Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
VI. 1.2. Наследственная изменчивость
Генотипическая изменчивость в зависимости от природы клеток подразделяется на генеративную (изменения в наследственном аппарате гамет) и соматическую (изменения в наследственном аппарате клеток тела). В рамках генеративной и соматической изменчивости выделяют 1) комбинативную и 2) мутационную изменчивость (рис. VI. 1).
Рис. VI. 1. Классификация видов изменчивости
Комбинативная изменчивость возникает в генотипах потомков вследствие случайной перекомбинации аллелей. Сами гены при этом не изменяются, но генотипы родителей и детей различны. Комбинативная изменчивость возникает в результате нескольких процессов: а) независимого расхождения хромосом в процессе мейоза; б) рекомбинации генов при кроссинговере; в) случайной встречи гамет при оплодотворении. Комбинативная изменчивость является главным источником наблюдаемого генетического разнообразия. Известно, что в геноме человека содержится примерно 30—40 тыс. генов. Около трети всех генов имеют более чем один аллель, т.е. являются полиморфными. Однако даже при наличии лишь небольшого числа локусов, содержащих по нескольку аллелей, только при рекомбинации (вследствие перемешивания генных комплексов) возникает колоссальное множество уникальных генотипов. Так, только при 10 генах, содержащих по 4 аллеля каждый, теоретическое число уникальных диплоидных генотипов составляет 10 миллиардов! Поскольку около одной трети генов в геноме человека являются полиморфными, то только за счет рекомбинации создается неисчерпаемое генетическое разнообразие человека. В свою очередь неповторимость генетической конституции во многом определяет уникальность и неповторимость каждого человека. Мутационная изменчивость обусловлена мутациями (от лат. mutatio — изменение, перемена) — устойчивым изменением генетического материала и, как следствие, наследуемого признака. Переходных форм изменчивости по сравнению с исходным состоянием не наблюдается.
VI.2. МУТАГЕНЫ
Причинами, вызывающими мутации (нарушения структуры генов, структуры хромосом или изменения их числа), могут быть различные факторы (рис. VI.2). Их обозначают как мутагены (от лат. mutatio + genos — происхождение). По происхождению мутагены можно разделить на: экзогенные. Их большинство. К ним относятся многие факторы внешней среды; эндогенные. Они образуются в процессе жизнедеятельности организма. По природе возникновения различают: физические, химические и биологические мутагены. К физическим мутагенам относятся: а) ионизирующие излучения (например, ά -, β -, γ -излучения, рентгеновское излучение, нейтроны); б) радиоактивные элементы (например, радий, радон, изотопы калия, углерода и т.д. как источники ионизирующего излучения); в) ультрафиолетовое излучение; г) чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены — самая многочисленная группа. К ним относятся: а) сильные окислители или восстановители (например, нитраты, нитриты, активные формы кислорода); б) алкилирующие агенты (например, иодацетамид); в) пестициды (например, гербициды, фунгициды); г) некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты); д) продукты переработки нефти; е) органические растворители; ж) лекарственные препараты (например, цитостатики, ртуть-содержащие средства, иммунодепрессанты) и другие химические соединения.
Рис. VI.2. Виды мутагенов
К биологическим мутагенам относятся: а) некоторые вирусы (например, кори, краснухи, гриппа); б) продукты обмена веществ (например, продукты липопероксидации); в) антигены некоторых микробов и паразитов. События, приводящие к возникновению мутаций, называют мутационным процессом. Различают спонтанный и индуцированный мутагенез. Разделение мутационного процесса на спонтанный и индуцированный в определенной степени условно. Спонтанные мутации возникают при обычных физиологических состояниях организма без видимого дополнительного воздействия на организм внешних факторов. Спонтанные мутации могут возникать, например, в результате действия химических соединений, образующихся в процессе метаболизма; воздействия естественного фона радиации или УФ-излучения; ошибок репликации и т.д. Индуцированные мутации — это мутации, вызванные направленным воздействием факторов внешней или внутренней среды. Индуцированный мутационный процесс может быть контролируемым (например, в эксперименте с целью изучения действия механизмов и/или его последствий) и неконтролируемым (например, в результате облучения при выбросе радиоактивных элементов в среду обитания).
VI.3. ТИПЫ МУТАЦИЙ
Мутации являются начальным звеном патогенеза наследственных болезней. По виду клеток, в которых произошли изменения, мутации можно разделить на: гаметические (от греч. gamete — супруга), или генеративные, мутации в половых клетках. Они наследуются и, как правило, обнаруживаются во всех клетках потомков, ставших их носителями; соматические - мутации в неполовых клетках организма. Проявляются у того индивида, у которого они возникают. Они передаются только дочерним клеткам при делении и не наследуются следующим поколением индивида. Если соматическая мутация возникает на ранних стадиях дробления зиготы (но не первого деления), возникают клеточные линии с различными генотипами. Чем раньше в онтогенезе происходит соматическая мутация, тем больше клеток и соответственно ткани несет данную мутацию. Подобные организмы получили название мозаичных. По влиянию на организм можно выделить: I) летальные мутации — это мутации, которые приводят к внутриутробной гибели или к смерти в младенческом возрасте. Например, такая геномная мутация, как моносомия по аутосомам, у человека несовместима с нормальным развитием эмбриона; 2) полулетальные мутации — мутации, значительно снижающие жизнеспособность организма, приводя к ранней смерти. Продолжительность жизни носителей полулетальных мутаций может значительно варьировать, однако в любом случае они погибают до достижения половой зрелости (например, при пигментной ксеродерме); 3) нейтральные мутации — мутации, не влияющие существенным образом на процессы жизнедеятельности; 4) благоприятные мутации — мутации, обеспечивающие организму новые полезные свойства. В соответствии с уровнем организации наследственных структур различают генные, хромосомные и геномные мутации (рис. VI. 3).
Рис. VI.3. Схема типов мутаций
VI.3.1. Генные мутации
Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка. Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются: муковисцидоз, гемохроматоз, адреногенитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна—Беккера и ряд других заболеваний. Клинически они проявляются признакам нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме. Мутация может заключаться: 1) в замене основания в кодоне, это так называемаямиссенс-мутация (от англ. mis — ложный, неправильный + лат. sensus — смысл) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в полипептиде; 2) в таком изменении кодонов, которое приведет к остановке считывания информации, это так называемая нонсенс-мутация (от лат. поп — нет + sensus — смысл) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции; 3) нарушении считывания информации, сдвиге рамки считывания, называемом фреймшифтом (от англ. frame — рамка + shift — сдвиг, перемещение), когда молекулярные изменения ДНК приводят к изменению триплетов в процессе трансляции полипептидной цепи. Известны и другие типы генных мутаций. По типу молекулярных изменений выделяют: делеции (от лат. deletio — уничтожение), когда происходит утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до гена; дупликации (от лат. duplicatio — удвоение), т.е. удвоение или повторное дублирование сегментаДНК от одного нуклеотида до целых генов; инверсии (от лат. inversio — перевертывание), т.е. поворот на 180 сегмента ДНК размерами от двух нуклеотидов до фрагмента, включающего несколько генов; инсерции (от лат. insertio — прикрепление), т.е. вставка фрагментов ДНК размером от одного нуклеотида до целого гена. Молекулярные изменения, затрагивающие от одного до нескольких нуклеотидов, рассматривают как точечную мутацию. Принципиальным и отличительным для генной мутации является то, что она 1) приводит к изменению генетической информации, 2) может передаваться от поколения к поколению. Определенная часть генных мутаций может быть отнесена к нейтральным мутациям, поскольку они не приводят к каким-либо изменениям фенотипа. Например, за счет вырожденности генетического кода одну и ту же аминокислоту могут кодировать два триплета, различающихся только по одному основанию. С другой стороны, один и тот же ген может изменяться (мутировать) в несколько различающихся состояний. Например, ген, контролирующий группу крови системы АВО, имеет три аллеля: 0, А и В, сочетания которых определяют 4 группы крови. Группа крови системы АВО является классическим примером генетической изменчивости нормальных признаков человека. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Болезни, обусловленные подобными мутациями, называют генными, или моногенными, болезнями, т.е. заболеваниями, развитие которых детерминируется мутацией одного гена.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 1395; Нарушение авторского права страницы