Drugo skupino mutacij povzroča premik bralnega okvirja, ki se pojavi, ko se spremeni število nukleotidnih parov v genu.

3. Tretjo skupino sestavljajo mutacije, povezana s spremembo vrstnega reda nukleotidnih sekvenc znotraj gena(inverzije).

Mutacije po vrsti zamenjave dušikovih baz. Te mutacije se pojavijo zaradi številnih posebnih razlogov. Eden od njih je lahko sprememba strukture baze, ki je že vključena v vijačnico DNK, do katere pride po naključju ali pod vplivom posebnih kemičnih dejavnikov. Če tako spremenjena oblika baze ostane neodkrita s popravljalnimi encimi, potem lahko med naslednjim replikacijskim ciklom nase pritrdi drug nukleotid.

Drugi razlog za zamenjavo baze je lahko napačna vključitev nukleotida, ki nosi kemično spremenjeno obliko baze ali njenega analoga, v sintetizirano verigo DNK.

Če encimi za replikacijo in popravljanje te napake ostanejo neodkriti, se spremenjena baza vključi v proces replikacije, kar pogosto privede do zamenjave enega para z drugim.

Iz zgornjih primerov je jasno, da da se spremembe v strukturi molekule DNA, kot so bazne substitucije, zgodijo pred ali med procesom replikacije, sprva v eni polinukleotidni verigi. Če se takšne spremembe med popravilom ne popravijo, potem med kasnejšo replikacijo postanejo last obeh verig DNK.

V primeru, da novonastali triplet šifrira drugo aminokislino, se struktura peptidne verige in lastnosti ustreznega proteina spremenijo.

Glede na naravo in lokacijo zamenjave, do katere pride, se specifične lastnosti beljakovin spremenijo različne stopnje. Obstajajo primeri, ko zamenjava le ene aminokisline v peptidu bistveno vpliva na lastnosti proteina, kar se kaže v spremembi kompleksnejših lastnosti.

Primer je sprememba lastnosti človeškega hemoglobina pri anemiji srpastih celic(riž.

3.21). V takem hemoglobinu (HbS) (za razliko od normalnega HbA) - v verigah p-globina na šestem mestu je glutaminska kislina nadomeščena z valinom.

To je posledica zamenjave ene od baz v tripletu, ki kodira glutaminsko kislino (CTT ali TTC). Rezultat je triplet, ki šifrira valin (CAT ali TsAT).

Klasifikacija mutacij

IN v tem primeru zamenjava ene aminokisline v peptidu bistveno spremeni lastnosti globina, ki je del hemoglobina (zmanjša se njegova sposobnost vezave na O2) in človek razvije znake srpastocelične anemije.

V nekaterih primerih lahko zamenjava ene baze z drugo povzroči pojav enega od nesmiselnih trojčkov (ATT, ATC, ACT), ki ne kodira nobene aminokisline.

Posledica takšne zamenjave bo prekinitev sinteze peptidne verige. Ocenjuje se, da nukleotidne substitucije v enem tripletu povzročijo nastanek sinonimnih trojčkov v 25 % primerov; v 2-3 - nesmiselnih trojčkih, v 70-75% - pojav pravih genskih mutacij.

torej Bazne substitucijske mutacije se lahko pojavijo bodisi kot posledica spontanih sprememb strukture baze v eni od verig obstoječe dvojne vijačnice DNA bodisi med replikacijo v novo sintetizirani verigi.

Če se te spremembe ne popravijo med postopkom popravljanja (ali, nasprotno, nastanejo med popravilom), se popravijo v obeh verigah in bodo nato reproducirane v naslednjih ciklih podvajanja. Posledično so pomemben vir tovrstnih mutacij motnje v procesih replikacije in popravljanja.

2. Mutacije premika okvirja. Ta vrsta mutacije predstavlja znaten delež spontanih mutacij.

Nastanejo kot posledica izgube ali vstavitve enega ali več parov komplementarnih nukleotidov v nukleotidno zaporedje DNA. Večino proučevanih mutacij premika okvirja najdemo v zaporedjih, sestavljenih iz identičnih nukleotidov.

Spremembo števila nukleotidnih parov v verigi DNA olajšajo učinki nekaterih kemikalij, kot so akridinske spojine, na genetski material.

Z deformacijo strukture dvojne vijačnice DNK vodijo do vstavitve dodatnih baz ali njihove izgube med replikacijo.

Pomemben razlog za spremembe števila nukleotidnih parov v genu glede na vrsto velikih delitev (izgub) je lahko rentgensko obsevanje. Pri vinski mušici je na primer znana mutacija gena za nadzor barve oči, ki nastane zaradi obsevanja in je sestavljena iz delitve približno 100 nukleotidnih parov.

3.21. Pleiotropni učinek zamenjave ene aminokisline v β-verigi človeškega hemoglobina, ki vodi v razvoj srpastocelične anemije

Veliko število mutacij insercijskega tipa se pojavi zaradi vključitve mobilnih genetskih elementov v nukleotidno zaporedje - transpozoni. Transpozoni - To so precej dolga nukleotidna zaporedja, vdelana v genome eu- in prokariontskih celic, ki lahko spontano spremenijo svoj položaj (glej.

razdelek 3.6.4.3). Z določeno verjetnostjo lahko nastanejo insercije in cepitve kot posledica rekombinacijskih napak med neenakim intragenim crossing overom (slika 3.22).

riž. 3.22. Mutacije s premikom okvirja (neenaka izmenjava med intragenskim crossing overom):

jaz- zlomi alelnih genov v različnih območjih in izmenjava fragmentov med njimi;

II- izguba 3. in 4. para nukleotidov, premik bralnega okvira;

III-podvojitev 3. in 4. para nukleotidov, premik bralnega okvirja

3.23. Posledica spremembe števila nukleotidnih parov v molekuli DNA

Premik v bralnem okvirju zaradi vstavitve enega nukleotida v kodogeno verigo povzroči spremembo sestave peptida, ki je v njem šifriran.

Glede na kontinuiteto branja in neprekrivanje genetske kode sprememba števila nukleotidov praviloma povzroči premik v bralnem okvirju in spremembo pomena bioloških informacij, zapisanih v danem zaporedju DNK. (sl.

3.23). Če pa je število vstavljenih ali izgubljenih nukleotidov večkratnik treh, morda ne bo prišlo do premika okvirja, vendar bo to povzročilo vključitev dodatnih aminokislin ali izgubo nekaterih od njih iz polipeptidne verige. Možna posledica premika okvirja je pojav nesmiselnih trojčkov, ki vodijo do sinteze skrajšanih peptidnih verig.

Mutacije, kot je inverzija nukleotidnih zaporedij v genu. Do te vrste mutacije pride zaradi rotacije dela DNK za 180°. Pred tem običajno molekula DNK tvori zanko, znotraj katere replikacija poteka v nasprotni smeri od pravilne.

Znotraj invertirane regije je branje informacij moteno, kar povzroči spremembo aminokislinskega zaporedja proteina.

GLEJ VEČ:

Mutacijska variabilnost ki nastanejo zaradi pojava mutacij. Mutacije so nenadne, nenadne spremembe dednega materiala, ki se dedujejo. Za mutacije so značilne številne lastnosti:

Mutacijska variabilnost. Metode za razvrščanje mutacij

nastanejo nenadoma, spazmodično;

2. spremembe dednega materiala se dogajajo neusmerjeno – vsak gen lahko mutira, kar vodi do spremembe katere koli lastnosti;

po manifestaciji v fenotipu so lahko dominantni in recesivni;

4. se dedujejo.

Glede na stopnjo motnje v dednem materialu delimo mutacije na genske, kromosomske in genomske.

Genetski mutacije so povezane s spremembami strukture genov (struktura molekule DNA). Kršitev strukture gena je lahko posledica: a) zamenjave, b) vstavitve, c) izgube nukleotida.

Ko se nukleotid zamenja v molekuli DNA, se zamenja ena aminokislina v molekuli beljakovine. To vodi do sinteze beljakovin s spremenjenimi lastnostmi. Vstavljanje ali izbris nukleotida povzroči spremembo celotnega zaporedja aminokislin v proteinski molekuli.

Genske mutacije so vzrok za nastanek številnih presnovnih bolezni (fenilketonurija, anemija srpastih celic, albinizem).

Kromosomski mutacije so povezane s spremembami strukture kromosomov. Kromosomske mutacije delimo na intrakromosomske in interkromosomske. Intrakromosomske mutacije vključujejo:

a) Delecija - izguba dela kromosoma.

Delecija končnega odseka kromosoma ima svoje ime - pomanjkljivosti. Pri ljudeh se izbris kratkega kraka kromosoma 5 imenuje sindrom "mačjega joka".

b) Duplikacija - podvojitev odseka kromosoma.

c) Inverzija - rotacija odseka kromosoma za 180°.

Medkromosomske mutacije vključujejo translokacijo - prenos kromosomske regije na nehomologni kromosom.

ABCDEF- originalni kromosom;

ABEF- izbris;

CDEF— kljubovanje;

ABCDDEF- podvajanje;

ACBDEF- inverzija;

ABCDEFMN- translokacija.

Genomski mutacije so povezane s spremembami števila kromosomov v kariotipu.

Genom je vsebina dednega materiala v haploidnem nizu kromosomov. Poudarek:

A) poliploidija - to je povečanje števila kromosomov, ki je večkratnik haploidnega niza (3n, 4n, 6n itd.). Poliploidijo delimo na avtopoliploidijo in alopoliploidijo.

Avtopoliploidija- večkratno povečanje števila nizov kromosomov ene vrste.

Veliko ga najdemo v rastlinah in se uporablja v žlahtnjenju za razvoj novih sort rastlin, saj imajo poliploidi več velike velikosti, so bolj odporne na neugodne razmere okolju. Poliploidi so: rž (tetraploidne sorte), ječmen, hruške, krizanteme in mnogi drugi, povezani s kršitvijo mejoze. Mutagen kolhicin, ki uniči vreteno, povzroči poliploidijo.

Alopoliploidija- povečanje števila nizov kromosomov dveh različnih vrst.

Alopoliploidija se uporablja za premagovanje neplodnosti medvrstnih hibridov (hibrid kapusnice in redkve).

b) heteroploidija - gre za spremembo števila kromosomov, ki ni večkratnik haploidnega (2n+1 - trisomija, 2n-1 - monosomija). Kršitve ločevanja kromosomov med mejozo vodijo do spremembe števila kromosomov v organizmu.

- Downov sindrom je trisomija 21;

- Shereshevsky-Turnerjev sindrom - monosomija na kromosomu X: X0 pri ženskah;

- Klinefelterjev sindrom - trisomija spolnega kromosoma: dodaten X kromosom pri moških - XXY).

Heteroploidija vodi do motenj poteka normalen razvoj organizma, spremembe v njegovi zgradbi in zmanjšana vitalnost.

Datum objave: 2014-11-19; Prebrano: 1226 | Kršitev avtorskih pravic strani

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

Genske mutacije se pojavijo na molekularni ravni in običajno prizadenejo enega ali več nukleotidov znotraj posameznega gena. To vrsto mutacije lahko razdelimo v dve veliki skupini. Prvi od njih povzroči premik bralnega okvirja. Druga skupina vključuje genske mutacije, povezane s substitucijami baznih parov. Slednje ne predstavljajo več kot 20% spontanih mutacij, preostalih 80% mutacij nastane kot posledica različnih izbrisov in vstavkov.

Frameshift mutacije predstavljajo vstavke ali delecije enega ali več parov nukleotidov. Odvisno od lokacije kršitve se spremeni eno ali drugo število kodonov. V skladu s tem se lahko v beljakovini pojavijo dodatne aminokisline ali pa se spremeni njihovo zaporedje. Večino mutacij te vrste najdemo v molekulah DNA, ki so sestavljene iz enakih baz.

Vrste zamenjave baze vaniya :

Prehodi sestoji iz zamenjave enega purina s purinsko bazo ali enega pirimidina s pirimidinsko bazo

Transverzije, pri kateri se purinska baza spremeni v pirimidinsko bazo ali obratno.

Pomen genskih mutacij za sposobnost preživetja organizma je različen. Različne spremembe v nukleotidnem zaporedju DNA se različno kažejo v fenotipu. Nekatere "tihe mutacije" ne vplivajo na strukturo ali delovanje beljakovin. Primer takšne mutacije je nukleotidna substitucija, ki ne vodi do zamenjave aminokislin.

Avtor: funkcionalni pomen identificirane genske mutacije:

vodi v popolno izgubo funkcije;

zaradi česar pride do kvantitativnih sprememb v mRNA in primarnih beljakovinskih produktih;

dominantno-negativni, ki spreminjajo lastnosti beljakovinskih molekul tako, da le te škodljivo vplivajo na delovanje celic.

Tako imenovani ne čutne mutacije , povezana s pojavom terminatorskih kodonov, ki ustavijo sintezo beljakovin. Poleg tega, bližje ko so mutacije 5" koncu gena (začetku transkripcije), krajše bodo proteinske molekule. Delecije ali vstavitve (insercije), ki niso večkratniki treh nukleotidov in zato povzročijo premik v bralnem okvirju, lahko povzroči tudi prezgodnjo prekinitev sinteze beljakovin ali nastanek nesmiselne beljakovine, ki se hitro razgradi.

Missense mutacije povezana z zamenjavo nukleotidov v kodirnem delu gena. Fenotipsko se kaže kot zamenjava aminokisline v beljakovini. Odvisno od narave aminokislin in funkcionalnega pomena poškodovanega območja opazimo popolno ali delno izgubo funkcionalne aktivnosti proteina.

Spajanje mutacij vplivajo na mesta na stičišču eksonov in intronov in jih spremlja ekscizija eksona in tvorba izbrisanega proteina ali ekscizija intronske regije in prevod nesmiselno spremenjenega proteina. Praviloma takšne mutacije povzročajo hude bolezni.

Regulativne mutacije povezana s kvantitativno motnjo v regulatornih regijah gena. Ne povzročajo sprememb v strukturi in delovanju beljakovin. Fenotipska manifestacija takšnih mutacij je določena s pragom koncentracije proteina, pri katerem je njegova funkcija še ohranjena.

Dinamične mutacije ali mutacije širitev predstavljajo patološko povečanje števila trinukleotidnih ponovitev, lokaliziranih v kodirnem in regulatornem delu gena. Za mnoga trinukleotidna zaporedja je značilna visoka stopnja populacijske variabilnosti. Fenotipska kršitev se pojavi, ko je presežena določena kritična raven števila ponovitev.

Kromosomske mutacije

Ta vrsta mutacije združuje kromosomske nenormalnosti, povezane s spremembami v strukturi kromosomov (kromosomske aberacije).

Kromosomske aberacije je mogoče razvrstiti z različnimi pristopi. Glede na to, na kateri točki celičnega cikla - pred ali po replikaciji kromosomov je prišlo do preureditve - ločimo aberacije kromosomsko in kromatid vrste. Aberacije kromosomskega tipa se pojavijo na predsintetični stopnji - fazi G 1, ko je kromosom predstavljen z enoverižno strukturo. Kromatidne aberacije se pojavijo po replikaciji kromosomov v S in G 2 fazi in vplivajo na strukturo ene od kromatid. Posledično vsebuje kromosom na stopnji metafaze eno spremenjeno in eno normalno kromatido.

Če je do preureditve prišlo po replikaciji in je prizadela obe kromatidi, izokromatid aberacija. Morfološko se ne razlikuje od aberacij kromosomskega tipa, čeprav po izvoru pripadajo kromatidnemu tipu. Med aberacijami kromosomskega in kromatidnega tipa obstajajo preprosto in izmenjava aberacije. Temeljijo na motnjah enega ali več kromosomov. Enostavne aberacije - fragmenti (delecije) - nastanejo kot posledica preprostega zloma kromosoma. V vsakem primeru nastaneta dve vrsti fragmentov - centrični in acentrični. Obstajajo terminalni (konec) in intersticijski (srednji deli kromosomov) delecije ali fragmenti.

Menjalne aberacije so zelo raznolike. Temeljijo na izmenjavi odsekov kromosomov (ali kromatid) med različnimi kromosomi (medkromosomska izmenjava) ali znotraj enega kromosoma (intrakromosomska izmenjava) med prerazporeditvijo genetskega materiala. Preureditve menjalnic so dveh vrst: simetrične in asimetrične. Asimetrične izmenjave vodijo do nastanka policentričnih kromosomov in acentričnih fragmentov. Pri simetričnih izmenjavah se acentrični fragmenti kombinirajo s centričnimi, zaradi česar kromosomi, vključeni v aberacijo izmenjave, ostanejo monocentrični.

Intrakromosomske izmenjave lahko potekajo znotraj enega (izmenjava znotraj kraka) in med obema krakoma kromosoma (izmenjava med krakoma). Poleg tega so lahko izmenjave preproste ali zapletene, če je v proces vključenih več kromosomov. Posledično lahko nastanejo nenavadne in precej zapletene konfiguracije kromosomov. Vsaka izmenjava (simetrična in asimetrična, interkromosomska in intrakromosomska) je lahko popolno (vzajemno ime) oz nepopolno (nevzajemno ime) . Pri popolni menjavi se povežejo vsi poškodovani predeli, pri nepopolni zamenjavi pa lahko nekateri ostanejo z odprtim poškodovanim predelom.

Genomske mutacije

Genomske mutacije spremenijo število kromosomov. Do takšnih sprememb običajno pride, ko je porazdelitev kromosomov med hčerinskimi celicami motena.

Obstajata dve glavni vrsti genomskih mutacij:

Poliploidija in monoploidija.

Aneuploidija.

pri poliploidija število nizov nehomolognih kromosomov v kariotipu se razlikuje od dveh (Zn; 4n itd.). To je posledica motenj v mitotskem ciklu, ko pride do podvajanja kromosomov brez kasnejše delitve jedra in celice. Eden od razlogov za ta pojav je lahko endomitoza, pri kateri je akromatski aparat v celici blokiran, jedrska membrana pa je ohranjena skozi celoten mitotski cikel. Vrsta endomitoze je endoreduplikacija – reduplikacija kromosomov, ki se pojavi izven celične delitve. Med endoreduplikacijo se ponovita dve zaporedni S obdobji mitotskega cikla. Posledično bo v naslednji mitozi opaziti dvojni (tetraploidni) nabor kromosomov. Takšne mutacije najpogosteje povzročijo smrt ploda med embriogenezo. Triploidijo najdemo v 4 %, tetraploidijo pa v približno 1 % vseh spontanih splavov. Za posameznike s takšnim kariotipom so značilne številne razvojne napake, vključno z asimetrično postavo, demenco in hermafroditizmom. Tetraploidni zarodki umrejo v zgodnjih fazah nosečnosti, medtem ko zarodki s triploidnimi celicami občasno preživijo, vendar le, če hkrati vsebujejo celice z normalnim kariotipom poleg triploidnih. Sindrom triploidije (69, XXY) je bil prvič odkrit pri ljudeh v 60. letih. XX stoletje V literaturi je opisanih okoli 60 primerov triploidije pri otrocih. Njihova največja življenjska doba je bila 7 dni.

Aneuploidija - nehaploidno zmanjšanje ali povečanje števila kromosomov (2n+1; 2n+2; 2n-1 itd.) - nastane kot posledica nenormalnega obnašanja homolognih kromosomov v mejozi ali sestrskih kromatid v mitozi.

Če se kromosomi v eni od stopenj gametogeneze ne razhajajo, se lahko v zarodnih celicah pojavijo dodatni kromosomi. Kot rezultat, po kasnejši fuziji z normalnimi haploidnimi gametami, zigote 2n +1 - oz. trisomija na katerem koli od kromosomov. Če je v gameti en kromosom manj, potem pri naslednji oploditvi nastane zigota 2 n - 1 oz. monosomski enega od kromosomov. Nedisjunkcija lahko vpliva na več kot en par kromosomov, kar povzroči trisomijo ali monosomijo na več kromosomih. Pogosto dodatni kromosomi povzročijo razvojno depresijo ali smrt posameznika, ki jih nosi.

TEMA št. 6 Vrste dedovanja pri ljudeh

Mendelski liki

Za vse evkariontske organizme so značilni splošni vzorci dedovanja znakov, ki jih je odkril G. Mendel. Če jih želite preučiti, se morate spomniti osnovnih izrazov in konceptov, ki se uporabljajo v genetiki. Glavni Mendlov postulat, ki ga je dokazal v svojih znamenitih poskusih na vrtnem grahu, je, da vsako lastnost določa par dednih nagnjenj, pozneje imenovanih alelni geni. Z razvojem kromosomske teorije dednosti je postalo jasno, da se alelni geni nahajajo v istih lokusih homolognih kromosomov in kodirajo isto lastnost. Par alelnih genov je lahko enak (AA) ali (aa), potem pravijo, da je posameznik homozigoten za to lastnost. Če so alelni geni v paru različni (Aa), potem je posameznik heterozigoten za to lastnost. Skupek genov določenega organizma imenujemo genotip. Res je, da genotip pogosto razumemo kot enega ali več parov alelnih genov, ki so odgovorni za isto lastnost. Skupek značilnosti določenega organizma imenujemo fenotip; fenotip nastane kot posledica interakcije genotipa z zunanjim okoljem.

G. Mendel je predstavil koncepte dominantnih in recesivnih genov. Poimenoval je alel, ki določa fenotip heterozigotnega dominantnega. Na primer, gen A pri heterozigotu Aa . Drugi alel, ki se ne manifestira v heterozigotnem stanju, je imenoval recesiven. V našem primeru je to gen a.

Osnovni vzorci dedovanja znakov po Mendelu (zakon enotnosti hibridov prve generacije, delitev na fenotipske razrede hibridov druge generacije in neodvisna kombinacija genov) se uresničujejo zaradi obstoja zakona čistosti gamete. Bistvo slednjega je, da par alelnih genov, ki določa eno oz drugo znamenje: a) nikoli se ne meša; b) v procesu gametogeneze se razcepi v različne gamete, to pomeni, da en gen iz alelnega para konča v vsaki od njih.

Človeška genetika temelji na splošnih načelih, ki izvirajo iz študij na rastlinah in živalih. Tako kot oni imamo tudi ljudje mendelske, tj. lastnosti, podedovane v skladu z zakoni, ki jih je določil G. Mendel. Za človeka, tako kot za druge evkarionte, so značilne vse vrste dedovanja: avtosomno dominantno, avtosomno recesivno, dedovanje lastnosti, vezanih na spolne kromosome, in zaradi interakcije nealelnih genov. G. Mendel je razvil tudi glavno metodo genetike - hibridologijo. Temelji na križanju osebkov iste vrste z alternativnimi značilnostmi in kvantitativni analizi nastalih fenotipskih razredov. Seveda te metode ni mogoče uporabiti v človeški genetiki.

Prvi opis avtosomno dominantno dedovanje anomalij pri ljudeh je leta 1905 podaril Farabi. Rodovnik je bil sestavljen za družino s kratkimi prsti (brahidaktilija). Bolniki imajo skrajšane in delno zmanjšane falange prstov na rokah in nogah; poleg tega je zaradi skrajšanja okončin značilna nizka rast. Lastnost se prenaša z enega starša na približno polovico otrok, ne glede na spol. Analiza rodovnikov drugih družin kaže, da brahidaktilije ni med potomci staršev, ki niso nosilci tega gena. Ker lastnost ne more obstajati v latentni obliki, je torej dominantna. In njegove manifestacije, ne glede na spol, nam omogočajo sklepati, da ni povezana s spolom. Na podlagi zgoraj navedenega lahko sklepamo, da je brahidaktilija določena z genom, ki se nahaja v avtosomih in je dominantna patologija.

Uporaba genealoške metode je omogočila identifikacijo dominantnih, spolno nevezanih lastnosti pri ljudeh. To je temna barva oči, kodrasti lasje, nosni most z grbo, raven nos (konica nosu je videti ravna), jamica na bradi, zgodnja plešavost pri moških, desničarstvo, sposobnost zvijanja jezika v cev, bel koder nad čelo, "habsburška ustnica" - spodnja čeljust je ozka, štrleča naprej, spodnja ustnica povešena in napol odprta usta. Nekatere patološke značilnosti osebe so podedovane tudi po avtosomno prevladujočem tipu: polidaktilija ali polidaktilija (ko je na roki ali nogi od 6 do 9 prstov), sindaktilija (zlitje mehkih ali kostnih tkiv falang dveh ali več prstov). prsti), brahidaktilija (nerazvitost distalnih falang prstov, kar vodi do kratkih prstov), arahnodaktilija (zelo podolgovati "pajkasti" prsti, eden od simptomov Marfanovega sindroma), nekatere oblike kratkovidnosti. Večina nosilcev avtosomno dominantne nenormalnosti je heterozigotov. Včasih se zgodi, da se dva nosilca iste dominantne anomalije poročita in imata otroke. Potem jih bo četrtina homozigotnih za mutirani dominantni alel (AA) . Veliko primerov iz zdravniška praksa kažejo, da so homozigoti za dominantne anomalije močneje prizadeti kot heterozigoti. Na primer, v zakonu med dvema nosilcema brahidaktilije se je rodil otrok, ki ni imel samo prstov na rokah in nogah, ampak je imel tudi več deformacij okostja. Umrl je v starosti enega leta. Drugi otrok v tej družini je bil heterozigot in je imel običajne simptome brahidaktilije.

Avtosomno recesivno Mendelske lastnosti pri ljudeh določajo geni, lokalizirani v avtosomih, in se lahko pojavijo pri potomcih zakonske zveze dveh heterozigotov, dveh recesivnih homozigotov ali heterozigota in recesivnega homozigota. Raziskave kažejo, da se večina porok, med potomci katerih opazimo recesivne bolezni, zgodi med fenotipsko normalnimi heterozigoti (Aa x Aa) . Potomci takšnega zakona imajo genotipe AA, Aa in ah bo predstavljen v razmerju 1:2:1 in otrok ima 25-odstotno možnost, da bo prizadet. Glede na avtosomno recesivni tip, mehke ravne lase, spuščen nos, svetle oči, tanko kožo in Rh negativno prvo krvno skupino se dedujejo številne presnovne bolezni: fenilketonurija, galaktozemija, histidinimija itd., pa tudi pigmentna kseroderma.

Xeroderma pigmentosum, ena od recesivnih bolezni, je relativno nedavno pritegnila pozornost molekularnih biologov. Ta patologija je posledica nezmožnosti pacientovih kožnih celic, da popravijo poškodbe DNK, ki jih povzroči ultravijolično sevanje. Posledično se razvije vnetje kože, zlasti na obrazu, ki mu sledi atrofija. Nazadnje se razvije kožni rak, ki vodi v smrt, če se ne zdravi. Pri bolnikih z redko recesivno boleznijo je stopnja krvnega sorodstva med starši običajno precej višja od povprečja populacije. Praviloma starši podedujejo ta gen od skupnega prednika in so heterozigoti. Velika večina bolnikov z avtosomno recesivnimi boleznimi je otrok dveh heterozigotov.

Poleg avtosomno prevladujočega in avtosomno recesivnega tipa dedovanja se pri ljudeh odkrije tudi nepopolna dominanca. , kodominanca in overdominanca.

Nepopolna prevlada povezana z vmesno manifestacijo lastnosti v heterozigotnem stanju alelov (Aa) . Na primer, velik nos določata dva alela AA, majhen nos - aleli aa, normalen nos srednje velikosti - Aa . Glede na vrsto nepopolne prevlade oseba podeduje izboklino ustnic in velikost ust in oči, razdaljo med očmi.

Kodominanca- to je interakcija alelnih genov, pri kateri se dva dominantna gena znajdeta v heterozigotnem stanju in delujeta skupaj hkrati, to pomeni, da vsak alel določa svojo lastnost. Najprimerneje je upoštevati kodominacijo na primeru dedovanja krvnih skupin.

Krvne skupine sistema AB0 določajo trije aleli: A, B in 0. Poleg tega sta alela A in B dominantna, alel 0 pa je recesiven. Parna kombinacija teh treh alelov v genotipu daje štiri krvne skupine. Alelni geni, ki določajo krvne skupine, se nahajajo v devetem paru človeških kromosomov in so ustrezno označeni: I A, I b in I °. Prvo krvno skupino določa prisotnost dveh recesivnih alelov I° I° v genotipu. Fenotipsko se to kaže s prisotnostjo protiteles alfa in beta v krvnem serumu. Drugo krvno skupino lahko določata dva dominantna alela I A I A, če je oseba homozigotna, ali alela I A I°, če je heterozigotna. Fenotipsko se druga krvna skupina kaže s prisotnostjo antigenov skupine A na površini rdečih krvničk in prisotnostjo protiteles beta v krvnem serumu. Tretja skupina je določena z delovanjem alela B. In v tem primeru je genotip lahko heterozigoten (I v I°) ali homozigoten (I v I in). Fenotipsko se pri ljudeh s tretjo krvno skupino na površini eritrocitov odkrijejo antigeni B, frakcije krvnih beljakovin pa vsebujejo protitelesa alfa. Ljudje s četrto krvno skupino združujejo v svojem genotipu dva dominantna alela AB (I A I b) in oba delujeta: površina eritrocitov nosi oba antigena (A in B), krvni serum pa ne vsebuje alfa in beta, da bi se izognili aglutinacija ustreznih serumskih proteinov. Tako so ljudje s četrto krvno skupino primeri kodominance, saj imajo dva prevladujoča alelna gena, ki delujeta hkrati.

Fenomen nadvlado zaradi dejstva, da so v nekaterih primerih dominantni geni bolj izraziti v heterozigotnem stanju kot v homozigotnem stanju. Ta koncept je povezan z učinkom heteroze in je povezan s tako kompleksnimi lastnostmi, kot so sposobnost preživetja, splošna pričakovana življenjska doba itd.

Tako so pri ljudeh, tako kot pri drugih evkariontih, znane vse vrste interakcij alelnih genov in veliko število Mendelovih lastnosti, ki jih določajo te interakcije. Z uporabo Mendelovih zakonov dedovanja je mogoče izračunati verjetnost, da bi imeli otroke z določenimi značilnostmi modeliranja.

Najprimernejši metodološki pristop k analizi dedovanja lastnosti v več generacijah je genealoška metoda, ki temelji na izdelavi rodovnikov.

Interakcija genov

Doslej smo upoštevali samo monogensko nadzorovane lastnosti. Vendar pa na fenotipsko izražanje enega gena običajno vplivajo drugi geni. Pogosto se lastnosti oblikujejo s sodelovanjem več genov, katerih interakcija se odraža v fenotipu.

Primer kompleksne interakcije genov so vzorci dedovanja sistema Rh faktorja: Rh plus (Rh +) in Rh minus (Rh-). Leta 1939 so pri pregledu krvnega seruma ženske, ki je rodila mrtvorojenega ploda in je imela zgodovino transfuzije z moževo krvno skupino ABO, odkrili posebna protitelesa, ki so bila podobna tistim, ki so jih dobili pri imunizaciji poskusnih živali z rezusom. opičjih eritrocitov. Protitelesa, odkrita pri pacientu, so imenovali Rh protitelesa, njeno krvno skupino pa Rh negativna. Rh-pozitivna krvna skupina je določena s prisotnostjo na površini rdečih krvnih celic posebne skupine antigenov, kodiranih s strukturnimi geni, ki prenašajo informacije o membranskih polipeptidih. Geni, ki določajo Rh faktor, se nahajajo v prvem paru človeških kromosomov. Rh pozitivna krvna skupina je dominantna, Rh negativna krvna skupina je recesivna. Rh-pozitivni ljudje so lahko heterozigoti (Rh + /Rh-) ali homozigoti (Rh + /Rh +). Rh negativen - samo homozigot (Rh-/Rh-).

Kasneje se je izkazalo, da imajo antigeni in protitelesa Rh faktorja kompleksno strukturo in so sestavljeni iz treh komponent. Običajno so antigeni faktorja Rh označeni s črkami latinske abecede C, D, E. Na podlagi analize genetskih podatkov o dedovanju faktorja Rh v družinah in populacijah je bila oblikovana hipoteza, da vsaka komponenta Rh faktor določa njegov gen, da so ti geni povezani v en lokus in imajo skupnega operaterja ali promotorja, ki uravnava njihovo kvantitativno izražanje. Ker so antigeni označeni s črkami C, D, E, enake male črke označujejo gene, ki so odgovorni za sintezo ustrezne komponente.

Genetske študije v družinah kažejo možnost križanja med tremi geni na lokusu faktorja Rh pri heterozigotih. Populacijske študije so razkrile različne fenotipe: CDE, CDe, cDE, cDe, CdE, Cde, cdE, cde. Interakcije med geni, ki določajo Rh faktor, so kompleksne. Očitno je glavni dejavnik, ki določa antigen D, veliko bolj imunogen kot antigena C in E. Pri ljudeh z genotipom d/d se odkrije negativen Rh faktor, pri ljudeh z DD. in D genotipa /d. Pri heterozigotih CDe/Cde in Cde/cDe s kombinacijo genov Cde v lokusu Rh se izražanje faktorja D spremeni, kar povzroči nastanek fenotipa D u s šibko reakcijo kot odziv na vnos Rh-pozitivnih antigenov . Posledično je mogoče kvantitativno uravnavati delo genov v Rh lokusu, fenotipska manifestacija Rh faktorja pri Rh pozitivnih ljudeh pa je lahko drugačna: večja ali manjša.

Nezdružljivost Rh faktorja ploda in matere lahko povzroči razvoj patologije pri plodu ali spontani splav v zgodnjih fazah nosečnosti. S posebnimi občutljivimi metodami je bilo mogoče ugotoviti, da lahko med porodom v krvni obtok matere pride približno 1 ml plodove krvi. Če je mati Rh negativna in plod Rh pozitiven, bo po prvem porodu mati senzibilizirana na Rh pozitivne antigene. Med naslednjimi nosečnostmi z Rh-nezdružljivim plodom se lahko titer protiteles proti Rh v njeni krvi močno poveča in pod vplivom njihovega destruktivnega učinka se pri plodu razvije značilna klinična slika hemolitične patologije, izražena v anemiji, zlatenici ali vodenica.

V klasični genetiki so najbolj raziskane tri vrste interakcij nealelnih genov: epistaza, komplementarnost in polimerizacija. Določajo številne podedovane lastnosti osebe.

Epistaza- to je vrsta interakcije nealelnih genov, pri kateri en par alelnih genov zavira delovanje drugega para. Obstajata dominantna in recesivna epistaza. Dominantna epistaza se kaže v tem, da je dominantni alel pri homozigotih (AA) ali heterozigot (Aa) stanje zavira manifestacijo drugega para alelov. Pri recesivni epistazi je inhibitorni gen v recesivno homozigotnem stanju (aa) ne dovoli, da bi se epistatizirani gen manifestiral. Gen za zatiranje se imenuje supresor ali zaviralec, zatirani gen pa hipostatični. Ta vrsta interakcije je najbolj značilna za gene, ki sodelujejo pri uravnavanju ontogeneze in človeškega imunskega sistema.

Primer recesivne epistaze pri ljudeh je "bombajski fenomen". V Indiji so opisali družino, v kateri so imeli starši drugo (A0) in prvo (00) krvno skupino, njihovi otroci pa četrto (AB) in prvo (00). Da bi imel otrok v taki družini krvno skupino AB, mora imeti mati krvno skupino B, ne pa 0. Kasneje so ugotovili, da so v sistemu krvnih skupin AB0 recesivni geni modifikatorji, ki v homozigotnem stanju oz. zavira izražanje antigenov na površini rdečih krvničk. Na primer, oseba s tretjo krvno skupino bi morala imeti antigen skupine B na površini eritrocitov, vendar epistatični supresorski gen v recesivnem homozigotnem stanju (h/h) zavira delovanje gena B, tako da ustrezni antigeni se ne tvorijo, krvna skupina 0 pa se fenotipsko manifestira, lokus supresorskega gena ni povezan z lokusom AB0. Supresorski geni se dedujejo neodvisno od genov, ki določajo krvne skupine ABO. Bombajski fenomen je pogostnost 1 od 13.000 med hindujci, ki govorijo maharati in živijo v bližini Bombaja. Pogost je tudi v osamelu na otoku Reunion. Očitno je simptom določen s kršitvijo enega od encimov, ki sodelujejo pri sintezi antigena.

Komplementarnost- to je vrsta interakcije, pri kateri je za lastnost odgovornih več nealelnih genov, različne kombinacije dominantnih in recesivnih alelov v njihovih parih pa spremenijo fenotipsko manifestacijo lastnosti. Toda v vseh primerih, ko se geni nahajajo v različnih parih kromosomov, delitve temeljijo na digitalnih zakonih, ki jih je določil Mendel.

Torej, da ima oseba normalen sluh, je potrebno usklajeno delovanje več parov genov, od katerih je vsak lahko predstavljen s prevladujočimi ali recesivnimi aleli. Normalen sluh se razvije le, če ima vsak od teh genov vsaj en dominanten alel v diploidnem naboru kromosomov. Če je vsaj en par alelov predstavljen z recesivnim homozigotom, bo oseba gluha. Naj to razložimo s preprostim primerom. Predpostavimo, da je normalen sluh določen s parom genov. V tem primeru imajo ljudje z normalnim sluhom genotipe AABB, AABb, AaBB, AaBb. Dedno gluhost določajo genotipi: aabb, Aabb, AAbb, aaBb, aaBB . Z uporabo Mendelovih zakonov za dihibridno križanje je enostavno izračunati, da imajo lahko gluhi starši (aaBB x AAbb) otroke z normalnim sluhom (AaBb), normalno slišeči starši pa z ustrezno kombinacijo genotipov AaBb x AaBb z veliko verjetnostjo (več kot 40%) - gluhi otroci.

Polimerizem- pogojenost določene lastnosti z več pari nealelnih genov, ki imajo enak učinek. Takšni geni se imenujejo polimerni geni. Če število dominantnih alelov vpliva na stopnjo izraženosti lastnosti, se polimer imenuje kumulativni. Več kot je dominantnih alelov, močneje je lastnost izražena. Glede na vrsto kumulativne polimerizacije se praviloma dedujejo lastnosti, ki se lahko kvantitativno izrazijo: barva kože, barva las, višina.

Barvo človeške kože in las, pa tudi barvo šarenice oči zagotavlja pigment melanin. Z oblikovanjem barve ovoja ščiti telo pred izpostavljenostjo ultravijoličnim žarkom. Obstajata dve vrsti melanina: eumelanin (črni in temno rjavi) in feumelanin (rumeni in rdeči). Melanin se v celicah sintetizira iz aminokisline tirozin v več fazah. Regulacija sinteze poteka na več načinov in je odvisna predvsem od hitrosti celične delitve. Ko se celična mitoza pospeši, na dnu lasu nastane feumelanin, ko se ta upočasni, pa eumelanin. Opisane so nekatere oblike maligne degeneracije kožnih epitelijskih celic, ki jih spremlja kopičenje melanina (melanom).

Vse barve las, razen rdeče, tvorijo neprekinjen niz od temne do svetle (kar ustreza zmanjšanju koncentracije melanina) in se dedujejo poligensko glede na vrsto kumulativnega polimera. Menijo, da so te razlike posledica čisto kvantitativnih sprememb v vsebnosti eumelanina. Barva rdečih las je odvisna od prisotnosti feumelanina. Barva las se običajno spreminja s starostjo in se stabilizira z nastopom pubertete.

Barvo šarenice določa več dejavnikov. Po eni strani je odvisno od prisotnosti zrnc melanina, po drugi pa od narave odboja svetlobe. Črno in rjavo barvo povzročajo številne pigmentne celice v sprednji plasti šarenice. V svetlih očeh je vsebnost pigmenta precej manjša. Prevlado modre barve v svetlobi, ki se odbija od sprednje plasti šarenice, ki ne vsebuje pigmenta, je razloženo z optičnim učinkom. Različna vsebnost pigmenta določa celotno paleto barve oči.

Pigmentacija človeške kože je podedovana tudi po vrsti kumulativnega polimera. Na podlagi genetskih študij družin, katerih člani imajo različno intenzivnost pigmentacije kože, se domneva, da barvo človeške kože določajo trije ali štirje pari genov.

Priznavanje principa interakcije genov nakazuje, da so vsi geni v svojem delovanju nekako med seboj povezani. Če en gen vpliva na delovanje drugih genov, potem lahko vpliva na manifestacijo ne samo ene, ampak tudi več lastnosti. To večkratno delovanje gena se imenuje pleiotropija. večina svetel primer Pleiotropni učinek gena pri ljudeh je Marfanov sindrom, že omenjena avtosomno dominantna patologija. Arahnodaktilija (pajkovi prsti) je eden od simptomov Marfanovega sindroma. Drugi simptomi vključujejo visoko postavo zaradi ekstremnega podaljšanja okončin, hipergibljivost sklepov, ki vodi v kratkovidnost, subluksacijo leče in anevrizme aorte. Sindrom se enako pogosto pojavlja pri moških in ženskah. Osnova teh simptomov je razvojna napaka vezivno tkivo, ki se pojavi v zgodnjih fazah ontogeneze in vodi do številnih fenotipskih manifestacij.

Številne dedne bolezni imajo pleiotropni učinek. Geni zagotavljajo določene stopnje metabolizma. Produkti presnovnih reakcij pa uravnavajo in po možnosti nadzorujejo druge presnovne reakcije. Zato bodo presnovne motnje na eni stopnji vplivale na naslednje stopnje, tako da bo motnja v izražanju enega gena vplivala na več osnovnih lastnosti.

Dednost in okolje

Fenotipsko manifestacijo lastnosti določajo geni, odgovorni za to lastnost, interakcija determinant z drugimi geni in okoljski pogoji. Posledično je stopnja fenotipske izraženosti deterministične lastnosti ( izraznost) se lahko spremeni: okrepi ali oslabi. Za številne dominantne lastnosti je značilno, da se gen manifestira pri vseh heterozigotih, vendar v različni meri. Številne dominantne bolezni kažejo znatno individualno variabilnost tako v starosti nastopa kot v resnosti manifestacije, tako znotraj iste družine kot med družinami.

V nekaterih primerih se lahko lastnost fenotipsko sploh ne izrazi, kljub genotipski vnaprejšnji določitvi. Pogostost fenotipske manifestacije določenega gena med njegovimi nosilci se imenuje prodornost in je izražena v odstotkih. Penetračnost je popolna, če se lastnost kaže pri vseh nosilcih določenega gena (100 %), nepopolna pa, če se lastnost kaže le pri nekaterih nosilcih. V primeru nepopolne penetracije včasih pride do preskoka ene generacije pri prenosu lastnosti, čeprav naj bi bil osebek, ki mu je bila odvzeta, sodeč po rodovniku, heterozigot. Penetranca je statistični koncept. Ocena njegove vrednosti je pogosto odvisna od uporabljenih raziskovalnih metod.

Genetika seksa

Od 46 kromosomov (23 parov) v človeškem kariotipu je 22 parov enakih pri moških in ženskah (avtosomi), en par, imenovan spolni par, pa se razlikuje pri različnih spolih: pri ženskah - XX, pri moških - XY. Spolni kromosomi so prisotni v vsaki somatski celici posameznika. Ko med mejozo nastanejo gamete, se homologni spolni kromosomi ločijo v različne spolne celice. Posledično ima vsako jajčece poleg 22 avtosomov en spolni kromosom X. Vse semenčice imajo tudi haploiden niz kromosomov, od tega je 22 avtosomov in en spolni kromosom. Polovica semenčic vsebuje kromosom X, druga polovica pa kromosom Y.

Ker so ženski spolni kromosomi enaki in vse jajčece nosijo kromosom X, se ženski spol pri ljudeh imenuje homogametni. Moški spol se zaradi razlike v spolnih kromosomih (X ali Y) v spermi imenuje heterogametni.

Spol osebe se določi v času oploditve. Ženska ima eno vrsto gamete - X, moški - dve vrsti gamete: X in Y, in po zakonih mejoze se tvorijo v enakih razmerjih. Med oploditvijo se kromosomske garniture gamet združijo. Spomnimo se, da zigota vsebuje 22 parov avtosomov in en par spolnih kromosomov. Če je jajčece oplojeno s semenčico s kromosomom X, bo imela zigota par spolnih kromosomov XX in se bo razvila v deklico. Če je bila oploditev izvedena s semenčico s kromosomom Y, potem je nabor spolnih kromosomov v zigoti XY. Iz takšne zigote bo nastalo moško telo. Tako spol nerojenega otroka določa moški, ki je heterogametičen v spolnih kromosomih. Razmerje med spoloma ob rojstvu je po statističnih podatkih približno 1:1.

Kromosomska določitev spola ni edina stopnja spolne diferenciacije. Veliko vlogo pri tem procesu pri ljudeh igra hormonska regulacija, ki se pojavi s pomočjo spolnih hormonov, ki jih sintetizirajo spolne žleze.

Oblikovanje človeških spolnih organov se začne pri pettedenskem zarodku. Primarne celice zarodnega trakta migrirajo v zametke spolnih žlez iz rumenjakove vrečke, ki se z razmnoževanjem z mitozo diferencirajo v gonije in postanejo predhodniki gamet. Pri zarodkih obeh spolov poteka selitev enako. Če je kromosom Y prisoten v celicah primordia gonad, se začnejo razvijati testisi, začetek diferenciacije pa je povezan z delovanjem evkromatskega območja kromosoma Y. Če kromosoma Y ni, se razvijejo jajčniki, ki ustrezajo ženskemu tipu.

Človek je po naravi biseksualec. Začetki reproduktivnega sistema so enaki pri zarodkih obeh spolov. Če je aktivnost kromosoma Y potlačena, se zametki spolnih organov razvijejo po ženskem tipu. pri popolna odsotnost Vsi elementi oblikovanja moškega spola tvorijo ženske spolne organe.

Vrsta sekundarnih spolnih značilnosti je določena z diferenciacijo spolnih žlez. Reproduktivni organi nastanejo iz Müllerjevega in Wolffijevega kanala. Pri ženskah se Müllerjevi vodi razvijejo v jajcevode in maternico, Wolffijevi vodi pa atrofirajo. Pri moških se Wolffovi kanali razvijejo v semenske kanale in semenske vezikle. Pod vplivom materinega horionskega gonadotropina Leydigove celice, ki se nahajajo v embrionalnih testisih, sintetizirajo steroidne hormone (testosteron), ki sodelujejo pri uravnavanju razvoja posameznika glede na moški tip. Hkrati se v testisih v Sertolijevih celicah sintetizira hormon, ki zavira diferenciacijo Müllerjevih vodov. Normalni samci se razvijejo le, če se ob določenem času na določenem mestu »sprožijo« vsi hormoni, ki delujejo na zametke zunanjih in notranjih spolnih organov.

Trenutno je opisanih približno 20 različnih genskih okvar, ki ob normalnem (XY) kariotipu na spolnih kromosomih vodijo v moteno razlikovanje zunanjih in notranjih spolnih značilnosti (hermafroditizem). Te mutacije so povezane s kršitvijo: a) sinteze spolnih hormonov; b) dovzetnost receptorjev zanje; c) delo encimov, ki sodelujejo pri sintezi regulatornih dejavnikov itd.

Dedovanje spolno vezanih lastnosti

Kromosoma X in Y sta homologna, ker imata skupne homologne regije, kjer so lokalizirani alelni geni. Kljub homologiji posameznih lokusov pa se ti kromosomi morfološko razlikujejo. Navsezadnje poleg skupnih območij nosijo velik nabor različnih genov. Kromosom X vsebuje gene, ki niso na kromosomu Y, in številni geni na kromosomu Y so odsotni na kromosomu X. Tako pri moških nekateri geni na spolnih kromosomih nimajo drugega alela na homolognem kromosomu. V tem primeru lastnost ne določa par alelnih genov, kot je običajna mendelska lastnost, ampak samo en alel. To stanje gena imenujemo hemizigotno, lastnosti, katerih razvoj povzroči en sam alel, ki se nahaja v enem od alternativnih spolnih kromosomov, pa se imenujejo spolno vezane. Razvija se pretežno pri enem od obeh spolov in se pri moških in ženskah deduje različno.

Lastnosti, povezane s kromosomom X, so lahko recesivne ali dominantne. Med recesivne spadajo: hemofilija, barvna slepota (nezmožnost razlikovanja rdeče in zelene barve), atrofija. vidni živec in Duchennovo miopatijo. Prevladujeta rahitis, ki ga ni mogoče zdraviti z vitaminom D, in temna zobna sklenina.

Oglejmo si dedovanje, povezano s kromosomom X, na primeru recesivnega gena za hemofilijo. Pri moškem gen za hemofilijo, lokaliziran na kromosomu X, nima alela na kromosomu Y, to je, da je v hemizigotnem stanju. Zato se kljub dejstvu, da je lastnost recesivna, pri moških manifestira:

N- normalen gen za strjevanje krvi

h - gen za hemofilijo;

X h Y - moški s hemofilijo;

X N Y - moški je zdrav.

Pri ženskah je lastnost določena s parom alelnih genov na spolnih kromosomih XX, zato se lahko hemofilija manifestira le v homozigotnem stanju:

X N X N - ženska je zdrava.

X N X h - heterozigotna ženska, nosilka gena za hemofilijo, zdrava,

X h X h je ženska s hemofilijo.

Zakone prenosa lastnosti, povezanih s kromosomi X, je prvi proučeval T. Morgan.

Poleg lastnosti, povezanih z X, imajo moški lastnosti, povezane z Y. Imenujejo se holandrične. Geni, ki jih določajo, so lokalizirani v tistih regijah kromosomov Y, ki nimajo analogov v kromosomih X. Tudi holandrične lastnosti določa le en alel, in ker se njihovi geni nahajajo le na kromosomu Y, jih zaznamo pri moških in prenašamo z očeta na sina oziroma na vse sinove. Holandrični znaki so: dlakava ušesa, splet med prsti na nogah, ihtioza (koža ima globoke proge in spominja na ribje luske).

Homologne regije kromosomov X in Y vsebujejo alelne gene, za katere je enako verjetno, da jih najdemo pri moških in ženskah.

Znaki, ki jih identificirajo, vključujejo splošno barvno slepoto (pomanjkanje barvnega vida) in pigmentno kserodermo. Obe lastnosti sta recesivni. Lastnosti, povezane z alelnimi geni, ki se nahajajo na kromosomih X in Y, se dedujejo po klasičnih Mendelovih zakonih.

Dedovanje je omejeno in nadzorovano s spolom

Človeške lastnosti, katerih dedovanje je nekako povezano s spolom, so razdeljene v več kategorij.

Ena od kategorij je znaki, ogomejeno s spolom. Njihov razvoj določajo geni, ki se nahajajo v avtosomih obeh spolov, vendar se manifestirajo le pri enem spolu. Na primer, geni, ki določajo širino ženske medenice, so lokalizirani v avtosomih, podedovanih od očeta in matere, vendar se pojavljajo le pri ženskah. Enako velja za puberteto pri deklicah. Med moške lastnosti, omejeno s spolom, lahko imenujemo količina in porazdelitev las po telesu.

Druga kategorija vključuje priznanaspolno nadzorovana ki, ali odvisno od spola. Razvoj somatskih značilnosti določajo geni, ki se nahajajo v avtosomih; manifestirajo se pri moških in ženskah, vendar na različne načine. Na primer, pri moških je zgodnja plešavost dominantna lastnost; kaže se tako pri dominantnih homozigotih (Aa) kot pri heterozigotih (Aa). Pri ženskah je ta lastnost recesivna in se pojavi le pri recesivnih homozigotih (aa) . Zato je plešastih moških veliko več kot žensk. Drug primer je protin; njegova penetracija je višja pri moških: 80 % v primerjavi z 12 % pri ženskah. To pomeni, da moški pogosteje zbolijo za protinom. Izraženost spolno nadzorovanih lastnosti določajo spolni hormoni. Na primer, vrsta pevskega glasu (bas, bariton, tenor, sopran, mezzosopran in alt) je odvisna od spolne konstitucije. Od pubertete na lastnost vplivajo spolni hormoni.

Genske povezave in kromosomske karte

Kromosomsko teorijo dednosti so oblikovali in eksperimentalno dokazali T. Morgan in njegovi sodelavci. Po tej teoriji se geni nahajajo na kromosomih in so na njih razporejeni linearno. Geni, lokalizirani na istem kromosomu, se imenujejo povezani; dedujejo se skupaj in tvorijo vezno skupino. Število veznih skupin ustreza številu parov homolognih kromosomov. Človek ima 46 kromosomov: 22 parov avtosomov in en par spolnih kromosomov (XX ali XY), zato imajo ženske 23 veznih skupin, moški pa 24, saj moški spolni kromosomi (XY) med seboj niso povsem homologni. Vsak od moških spolnih kromosomov ima gene, značilne samo za kromosom X in samo za kromosom Y, ki ustrezajo veznim skupinam kromosomov X in Y.

Geni, ki se nahajajo na istem kromosomu in tvorijo vezno skupino, niso popolnoma povezani. V zigoteni, profazi prve mejotske delitve, se homologni kromosomi zlijejo skupaj, da tvorijo bivalente, nato pa v pahitenu pride do prehodne izmenjave regij med kromatidami homolognih kromosomov. Prehod je obvezen postopek. Pojavi se v vsakem paru homolognih kromosomov. Bolj kot so geni na kromosomu narazen, pogosteje med njimi pride do crossing overja. Zahvaljujoč temu procesu se poveča raznolikost kombinacije genov v gametah. Na primer, par homolognih kromosomov vsebuje povezana gena AB in ab. V profazi mejoze se homologni kromosomi konjugirajo in tvorijo bivalent: AB ab

Če ne pride do križanja med genoma A in B, potem kot posledica mejoze nastaneta dve vrsti nekrižnih gamet: AB in ab. Če pride do crossoverja, bodo pridobljene crossover gamete: Ab in B, to pomeni, da se bodo povezovalne skupine spremenile. Bolj ko sta gena A in B oddaljena drug od drugega, večja je verjetnost nastanka in posledično se poveča število križnih gamet.

Če se geni na velikem kromosomu nahajajo na zadostni razdalji drug od drugega in med njimi v mejozi pride do številnih križanj, se lahko dedujejo neodvisno.

Odkritje križanja je omogočilo T. Morganu in osebju njegove šole, da so v prvih dveh desetletjih 20. stoletja razvili princip konstruiranja genetskih zemljevidov kromosomov. Uporabili so fenomen povezovanja za določitev lokalizacije genov, ki se nahajajo na istem kromosomu, in za izdelavo genskih zemljevidov vinske mušice Drosophila melanogaster. Na genetskih zemljevidih se geni nahajajo linearno drug za drugim na določeni razdalji. Razdalja med geni je določena v odstotkih crossing overja ali pri morganidah (1% crossing overja je enak eni morganidi).

Za izdelavo genetskih zemljevidov pri rastlinah in živalih se izvajajo analitična križanja, pri katerih je dovolj, da preprosto izračunate odstotek osebkov, ki nastanejo kot posledica križanja, in sestavite genetski zemljevid na podlagi treh povezanih genov. Pri ljudeh je analiza genskih povezav s klasičnimi metodami nemogoča, saj so eksperimentalne poroke nemogoče. Zato se za preučevanje veznih skupin in kartiranje človeških kromosomov uporabljajo druge metode, predvsem genealoške, ki temeljijo na analizi rodovnikov.

TEMA št. 7 Dedne bolezni pri ljudeh

Problem zdravja ljudi in genetike sta tesno povezana. Genetiki skušajo odgovoriti na vprašanje, zakaj so nekateri ljudje dovzetni za različne bolezni, drugi pa v takšnih ali še hujših razmerah ostanejo zdravi. To je predvsem posledica dednosti vsakega človeka, tj. lastnosti njegovih genov v kromosomih.

V zadnjih letih se humana genetika in medicinska genetika hitro razvijata. To je razloženo s številnimi razlogi in predvsem z močnim povečanjem deleža dedne patologije v strukturi obolevnosti in umrljivosti prebivalstva. Statistični podatki kažejo, da je od 1000 novorojenčkov 35-40 diagnosticiranih z različnimi vrstami dednih bolezni, v stopnji umrljivosti otrok, mlajših od 5 let, pa kromosomske bolezni predstavljajo 2-3%, genetske bolezni - 8-10%, večfaktorske bolezni - 35-40%. Vsako leto se v naši državi rodi 180 tisoč otrok z dednimi boleznimi. Več kot polovica jih ima prirojene okvare, približno 35 tisoč. - kromosomske bolezni in nad 35 tisoč - genske bolezni. Treba je opozoriti, da število dednih bolezni pri ljudeh vsako leto narašča in opažamo nove oblike dedne patologije. Leta 1956 je bilo znanih 700 oblik dednih bolezni, do leta 1986 pa se je število povečalo na 2000. Leta 1992 je število znanih dednih bolezni in lastnosti naraslo na 5710.

Vse dedne bolezni so razdeljene v tri skupine:

Genetski (monogeni - patologija temelji na enem paru alelnih genov)

Kromosomski

Bolezni z dedno nagnjenostjo (multifaktorske).

Bolezni človeških genov

Genetske bolezni so velika skupina bolezni, ki so posledica poškodbe DNK na genski ravni.

Skupna pogostnost genskih bolezni v populaciji je 1-2%. Običajno se pogostost genskih bolezni šteje za visoko, če se pojavi s frekvenco 1 primera na 10.000 novorojenčkov, povprečno - 1 na 10.000-40.000 in nato nizko.

Monogene oblike genskih bolezni se dedujejo v skladu z zakoni G. Mendela. Glede na vrsto dedovanja jih delimo na avtosomno dominantne, avtosomno recesivne in vezane na X ali Y kromosome.

Večino genskih patologij povzročajo mutacije v strukturnih genih, ki svojo funkcijo opravljajo s sintezo polipeptidov – proteinov. Vsaka genska mutacija povzroči spremembo strukture ali količine beljakovine.

Začetek kakršne koli genske bolezni je povezan s primarnim učinkom mutantnega alela. Osnovna shema genskih bolezni vključuje številne povezave:

mutantni alel;

modificiran primarni proizvod;

veriga nadaljnjih biokemičnih procesov celice;

organizem.

Zaradi genske mutacije na molekularni ravni so možne naslednje možnosti:

nenormalna sinteza beljakovin;

proizvodnja presežne količine genskega produkta;

pomanjkanje proizvodnje primarnega proizvoda;

proizvodnja zmanjšane količine običajnega primarnega proizvoda.

Ne da bi se končala na molekularni ravni v primarnih povezavah, se patogeneza genskih bolezni nadaljuje na celični ravni. Pri različnih boleznih so lahko točka uporabe mutantnega gena bodisi posamezne celične strukture - lizosomi, membrane, mitohondrije ali človeški organi. Klinične manifestacije genskih bolezni, resnost in hitrost njihovega razvoja so odvisne od značilnosti genotipa organizma (modifikacijski geni, odmerek gena, trajanje delovanja mutantnega gena, homo- in heterozigotnost itd.), bolnikove starosti, okolja. pogoji (prehrana, ohlajanje, stres, prekomerno delo) in drugi dejavniki.

Značilnost genetskih (kot na splošno vseh dednih) bolezni je njihova heterogenost. To pomeni, da lahko isto fenotipsko manifestacijo bolezni povzročijo mutacije v različnih genih ali različne mutacije znotraj istega gena.

Genetske bolezni pri ljudeh vključujejo številne presnovne bolezni. Lahko so povezane s presnovnimi motnjami ogljikovih hidratov, lipidov, steroidov, purinov in pirimidinov, bilirubina, kovin itd. Enotne klasifikacije dednih presnovnih bolezni še ni. Znanstvena skupina WHO je predlagala naslednjo klasifikacijo:

1) bolezni presnove aminokislin (fenilketonurija, alkaptonurija itd.);

dedne motnje presnove ogljikovih hidratov (galugosemija, glikogen

bolezen itd.);

bolezni, povezane z motnjami presnove lipidov (Niemannova bolezen)

Pick, Gaucherjeva bolezen itd.);

dedne motnje metabolizma steroidov;

dedne bolezni presnove purinov in pirimidinov (protin,

Lesch-Nayanov sindrom itd.);

6) bolezni vezivnega tkiva presnovne motnje (Marfanova bolezen,

mukopolisaharidoza itd.);

7) dedne motnje hema in porfirina (hemoglobinopatije itd.);

bolezni, povezane s presnovnimi motnjami v rdečih krvničkah (hemolitična

anemija itd.);

dedne motnje presnove bilirubina;

dedne bolezni presnove kovin (Konovalov-Wilsonova bolezen

dedni sindromi malabsorpcije v prebavnem traktu

trakta (cistična fibroza, intoleranca za laktozo itd.).

Razmislimo o najpogostejših in trenutno najbolj genetsko raziskanih genskih boleznih.

Genomi živih organizmov so razmeroma stabilni, kar je nujno za ohranjanje vrstne strukture in kontinuitete razvoja. Da bi ohranili stabilnost v celici, delujejo različni sistemi popravljanja, ki popravljajo kršitve v strukturi DNK. Če pa se spremembe v strukturi DNK sploh ne bi ohranile, se vrste ne bi mogle prilagoditi spreminjajočim se okoljskim razmeram in se razvijati. Pri ustvarjanju evolucijskega potenciala, tj. zahtevana stopnja dedne variabilnosti, glavna vloga pripada mutacijam.

Izraz " mutacija»G. de Vries je v svojem klasičnem delu »Teorija mutacij« (1901-1903) orisal pojav krčevitih, občasnih sprememb lastnosti. Opazil je številko značilnosti mutacijske variabilnosti:

mutacija je kvalitativno novo stanje lastnosti;
mutirane oblike so konstantne;
iste mutacije se lahko pojavljajo večkrat;
mutacije so lahko koristne ali škodljive;
odkrivanje mutacij je odvisno od števila analiziranih posameznikov.

Pojav mutacije temelji na spremembi strukture DNK ali kromosomov, zato se mutacije dedujejo v naslednjih generacijah. Mutacijska variabilnost je univerzalna; pojavlja se pri vseh živalih, višjih in nižjih rastlinah, bakterijah in virusih.

Pogojno proces mutacije delimo na spontane in inducirane. Prvi se pojavi pod vplivom naravnih dejavnikov (zunanjih ali notranjih), drugi - s ciljnim učinkom na celico. Pogostost spontane mutageneze je zelo nizka. Pri ljudeh se giblje v območju 10 -5 - 10 -3 na gen na generacijo. Glede na genom to pomeni, da ima vsak od nas v povprečju en gen, ki ga naši starši niso imeli.

Večina mutacij je recesivnih, kar je zelo pomembno, ker... mutacije kršijo ustaljeno normo (divji tip) in so zato škodljive. Vendar pa recesivna narava mutantnih alelov omogoča, da dolgo časa ostanejo v populaciji v heterozigotnem stanju in se manifestirajo kot posledica kombinacijske variabilnosti. Če bo nastala mutacija ugodno vplivala na razvoj organizma, se bo z naravno selekcijo ohranila in razširila med posamezniki populacije.

Glede na naravo delovanja mutantnega gena mutacije delimo na 3 vrste:

morfološki,
fiziološki,
biokemični.

Morfološke mutacije spremenijo nastanek organov in procese rasti pri živalih in rastlinah. Primer te vrste sprememb so mutacije v barvi oči, obliki kril, barvi telesa in obliki ščetin pri Drosophili; kratke noge pri ovcah, pritlikavost pri rastlinah, kratkoprsti (brahidaktilija) pri ljudeh itd.

Fiziološke mutacije običajno zmanjšajo sposobnost preživetja posameznikov, med njimi je veliko letalnih in polsmrtnih mutacij. Primeri fizioloških mutacij so respiratorne mutacije pri kvasovkah, mutacije klorofila pri rastlinah in hemofilija pri ljudeh.

TO biokemijske mutacije vključujejo tiste, ki zavirajo ali motijo sintezo določenih kemikalij, običajno zaradi pomanjkanja potrebnega encima. Ta vrsta vključuje avksotrofne mutacije bakterij, ki določajo nezmožnost celice, da sintetizira katero koli snov (na primer aminokislino). Takšni organizmi lahko živijo le v prisotnosti te snovi v okolju. Pri človeku je posledica biokemične mutacije huda dedna bolezen - fenilketonurija, ki nastane zaradi odsotnosti encima, ki sintetizira tirozin iz fenilalanina, zaradi česar se fenilalanin kopiči v krvi. Če prisotnost te napake ni pravočasno ugotovljena in fenilalanin ni izključen iz prehrane novorojenčkov, se telo sooča s smrtjo zaradi hude motnje v razvoju možganov.

Mutacije so lahko generativni in somatsko. Prvi nastanejo v zarodnih celicah, drugi pa v celicah telesa. Njihova evolucijska vrednost je drugačna in je povezana z načinom razmnoževanja.

Generativne mutacije se lahko pojavi na različnih stopnjah razvoja zarodnih celic. Prej ko nastanejo, večje je število gamet, ki jih bodo nosile, zato se bo povečala možnost njihovega prenosa na potomce. Podobno se zgodi v primeru somatske mutacije. Prej ko se pojavi, več celic ga bo prenašalo. Posamezniki s spremenjenimi deli telesa se imenujejo mozaiki ali himere. Na primer, pri Drosophili opazimo mozaicizem v barvi oči: na ozadju rdeče barve se kot posledica mutacije pojavijo bele lise (fasete brez pigmenta).

V organizmih, ki se razmnožujejo samo spolno, somatske mutacije ne predstavljajo nobene vrednosti ne za evolucijo ne za selekcijo, saj se ne dedujejo. Pri rastlinah, ki se lahko razmnožujejo vegetativno, lahko somatske mutacije postanejo material za selekcijo. Na primer, mutacije popkov, ki proizvajajo spremenjene poganjke (športi). Iz takega športa I.V. Michurin je z metodo cepljenja pridobil novo sorto jablane Antonovka 600 gramov.

Mutacije se razlikujejo ne le po fenotipski manifestaciji, ampak tudi po spremembah, ki se pojavijo v genotipu. Obstajajo mutacije genetski, kromosomsko in genomski.

Genske mutacije

Genske mutacije spremenijo strukturo posameznih genov. Med njimi je pomemben del točkovne mutacije, pri katerem sprememba vpliva na en par nukleotidov. Najpogosteje točkovne mutacije vključujejo zamenjavo nukleotidov. Obstajata dve vrsti takih mutacij: prehodi in transverzije. Med prehodi v nukleotidnem paru pride do zamenjave purina s purinom ali pirimidina s pirimidinom, tj. prostorska orientacija baz se ne spremeni. Pri transverzijah se purin nadomesti s pirimidinom ali pirimidin s purinom, kar spremeni prostorsko orientacijo baz.

Po naravi vpliva bazne substitucije na strukturo proteina, ki ga kodira gen Obstajajo trije razredi mutacij: missenčne mutacije, nesence mutacije in samesenčne mutacije.

Manjkajoče mutacije spremeni pomen kodona, kar vodi do pojava ene nepravilne aminokisline v beljakovini. To ima lahko zelo resne posledice. Na primer, huda dedna bolezen - anemija srpastih celic, oblika anemije, nastane zaradi zamenjave ene same aminokisline v eni od verig hemoglobina.

Nesmiselna mutacija je pojav (kot posledica zamenjave ene baze) terminatorskega kodona znotraj gena. Če sistem prevodne dvoumnosti ni vklopljen (glej zgoraj), bo proces sinteze beljakovin prekinjen in gen bo lahko sintetiziral le delček polipeptida (abortivni protein).

pri samesense mutacije zamenjava ene baze povzroči pojav sinonimnega kodona. V tem primeru ni sprememb v genetski kodi in sintetizira se normalna beljakovina.

Poleg nukleotidnih substitucij lahko točkovne mutacije povzroči vstavljanje ali izbris enega samega nukleotidnega para. Te kršitve vodijo do spremembe bralnega okvira; v skladu s tem se spremeni genetska koda in sintetizira se spremenjeni protein.

Genske mutacije vključujejo podvajanje in izgubo majhnih delov gena ter vstavitve- vstavitve dodatnega genskega materiala, katerega vir so največkrat mobilni genetski elementi. Genske mutacije so razlog za obstoj pseudogenes— neaktivne kopije delujočih genov, ki se ne izražajo, tj. ne nastane funkcionalna beljakovina. V psevdogenih se mutacije lahko kopičijo. Proces razvoja tumorja je povezan z aktivacijo psevdogenov.

Za nastanek genskih mutacij sta dva glavna razloga: napake med procesi replikacije, rekombinacije in popravljanja DNK (napake treh P) in delovanje mutagenih dejavnikov. Primer napak v delovanju encimskih sistemov med zgornjimi procesi je nekanonično združevanje baz. Opazimo ga, ko so manjše baze, analogi navadnih, vključene v molekulo DNA. Na primer, namesto timina je lahko vključen bromuracil, ki se zelo enostavno kombinira z gvaninom. Zaradi tega se AT par nadomesti z GC.

Pod vplivom mutagenov lahko pride do pretvorbe ene baze v drugo. Na primer, dušikova kislina pretvori citozin v uracil z deaminacijo. V naslednjem replikacijskem ciklu se združi z adeninom in prvotni par GC nadomesti AT.

Kromosomske mutacije

Resnejše spremembe genetskega materiala se zgodijo, ko kromosomske mutacije. Imenujejo se kromosomske aberacije ali kromosomske preureditve. Preureditve lahko prizadenejo en kromosom (intrakromosomske) ali več (medkromosomske).

Intrakromosomske preureditve so lahko treh vrst: izguba (pomanjkanje) odseka kromosoma; podvojitev odseka kromosoma (duplikacija); rotacija odseka kromosoma za 180° (inverzija). Medkromosomske preureditve vključujejo translokacije- premik dela enega kromosoma na drugega, nehomolognega kromosoma.

Izguba notranjega dela kromosoma, ki ne vpliva na telomere, se imenuje izbrisov, izguba končnega odseka pa je kljubovanje. Ločeni del kromosoma, če nima centromere, se izgubi. Obe vrsti pomanjkljivosti lahko prepoznamo po vzorcu konjugacije homolognih kromosomov v mejozi. V primeru terminalne delecije je en homolog krajši od drugega. Pri intrinzičnem pomanjkanju normalni homolog tvori zanko proti manjkajoči homologni regiji.

Pomanjkljivosti vodijo v izgubo dela genetske informacije, zato so škodljive za telo. Stopnja škode je odvisna od velikosti izgubljenega območja in njegove genske sestave. Homozigoti za pomanjkljivosti so redko sposobni preživeti. U nižji organizmi učinek pomanjkanja je manj opazen kot pri višjih. Bakteriofagi lahko izgubijo pomemben del svojega genoma, nadomestijo izgubljeni del s tujo DNK in hkrati ohranijo funkcionalno aktivnost. V višjih razredih ima tudi heterozigotnost zaradi pomanjkljivosti svoje meje. Tako ima pri Drosophili izguba regije, ki obsega več kot 50 diskov, zaradi enega od homologov smrtonosen učinek, kljub dejstvu, da je drugi homolog normalen.

Pri ljudeh so s pomanjkanjem povezane številne dedne bolezni: huda oblika levkemije (21. kromosom), sindrom mačjega joka pri novorojenčkih (5. kromosom) itd.

Pomanjkljivosti se lahko uporabijo za genetsko kartiranje z vzpostavitvijo povezave med izgubo določene kromosomske regije in morfološkimi značilnostmi posameznika.

Podvajanje imenujemo podvojitev katerega koli dela kromosoma normalne kromosomske garniture. Praviloma podvojitve vodijo do povečanja lastnosti, ki jo nadzira gen, lokaliziran v tej regiji. Na primer, podvojitev gena pri Drosophili Bar, ki povzroča zmanjšanje števila očesnih faset, vodi do nadaljnjega zmanjšanja njihovega števila.

Podvojitve se zlahka odkrijejo citološko z motnjami strukturnega vzorca velikanskih kromosomov, genetsko pa jih je mogoče identificirati z odsotnostjo recesivnega fenotipa med križanjem.

Inverzija- rotacija odseka za 180° - spremeni vrstni red genov v kromosomu. To je zelo pogosta vrsta kromosomske mutacije. Še posebej veliko jih je bilo najdenih v genomih Drosophila, Chironomus in Tradescantia. Obstajata dve vrsti inverzij: paracentrična in pericentrična. Prvi prizadenejo le en krak kromosoma, ne da bi se dotaknili centromerne regije in ne da bi spremenili obliko kromosomov. Pericentrične inverzije zajamejo območje centromere, ki vključuje dele obeh krakov kromosoma, zato lahko bistveno spremenijo obliko kromosoma (če se prelomi pojavijo na različnih razdaljah od centromere).

V profazi mejoze lahko heterozigotno inverzijo zaznamo z značilno zanko, s pomočjo katere se vzpostavi komplementarnost normalnih in invertiranih regij dveh homologov. Če pride do enega samega križanja v območju inverzije, vodi do nastanka nenormalnih kromosomov: dicentrični(z dvema centromerama) in acentrično(brez centromere). Če ima obrnjeno območje velik obseg, lahko pride do dvojnega križanja, zaradi česar nastanejo živi produkti. V prisotnosti dvojnih inverzij v enem delu kromosoma je prekrižanje na splošno potlačeno, zato se imenujejo "supresorji križanja" in so označeni s črko C. Ta značilnost inverzij se uporablja v genetski analizi, na primer, ko ob upoštevanju pogostosti mutacij (metode kvantitativnega obračunavanja mutacij G. Möllerja).

Interkromosomske preureditve - translokacije, če imajo naravo medsebojne izmenjave odsekov med nehomolognimi kromosomi, se imenujejo vzajemno. Če prelom prizadene en kromosom in je odtrgan del pritrjen na drug kromosom, potem je to - nerecipročna translokacija. Nastali kromosomi bodo normalno delovali med celično delitvijo, če ima vsak od njih eno centromero. Heterozigotnost za translokacije močno spremeni proces konjugacije v mejozi, ker homologne privlačnosti ne občutita dva kromosoma, ampak štirje. Namesto bivalentov se oblikujejo kvadrivalenti, ki imajo lahko različne konfiguracije v obliki križev, obročev itd. Njihova nepravilna divergenca pogosto povzroči nastanek neživih gamet.

Pri homozigotnih translokacijah se kromosomi obnašajo kot normalni in nastanejo nove vezne skupine. Če se ohranijo s selekcijo, nastanejo nove kromosomske rase. Tako so translokacije lahko učinkovit dejavnik speciacije, kot je to pri nekaterih živalskih vrstah (škorpijoni, ščurki) in rastlinah (datura, potonika, večerni jeglič). Pri vrsti Paeonia californica so v procesu translokacije vključeni vsi kromosomi, pri mejozi pa nastane en sam konjugacijski kompleks: 5 parov kromosomov tvori obroč (konjugacija od konca do konca).

Variabilnost- sposobnost živih organizmov, da pridobijo nove značilnosti in lastnosti. Zahvaljujoč variabilnosti se lahko organizmi prilagajajo spremembam okoljske razmereživljenjski prostor.

Dva sta glavne oblike variabilnosti: dedno in nededno.

dedno, oz genotipsko, variabilnost- spremembe v značilnostih organizma zaradi sprememb v genotipu. Po drugi strani pa je razdeljen na kombinirano in mutacijsko. Kombinacijska variabilnost nastane zaradi rekombinacije dednega materiala (geni in kromosomi) med gametogenezo in spolnim razmnoževanjem. Mutacijska variabilnost nastane kot posledica sprememb v strukturi dednega materiala.

Nededna, oz fenotipsko, oz sprememba, variabilnost- spremembe v značilnostih organizma, ki niso posledica sprememb v genotipu.

Mutacije

Mutacije- to so vztrajne, nenadne spremembe v strukturi dednega materiala na različne stopnje njegove organizacije, kar vodi do sprememb v določenih značilnostih organizma.

Izraz "mutacija" je v znanost uvedel De Vries. Ustvaril ga teorija mutacije , katere glavne določbe do danes niso izgubile pomena.

Mutacije nastanejo nenadoma, spazmodično, brez prehodov.
Mutacije so dedne, tj. se vztrajno prenašajo iz roda v rod.
Mutacije ne tvorijo neprekinjenih nizov, niso združene okoli povprečnega tipa (kot pri modifikacijski variabilnosti), so kvalitativne spremembe.
Mutacije so nesmerne – vsak lokus lahko mutira, kar povzroči spremembe tako manjših kot vitalnih znakov v kateri koli smeri.
Iste mutacije se lahko ponavljajo.
Mutacije so individualne, to pomeni, da se pojavijo pri posameznih posameznikih.

Proces nastanka mutacije se imenuje mutageneza in okoljski dejavniki, ki povzročajo mutacije mutageni.

Glede na vrsto celic, v katerih je prišlo do mutacije, ločimo: generativne in somatske mutacije.

Generativne mutacije nastanejo v zarodnih celicah, ne vplivajo na značilnosti danega organizma in se pojavijo šele v naslednji generaciji.

Somatske mutacije nastanejo v somatskih celicah, se manifestirajo v danem organizmu in se med spolnim razmnoževanjem ne prenašajo na potomce. Somatske mutacije lahko ohrani le nespolno razmnoževanje(predvsem vegetativno).

Glede na prilagoditveno vrednost jih delimo na: koristne, škodljive (letalne, polletalne) in nevtralne mutacije. Uporabno- povečanje vitalnosti, smrtonosno- povzroči smrt pol smrtonosno- zmanjšanje vitalnosti, nevtralen- ne vplivajo na sposobnost preživetja posameznikov. Opozoriti je treba, da je lahko ista mutacija v nekaterih pogojih koristna, v drugih pa škodljiva.

Glede na naravo njihove manifestacije so lahko mutacije dominanten in recesivno. Če je dominantna mutacija škodljiva, lahko povzroči smrt lastnika v zgodnjih fazah ontogeneze. Recesivne mutacije se pri heterozigotih ne pojavijo, zato ostanejo v populaciji dolgo časa v "latentnem" stanju in tvorijo rezervo dedne variabilnosti. Ko se okoljske razmere spremenijo, lahko nosilci takih mutacij dobijo prednost v boju za obstoj.

Razlikujejo se glede na to, ali je mutagen, ki je povzročil to mutacijo, identificiran ali ne povzročeno in spontano mutacije. Običajno se spontane mutacije pojavijo naravno, medtem ko so inducirane mutacije povzročene umetno.

Glede na stopnjo dednega materiala, na katerem je prišlo do mutacije, ločimo genske, kromosomske in genomske mutacije.

Genske mutacije

Genske mutacije- spremembe v strukturi genov. Ker je gen odsek molekule DNA, genska mutacija predstavlja spremembe v nukleotidni sestavi tega odseka. Genske mutacije se lahko pojavijo kot posledica: 1) zamenjave enega ali več nukleotidov z drugimi; 2) vstavitve nukleotidov; 3) izguba nukleotidov; 4) podvojitev nukleotidov; 5) spremembe v vrstnem redu menjave nukleotidov. Te mutacije vodijo do sprememb v aminokislinski sestavi polipeptidne verige in posledično do sprememb funkcionalna aktivnost beljakovinska molekula. Genske mutacije povzročijo več alelov istega gena.

Bolezni, ki jih povzročajo genske mutacije, imenujemo genetske bolezni (fenilketonurija, anemija srpastih celic, hemofilija itd.). Dedovanje genskih bolezni je podrejeno Mendelovim zakonom.

Kromosomske mutacije

To so spremembe v strukturi kromosomov. Prerazporeditve se lahko pojavijo tako znotraj enega kromosoma - intrakromosomske mutacije (delecija, inverzija, podvajanje, vstavljanje) kot med kromosomi - medkromosomske mutacije (translokacija).

Izbris— izguba dela kromosoma (2); inverzija— rotacija odseka kromosoma za 180° (4, 5); podvajanje- podvojitev istega odseka kromosoma (3); vstavljanje— preureditev območja (6).

Kromosomske mutacije: 1 - parakromosomi; 2 - izbris; 3 - podvajanje; 4, 5 - inverzija; 6 - vstavljanje.

Translokacija- prenos dela enega kromosoma ali celotnega kromosoma na drug kromosom.

Bolezni, ki jih povzročajo kromosomske mutacije, so razvrščene kot kromosomske bolezni. Takšne bolezni vključujejo sindrom "mačjega joka" (46, 5p -), translokacijsko različico Downovega sindroma (46, 21 t21 21) itd.

Genomska mutacija imenujemo sprememba števila kromosomov. Genomske mutacije nastanejo kot posledica motenj normalnega poteka mitoze ali mejoze.

Haploidija- zmanjšanje števila popolnih haploidnih nizov kromosomov.

Poliploidija- povečanje števila popolnih haploidnih kompletov kromosomov: triploidi (3 n), tetraploidi (4 n), itd.

Heteroploidija (aneuploidija) - večkratno povečanje ali zmanjšanje števila kromosomov. Najpogosteje pride do zmanjšanja ali povečanja števila kromosomov za enega (manj pogosto dva ali več).

večina verjeten vzrok heteroploidija je nedisjunkcija katerega koli para homolognih kromosomov med mejozo pri enem od staršev. V tem primeru ena od nastalih gamet vsebuje en kromosom manj, druga pa enega več. Zlitje takšnih gamet z normalno haploidno gameto med oploditvijo povzroči nastanek zigote z manjšim ali večjim številom kromosomov v primerjavi z diploidnim nizom, značilnim za določeno vrsto: nulosomija (2n - 2), monosomija (2n - 1), trisomija (2n + 1), tetrasomija (2n+ 2) itd.

Spodnji genetski diagrami kažejo, da je mogoče rojstvo otroka s Klinefelterjevim sindromom ali Turner-Shereshevskyjevim sindromom razložiti z neločevanjem spolnih kromosomov med anafazo 1 mejoze pri materi ali očetu.

1) Nedisjunkcija spolnih kromosomov med mejozo pri materi

R	♀46,XX		×	♂46,XY
Vrste spolnih celic	24, XX 24, 0			23, X 23, Y
F	47, XXX trisomija na kromosomu X	47, XXY sindrom Klinefelter		45, X0 Turnerjev sindrom - Šereševskega	45, Y0 smrt zigote

2) Nedisjunkcija spolnih kromosomov med mejozo pri očetu

R	♀46,XX	×	♂46,XY
Vrste spolnih celic	23, X		24, XY 22, 0
F	47, XXY sindrom Klinefelter		45, X0 Turnerjev sindrom - Šereševskega

V kromosomsko kategorijo spadajo tudi bolezni, ki jih povzročajo genomske mutacije. Njihova dediščina se ne pokorava Mendelovim zakonom. Poleg zgoraj omenjenih sindromov Klinefelter ali Turner-Shereshevsky so takšne bolezni Downov sindrom (47, +21), Edwardsov sindrom (+18), Patauov sindrom (47, +15).

Poliploidija značilnost rastlin. Proizvodnja poliploidov se pogosto uporablja v žlahtnjenju rastlin.

Zakon homološke serije dedne variabilnosti N.I. Vavilova

»Za genetsko sorodne vrste in rodove so značilni podobni nizi dedne variabilnosti s takšno pravilnostjo, da je mogoče ob poznavanju nizov oblik znotraj ene vrste predvideti prisotnost vzporednih oblik pri drugih vrstah in rodovih. Bližje ko so genetsko locirani v skupni sistem rodov in vrst, popolnejša je podobnost v vrstah njihove variabilnosti. Za celotne družine rastlin je na splošno značilen določen cikel variacije, ki poteka skozi vse rodove in vrste, ki sestavljajo družino.«

Ta zakon lahko ponazorimo s primerom družine Poa, ki vključuje pšenico, rž, ječmen, oves, proso itd. Tako so črno barvo kariopse našli pri rži, pšenici, ječmenu, koruzi in drugih rastlinah, podolgovato obliko kariopse pa pri vseh preučevanih vrstah družine. Zakon homoloških serij v dedni variabilnosti je N.I. Vavilov najti številne oblike rži, ki so bile prej neznane, na podlagi prisotnosti teh lastnosti v pšenici. Sem sodijo: klasje in klasje brez ose, zrna rdeče, bele, črne in škrlatne barve, mokasta in steklasta zrna itd.

Dedna variabilnost lastnosti *			rž	Pšenica	ječmen	oves	Proso	sirek	Koruza	riž	pšenična trava
Koruza	Barvanje	Črna	+	+	+	—	—	+	+	+	+
	Barvanje	Vijolična	+	+	+	—	—	+	+	+	—
	obrazec	Okrogla	+	+	+	+	+	+	+	+	+
	obrazec	Razširjeno	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Biol. znaki	Življenjski slog	Ozimni posevki	+	+	+	+				+
Biol. znaki	Življenjski slog	Pomlad	+	+	+	+	+	+	+	+

* Opomba. Znak "+" pomeni prisotnost dednih oblik, ki imajo določeno lastnost.

Odpri N.I. Vavilov zakon ne velja samo za rastline, ampak tudi za živali. Tako se albinizem pojavlja ne le pri različne skupine sesalcev, pa tudi ptic in drugih živali. Pri ljudeh opazimo kratke prste, velike govedo, ovce, psi, ptice, pomanjkanje perja pri pticah, luske pri ribah, volna pri sesalcih itd.

Zakon homoloških serij dedne variabilnosti ima velika vrednost za selekcijo, saj omogoča napovedovanje prisotnosti oblik, ki jih ne najdemo pri določeni vrsti, vendar so značilne za sorodne vrste. Še več, želeno obliko lahko najdete v divje živali ali pridobljeni z umetno mutagenezo.

Umetne mutacije

Spontana mutageneza se v naravi nenehno pojavlja, vendar so spontane mutacije dokaj redek pojav;

Dejavniki, katerih vpliv na telo vodi do pojava mutacij, se imenujejo mutageni. Mutagene običajno delimo v tri skupine. Za umetno ustvarjanje mutacij se uporabljajo fizikalni in kemični mutageni.

Inducirana mutageneza je velikega pomena, ker omogoča ustvarjanje dragocenega izhodiščnega materiala za žlahtnjenje, poleg tega pa razkriva načine za ustvarjanje sredstev za zaščito človeka pred delovanjem mutagenih dejavnikov.

Variabilnost modifikacije

Variabilnost modifikacije- to so spremembe v lastnostih organizmov, ki niso posledica sprememb v genotipu in nastanejo pod vplivom okoljskih dejavnikov. Habitat ima veliko vlogo pri oblikovanju lastnosti organizmov. Vsak organizem se razvija in živi v določenem okolju, doživlja delovanje svojih dejavnikov, ki lahko spremenijo morfološke in fiziološke lastnosti organizmov, tj. njihov fenotip.

Primer variabilnosti lastnosti pod vplivom okoljskih dejavnikov je različna oblika listov puščice: listi, potopljeni v vodo, so trakasto oblikovani, listi, ki plavajo na površini vode, so okrogli, tisti v vodi pa okrogli. zraka so v obliki puščice. Pod vplivom ultravijoličnih žarkov ljudje (če niso albini) porjavijo zaradi kopičenja melanina v koži in v različni ljudje Intenzivnost barve kože je različna.

Za modifikacijsko variabilnost so značilne naslednje glavne lastnosti: 1) nedednost; 2) skupinski značaj spremembe (osebki iste vrste, postavljeni v enake pogoje, pridobijo podobne lastnosti); 3) skladnost sprememb z vplivom okoljskih dejavnikov; 4) odvisnost meja variabilnosti od genotipa.

Kljub temu, da se znaki lahko spreminjajo pod vplivom okoljskih razmer, ta variabilnost ni neomejena. To je razloženo z dejstvom, da genotip določa specifične meje, znotraj katerih lahko pride do sprememb lastnosti. Imenuje se stopnja variabilnosti lastnosti ali meje modifikacijske variabilnosti norma reakcije. Norma reakcije je izražena v celoti fenotipov organizmov, ki nastanejo na podlagi določenega genotipa pod vplivom različnih okoljskih dejavnikov. Praviloma imajo kvantitativne lastnosti (višina rastline, pridelek, velikost listov, mlečnost krav, proizvodnja jajc pri piščancih) širši odziv, to pomeni, da se lahko močno razlikujejo od kvalitativnih lastnosti (barva dlake, vsebnost mlečne maščobe, cvet). struktura, krvna skupina). Poznavanje reakcijskih norm je zelo pomembno za kmetijsko prakso.

Variabilnost številnih lastnosti rastlin, živali in ljudi je podvržena modifikaciji splošni vzorci. Ti vzorci so identificirani na podlagi analize manifestacije lastnosti v skupini posameznikov ( n). Stopnja izraženosti značilnosti, ki se proučuje, se razlikuje med člani vzorčne populacije. Vsaka posebna vrednost značilnosti, ki se preučuje, se imenuje možnost in označen s črko v. Pogostost pojavljanja posameznih različic je označena s črko str. Pri proučevanju variabilnosti lastnosti v vzorčni populaciji se sestavi variacijska serija, v kateri so posamezniki razvrščeni po naraščajočem vrstnem redu indikatorja proučevane lastnosti.

Na primer, če vzamete 100 klasov pšenice ( n= 100), preštejte število klaskov v klasu ( v) in številom klasov z danim številom klaskov, bo variacijska serija videti takole.

Različica ( v)	14	15	16	17	18	19	20
Pogostost pojavljanja ( str)	2	7	22	32	24	8	5

Na podlagi variacijske serije je zgrajena variacijska krivulja— grafični prikaz pogostosti pojavljanja vsake možnosti.

Povprečna vrednost lastnosti je pogostejša, variacije, ki se od nje bistveno razlikujejo, pa redkejše. Imenuje se "normalna porazdelitev". Krivulja na grafu je običajno simetrična.

Povprečna vrednost značilnosti se izračuna po formuli:

kje M— povprečna vrednost značilnosti; ∑( v

Mutacije, ki nastanejo pod vplivom posebnih vplivov - ionizirajočega sevanja, kemikalij, temperaturnih dejavnikov itd. - imenujemo inducirane. Mutacije, ki nastanejo brez namernega vpliva, pod vplivom okoljskih dejavnikov ali kot posledica biokemičnih in fizioloških sprememb. v telesu se imenujejo spontani.

Izraz "mutacija" je leta 1901 uvedel G. de Vries, ki je opisal spontane mutacije v eni od rastlinskih vrst. . Frekvenca spitaavoto. genske mutacije so majhne in so običajno v enotah, redkeje v desetinah, zelo redko pa v stotinah primerov na 1 milijon gamet (pri koruzi je pogostost spontanih mutacij različnih genov od 0 do 492 na 10 6 gamet).

Klasifikacija mutacij. Glede na naravo sprememb, ki se pojavijo v genetskem aparatu telesa, so mutacije razdeljene na genske (točkovne), kromosomske in genomske.

Genske mutacije. Genske mutacije predstavljajo najpomembnejši in največji delež mutacij.

Pri bakterijah na primer genske mutacije najpogosteje vplivajo na lastnosti, kot sta oblika in.

barva kolonij, hitrost njihove delitve, sposobnost fermentacije različnih sladkorjev, odpornost na antibiotike, sulfonamide in druga zdravila, reakcija na temperaturne vplive, dovzetnost za okužbo z bakteriofagi, številne biokemične značilnosti. Ena od vrst genskih mutacij je večkratni alelizem, s pri katerem ne nastaneta dve obliki enega gena (dominantna in recesivna), temveč cela vrsta mutacij tega gena, ki povzročajo različne spremembe lastnosti, ki jih nadzoruje ta gen. Na primer, pri Drosophili je znana serija 12 alelov, ki izhajajo iz mutacij istega gena, ki določa barvo oči. Niz več alelov predstavlja gene, ki določajo barvo dlake pri kuncih in razliko v krvnih skupinah. pri

oseba itd.

Kromosomske mutacije. Mutacije te vrste, imenovane tudi kromosomske preureditve ali aberacije, nastanejo kot posledica pomembnih sprememb v strukturi kromosomov. Mehanizem za nastanek kromosomskih preureditev so prelomi kromosomov, ki nastanejo med mutageno izpostavljenostjo, poznejša izguba nekaterih fragmentov in ponovna združitev preostalih delov kromosoma v drugačnem vrstnem redu v primerjavi z normalnim kromosomom. Kromosomske preureditve lahko odkrijemo s svetlobnim mikroskopom. Glavne so: primanjkljaji, delitve, podvojitve, inverzije, translokacije in transpozicije.

Pomanjkanja imenovane preureditve kromosomov zaradi izgube končnega fragmenta. V tem primeru se kromosom skrajša in izgubi nekaj genov, ki jih vsebuje izgubljeni fragment. Izgubljeni del kromosoma se med mejozo odstrani iz jedra, Izbris- tudi izguba dela kromosoma, vendar ne končnega fragmenta, temveč njegovega srednjega dela. Če je izgubljeno območje zelo majhno in ne vsebuje genov, ki močno vplivajo na sposobnost preživetja organizma, bo izbris povzročil le spremembo fenotipa, v nekaterih primerih lahko povzroči smrt ali resne dedna patologija. Izbrise zlahka zaznamo, ko

pri podvajanja mikroskopski pregled , saj v mejozi med konjugacijo odsek normalnega kromosoma, brez homolognega odseka v kromosomu z delecijo, tvori značilno zanko (slika 89)., pride do podvajanja nekega dela kromosoma. Ob konvencionalnem označevanju zaporedja poljubnih kromosomskih regij kot ABCmed podvajanjem lahko opazimo naslednjo razporeditev teh območij: A.A. pr. Kr., ABC Pri podvajanju celotnega razdelka, ki smo ga izbrali, bo videti tako ABCAVS, tj. podvojen je cel blok genov. Možna je večkratna ponovitev enega dela oz (ABBBC ABCAWSAWS),

pri podvajanje ne le v sosednjih, temveč tudi v bolj oddaljenih delih istega kromosoma. Pri Drosophili je na primer opisano osemkratno ponavljanje enega od odsekov kromosoma. Dodatek dodatnih genov vpliva na telo manj kot njihova izguba, zato podvojitve vplivajo na fenotip v manjši meri kot pomanjkljivosti in delecije. inverzije

spremeni se vrstni red genov na kromosomu. Inverzije nastanejo kot posledica dveh zlomov kromosomov, s posledično fragment je vgrajen na prvotno mesto, potem ko je bil najprej obrnjen za 180°., Shematično lahko inverzijo predstavimo na naslednji način. V predelu kromosoma, ki nosi genom ABCDEFG pride do vrzeli med geni A in in B,E F ; nastali fragment. BCDE

se obrne in vgradi na prvotno mesto. Posledično bo obravnavano območje imelo strukturo AEDCBFG

Število genov se med inverzijami ne spreminja, zato malo vplivajo na fenotip organizma. Citološko se inverzije zlahka zaznajo po njihovi značilni lokaciji v mejozi v času konjugacije homolognih kromosomov. Translokacije povezana z izmenjavo odsekov med nehomolognimi kromosomi ali pritrditvijo odseka enega kromosoma na kromosom nehomolognega para. Translokacije se odkrijejo po genetskih posledicah, ki jih povzročajo.

Transpozicija imenovano odprto v v zadnjem času pojav vstavitve majhnega fragmenta kromosoma, ki nosi več genov, v drug del kromosoma, to je prenos dela genov na drugo mesto v genomu. Mehanizem nastanka transpozicij še ni dobro raziskan, vendar obstajajo dokazi, da se razlikuje od mehanizma drugih kromosomskih preureditev. Genomske mutacije. Poliploidija.; Vsak od obstoječe vrste Živi organizmi imajo značilen nabor kromosomov. Število je konstantno, vsi kromosomi niza so različni in predstavljeni enkrat. Ta osnovni haploidni nabor kromosomov organizma, ki ga vsebujejo njegove zarodne celice, je označen s simbolom X

somatske celice običajno vsebujejo dva Poliploidne oblike imajo lahko 3 glavne nize kromosomov (triploidne), 4 (tetraploidne), 5 (pentaploidne), 6 (heksaploidne) ali več kromosomskih nizov. Poliploidi z večkratnimi ponovitvami istega osnovnega nabora kromosomov se imenujejo avtopoliploidi. nastati avtopoliploidi bodisi kot posledica delitve kromosomov brez kasnejše celične delitve bodisi zaradi sodelovanja pri oploditvi zarodnih celic z nezmanjšanim številom kromosomov bodisi med zlitjem somatskih celic ali njihovih jeder. V poskusih dosežemo učinek poliploidizacije z delovanjem temperaturnih šokov (visoke ali nizke temperature) ali z izpostavljenostjo številnim kemikalijam, med katerimi so najučinkovitejši alkaloidi kolhicin, acenaften in zdravila. V obeh primerih je mitotično vreteno blokirano in posledično se kromosomi, ki so se med mitozo podvojili, ne ločijo v dve novi celici in ju združijo v eno jedro.

Poliploidna serija. Osnovno število kromosomov Poliploidija. različni rastlinski rodovi se razlikujejo, vendar imajo znotraj istega rodu vrste pogosto večkratno število kromosomov X, tvorijo tako imenovano poliploidno serijo. Pri pšenici, na primer, kje Poliploidija.= 7, poznamo vrste, ki imajo 2x, 4x in 6x število kromosomov. Vrtnica, kjer je tudi osnovno število 7, ima poliploidno vrsto, različne vrste ki jih vsebujejo 2x, 3 x, 4 x, 5x, 6x, 8x. Poliploidno vrsto krompirja predstavljajo vrste z 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 in 144 kromosomi (x = 12).

Avtopoliploidija je pogosta predvsem pri rastlinah, saj pri živalih povzroča motnje v mehanizmu določanja kromosomskega spola.

Razširjenost v naravi. Poliploidne rastline se zaradi svoje inherentne širše reakcijske norme lažje prilagajajo neugodnim okoljskim razmeram, lažje prenašajo temperaturna nihanja in sušo, kar daje prednosti pri naseljevanju visokogorskih in severnih predelov. Torej, na severnih zemljepisnih širinah so do 80 % vseh tam pogostih vrst. Število poliploidnih vrst se močno spremeni med prehodom iz visokogorskih območij Pamirja z izjemno ostrim podnebjem v ugodnejše razmere Altaja in alpskih travnikov Kavkaza. Med proučevanimi žiti je delež poliploidnih vrst v Pamirju 90%, na Altaju - 72%, na Kavkazu - le 50%.

Značilnosti biologije in genetike. Za poliploidne rastline je značilno povečanje velikosti celic, zaradi česar so vsi njihovi organi - listi, stebla, cvetovi, plodovi, korenine - večji. Zaradi specifičnega mehanizma razhajanja kromosomov pri poliploidih med križanjem se cepitev glede na fenotip V in B, 2 je 35:1.

Kot posledica oddaljene hibridizacije in posledične podvojitve števila kromosomov se v hibridih pojavijo poliploidne oblike, ki vsebujejo dve ali več ponovitev različnih nizov kromosomov in se imenujejo alopoliploidi.

V nekaterih primerih imajo poliploidne rastline zmanjšano plodnost, kar je povezano z njihovim izvorom in značilnostmi mejoze. Pri poliploidih s sodim številom genomov se med mejozo homologni kromosomi pogosto konjugirajo v parih ali več parov skupaj, ne da bi motili potek mejoze. Če en ali več kromosomov ne najde parov v mejozi in ne sodeluje pri konjugaciji, nastanejo gamete z neuravnoteženim številom kromosomov, kar vodi v njihovo smrt in močno zmanjšanje plodnosti poliploidov. Še večje motnje nastanejo pri mejozi pri poliploidih z lihim številom sklopov. Pri alopoliploidih, ki so nastali s hibridizacijo dveh vrst in imajo dva starševska genoma, si med konjugacijo vsak kromosom najde partnerja med kromosomi svoje vrste. Poliploidija ima veliko vlogo v evoluciji rastlin in se uporablja v žlahtniteljski praksi.

domov » Uporabniki » Vzroki genetskih mutacij. Genske mutacije