У природних умовах мутація з'являється під впливом факторів зовнішнього та внутрішнього середовища та позначається терміном «природні (або спонтанні) мутації».
Причиною генних, або про точкових, мутацій є заміна одного азотистого підстави в молекулі ДНК. на інше, втрата, вставка, або перестановка азотистих основ у молекулі ДНК. Звідси випливає - ген, що мутує у людини, можуть розвинутися патологічні стани, патогенез якого різний.
На фактори, що викликають мутації генетично, надав відповідний вплив навколишнього середовища (подагру, деякі форми цукрового діабету). Подібні захворювання найчастіше виявляються при постійному впливі несприятливих чи шкідливих факторів навколишнього середовища (порушення режиму харчування та ін.). Мутація гена може спричинити порушення синтезу білків, виконують пластичні функції. Ймовірна причина таких захворювань – синдром Елерса – Данлоса. У стадії вивчення є захворювання, в основі яких лежить недостатність механізмів відновлення зміненої молекули ДНК.
Генна мутація може призвести до розвитку імунодефецитних хвороб (аплазія вилочкової залози у поєднанні з агаммагло-булінемією). Причиною аномальної структури гемоглобіну є заміна молекули залишку глутамінової кислоти на залишок валіну. Відомий ряд мутацій генів, що контролюють синтез факторів зсідання крові. Генні мутації можуть спричинити порушення транспорту різних сполук через клітинні мембрани. Вони пов'язані з порушенням функцій мембранних механізмів та з дефектами в деяких системах.
Якщо мутація генетично виникає при дії різних фізичних., Хімічних, біологічних факторів, то це називають мутагенезом. Основою мутації є первинні ушкодження у молекулі ДНК.
Мутагени
Мутагени (від грец. γεννάω – народжую) – хімічні та фізичні фактори, що викликають спадкові зміни – мутації. Вперше штучні мутації отримані у 1925 році Г. А. Надсеном та Г. С. Філіпповим у дріжджів дією радіоактивного випромінювання радію; 1927 року Г. Меллер отримав мутації у дрозофіли дією рентгенівських променів. Здатність хімічних речовин викликати мутації (дією йоду на дрозофіли) відкрита І. А. Рапопорт. У особин мух, що розвинулися з цих личинок, частота мутацій виявилася у кілька разів вищою, ніж у контрольних комах.
Класифікація
Мутагенами можуть бути різні фактори, що викликають зміни у структурі генів, структурі та кількості хромосом. За походженням мутагени класифікують на ендогенні, що утворюються в процесі життєдіяльності організму та екзогенні – усі інші фактори, у тому числі й умови довкілля.
За природою виникнення мутагени класифікують на фізичні, хімічні та біологічні:
1. Фізичні мутагени
Іонізуюче випромінювання;
радіоактивний розпад;
ультрафіолетове випромінювання;
модельоване радіовипромінювання та електромагнітні поля;
надмірно висока чи низька температура.
2. Хімічні мутагени
Окислювачі та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);
алкілуючі агенти (наприклад, йодацетамід);
пестициди (наприклад, гербіциди, фунгіциди);
деякі харчові добавки (наприклад, ароматичні вуглеводні, цикламати);
продукти переробки нафти;
органічні розчинники;
лікарські препарати (наприклад, цитостатики, ртуті, імунодепресанти).
до хімічних мутагенів умовно можна віднести і ряд вірусів (мутагенним фактором вірусів є їх нуклеїнові кислоти – ДНК або РНК)
3. Біологічні мутагени
Специфічні послідовності ДНК – транспозони;
деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);
продукти обміну речовин (продукти окиснення ліпідів);
антигени деяких мікроорганізмів
100 рбонус за перше замовлення
Оберіть тип роботи Дипломна робота Курсова робота Реферат Магістерська дисертація Звіт з практики Стаття Доповідь Рецензія Контрольна робота Монографія Рішення задач Бізнес-план Відповіді на запитання Творча робота Есе Чертеж Твори Переклад Презентації Набір тексту Інше Підвищення унікальності тексту
Дізнатись ціну
Інформація, яку несе ДНК, не є абсолютно стабільним. Якби вона була такою, то діапазон реакцій родинних мікроорганізмів на зовнішній вплив був би постійним, а отже, раптова зміна умов довкілля для мікроорганізмів із «застиглим» генотипом призвела б до зникнення виду. Реальна нестабільність геному викликана мутаціями, обміном генетичною інформацією між донором та реципієнтом.
Термін «мутація» запропонував де Фріз як поняття «стрибкоподібної зміни спадкової ознаки» щодо спадковості у рослин. Пізніше Бейєрінк поширив це поняття і на бактерії. Мутація – зміна первинної структури ДІК, що проявляється спадково закріпленою втратою чи зміною будь-якої ознаки чи групи ознак. Мутації поділяють за походженням, характером змін структури ДНК, фенотипічних наслідків для клітини-мутанта та ін. Фактори, що викликають мутації, відомі як мутагени.
Вони зазвичай мають фізичну чи хімічну природу. За походженням виділяють мутації індуковані, тобто викликані штучно, та спонтанні («дикі», виникають у популяції бактерій без видимого втручання ззовні).
Спонтанні мутації. Зворотні мутації (реверсії).
До появи спонтанних мутацій призводять помилки реплікації, неправильне формування компліментарних пар основ чи структурні спотворення ДНК під дією природних мутагенів. Спонтанні мутації можуть викликати сприятливі та несприятливі генетичні зміни. Приблизний рівень спонтанного мутування – одна мутація на кожні 106-107 клітин. Чисельна частка мутантів клітинної популяції для різних ознак різна і може варіювати від 10-4 до 10-11.
Для конкретного гена частота мутування становить величину близько 10-5, а певної пари нуклеотидів 10-8. Наприклад, якщо на середу з антибіотиком посіяти мільйон бактерій, очікується, що в результаті спонтанної мутації одна колонія виживе.
Незважаючи на те, що рівень мутацій в популяції бактерій для окремих клітин здається незначним, потрібно пам'ятати, що популяція бактерій величезна, і вони швидко розмножуються. Отже, рівень мутацій з погляду цілої популяції досить значний. Крім того, мутанти, що з'явилися спонтанно і стійкі до дії будь-якого антибіотика, мають при розмноженні перевагу в порівнянні з «диким» типом бактерій і швидко утворюють стійку популяцію.
Зворотні мутації (реверсії) повертають клітину, що спонтанно мутувала, до вихідного генетичного стану. Їх спостерігають із частотою одна клітина на 107-108 (тобто щонайменше в 10 разів рідше, ніж прямі спонтанні мутації).
У сучасній навчальній літературі використовується більш формальна класифікація, заснована на характері зміни структури окремих генів, хромосом і геному в цілому. У межах цієї класифікації розрізняють такі види мутацій:
геномні;
хромосомні;
Геномні: - поліплоїдизація (освіта організмів або клітин, геном яких представлений більш ніж двома (3n, 4n, 6n і т. д.) наборами хромосом) та анеуплоїдія (гетероплоїдія) - зміна числа хромосом, не кратна гаплоїдному набору (див. Інге- Вечтомов, 1989). Залежно від походження хромосомних наборів серед поліплоїдів розрізняють алополіплоїди, у яких є набори хромосом, отримані при гібридизації від різних видів, і аутополіплоїдів, у яких відбувається збільшення числа наборів хромосом власного геному, кратне n.
При хромосомних мутаціях відбуваються великі перебудови структури окремих хромосом. У цьому випадку спостерігаються втрата (делеція) або подвоєння частини (дуплікація) генетичного матеріалу однієї або декількох хромосом, зміна орієнтації сегментів хромосом в окремих хромосомах (інверсія), а також перенесення частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу (транслокація) (крайній випадок - поєднання цілих хромосом, т.з. Робертсонівська транслокація, яка є перехідним варіантом від хромосомної мутації до геномної).
На генному рівні зміни первинної структури ДНК генів під дією мутацій менш значні, ніж при хромосомних мутаціях, проте генні мутації зустрічаються частіше. В результаті генних мутацій відбуваються заміни, делеції та вставки одного або декількох нуклеотидів, транслокації, дуплікації та інверсії різних частин гена. У тому випадку, коли під дією мутації змінюється лише один нуклеотид, говорять про точкові мутації. Оскільки до складу ДНК входять азотисті основи лише двох типів - пурини та піримідини, всі точкові мутації із заміною основ поділяють на два класи: транзиції (заміна пурину на пурин або піримідину на піримідин) та трансверсії (заміна пурину на піримідин або навпаки). Можливі чотири генетичні наслідки точкових мутацій: 1) збереження сенсу кодону через виродженість генетичного коду (синонімічна заміна нуклеотиду); із передчасною термінацією (нонсенс-мутація). У генетичному коді є три безглуздих кодони: амбер - UAG, охр - UAA і опал - UGA (відповідно до цього отримують назву і мутації, що призводять до утворення безглуздих триплетів - наприклад амбер-мутація); 4) зворотна заміна (стоп-кодона на смисловий кодон).
За впливом на експресію генів мутації поділяють на дві категорії: мутації типу замін пар основ та типу зсуву рамки зчитування (frameshift). Останні є делеції або вставки нуклеотидів, число яких не кратно трьом, що пов'язано з триплетністю генетичного коду.
Первинну мутацію іноді називають прямою мутацією, а мутацію, що відновлює вихідну структуру гена, - зворотною мутацією, або реверсією. Повернення до вихідного фенотипу у мутантного організму внаслідок відновлення функції мутантного гена нерідко відбувається не за рахунок істинної реверсії, а внаслідок мутації в іншій частині того самого гена або навіть іншого неалельного гена. І тут зворотну мутацію називають супрессорной. Генетичні механізми, завдяки яким відбувається супресія мутантного фенотипу, дуже різноманітні.
Мутагени (від мутація та ін.-грец. γεννάω – народжую) – хімічні та фізичні фактори, що викликають спадкові зміни – мутації. Вперше штучні мутації отримані у 1925 році Г. А. Надсеном та Г. С. Філіпповим у дріжджів дією радіоактивного випромінювання радію; 1927 року Г. Меллер отримав мутації у дрозофіли дією рентгенівських променів. Здатність хімічних речовин викликати мутації (дією йоду на дрозофіли) відкрита І. А. Рапопорт. У особин мух, що розвинулися з цих личинок, частота мутацій виявилася у кілька разів вищою, ніж у контрольних комах.
Мутагенами можуть бути різні фактори, що викликають зміни у структурі генів, структурі та кількості хромосом. За походженням мутагени класифікують на ендогенні, що утворюються в процесі життєдіяльності організму та екзогенні – усі інші фактори, у тому числі й умови довкілля.
За природою виникнення мутагени класифікують на фізичні, хімічні та біологічні:
Фізичні мутагени
іонізуюче випромінювання;
радіоактивний розпад;
ультрафіолетове випромінювання;
модельоване радіовипромінювання та електромагнітні поля;
надмірно висока чи низька температура.
Хімічні мутагени
окислювачі та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);
алкілуючі агенти (наприклад, йодацетамід);
пестициди (наприклад, гербіциди, фунгіциди);
деякі харчові добавки (наприклад, ароматичні вуглеводні, цикламати);
продукти переробки нафти;
органічні розчинники;
лікарські препарати (наприклад, цитостатики, ртуті, імунодепресанти).
До хімічних мутагенів умовно можна віднести і ряд вірусів (мутагенним фактором вірусів є їх нуклеїнові кислоти – ДНК або РНК).
Біологічні мутагени
специфічні послідовності ДНК – транспозони;
деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);
продукти обміну речовин (продукти окиснення ліпідів);
антигени деяких мікроорганізмів
Розвиток генетики, що відкрила методи одержання спадково змінених форм мікроорганізмів, розширило можливості використання мікроорганізмів у сільському господарстві, промисловому виробництві, медицині. Основний метод – індуковане отримання мутантів впливами мутагенів (випромінювання, хімічними речовинами) на дикі, що у природі культури мікроорганізмів. Таким методом вдається створити мутанти, які дають у десятки та сотні разів більшу кількість цінних продуктів (антибіотиків, ферментів, вітамінів, амінокислот тощо).
З причин виникнення розрізняють спонтанні та індуковані мутації.
Спонтанні (мимовільні) мутаціївиникають без видимих причин. Ці мутації іноді розглядають як помилки трьох Р: процесів реплікації, репарації та рекомбінації ДНК . Це означає, що виникнення нових мутацій перебуває під генетичним контролем організму. Наприклад, відомі мутації, що підвищують або знижують частоту інших мутацій; отже, існують гени-мутатори та гени-антимутатори.
У той самий час, частота спонтанних мутацій залежить від стану клітини (організму). Наприклад, за умов стресу частота мутацій може підвищуватися.
Індуковані мутаціївиникають під дією мутагенів .
Мутагени – це різноманітні фактори, що підвищують частоту мутацій.
Вперше індуковані мутації було отримано вітчизняними генетиками Г.А. Надсоном та Г.С. Філіпповим у 1925 р. при опроміненні дріжджів випромінюванням радію.
Розрізняють кілька класів мутагенів:
– Фізичні мутагени: іонізуючі випромінювання, теплове випромінювання, ультрафіолетове випромінювання.
– Хімічні мутагени: аналоги азотистих основ (наприклад, 5-бромурацил), альдегіди, нітрити, метилюючі агенти, гідроксиламін, іони важких металів, деякі лікарські препарати та засоби захисту рослин.
– Біологічні мутагени: чиста ДНК, віруси, антивірусні вакцини.
– Аутомутагени- Проміжні продукти обміну речовин (інтермедіати). Наприклад, етиловий спирт сам собою мутагеном не є. Однак в організмі людини він окислюється до ацетальдегіду, а ця речовина вже є мутагеном.
Запитання №21.
(Хромосомні мутації, їх класифікація: делецій та дублікацій, інверсій, транслокації. Причини та механізмивиникнення. Значення у розвитку патологічних станів людини)
При хромосомнихмутаціях відбуваються великі перебудови структури окремих хромосом. В цьому випадку спостерігаються втрата (делеція) або подвоєння частини (дуплікація) генетичного матеріалу однієї або декількох хромосом, зміна орієнтації сегментів хромосом в окремих хромосомах (інверсія), а також перенесення частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу (транслокація) (крайній випадок - об'єднання цілих хромосом
В основі зміни структури хромосоми, як правило, лежить початкове порушення її цілісності - розриви, що супроводжуються різними перебудовами, які називаються хромосомними мутаціями
Розриви хромосом відбуваються закономірно під час кросинговера, що вони супроводжуються обміном відповідними ділянками між гомологами. Порушення кросинговеру, при якому хромосоми обмінюються нерівноцінним генетичним матеріалом, призводить до появи нових груп зчеплення, де окремі ділянки випадають. розподілі -або подвоюються - дуплікації. За таких перебудов змінюється кількість генів групи зчеплення.
Розриви хромосом можуть виникати також під впливом різних мутагенних факторів, головним чином фізичних (іонізуючих та інших видів випромінювання), деяких хімічних сполук, вірусів.
Порушення цілісності хромосоми може супроводжуватися поворотом її ділянки, що знаходиться між двома розривами, на 180° - інверсія.Залежно від того, включає цю ділянку область центроміри чи ні, розрізняють перицентричніі парацентричні інверсії.
Фрагмент хромосоми, що відокремився від неї при розриві, може бути втрачений клітиною при черговому мітозі, якщо він не має центроміру. Найчастіше такий фрагмент прикріплюється до однієї з хромосом. транслокація.Можливе приєднання фрагмента до своєї хромосоми, але в новому місці - транспозиція. Таким чином, різні види інверсій та транслокацій характеризуються зміною локалізації генів.
Таким чином, зміни хромосомної організації, що найчастіше надають несприятливий вплив на життєздатність клітини та організму, з певною ймовірністю можуть бути перспективними, успадковуватись у ряді поколінь клітин та організмів та створювати передумови для еволюції хромосомної організації спадкового матеріалу.
Запитання №22.
(Геномні мутації: класифікація, фактори, механізми. Роль у виникненні хромосомних синдромів.Антимутаційні механізми).
Геномні: - поліплоїдизаціязміна числа хромосом, не кратна гаплоїдного набору. Залежно від походження хромосомних наборів серед поліплоїдів розрізняють алополіплоїди, у яких є набори хромосом, отримані при гібридизації від різних видів, і аутополіплоїди, у яких відбувається збільшення числа наборів хромосом власного геному.
До геномних мутацій відносять гаплоїдію, поліплоїдію та анеуплоїдію.
Анеуплоїдією називають зміну кількості окремих хромосом-відсутність (моносомія) або наявність додаткових (трисомія, тетрасомія, у загальному випадку полісомія) хромосом, тобто. незбалансований хромосомний набір. Клітини зі зміненим числом хромосом з'являються внаслідок порушень у процесі мітозу або мейозу, у зв'язку з чим розрізняють мітотичну та мейотичну.
Причини мутацій
Мутації поділяються на спонтанні та індуковані. Спонтанні мутації виникають спонтанно протягом усього життя організму в нормальних для нього умовах довкілля з частотою близько - на нуклеотид за клітинну генерацію.
Індукованими мутаціями називають успадковані зміни геному, що виникають в результаті тих чи інших мутагенних впливів у штучних (експериментальних) умовах або за несприятливих впливів навколишнього середовища.
Мутації з'являються постійно під час процесів, які у живої клітині. Основні процеси, що призводять до виникнення мутацій – реплікація ДНК, порушення репарації ДНК та генетична рекомбінація.
Зв'язок мутацій із реплікацією ДНК
Багато спонтанних хімічних змін нуклеотидів призводять до мутацій, які виникають при реплікації. Наприклад, через дезамінування цитозину навпроти нього в ланцюг ДНК може включатися урацил (утворюється пара У-Г замість канонічної пари Ц-Г). При реплікації ДНК навпроти урацилу в новий ланцюг включається аденін, утворюється пара У-А, а при наступній реплікації вона замінюється на пару Т-А, тобто відбувається транзиція (точкова заміна піримідину на інший піримідин або пурину на інший пурин).
Зв'язок мутацій з рекомбінацією ДНК
З процесів, пов'язаних з рекомбінацією, найчастіше призводить до мутацій нерівний кросинговер. Він відбувається зазвичай у випадках, як у хромосомі є кілька дуплицированных копій вихідного гена, зберегли схожу послідовність нуклеотидів. В результаті нерівного кросинговеру в одній з рекомбінантних хромосом відбувається дуплікація, а в іншій - делеція.
Зв'язок мутацій з репарацією ДНК
Спонтанні ушкодження ДНК зустрічаються досить часто, такі події мають місце у кожній клітині. Для усунення наслідків подібних пошкоджень є спеціальні репараційні механізми (наприклад, помилкова ділянка ДНК вирізується і на цьому місці відновлюється вихідна). Мутації виникають лише тоді, коли репараційний механізм із якихось причин не працює або не справляється з усуненням ушкоджень. Мутації, що виникають у генах, що кодують білки, відповідальні за репарацію, можуть призводити до багаторазового підвищення (мутаторний ефект) або зниження (антимутаторний ефект) частоти інших мутацій генів. Так, мутації генів багатьох ферментів системи ексцизійної репарації призводять до різкого підвищення частоти соматичних мутацій у людини, а це, у свою чергу, призводить до розвитку пігментної ксеродерми та злоякісних пухлин покривів.
Класифікації мутацій
Існує кілька класифікацій мутацій за різними критеріями. Меллер запропонував ділити мутації за характером зміни функціонування гена на гіпоморфні (змінені алелі діють у тому ж напрямку, що й алелі дикого типу; синтезується лише менше білкового продукту), аморфні (мутація виглядає як повна втрата функції гена, наприклад, мутація white у Drosophila ), антиморфні (мутантна ознака змінюється, наприклад, забарвлення зерна кукурудзи змінюється з пурпурової на буру) та неоморфні.
У сучасній навчальній літературі використовується більш формальна класифікація, заснована на характері зміни структури окремих генів, хромосом і геному в цілому. У межах цієї класифікації розрізняють такі види мутацій:
геномні;
хромосомні;
Геномні: - Поліплоїдізміна числа хромосом, не кратне гаплоїдному набору. Залежно від походження хромосомних наборів серед поліплоїдів розрізняють алополіплоїди, у яких є набори хромосом, отримані при гібридизації від різних видів, і аутополіплоїди, у яких відбувається збільшення числа наборів хромосом власного геному.
При хромосомних мутаціях відбуваються великі перебудови структури окремих хромосом. У цьому випадку спостерігаються втрата (делеція) або подвоєння частини (дуплікація) генетичного матеріалу однієї або декількох хромосом, зміна орієнтації сегментів хромосом в окремих хромосомах (інверсія), а також перенесення частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу (транслокація) (крайній випадок - поєднання цілих хромосом.
На генному рівні зміни первинної структури ДНК генів під дією мутацій менш значні, ніж при хромосомних мутаціях, проте генні мутації зустрічаються частіше. В результаті генних мутацій відбуваються заміни, делеції та вставки одного або декількох нуклеотидів, транслокації, дуплікації та інверсії різних частин гена. У тому випадку, коли під дією мутації змінюється лише один нуклеотид, говорять про точкові мутації.
Антимутаційні механізми забезпечують виявлення, усунення чи придушення активності онкогенів. Реалізуються антимутаційні механізми за участю онкосупресорів та систем репарації ДНК.
Запитання №23.
(Людина як об'єкт генетичних досліджень. Цитогенетичний метод: його значення для діагностики хромосомних синдромів. Правила складання ідіограм здорових людей. Ідіограми при хромосомних синдромах (аутосомних та гоносомних). Приклади)
Людина, як об'єкт генетичних досліджень. Антропогенетика, її місце у системі наук про людину, основні генетичні маркери етногенетики. Спадкові хвороби як частина загальної спадкової мінливості людини.
Людина як об'єкт генетичних досліджень представляє складність:
Не можна приймати гібридологічний метод.
Повільна зміна покоління.
Мала кількість дітей.
Велика кількість хромосом'ю
Генетика людини – це особливий розділ генетики, який вивчає особливості успадкування ознак у людини, спадкові захворювання (медична генетика), генетичну структуру популяцій людини. Генетика людини є теоретичною основою сучасної медицини та сучасної охорони здоров'я.
Нині твердо встановлено, що закони генетики мають загальний характер.
Однак, оскільки людина – це не лише біологічна, а й соціальна істота, генетика людини відрізняється від генетики більшості організмів рядом особливостей:
- Для вивчення успадкування людини незастосовний гібридологічний аналіз (метод схрещувань); тому для генетичного аналізу використовуються специфічні методи: генеалогічний (метод аналізу родоводів), близнюковий, а також цитогенетичні, біохімічні, популяційні та деякі інші методи;
- Для людини характерні соціальні ознаки, які не зустрічаються в інших організмів, наприклад, темперамент, складні комунікаційні системи, засновані на мовленні, а також математичні, образотворчі, музичні та інші здібності;
– завдяки громадській підтримці можливе виживання та існування людей із явними відхиленнями від норми (у дикій природі такі організми виявляються нежиттєздатними).
Генетика людини вивчає особливості наслідування ознак у людини, спадкові захворювання (медична генетика), генетичну структуру популяцій людини. Генетика людини є теоретичною основою сучасної медицини та сучасної охорони здоров'я. Відомо кілька тисяч власне генетичних захворювань, які майже на 100% залежать від генотипу особини. До найстрашніших з них належать: кислотний фіброз підшлункової залози, фенілкетонурія, галактоземія, різні форми кретинізму, гемоглобінопатії, а також синдроми Дауна, Тернера, Кляйнфельтера. Крім того, існують захворювання, які залежать і від генотипу, і від середовища: ішемічна хвороба, цукровий діабет, ревматоїдні захворювання, виразкові хвороби шлунка та дванадцятипалої кишки, багато онкологічних захворювань, шизофренії та інших захворювань психіки.
Завдання медичної генетики полягають у своєчасному виявленні носіїв цих захворювань серед батьків, виявленні хворих дітей та виробленні рекомендацій щодо їх лікування. Велику роль у профілактиці генетично обумовлених захворювань грають генетико-медичні консультації та пренатальна діагностика (тобто виявлення захворювань на ранніх стадіях розвитку організму).
Існують спеціальні розділи прикладної генетики людини (екологічна генетика, фармакогенетика, генетична токсикологія), що вивчають генетичні засади охорони здоров'я. При розробці лікарських препаратів, щодо реакції організму на вплив несприятливих чинників необхідно враховувати як індивідуальні особливості людей, і особливості людських популяцій.
Спадкові хвороби – захворювання, що викликаються порушеннями в генетичному (спадковому) апараті статевих клітин. Спадкові хвороби обумовлені мутаціями, що виникають у хромосомному апараті статевої клітини одного з батьків або у більш віддалених предків.
Запитання №24.
(Біохімічний метод вивчення генетики людини; його значення для діагностики спадкових хвороб обміну речовин. Роль транскрипційних, посттранскрипційних та посттрансляційних модифікацій у регуляції клітинного обміну. Приклади).
На відміну від цитогенетичного методу, який дозволяє вивчати структуру хромосом та каріотипу в нормі та діагностувати спадкові хвороби, пов'язані зі зміною їх числа та порушенням організації, спадкові захворювання, зумовлені генними мутаціями, а також поліморфізм за нормальними первинними продуктами генів вивчають за допомогою біохімічних методів.
Дефекти ферментів встановлюють шляхом визначення вмісту крові та сечі продуктів метаболізму, що є результатом функціонування даного білка. Дефіцит кінцевого продукту, що супроводжується накопиченням проміжних та побічних продуктів порушеного метаболізму, свідчить про дефект ферменту або його дефіцит в організмі.
Біохімічну діагностику спадкових порушень обміну проводять у два етапи.
На першому етапі відбирають ймовірні випадки захворювань, на другому - більш точними і складними методами уточнюють діагноз захворювання. Застосування біохімічних досліджень для діагностики захворювань у пренатальному періоді або безпосередньо після народження дозволяє своєчасно виявити патологію та розпочати специфічні медичні заходи, як, наприклад, у разі фенілкетонурії.
Для визначення вмісту крові, сечі або амніотичної рідини проміжних, побічних і кінцевих продуктів обміну крім якісних реакцій зі специфічними реактивами на певні речовини використовують хроматографічні методи дослідження амінокислот та інших сполук.
Транскрипційні фактори - білки, що взаємодіють з певними регуляторними сайтами та прискорюють або уповільнюють процес транскрипції. Співвідношення інформативної та неінформативної частин у транскриптонах еукаріотів становить у середньому 1:9 (у прокаріотів 9:1). Сусідні транскриптони можуть бути відокремлені один від одного ділянками ДНК, що не транскрибуються. Поділ ДНК на безліч транскриптонів дозволяє здійснювати з різною активністю індивідуальне зчитування (транскрипцію) різних генів.
У кожному транскриптоні транскрибується тільки один з двох ланцюгів ДНК, який називається матричним, другий, комплементарний їй ланцюг, називається кодуючим. Синтез ланцюга РНК йде від 5"- до З"-кінця, при цьому матричний ланцюг ДНК завжди антипаралельний синтезованої нуклеїнової кислоти
Посттранскрипційні модифікації первинного транскрипту тРНК (процес тРНК)
Первинний транскрипттРНК містить близько 100 нуклеотидів, а після процесингу - 70-90 нуклеотидних залишків. Посттранскрипційні модифікації первинних транскриптовтРНК відбуваються за участю РНК-аз (рибонуклеаз). Так, формування 3"-кінця тРНК каталізує РНК-аза, що являє собою 3"-екзонуклеазу, "відрізає" по одному нук-леотиду, доки не досягне послідовності -ССА, однаковою для всіх тРНК. Для деяких тРНК формування послідовності -ССА на 3"-кінці (акцепторний кінець) відбувається в результаті послідовного приєднання цих трьох нуклеотидів. Пре-тРНК містить всього один інтрон, що складається з 14-16 нуклеотидів. "антикодон" - триплета нуклеотидів, що забезпечує взаємодію тРНК з комплементарним кодоном мРНК в ході синтезу білків
Посттранскрипційні модифікації (процесинг) первинноготранскриптарРНК. Формування рибосом
У клітинах людини міститься близько сотні копій гена рРНК, локалізованих групами на п'яти хромосомах. Гени рРНК транскрибуються РНК-полімеразою I з утворенням ідентичних транскриптів. Первинні транскрипти мають довжину близько 13 000 нуклеотидних залишків (45S рРНК). Перш ніж залишити ядро у складі рибосомної частинки, молекула 45 S рРНК піддається процесингу, в результаті утворюється 28S рРНК (близько 5000 нуклеотидів), 18S рРНК (близько 2000 нуклеотидів) і 5,88 рРНК (близько 1 рибосом (рис. 4-35). Решта транскрипта руйнується в ядрі.
Запитання №25.
(Генеалогічний метод генетики людини. Основні правила складання та аналізу родоводів схем (на прикладі власного сімейного родоводу схемі). Значення методу у вивченні закономірностей успадкування ознак).
В основі цього методу лежить складання та аналіз родоводів. Цей метод широко застосовують з давніх-давен і до наших днів у конярстві, селекції цінних ліній великої рогатої худоби та свиней, при отриманні чистопородних собак, а також при виведенні нових порід хутрових тварин. Родовід людини складалися протягом багатьох століть щодо царюючих сімейств у Європі та Азії.
При складанні родоводів вихідним є людина - пробанд, родовід якого вивчають. Зазвичай це або хворий або носій певної ознаки, успадкування якого необхідно вивчити. При складанні родоводів таблиць використовують умовні позначення, запропоновані Г. Юстом в 1931 (рис. 6.24). Покоління позначають римськими цифрами, індивідів у цьому поколінні.
Умовні позначення при складанні родоводів (за Г. Юст)
За допомогою генеалогічного методу може бути встановлена спадкова обумовленість ознаки, що вивчається, а також тип його успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний, X-зчеплений домінантний або рецесивний, Y-зчеплений). При аналізі родоводів за декількома ознаками може бути виявлено зчеплений характер їх успадкування, що використовують при складанні хромосомних карток. Цей метод дозволяє вивчати інтенсивність мутаційного процесу, оцінити експресивність та пенетрантність алелю. Він широко використовується у медико-генетичному консультуванні для прогнозування потомства. Проте слід зазначити, що генеалогічний аналіз суттєво ускладнюється при малодітності сімей.
Родовід при аутосомно-домінантному наслідуванні. Для аутосомного типу успадкування в цілому характерна рівна ймовірність народження даної ознаки як у чоловіків, так і у жінок. Це обумовлено однаковою подвійною дозою генів, розташованих в аутосомах у всіх представників виду і одержуваних від обох батьків, і залежністю ознаки, що розвивається, від характеру взаємодії алельних генів.
Якщо аналізується ознака, який впливає життєздатність організму, то носії домінантного ознаки може бути як гомо-, і гетерозиготами. У разі домінантного наслідування якоїсь патологічної ознаки (захворювання) гомозиготи, як правило, нежиттєздатні, а носії цієї ознаки – гетерозиготи.
Таким чином, при аутосомно-домінантному наслідуванні ознака може зустрічатися рівною мірою у чоловіків і жінок і простежується при достатньому за чисельністю потомстві в кожному поколінні по вертикалі. Перший опис родоводу з аутосомно-домінантним типом успадкування аномалії у людини було дано в 1905 р. У ньому простежується передача в ряді поколінь брахідактилії (короткопалості).
Родовід при аутосомно-рецесивному наслідуванні. Рецесивні ознаки виявляються фенотипно лише у гомозигот за рецесивними алелями. Ці ознаки, зазвичай, виявляються в нащадків фенотипно нормальних батьків - носіїв рецесивних алелей. Імовірність появи рецесивного потомства у разі дорівнює 25%. Якщо один із батьків має рецесивну ознаку, то ймовірність прояву його в потомстві залежатиме від генотипу іншого з батьків. У рецесивних батьків усе потомство успадкує відповідну рецесивну ознаку.
p align="justify"> Для родоводів при аутосомно-рецесивному типі успадкування характерно, що ознака проявляється далеко не в кожному поколінні. Найчастіше рецесивне потомство з'являється у батьків з домінантною ознакою, причому ймовірність появи такого потомства зростає в близьких родинних шлюбах, де обоє батьків можуть бути носіями одного і того ж рецесивного алелю, отриманого від загального предка. Прикладом аутосомно-рецесивного успадкування є родовід сім'ї з псевдогіпертрофічною прогресивною міопатією, в якій часті близькі родинні шлюби.
Родовід при домінантному Х-зчепленому наслідуванні ознаки. Гени, розташовані в Х-хромосомі і не мають алелів у Y-хромосомі, представлені в генотипах чоловіків та жінок у різних дозах. Жінка отримує дві свої Х-хромосоми та відповідні гени як від батька, так і від матері, а чоловік успадковує свою єдину Х-хромосому лише від матері. Розвиток відповідної ознаки у чоловіків визначається єдиним алелем, що є присутнім у його генотипі, а у жінок він є результатом взаємодії двох алельних генів. У зв'язку з цим ознаки, що успадковуються за Х-зчепленим типом, зустрічаються в популяції з різною ймовірністю у чоловічої та жіночої статі.
При домінантному Х-зчепленому наслідуванні ознака частіше зустрічається у жінок у зв'язку з більшою можливістю отримання ними відповідного алелю або від батька або матері. Чоловіки можуть успадковувати цю ознаку лише від матері. Жінки з домінантною ознакою передають його однаково дочкам та синам, а чоловіки – лише дочкам. Сини ніколи не успадковують від батьків домінантної Х-зчепленої ознаки.
Прикладом такого типу успадкування служить описаний у 1925 р. родовід з фолікулярним кератозом -шкірним захворюванням, що супроводжується втратою вій, брів, волосся на голові.
Родовід при рецесивному Х-зчепленому успадкування ознак. Характерною особливістю родоводів при даному типі спадкування є переважне прояв ознаки у гемізиготних чоловіків, які успадковують його від матерів з домінантним фенотипом, які є носіями рецесивного алелю. Як правило, ознака успадковується чоловіками через покоління від діда по материнській лінії до онука. У жінок він проявляється лише у гомозиготному стані, ймовірність чого зростає при близьких родинних шлюбах.
Найбільш відомим прикладом рецесивного Х-зчепленого успадкування є гемофілія. Іншим прикладом успадкування за даним типом є дальтонізм - певна форма порушення відчуття кольору.
Родовід при Y-зчепленому успадкування. Наявність Y-хромосоми тільки у представників чоловічої статі пояснює особливості Y-зчепленого, або голандричного, успадкування ознаки, яка виявляється лише у чоловіків і передається по чоловічій лінії з покоління до покоління від батька до сина.
Однією з ознак, Y-зчеплене успадкування якого в людини все ще обговорюється, є гіпертрихоз вушної раковини або наявність волосся на зовнішньому краї вушної раковини.
Запитання №26.
(Методи генетики людини: популяційно-статистичний; дерматогліфічний (на прикладі аналізу власного дерматогліфу), генетики соматичних клітин, вивчення ДНК; їх роль у вивченні спадкової патології людини).
За допомогою популяційно-статистичного методу вивчають спадкові ознаки у великих групах населення, в одному чи кількох поколіннях. Істотним моментом під час використання цього є статистична обробка одержуваних даних. Цим методом можна розрахувати частоту народження в популяції різних алелів гена і різних генотипів за цими алелями, з'ясувати поширення в ній різних спадкових ознак, у тому числі захворювань. Він дозволяє вивчати мутаційний процес, роль спадковості та середовища у формуванні фенотипного поліморфізму людини за нормальними ознаками, а також у виникненні хвороб, особливо зі спадковою схильністю. Цей метод використовують і для з'ясування значення генетичних факторів в антропогенезі, зокрема розутворення.
При статистичної обробці матеріалу, одержуваного під час обстеження групи населення з цікавому дослідника ознакою, основою з'ясування генетичної структури популяції є закон генетичного рівноваги Харді - Вайнберга. Він відбиває закономірність, відповідно до якої за певних умов співвідношення алелей генів і генотипів у генофонді популяції зберігається незмінним серед поколінь цієї популяції. На підставі цього закону, маючи дані про частоту народження в популяції рецесивного фенотипу, що володіє гомозиготним генотипом (аа), можна розрахувати частоту народження зазначеного алелю (а) в генофонді даного покоління. Поширивши ці відомості на найближчі покоління, можна передбачити частоту появи людей з рецесивним ознакою, і навіть гетерозиготних носіїв рецесивного аллеля.
Математичним виразом закону Харді - Вайнберга служить формула (рА. + qa)2, де р і q - частоти алелей А і а відповідного гена. Розкриття цієї формули дає можливість розрахувати частоту народження людей з різним генотипом і в першу чергу гетерозигот - носіїв прихованого рецесивного алелю: p2AA + 2pqAa + q2аа. Наприклад, альбінізм обумовлений відсутністю ферменту, що бере участь у освіті пігменту меланіну і є спадковою рецесивною ознакою. Частота народження у популяції альбіносів (аа) дорівнює 1:20 000. Отже, q2 = 1/20 000, тоді q = 1/141, up = 140/141. Відповідно до формули закону Харді - Вайнберга частота народження гетерозигот = 2pq, тобто. відповідає 2 x (1/141) x (140/141) = 280/20000 = 1/70. Це означає, що в цій популяції гетерозиготні носії алелю альбінізму зустрічаються з частотою один на 70 осіб.
Аналіз частот народження різних ознак у популяції у разі їх відповідності закону Харді - Вайнберга дозволяє стверджувати, що ознаки обумовлені різними алелями одного гена. формулою (pIA + qIB + rI0) 2.
Нині встановлено спадкову обумовленість шкірних візерунків, хоча характер успадкування остаточно не з'ясовано. Ймовірно, ця ознака успадковується за полігенним типом. На характер пальцевого та долонного візерунків організму великий вплив має мати через механізм цитоплазматичної спадковості.
Дерматогліфічні дослідження важливі при ідентифікації зиготності близнюків. Вважають, що з 10 пар гомологічних пальців щонайменше 7 мають подібні візерунки, це свідчить про однояйцевость. Подібність візерунків лише 4-5 пальців свідчить на користь різнояйцевості близнюків.
Вивчення людей із хромосомними хворобами виявило в них специфічні зміни не лише малюнків пальців та долонь, а й характеру основних згинальних борозен на шкірі долонь. Характерні зміни цих показників спостерігаються при хворобі Дауна, при синдромах Клайнфельтера, Шерешевського – Тернера, що дозволяє використовувати методи дерматогліфіки та пальмоскопії у діагностиці цих захворювань. Визначаються специфічні дерматогліфічні зміни і при деяких хромосомних абераціях, наприклад при синдромі «котячого крику». Менш вивчені дерматогліфічні зміни при генних хворобах. Однак описані специфічні відхилення цих показників при шизофренії, міастенії, лімфоїдної лейкемії.
Застосовують ці методи з метою встановлення батьківства. Докладніше вони описані у спеціальній літературі.
Запитання №27.
(Поняття спадкових хвороб: моногенні, хромосомні та мультифакторні хвороби людини, механізм їх виникнення та прояви. Приклади).
Моногеннимназивається такий тип успадкування, коли спадковий ознака контролюється одним геном.
Моногенні захворювання поділяються на кшталт успадкування:
аутосомно-домінантні (тобто, якщо хоч один із батьків хворий, то і дитина хворітиме), наприклад
-синдром Марфана, нейрофіброма-тоз, ахондроплазія
- аутосомно-рецесивні (дитина може захворіти, якщо обидва батьки носії цього захворювання, або один з батьків хворий, а другий - носій мутацій гена, що викликають це
захворювання)
- муковісцидоз, спинальна міоатрофія.
Пильну увагу до цієї групи хвороб зумовлено і тим, що, як виявилося, їх кількість значно вища, ніж думали раніше. У всіх хвороб зовсім різна поширеність, яка може коливатися в залежності і від географії і від національності, наприклад, хорея Хантінгтона зустрічається у 1 на 20 000 європейців і майже не зустрічається в Японії, хвороба Тея-Сакса характерна для євреїв-ашкеназі і вкрай рідко у інших народів.
У Росії найпоширенішими моногенно успадкованими захворюваннями є муковісцидоз (1/12000 новонароджених), група міоатрофій (1/10000 новонароджених), гемофілія А (1/5000 новонароджених хлопчиків).
Звичайно, багато моногенних захворювань виявлено вже давно і добре відомі медичним генетикам.
До хромосомнихвідносяться хвороби, зумовлені геномними мутаціями чи структурними змінами окремих хромосом. Хромосомні хвороби виникають внаслідок мутацій у статевих клітинах одного з батьків. З покоління в покоління передаються трохи більше 3-5 % їх. Хромосомними порушеннями зумовлені приблизно 50 % спонтанних абортів та 7 % усіх мертвонароджень.
Усі хромосомні хвороби прийнято ділити на дві групи: аномалії числа хромосом та порушення структури хромосом.
Хвороби, обумовлені порушенням числа аутосом (нестатевих) хромосом
синдром Дауна – трисомія по 21 хромосомі, до ознак належать: недоумство, затримка росту, характерна зовнішність, зміни дерматогліфіки;
синдром Патау – трисомія по 13 хромосомі, характеризується множинними вадами розвитку, ідіотією, часто – полідактилія, порушення будови статевих органів, глухота; практично всі хворі не доживають до одного року;
синдром Едвардса – трисомія по 18 хромосомі, нижня щелепа та ротовий отвір маленькі, очні щілини вузькі та короткі, вушні раковини деформовані; 60% дітей помирають у віці до 3-х місяців, до року доживають лише 10%, основною причиною є зупинка дихання та порушення роботи серця.
Хвороби, пов'язані з порушенням числа статевих хромосом
Синдром Шерешевського – Тернера – відсутність однієї Х-хромосоми у жінок (45 ХО) внаслідок порушення розбіжності статевих хромосом; до ознак відноситься низькорослість, статевий інфантилізм і безплідність, різні соматичні порушення (мікрогнатія, коротка шия та ін);
полісомія по Х-хромосомі - включає трисомію (каріотії 47, XXX), тетрасомію (48, ХХХХ), пентасомію (49, ХХХХХ), відзначається незначне зниження інтелекту, підвищена ймовірність розвитку психозів та шизофренії з несприятливим типом перебігу;
полісомія Y-хромосоми - як і полісомія X-хромосоми, включає трисомію (каріотії 47, XYY), тетрасомію (48, ХYYY), пентасомію (49, ХYYYY), клінічні прояви також схожі з полісомією X-хромосоми;
Синдром Клайнфельтера - полісомія по X-і Y-хромосомах у хлопчиків (47, XXY; 48, XXYY та ін), ознаки: євнухоїдний тип складання, гінекомастія, слабкий ріст волосся на обличчі, пахвових западинах і на лобку, статевий інфантилізм, безплідність; розумовий розвиток відстає, проте інколи інтелект нормальний.
Хвороби, причиною яких є поліплоїдія
триплоїдії, тетраплоідії і т. д.; причина - порушення процесу мейозу внаслідок мутації, внаслідок чого дочірня статева клітина отримує замість гаплоїдного (23) диплоїдний (46) набір хромосом, тобто 69 хромосом (у чоловіків каріотип 69, XYY, у жінок - 69, XXX); майже завжди летальні до народження
Мультифакторіальні захворювання, або хвороби зі спадковою схильністю
Група хвороб відрізняється від генних хвороб тим, що для свого прояву потребує дії факторів довкілля. Серед них також розрізняють моногенні, при яких спадкова схильність обумовлена одним патологічно зміненим геном, та полігенні. Останні визначаються багатьма генами, які в нормальному стані, але при певній взаємодії між собою та з факторами середовища створюють схильність до появи захворювання. Вони називаються мультифакторіальними захворюваннями (МФЗ).
Захворювання моногенні зі спадковим нахилом щодо нечисленні. До них можна застосувати метод менделевського генетичного аналізу. Враховуючи важливу роль середовища в їхньому прояві, вони розглядаються як спадково зумовлені патологічні реакції на дію різних зовнішніх факторів (лікарських препаратів, харчових добавок, фізичних та біологічних агентів), в основі яких лежить спадкова недостатність деяких ферментів.
Фактори, що викликають мутації, називаються мутагенними факторами (мутагенами) і поділяються на:
1. Фізичні;2. Хімічні;3. біологічні.
До фізичних мутагенних факторіввідносяться різні види випромінювань, температура, вологість та ін. Найбільш сильну мутагенну дію має іонізуюче випромінювання – рентгенівські промені, α-, β-, γ-промені. Вони мають велику проникаючу здатність.
При дії їх на організм вони викликають:
а) іонізацію тканин - утворення вільних радикалів (ВІН) або (Н) з води, що знаходиться в тканинах. Ці іони вступають у хімічну взаємодію з ДНК, розщеплюють нуклеїнову кислоту та інші органічні речовини;
б) ультрафіолетове випромінювання характеризується меншою енергією, проникає лише через поверхневі шари шкіри та не викликає іонізацію тканин, але призводить до утворення димерів (хімічні зв'язки між двома піримідиновими основами одного ланцюжка, частіше Т-Т). Присутність димерів у ДНК призводить до помилок під час її реплікації, порушує зчитування генетичної інформації;
в) розрив ниток веретена поділу;
г) порушення структури генів та хромосом, тобто. утворення генних та хромосомних мутацій.
До хімічних мутагенів належать:
Природні органічні та неорганічні речовини (нітрити, нітрати, алкалоїди, гормони, ферменти та ін.);
Синтетичні речовини, які раніше не зустрічалися в природі (пестициди, інсектициди, харчові консерванти, лікарські речовини).
Продукти промислової переробки природних сполук – вугілля, нафти.
Механізми їхньої дії :
а) дезамінування - відщеплення аміногрупи від молекули амінокислот;
б) пригнічення синтезу нуклеїнових кислот;
в) заміна азотистих основ їх аналогами.
Хімічні мутагени викликають переважно генні мутації та діють у період реплікації ДНК.
До біологічних мутагенів належать:
Віруси (грипу, краснухи, кору)
Механізми їхньої дії:
а) віруси вбудовують свою ДНК у ДНК клітин господаря.
Біологічні мутагени викликають генні та хромосомні мутації.
Класифікація мутацій
Розрізняють такі основні типи мутацій:
1. За способом виникненняїх поділяють на спонтанні та індуковані.
Спонтанні– відбуваються під впливом природних мутагенних чинників довкілля без втручання людини. Вони виникають за умов природного радіоактивного фону Землі як космічного випромінювання, радіоактивних елементів лежить на поверхні землі.
Індукованімутації викликаються штучно впливом певних мутагенних чинників.
2. По клітинах, що мутувалимутації поділяються на генеративні та соматичні.
Генеративні- відбуваються у статевих клітинах, передаються у спадок при статевому розмноженні.
Соматичні- відбуваються в соматичних клітинах і передаються тільки тим клітинам, що виникають із цієї соматичної клітини. Вони не передаються у спадок.
3. За впливом на організм:
Негативні мутації – летальні (несумісні із життям); напівлетальні (що знижують життєздатність організму); нейтральні (що не впливають на процеси життєдіяльності); позитивні (що підвищують життєздатність). Позитивні мутації виникають рідко, але мають значення для прогресивної еволюції.
4. За змінами генетичногоматеріалу мутації поділяються на геномні, хромосомні та генні.
Геномні мутації- Це мутації, викликані зміною числа хромосом. Можуть з'являтися зайві гомологічні хромосоми. У хромосомному наборі дома двох гомологічних хромосом виявляються три – це трисомія. У разі моносомії спостерігається втрата однієї хромосоми із пари. При поліплоїдії відбувається кратне збільшення гаплоїдного числа хромосом. Ще один варіант геномної мутації – гаплоїдія, за якої залишається лише одна хромосома з кожної пари.
Хромосомнімутації пов'язані із порушенням структури хромосом. До таких мутацій відносяться втрати ділянок хромосом (делеції), додавання ділянок (дуплікація) та поворот ділянки хромосом на 180 ° (інверсія).
Геннімутації, у яких зміни відбуваються лише на рівні окремих генів, тобто. ділянок молекул ДНК. Це може бути втрата нуклеотидів, заміна однієї основи на іншу, перестановка нуклеотидів або додавання нових.
Міністерство освіти та науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
ГОУВПО
«Хабаровська державна академія економіки та права»
Кафедра загальноекономічних дисциплін.
Факультет: Аудитор
Реферат на тему:
Мутації. Вплив факторів довкілля на мутагенез.
Виконав студент групи: БУК-82 В'язкова Катерина Андріївна
Перевірив викладач: Арзуманян Олена Володимирівна
Хабаровськ 2008
1.
1.Введение…………………………………………………… ……………….…..2
2.Трохи історії…………………………………………………………… ….3
3.Фактори, що впливають на мутацію………………………………………........ ..4
5.Наслідки мутацій…………………………………………………………. 9
6.Висновок……….……………….………………… ………………………...10
7.Список литературы…………………………………………………… ………11
1. Введення.
Кожне нове покоління рослин і тварин дуже схоже на своїх батьків: при схрещуванні двох сіамських кішок з'являються лише сіамські кошенята, а не кошенята якоїсь іншої породи. Ця схильність живих організмів бути схожою на своїх батьків називається спадковістю. Хоча подібність між батьками та нащадками і велика вона зазвичай не абсолютно. Більшість ознак схильна до сильного впливу умов, в яких особина зростає і розвивається.
Гілка біології, що займається явищами спадковості та вивченням законів, що управляють подібностями та відмінностями між спорідненими організмами, називається генетикою.
Зростання кожної рослини або тварини відбувається в результаті розподілу та збільшення розмірів клітин, що становлять організм. Цей поділ клітин, який є надзвичайно впорядкованим процесом, називається мітозом.
Розглядаючи клітину, що ділиться в мікроскопі після відповідної фіксації і забарвлення можна побачити в її ядрі довгасті темнозабарвлені тільця звані хромосомами. У кожній хромосомі містяться численні спадкові фактори, кожен з яких так чи інакше відрізняється від решти. Ці спадкові одиниці називають генами; кожен ген контролює успадкування однієї чи кількох ознак. Хоча гени чудово стійкі і передаються наступним поколінням з великою точністю, вони іноді відбуваються зміни, звані мутаціями. Після того, як ген
мутував у нову форму, ця нова форма виявляється стійкою і зазвичай схильна до нових змін лише вихідний ген.
2. Трохи історії.
Зроблені багато тисячоліть тому в Австралії наскельні малюнки, на яких зображені близнюки, що зрослися, можна, мабуть, вважати найпершим з підтверджень інтересу людини до вроджених каліцтв, що дійшли до нас. Час зберіг дуже мало таких древніх свідчень, вони поодинокі. У Вавилонському клинописі, якому не менше чотирьох тисяч років, перераховані та описані всього 62 типи вроджених вад розвитку людини.
Цілком ймовірно, що тисячолітні міфи і легенди про русалок, кентаврів, сфінксів, гарпій, фавнів, про Циклоп, і дволикого Януса теж викликані інтересом людини до каліцтв. Деякі вади справді мають певну схожість із подібними чудовиськами, а людська фантазія довершила їхній образ.
Причин появи виродків, як це у давнину, було не так вже й багато – злягання з дияволом, втручання надприродних сил, несприятливі астральні впливи і т.д. А вісниками астральних явищ – гороскопами – люди користуються й досі.
У Вавилоні, і в античній Греції, і в Римі поява на світ виродків тлумачилося зазвичай як несприятливе ознака: це розглядалося як застереження згори, наприклад, про майбутні суворі випробування. Іноді, таким чином, боги повідомляли про необхідність прийняти те чи інше рішення. Відомо, що наприкінці IV століття народження двоголової дитини було сприйнято як схвалення богами ідеї розділити Римську імперію на західну і східну частини.
У пізніші часи ставлення до виродків не скрізь було однаковим. Так, інквізиція в таких випадках насилала сувору кару і на дитину і на його матір, тим самим суворо перетинаючи підступи диявола. Однак у країнах, де інквізиція була настільки активна чи її було зовсім, потворним людям
нерідко приписували особливу магічну силу, здатність віщування, вгадування долі за зірками тощо. І тут уже спорідненість із потойбічними силами відігравала свою позитивну роль: саме вони забезпечували своєму «родичу» ці особливі якості. Ймовірно, що милосердя стосовно юродивими блаженним на Русі певною мірою пояснювалося саме подібними поглядами.
3. Чинники, що впливають мутацію.
Мутації, що у природних умовах під впливом довкілля позначаються терміном «спонтанні мутації».
Вплив різноманітних факторів навколишнього середовища, включаючи радіацію та ряд хімічних сполук, призводить до збільшення частоти мутацій. У 1927 році американський генетик, згодом - лауреат Нобелівської премії Генріх Меллер вперше показав, що опромінення рентгенівськими променями призводить до суттєвого збільшення частоти мутацій у дрозофіли. Ця робота започаткувала новий напрямок у біології - радіаційній генетиці. Завдяки численним роботам, проведеним за останні десятиліття, ми тепер знаємо, що при попаданні елементарних частинок (Y-кванти, електрони, протони та нейтрони) в ядро відбувається іонізація молекул води, які, у свою чергу, порушують хімічну структуру ДНК. У цих місцях відбуваються розриви ДНК, що призводить до виникнення додаткових, індукованих радіацією мутацій.
Великий обсяг інформації щодо впливу радіації на людину було отримано при вивченні наслідків бомбардування Хіросіми та Нагасакі та Чорнобильської аварії.
Перше широкомасштабне вивчення генетичних наслідків впливу радіації на людину було проведено американськими та японськими дослідниками у Хіросімі та Нагасакі. Ці роботи почалися 1946 року, тобто майже відразу після капітуляції Японії. Вибухи атомних бомб у Хіросімі та Нагасакі призвели до одномоментної загибелі десятків тисяч людей і масового опромінення людей, що вижили. На той час ефекти радіації були практично невідомі, тому американський уряд ухвалив рішення щодо проведення всебічного вивчення наслідків вибухів для населення двох міст. Тоді, волею нагоди, в американській армії служив лейтенант медичної служби Джеймс Ніл, який до війни активно займався генетичними дослідженнями на дрозофілі. Йому було доручено наукове керівництво цими роботами, які одразу набули яскраво вираженої генетичної спрямованості.
На фактори, що викликають мутації генетично, надав відповідний вплив навколишнього середовища (подагру, деякі форми цукрового діабету). Подібні захворювання найчастіше виявляються при постійному впливі несприятливих чи шкідливих факторів навколишнього середовища (порушення режиму харчування та ін.). Мутація гена може спричинити порушення синтезу білків, виконують пластичні функції. Ймовірна причина таких захворювань – синдром Елерса-Данлоса.
У стадії вивчення є захворювання, в основі яких лежить недостатність механізмів відновлення зміненої молекули ДНК.
Генна мутація може призвести до розвитку імунодефецитних хвороб (аплазія вилочкової залози у поєднанні з агаммаглобулінемією). Причиною аномальної структури гемоглобіну є заміна в молекулі залишку глютамінової кислоти на залишок валіну.
Відомий ряд мутацій генів, що контролюють синтез факторів зсідання крові.
Генні мутації можуть спричинити порушення транспорту різних сполук через клітинні мембрани. Вони пов'язані з порушенням функцій мембранних механізмів та з дефектами в деяких системах.
Якщо мутація генетично виникає при дії різних фізичних, хімічних, біологічних чинників, це називають мутагенезом.
Основою мутації є первинні ушкодження у молекулі Д.Н.К.
Мутації (від латів. mutatio - зміна, зміна), які виникають природно чи викликані штучно зміни спадкових властивостей організму результаті перебудов і порушень у його генетичному матеріалі - хромосомах і генах. Мутації – основа спадкової мінливості у живій природі.
Мутації можуть бути викликані дією зовнішніх факторів фізичної, хімічної чи біологічної природи - індуковані мутації або індукований мутагенез.
Знову виниклі мутації називаються новими мутаціями або мутаціями de novo. До них, наприклад, належать мутації, що лежать в основі ряду аутосомно-домінантних хвороб, таких як ахондроплазія (10% випадків
відносяться до сімейних форм), неврофіброматоз Реклінгаузена, І типу (50-70% сімейні форми), хвороба Альцгеймера, хорея Гентінгтона.
Мутації, що переходять від нормального стану гена (ознака) до патологічного стану, називаються прямими.
Мутації, що переходять від патологічного стану гена (ознака) до нормального стану, називаються зворотними.
Мутації у соматичних клітинах називаються соматичними. Вони формують патологічні клітинні клони (сукупність патологічних клітин) і у разі одночасної присутності в організмі нормальних та патологічних клітин призводять до клітинного мозаїцизму, наприклад, при спадковій остеодистрофії Олбрайта експресивність захворювання залежить від кількості аномальних клітин.
Соматичні мутації може бути як сімейними, і спорадичними (несемейними) формами. Вони лежать в основі злоякісних новоутворень та передчасного старіння.
Мутації у статевих клітинах називаються гермінативними. Вони зустрічаються рідше за соматичні мутації, лежать в основі всіх спадкових і деяких вроджених хвороб і передаються з покоління в покоління.
Гермінативні мутації можуть бути сімейними та спорадичними формами і успадковуватись як схильність до раку, наприклад, ретинобластома та синдром Лі-Фромені.
4. Загальні закономірності мутагенезу
Мутагенез – процес виникнення у організмі спадкових змін - мутацій. Основа мутагенезу - зміни в молекулах нуклеїнових кислот, що зберігають та передають спадкову інформацію.
Мутації виникають миттєво. Спочатку під впливом мутагенів виникає передмутаційний стан клітини. Різні репараційні системи прагнуть усунути цей стан, і тоді мутація не реалізується. Основу репараційних систем складають різні ферменти, що закодовані в генотипі клітини (організму). Таким чином, мутагенез знаходиться під генетичним контролем клітини; це – не фізико-хімічний, а біологічний процес.
Наприклад, ферментні системи репарації вирізують пошкоджену ділянку ДНК, якщо пошкоджена тільки одна нитка (цю операцію виконують ферменти ендонуклеази), потім знову добудовується ділянка ДНК, комплементарна по відношенню до нитки (цю операцію виконують ДНК-полімерази), потім відновлену ділянку зшивається з кінцями нитки, що залишилися після вирізання пошкодженої ділянки (цю операцію виконують лігази).
Існують і тонші механізми репарації. Наприклад, при втраті азотистої основи в нуклеотиді відбувається його пряме вбудовування (це стосується аденіну та гуаніну); метильна група може просто відщеплюватися; однониткові розриви зшиваються. У деяких випадках діють складніші, маловивчені системи репарації, наприклад, при пошкодженні обох ниток ДНК.
Однак за великої кількості пошкоджень ДНК вони можуть стати незворотними. Це пов'язано з тим, що: по-перше, репараційні системи можуть просто не встигати виправляти пошкодження, а по-друге, можуть ушкоджуватися самі ферменти систем репарації, незворотні пошкодження ДНК призводять до появи мутацій – стійких змін спадкової інформації.
В даний час відомо безліч найрізноманітніших мутагенів. Розглянемо механізм дії деяких із них.
5. Наслідки мутацій.
Приблизно один відсоток всіх новонароджених з'являється на світ із хромосомними або генними аномаліями. Про те, скільки вагітностей переривається через ці аномалії до терміну, точних даних немає. Переважна більшість дітей, які народилися з аномаліями спадкового апарату, мають і численні вади будови – потворності. Загалом шкода здоров'ю людини від генетичних порушень навряд чи набагато менша, ніж від серцево-судинних захворювань.
Щорічно у всьому світі народжуються мільйони дітей-виродків, десятки і сотні тисяч з них життєздатні. Приблизно дві тисячі років тому Плутарх у своєму творі «Про цікавість» писав: «…Ось і в Римі є люди, які ні в що не ставлять ні картини, ні статуї. , криворуких,
триоких, птахооких і виглядаючи, чи не вродили де-небудь порід змішання двох - жахливий виродок ... »
Нині цими проблемами займаються вчені тератології. Тератологія – наука, що займається вивченням причин походження, механізмів формування та прояву вроджених вад розвитку.
6. Висновок.
Наш спільний будинок у небезпеці. До такої думки прийшли вчені в середині XX століття, переконавшись, що технічний прогрес приховує руйнівну силу. Відчутна небезпека загрожує природі та її скарбниці – генофондам, які створюють разючу різноманітність живих форм і живлять подальший розвиток нашого унікального світу. Забруднення біосфери не тільки зазнає міцності компенсаторних можливостей природи, але впливає на здоров'я людини і вже зараз може завдати шкоди майбутнім поколінням.
4.Загальні закономірності мутагенезу…………………………………………..8
5.Наслідки мутацій………………………………………………………….9
6.Висновок……….……………….…………………………………………...10
7.Список литературы……………………………………………………………11