Мутационная изменчивость. Классификация мутиций.

Мутационная изменчивость (мутации)- это изменение генетического материала. Мутации происходят под влиянием факторов внешней или внутренней среды. Процесс образования мутаций называется мутагенезом, а факторы, вызывающие мутации, —мутагенными.

Мутагены могут быть экзомутагенами (факторы внешней среды) и эндомутагенами (продукты метаболизма в организме). Экзомутагены можно разделить на следующие: 1) физические (ионизирующее излучение, ультрафиолетовые лучи, температура и др.); 2) химические (формалин, горчичный газ, колхицин, многие смолы, соли тяжелых металлов, некоторые лекарственные вещества и др.); 3) биологические (вирусы, токсины бактерий и паразит! животного происхождения).

I. По причинам: спонтанные и индуцированные.

· Спонтанные — это мутации, которые происходят в природе без видимых причин. Например: ген гемофилии может возникнуть спонтанно (когда при анализе родословной не выявлено больных гемофилией).

· Индуцированные — это мутации, происходящие при направления воздействии мутагенных факторов.

II. По мутировавшим клеткам: генеративные и соматические.

· Генеративные — это мутации, возникающие в половых клетках и передающиеся потомкам при половом размножении.

· Соматические— это мутации, происходящие в соматических клетках и проявляющиеся только у самой особи (например, разный цвет глаз).

III. По изменению генетического материала мутации подразделяют на следующие: генные, хромосомные перестройки, геномные.

· Генные мутации — это изменения в пределах одного гена: а) вставка или выпадение нуклеотида; б) замена одного нуклеотида на другой.

В результате генных мутаций возникает большинство болезней обмен веществ (фенилкетонурия, галактоземия, алкаптонурия, гистидинимия) и другие наследственные болезни. Они чаще выявляются биохимическими методами.

· Хромосомные перестройки (аберрации) — это мутации, обусловленные изменением структуры хромосом. Они могут быть внутрихромосомным (делеции, дупликации и инверсии) и межхромосомными (транслокации).

Внутрихромосомные перестройки происходят внутри хромосом

Если расположение генов в исходной хромосоме представить тогда:

а) делеция (нехватка) — выпадение кусочка хромосомы в средней части концевого участка хромосомы (примером нехватки концевого участка является синдром кошачьего крика — делеция короткого плеча 5-й хромосомы у человека);

или

б) дупликация — удвоение участка хромосомы

в) инверсия — разрыв участка хромосомы, поворот его на 180 градусов и прикрепление к месту отрыва

Межхромосомные перестройки происходят между негомологичными хро­мосомами: транслокации— отрыв участка одной хромосомы и присоединение его к другой негомологичной

При инверсии и транслокации затрудняется конъюгация (сближение) го­мологичных хромосом. Хромосомные аберрации обнаруживаются цитогенетическими методами. У человека изучена транслоцированная форма болезни Дауна, когда 21-я хромосома присоединяется к 15-й и вместе с ней передается.

· Геномные мутации — это мутации, обусловленные изменением числа хромосом: полиплоидии и гетероплоидии (анэуплоидии).

Полиплоидия — это кратное гаплоидному увеличение числа хромосом: n — гаплоидное число, 2n — диплоид (норма), Зn — триплоид, 4n — тетраилоид, 5n — пентаплоид и т. д. Полиплоидия у человека представляет собой летальную мутацию. У растений полиплоиды жизнеспособны и об­ладают повышенной урожайностью (более крупные листья, стебли, корне­плоды, плоды, цветки).

Гетероплоидия — это не кратное гаплоидному увеличение или уменьшение числа хромосом: если одна в паре лишняя — это трисомия, если одной хромосомы из пары не хватает — моносомия, а может быть и две-три лишние или в паре нет двух хромосом — нулесомия (летальная мутация). У человека хорошо изучено несколько заболеваний, причиной которых яв­ляется изменение числа хромосом.

Трисомия по аугосомам:

по 21-й хромосоме — синдром Дауна;

по 18-й хромосоме — синдром Эдвардса;

по 13-й хромосоме — синдром Патау.

Трисомия по половым хромосомам:

XXY — синдром Клайнфельтера (но может быть XXXY, XXYY и другие изменения числа хромосом).

Моносомия по половым хромосомам:

ХО — синдром Шерешевского—Тернера.

Геномные мутации обнаруживаются цитогенетическими методами. Фенотипически проявляются всегда.

IV. По изменению фенотипа:

· Аморфные — мутация произошла и признак исчез (отсутствует). Например: альбинизм, безволосость, анофтальмия.

· Гипоморфные — уменьшение выраженности признака (карликовость, микрофтальмия, микроцефалия).

· Гиперморфные — усиление выраженности признака (гигантизм, полидактилия, гипертрихоз).

· Неоморфные — в процессе эволюции появляется новый признак, которого ранее не было (гемоглобин, хорда, позвоночник, головной мозг и др. П поли!)

· Антиморфные — вместо одного признака появился другой (в процессе эволюции вместо потовых у млекопитающих появились молочные железы.

Могут также изменяться физиологические признаки (работа систем органов), биохимические (нарушение синтеза ферментов).

V. По исходу для организма:

· Летальные — смертельные. Например: гетероплоидии по крупным
хромосомам (1, 2, 3-й и др.), полиплоидии. Смерть наступает на ранним
этапах индивидуального развития, в эмбриональный период.

· Полулетальные — снижающие жизнеспособность организма. Человек,
как правило, не доживает до репродуктивного возраста. Например: синдром Дауна, гемофилия у девочек.

· Нейтральные — не влияющие на процессы жизнедеятельности, про­должительность жизни. Например: цвет радужной оболочки, пигментация кожи (если ген не обладает плейотропным действием).

· Положительные — повышающие жизнеспособность. Возникают редко, но имеют большое значение для прогрессивной эволюции.

Мутации в естественных условиях возникают с частотой 10^-5—10^-7, но при воздействии мутагенных факторов частота их может сильно возрастать.

Несмотря на то, что в природе постоянно идет мутационный процесс, существуют механизмы, обеспечивающие устойчивость генетического материала:

а) диплоидный набор хромосом;

б) двойная спираль ДНК;

в) вырожденный генетический код;

г) повторы некоторых генов;

д) репарация молекулы ДНК.

Глава VIII

Генетика человека