Лекция: Мутации. Виды мутаций. Понятие об антимутагенезе. Мутагенные и антимутагенные факторы.
Мутация — внезапное скачкообразное стойкое изменение наследственности.
Мутагены:
1. Физические:
ионизирующая радиация
R-излучение
ИФ-излучение
2. Химические:
фенол, ксилол, пестициды, лекарственные средства.
3. Биохимические:
вирусы (краснухи, оспы)
Мутагены:
1. Истинные.
2. Косвенные — сами по себе не мутагены, но в организме превращаются в сильные мутагены (нитраты — нитриты).
Классификация мутаций:
I. 1. Спонтанные
2. Индуцированные.
II. 1. Неспецифические
2.Специфические (Дубинин, Довиденкова, Бочков)
III. 1.Соматические
2. Половые
IV. 1.Генные
2. Хромосомные аберрации:
— делеция — нехватка участка хромосомы (синдром кошачьего крика при
— дупликация
— инверсия
-транслокация — отрыв участка хромосомы и перенос его к другому участку той же хромосомы или к другой хромосоме.
3. Геномные мутации — изменение числа хромосом.
Антимутагенез — это механизм, снижающий неблагоприятный эффект мутаций. В результате мутаций изменяется смысл биологической информации, что негативно отражается на выживаемости организмов, поэтому важная роль принадлежит антимутационным механизмам, которые ограничивают неблагоприятные последствия мутаций, возникающие в процессе эволюции.
К факторам защиты наследственного аппарата от мутаций относятся:
1. Репарация ДНК,
2. Вырожденность генетического кода,
3. Парность хромосом в диплоидном кариотипе
4. Иммунная система.
1. Репарация — это способность повреждённой ДНК к самоисправлению
а) световая — происходит активация фермента фотонами света, в
состав фермента входит витамин В12
б) темновая — участвуют ферменты, не требующие активации светом.
При световой репарации исправляются повреждения, которые возникают при действии ультрафиолетового излучения, а при темновой репарации — повреждения, которые возникают под действием ионизирующего облучения, химических факторов и других. Темновая репарация наблюдается как у прокариот, так и эукариот.
Этапы темновой репарации:
1) «узнавание» повреждённого участка ДНК специальным ферментом эндонуклеазой;
2) действие эндонуклеазы на разрыв одной цепочки молекулы ДНК вблизи повреждения;
3) «вырезание» поврежденного участка ДНК;
4) матричный синтез нового участка молекулы ДНК (репаративная репликация);
5) соединение новообразованного участка с ниткой ДНК с помощью ферментов лигазы (рис. 9)
Открытие процесса репарации показало, что на молекулярном уровне может наблюдаться «самоизлечение» молекулы ДНК. Репарация является одним из эволюционно закреплённых процессов, ограничивающих количество мутаций и поддерживающих гомеостаз и наследственность живых организмов.
2.Вырожденность генетического кода заключается в том, что
несколько триплетов кодируют одну аминокислоту, и замена одной пары
нуклеотидов в кодоне на другую не может привести к замене
аминокислоты.
3. Триплетность. К факторам антимутагенеза можно отнести
триплетность генетического кода, которая допускает минимальное число
замен внутри триплета, ведущих к искажению информации. Так, 64% замен
третьего нуклеотида в триплетах не даёт изменения их смыслового
значения.
4. Парность хромосом. Фактором защиты служит также парность
хромосом. Парность аллелей генов препятствует фенотипическому
проявлению мутаций, если они имеют рецессивный характер.
21. Хромосомные болезни (болезнь Дауна, Клайнфельтера, синдром Шерешевского-Тернера, трисомия-Х, синдром “кошачьего крика”). Симптоматика, кариотип.
Хромосомные болезни-обусловлены геномными или хромосомными мутациями, произошедшими в гамете одного из родителей(полная форма), или в зиготе(мозаичная форма).
В первом случае все клетки будущего ребенка будут содержать аномальный хромосомный набор (полная форма хромосомной болезни), во втором – развивается мозаичный организм, лишь часть клеток которого с аномальным набором хромосом (мозаичная форма болезни). Степень выраженности патологических признаков при мозаичной форме болезни слабее, нежели при полной. Фенотипическую основу хромосомных болезней составляют нарушения раннего эмбриогенеза, вследствие чего болезнь всегда характеризуется множественными пороками развития.
Основа для развития хромосомных болезней, связанных с изменением числа хромосом формируется в гаметогенезе, во время первого или второго мейотических делений или в период дробления оплодотворенной яйцеклетки, чаще всего в результате нерасхождения хромосом.
Моносомия Х (синдром Шерешевского-Тернера). Кариотип состоит из 45 хромосом, половой хроматин отсутствует. Больные (женщины) отличаются низким ростом, короткой шеей, шейными боковыми кожными складками. Характерны лимфатический отек стоп, слабое развитие половых признаков, отсутствие гонад, гипоплазия матки и фолопиевых труб, первичная аменорея. Такие женщины бесплодны. Умственная способность, как правило, не страдает.
С-м Клайнфельтера. Встр у мужчин(1:1000).Общее количество хромосом47(кариотип XXY, но встр 48XXXY,49 XXXXXY).Наружные половые органы сформированы по мужскому типу.Характерны высокий рост, астеническое телосложение, длинные ноги, снижение сперматогенеза, умственная отсталость.
Трисомия по Х-хр(«сверхженщина»). Женский организм с мужеподобным телосложением.Диагносцируется по обнаружению вместо одного двух телец Барра и по кариотипу 47,XXX.Отмечается гипоплазия яичников, матки, бесплодие, различные степени умственной неполноценности(шизофрения).
Болезнь Дауна.Кариотип больных в 94% состоит из 47 хромосом за счет трисомии по 21 хромосоме.Резкая задержка и нарушение физического и психического развития. Такие дети низкорослы, поздно начинают ходить, говорить.Голова со скошенным затылком, широкая, глубоко запавшая переносица, монголоидный разрез глаз, открытый рот, неправильный рост зубов, макроглоссия, гипотония с разболтанностью суставов, брахидактилия и др. Выраженная умственная отсталость.Нарушения во всех системах и органах.В большинстве случаев бесплодны.
Синдром кошачьего крика (делеция короткого плеча 5-й хромосомы) встречается примерно 1 раз на 45 тыс. человек.
Для данного синдрома характерны:
— специфический плач, напоминающий кошачье мяуканье;
— лунообразное лицо;
— мышечная гипотония;
— умственное и физическое недоразвитие;
— уменьшение черепа и головного мозга;
— низко расположенные, иногда деформированные ушные раковины;
— вертикальные кожные складки у глаз, антимонголоидный разрез глазных щелей, косоглазие, иногда атрофия зрительного нерва и очаги депигментации сетчатки;
— выявляются пороки сердца.
Наиболее постоянный признак синдрома — «кошачий крик» — обусловлен изменениями гортани: сужением, мягкостью хрящей, отечностью или необычной складчатостью слизистой оболочки, уменьшением надгортанника. Изменения других органов и систем неспецифичны.
Продолжительность жизни у больных с этим синдромом значительно снижена, только около 14 % переживают возраст 10 лет.