biološke mutacije. Genske mutacije

Mutacija se razumije promjena količine i strukture DNK u stanici ili u organizmu. Drugim riječima, mutacija je promjena genotipa. Značajka promjene genotipa je da se ta promjena kao rezultat mitoze ili mejoze može prenijeti na sljedeće generacije stanica.

Najčešće se pod mutacijama podrazumijeva mala promjena u slijedu nukleotida DNK (promjene u jednom genu). To su tzv. No, osim njih, postoje i kada promjene zahvaćaju velike dijelove DNK, odnosno mijenja se broj kromosoma.

Kao rezultat mutacije, u organizmu se iznenada može pojaviti nova osobina.

Ideju da je upravo mutacija uzrok pojave novih osobina koje se prenose kroz generacije prvi je izrazio Hugh de Vries 1901. godine. Kasnije su mutacije u Drosophili proučavali T. Morgan i osoblje njegove škole.

Mutacija - šteta ili korist?

Mutacije koje se javljaju u "beznačajnim" ("tihim") dijelovima DNK ne mijenjaju karakteristike organizma i lako se mogu prenositi s generacije na generaciju (prirodna selekcija neće djelovati na njih). Takve se mutacije mogu smatrati neutralnim. Mutacije su također neutralne kada se segment gena zamijeni sinonimnim. U tom slučaju, iako će slijed nukleotida na određenom području biti drugačiji, sintetizirat će se isti protein (s istim slijedom aminokiselina).

Međutim, mutacija može utjecati na značajan gen, promijeniti slijed aminokiselina sintetiziranog proteina i, posljedično, uzrokovati promjenu karakteristika organizma. Nakon toga, ako koncentracija mutacije u populaciji dosegne određenu razinu, to će dovesti do promjene karakterističnog obilježja cijele populacije.

U divljini se mutacije javljaju kao greške u DNK, pa su sve one a priori štetne. Većina mutacija smanjuje vitalnost organizma, uzrokuje razne bolesti. Mutacije koje se javljaju u somatskim stanicama ne prenose se na sljedeću generaciju, ali kao rezultat mitoze nastaju stanice kćeri koje čine jedno ili drugo tkivo. Često somatske mutacije dovode do stvaranja raznih tumora i drugih bolesti.

Mutacije koje se javljaju u zametnim stanicama mogu se prenijeti na sljedeću generaciju. U stabilnim uvjetima okoliša štetne su gotovo sve promjene genotipa. Ali ako se okolišni uvjeti promijene, može se pokazati da će prethodno štetna mutacija postati korisna.

Na primjer, mutacija koja uzrokuje stvaranje kratkih krila kod nekog kukca vjerojatno će biti štetna za populaciju koja živi na mjestima gdje nema jakog vjetra. Ova mutacija će biti slična deformaciji, bolesti. Insekti s njim će imati poteškoća u pronalaženju partnera za parenje. Ali ako na terenu počnu puhati jači vjetrovi (na primjer, šumsko područje je uništeno kao posljedica požara), tada će kukce s dugim krilima vjetar odnijeti, bit će im teže kretati. U takvim uvjetima, jedinke kratkih krila mogu dobiti prednost. Češće će naći partnere i hranu od dugokrilih. Nakon nekog vremena u populaciji će biti više kratkokrilih mutanata. Tako će mutacija biti fiksirana i postati norma.

Mutacije su temelj prirodne selekcije i to je njihova glavna prednost. Za tijelo je ogroman broj mutacija štetan.

Zašto nastaju mutacije?

U prirodi se mutacije javljaju nasumično i spontano. Odnosno, svaki gen može mutirati u bilo kojem trenutku. Međutim, učestalost mutacija u različitim organizmima i stanicama je različita. Na primjer, to je povezano s trajanjem životnog ciklusa: što je kraći, to se češće javljaju mutacije. Dakle, mutacije se mnogo češće javljaju u bakterijama nego u eukariotskim organizmima.

osim spontane mutacije(događa se prirodno) su inducirano(od strane osobe u laboratorijskim uvjetima ili nepovoljnim uvjetima okoline) mutacije.

U osnovi, mutacije nastaju kao posljedica pogrešaka u replikaciji (udvostručavanju) DNK, popravku (restauraciji) DNK, s nejednakim križanjem, nepravilnom segregacijom kromosoma u mejozi itd.

Dakle, u stanicama se neprestano odvija restauracija (popravak) oštećenih dijelova DNK. Međutim, ako se zbog raznih razloga naruše mehanizmi popravka, greške u DNK će ostati i nakupljati se.

Rezultat pogreške u replikaciji je zamjena jednog nukleotida u lancu DNA drugim.

Što uzrokuje mutacije?

Povećane razine mutacija uzrokuju rendgenske, ultraljubičaste i gama zrake. Također, mutageni uključuju α- i β-čestice, neutrone, kozmičko zračenje (sve su to čestice visoke energije).

Mutagen je nešto što može uzrokovati mutaciju.

Uz različita zračenja, mnoge kemikalije imaju mutageno djelovanje: formaldehid, kolhicin, sastojci duhana, pesticidi, konzervansi, neki lijekovi itd.

Mutacije su promjene u DNK stanice. Nastaju pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, zračenja (rendgenskih zraka) itd. Oni su naslijeđeni i služe kao materijal za prirodnu selekciju. razlike od modifikacija

Genske mutacije – promjena u strukturi jednog gena. To je promjena u slijedu nukleotida: ispadanje, umetanje, zamjena itd. Na primjer, zamjena A s T. Uzroci - kršenja tijekom udvostručavanja (replikacije) DNK. Primjeri: anemija srpastih stanica, fenilketonurija.

Kromosomske mutacije - promjena u strukturi kromosoma: gubitak mjesta, udvostručenje mjesta, rotacija mjesta za 180 stupnjeva, prijenos mjesta na drugi (nehomologni) kromosom itd. Uzroci - prekršaji tijekom prelaska. Primjer: sindrom mačjeg plača.

Genomske mutacije – promjena broja kromosoma. Uzroci - kršenja u divergenciji kromosoma.

Poliploidija - višestruke promjene (nekoliko puta, na primjer, 12 → 24). Ne javlja se kod životinja, u biljkama dovodi do povećanja veličine.

Aneuploidija je promjena u jednom ili dva kromosoma. Na primjer, jedan dodatni dvadeset i prvi kromosom dovodi do Downovog sindroma (dok je ukupan broj kromosoma 47).

Citoplazmatske mutacije su promjene u DNK mitohondrija i plastida. Prenose se samo po ženskoj liniji, jer. mitohondrije i plastidi iz spermatozoida ne ulaze u zigotu. Primjer u biljkama je šarenilo.

Somatski - mutacije u somatskim stanicama (stanice tijela; mogu biti četiri od gore navedenih vrsta). Tijekom spolnog razmnožavanja se ne nasljeđuju. Prenose se tijekom vegetativnog razmnožavanja u biljkama, tijekom pupanja i rascjepkanosti kod koelenterata (u hidri).

Ako uzmemo u obzir odnos između reprodukcije stanica i njihovog sazrijevanja, onda se svi geni somatskih stanica mogu podijeliti u tri velike skupine:

Geni koji kontroliraju reprodukciju ili autosintetski geni (AC geni);

Geni koji reguliraju specifičnu staničnu aktivnost (kretanje, izlučivanje, razdražljivost, probavu stranih tijela) ili heterosintetski geni (HS geni);

Geni koji nose informacije za samoodržanje (CC-geni), na primjer, geni koji reguliraju disanje stanica.

Ovi nazivi ukazuju da je metabolizam stanica tipa AC usmjeren samo na reprodukciju vlastite vrste, a specijalizirana aktivnost GS-stanica usmjerena je na održavanje cijelog organizma. U mladim stanicama prvenstveno se očituje aktivnost AC i CC gena, dok su GS geni u stanju mirovanja. Dozrijevanje je uvijek određeno nekim induktorom (faktorom). Tijekom diferencijacije postupno se aktiviraju GS geni i započinje sinteza specijaliziranih proteina. U stanicama prosječnog stupnja zrelosti još su aktivni AC geni, a već se očituje aktivnost GS gena. Drugim riječima, aktivnost specifičnih tvari je neophodna za istovremenu reprodukciju i rast stanica. Istodobno, u rad se uključuje novi regulatorni gen (regulator) koji određuje sintezu intracelularnog inhibitora. Ovaj inhibitor se veže na AC gene, blokirajući ih. Postupno se reprodukcija, regulirana AC genima, zaustavlja i zrele slijepe stanice više nisu sposobne za dijeljenje.

Somatske mutacije su nasljedne promjene u somatskim stanicama koje se javljaju u različitim fazama razvoja pojedinca. Često se ne nasljeđuju, ali ostaju sve dok živi organizam zahvaćen učinkom mutacije. U tom slučaju, oni će biti naslijeđeni samo u određenom klonu stanica koji potječe od mutantne stanice. Poznato je da mutacije u genima somatskih stanica u nekim slučajevima mogu uzrokovati rak. Mutacije koje se javljaju u somatskim tkivima zovu se somatske mutacije. Somatske stanice čine populaciju nastalu tijekom aseksualne reprodukcije (diobe) stanica. Somatske mutacije uzrokuju genotipsku raznolikost tkiva, često nisu nasljedne i ograničene su na pojedinca u kojem su nastale. Somatske mutacije javljaju se u diploidnim stanicama, stoga se pojavljuju samo s dominantnim genima ili s recesivnim, ali u homozigotnom stanju. Što se ranije mutacija dogodi u ljudskoj embriogenezi, veća površina somatskih stanica odstupa od norme. Maligni rast uzrokuju karcinogeni, među kojima su najnegativnija penetrirajuća zračenja i aktivni kemijski spojevi (tvari), a iako se somatske mutacije ne nasljeđuju, smanjuju reproduktivne sposobnosti organizma u kojem nastaju.

Karcinogeneza je mehanizam za provođenje vanjskih i unutarnjih čimbenika koji uzrokuju transformaciju normalne stanice u stanicu raka, potiču rast i širenje maligne neoplazme. Karcinogeneza sadrži dvije različite skupine procesa: oštećenje i popravak tih oštećenja (patogena i sanogena). Ovi se procesi mogu shematski postaviti na tri razine - stanica, organ, organizam, shvaćajući da su od samog početka svi procesi međusobno povezani, a ne sekvencijalni. Proces razvoja zloćudnog tumora, potaknut različitim čimbenicima, načelno je sličan, pa se stoga, uz izvjesnu generalizaciju, može govoriti o monopatogenetskoj prirodi raka.

Mehanizam karcinogeneze na staničnoj razini je višestupanjski, odnosno glavne faze karcinogeneze (inicijacija, promicanje) također imaju "podfaze" koje ovise o kvalitativnim karakteristikama samih kancerogena i o karakteristikama pojedinih stanica, posebice faze njihovog staničnog ciklusa. Mehanizmi kemijske i fizičke karcinogeneze kao glavni pokretači raka mogu se opisati pojednostavljeno, shematizirano, ističući samo glavne komponente. Smatra se da ne postoje granične (dopuštene) koncentracije kemijskih i radijacijskih karcinogena te ih je nemoguće odrediti. Razlog tome je prisutnost ogromnog broja kancerogena u okolišu i potreba da se uzme u obzir njihov sinergijski učinak.

Sve kancerogene tvari po podrijetlu mogu se podijeliti u dvije velike skupine – egzogene i endogene. egzogeni karcinogeni. Kancerogene tvari koje se nalaze u vanjskom okruženju klasificiraju se kao egzogene. Pojava tumora kod osoba određenih profesija zabilježena je već u 18. stoljeću. Sada je utvrđeno da širok raspon kemikalija iz različitih klasa spojeva - ugljikovodici, amino-azo spojevi, amini, fluoreni, itd. - mogu uzrokovati tumore. Doktrina endogenih karcinogena dobila je eksperimentalne dokaze u radovima L. M. Shabada i sur. o otkrivanju kancerogene aktivnosti u ekstraktima benzena iz jetre ljudi koji su umrli od raka. Ova doktrina je obogaćena konkretnim sadržajem u vezi s otkrićem kancerogenog djelovanja u aromatskim derivatima triptofana, metoksiindola, metabolita tirozina i, sukladno tome, otkrićem izopačene izmjene aromatskih aminokiselina u bolesnika s različitim vrstama tumora.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ 5 Užasnih ljudskih mutacija koje su ŠOKIRale znanstvenike

✪ Vrste mutacija. Genske mutacije

✪ 10 LUDIH LJUDSKIH MUTACIJA

✪ Vrste mutacija. Genomske i kromosomske mutacije

✪ Lekcija biologije #53. Mutacije. Vrste mutacija.

titlovi

Nick Vujičić rođen je s rijetkim nasljednim poremećajem zvanim Tetra-Amelia sindrom. Dječaku su nedostajale pune ruke i noge, ali je postojalo jedno djelomično stopalo s dva spojena prsta; to je dječaku omogućilo da nauči hodati, plivati, skateboard, raditi na računalu i pisati nakon kirurškog odvajanja prstiju. Zabrinut zbog invaliditeta kao dijete, naučio je živjeti sa svojim hendikepom, dijeleći svoje iskustvo s drugima i postao svjetski poznat motivacijski govornik. Godine 2012. Nick Vuychich se oženio. I nakon toga par je imao 2 apsolutno zdrava sina. 2015. godine u Egiptu je rođena beba s jednim okom na sredini čela. Liječnici su rekli da novorođeni dječak boluje od ciklopije, neobične bolesti čije ime potječe od jednookih divova iz grčke mitologije. Bolest je bila posljedica izlaganja zračenju u maternici. Kiklopija je jedan od najrjeđih oblika urođenih mana. Djeca rođena s ovim stanjem često umiru ubrzo nakon rođenja, jer često imaju druge ozbiljne mane, uključujući oštećenje srca i drugih organa. U Sjedinjenim Državama u Iowi živi Isaac Brown, koji ima vrlo neobičnu bolest. Bit ove bolesti je da dijete ne osjeća bol. Zbog toga su Isaacovi roditelji prisiljeni stalno nadzirati sina kako bi spriječili ozbiljne ozljede djeteta. Dječakova sposobnost da ne osjeća bol rezultat je rijetke genetske bolesti. Naravno, dječak osjeća bol tijekom ozljeda, samo što su ti osjećaji nekoliko puta slabiji od onih kod svih ljudi. Nakon što je slomio nogu, Isaac je shvatio da jednostavno nešto nije u redu s njegovom nogom, jer nije mogao hodati kao i obično, ali nije bilo boli. Osim što beba ne osjeća bolove, pri pregledu mu je dijagnosticirana anhidroza, odnosno ne postoji mogućnost regulacije vlastite tjelesne temperature. Trenutačno stručnjaci proučavaju uzorke DNK dječaka, nadajući se da će pronaći defekt u genima i razviti tretmane za takvu bolest. Mala Amerikanka po imenu Gabby Williams ima rijetko stanje. Ostat će zauvijek mlada. Sada ima 11 godina i 5 kilograma. Istovremeno, ona ima lice i tijelo djeteta. Njezino čudno odstupanje nazvano je stvarnom pričom o Benjaminu Buttonu, jer je djevojčica od godinu dana proživjela četiri godine. I ovo je nevjerojatan fenomen, nad kojim se deseci stručnjaka razbijaju. Kad se rodila, bila je ljubičasta i slijepa. Testovi su pokazali da ima anomaliju mozga te da joj je oštećen vidni živac. Ima dvije srčane mane, rascjep nepca i abnormalan refleks gutanja, pa može jesti samo kroz cjevčicu u nosu. Također, djevojka je potpuno glupa. Beba može samo plakati ili se ponekad nasmiješiti. U DNK nema odstupanja, ali Gabby gotovo ne stari u usporedbi s drugim ljudima, a nitko ne zna što je tome razlog. Javier Botet pati od rijetkog genetskog poremećaja poznatog kao Marfanov sindrom. Ljudi s ovom bolešću su visoki, mršavi, imaju izdužene udove i prste. Njihove kosti nisu samo izdužene, već imaju i nevjerojatnu fleksibilnost. Vrijedi napomenuti da bez liječenja i njege, oni koji pate od Marfanovog sindroma rijetko prežive četrdesetu. Javier Botet, s 2 metra visine, teži samo 45 kg. Ovi specifični vanjski podaci, značajke fizičke strukture i genetski sustav pomogli su Botetu da postane "njegov" u horor filmovima. Glumio je zastrašujuće mršavog zombija u trilogiji Reportaža, kao i jezive duhove u Mama, Crimson Peak i The Conjuring 2.

Uzroci mutacija

Mutacije se dijele na spontano I inducirano. Spontane mutacije javljaju se spontano tijekom cijelog života organizma u normalnim okolišnim uvjetima s učestalošću od oko 10 − 9 (\displaystyle 10^(-9)) - 10 − 12 (\displaystyle 10^(-12)) po nukleotidu po staničnoj generaciji organizma.

Inducirane mutacije nazivaju se nasljedne promjene u genomu koje nastaju kao posljedica određenih mutagenih učinaka u umjetnim (pokusnim) uvjetima ili pod nepovoljnim utjecajima okoline.

Mutacije se stalno pojavljuju tijekom procesa koji se odvijaju u živoj stanici. Glavni procesi koji dovode do pojave mutacija su replikacija DNK, oštećenje popravka DNK, transkripcija i genetska rekombinacija.

Povezanost mutacija s replikacijom DNK

Mnoge spontane kemijske promjene u nukleotidima rezultiraju mutacijama koje se javljaju tijekom replikacije. Na primjer, zbog deaminacije citozina suprotno gvaninu, uracil se može uključiti u lanac DNA (nastaje U-G par umjesto kanonskog C-G para). Kada se DNA replicira nasuprot uracila, adenin se uključuje u novi lanac, formira se UA par, a tijekom sljedeće replikacije zamjenjuje se TA parom, odnosno dolazi do prijelaza (točkasta zamjena pirimidina s drugim pirimidinom ili purina s drugi purin).

Povezanost mutacija s rekombinacijom DNA

Od procesa povezanih s rekombinacijom, nejednako križanje najčešće dovodi do mutacija. Obično se događa kada postoji nekoliko dupliciranih kopija izvornog gena na kromosomu koje zadržavaju sličnu sekvencu nukleotida. Kao rezultat nejednakog križanja dolazi do duplikacije u jednom od rekombinantnih kromosoma, a do delecije u drugom.

Povezanost mutacija s popravkom DNK

Tautomerni model mutageneze

Sugerira se da je jedan od razloga za stvaranje mutacija supstitucije baza deaminacija 5-metilcitozina, što može uzrokovati prijelaze iz citozina u timin. Zbog deaminacije citozina, uracil se može uključiti u lanac DNA nasuprot njemu (nastaje U-G par umjesto kanonskog C-G para). Tijekom replikacije DNK nasuprot uracila, adenin se uključuje u novi lanac, formira se UA par, a tijekom sljedeće replikacije zamjenjuje se TA parom, odnosno dolazi do prijelaza (točkast zamjene pirimidina drugim pirimidinom ili purinom s drugim purinom).

Klasifikacije mutacija

Postoji nekoliko klasifikacija mutacija prema različitim kriterijima. Möller je predložio da se mutacije prema prirodi promjene u funkcioniranju gena podijeli na hipomorfna(promijenjeni aleli djeluju u istom smjeru kao aleli divljeg tipa; sintetizira se samo manje proteinskog produkta), amorfna(mutacija izgleda kao potpuni gubitak funkcije gena, na primjer, mutacija bijelim u Drosophila) antimorfna(svojstvo mutanta se mijenja, na primjer, boja zrna kukuruza mijenja se iz ljubičaste u smeđu) i neomorfna.

U suvremenoj obrazovnoj literaturi koristi se i formalnija klasifikacija koja se temelji na prirodi promjena u strukturi pojedinih gena, kromosoma i genoma u cjelini. Unutar ove klasifikacije razlikuju se sljedeće vrste mutacija:

• genomski;
• kromosomski;
• genetski.

Točkasta mutacija ili supstitucija jedne baze je vrsta mutacije u DNA ili RNA koja je karakterizirana zamjenom jedne dušične baze drugom. Pojam se također primjenjuje na uparene nukleotidne supstitucije. Pojam točkaste mutacije također uključuje umetanja i brisanja jednog ili više nukleotida. Postoji nekoliko vrsta točkastih mutacija.

Postoje i složene mutacije. To su takve promjene u DNK kada se jedan njezin dio zamijeni dijelom druge duljine i drugačijeg nukleotidnog sastava.

Točkaste mutacije mogu se pojaviti nasuprot takvom oštećenju molekule DNA koje može zaustaviti sintezu DNK. Na primjer, suprotni dimeri ciklobutan pirimidina. Takve se mutacije nazivaju ciljne mutacije (od riječi "cilja"). Dimeri ciklobutan pirimidina uzrokuju i mutacije supstitucije ciljne baze i mutacije pomaka ciljnog okvira.

Ponekad se točkaste mutacije formiraju na takozvanim intaktnim DNK regijama, često u maloj blizini fotodimera. Takve se mutacije nazivaju mutacije zamjene neciljane baze ili mutacije neciljanog pomaka okvira.

Točkaste mutacije ne nastaju uvijek odmah nakon izlaganja mutagenu. Ponekad se pojavljuju nakon desetaka ciklusa replikacije. Taj se fenomen naziva odgođenim mutacijama. S nestabilnošću genoma, glavnim razlogom za nastanak malignih tumora, broj neciljanih i odgođenih mutacija dramatično raste.

Moguće su četiri genetske posljedice točkastih mutacija: 1) očuvanje značenja kodona zbog degeneracije genetskog koda (sinonimna supstitucija nukleotida), 2) promjena značenja kodona, što dovodi do zamjene kodona. aminokiselina na odgovarajućem mjestu polipeptidnog lanca (missense mutacija), 3) stvaranje besmislenog kodona s prijevremenim prekidom (besmislena mutacija). U genetskom kodu postoje tri besmislena kodona: jantar - UAG, oker - UAA i opal - UGA (u skladu s tim se nazivaju mutacije koje dovode do stvaranja besmislenih trojki - na primjer, jantarna mutacija), 4) reverzna supstitucija (stop kodon za osjetilni kodon).

Po utjecaj na ekspresiju gena mutacije spadaju u dvije kategorije: mutacije baznih parova I tip pomaka okvira. Potonje su delecije ili umetanja nukleotida, čiji broj nije višekratnik od tri, što je povezano s tripletnom prirodom genetskog koda.

Ponekad se naziva primarna mutacija izravna mutacija i mutacija koja obnavlja izvornu strukturu gena, - reverzna mutacija, ili reverzija. Povratak na izvorni fenotip u mutantnom organizmu zbog obnove funkcije mutantnog gena često se ne događa zbog prave reverzije, već zbog mutacije u drugom dijelu istog gena ili čak drugog nealelnog gena. U ovom slučaju, stražnja mutacija naziva se supresorska mutacija. Genetski mehanizmi kojima se suzbija fenotip mutanta vrlo su raznoliki.

Mutacije bubrega(sport) - trajne somatske mutacije koje se javljaju u stanicama točaka rasta biljaka. dovesti do klonske varijacije. Tijekom vegetativnog razmnožavanja oni su očuvani. Mnoge sorte usjeva su mutacije pupova.

Posljedice mutacija za stanicu i organizam

Mutacije koje narušavaju aktivnost stanice u višestaničnom organizmu često dovode do uništenja stanice (osobito do programirane stanične smrti, apoptoze). Ako intra- i izvanstanični obrambeni mehanizmi ne prepoznaju mutaciju i stanica dođe do diobe, tada će se mutantni gen prenijeti na sve potomke stanice i, najčešće, dovodi do činjenice da sve te stanice počinju drugačije funkcionirati. .

Osim toga, učestalost mutacije različitih gena i različitih regija unutar istog gena prirodno se razlikuje. Također je poznato da viši organizmi koriste "ciljane" (tj. koje se javljaju u određenim DNK regijama) mutacije u mehanizmima

Kako nastaju štetni geni?

Iako je glavno svojstvo gena da se točno kopiraju, zbog čega dolazi do nasljednog prijenosa mnogih osobina s roditelja na djecu, to svojstvo nije apsolutno. Priroda genetskog materijala je dvostruka. Geni također imaju sposobnost mijenjanja, stjecanja novih svojstava. Takve promjene u genima nazivaju se mutacije. A mutacije gena stvaraju varijabilnost potrebnu za evoluciju žive tvari, raznolikost životnih oblika. Mutacije se javljaju u bilo kojoj tjelesnoj stanici, ali samo se geni zametnih stanica mogu prenijeti na potomstvo.

Razlozi mutacija su u tome što mnogi okolišni čimbenici s kojima svaki organizam surađuje tijekom života mogu narušiti strogu urednost procesa samoreprodukcije gena, kromosoma u cjelini, te dovesti do grešaka u nasljeđivanju. U eksperimentima su utvrđeni sljedeći čimbenici koji uzrokuju mutacije: ionizirajuće zračenje, kemikalije i visoka temperatura. Očito je da svi ovi čimbenici postoje u prirodnom okruženju čovjeka (na primjer, prirodna pozadina zračenja, kozmičko zračenje). Mutacije su oduvijek postojale kao prilično čest prirodni fenomen.

Budući da su inherentne pogreške u prijenosu genetskog materijala, mutacije su nasumične i neusmjerene, odnosno mogu biti i korisne i štetne i relativno neutralne za organizam.

Korisne mutacije fiksiraju se tijekom evolucije i čine osnovu za progresivni razvoj života na Zemlji, dok su štetne mutacije koje smanjuju održivost, takoreći, naličje medalje. Oni su temelj nasljednih bolesti u svoj njihovoj raznolikosti.

Mutacije su dvije vrste:

• genetski (na molekularnoj razini)
• i kromosomski (promjena broja ili strukture kromosoma na staničnoj razini)

I oni i drugi mogu biti uzrokovani istim čimbenicima.

Koliko često se javljaju mutacije?
Je li pojava bolesnog djeteta često povezana s novom mutacijom?

Kad bi se mutacije javljale prečesto, tada bi varijabilnost u živoj prirodi prevladala nad naslijeđem i ne bi postojali stabilni oblici života. Jasno, logika nalaže da su mutacije rijetki događaji, u svakom slučaju puno rjeđi od mogućnosti očuvanja svojstava gena kada se prenose s roditelja na djecu.

Stvarna stopa mutacija za pojedinačne ljudske gene je u prosjeku od 1:105 do 1:108. To znači da otprilike jedna od milijun zametnih stanica u svakoj generaciji nosi novu mutaciju. Ili, drugim riječima, iako je ovo pojednostavljenje, možemo reći da na svaki milijun slučajeva normalnog prijenosa gena postoji jedan slučaj mutacije. Važno je da se, nakon što je nastala, jedna ili ona nova mutacija može prenijeti na sljedeće generacije, odnosno fiksirati mehanizmom nasljeđivanja, budući da su povratne mutacije koje vraćaju gen u prvobitno stanje jednako rijetke.

U populacijama, omjer broja mutanata i onih koji su naslijedili štetni gen od roditelja (segreganata) među svim oboljelima ovisi kako o vrsti nasljeđa tako i o njihovoj sposobnosti da ostave potomstvo. U klasičnim recesivnim bolestima, štetna mutacija može proći nezapaženo kroz mnoge generacije zdravih nositelja sve dok se dva nositelja istog štetnog gena ne vjenčaju, u kojem slučaju je gotovo svako takvo rođenje bolesnog djeteta posljedica nasljeđa, a ne nove mutacije.

U dominantnim bolestima udio mutanata je obrnuto povezan s sposobnošću rađanja bolesnika. Očito, kada bolest dovodi do rane smrti ili nemogućnosti pacijenata da imaju djecu, tada je nasljeđivanje bolesti od roditelja nemoguće. Ako bolest ne utječe na očekivani životni vijek ili mogućnost rađanja djece, tada će, naprotiv, prevladavati nasljedni slučajevi, a nove će mutacije biti rijetke u usporedbi s njima.

Primjerice, kod jednog od oblika patuljastosti (dominantna ahondroplazija), iz društvenih i bioloških razloga, reprodukcija patuljaka je znatno ispodprosječna, u ovoj populacijskoj skupini je oko 5 puta manje djece u odnosu na ostale. Ako uzmemo prosječni faktor množenja u normi kao 1, tada će za patuljke biti jednak 0,2. To znači da je 80% bolesnika u svakoj generaciji rezultat nove mutacije, a samo 20% pacijenata nasljeđuje patuljastost od roditelja.

U nasljednim bolestima genetski povezanim sa spolom, udio mutanata među bolesnim dječacima i muškarcima također ovisi o relativnoj plodnosti oboljelih, ali ovdje će uvijek prevladavati slučajevi nasljeđivanja od majki, čak i kod onih bolesti kada bolesnici uopće ne ostavljaju potomstvo. . Maksimalni udio novih mutacija u takvim smrtonosnim bolestima ne prelazi 1/3 slučajeva, budući da muškarci čine točno jednu trećinu X kromosoma cjelokupne populacije, a dvije trećine njih otpada na žene, koje u pravilu , zdravi su.

Mogu li imati dijete s mutacijom ako sam primio povećanu dozu zračenja?

Negativne posljedice onečišćenja okoliša, kemijskog i radioaktivnog, problem su stoljeća. Genetičari se s njim susreću ne tako rijetko koliko bismo željeli u širokom rasponu pitanja: od profesionalnih opasnosti do degradacije okoliša kao posljedica nesreća u nuklearnim elektranama. I razumljiva je zabrinutost, na primjer, ljudi koji su preživjeli tragediju u Černobilu.

Genetske posljedice onečišćenja okoliša doista su povezane s povećanjem učestalosti mutacija, uključujući i one štetne, koje dovode do nasljednih bolesti. No, te posljedice, srećom, nisu toliko katastrofalne da bi se govorilo o opasnosti od genetske degeneracije čovječanstva, barem u sadašnjoj fazi. Osim toga, ako razmotrimo problem s obzirom na određene pojedince i obitelji, tada možemo s pouzdanjem reći da rizik od bolesnog djeteta zbog izloženosti ili drugih štetnih učinaka kao posljedica mutacije nikada nije visok.

Iako se učestalost mutacija povećava, ali ne toliko da prelazi desetinu, ili čak stoti dio postotka. U svakom slučaju, za svaku osobu, čak i onu koja je bila eksplicitno izložena mutagenim čimbenicima, rizik negativnih posljedica za potomstvo je mnogo manji od genetskog rizika svojstvenog svim ljudima povezanim s prijenosom patoloških gena naslijeđenih od predaka.

Osim toga, sve mutacije ne dovode do neposredne manifestacije u obliku bolesti. U mnogim slučajevima, čak i ako dijete dobije novu mutaciju od jednog od roditelja, ono će se roditi potpuno zdravo. Uostalom, značajan dio mutacija je recesivan, odnosno ne pokazuju svoje štetne učinke kod nositelja. I praktički nema slučajeva da, s prvobitno normalnim genima oba roditelja, dijete dobije istu novu mutaciju istovremeno od oca i majke. Vjerojatnost takvog slučaja toliko je zanemarivo mala da cjelokupna populacija Zemlje nije dovoljna da to ostvari.

Iz ovoga također proizlazi da je ponovljena pojava mutacije u istoj obitelji praktički nerealna. Dakle, ako zdravi roditelji imaju bolesno dijete s dominantnom mutacijom, onda njihova druga djeca, odnosno braća i sestre bolesnika, moraju biti zdrava. Međutim, za potomstvo bolesnog djeteta, rizik od nasljeđivanja bolesti bit će 50% u skladu s klasičnim pravilima.

Postoje li odstupanja od uobičajenih pravila nasljeđivanja i s čime su povezana?

Da, postoje. Kao iznimka - ponekad samo zbog svoje rijetkosti, kao što je pojava žena s hemofilijom. Javljaju se češće, ali u svakom slučaju, odstupanja su posljedica složenih i brojnih odnosa gena u tijelu i njihove interakcije s okolinom. Zapravo, iznimke odražavaju sve iste temeljne zakone genetike, ali na složenijoj razini.

Primjerice, mnoge dominantno nasljedne bolesti karakterizira velika varijabilnost u težini, do te mjere da ponekad simptomi bolesti kod nositelja patološkog gena mogu biti potpuno odsutni. Taj se fenomen naziva nepotpuna penetracija gena. Stoga se u rodovnicima obitelji s dominantnim bolestima ponekad nalaze takozvane slip generacije, kada su poznati nositelji gena, koji imaju i bolesne pretke i bolesne potomke, praktički zdravi.

U nekim slučajevima, temeljitije ispitivanje takvih nositelja otkriva, iako minimalne, izbrisane, ali sasvim određene manifestacije. No također se događa da metodama kojima raspolažemo nije moguće otkriti nikakve manifestacije patološkog gena, unatoč jasnim genetskim dokazima da ga određena osoba ima.

Razlozi ovog fenomena još nisu dobro shvaćeni. Vjeruje se da se štetni učinak mutiranog gena može modificirati i kompenzirati drugim genima ili čimbenicima okoliša, ali su specifični mehanizmi takve modifikacije i kompenzacije u određenim bolestima nejasni.

Također se događa da se u nekim obiteljima recesivne bolesti prenose u nekoliko generacija za redom pa se mogu pomiješati s dominantnim. Ako pacijenti stupe u brak s nositeljima gena za istu bolest, tada polovica njihove djece nasljeđuje i “dvostruku dozu” gena – uvjet nužan za ispoljavanje bolesti. Isto se može dogoditi i u sljedećim naraštajima, iako se takva "kazuistika" događa samo u više srodnih brakova.

Konačno, ni podjela znakova na dominantne i recesivne nije apsolutna. Ponekad je ova podjela jednostavno uvjetna. Isti gen se u nekim slučajevima može smatrati dominantnim, a u drugima recesivnim.

Primjenom suptilnih metoda istraživanja često je moguće prepoznati učinak recesivnog gena u heterozigotnom stanju, čak i kod savršeno zdravih nositelja. Primjerice, gen za hemoglobin srpastih stanica u heterozigotnom stanju uzrokuje srpasti oblik crvenih krvnih stanica, što ne utječe na ljudsko zdravlje, a u homozigotnom stanju dovodi do teške bolesti – anemije srpastih stanica.

Koja je razlika između genskih i kromosomskih mutacija.
Što su kromosomske bolesti?

Kromosomi su nositelji genetskih informacija na složenijoj – staničnoj razini organizacije. Nasljedne bolesti mogu biti uzrokovane i kromosomskim defektima koji su nastali tijekom stvaranja zametnih stanica.

Svaki kromosom sadrži svoj skup gena, smještenih u strogom linearnom nizu, odnosno određeni geni se nalaze ne samo u istim kromosomima za sve ljude, već i u istim dijelovima tih kromosoma.

Normalne tjelesne stanice sadrže strogo definiran broj uparenih kromosoma (dakle i uparivanje gena u njima). Kod ljudi, u svakoj stanici, osim u spolu, 23 para (46) kromosoma. Spolne stanice (jaja i spermija) sadrže 23 nesparena kromosoma - jedan skup kromosoma i gena, budući da se upareni kromosomi razilaze tijekom stanične diobe. Tijekom oplodnje, kada se spermatozoid i jajašce spoje, iz jedne stanice (sada s potpunim dvostrukim skupom kromosoma i gena) razvija se fetus - embrij.

No stvaranje zametnih stanica ponekad se događa s kromosomskim "greškama". To su mutacije koje dovode do promjene broja ili strukture kromosoma u stanici. Zato oplođeno jaje može sadržavati višak ili nedostatak kromosomskog materijala u usporedbi s normom. Očito je da takva kromosomska neravnoteža dovodi do grubih kršenja razvoja fetusa. To se očituje u obliku spontanih pobačaja i mrtvorođenih, nasljednih bolesti, sindroma, koji se nazivaju kromosomskim.

Najpoznatiji primjer kromosomske bolesti je Downova bolest (trisomija – pojava dodatnog 21. kromosoma). Simptomi ove bolesti lako se otkrivaju po izgledu djeteta. Riječ je o kožnom naboru u unutarnjim kutovima očiju koji licu daje mongoloidni izgled, a veliki jezik, kratki i debeli prsti, pažljivim pregledom kod takve djece se otkrivaju i srčane mane, vid i sluh, te mentalna retardacija.

Na sreću, vjerojatnost recidiva u obitelji ove bolesti i mnogih drugih kromosomskih anomalija je mala: u velikoj većini slučajeva su posljedica slučajnih mutacija. Osim toga, poznato je da se slučajne kromosomske mutacije češće javljaju na kraju razdoblja rađanja.

Dakle, s povećanjem dobi majki, povećava se i vjerojatnost kromosomske pogreške tijekom sazrijevanja jajne stanice, te stoga takve žene imaju povećan rizik od rođenja djeteta s kromosomskim poremećajima. Ako je ukupna incidencija Downovog sindroma među svim novorođenčadima približno 1:650, onda je za potomke mladih majki (25 godina i mlađe) značajno niža (manje od 1:1000). Individualni rizik dostiže prosječnu razinu do 30. godine, veći je do 38. godine - 0,5% (1:200), a do 39. godine - 1% (1:100), u dobi iznad 40 povećava se na 2-3%.

Mogu li ljudi s kromosomskim abnormalnostima biti zdravi?

Da, mogu s nekim vrstama kromosomskih mutacija, kada se ne mijenja broj, nego struktura kromosoma. Činjenica je da se strukturna preuređivanja u početnom trenutku njihovog pojavljivanja mogu pokazati uravnoteženima - ne popraćena viškom ili nedostatkom kromosomskog materijala.

Na primjer, dva nesparena kromosoma mogu izmijeniti svoje dijelove koji nose različite gene ako, tijekom lomova kromosoma, koji se ponekad promatraju u procesu stanične diobe, njihovi krajevi postanu kao da su ljepljivi i zalijepe se zajedno sa slobodnim fragmentima drugih kromosoma. Kao rezultat takvih izmjena (translokacija) broj kromosoma u stanici je očuvan, ali na taj način nastaju novi kromosomi u kojima se narušava princip strogog uparivanja gena.

Druga vrsta translokacije je lijepljenje dva gotovo cijela kromosoma s njihovim "ljepljivim" krajevima, uslijed čega se ukupan broj kromosoma smanjuje za jedan, iako nema gubitka kromosomskog materijala. Osoba koja je nositelj takve translokacije potpuno je zdrava, međutim, uravnoteženi strukturni preustroji koje ima više nisu slučajni, već sasvim prirodno dovode do kromosomske neravnoteže u njenom potomstvu, budući da značajan dio zametnih stanica nositelja takve translokacije imaju višak ili, naprotiv, nedovoljan kromosomski materijal.

Ponekad takvi nositelji uopće ne mogu imati zdravu djecu (iako su takve situacije iznimno rijetke). Na primjer, kod nositelja slične kromosomske anomalije - translokacije između dva identična kromosoma (recimo, spajanje krajeva istog 21. para), 50% jajnih stanica ili spermatozoida (ovisno o spolu nositelja) sadrži 23 kromosoma, uključujući i dvostruki, a preostalih 50% sadrži jedan kromosom manje od očekivanog. Kada se oplode, stanice s dvostrukim kromosomom dobit će još jedan, 21. kromosom, a kao rezultat toga će se rađati djeca s Downovom bolešću. Stanice s nedostajućim kromosomom 21 tijekom oplodnje daju neživi fetus, koji se spontano pobaci u prvoj polovici trudnoće.

Nositelji drugih vrsta translokacija također mogu imati zdravo potomstvo. Međutim, postoji rizik od kromosomske neravnoteže koja može dovesti do ozbiljne razvojne patologije u potomstva. Ovaj rizik za potomke nositelja strukturnih preustroja značajno je veći od rizika od kromosomskih abnormalnosti kao posljedica nasumičnih novih mutacija.

Osim translokacija, postoje i druge vrste strukturnih preuređivanja kromosoma koje dovode do sličnih negativnih posljedica. Srećom, nasljeđivanje kromosomskih abnormalnosti s visokim rizikom od patologije mnogo je rjeđe u životu od slučajnih kromosomskih mutacija. Omjer slučajeva kromosomskih bolesti među njihovim mutantnim i nasljednim oblicima, oko 95% odnosno 5%.

Koliko je nasljednih bolesti već poznato?
Povećava li se ili smanjuje njihov broj u povijesti čovječanstva?

Na temelju općih bioloških koncepata moglo bi se očekivati ​​približna korespondencija između broja kromosoma u tijelu i broja kromosomskih bolesti (a na isti način između broja gena i genskih bolesti). Doista, trenutno je poznato nekoliko desetaka kromosomskih abnormalnosti sa specifičnim kliničkim simptomima (što zapravo premašuje broj kromosoma, jer različite kvantitativne i strukturne promjene u istom kromosomu uzrokuju različite bolesti).

Broj poznatih bolesti uzrokovanih mutacijama pojedinačnih gena (na molekularnoj razini) puno je veći i prelazi 2000. Procjenjuje se da je broj gena u svim ljudskim kromosomima puno veći. Mnogi od njih nisu jedinstveni, jer su predstavljeni u obliku višestruko ponovljenih kopija u različitim kromosomima. Osim toga, mnoge se mutacije mogu manifestirati ne kao bolesti, već dovesti do embrionalne smrti fetusa. Dakle, broj genskih bolesti otprilike odgovara genetskoj strukturi organizma.

S razvojem medicinskih genetskih istraživanja u cijelom svijetu, broj poznatih nasljednih bolesti se postupno povećava, a mnoge od njih, koje su postale klasike, ljudima su poznate već jako dugo. Sada je u genetskoj literaturi svojevrsni bum u publikacijama o navodno novim slučajevima i oblicima nasljednih bolesti i sindroma, od kojih se mnogi obično nazivaju imenima otkrića.

Svakih nekoliko godina poznati američki genetičar Victor McKusick objavljuje kataloge nasljednih osobina i ljudskih bolesti, sastavljene na temelju računalne analize podataka svjetske literature. I svaki put se svako sljedeće izdanje razlikuje od prethodnog po sve većem broju takvih bolesti. Očito će se ovaj trend nastaviti, ali prije odražava poboljšanje u prepoznavanju nasljednih bolesti i veću pozornost na njih nego stvarno povećanje njihovog broja u procesu evolucije.

mutacija) - promjena količine ili strukture DNK određenog organizma. U točkastoj mutaciji (ili mutaciji gena), bilo koji gen prolazi kroz takvu promjenu; kod kromosomske mutacije (mutacije kromosoma) mijenja se struktura ili broj kromosoma. Sve vrste mutacija su prilično rijetke i mogu se pojaviti spontano ili pod utjecajem bilo kojeg vanjskog agensa (mutagena). Ako se mutacija dogodi u zametnim stanicama u razvoju (gametima), tada se može naslijediti. Mutacije u bilo kojoj drugoj stanici (somatske mutacije) obično se ne nasljeđuju.

MUTACIJA

Nagla promjena genetskog materijala uzrokovana čimbenicima koji nisu normalne Mendelove rekombinacije. Mutacije postaju dio genetskog materijala (odnosno, genotipske su), iako se njihov učinak možda neće pojaviti u fenotipu pojedinog organizma. Većina mutacija utječe na pojedinačne gene, ali postoje i globalne promjene u kromosomima koje utječu na mnoge gene. Mutacija se može dogoditi i u tijelu stanice (tzv. somatska mutacija), tada se prenosi mitozom te stanice. U smislu adaptivne vrijednosti mutacije na pojedini organizam, rezultati su vrlo nasumični; njihova je uloga u evoluciji posredovana procesom prirodne selekcije. Općenito govoreći, velike (makro) mutacije su štetne za organizam, pa se stoga i ne prenose; male (mikro) mutacije, prema standardnom stajalištu, sama su "bit" evolucije.

Mutacija

iznenadne prirodne ili umjetno uzrokovane promjene na nositeljima nasljedne informacije organizma koje nisu povezane s procesom normalne preraspodjele (rekombinacije) gena. Sposobnost M. svojstvena je svim biljnim i životinjskim organizmima i uzrokuje jedan od dva glavna oblika nasljedne varijabilnosti – mutacijsku varijabilnost. Postoje tri vrste mutacija: genske, kromosomske i genomske.

Mutacija

lat. mutatio - promjena, promjena) - nagla i trajna promjena u genetskom materijalu uzrokovana čimbenicima drugačijim od onih koji se smatraju normalnim Mendelovim rekombinacijama gena. Razlikuju se: 1. gametičke mutacije (nastaju u generativnim, zametnim stanicama); 2. somatske mutacije (nastaju u somatskim stanicama tijela). Ovisno o prirodi promjena u genetskom aparatu, mutacije se dalje dijele na: 3. genomske mutacije (npr. diploidija, odnosno udvostručenje staničnog genoma); 4. kromosomske mutacije (npr. trisomija, odnosno pojava jednog dodatnog kromosoma na normalna dva); 5. mutacije gena (npr. promjena u strukturi jednog gena, više gena u isto vrijeme); 6. Mutacije gena lokalizirane izvan stanične jezgre nazivaju se citoplazmatskim. Većina poznatih mutacija utječe na pojedine gene, ostale su rjeđe. Uloga mutacija u evoluciji je posredovana procesom prirodne selekcije. Velika većina mutacija je destruktivna, narušava održivost i ometa evoluciju bioloških vrsta. Vidi darvinizam.