Учебное пособие Ставрополь, 2014
Скачать 0.64 Mb.
|
Мутациями называются внезапные, стойкие, ненаправленные, скачкообразные изменения хромосом или единиц наследственности – генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Мутации обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов. Сходство между комбинативной и мутационной изменчивостью заключается в том, что в обоих случаях потомство получает набор генов каждого из родителей. Мутационная изменчивость является одним из главных факторов эволюционного процесса. В результате мутаций могут возникать полезные признаки, которые под действием естественного отбора дадут начало новым видам и подвидам. Подавляющее число мутаций неблагоприятно или даже смертельно для организма, так как они разрушают отрегулированный на протяжении миллионов лет естественным отбором целостный генотип. Способностью к мутированию обладают все живые организмы. У каждой конкретной мутации есть какая-то причина, хотя в большинстве случаев она неизвестна. Однако общее количество мутаций можно резко увеличить, используя различные способы воздействия на организм. Факторы, вызывающие мутации, получили название мутагенных факторов (рис. 17).  Рис. 17. Классификация мутагенных факторов. Во-первых, сильнейшим мутагенным действием обладает ионизирующее излучение. Радиация увеличивает число мутаций в сотни раз. Во-вторых, мутации вызывают вещества, которые действуют, например, на ДНК, разрывая цепочку нуклеотидов. Есть вещества, действующие и на другие молекулы, но также дающие мутации. Например, колхицин, приводящий к одному из видов мутаций – полиплоидии. В-третьих, к мутациям приводят и различные физические воздействия, например, повышение температуры окружающей среды. Классификации мутаций Мутации можно объединять в группы – классифицировать по характеру проявления, по месту или по уровню их возникновения. Классификация 1. Мутации по механизму возникновения (рис. 18). Причинами мутаций могут быть как естественные нарушения в метаболизме клеток (спонтанные мутации), так и действие различных факторов внешней среды (индуцированные мутации). Мутации в естественных условиях случаются редко – одна мутация определенного гена на 1 000 – 100 000 клеток.  Рис. 18. Мутации по механизму возникновения. Классификация 2. Мутации по характеру проявления (рис. 19).  Рис. 19. Мутации по характеру проявления. Мутации чаще рецессивные, так как доминантные проявляются сразу же и легко "отбрасываются" отбором. Классификация 3. Мутации по месту возникновения (рис. 20).  Рис. 20. Мутации по месту возникновения. Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и затрагивают лишь часть тела (глаза разного цвета), не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении (вегетативном), если организм развивается из соматической клетки или группы клеток, имеющих изменившийся – мутировавший – ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими. Классификация 4. Мутации по адаптивному значению (рис. 21).  Рис. 21. Мутации по адаптивному значению. Мутации бывают полезные, вредные и нейтральные. Полезные мутации – мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам), в конечном итоге, повышают приспособленность особей. Понятие «приспособленность» подразумевает жизнеспособность, плодовитость (фертильность) и конкурентоспособность особей. Вредные мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными, а несовместимые с жизнью – летальными. Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови). Классификация 5. Мутации по месту локализации в клетке (рис. 22).  Рис. 22. Мутации по месту локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и внеядерные (или митохондриальные). Классификация 6. Мутации по характеру изменения фенотипа (рис. 23).  Рис. 23. Мутации по характеру изменения фенотипа. Мутации могут быть биохимическими, физиологическими, анатомо-морфологическими. Классификация 7. Мутации по характеру изменения гена (рис. 24).  Рис. 24. Мутации по характеру изменения гена. Мутации бывают прямые и обратные. Последние встречаются гораздо реже. Обычно прямая мутация связана с дефектом функции гена. Вероятность вторичной мутации в обратную сторону в той же точке очень мала, чаще мутируют другие гены. Классификация 8. Мутации по уровню их возникновения или характеру изменений в генотипе (рис. 25).  Рис. 25. Мутации по характеру изменений в генотипе. Генные мутации (точковые) представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка (синонимичная замена). Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию (несинонимичная замена). Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются; муковисцидоз, гемохроматоз, адреногенитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна-Беккера, дальтонизм, гемофилия, серповидноклеточная анемия (рис. 26) и ряд других заболеваний.  Рис. 26. Механизм возникновения серповидноклеточной анемии. Клинически они проявляются признаками нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме. Мутация может заключаться: 1) в замене основания в кодоне, это так называемая миссенс-мутация (от англ. “mis” – ложный, неправильный + лат. “sensus” – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в полипептиде (рис. 27);  Рис. 27. Мисенс и нонсенс мутации. 2) в таком изменении кодонов, которое приведет к остановке считывания информации, это так называемая нонсенс-мутация (от лат. “non” – нет + “sensus” – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции (рис. 27); 3) в нарушении считывания информации, сдвиге рамки считывания, называемом фреймшифтом (от англ. “frame” – рамка + “shift” – сдвиг, перемещение), когда молекулярные изменения ДНК приводят к изменению триплетов в процессе трансляции полипептидной цепи; 4) в замене нуклеотидов (рис. 28): транзиции – мутация, обусловленная заменой одного пуринового основания на другое или пиримидинового на другое пиримидиновое; трансверсия (от лат. “transversus” – повернутый в сторону, отведенный) – мутация, обусловленная заменой пуринового основания (аденин, тимин) на пиримидиновое (гуанин, цитозин) и наоборот. В отличие от транзиций, трансверсии иногда называют сложными или перекрестными заменами, т. к. происходит изменение ориентации пурин – пиримидин в мутантном сайте двуцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты. Рис. 28. Типы замен нуклеотидов. Известны и другие типы генных мутаций. По типу молекулярных изменений выделяют:
Молекулярные изменения, затрагивающие от одного до нескольких нуклеотидов, рассматривают как точечную мутацию. Принципиальным и отличительным для генной мутации является то, что она приводит к изменению генетической информации и может передаваться от поколения к поколению. Определенная часть генных мутаций может быть отнесена к нейтральным мутациям, поскольку они не приводят к каким-либо изменениям фенотипа. Например, за счет вырожденности генетического кода одну и ту же аминокислоту могут кодировать два триплета, различающихся только по одному основанию. С другой стороны, один и тот же ген может изменяться (мутировать) в несколько различающихся состояний. Например, ген, контролирующий группу крови системы АВ0, имеет три аллеля: 0, А и В, сочетания которых определяют 4 группы крови. Группа крови системы АВ0 является классическим примером генетической изменчивости нормальных признаков человека. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Болезни, обусловленные подобными мутациями, называют генными, или моногенными болезнями, т.е. заболеваниями, развитие которых детерминируется мутацией одного гена. Таким образом, генные мутации приводят к появлению новых признаков.  Рис. 29. Виды хромосомных мутаций. Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) – это структурные изменения отдельных хромосом, как правило, видимые в световом микроскопе. В хромосомную мутацию вовлекается большое число (от десятков до нескольких сотен) генов, что приводит к изменению генотипа. Причиной этого может быть разрыв хромосомы на фрагменты и восстановление её в новых сочетаниях. Несмотря на то, что хромосомные аберрации, как правило, не изменяют последовательность ДНК в специфических генах, изменение числа копий генов в геноме приводит к генетическому дисбалансу вследствие недостатка или избытка генетического материала. Различают две большие группы хромосомных мутаций: внутрихромосомные и межхромосомные (рис. 29). Внутрихромосомные мутации – аберрации в пределах одной хромосомы. К ним относятся: - делеции (от лат. “deletio” – уничтожение) – утрата одного из участков хромосомы, внутреннего или терминального (рис. 30).  Рис. 30. Схематическое изображение делеции. А – нормальная хромосома, Б – делетированная хромосома. Это может обусловить нарушение эмбриогенеза и формирование множественных аномалий развития (например, делеция в регионе короткого плеча 5-й хромосомы, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, порокам сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс известен как синдром Лежена или синдром "кошачьего крика", поскольку у больных детей из-за аномалии гортани плач напоминает кошачье мяуканье (рис. 31);   А Б Рис. 31. А – дети с синдромом Лежена в возрасте 8 месяцев, 2, 4 и 8 лет соответственно; Б – хромосомный набор больного с синдромом Лежена: групповая (от А до G) и индивидуальная идентификация хромосом (стрелкой указан дефект короткого плеча хромосомы 5-й пары, вторая хромосома не изменена). - дупликации (от лат. “duplcatio” – удвоение) – удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы (рис. 32). Например, дупликация по одному из коротких плеч 9-й хромосомы обусловливает множественные пороки, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интеллектуального развития.  Рис. 32. Схематическое изображение дупликации. А – нормальная хромосома, Б – дуплицированная хромосома. - инверсии (от лат. “inversio” – перевертывание). В результате двух точек разрывов хромосомы образовавшийся фрагмент встраивается на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается только порядок расположения генов (рис. 33);  Рис. 33. Схематическое изображение инверсии. А – нормальная хромосома, Б – инвертированная хромосома. Межхромосомные мутации, или мутации перестройки – обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Такие мутации получили название транслокации (от лат. “trans” – за, через + “locus” – место) (рис. 34).  Рис. 34. Схематическое изображение транслокации хромосом. А – нормальные хромосомы, Б – транслоцированные хромосомы. Выделяют несколько разновидностей транслокаций. Это: - реципрокная транслокация, когда две хромосомы обмениваются своими фрагментами; - нереципрокная транслокация, когда фрагмент одной хромосомы транспортируется на другую. Возможно присоединение фрагмента к своей же хромосоме, но в новом месте – транспозиция (рис. 35);  Рис. 35. Реципрокная и нереципрокная транслокация. - "центрическое" слияние (робертсоновская транслокация) – соединение двух акроцентрических хромосом в районе их центромер с потерей коротких плеч (рис. 36). При таких мутациях не только появляются хромосомы с новой морфологией, но и изменяется их количество в кариотипе. При поперечном разрыве хроматид через центромеры "сестринские" хроматиды становятся "зеркальными" плечами двух разных хромосом, содержащих одинаковые наборы генов. Такие хромосомы называют изохромосомами.  Рис. 36. Робертсоновская транслокация. Как внутрихромосомные (делеции, инверсии и дупликации), так и межхромосомные (транслокации) аберрации и изохромосомы связаны с физическими изменениями структуры хромосом, в том числе с механическими разломами. Описанные структурные изменения хромосом, как правило, сопровождаются изменением генетической программы, получаемой клетками нового поколения после деления материнской клетки, так как 1) изменяется количественное соотношение генов (при делециях и дупликациях), 2) меняется характер их функционирования в связи с изменением взаимного расположения в хромосоме (при инверсии и транспозиции) или с переходом в другую группу сцепления (при транслокации). Чаще всего такие структурные изменения хромосом отрицательно сказываются на жизнеспособности отдельных соматических клеток организма, но особенно серьезные последствия имеют хромосомные перестройки, происходящие в предшественниках гамет. Значение хромосомных аберраций. Однако, несмотря на неблагоприятные, как правило, последствия хромосомных мутаций, иногда они оказываются совместимыми с жизнью клетки и организма и обеспечивают возможность эволюции структуры хромосом, лежащей в основе биологической эволюции. Так, небольшие по размеру делеции могут сохраняться в гетерозиготном состоянии в ряду поколений. Менее вредными, чем делеции, являются дупликации, хотя большой объем материала в увеличенной дозе (более 10% генома) приводит к гибели организма. Нередко жизнеспособными оказываются робертсоновские транслокации, часто не связанные с изменением объема наследственного материала. Этим можно объяснить варьирование числа хромосом в клетках организмов близкородственных видов. Например, у разных видов дрозофилы количество хромосом в гаплоидном наборе колеблется от 3 до 6, что объясняется процессами слияния и разделения хромосом. Возможно, существенным моментом в появлении вида Homo sapiens были структурные изменения хромосом у его обезьяноподобного предка. Установлено, что два плеча крупной второй хромосомы человека соответствуют двум разным хромосомам современных человекообразных обезьян (12-й и 13-й – шимпанзе, 13-й и-14-й – гориллы и орангутана). Вероятно, эта человеческая хромосома образовалась в результате центрического слияния по типу робертсоновской транслокации двух обезьяньих хромосом (рис 37). К существенному варьированию морфологии хромосом, лежащему в основе их эволюции, приводят транслокации, транспозиции и инверсии. Анализ хромосом человека показал, что его 4, 5, 12 и 17-я хромосомы отличаются от соответствующих хромосом шимпанзе перицентрическими инверсиями.  Рис. 37. Плечи 2-ой пары хромосом человека соответствуют 12 и 13 хромосомам шимпанзе. Таким образом, изменения хромосомной организации, чаще всего оказывающие неблагоприятное воздействие на жизнеспособность клетки и организма, с определенной вероятностью могут быть перспективными, наследоваться в ряду поколений клеток и организмов и создавать предпосылки для эволюции хромосомной организации наследственного материала. |
Похожие:
 | Электроэнергетика и электротехника», профиль подготовки «Электроснабжение»,... Диагностика оборудования воздушных линий электропередач: учебное пособие. / Е. Е. Привалов. – Ставрополь: Изд-во параграф, 2014.... | | Учебное пособие Краснодар, 2014 г. Удк 658. 8 Ббк Муратова А. Р. Управление продажами: Учебное пособие. Краснодар, 2014 г. – 110 с |
 | Учебное пособие по дисциплине «Биология и биоэкология» Пища как экологический фактор. Учебное пособие по дисциплине «Биология и биоэкология» для студентов, обучающихся по специальности... | | Учебное пособие Челябинск Философия техники: учебное пособие / И. В. Вишев, Е. В. Гредновская, Л. М. Григорьева, А. А. Дыдров. – Челябинск: Издательский центр,... |
| Учебное пособие по дисциплине ен. 01 Математика составлено в соответствии... Учебное пособие предназначено студентам очной формы обучения. Данное пособие методические указания по выполнению самостоятельной... | | Учебное пособие Бийск История мировой культуры [Текст]: учебное пособие / Н. В. Виницкая; фгбоу впо «агао». Издание 2-е: переработанное и дополненное.... |
| Учебное пособие Москва 2014 министерство образования и науки российской федерации Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей исторических факультетов, обучающихся по специальности «История», а... | | Учебник и учебное пособие Информационное письмо рио 10. 01. 2014... Учебное издание издание, содержащее систематизированные сведения научного или прикладного характера, изложенные в форме, удобной... |
| Учебное пособие по курсу «Лыжный спорт» Техника и методика обучения классическим лыжным ходам. Учебное пособие по курсу «Лыжный спорт» /фгбоу спо «бгуор». Брянск, 2014 | | Учебное пособие по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» Учебное пособие по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» для студентов фармацевтического факультета (специальность 060103... |
| Федеральное агентство по образованию ставропольский государственный... Оборудование: изображения гербов на листах, кроссворд, выставка литературы, энциклопедия, таблички, учебник по истории Саплина Е.... | | */ Учебное пособие подготовлено при содействии актуальной спс консультантПлюс Нестеров А. В. Административные, формальные и содержательные требования к курсовой работе академического бакалавриата (учебно-справочное... |
| Психология Учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения и обучающихся в сокращенные сроки | | Учебное пособие М.: Руссобит-М, 2001. 1 Cd-rom математика. 5 класс.... |
| Учебное пособие Тамбов 2002 г. Авторы составители: Кузьмина Н. В,... Учебное пособие «Создание Web-сайтов» предназначено для слушателей курсов повышения квалификации на базе Тамбовского рц фио по программе... | | Учебное пособие «Желтухи у новорожденных и детей раннего возраста» Учебное пособие предназначено для послевузовского образования врачей: педиатров и общей практике |
