W warunkach naturalnych mutacja pojawia się pod wpływem zewnętrznych i wewnętrznych czynników środowiskowych i określana jest terminem „mutacje naturalne (lub spontaniczne).
Przyczyną mutacji genowych, czyli tzw. punktowych, jest zastąpienie jednej zasady azotowej w cząsteczce DNA. do innego, utrata, insercja lub przegrupowanie zasad azotowych w cząsteczce DNA. Wynika z tego, że w przypadku mutacji genu u człowieka mogą rozwinąć się stany patologiczne, których patogeneza jest inna.
Na czynniki wywołujące mutacje na poziomie genów miało wpływ środowisko (dna moczanowa, niektóre formy cukrzycy). Choroby takie częściej występują przy stałym narażeniu na niekorzystne lub szkodliwe czynniki środowiskowe (zaburzenia diety itp.). Mutacja genu może prowadzić do zakłócenia syntezy białek pełniących funkcje plastyczne. Prawdopodobną przyczyną takich chorób jest zespół Ehlersa-Danlosa. Badane są choroby oparte na niewystarczających mechanizmach przywracania zmienionych cząsteczek DNA.
Mutacja genu może prowadzić do rozwoju chorób związanych z niedoborami odporności (aplazja grasicy połączona z agammaglobulinemią). Przyczyną nieprawidłowej struktury hemoglobiny jest zastąpienie w cząsteczce reszty kwasu glutaminowego resztą waliny. Znanych jest wiele mutacji genów kontrolujących syntezę czynników krzepnięcia krwi. Mutacje genów mogą powodować zaburzenia transportu różnych związków przez błony komórkowe. Są one związane z dysfunkcją mechanizmów błonowych i defektami w niektórych układach.
Jeśli mutacja na poziomie genu zachodzi pod wpływem różnych czynników fizycznych, chemicznych, biologicznych, nazywa się to mutagenezą. Podstawą mutacji jest pierwotne uszkodzenie cząsteczki DNA.
Mutageny
Mutageny (od greckiego γεννάω – rodzę) to czynniki chemiczne i fizyczne, które powodują zmiany dziedziczne – mutacje. Sztuczne mutacje po raz pierwszy uzyskali w 1925 r. G. A. Nadsen i G. S. Filippov w drożdżach pod wpływem promieniowania radu; w 1927 r. G. Möller uzyskał mutacje u Drosophila poprzez ekspozycję na promienie rentgenowskie. Zdolność substancji chemicznych do wywoływania mutacji (przez wpływ jodu na Drosophila) odkrył I. A. Rapoport. U much, które rozwinęły się z tych larw, częstość mutacji była kilkukrotnie większa niż u owadów kontrolnych.
Klasyfikacja
Mutageny mogą być różnymi czynnikami powodującymi zmiany w strukturze genów, strukturze i liczbie chromosomów. Ze względu na pochodzenie mutageny dzielimy na endogenne, powstające w trakcie życia organizmu i egzogenne – ze wszystkimi pozostałymi czynnikami, w tym warunkami środowiskowymi.
Ze względu na charakter występowania mutageny dzielą się na fizyczne, chemiczne i biologiczne:
1. Mutageny fizyczne
Promieniowanie jonizujące;
rozpad radioaktywny;
promieniowanie ultrafioletowe;
symulowana emisja radiowa i pola elektromagnetyczne;
zbyt wysoka lub niska temperatura.
2. Mutageny chemiczne
Utleniacze i reduktory (azotany, azotyny, reaktywne formy tlenu);
środki alkilujące (np. jodoacetamid);
pestycydy (np. herbicydy, grzybocydy);
niektóre dodatki do żywności (na przykład węglowodory aromatyczne, cyklaminiany);
produkty naftowe;
rozpuszczalniki organiczne;
leki (na przykład cytostatyki, preparaty rtęciowe, leki immunosupresyjne).
Szereg wirusów można również zaliczyć do mutagenów chemicznych (czynnikiem mutagennym wirusów są ich kwasy nukleinowe – DNA lub RNA)
3. Mutageny biologiczne
Specyficzne sekwencje DNA to transpozony;
niektóre wirusy (odra, różyczka, wirus grypy);
produkty przemiany materii (produkty utleniania lipidów);
antygeny niektórych mikroorganizmów.
100 RUR bonus za pierwsze zamówienie
Wybierz rodzaj pracy Praca dyplomowa Praca kursowa Streszczenie Praca magisterska Raport z praktyki Artykuł Raport Recenzja Praca testowa Monografia Rozwiązywanie problemów Biznes plan Odpowiedzi na pytania Praca twórcza Esej Rysunek Eseje Tłumaczenie Prezentacje Pisanie na klawiaturze Inne Zwiększanie niepowtarzalności tekstu Praca magisterska Praca laboratoryjna Pomoc on-line
Poznaj cenę
Informacja, którą niesie DNA, nie jest czymś całkowicie stabilnym. Gdyby tak było, zakres reakcji pokrewnych mikroorganizmów na wpływy zewnętrzne byłby stały, co oznacza, że nagła zmiana warunków środowiskowych dla mikroorganizmów o „zamrożonym” genotypie doprowadziłaby do wyginięcia gatunku. Prawdziwa niestabilność genomu spowodowana jest mutacjami, czyli wymianą informacji genetycznej pomiędzy dawcą a biorcą.
Termin „mutacja” został zaproponowany przez de Vriesa jako koncepcja „nagłej zmiany charakteru dziedzicznego” podczas badania dziedziczności u roślin. Beijerinck później rozszerzył tę koncepcję na bakterie. Mutacja to zmiana w pierwotnej strukturze DIC, objawiająca się dziedzicznie stałą utratą lub zmianą jakiejkolwiek cechy lub grupy cech. Mutacje dzieli się ze względu na ich pochodzenie, charakter zmian w strukturze DNA, skutki fenotypowe dla zmutowanej komórki itp. Czynniki wywołujące mutacje nazywane są mutagenami.
Mają one zazwyczaj charakter fizyczny lub chemiczny. Ze względu na pochodzenie mutacje dzielimy na indukowane, czyli wywołane sztucznie, oraz spontaniczne („dzikie”, występujące w populacji bakterii bez widocznej ingerencji z zewnątrz).
Spontaniczne mutacje. Mutacje wsteczne (rewersje).
Mutacje spontaniczne powstają na skutek błędów replikacji, nieprawidłowego tworzenia komplementarnych par zasad lub zniekształceń strukturalnych DNA pod wpływem naturalnych mutagenów. Spontaniczne mutacje mogą powodować korzystne i niekorzystne zmiany genetyczne. Przybliżony poziom mutacji spontanicznej to jedna mutacja na każde 106–107 komórek. Liczbowy udział mutantów w populacji komórek jest różny dla różnych cech i może wynosić od 10-4 do 10-11.
Dla konkretnego genu częstotliwość mutacji wynosi około 10-5, a dla pewnej pary nukleotydów 10-8. Na przykład, jeśli milion bakterii zaszczepi się na pożywkę zawierającą antybiotyk, można oczekiwać, że jedna kolonia przeżyje w wyniku spontanicznej mutacji.
Choć tempo mutacji w populacji bakterii dla poszczególnych komórek wydaje się niewielkie, należy pamiętać, że populacja bakterii jest ogromna i szybko się rozmnaża. Zatem współczynnik mutacji z punktu widzenia całej populacji jest dość znaczny. Ponadto mutanty pojawiające się samoistnie i oporne na każdy antybiotyk mają przewagę podczas rozmnażania w porównaniu z „dzikim” typem bakterii i szybko tworzą stabilną populację.
Mutacje wsteczne (rewersje) przywracają spontanicznie zmutowaną komórkę do jej pierwotnego stanu genetycznego. Obserwuje się je z częstotliwością jednej komórki na 107-108 (czyli co najmniej 10 razy rzadziej niż bezpośrednie mutacje spontaniczne).
Współczesna literatura edukacyjna stosuje także bardziej formalną klasyfikację opartą na charakterze zmian w strukturze poszczególnych genów, chromosomów i genomu jako całości. W ramach tej klasyfikacji wyróżnia się następujące typy mutacji:
genomowy;
chromosomalny;
Genomika: - poliploidyzacja (powstawanie organizmów lub komórek, których genom jest reprezentowany przez więcej niż dwa (3n, 4n, 6n itd.) zestawy chromosomów) i aneuploidię (heteroploidię) - zmianę liczby chromosomów niebędącą wielokrotność zbioru haploidalnego (patrz Inge-Vechtomov, 1989). W zależności od pochodzenia zestawów chromosomów wśród poliploidów rozróżnia się allopoliploidy, które mają zestawy chromosomów uzyskane w wyniku hybrydyzacji z różnych gatunków, oraz autopoliploidy, w których liczba zestawów chromosomów własnego genomu wzrasta o wielokrotność n.
W przypadku mutacji chromosomowych dochodzi do poważnych rearanżacji w strukturze poszczególnych chromosomów. W tym przypadku dochodzi do utraty (delecji) lub podwojenia części (duplikacji) materiału genetycznego jednego lub większej liczby chromosomów, zmiany orientacji segmentów chromosomów w poszczególnych chromosomach (inwersja), a także przeniesienia część materiału genetycznego z jednego chromosomu na drugi (translokacja) (przypadek skrajny - unifikacja całych chromosomów, tzw. translokacja Robertsona, będąca wariantem przejściowym od mutacji chromosomowej do genomowej).
Na poziomie genów zmiany w pierwotnej strukturze DNA genów pod wpływem mutacji są mniej znaczące niż w przypadku mutacji chromosomowych, ale mutacje genowe są częstsze. W wyniku mutacji genów dochodzi do podstawień, delecji i insercji jednego lub większej liczby nukleotydów, translokacji, duplikacji i inwersji różnych części genu. W przypadku, gdy pod wpływem mutacji zmienia się tylko jeden nukleotyd, mówi się o mutacjach punktowych. Ponieważ DNA zawiera tylko dwa rodzaje zasad azotowych - puryny i pirymidyny, wszystkie mutacje punktowe z podstawieniami zasad dzielą się na dwie klasy: przejścia (zastąpienie puryn przez purynę lub pirymidyny przez pirymidynę) i transwersje (zastąpienie puryn przez pirymidyna i odwrotnie). Istnieją cztery możliwe konsekwencje genetyczne mutacji punktowych: 1) zachowanie znaczenia kodonu na skutek degeneracji kodu genetycznego (synonimiczna substytucja nukleotydu), 2) zmiana znaczenia kodonu prowadząca do zastąpienia aminokwasu kwas w odpowiednim miejscu łańcucha polipeptydowego (mutacja zmiany sensu), 3) utworzenie bezsensownego kodonu z przedwczesnym zakończeniem (mutacja nonsens). W kodzie genetycznym występują trzy bezsensowne kodony: bursztyn – UAG, ochra – UAA i opal – UGA (zgodnie z tym nazywa się także mutacje prowadzące do powstania bezsensownych trójek – np. mutacja bursztynu), 4) odwrotna substytucja (kodon stop, aby wykryć kodon).
Na podstawie ich wpływu na ekspresję genów mutacje dzieli się na dwie kategorie: mutacje typu podstawienia par zasad i typu przesunięcia ramki odczytu. Te ostatnie to delecje lub insercje nukleotydów, których liczba nie jest wielokrotnością trzech, co jest związane z tripletowym charakterem kodu genetycznego.
Mutacja pierwotna jest czasami nazywana mutacją bezpośrednią, a mutacja, która przywraca pierwotną strukturę genu, nazywana jest mutacją odwrotną lub rewersją. Powrót do pierwotnego fenotypu w zmutowanym organizmie w wyniku przywrócenia funkcji zmutowanego genu często następuje nie w wyniku prawdziwej rewersji, ale w wyniku mutacji w innej części tego samego genu lub nawet innego genu nieallelicznego. W tym przypadku nawracająca mutacja nazywana jest mutacją supresorową. Mechanizmy genetyczne, dzięki którym fenotyp mutanta jest tłumiony, są bardzo zróżnicowane.
Mutageny (od mutacji i innego greckiego γεννάω – rodzę) to czynniki chemiczne i fizyczne powodujące zmiany dziedziczne – mutacje. Sztuczne mutacje po raz pierwszy uzyskali w 1925 r. G. A. Nadsen i G. S. Filippov w drożdżach pod wpływem promieniowania radu; w 1927 r. G. Möller uzyskał mutacje u Drosophila poprzez ekspozycję na promienie rentgenowskie. Zdolność substancji chemicznych do wywoływania mutacji (poprzez działanie jodu na Drosophila) odkrył I. A. Rapoport. U much, które rozwinęły się z tych larw, częstość mutacji była kilkukrotnie większa niż u owadów kontrolnych.
Mutageny mogą być różnymi czynnikami powodującymi zmiany w strukturze genów, strukturze i liczbie chromosomów. Ze względu na pochodzenie mutageny dzielimy na endogenne, powstające w trakcie życia organizmu i egzogenne – ze wszystkimi pozostałymi czynnikami, w tym warunkami środowiskowymi.
Ze względu na charakter występowania mutageny dzielą się na fizyczne, chemiczne i biologiczne:
Mutageny fizyczne
promieniowanie jonizujące;
rozpad radioaktywny;
promieniowanie ultrafioletowe;
symulowana emisja radiowa i pola elektromagnetyczne;
zbyt wysoka lub niska temperatura.
Mutageny chemiczne
środki utleniające i redukujące (azotany, azotyny, reaktywne formy tlenu);
środki alkilujące (np. jodoacetamid);
pestycydy (np. herbicydy, grzybocydy);
niektóre dodatki do żywności (na przykład węglowodory aromatyczne, cyklaminiany);
produkty naftowe;
rozpuszczalniki organiczne;
leki (na przykład cytostatyki, preparaty rtęciowe, leki immunosupresyjne).
Szereg wirusów można również zaliczyć do mutagenów chemicznych (czynnikiem mutagennym wirusów są ich kwasy nukleinowe – DNA lub RNA).
Mutageny biologiczne
specyficzne sekwencje DNA - transpozony;
niektóre wirusy (odra, różyczka, wirus grypy);
produkty przemiany materii (produkty utleniania lipidów);
antygeny niektórych mikroorganizmów.
Rozwój genetyki, która odkryła metody otrzymywania dziedzicznie zmodyfikowanych form mikroorganizmów, poszerzył możliwości wykorzystania mikroorganizmów w rolnictwie, produkcji przemysłowej i medycynie. Główną metodą jest indukowana produkcja mutantów poprzez działanie mutagenów (promieniowanie, chemikalia) na dzikie, naturalnie występujące kultury mikroorganizmów. Metoda ta umożliwia tworzenie mutantów wytwarzających dziesiątki i setki razy cenniejsze produkty (antybiotyki, enzymy, witaminy, aminokwasy itp.).
Ze względu na przyczyny ich występowania wyróżnia się mutacje spontaniczne i indukowane.
Spontaniczne (spontaniczne) mutacje wystąpić bez wyraźnego powodu. Czasami bierze się pod uwagę te mutacje trzy błędy P: procesy Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA . Oznacza to, że proces powstawania nowych mutacji jest pod genetyczną kontrolą organizmu. Na przykład znane są mutacje, które zwiększają lub zmniejszają częstotliwość innych mutacji; dlatego istnieją geny mutatorów i geny antymutatorów.
Jednocześnie częstotliwość spontanicznych mutacji zależy również od stanu komórki (organizmu). Na przykład w warunkach stresu częstotliwość mutacji może wzrosnąć.
Indukowane mutacje powstać pod wpływem mutageny .
Mutageny to różnorodne czynniki zwiększające częstotliwość mutacji.
Po raz pierwszy indukowane mutacje uzyskali krajowi genetycy G.A. Nadson i G.S. Filippova w 1925 r. podczas napromieniania drożdży promieniowaniem radu.
Istnieje kilka klas mutagenów:
– Mutageny fizyczne: promieniowanie jonizujące, promieniowanie cieplne, promieniowanie ultrafioletowe.
– Mutageny chemiczne: analogi zasad azotowych (np. 5-bromouracyl), aldehydy, azotyny, środki metylujące, hydroksyloamina, jony metali ciężkich, niektóre leki i środki ochrony roślin.
– Mutageny biologiczne: czyste DNA, wirusy, szczepionki przeciwwirusowe.
– Automutageny– pośrednie produkty przemiany materii (półprodukty). Na przykład sam alkohol etylowy nie jest mutagenem. Jednak w organizmie człowieka utlenia się do aldehydu octowego, a substancja ta jest już mutagenem.
Pytanie nr 21.
(Mutacje chromosomowe, ich klasyfikacja: delecje i duplikacje, inwersje, translokacje. Przyczyny i mechanizmy występowanie. Znaczenie w rozwoju ludzkich stanów patologicznych)
Z chromosomem Mutacje powodują poważne zmiany w strukturze poszczególnych chromosomów. W tym przypadku dochodzi do utraty (delecji) lub podwojenia części (duplikacji) materiału genetycznego jednego lub większej liczby chromosomów, zmiany orientacji segmentów chromosomów w poszczególnych chromosomach (inwersja), a także przeniesienia część materiału genetycznego z jednego chromosomu na drugi (translokacja) (skrajny przypadek - unifikacja całych chromosomów
Zmiany w strukturze chromosomu z reguły opierają się na początkowym naruszeniu jego integralności - przerwach, którym towarzyszą różne przegrupowania zwane mutacje chromosomowe.
Pęknięcia chromosomów występują naturalnie podczas krzyżowania, gdy towarzyszy im wymiana odpowiednich odcinków pomiędzy homologami. Zakłócenia typu crossing-over, podczas których chromosomy wymieniają nierówny materiał genetyczny, prowadzą do pojawienia się nowych grup połączeń, z których wypadają poszczególne sekcje - dział - lub podwójne - duplikacje. Przy takich rearanżacjach zmienia się liczba genów w grupie sprzężeń.
Do pęknięć chromosomów może dojść także pod wpływem różnych czynników mutagennych, głównie fizycznych (promieniowanie jonizujące i inne), niektórych związków chemicznych oraz wirusów.
Naruszeniu integralności chromosomu może towarzyszyć obrót jego odcinka znajdującego się pomiędzy dwoma przerwami o 180° - inwersja. W zależności od tego, czy dany region zawiera region centromeru, czy nie, rozróżniają perycentryczny I inwersje paracentryczne.
Fragment chromosomu oddzielony od niego podczas złamania może zostać utracony przez komórkę podczas kolejnej mitozy, jeżeli nie posiada ona centromeru. Częściej taki fragment jest dołączony do jednego z chromosomów - translokacja. Możliwe jest dołączenie fragmentu do własnego chromosomu, ale w nowym miejscu - transpozycja. Zatem różne typy inwersji i translokacji charakteryzują się zmianami w lokalizacji genów.
Zatem zmiany w organizacji chromosomów, które najczęściej mają niekorzystny wpływ na żywotność komórki i organizmu, z pewnym prawdopodobieństwem mogą być obiecujące, dziedziczone w wielu pokoleniach komórek i organizmów i stwarzają warunki wstępne do ewolucji organizacja chromosomowa materiału dziedzicznego.
Pytanie nr 22.
(Mutacje genomowe: klasyfikacja, przyczyny, mechanizmy. Rola w występowaniu zespołów chromosomowych. Mechanizmy antymutacyjne).
Genomowy: - poliploidyzacja zmiana liczby chromosomów, która nie jest wielokrotnością zestawu haploidalnego. W zależności od pochodzenia zestawów chromosomów wśród poliploidów rozróżnia się allopoliploidy, które mają zestawy chromosomów uzyskane w wyniku hybrydyzacji z różnych gatunków, oraz autopoliploidy, u których zwiększa się liczba zestawów chromosomów własnego genomu
Mutacje genomowe obejmują haploidalność, poliploidię i aneuploidię.
Aneuploidia to zmiana liczby poszczególnych chromosomów – brak (monosomia) lub obecność dodatkowych (trisomia, tetrasomia, ogólnie polisomia) chromosomów, tj. niezrównoważony zestaw chromosomów. Komórki ze zmienioną liczbą chromosomów powstają w wyniku zaburzeń w procesie mitozy lub mejozy, dlatego rozróżniają mitozę i mejozę.
Przyczyny mutacji
Mutacje dzielą się na spontaniczne i indukowane. Mutacje spontaniczne zachodzą samoistnie przez całe życie organizmu w normalnych warunkach środowiskowych z częstotliwością około jednego nukleotydu na pokolenie komórki.
Mutacje indukowane to dziedziczne zmiany w genomie, które powstają w wyniku pewnych efektów mutagennych w sztucznych (eksperymentalnych) warunkach lub pod niekorzystnym wpływem środowiska.
Mutacje pojawiają się stale podczas procesów zachodzących w żywej komórce. Głównymi procesami prowadzącymi do wystąpienia mutacji są replikacja DNA, zaburzenia naprawy DNA i rekombinacja genetyczna.
Związek mutacji z replikacją DNA
Wiele spontanicznych zmian chemicznych w nukleotydach prowadzi do mutacji zachodzących podczas replikacji. Na przykład, w wyniku przeciwnej do niej deaminacji cytozyny, uracyl może zostać włączony do łańcucha DNA (zamiast kanonicznej pary C-G powstaje para U-G). Podczas replikacji DNA naprzeciwko uracylu, adenina zostaje włączona do nowego łańcucha, powstaje para U-A, a podczas kolejnej replikacji zostaje zastąpiona parą T-A, czyli następuje przejście (punktowe zastąpienie pirymidyny inną pirymidyną lub puryna z inną puryną).
Związek pomiędzy mutacjami i rekombinacją DNA
Spośród procesów związanych z rekombinacją, nierówne krzyżowanie najczęściej prowadzi do mutacji. Zwykle występuje w przypadkach, gdy na chromosomie znajduje się kilka zduplikowanych kopii oryginalnego genu, które zachowały podobną sekwencję nukleotydów. W wyniku nierównego krzyżowania dochodzi do duplikacji w jednym z rekombinowanych chromosomów, a delecji w drugim.
Związek mutacji z naprawą DNA
Spontaniczne uszkodzenia DNA są zjawiskiem dość powszechnym i występują w każdej komórce. Aby wyeliminować skutki takich uszkodzeń, istnieją specjalne mechanizmy naprawcze (na przykład wycina się błędny odcinek DNA i w tym miejscu przywracany jest pierwotny). Mutacje występują tylko wtedy, gdy mechanizm naprawczy z jakiegoś powodu nie działa lub nie radzi sobie z eliminacją uszkodzeń. Mutacje zachodzące w genach kodujących białka odpowiedzialne za naprawę mogą prowadzić do wielokrotnego wzrostu (efekt mutatora) lub zmniejszenia (efekt antymutatora) częstotliwości mutacji innych genów. Zatem mutacje w genach wielu enzymów układu naprawy przez wycięcie prowadzą do gwałtownego wzrostu częstości mutacji somatycznych u ludzi, a to z kolei prowadzi do rozwoju xeroderma pigmentosum i nowotworów złośliwych powłoki.
Klasyfikacje mutacji
Istnieje kilka klasyfikacji mutacji w oparciu o różne kryteria. Möller zaproponował podział mutacji ze względu na charakter zmiany w funkcjonowaniu genu na hipomorficzne (zmienione allele działają w tym samym kierunku co allele typu dzikiego; syntetyzowana jest tylko mniejsza ilość produktu białkowego), amorficzne (mutacja wygląda jak całkowita utrata funkcji genu, np. mutacja biała u Drosophila), antymorficzny (cecha mutanta zmienia się, np. zmiana koloru ziarna kukurydzy z fioletowej na brązową) i neomorficzny.
Współczesna literatura edukacyjna stosuje także bardziej formalną klasyfikację opartą na charakterze zmian w strukturze poszczególnych genów, chromosomów i genomu jako całości. W ramach tej klasyfikacji wyróżnia się następujące typy mutacji:
genomowy;
chromosomalny;
Genomiczny: - poliploidyzacja, zmiana liczby chromosomów niebędąca wielokrotnością zestawu haploidalnego. W zależności od pochodzenia zestawów chromosomów wśród poliploidów rozróżnia się allopoliploidy, które mają zestawy chromosomów uzyskane w wyniku hybrydyzacji z różnych gatunków, oraz autopoliploidy, u których zwiększa się liczba zestawów chromosomów własnego genomu
W przypadku mutacji chromosomowych dochodzi do poważnych rearanżacji w strukturze poszczególnych chromosomów. W tym przypadku dochodzi do utraty (delecji) lub podwojenia części (duplikacji) materiału genetycznego jednego lub większej liczby chromosomów, zmiany orientacji segmentów chromosomów w poszczególnych chromosomach (inwersja), a także przeniesienia część materiału genetycznego z jednego chromosomu na drugi (translokacja) (skrajny przypadek - unifikacja całych chromosomów.
Na poziomie genów zmiany w pierwotnej strukturze DNA genów pod wpływem mutacji są mniej znaczące niż w przypadku mutacji chromosomowych, ale mutacje genowe są częstsze. W wyniku mutacji genów dochodzi do podstawień, delecji i insercji jednego lub większej liczby nukleotydów, translokacji, duplikacji i inwersji różnych części genu. W przypadku, gdy w wyniku mutacji zmienia się tylko jeden nukleotyd, mówi się o mutacjach punktowych
Mechanizmy antymutacyjne zapewniają wykrycie, eliminację lub supresję aktywności onkogenu. Mechanizmy antymutacyjne realizowane są przy udziale supresorów nowotworowych i systemów naprawy DNA.
Pytanie nr 23.
(Człowiek jako przedmiot badań genetycznych. Metoda cytogenetyczna: jej znaczenie w diagnostyce zespołów chromosomowych. Zasady sporządzania idiogramów osób zdrowych. Idiogramy zespołów chromosomowych (autosomalnych i gonosomalnych). Przykłady)
Człowiek jako przedmiot badań genetycznych. Antropogenetyka, jej miejsce w systemie nauk humanistycznych, główne markery genetyczne etnogenetyki. Choroby dziedziczne, jako część ogólnej dziedzicznej zmienności osoby.
Człowiek jako przedmiot badań genetycznych jest złożony:
Nie można zastosować metody hybrydologicznej.
Powolna zmiana pokoleń.
Mała liczba dzieci.
Duża liczba chromosomów
Genetyka człowieka to specjalna gałąź genetyki, która bada cechy dziedziczenia cech u ludzi, choroby dziedziczne (genetyka medyczna) i strukturę genetyczną populacji ludzkich. Genetyka człowieka jest teoretyczną podstawą współczesnej medycyny i współczesnej opieki zdrowotnej.
Obecnie nie ulega wątpliwości, że prawa genetyki są uniwersalne.
Ponieważ jednak człowiek jest nie tylko istotą biologiczną, ale także społeczną, genetyka człowieka różni się od genetyki większości organizmów wieloma cechami:
– analiza hybrydologiczna (metoda krzyżowania) nie ma zastosowania do badania dziedziczenia człowieka; dlatego do analizy genetycznej stosuje się określone metody: genealogiczną (metoda analizy rodowodu), bliźniaczą, a także cytogenetyczną, biochemiczną, populacyjną i niektóre inne metody;
– człowieka charakteryzują cechy społeczne, które nie występują u innych organizmów, na przykład temperament, złożone systemy komunikacji oparte na mowie, a także zdolności matematyczne, wizualne, muzyczne i inne;
– dzięki wsparciu społecznemu możliwe jest przetrwanie i istnienie ludzi z oczywistymi odchyleniami od normy (w naturze takie organizmy nie są zdolne do życia).
Genetyka człowieka bada charakterystykę dziedziczenia cech u ludzi, chorób dziedzicznych (genetyka medyczna) i strukturę genetyczną populacji ludzkich. Genetyka człowieka jest teoretyczną podstawą współczesnej medycyny i współczesnej opieki zdrowotnej. Znanych jest kilka tysięcy aktualnych chorób genetycznych, które są prawie w 100% zależne od genotypu osobnika. Do najstraszniejszych z nich zalicza się: kwasowe zwłóknienie trzustki, fenyloketonurię, galaktozemię, różne formy kretynizmu, hemoglobinopatie, a także zespoły Downa, Turnera i Klinefeltera. Ponadto istnieją choroby zależne zarówno od genotypu, jak i środowiska: choroba wieńcowa, cukrzyca, choroby reumatoidalne, wrzody żołądka i dwunastnicy, wiele chorób onkologicznych, schizofrenia i inne choroby psychiczne.
Zadania genetyki medycznej polegają na terminowej identyfikacji nosicieli tych chorób wśród rodziców, identyfikacji chorych dzieci i opracowaniu zaleceń dotyczących ich leczenia. Konsultacje genetyczne, lekarskie i diagnostyka prenatalna (czyli wykrywanie chorób we wczesnych stadiach rozwoju organizmu) odgrywają kluczową rolę w profilaktyce chorób uwarunkowanych genetycznie.
Istnieją specjalne sekcje stosowanej genetyki człowieka (genetyka środowiskowa, farmakogenetyka, toksykologia genetyczna), które badają genetyczne podstawy opieki zdrowotnej. Opracowując leki, badając reakcję organizmu na działanie niekorzystnych czynników, należy wziąć pod uwagę zarówno indywidualne cechy ludzi, jak i cechy populacji ludzkich.
Choroby dziedziczne to choroby spowodowane zaburzeniami w aparacie genetycznym (dziedzicznym) komórek rozrodczych. Choroby dziedziczne są spowodowane mutacjami (patrz Zmienność), które powstają w aparacie chromosomowym komórki rozrodczej jednego z rodziców lub u bardziej odległych przodków
Pytanie nr 24.
(Biochemiczna metoda badania genetyki człowieka; jej znaczenie w diagnostyce dziedzicznych chorób metabolicznych. Rola modyfikacji transkrypcyjnych, potranskrypcyjnych i potranslacyjnych w regulacji metabolizmu komórkowego. Przykłady).
W przeciwieństwie do metody cytogenetycznej, która umożliwia normalne badanie budowy chromosomów i kariotypu oraz diagnostykę chorób dziedzicznych związanych ze zmianami w ich liczbie i zaburzeniem organizacji, choroby dziedziczne spowodowane mutacjami genów, a także polimorfizmem w prawidłowych pierwotnych produkty genowe, bada się metodami biochemicznymi.
Defekty enzymów określa się poprzez oznaczenie zawartości we krwi i moczu produktów przemiany materii, które są efektem funkcjonowania tego białka. Niedobór produktu końcowego, któremu towarzyszy kumulacja produktów pośrednich i ubocznych zaburzonego metabolizmu, wskazuje na defekt lub niedobór enzymu w organizmie.
Diagnostyka biochemiczna dziedzicznych zaburzeń metabolicznych przebiega dwuetapowo.
Na pierwszym etapie wybiera się przypuszczalne przypadki chorób, na drugim wyjaśnia się diagnozę choroby za pomocą dokładniejszych i bardziej złożonych metod. Zastosowanie badań biochemicznych do diagnozowania chorób w okresie prenatalnym lub bezpośrednio po urodzeniu pozwala na szybkie wykrycie patologii i rozpoczęcie określonych działań medycznych, jak na przykład w przypadku fenyloketonurii.
Aby określić zawartość półproduktów, produktów ubocznych i końcowych produktów przemiany materii we krwi, moczu lub płynie owodniowym, oprócz reakcji jakościowych z określonymi odczynnikami dla niektórych substancji, stosuje się metody chromatograficzne do badania aminokwasów i innych związków.
Czynniki transkrypcyjne to białka, które oddziałują z określonymi miejscami regulatorowymi i przyspieszają lub spowalniają proces transkrypcji. Stosunek części informacyjnych i nieinformacyjnych w transkryptonach eukariotycznych wynosi średnio 1:9 (u prokariotów 9:1).Sąsiadujące transkryptony można oddzielić od siebie nietranskrypcyjnymi regionami DNA. Podział DNA na wiele transkryptonów pozwala na indywidualny odczyt (transkrypcję) różnych genów o różnej aktywności.
W każdym transkryptonie transkrybowana jest tylko jedna z dwóch nici DNA, która nazywana jest nicią matrycową, druga, komplementarna do niej, nazywana jest nicią kodującą. Synteza łańcucha RNA przebiega od końca 5” do końca 3”, podczas gdy nić matrycy DNA jest zawsze antyrównoległa do syntetyzowanego kwasu nukleinowego
Modyfikacje potranskrypcyjne pierwotnego transkryptu tRNA (przetwarzanie tRNA)
Pierwotny transkrypt tRNA zawiera około 100 nukleotydów, a po przetworzeniu - 70-90 reszt nukleotydowych. Modyfikacje potranskrypcyjne pierwotnych transkryptów tRNA zachodzą przy udziale RNaz (rybonukleaz). Zatem tworzenie 3-calowego końca tRNA jest katalizowane przez RNazę, która jest 3-calową egzonukleazą, która „odcina” po jednym nukleotydzie, aż do osiągnięcia sekwencji -CCA, która jest taka sama dla wszystkich tRNA. W przypadku niektórych tRNA utworzenie sekwencji -CCA na końcu 3" (końcu akceptora) następuje w wyniku sekwencyjnego dodawania tych trzech nukleotydów. Pre-tRNA zawiera tylko jeden intron, składający się z 14-16 nukleotydów. Usunięcie intron i splicing prowadzą do powstania struktury zwanej „antykodonem” – tripletu nukleotydów, który zapewnia interakcję tRNA z komplementarnym kodonem mRNA podczas syntezy białek
Modyfikacje potranskrypcyjne (przetwarzanie) pierwotnego transkryptu RNA. Tworzenie rybosomów
Komórki ludzkie zawierają około stu kopii genu rRNA, zlokalizowanych w grupach na pięciu chromosomach. Geny rRNA są transkrybowane przez polimerazę RNA I w celu wytworzenia identycznych transkryptów. Pierwotne transkrypty mają długość około 13 000 reszt nukleotydowych (45S rRNA). Przed opuszczeniem jądra jako część cząstki rybosomalnej cząsteczka 45S rRNA ulega obróbce, w wyniku której powstają 28S rRNA (około 5000 nukleotydów), 18S rRNA (około 2000 nukleotydów) i 5,88 rRNA (około 160 nukleotydów), które są składniki rybosomy (ryc. 4-35). Pozostała część transkryptu ulega zniszczeniu w jądrze.
Pytanie nr 25.
(Genealogiczna metoda genetyki człowieka. Podstawowe zasady sporządzania i analizy wykresów rodowodowych (na przykładzie metryki rodowodowej własnej rodziny). Znaczenie metody w badaniu wzorców dziedziczenia cech).
Metoda ta opiera się na zestawieniu i analizie rodowodów. Metoda ta była szeroko stosowana od czasów starożytnych do współczesności w hodowli koni, selekcji cennych linii bydła i świń, w uzyskiwaniu psów rasowych, a także w hodowli nowych ras zwierząt futerkowych. Genealogie ludzkie były tworzone przez wiele stuleci i dotyczyły rodów panujących w Europie i Azji.
Przy sporządzaniu rodowodów punktem wyjścia jest osoba – probant, którego rodowód jest badany. Zwykle jest to pacjent lub nosiciel określonej cechy, której dziedziczenie należy zbadać. Przy sporządzaniu tabel rodowodowych stosuje się symbole zaproponowane przez G. Justa w 1931 r. (ryc. 6.24). Pokolenia oznaczono cyframi rzymskimi, jednostki w danym pokoleniu przez ar
Konwencje przy sporządzaniu rodowodów (wg G. Justa)
Metodą genealogiczną można ustalić dziedziczny charakter badanej cechy, a także rodzaj jej dziedziczenia (autosomalny dominujący, autosomalny recesywny, dominujący sprzężony z X lub recesywny, sprzężony z Y). Analizując rodowody pod kątem kilku cech, można ujawnić powiązany charakter ich dziedziczenia, co wykorzystuje się przy sporządzaniu map chromosomowych. Metoda ta pozwala zbadać intensywność procesu mutacji, ocenić ekspresję i penetrację allelu. Jest szeroko stosowana w medycznym poradnictwie genetycznym do przewidywania potomstwa. Należy jednak zauważyć, że analiza genealogiczna staje się znacznie bardziej skomplikowana, gdy rodziny mają mało dzieci.
Rodowód z dziedziczeniem autosomalnym dominującym. Dziedziczenie autosomalne charakteryzuje się na ogół równym prawdopodobieństwem wystąpienia tej cechy zarówno u mężczyzn, jak iu kobiet. Wynika to z tej samej podwójnej dawki genów znajdujących się w autosomach wszystkich przedstawicieli gatunku i otrzymanych od obojga rodziców oraz zależności rozwijającej się cechy od charakteru interakcji genów allelicznych.
Jeśli analizowana jest cecha, która nie wpływa na żywotność organizmu, wówczas nosicielami cechy dominującej mogą być zarówno homo-, jak i heterozygoty. W przypadku dominującego dziedziczenia jakiejś cechy patologicznej (choroby) homozygoty z reguły nie są zdolne do życia, a nosicielami tej cechy są heterozygoty.
Zatem w przypadku dziedziczenia autosomalnego dominującego cecha może występować jednakowo u mężczyzn i kobiet i można ją prześledzić, jeśli w każdym pokoleniu pionowym jest wystarczająca liczba potomstwa. Pierwszy opis rodowodu z autosomalnym dominującym typem dziedziczenia anomalii u ludzi podano w 1905 roku. Śledzi on przekazywanie brachydaktylii (stop o krótkich palcach) przez wiele pokoleń.
Rodowód z dziedziczeniem autosomalnym recesywnym. Cechy recesywne pojawiają się fenotypowo tylko u homozygot pod względem alleli recesywnych. Cechy te zwykle stwierdza się u potomstwa rodziców o prawidłowym fenotypie, którzy są nosicielami alleli recesywnych. Prawdopodobieństwo pojawienia się potomstwa recesywnego w tym przypadku wynosi 25%. Jeśli jedno z rodziców ma cechę recesywną, prawdopodobieństwo jej ujawnienia się u potomstwa będzie zależeć od genotypu drugiego rodzica. W przypadku rodziców recesywnych całe potomstwo odziedziczy odpowiednią cechę recesywną.
Typowe dla rodowodów z dziedziczeniem autosomalnym recesywnym jest to, że cecha ta nie pojawia się w każdym pokoleniu. Najczęściej potomstwo recesywne pojawia się u rodziców z cechą dominującą, a prawdopodobieństwo takiego potomstwa wzrasta w małżeństwach blisko spokrewnionych, gdzie oboje rodzice mogą być nosicielami tego samego allelu recesywnego otrzymanego od wspólnego przodka. Przykładem dziedziczenia autosomalnego recesywnego jest rodowód rodziny z pseudoprzerostową postępującą miopatią, w której częste są małżeństwa pokrewne.
Rodowód z dominującym dziedziczeniem cechy sprzężonym z X. Geny zlokalizowane na chromosomie X, a nie posiadające alleli na chromosomie Y, występują w genotypach mężczyzn i kobiet w różnych dawkach. Kobieta otrzymuje dwa chromosomy X i odpowiadające im geny zarówno od ojca, jak i od matki, podczas gdy mężczyzna dziedziczy jedyny chromosom X tylko od matki. O rozwoju odpowiedniej cechy u mężczyzn determinowany jest jedynym allelem obecnym w jego genotypie, natomiast u kobiet jest wynikiem oddziaływania dwóch genów allelicznych. Pod tym względem cechy dziedziczone w sposób sprzężony z chromosomem X występują w populacji z różnym prawdopodobieństwem u mężczyzn i kobiet.
W przypadku dziedziczenia dominującego sprzężonego z chromosomem X cecha ta występuje częściej u kobiet ze względu na większe prawdopodobieństwo otrzymania przez nie odpowiedniego allelu od ojca lub od matki. Mężczyźni mogą odziedziczyć tę cechę jedynie po matce. Kobiety posiadające cechę dominującą przekazują ją w równym stopniu córkom i synom, mężczyźni zaś wyłącznie córkom. Synowie nigdy nie dziedziczą dominującej cechy sprzężonej z chromosomem X od swoich ojców.
Przykładem tego typu dziedziczenia jest rodowód opisany w 1925 roku z rogowaceniem mieszkowym, chorobą skóry, której towarzyszy utrata rzęs, brwi i owłosienia skóry głowy.
Rodowód recesywnego dziedziczenia cech sprzężonego z chromosomem X. Cechą charakterystyczną rodowodów z tym typem dziedziczenia jest dominujące przejawy tej cechy u mężczyzn hemizygotycznych, którzy dziedziczą ją od matek o fenotypie dominującym, będących nosicielkami allelu recesywnego. Z reguły cecha jest dziedziczona przez mężczyzn z pokolenia na pokolenie, od dziadka ze strony matki do wnuka. U kobiet objawia się jedynie w stanie homozygotycznym, którego prawdopodobieństwo wzrasta wraz z blisko spokrewnionymi małżeństwami.
Najbardziej znanym przykładem dziedziczenia recesywnego sprzężonego z chromosomem X jest hemofilia.Innym przykładem dziedziczenia według tego typu jest ślepota barw – pewna forma zaburzenia widzenia barw.
Rodowód z dziedziczeniem połączonym z Y. Obecność chromosomu Y tylko u mężczyzn wyjaśnia cechy holandrycznego dziedziczenia tej cechy, które występuje tylko u mężczyzn i jest przekazywane w linii męskiej z pokolenia na pokolenie, z ojca na syna.
Jedną z cech, dla której nadal dyskutuje się o dziedziczeniu przez Y u ludzi, jest nadmierne owłosienie małżowiny usznej, czyli obecność włosów na zewnętrznym brzegu małżowiny usznej.
Pytanie nr 26.
(Metody genetyki człowieka: statystyczne populacyjne; dermatoglificzne (na przykładzie analizy własnego dermatoglifu), genetyka komórek somatycznych, badanie DNA; ich rola w badaniu patologii dziedzicznych człowieka).
Stosując metodę statystyki populacyjnej, bada się cechy dziedziczne w dużych grupach populacji, w jednym lub kilku pokoleniach. Istotnym punktem przy stosowaniu tej metody jest obróbka statystyczna uzyskanych danych. Za pomocą tej metody można obliczyć częstość występowania różnych alleli genów i różnych genotypów tych alleli w populacji oraz poznać rozkład w niej różnych cech dziedzicznych, w tym chorób. Pozwala badać proces mutacji, rolę dziedziczności i środowiska w kształtowaniu się ludzkiego polimorfizmu fenotypowego zgodnie z prawidłowymi cechami, a także w występowaniu chorób, zwłaszcza z predyspozycją dziedziczną. Metodę tę wykorzystuje się także do wyjaśnienia znaczenia czynników genetycznych w antropogenezie, zwłaszcza w powstawaniu ras.
Przy statystycznym przetwarzaniu materiału uzyskanego z badania grupy populacji w oparciu o interesującą badacza cechę, podstawą wyjaśnienia struktury genetycznej populacji jest prawo równowagi genetycznej Hardy'ego-Weinberga. Odzwierciedla wzorzec, zgodnie z którym w pewnych warunkach stosunek alleli i genotypów genów w puli genowej populacji pozostaje niezmieniony przez wiele pokoleń tej populacji. Na podstawie tego prawa, mając dane dotyczące częstości występowania w populacji o fenotypie recesywnym, która ma genotyp homozygotyczny (aa), można obliczyć częstość występowania określonego allelu (a) w puli genowej danego dane pokolenie. Rozszerzając tę informację na kolejne pokolenia, można przewidzieć częstość występowania osób z cechą recesywną, a także heterozygotycznych nosicieli allelu recesywnego.
Matematycznym wyrażeniem prawa Hardy'ego-Weinberga jest wzór (pA + qa)2, gdzie p i q to częstości występowania alleli A i a odpowiedniego genu. Rozszerzenie tego wzoru pozwala obliczyć częstość występowania osób o różnych genotypach, a przede wszystkim heterozygot – nosicieli ukrytego allelu recesywnego: p2AA + 2pqAa + q2aa. Na przykład bielactwo jest spowodowane brakiem enzymu biorącego udział w tworzeniu pigmentu melaniny i jest cechą dziedziczną recesywną. Częstość występowania w populacji albinosów (aa) wynosi 1:20 000. Zatem q2 = 1/20 000, następnie q = 1/141, up = 140/141. Zgodnie ze wzorem prawa Hardy’ego-Weinberga częstość występowania heterozygot = 2pq, tj. odpowiada 2 x (1/141) x (140/141) = 280/20000 = 1/70. Oznacza to, że w tej populacji heterozygotyczni nosiciele allelu albinizmu występują z częstością 1 na 70 osób.
Analiza częstości występowania różnych cech w populacji, jeśli są one zgodne z prawem Hardy’ego-Weinberga, pozwala stwierdzić, że przyczyną tych cech są różne allele jednego genu. populacja jest reprezentowana przez kilka alleli, na przykład gen grupy krwi ABO, stosunek różnych genotypów wyraża się wzorem (pIA + qIB + rI0) 2.
Obecnie ustalono dziedziczny charakter wzorów skórnych, chociaż charakter dziedziczenia nie został do końca wyjaśniony. Cecha ta jest prawdopodobnie dziedziczona w sposób wielogenowy. Na charakter układu palców i dłoni duży wpływ ma matka poprzez mechanizm dziedziczenia cytoplazmatycznego.
Badania dermatoglificzne są ważne w identyfikacji zygotyczności bliźniąt. Uważa się, że jeśli na 10 par homologicznych palców co najmniej 7 ma podobne wzory, oznacza to identyczność. Podobieństwo wzorów zaledwie 4-5 palców wskazuje, że bliźniacy są braterscy.
Badanie osób z chorobami chromosomalnymi ujawniło u nich specyficzne zmiany nie tylko we wzorach palców i dłoni, ale także w naturze głównych rowków zgięciowych na skórze dłoni. Charakterystyczne zmiany tych wskaźników obserwuje się w chorobie Downa, zespołach Klinefeltera, Shereshevsky’ego-Turnera, co pozwala na zastosowanie metod dermatoglificznych i palmoskopowych w diagnostyce tych chorób. Specyficzne zmiany dermatoglificzne wykrywa się także w niektórych aberracjach chromosomowych, na przykład w zespole „płacz kota”. Mniej zbadano zmiany dermatoglificzne w chorobach genowych. Jednakże specyficzne odchylenia tych wskaźników opisano w przypadku schizofrenii, miastenii i białaczki limfatycznej.
Metody te stosuje się także w celu ustalenia ojcostwa. Bardziej szczegółowo opisano je w literaturze specjalistycznej.
Pytanie nr 27.
(Pojęcie chorób dziedzicznych: monogenowe, chromosomalne i wieloczynnikowe choroby człowieka, mechanizm ich występowania i objawy. Przykłady).
Monogeniczny Ten typ dziedziczenia nazywa się wtedy, gdy cecha dziedziczna jest kontrolowana przez pojedynczy gen.
Choroby monogenowe dzieli się ze względu na rodzaj dziedziczenia:
autosomalny dominujący (czyli jeśli przynajmniej jedno z rodziców jest chore, to dziecko też będzie chore), np.
- Zespół Marfana, neurofibromatoza, achondroplazja
– autosomalny recesywny (dziecko może zachorować, jeśli oboje rodzice są nosicielami tej choroby lub jedno z rodziców jest chore, a drugie jest nosicielem mutacji genów ją wywołujących
choroba)
– mukowiscydoza, mioatrofia kręgosłupa.
Szczególne zainteresowanie tą grupą chorób wynika także z faktu, że jak się okazuje, jest ich znacznie więcej niż dotychczas sądzono. Wszystkie choroby mają zupełnie inną częstość występowania, która może różnić się w zależności od położenia geograficznego i narodowości, na przykład pląsawica Huntingtona występuje u 1 na 20 000 Europejczyków i prawie nigdy nie występuje w Japonii, choroba Tay-Sachsa jest charakterystyczna dla Żydów aszkenazyjskich i jest niezwykle rzadka w innych ludzi.
W Rosji najczęstszymi chorobami dziedzicznymi monogenowo są mukowiscydoza (1/12 000 noworodków), grupa mioatrofii (1/10 000 noworodków), hemofilia A (1/5000 noworodków chłopców).
Oczywiście wiele chorób monogenowych zostało zidentyfikowanych już dawno i są dobrze znane genetykom medycznym.
Do chromosomów Należą do nich choroby spowodowane mutacjami genomowymi lub zmianami strukturalnymi w poszczególnych chromosomach. Choroby chromosomalne powstają w wyniku mutacji w komórkach rozrodczych jednego z rodziców. Nie więcej niż 3-5% z nich jest przekazywanych z pokolenia na pokolenie. Nieprawidłowości chromosomalne są przyczyną około 50% poronień samoistnych i 7% wszystkich porodów martwych.
Wszystkie choroby chromosomowe dzieli się zwykle na dwie grupy: nieprawidłowości w liczbie chromosomów i zaburzenia w strukturze chromosomów.
Choroby spowodowane naruszeniem liczby chromosomów autosomalnych (niepłciowych).
Zespół Downa - trisomia na chromosomie 21, objawy obejmują: demencję, opóźnienie wzrostu, charakterystyczny wygląd, zmiany w dermatoglifach;
Zespół Patau - trisomia na chromosomie 13, charakteryzująca się licznymi wadami rozwojowymi, idiotyzmem, często - polidaktylią, nieprawidłowościami strukturalnymi narządów płciowych, głuchotą; prawie wszyscy pacjenci nie dożywają jednego roku;
Zespół Edwardsa - trisomia na chromosomie 18, dolna szczęka i otwór gębowy są małe, szpary powiekowe wąskie i krótkie, uszy zdeformowane; 60% dzieci umiera przed ukończeniem 3 miesiąca życia, tylko 10% przeżywa do roku, główną przyczyną jest zatrzymanie oddechu i uszkodzenie serca.
Choroby związane z naruszeniem liczby chromosomów płciowych
Zespół Szereszewskiego-Turnera - brak jednego chromosomu X u kobiet (45 XO) z powodu naruszenia rozbieżności chromosomów płciowych; objawy obejmują niski wzrost, infantylizm seksualny i niepłodność, różne zaburzenia somatyczne (mikrognacja, krótka szyja itp.);
polisomia na chromosomie X - obejmuje trisomię (karioty 47, XXX), tetrasomię (48, XXXX), pentasomię (49, XXXXX), następuje nieznaczny spadek inteligencji, zwiększone prawdopodobieństwo rozwoju psychozy i schizofrenii z niekorzystnym typem kurs;
Polisomia chromosomu Y - podobnie jak polisomia chromosomu X, obejmuje trisomię (kariotes 47, XYY), tetrasomię (48, XYYY), pentasomię (49, XYYYY), objawy kliniczne są również podobne do polisomii chromosomu X;
Zespół Klinefeltera – polisomia chromosomów X i Y u chłopców (47, XXY; 48, XXYY itd.), objawy: budowa eunuchoidalna, ginekomastia, słaby owłosienie na twarzy, pod pachami i na łonach , infantylizm seksualny, niepłodność; rozwój umysłowy jest opóźniony, ale czasami inteligencja jest normalna.
Choroby spowodowane poliploidią
triploidia, tetraploidia itp.; powodem jest zakłócenie procesu mejozy na skutek mutacji, w wyniku której potomna komórka płciowa zamiast haploidalnego (23) otrzymuje diploidalny (46) zestaw chromosomów, czyli 69 chromosomów (u mężczyzn kariotyp to 69, XYY, u kobiet – 69, XXX); prawie zawsze śmiertelny przed urodzeniem
Choroby wieloczynnikowe lub choroby z dziedziczną predyspozycją
Grupa chorób różni się od chorób genowych tym, że do ujawnienia się wymagają działania czynników środowiskowych. Wśród nich rozróżnia się także monogenowe, w których dziedziczna predyspozycja jest spowodowana jednym patologicznie zmienionym genem, oraz wielogenowe. Te ostatnie są determinowane przez wiele genów, które w stanie normalnym, ale przy pewnej interakcji między sobą oraz z czynnikami środowiskowymi, stwarzają predyspozycję do wystąpienia choroby. Nazywa się je chorobami wieloczynnikowymi (MFD).
Choroby monogenowe z dziedziczną predyspozycją są stosunkowo nieliczne. Stosuje się do nich metodę mendlowskiej analizy genetycznej. Biorąc pod uwagę ważną rolę środowiska w ich manifestowaniu, uważa się je za uwarunkowane dziedzicznie reakcje patologiczne na działanie różnych czynników zewnętrznych (leków, dodatków do żywności, czynników fizycznych i biologicznych), które opierają się na dziedzicznym niedoborze niektórych enzymów.
Czynniki powodujące mutacje nazywane są czynnikami mutagennymi (mutagenami) i dzielą się na:
1. Fizyczne;2. Chemiczny;3. Biologiczny.
Na fizyczne czynniki mutagenne obejmują różne rodzaje promieniowania, temperaturę, wilgotność itp. Najsilniejsze działanie mutagenne wywiera promieniowanie jonizujące - promienie rentgenowskie, promienie α, β, γ. Mają dużą siłę penetracji.
Oddziałując na organizm powodują:
a) jonizacja tkanek – powstawanie wolnych rodników (OH) lub (H) z wody znajdującej się w tkankach. Jony te wchodzą w interakcję chemiczną z DNA, rozkładają kwasy nukleinowe i inne substancje organiczne;
b) promieniowanie ultrafioletowe charakteryzuje się niższą energią, przenika jedynie przez powierzchniowe warstwy skóry i nie powoduje jonizacji tkanek, lecz prowadzi do powstania dimerów (wiązania chemiczne pomiędzy dwiema zasadami pirymidynowymi tego samego łańcucha, często T-T). Obecność dimerów w DNA prowadzi do błędów podczas jego replikacji i zakłóca odczyt informacji genetycznej;
c) pęknięcie włókien wrzecionowych;
d) zaburzenie struktury genów i chromosomów, tj. powstawanie mutacji genowych i chromosomalnych.
Mutageny chemiczne obejmują:
Naturalne substancje organiczne i nieorganiczne (azotyny, azotany, alkaloidy, hormony, enzymy itp.);
Substancje syntetyczne niespotykane wcześniej w przyrodzie (pestycydy, insektycydy, konserwanty żywności, substancje lecznicze).
Produkty przemysłowego przetwarzania związków naturalnych - węgla, ropy.
Mechanizmy ich działania :
a) deaminacja - usunięcie grupy aminowej z cząsteczki aminokwasu;
b) supresja syntezy kwasów nukleinowych;
c) zastąpienie zasad azotowych ich analogami.
Mutageny chemiczne powodują głównie mutacje genów i działają podczas replikacji DNA.
Mutageny biologiczne obejmują:
Wirusy (grypa, różyczka, odra)
Mechanizmy ich działania:
a) wirusy integrują swoje DNA z DNA komórek gospodarza.
Mutageny biologiczne powodują mutacje genowe i chromosomalne.
Klasyfikacja mutacji
Wyróżnia się następujące główne typy mutacji:
1. Według sposobu występowania dzielimy je na spontaniczne i indukowane.
Spontaniczny– powstają pod wpływem naturalnych, mutagennych czynników środowiskowych, bez ingerencji człowieka. Powstają w warunkach naturalnego tła promieniotwórczego Ziemi w postaci promieniowania kosmicznego i pierwiastków promieniotwórczych na powierzchni Ziemi.
Wywołany mutacje powstają sztucznie w wyniku narażenia na pewne czynniki mutagenne.
2. Przez zmutowane komórki Mutacje dzielą się na generatywne i somatyczne.
Generatywny– występują w komórkach rozrodczych i są dziedziczone poprzez rozmnażanie płciowe.
Somatyczny– występują w komórkach somatycznych i są przenoszone tylko do tych komórek, które z tej komórki somatycznej powstają. Nie są dziedziczone.
3. Przez wpływ na organizm:
Negatywne mutacje są śmiertelne (niezgodne z życiem); pół-śmiercionośny (zmniejszający żywotność organizmu); neutralny (nie wpływający na procesy życiowe); pozytywne (zwiększenie witalności). Pozytywne mutacje występują rzadko, ale mają ogromne znaczenie dla postępującej ewolucji.
4. Przez zmiany genetyczne Mutacje materiałowe dzielą się na mutacje genomowe, chromosomalne i genowe.
Mutacje genomowe- Są to mutacje spowodowane zmianami w liczbie chromosomów. Mogą pojawić się dodatkowe homologiczne chromosomy. W zestawie chromosomów zamiast dwóch homologicznych chromosomów znajdują się trzy - jest to trisomia. W przypadku monosomii następuje utrata jednego chromosomu z pary. W przypadku poliploidii występuje wielokrotny haploidalny wzrost liczby chromosomów. Innym wariantem mutacji genomowej jest haploidalność, w której z każdej pary pozostaje tylko jeden chromosom.
Chromosomalny mutacje są związane z zaburzeniem struktury chromosomów. Mutacje takie obejmują utratę odcinków chromosomu (delecje), dodanie odcinków (duplikacja) i obrót odcinka chromosomu o 180° (inwersja).
Genetyczny mutacje, w których zmiany zachodzą na poziomie poszczególnych genów, tj. odcinki cząsteczki DNA. Może to być utrata nukleotydów, zastąpienie jednej zasady inną, przegrupowanie nukleotydów lub dodanie nowych.
Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej
Federalna Agencja Edukacji
GOUVPO
„Państwowa Akademia Ekonomii i Prawa w Chabarowsku”
Katedra Ogólnych Dyscyplin Ekonomicznych.
Wydział: Audytor
Streszczenie na temat:
Mutacje. Wpływ czynników środowiskowych na mutagenezę.
Ukończone przez uczennicę grupy: BUK-82 Vyazkova Ekaterina Andreevna
Sprawdzone przez nauczyciela: Arzumanyan Elena Władimirowna
Chabarowsk 2008
1.
1.Wprowadzenie………………………………………………………………….…..2
2. Trochę historii………………………………………………………… ….3
3. Czynniki wpływające na mutację………………………………………………………........ ..4
5. Konsekwencje mutacji………………………………………………………. 9
6. Zakończenie……….……………….………………… ………………………..10
7. Referencje……………………………………………………………11
1. Wstęp.
Każde nowe pokolenie roślin i zwierząt jest bardzo podobne do swoich rodziców: po skrzyżowaniu dwóch kotów syjamskich powstają tylko kocięta syjamskie, a nie kocięta jakiejkolwiek innej rasy. Ta tendencja żywych organizmów do przypominania swoich rodziców nazywa się dziedzicznością. Chociaż podobieństwo między rodzicami i potomstwem jest duże, zwykle nie jest ono absolutne. Na większość cech duży wpływ mają warunki, w jakich dana osoba rośnie i rozwija się.
Dział biologii zajmujący się zjawiskami dziedziczności oraz badaniem praw rządzących podobieństwami i różnicami między spokrewnionymi organizmami nazywa się genetyką.
Wzrost każdej rośliny lub zwierzęcia następuje w wyniku podziału i wzrostu rozmiarów komórek tworzących ciało. Ten podział komórek, który jest procesem niezwykle uporządkowanym, nazywa się mitozą.
Badając pod mikroskopem dzielącą się komórkę, po odpowiednim utrwaleniu i wybarwieniu, można dostrzec w jej jądrze wydłużone, ciemne ciała zwane chromosomami. Każdy chromosom zawiera wiele czynników dziedzicznych, z których każdy w jakiś sposób różni się od pozostałych. Te jednostki dziedziczne nazywane są genami; każdy gen kontroluje dziedziczenie jednej lub więcej cech. Choć geny są niezwykle stabilne i przekazywane kolejnym pokoleniom z dużą precyzją, od czasu do czasu ulegają zmianom, zwanym mutacjami. Po genie
zmutowany do nowej formy, ta nowa forma okazuje się stabilna i zwykle nie jest bardziej podatna na nowe zmiany niż pierwotny gen.
2. Trochę historii.
Malowidła naskalne wykonane wiele tysięcy lat temu w Australii, przedstawiające bliźnięta syjamskie, można uznać za pierwszy dowód zainteresowania ludzi deformacjami wrodzonymi, jaki dotarł do nas. Czas zachował bardzo niewiele takich starożytnych dowodów, są one izolowane. Babilońskim pismem klinowym, liczącym co najmniej cztery tysiące lat, wymieniono i opisano łącznie 62 rodzaje wrodzonych wad rozwojowych człowieka.
Jest prawdopodobne, że tysiącletnie mity i legendy o syrenach, centaurach, sfinksach, harpiach, faunach, Cyklopach i Janusie o dwóch twarzach również wynikają z zainteresowania ludzi deformacjami. Niektóre wady faktycznie mają pewne podobieństwo do takich potworów, a ludzka wyobraźnia dopełniła ich obraz.
Powodów pojawienia się dziwaków nie było tak wiele, jak sądzono w czasach starożytnych - kopulacja z diabłem, interwencja sił nadprzyrodzonych, niekorzystne wpływy astralne itp. A ludzie nadal używają horoskopów jako posłańców zjawisk astralnych.
W Babilonie, a także w starożytnej Grecji i Rzymie narodziny dziwaków były zwykle interpretowane jako niekorzystny znak: postrzegano je jako ostrzeżenie z góry, na przykład przed zbliżającymi się ciężkimi próbami. Czasami jednak w ten sposób bogowie komunikowali potrzebę podjęcia takiej czy innej decyzji. Wiadomo, że pod koniec IV wieku narodziny dwugłowego dziecka były postrzegane jako akceptacja bogów dla idei podziału Cesarstwa Rzymskiego na część zachodnią i wschodnią.
W późniejszych czasach podejście do dziwaków nie było wszędzie takie samo. Zatem Inkwizycja w takich przypadkach wymierzała surową karę zarówno dziecku, jak i jego matce, w ten sposób ściśle krzyżując machinacje diabła. Jednak w krajach, w których Inkwizycja nie była tak aktywna lub w ogóle nie istniała, brzydcy ludzie
Często przypisywano im specjalne moce magiczne, zdolność wróżenia, odgadywania losu z gwiazd i tym podobne. I tutaj związek z siłami nieziemskimi odegrał swoją pozytywną rolę: to oni zapewnili swojemu „krewnemu” te szczególne cechy. Możliwe, że miłosierdzie wobec świętych głupców na Rusi było w pewnym stopniu tłumaczone właśnie takimi poglądami.
3. Czynniki wpływające na mutację.
Mutacje pojawiające się w warunkach naturalnych pod wpływem środowiska zewnętrznego określa się terminem „mutacje spontaniczne”.
Narażenie na różnorodne czynniki środowiskowe, w tym promieniowanie i szereg związków chemicznych, prowadzi do wzrostu częstotliwości mutacji. W 1927 roku amerykański genetyk, późniejszy laureat Nagrody Nobla Heinrich Möller, po raz pierwszy wykazał, że napromienianie promieniami rentgenowskimi prowadzi do znacznego wzrostu częstości mutacji u Drosophila. Praca ta zapoczątkowała nowy kierunek w biologii - genetykę radiacyjną. Dzięki licznym pracom prowadzonym na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci wiemy już, że gdy cząstki elementarne (kwanty Y, elektrony, protony i neutrony) dostają się do jądra, cząsteczki wody ulegają jonizacji, co z kolei zakłóca strukturę chemiczną DNA. W tych miejscach dochodzi do pęknięć DNA, co prowadzi do dodatkowych mutacji wywołanych promieniowaniem.
Dużą ilość informacji na temat wpływu promieniowania na człowieka uzyskano badając konsekwencje bombardowań Hiroszimy i Nagasaki oraz awarii w Czarnobylu.
Pierwsze zakrojone na szeroką skalę badania genetycznego wpływu promieniowania na człowieka przeprowadzili amerykańscy i japońscy badacze w Hiroszimie i Nagasaki. Prace te rozpoczęły się w 1946 roku, czyli niemal natychmiast po kapitulacji Japonii. Wybuchy bomb atomowych w Hiroszimie i Nagasaki doprowadziły do natychmiastowej śmierci dziesiątek tysięcy ludzi i ogromnego narażenia ocalałych na promieniowanie. W tamtym czasie skutki promieniowania były praktycznie nieznane, dlatego rząd amerykański zdecydował się przeprowadzić kompleksowe badanie skutków wybuchów na ludność obu miast. Następnie przez przypadek w armii amerykańskiej służył porucznik medyczny James Neal, który przed wojną aktywnie zajmował się badaniami genetycznymi nad Drosophila. Powierzono mu nadzór naukowy nad tymi pracami, które natychmiast nabrały wyraźnej orientacji genetycznej.
Na czynniki wywołujące mutacje na poziomie genów miało wpływ środowisko (dna moczanowa, niektóre formy cukrzycy). Choroby takie częściej występują przy stałym narażeniu na niekorzystne lub szkodliwe czynniki środowiskowe (zaburzenia diety itp.). Mutacja genu może prowadzić do zakłócenia syntezy białek pełniących funkcje plastyczne. Prawdopodobną przyczyną takich chorób jest zespół Ehlersa-Danlosa.
Badane są choroby oparte na niewystarczających mechanizmach przywracania zmienionych cząsteczek DNA.
Mutacja genu może prowadzić do rozwoju chorób związanych z niedoborami odporności (aplazja grasicy połączona z agammaglobulinemią). Przyczyną nieprawidłowej budowy hemoglobiny jest zastąpienie w cząsteczce reszty kwasu glutaminowego resztą waliny.
Znanych jest wiele mutacji genów kontrolujących syntezę czynników krzepnięcia krwi.
Mutacje genów mogą powodować zaburzenia transportu różnych związków przez błony komórkowe. Są one związane z dysfunkcją mechanizmów błonowych i defektami w niektórych układach.
Jeśli mutacja na poziomie genu zachodzi pod wpływem różnych czynników fizycznych, chemicznych, biologicznych, nazywa się to mutagenezą.
Podstawą mutacji jest pierwotne uszkodzenie cząsteczki D.N.K.
Mutacje (od łac. mutatio – zmiana, zmiana), występujące naturalnie lub sztucznie, powodują zmiany we właściwościach dziedzicznych organizmu w wyniku rearanżacji i zaburzeń w jego materiale genetycznym – chromosomach i genach. Mutacje są podstawą dziedzicznej zmienności w przyrodzie żywej.
Mutacje mogą być spowodowane działaniem czynników zewnętrznych o charakterze fizycznym, chemicznym lub biologicznym – są to mutacje indukowane lub mutageneza indukowana.
Nowo występujące mutacje nazywane są nowymi mutacjami lub mutacjami de novo. Należą do nich na przykład mutacje leżące u podstaw szeregu chorób autosomalnych dominujących, takich jak achondroplazja (10% przypadków
należą do postaci rodzinnych), neurofibromatoza Recklinghausena, typ I (50-70% postaci rodzinnych), choroba Alzheimera, pląsawica Huntingtona.
Mutacje przechodzące od normalnego stanu genu (cechy) do stanu patologicznego nazywane są bezpośrednimi.
Mutacje, które przechodzą od stanu patologicznego genu (cechy) do stanu normalnego, nazywane są odwrotnymi.
Mutacje w komórkach somatycznych nazywane są somatycznymi. Tworzą patologiczne klony komórek (zestaw komórek patologicznych), a w przypadku jednoczesnej obecności normalnych i patologicznych komórek w organizmie prowadzą do mozaikowatości komórkowej, na przykład w przypadku dziedzicznej osteodystrofii Albrighta, ekspresja choroby zależy od liczba nieprawidłowych komórek.
Mutacje somatyczne mogą mieć postać rodzinną lub sporadyczną (nierodzinną). Są podstawą nowotworów złośliwych i procesów przedwczesnego starzenia się.
Mutacje w komórkach rozrodczych nazywane są zarodkowymi. Występują rzadziej niż mutacje somatyczne, leżą u podstaw wszystkich chorób dziedzicznych i niektórych wrodzonych oraz są przekazywane z pokolenia na pokolenie.
Mutacje w linii zarodkowej mogą być rodzinne lub sporadyczne i są dziedziczone jako predyspozycja do nowotworów, takich jak siatkówczak i zespół Leigha-Fromeny'ego.
4. Ogólne wzorce mutagenezy
Mutageneza to proces powstawania zmian dziedzicznych – mutacji – w organizmie. Podstawą mutagenezy są zmiany w cząsteczkach kwasów nukleinowych, które przechowują i przekazują informacje dziedziczne.
Mutacje nie pojawiają się natychmiast. Po pierwsze, pod wpływem mutagenów następuje stan przedmutacyjny komórki. Różne systemy naprawcze dążą do wyeliminowania tego stanu, a wtedy mutacja nie występuje. Podstawą systemów naprawczych są różne enzymy zakodowane w genotypie komórki (organizmu). Zatem mutageneza znajduje się pod genetyczną kontrolą komórki; Nie jest to proces fizyko-chemiczny, ale biologiczny.
Na przykład systemy naprawy enzymów wycinają uszkodzony odcinek DNA, jeśli uszkodzona jest tylko jedna nić (operacja ta jest wykonywana przez enzymy endonukleazy), następnie ponownie uzupełniany jest odcinek DNA komplementarny do pozostałej nici (operację tę wykonują polimerazy DNA ), następnie przywrócony odcinek przyszywa się do końcówek nitek pozostałych po wycięciu uszkodzonego obszaru (operację tę wykonują ligazy).
Istnieją również bardziej subtelne mechanizmy zadośćuczynienia. Na przykład, gdy w nukleotydzie utracona zostanie zasada azotowa, następuje jej bezpośrednie włączenie (dotyczy to adeniny i guaniny); grupę metylową można po prostu oddzielić; pęknięcia jednoniciowe są zszyte. W niektórych przypadkach działają bardziej złożone, mało zbadane systemy naprawcze, na przykład gdy uszkodzone są obie nici DNA.
Jeśli jednak występuje duża liczba uszkodzeń DNA, mogą one stać się nieodwracalne. Wynika to z faktu, że: po pierwsze, systemy naprawcze mogą po prostu nie mieć czasu na naprawienie uszkodzeń, po drugie, uszkodzone mogą być same enzymy systemów naprawczych, nieodwracalne uszkodzenie DNA prowadzi do pojawienia się mutacji – trwałych zmian w informacje dziedziczne.
Obecnie znanych jest wiele różnych mutagenów. Rozważmy mechanizm działania niektórych z nich.
5. Konsekwencje mutacji.
Około jeden procent wszystkich noworodków rodzi się z nieprawidłowościami chromosomowymi lub genetycznymi. Nie ma dokładnych danych na temat liczby ciąż przerywanych przed terminem z powodu tych anomalii. Zdecydowana większość dzieci urodzonych z anomaliami aparatu dziedzicznego ma również liczne wady strukturalne - deformacje. Ogólnie rzecz biorąc, jest mało prawdopodobne, aby szkody dla zdrowia ludzkiego spowodowane chorobami genetycznymi były znacznie mniejsze niż w przypadku chorób układu krążenia.
Co roku na całym świecie rodzą się miliony zdeformowanych dzieci, dziesiątki i setki tysięcy z nich jest zdolnych do życia. Około dwóch tysięcy lat temu Plutarch pisał w swoim eseju „O ciekawości”: „…A w Rzymie są ludzie, którzy w ogóle nie cenią obrazów ani posągów… A kręcą się tylko po placu, na którym wystawia się dziwadła, gapiąc się na beznogie, krzywe ręce,
trójoki, ptasi i wypatrujący, czy gdzieś nie narodziła się mieszanka dwóch ras – potworny dziwak…”
Teraz tymi problemami zajmują się naukowcy zajmujący się teratologią. Teratologia to nauka badająca przyczyny pochodzenia, mechanizmy powstawania i objawy wad wrodzonych.
6. Wniosek.
Nasz wspólny dom jest w niebezpieczeństwie. Naukowcy doszli do tej opinii w połowie XX wieku, przekonani, że postęp technologiczny niesie ze sobą niszczycielską moc. Namacalne niebezpieczeństwo zagraża naturze i jej skarbowi - pulom genów, które tworzą niesamowitą różnorodność form żywych i napędzają dalszy rozwój naszego wyjątkowego świata. Zanieczyszczenie biosfery nie tylko testuje możliwości kompensacyjne przyrody, ale także wpływa na zdrowie człowieka i może już wyrządzić szkody przyszłym pokoleniom.
4. Ogólne wzorce mutagenezy………………………………………..8
5. Konsekwencje mutacji……………………………………………………….9
6. Zakończenie……….……………….…………………………………………...10
7. Referencje……………………………………………………………11