Классификация генных мутаций

Выделяютследующие группы генных мутаций:

1) миссенс-мутации – наиболее распространенная группа генных мутаций, возникающая при замене нуклеотида внутри гена, что в ходе трансляции приводит к замещению аминокислоты в белке;

2) нонсенс-мутации – появление внутри гена кодонов-терминаторов, или терминальных кодонов (УАА, УГА УАГ), в результате чего процесс трансляции (синтеза белка) прекращается на месте появления терминального кодона. Чем ближе будет мутация к 5^, -концу ДНК (к началу транскрипции), тем короче будет белковая молекула;

3) мутации сдвига рамки чтения – возникают при появлении внутри гена вставок, приводящих к изменению генетической информации и изменению полипептидной цепи, содержащей ошибочные аминокислоты;

4) инсерции (вставки), некратные трем нуклеотидам, вызывающие сдвиг рамки считывания, приводящие, как и нонсенс-мутации, к преждевременному окончанию синтеза белка, или к образованию бессмысленного, измененного белка;

5) мутации замены оснований могут быть двух типов: транзиции и трансверсии. Транзиции – замена одного пурина на другой или одного пиримидина на другой. Выделены 4 типа транзиций: А–>Г; Г–>А; Т–>Ц; Ц–>Т. Трансверсии – замена пурина на пиримидин и наоборот. Известны 8 типов трансверсий: А–>Т; Т–>А; Г–>Ц; Ц–>Г; А–>Ц; Ц–>А; Г–>Т; Т–>Г;

6) сплайсинговые мутации, сопровождающиеся вырезанием экзона, или интрона и образованием бессмысленного измененного белка.

https://studopedia.org/12-36680.html

Примеры фенотипического проявления генных мутаций

Фенотипическое проявление генных мутаций разнообразно. Известны заболевания, когда изменение лишь одного нуклеотида оказывает сильное влияние на фенотип.

1. Серповидно-клеточная анемия – заболевание, при котором происходит миссенс-мутация, а именно: замена в шестом кодирующем триплете ДНК тимина на аденин (триплет ЦТЦ заменяется на триплет ЦАЦ). Затем, соответственно, происходит замена нуклеотида аденина (А) на урацил (У) в молекуле и-РНК. Далее в ходе трансляции в полипептидной цепи происходит замена глутаминовой кислоты на валин. В результате синтезируется мутантный гемоглобин, являющийся причиной появления серповидных быстро разрушающихся эритроцитов. При этом развивается острая анемия, которая может привести к смерти людей, гомозиготных по мутантному аллелю.

2. Альбинизм – дефект гена, который контролирует синтез фермента тирозиназы. В результате отсутствия фермента тирозиназы блокируется превращение аминокислоты тирозина в меланин. Поэтому отсутствует пигментация кожи, волос, радужки.

3. Фенилкетонурия – нарушение метаболизма аминокислоты фенилаланина. Заболевание обусловлено мутацией гена, ответственного за синтез фермента фенилаланингидроксилазы, который обеспечивает превращение поступающего в организм с пищей фенилаланина в тирозин. Нарушение этого метаболического процесса приводит к резкому повышению содержания фенилаланина в крови, который оказывает токсическое воздействие на мозг, вызывая слабоумие.

Большая часть генных мутаций фенотипически не проявляется у особей в гетерозиготном состоянии, не причиняя вреда для организма, но может проявиться в будущих поколениях при переходе в гомозиготное состояние.

Репарация – исправление повреждений ДНК (генных мутаций) с помощью особых ферментов. Репарация осуществляется поэтапно при участии нескольких ферментов:

- молекулы фермента рестрикционной эндонуклеазы (рестриктазы) обследуют молекулу ДНК, опознают повреждение, а затем эндонуклеаза разрезает поврежденный участок ДНК;

- фермент рестрикционная экзонуклеаза значительно расширяет образовавшуюся брешь, отсекая сотни нуклеотидов;

-фермент полимераза устраняет ее в соответствии с порядком нуклеотидов во второй (неповрежденной) нити ДНК. Явление репарации имеет большое значение для сохранения неизменнности генетической информации.

Хромосомные мутации – это структурные изменения хромосом. Хромосомные мутации подразделяются на внутрихромосомные и межхромосомные (таблица 4).

Таблица 4 – Типы хромосомных мутаций

Условные обозначения генов на хромосоме	Изменения структуры хромосомы
АБВГДЕАБВВГДЕАБДЕАБВГАБГВДЕАБВМК	Нормальный порядок генов Дупликация – удвоение участка Делеция – потеря участка в центре хромосомы Дефишенси – нехватка концевого участка хромосомы Инверсия – поворот участка хромосомы на 180° Транслокация – перемещение участка (ГДЕ) на другую, негомологичную хромосому

Внутрихромосомные мутации –мутации, возникающие в пределах одной хромосомы.

Примеры внутрихромосомных мутаций

1) делеция – выпадение центрального участка хромосомы.

Примеры. Делеция короткого плеча 5-ой хромосомы – синдром «кошачьего крика». Для ребенка с этим синдромом характерно лунообразное лицо, микроцефалия (аномально уменьшенная голова), умственное и физическое недоразвитие. При данном синдроме у новорожденного отмечается специфический плач, напоминающий скорее кошачий крик, чем плач младенца, что обусловлено патологией гортани и голосовых связок.

При хроническом миелоидном лейкозе наблюдается делеция длинного плеча 21-й хромосомы. Делеция возникает в одной из кроветворных клеток как соматическая мутация и способствует развитию заболевания.

4) дефишенси – выпадение концевого участка хромосомы, который не включается в митоз, так как лишен центромеры и не может правильно ориентироваться относительно веретена деления;

5) дупликация – двух- и многократное повторение генов, локализованных в определенном участке хромосомы. Пример – спонтанная мутация Bar, вызываемая доминантным геном B, приводящая к развитию фенотипа «полосковидные глаза» у дрозофилы.

6) инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов и расположение генов в обратной последовательности. Механизм образования инверсий: возникают два разрыва хромосомы либо на разных расстояниях от центромеры, либо на одинаковых, и происходит поворот сегмента хромосомы на 180 градусов. Порядок расположения генов при этом в перевернутом сегменте изменятся. При инверсии меняется эффект положения гена и фенотип.

Синдром Вольфа-Хиршхорна у новорожденных может быть обусловлен инверсиями, а также делециями, дупликациями. Болезнь характеризуется многочисленными врожденными пороками развития, микроцефалией, умственным и психическим недоразвитием.

Примером инверсии могут служить различия хромосомных наборов в семействе кошачьих. Диплоидный набор хромосом в клетках у представителей данного семейства составляет 2n=36. Однако каждый вид отличается наличием инверсии в определенных хромосомах, и соответственно, характеризуется обусловленными этим морфологическими и физиологическими признаками.

https://studopedia.org/12-36681.html

Межхромосомные мутации

Межхромосомные перестройки (транслокации) – структурные перестройки, которые происходят между гомологичными или негомологичными хромосомами. При этом участок хромосомы перемещается на другое место гомологичной или негомологичной хромосомы. Различают следующие виды транслокаций: взаимные (реципрокные) – взаимный обмен участками негомологичных хромосом; нереципрокные (транспозиции) – участок хромосомы включается в другую хромосому без взаимного обмена. Примером межхромосомных перестроек являются транслокационные формы болезни Дауна. Число хромосом в данном варианте болезни нормальное – 46, так как дополнительная хромосома 21 может быть транслоцирована на аутосому 14 (13, 15, 22). В особый тип выделяют Робертсоновские транслокации, или слияния, которые приводят к изменению числа хромосом. Они образуются при слиянии двух акроцентрических хромосом в области центромеры, в результате чего образуется одна метацентрическая хромосома. Этот тип транслокаций исследовал У.Р. Робертсон.

Геномные мутации – изменение числа хромосом в клетке. В результате геномных мутаций образуются организмы с отличным от нормального типа количеством хромосом и обладающие новыми признаками. Поэтому геномные мутации используются в селекции для выведения новых сортов.

Различают полиплоидию и анеуплоидию.

Полиплоидия – это увеличение числа хромосом в клетке, кратное гаплоидному (триплоид, тетраплоид, пентаплоид, гексаплоид, октаплоид и т. д.). Полиплоидия имеет место обычно у растений. Пример – полиплоидный ряд ржи (n= 7):

Полиплоидный ряд	3n	4n	5n	6n	7n	8n	9n	10n
Число хромосом ( n=7)

Число наборов негомологичных хромосом в кариотипе отличается от двух (3n, 4n и т. д.). Это происходит в результате нарушений в ходе митоза: хромосомы в клетке удваиваются, но последующего деления клетки не наблюдается, поскольку не функционирует ахроматический аппарат клетки. Такие мутации приводят чаще всего к гибели зародыша человека и животных еще на ранних этапах развития. Триплоидия обнаруживается в 4 %, а тетраплоидия в 1 % всех погибших эмбрионов. Для триплоидов и тетраплоидов характерны многочисленные пороки развития, слабоумие, гермафродитизм. В литературе описаны случаи триплоидии у детей, максимальная продолжительность их жизни составила не более 7 дней. В селекции животных полиплоидия не используется, т. к. эта мутация вызывает их гибель. Полиплоиды у растений встречаются часто в естественных популяциях. Кроме того, их получают искусственным путем (воздействием химических веществ, например, колхицина, и физических факторов – рентгеновских и ультрафиолетовых лучей). Полиплоиды встречаются у злаков, картофеля, свеклы, гречихи, смородины, томатов, земляники и т. д. Полиплоидия ведет к увеличению доз генов. Поэтому растения-полиплоиды отличаются более высоким ростом, крупными семенами, плодами.

https://studopedia.org/12-36682.html

Анеуплоидия

Анеуплоидия (гетероплоидия) – это изменение числа хромосом в кариотипе некратное гаплоидному. Обычно при анеуплоидии наблюдается изменение числа одной пары хромосом. При этом в хромосомном наборе либо отсутствует одна или более хромосом, либо присутствует одна или более дополнительных хромосом. В результате гетероплоидии возникают особи с аномальным числом хромосом.

Трисомик – анеуплоид (организм), в хромосомном наборе которого содержится одна лишняя хромосома. Общее число хромосом 2n+1.

Тетрасомик – анеуплоид, в хромосомном наборе которого содержатся две лишние хромосомы. Общее число хромосом 2n+2.

Пентасомик – анеуплоид, в хромосомном наборе которого содержатся три лишние хромосомы. Общее число хромосом 2n+3.

Моносомик – анеуплоид, в хромосомном наборе которого отсутствует одна из хромосом. Общее число хромосом 2n – 1.

Нуллисомик – анеуплоид, в кариотипе которого отсутствует пара гомологичных хромосом. Общее число хромосом 2n – 2.

Если гаметы, содержащие лишнюю хромосому, сочетаются с нормальной гаметой, то в результате формируется трисомик. Если гамета, содержащая две лишние хромосомы, сочетается с нормальной гаметой, то в результате формируется тетрасомик. Если же одна гамета потеряла хромосому, а вторая содержит нормальное число хромосом, то при слиянии гамет формируется организм-моносомик. Если же одна гамета потеряла две хромосомы, а вторая содержит нормальное число хромосом, то при слиянии гамет формируется организм-нулисомик.

Причина анеуплоидии – нерасхождение хромосом в процессе мейоза. Нерасхождение хромосом – процесс, в результате которого обе гомологичные хромосомы, или сестринские хроматиды перемещаются к одному из полюсов деления, образуя анеуплоидные половые клетки.

Впервые анеуплоиды были выявлены К. Бриджесом у дрозофилы: 6А + ХХУ, 6А + ХУУ.

Анеуплоидия у растений

Диплоидный набор хромосом в клетках картофеля составляет 48 (2n=48). В клетках картофеля возможны следующие виды геномных мутаций: 1) 49 (2n+1) – трисомия; 2) 47 (2n–1) –моносомия; 3) 46 (2n–2) – нуллисомия; 4) 4n=192 (полиплоидия).

https://studopedia.org/12-36683.html