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.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. VI.3.3. Наследственная патология как результат наследственной изменчивости
2. Изменчивость и стабильность экосистем
3. Изменчивость, ее формы. Комбинативная изменчивость, ее механизмы и значение.
4. Изменчивость.Формы изменчивости.
5. ИСТОРИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРЕСТУПНОСТИ
6. Классификация изменчивости. Ненаследственная изменчивость и ее типы
7. Модификационная изменчивость
8. Модификационная изменчивость. Норма реакции, морфозы, фенокопии
9. Наследственная изменчивость и ее типы.
10. Наследственная патология и ее классификация
11. Неизменчивость и изменчивость знака