Види мутацій. Мутагени

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

Розділ 1. Мутагенні фактори (мутагени)

1.1 Фізичні мутагени

1.2 Хімічні мутагени

Розділ 2. Причини мутацій

Розділ 3. Класифікація мутацій

3.1 За ефектом на структуру

3.2 За ефектом на функції

3.3 За аспектом змінного фенотипу

Розділ 4. Генні мутації

Розділ 5. Хромосомні мутації

5.1 Хромосомна делеція

5.2 Хромосомна дуплікація (ампліфікація)

5.3 Хромосомна інверсія

5.4 Хромосомна транслокація

Розділ 6. Закономірності мутагенезу у риб



Вступ

Мутація - це раптова, невизначена, стійка, зміна структури елементів генотипу. Наслідком такої зміни є поява нових ознак або їх варіанти. Мутації можуть істотно змінювати морфофункціональні властивості організму. Якщо вони виникають у гаметах, тому можуть передаватись потомству.

Здатність організмів набувати нових ознак відома давно. У 1903-му році нідерландський учений Г.Д. Фріз створив теорію мутаційної мінливості. Згідно з теорією, мутації що виникають спонтанно, успадковуються, трапляються рідко і можу бути корисним, нейтральними або шкідливими; одні й ті ж самі мутації можуть виникати неодноразово. Організм у якого відбулася мутація називають мутагенним.

Мутації - фундаментальне загальнобіологічне явище, властивий для всіх видів живих організмів я людини. Наслідком мутації можуть бути аномалії будови тіла, порушення функцій, а також спадкові хвороби людини.

Мутаційна мінливість характером революції й утворення нових популяцій і видів. У природних умовах мутації виникають з різною частотою, але я під дією мутагенних факторів, частота їх може сильно зростати.

За характером змін генетичного апарату розрізняють мутації, зумовлені зміни як кількості хромосом і їхньої структури, так і на молекулярному рівні (генні мутації). За рівнем змін спадкового апарату мутації поділяють на генні, хромосомні і геномні.

Генні мутації зміни в структурі одного гена. Вони є наслідком змін ділянок ДНК, перестановки нуклеотидів, випадання окремих із них або монтування нового нуклеотиду. Більшість мутації якими пов'язана еволюція органічного світу і селекції є генними. Саме генні мутації є причиною хвороби обміну речовин (фенілкетонурія).

Хромосомні мутації (аберації) зумовлені зміною структури хромосом. Вони можуть бути внутрішньохромосомними, що пов'язано з порушенням структури окремої хромосоми, і міжхромосомними, що відбувається між негомологічними хромосомами. Серед внутрішньо хромосомних аберацій виділяють: дуплікація - подвоєння ділянок хромосоми; інверсію - поворот ділянки хромоми на 180 градусів; транслокації - переміщення ділянки з одного місця хромосоми в інше.

Геномні мутації (для людей несумісні з життям) спричиняється зміною кількості хромосом у каріотипі. Поліплоїдія та гетероплоїдія (анеуплоїдія). Збільшення кількості хромосом, крани гаплоїдному набору (3n, 4n і т.д.), називають поліплоїдією. Виникнення поліплоїдів пов'язане з порушенням мейозу.

За ступенем впливу мотивації на організм розрізняють мутації корисні, шкідливі, нейтральні, сублетальні, летальні. Оскільки мутації виникають у будь-яких клітинах, розрізняють мутації соматичні і генеративні (у статевих клітинах).



Розділ 1. Мутагенні фактори (мутагени)

Під індукованим ( штучно зумовленим) мутагенез у розуміють виникнення спадкових змін внаслідок впливу на організм особливих агентiв-мутагенів. Залежно від природи мутагенну розрізняють радіаційний (фізичний) хімічний мутагенез. Як відомо, частота природних мутації невелика і становить приблизно 10-5 (з розрахунку на 1 ген за одне покоління). Індукований мутагенез дає змогу значно підвищити частоту мутацій.

Таким чином, за допомогою даного методу вдається забезпечити одну з найбільш важливих умов успішної селекції - підвищення спадкової мінливості селекціонованого матеріалу. Відкриття явища індукованого мутагенезу у двадцятих тридцятих роках минулого століття пов'язане з іменами великих радянських і зарубіжних вчених: Г.А. Надсона, Г.С. Філіппова, В.В. Сахарова, М.Є. Лабашева, Г. Меллера. Пізніше у сфері теоретичних досліджень і практичного застосування даного методу на культурних рослинах та мікроорганізмах було досягнуто значних успіхів.

1.1 Фізичні мутагени

До фізичних мутагенів відносять усі види іонізуючого випромінювання (гамма-рентгенівські промені, електрони, позитрони, нейтрони), ультрафіолетове випромінювання, високу і низьку температуру. Найбільш небезпечним є іонізуюче випромінювання( іонізуюча радіація). Усі види іонізуючого випромінювання мають високу проникність характеризується біологічною дією. Проникаючи через тканини організму, вони передають свою енергію атомам цих тканин, зумовлюють їхнє збудження та іонізацію.

Особливо чутливими є поліферуючі тканини - лімфоїдні та кровотворні. Іонізуюче випромінювання діє на всі компоненти клітини, але особливо вразливими є хромосоми ядра. У молекулах ДНК виникають розриви з'являються хромосомні аберації, точкові мутації. Індукція мутації відбуваються дії будь-яких доз, а зі збільшенням дози пропорційно зростає число мутацій. Генетичний ефект малих доз сумується. Будь - яке застосування іонізуючого випромінювання потребує дотримання правил радіаційної безпеки ї протипроменевого захисту.

1.2 Хімічні мутагени

Хімічні мутагени - різноманітні хімічні речовини, які використовуються у сільському господарстві як гербіциди, пестициди, у медицині як лікарські препарати, у промисловості, у тому числі в харчовій, у побуті. З метою профілактики мутагенезу кожну хімічну сполуку, яку передбачають застосувати, випробовують на мутагенність.

Найбільш сильні мутагени (супермутагени) - етиленімін, діетилсульфат, перекис водню, іприт. До другої групи входять речовини, які близькі за будовою до азотистих основ нуклеїнових кислот і діють на них. Відносність акридини та їх похідні. У четверту групу входять азотиста кислота, формальдегід, гідроксиламін.

Біологічні мутагени - віруси, живі вакцини, токсини ряду організмів, особливо плісеневих грибів.

Комутагени - чинники, які підсилюють дію мутагенних чинників( токсини гельмінтів).

Антимутагени - речовини що знижують частоту мутацій. Вони нейтралізують мутагенного його реакції з молекулою ДНК або знімають пошкодження ДНК, зумовлені мутагеном. Антимутагенну дію мають вітаміни, глутамін, серотонін, резерпін, а також деякі фізичні чинники( денне світло).



Розділ 2. Причини мутацій

Є два класи мутацій - спонтанні мутації( молекулярний розпад) і вимушені мутації, викликані мутагенами.

1. Спонтанні мутації на молекулярному рівні включають:

· Таутомеріям - в основі замінюються розташування водневого атома;

· Депуринація - втрата пурину (A або G);

· деамінізація - заміна нормальний установи на не типу; C-U (може бути виправлений механізми ремонту ДНК), або спонтанна 5-vtnbkwbnjpbye (непоправна), або А-НХ (гіпоксантин);

· транзиція - пурин стає піримідином, або навпаки.

2. Вимушені мутацій на молекулярному рівні можуть бути викликані:

Хімічними речовинами:

· нітрозогуанадін (nitrosoguanidine, NTG)

· аналоги установ (наприклад BrdU)

· прості хімічні речовини (кислоти)

· алкінуючі агенти (наприклад, N- етил-N-нітрозосечовина, ENU).

Ці агенти можуть діяти на ДНК як при реплікації, так і у інший час.

На відміну, аналог основи може тільки при реплікації ДНК.

Кожний з них класів хімічних мутагенів має певні ефекти, які приводять до традицій, трансверсій або делецій.

Радіація або випромінювання:

· Ультрафіолетове випромінювання (неіонізуюче випромінювання)- збуджені електрони до вищого рівня енергії та визиває хімічні реакції інакше неможливо.

Дві нуклеотидні основи ДНК - цитозин та тимін- найуразливіші до збудження, які може замінити властивості спаровування цих основ.

· Іонізуюча радіація (коротка дія).

ДНК існують так звані гарячі точки, де мутації відбуваються до 100 разів частіше, ніж у решти ДНК. Гаряча точка може знаходитись незвичайній основі, наприклад, 5-метилцитозині.



Розділ 3. Класифікація мутацій

3.1 За ефектом на структуру

Послідовність ДНК гена може бути змінена безліччю шляхів. Генні мутації мають рідні ефекти на здоров'я залежно від того, де вони відбуваються і чи змінюють вони функцію важких білків. Структурно, мутації можуть класифікуватися, як:

1. Невеликі мутації, що роблять один або декілька нуклеотидів, зокрема:

· точкові мутації, часто викликані хімічними речовинами або помилками при репарації ДНК, представляють собою зміну одного нуклеотиду іншим. Найбільш загальна зміна пурину на пурин (A-G) або на піримідин (C-T). Така зміна може бути викликана азотистою кислотою, помилкою спарювання основ або мутагенними аналогами основ, наприклад, 5-бромо-2-дезоксиуридином (BrdU). Менш реальний випадок- трансверсія, або зміна пурину на піримідин, або піримідину на пурин (C/Т-А/G). Точкова мутація може бути нейтралізована іншою точковою мутацією, в якій нуклеотид змінюється назад до свого оригінального стану (дійсна реверсія). Такі зміни класифікуються як переходи трансверсії. Приклад транс версії - аденін, що перетворюється в цитозин. Точкові мутації мутації, які відбуваються в мережах області гена, що кодує білки, можуть бути класифіковані на три види, залежно від того для чого використовуються помилкові кодони:

· Безмовні мутації: які кодують ту ж саму амінокислоту (сеймс-мутації);

· Міссенс мутації: які кодують іншу амінокислоту.

· Нонсенс мутації: які кодують код зупинки (стоп-кодон) трансляції білка.

· Вставки додають один або більше нуклеотидів до ДНК. Вони звичайно викликані мобільний генетичними елементами, або помилками протягом копіювання елементів, що повторюються (наприклад, АТ- перетворення). Вставки в кодуючі області гена можуть змінювати силайсинг мРНК або викликати "зміщення рамки".

Обидва типи мутацій можуть змінити продукти гена. Вставки не можуть бути звернені делецією мобільного генетичного елементу.

· Делеції видаляють один або більше нуклеотидів з ДНК. Подібно вставкам, ці мутації можуть викликати " зміщення рамки" гена. Вони незворотні. мутація генотип хромосомний риба

2. Великі мутації хромосомній структурі:

· Ампліфікація (дублювання гена) приводять до багатьох копій хромосомних областей, збільшуючи дозування генів, розміщених в інших межах.

· Делеції великих хромосомних областей приводять до втрати генів в цих областях.

3. Мутації, чий ефект - зіставити разом окремі шматки ДНК , що може привести до створення гібридних генів з новою функціональністю. Вони включають:

· Хромосомні транслокації: обмін частинами генів між не гомологічними хромосомами.

· Інтерстиціальні (проміжні) делеції видалення областей ДНК з єдиної хромосоми,таким чином сполучаючи наперед віддалені гени.

· Хромосомні інверсії: зміна орієнтації хромосомного сегменту.

· Втрати гетерозиготності: втрата одного алелю, шляхом делеції або рекомбінації, в організмах які перед тим мали два.

3.2 За ефектом на функції

· Мутації втрати функції приводять до вибору гена, що має зменшену або не має функції. Коли алель має повну втрату функції (нульовий алель), така мутація часто називається аморфною мутацією.

Фенотипи, пов`язані з такими мутаціями, частіше всього рецесивні, але є вийнятки - коли організм гаплоїдний або коли зменшене дозування продукту гена мало для підтримання нормального фенотипу (гаплонедостатність).

· Мутації отримання функції замінюють продукт гена таким чином, що він набуває нової анормальної функції. Такі мутації звичайно мають домінантний фенотип.

· Домінантні негативні мутації (антиморфні мутації) мають змінений продукт гену, який аналогічно до алелю дикого типу. Такі мутації звичайно приводять до зміненої молекулярної (часто недіючої) і характеризуються домінантними або напівдомінантним фенотипом. Синдром Марфана у людини - приклад домінантної негативної мутації, яка проявляється як аутосомна домінантна хвороба. За цими умовами, дефектний глікопротеїн, що кодується зміненим геном фібрилу (FBN1) протидіє продукту алелю.

· Смертельні мутації - мутації, які приводять до фенотипу, нездібному до ефективного відтворення.

3.3 За аспектом змінного фенотипу

· Морфологічні мутації звичайно виливають на зовнішність індивідуума. Мутації можуть змінити висоту рослини або змінити вигляд її насіння від гладкого до грубого.

· Біохімічні мутації приводять до пошкоджень, що зупиняють ферментний шлях. Часто, морфологічні мутанти - прямий результат мутації завдяки ферментному шляху.



Розділ 4. Генні мутації

Генні мутації являють собою молекулярні, не видимі в світловому мікроскопі зміни структури ДНК. До мутацій генів відносяться будь-які зміни молекулярної структури ДНК, незалежно від їх локалізації та впливу на життєздатність. Деякі мутації не роблять ніякого впливу на структуру і функцію відповідного білка.

Інша (більша) частина генних мутацій призводить до синтезу дефектного білка, не здатної виконувати властиву йому функцію. Саме генні мутації обумовлюють розвиток більшості спадкових форм патології.

Найбільш частими моногенними захворюваннями є: муковісцидоз, гемохроматоз, адрено-генітальний синдром, фенілкетонурія, нейрофіброматоз, міопатії Дюшенна-Беккера і ряд інших захворювань.

Клінічно вони проявляються ознаками порушень обміну речовин (метаболізму) в організмі. Мутація може полягати:

1. В заміні заснування в кодоні, це так звана міссенс-мутація (від англ, mis - помилковий, неправильний + лат. Sensus - сенс) - заміна нуклеотиду в кодує частини гена , призводить до заміни амінокислоти в поліпептиді;

2. У такій зміні кодонів, яке призведе до зупинки зчитування інформації, це так звана нонсенсмутація (від лат. non - ні + sensus - сенс) - заміна нуклеотиду в кодує частини гена, призводить до утворення кодону-термінатора (стоп-кодону) і припиненню трансляції;

3. Порушенні зчитування інформації, зсуві рамки зчитування, званому фреймшіфтом (від англ. frame - рамка + shift: - зрушення, переміщення), коли молекулярні зміни ДНК призводять до зміни триплетів в процесі трансляції.



Розділ 5. Хромосомні мутації

5.1 Хромосомна делеція

Делеція - хромосомні перетворення, при яких проходить втрата ділянки хромосоми. Делеція може бути наслідком розриву хромосоми або результатом невірного кросинговера. За положенням загубленої ділянки хромосоми делеції класифікують на внутрішні (інтерстиціальні) і кінцеві (термінальні).

Інтерстиціальні делеції - відсутня внутрішня ділянка, не зачіпає теломери (мал. 1.).

Мал. 1. - Хромосомна делеція

Кінцеві делеції - відвутній теломерний район і прилегла до нього ділянка. Якщо після утворення делеції хромосома зберегла ценромеру, вона аналогічно до інших хромосом передається при поділі, ділянки вже без ценромери як правило втрачаються. При кон`югації гомологів під час кросинговеру у нормальної хромосоми на місці делеції в мутантній хромосомі утворилася так звана делеційна петля, яка компенсує відсутність делетованої ділянки.

Дослідні делеції рідко захоплюють проміжні ділянки хромосом, зазвичай такі аберації летальні. Найкраще вивчене захворювання, зумовлене делецією, є синдром котячого крику. У його основі лежить делеція невеликої ділянки короткого плеча 5 хромосоми. Для хворих характерний ряд відхилень від норми: порушення функції серцево-судинної, травної систем, недорозвинення гортані, загальне відставання розвитку, розумова відсталість, місяцеподібне обличчя з широко розставленими очима.

5.2 Хромосомна дуплікація (ампліфікація)

Дуплікація - різновид хромосомних перетворень, при якій ділянка хромосоми виявляється подвоєною (мал. 2.). Може статися в результаті невірного кросинговеру, помилці при гомологічній рекомбінації, регротранспозиції.

Дуплікації з`являються в результаті невірного кросинговеру або в результаті помилки в ході рекомбінації.

При кон`югації хромосоми з дуплікацією нормальної хромосоми, як при делеції формується компенсаційна петля. Практично у всіх організмів в нормі спостерігається множинність генів, що кодують рРНК. Це явище називають надлишковістю генів.

Мал. 2. - Дуплікація генів



5.3 Хромосомна інверсія

Хромосомні аберації пов`язані з поворотом окремих ділянок хромосоми на 180^о. Відбувається в результаті двох розривів в одній хромосомі. Призводять до того, що ділянка займає інвертне положення. Класифікують пара- і пере центричні інверсії.

У разі пара центричної інверсії відбуваються два розриви хромосоми, обидва з одного боку від ценромери (мал. 3.). Ділянка між точками розриву повертається на 180^о.

При переценричній інверсії точки розриву розташовані по обидва боки від ценромери (мал. 4.). Ця інверсія є збалансованою перебудовою, але при гаметогенезі утворюються незбалансовані гамети. Це відбувається тоді, коли в межах інверсії виникає хіазма і здійснюється кросинговер.

У людини найпоширенішою є інверсія в 9 хромосомі, що не шкодить носієві, хоча існують дані, що у жінок з цією мутацією існує 30% вірогідність викидня.

Мал. 3. - Парацентрична інверсія



Мал. 4. - Перецентрична інверсія

5.4 Хромосомна транслокація

Транс локація - тип хромосомних мутацій при яких відбувається перенесення ділянки.

Мал. 5. - Хромосомна транслокація



Розділ 6. Закономірності мутагенезу у риб

На рибах використовують метод хімічного індукованого мутагенезу. Розробку цього методу було розпочато в СРСР у середині сімдесятих років за ініціативою В.С. Кирпичникова, а в подальшому успішно досліджено Р.М. Цоєм. Основні відомості, що стосується закономірності хімічного мутагенезу у риб, отримані в роботах із селекції коропа. Об'єктами досліджень були також пелядь, райдужна форель, білий амур, буфало. У роботах з рибами як мутагени було використано різні алкілувальні сполуки з високою біологічної активністю. Ці сполуки, вибірково впливають на ДНК, пошкоджують її, що може призвести до виникнення мутацій. Для отримання індукованих мутацій зазвичай обробляють статеві клітин(ікру, сперму) або ранні зародки риб. Генетичний ефект тим вищий,чим доступне ядро клітини до дії мутагенів. З цієї точки зору більш ефективна обробка мутагеном зрілих сперміїв. При обробці сперміїв знижується також імовірність накопичення мутагенного плазмі статевої клітини і його подальший вплив на зародок. Мутагенний ефект алкілувальних з'єднань доведено на прикладі генів лускатого покрову коропа.

Так, при обробці сперми коропа НЕМ виявлено мутації алеля n>N і алелі S>s. При обробці сперми коропа ДМС ці дві мутації виявлено одночасно. Середня частота виникнення домінантної мутації N серед нащадків, отриманий з використанням НЕС і ДМС, становила 1,1*10-3 (45 мутантних особин серед 40 323 шт. цьоголітків) і була більш ніж на два порядки вища від частоти природніх мутації іншим підтвердженням можливості мутагенного ефекту алкілувальних сполук є підвищення частоти хромосомних перебудов (розрив хромосоми, злипання та інші), що легко реалізується при аналізі ембріональних мітозів.

Установи напевно специфічність мутагенів за характером викликаний мутацій. Так, наприклад, при обробці сперми коропа НЕМ частіше виникають точкові(генні) мутації, а при обробці сперми ДМС музичні інструменти - хромосомні перебудови. Непрямим підтвердженням мутагенної дії хімічних сполук є збільшення фенотипічної мінливості різних ознак. У різних видів риб чутливість до одного і того самого мутагену може бути різною. За однакових доз впливу НЕМ на спермін (концентрація мутагену 0,0025-0,02%) виживання ембріонів комутагени нього потомства становило (у % від контролю): 35,5-0,0 (білий товстолобик). Багато мутагенів активні в широкому діапазоні концентрацій, але найбільш ефективної концентрації мутагени, які близькі до напівлетальних. Порівняльна оцінка багатьох алкілувальних сполук використання цитогенетичного та інших тестів дала змогу виявити найбільш ефективні мутагени. Ними були НЕМ і ЕІ. Модельні потомства першого покоління характеризується зниженою частотою виживання і підвищеним числом аномальний особин, що є наслідком індукованих шкідливих, у тому числі летальних домінантних мутацій. Основна загибель особин - носіїв таких мутацій - відбувається в ембріогенезі, починаючи з пізньої бластули; значна частина нащадків гине в період вилуплення.

Серед життєздатного потомства зустрічаються різноманітні аномалії. Наприклад, мутагенного потомства коропа виявлено 23 типи аномалій. Різні мутагени індукують спектор аномалій. Найбільш частими порушеннями (трапляються при використанні практично всіх мутагенів) виявилися викривлення хребта, аномалії голови та рота. При високих дозах мутагенів вони можуть становити в потомстві 20-30 відсотків.

Размещено на Allbest.ru

...