Генетичні і соматичні мутації

Размещено на http://allbest.ru/

Зміст

1. Історія вивчення мутацій

2. Класифікація мутацій

3. Мутагенні чинники

4. Соматичні мутації

5. Хвороби викликані соматичними мутаціями

5.1 Синдром Олпорта

5.2 Синдром Марфана

5.3 Туберозний склероз

5.4 Аутоімунні реакції

Висновок

Список використаних джерел

Додаток

1. Історія вивчення мутацій

Мутації складають одну з основ генетики. Теорія про мутації зародилася незабаром після відкриття законів Г. Менделя. Перші уявлення про стрибкоподібні зміни спадкових властивостей виявив російський ботанік С. І. Коржинський (1899), свої спостереження він виклав у своїй праці «Гетерогенезис і еволюція». Але набагато грунтовніше мутаційна теорія була викладена в працях Гюго Де Фріза (1901 -1903), присвятивши більшу частину життя вивченню проблеми мутаційної мінливості рослин.

Спочатку мутаційна теорія цілком зосередилася на фенотипічному прояві спадкових змін, практично не займаючись механізмом їх виникнення. відповідно з визначенням Г. Де Фріза: «мутація являє собою явище стрибкоподібної, переривчастої зміни спадкової ознаки». До цих пір, незважаючи на численні спроби, не існує короткого визначення мутації, кращого, ніж дав Г. Де Фріз.

Основні положення мутаційної теорії Г. Де Фріза зводяться до наступного:

1. Мутації виникають раптово як дискретні зміни ознак.

2.Нові форми стійкі

3. На відміну від спадкових змін, мутації не утворюють безперервних рядів, не групуються навколо якого середнього типу. Вони являють собою якісні скачки змін

4. Мутації виявляються по-різному і можуть бути як корисними, так і шкідливими

5.Ймовірність виявлення мутацій залежить від числа досліджуваних особин

6.Подібні мутації можуть виникати неодноразово

До 1925-1927 рр.. генетики мали справу тільки зі спонтанними мутаціями. Різні спроби підвищити частоту мутацій, в тому числі і вжиті Т. X. Морганом, не приносили успіху. Складалося враження, що мутаційний процес не залежить від навколишнього середовища. Це стимулювало автогенетичні концепції, згідно з якими еволюцію організмів пов'язували тільки з дією внутрішніх факторів. Але в 1927 р. Г. Меллер повідомив про дію рентгенових променів на мутаційний процес у дрозофіли. Майже одночасно Л. Стадлер (1928) описав вплив рентгенівських променів на мутаційний процес у ячменю. У тому ж році М. Н. Мейсель в лабораторій Г. А. Надсона одержав мутації у дріжджів під дією хімічної сполуки (хлороформу). В 30-х роках спочатку В. В. Сахаров, а потім М. Є. Лобашов і Ф. А. Смирнов відкрили хімічний мутагенез у дрозофіли (впливали йодом, оцтовою кислотою, аміаком). З тих пір в арсенал мутагенних факторів увійшли різноманітні хімічні сполуки: аналоги основ, що входять безпосередньо в ДНК, такі агенти, як азотиста кислота або гідроксиламін. Сучасна точка зору щодо причин спонтанних мутацій сформувалася в 60-х роках завдяки з'ясуванню механізмів відтворення, репарації та рекомбінації генів і відкриттю ферментних систем, відповідальних за ці процеси. Виникла тенденція пояснювати генні мутації як помилки в роботі ферментів матричного синтезу ДНК. Зараз ця гіпотеза є загальновизнаною. Великий вплив на розвиток теорії мутаційного процесу надало вивчення його генетичного контролю. Були відкриті гени, мутації яких можуть підвищувати або знижувати частоту мутацій.

2. Класифікація мутацій

Залежно від «місця» мутації розділяють на генетичні і соматичні. Генетичні - ті, що виникають у генетичному апараті статевих клітин і передаються нащадкам при статевому розмноженні. Соматичні - виникають в генетичному апараті соматичних клітин і виявляються тільки в даної особини. За причиною виникнення мутації можуть бути спонтанні або індуктивні. Спонтанні мутації - це ті , які відбуваються раптово без видимих причин, але під дією певних чинників. Індуктивні - це мутації, що відбуваються при спрямованій дії певних мутагенів. За особливостями структурних змін вирізняють мутацій :

Заміна одних азотистих основ іншими (транспозиція). Виникають в одному ланцюзі ДНК, якщо не виправляються, то при реплікації закріплюються на обох молекулах ДНК, наслідок - новий триплет, що впливає на структура білка, його просторову організацію і функції.

Зміна кількості нуклеотидних пар у структурі гена ( інсерція, делеція). Делеція - випадання, інсерція - вставка однієї або декількох пар нуклеотидів у молекуль ДНК. Відбуваються в наслідок помилок під час рекомбінації. Результатом цієї мутації є зрушення рамки зчитування інформації з генетичного коду. Наслідок - синтез поліпептидів із зміненою амінокислотною послідовністю, що призводить до порушення структури і функції білків, зміна фенотипу.

Зміна порядку послідовності нуклеотидів у складі гена (інерсії).Цей тип мутації пов'язаний з поворотом ділянки днк на 180. Наслідком є порушення нуклеотидної послідовності гена. Це призводить до зміни первинної структури поліпептиду, структури ч функції білка, порушення фенотипу.

Порушення сплайсингу. Це мутація на межі екзотів і нітронів, які порушують процесинг первинного РНК-транскрипту, наслідок - неправильне вирізянная інтронної ділянки і трансляція неінформативного довшого білка, який руйнується ферментами.

Ампліфікація (експансія) тринуклеотидних повторів - динамічна мутація, яка пов'язана з великою кількістю тринуклеотидних повторів, класичний приклад - синдром ламаної Х - хромосоми.

Розрив ланцюгів - пошкодження хімічних зв'язків між нуклеотидами.

Зшивання нуклеотидів, наприклад двох поряд розташованих тимінів, це призводить до помилок транскрипції.

мутагенез соматичний спадковий біологічний

3. Мутагенні чинники

Чинники, що впливають на мутагенез називають генетично активними чинниками. Вчені їх поділяють на фізичні, хімічні і біологічні.

Фізичні - іонізуюча радіація, ультрафіолетові промені, температура, високочастотне електромагнітне випромінювання , ультразвук та ін.

Іонізована радіація виникає при дії електромагнітних (гамма-промені, рентгенівські промені) і корпускулярних випромінювань (протони, нейтрони, електрони, позитрони та ін. В опромінюваній тканині радіація вириває електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул. Ці електрони приєднуються до інших атомів і утворюються негативні іони, які можуть змінювати структуру ДНК, викликати мутації генів і розриву хромосом. Крім того, іонізуюче випромінювання викликає розкладання води і утворення пероксиду водню у великих кількостях. Опромінювання значно підсилює кросинговер. В цілому всі різновиди іонізуючого випромінювання викликає глибокі хромосомні зміни, які під час мітозу можуть передаватись подальшим поколінням клітин.

Ультрафіолетові промені представляють електромагнітні коливання. УФП з довжиною хвилі понад 260 нм. Володіють найбільшим мутагенним ефектом, оскільки вони поглинаються ДНК. У результаті в ДНК можуть виникати стійкі пошкодження - утворення димерів Т-Т, Т-Ц (при нормі Т-А). УФП викликають мутації, що прискорюють або уповільнюють поділ клітини. Меланін - природний захист від дії УФП, адже поглинає їх, тому темношкірі рідше хворіють раком шкіри.

Відомо, що температура не впливає на соматичні мутації. Але при підвищенні температури на 10кількість генних мутацій збільшується у 2-3 рази.

Хімічні - до них відносять будь-які речовини, що прямо або побічно порушують структуру і здатність відтворення молекул ДНК. Це алкілувальні сполуки, сполуки ртуті, поліциклічні генетично активні вуглеводні. Багато хімічних сполук самі по собі не проявляють генетичної активності, але можуть активовуватись внутрішньоклітинними метаболітами. Так солі азотної кислоти легко перетворюються на нітрит (сіль азотистої кислоти)- мутаген, що дизомінує основи ДНК. Алкілувальні сполуки - уводять у ДНК вуглеводні радикали, деякі з них названі супермугенами (викликають 100% мутацій). Це етилемін, іприт, диметилсульфат. Акритинові барвники (акридин жовтий жовтий, акридин оранжевий) - вбудовуються між азотистими основами ДНК. Солі важких металів, азотиста кислота, пероксиди, пестициди, деякі косметичні засоби, харчові добавки (наприклад нітрит натрію в ковбасах), речовини тютюнового диму, аерозольні лаки, барвники для волосся та ін. Лікарські препарати - сульфаніламіди, імунодепресанти, цитостатики.

Біологічні чинники - віруси, бактерії, метаболіти. Особливий інтерес становлять біологічно активні чинники. Зараз відомо, що хромосомні аберації у соматичних клітинах викликають віруси віспи, кору, вітряної віспи, грипу, гепатиту.

За результатами досліджень Павліченка В.І. (1974) у культурі ембріональних фібробластів людини вірус грипу викликає до 10% мутацій. Це в основному делеції і кільцеві хромосоми. Токсин гемолітичного стрептокока зумовлює близько 24 % мутацій. Генетично активні також збудники дизентирії . У 60-ті роки на кафедрі генетики і селекції Ленінградського університету під керівництвом М.Е. Лобашева було доведено роль нервової системи в контролі частоти хромосомних аберацій соматичних клітин (рогівка ока) у мишей. Розвиваючи цей напрям вчені довели мутагенний ефект феромонального стресу у мишей. Хочеться відзначити, що 90% мутагенів є канцерогенами. Крім мутагенів існують комутагени - речовини, що не володіють мутагенною активністю, але підвищують її в декілька разів. Наприклад, вітамін С підсилює цитогенетичний ефект циклофосфаміду, кофеєн - індукцію метотрексатом хроматичних обмінів, верапаміл і фендилін - кластогенну дію блеоміцину і пепломіцину. Наявність у середовищі комутагенів підвищує негативний ефект різних мутагенів.

4. Соматичні мутації

Соматичними мутаціями називають такі мутації, що відбуваються в генетичному апараті соматичних клітинах, тобто клітинах, що складають весь організми людини. Дані мутації, на відміну від генеративних, виявляються тільки у даної особини. Вони не можуть передатися нащадкам, але можуть передаватися дочірнім клітинам, тобто клітинам, що утворились в наслідок мітозу. Дана аномалія робить організм мозаїком (особиною зі змішаними популяціями клітин) та істотно впливає на розвиток певних ознак організму. У клітках організму, що розвивається, можуть виникати соматичні мутації всіх тих типів, які спостерігаються в статевих клітках. Доведено, що чим раніше в процесі розвитку організму виникає соматична мутація, тим більша кількість кліток-нащадків її успадкує за умови, що мутація не вбиває клітку-носійку і не знижує темпів її розмноження. Соматичний мозаїцизм доведено при 30 генних захворюваннях, зокрема: синдром Олпорта, синдром Марфана, тубероз ний склероз та ін..

5. Хвороби викликані соматичними мутаціями

5.1 Синдром Олпорта

Вперше описаний у 1927 році англійським лікарем Артуром Сесілем Олпортом. В основі хвороби лежить мутація гену в Х - статевій хромосомі q22, відповідальної за синтез 4А5 колагену. Як наслідок - порушення утворення трьохспіральної структури колагену 4 типи, в тому числі базальних мембран клубочків, аналогічних структур вуха та очей. У внутрішньому вусі знаходять втрату нейронів і волосяних клітин, атрофію спіральних зв'язок. З боку очей з різною частотою виявляють зниження гостроти зору, плями на сітківці, катаракту. При біохімічних дослідженнях сечі характерне переважання дерматансульфата, глюкозилгалактозилоксолизину, зменшення екскреції оксипроліну. У частини хворих виявлені також зниження рівня в крові IgA, T-і B-лімфоцитів, фагоцитарної активності.

5.2 Синдром Марфана

Описаний у 1896 році французьким педіатром Антоніо Марфаном . Своє спостереження проводив на 5-річній дівчинці Габріель з незвичайними, безперервно прогресуючими аномаліями скелета. Данна хвороба є дуже рідкісною і зустрічається у 1 з 5000 чоловік. Виявлено, що хвороба обумовлена мутацією гена білка фібриліну в 15й хромосомі. Саме ця мутація призводить до аномалій у виробленні та структурі фібриліну. Як наслідок порушується структура сполучної тканини, основним компонентом якої є фібрилін, який відіграє роль «клею». Ослаблення сполучної тканини призводить до виникнення проблем у багатьох органах, особливо це стосується серцево-судинної системи, зору і кісток.

5.3 Туберозний склероз

Перший опис клінічного випадку було зроблено в 1862 році німецьким патологом Фрідріхом фон Реклінгхаузеном. У 1880 р. французьким лікарем Д.М. Бурневіллєм докладно описані зміни, що відбуваються в головному мозку при даному захворюванні. Частота туберозного склерозу становить 1: 30 000 населення. Хвороба викликана мутацією двох генів локалізованих в ділянці 34 довгого плеча 9-ї хромосоми (туберозний склероз 1-го типу - TSC1, кодує білок гамартін) і в ділянці 13 короткого плеча 16-ї хромосоми (туберозний склероз 2-го типу - TSC2 , кодує білок туберін). Відноситься до групи нейроектодермальні порушень, характеризується ураженням нервової системи, шкіри та наявністю доброякісних пухлин (гамартій) в різних органах.

5.4 Аутоімунні реакції

Однією з новітніх гілок досліджень в галузі генетики є проблема аутоімунних реакцій. По суті - це одна з форм прояву імунної відповіді. Вона виникає в результаті взаємодії між клітинами імунної системи і клітинами тканин і органів власного організму. Довгий час вважали, що імунна система організму здатна проявляти імунологічну реактивність тільки по відношенню до антигенів зовнішнього середовища (мікробам, вірусам і т. д.) і не здатна реагувати па антигени власних клітин і тканин тіла. П. Ерліх (широко відомий як автор гуморальної теорії імунітету) вважав цей стан природним і пояснював його боязню самоотруєння. Однією з сучасних основ аутоімунної теорії є теорія Р. Уелфорда (1971), який розглянув старіння як процес накопичення мутантних форм соматичних клітин з розвитком хронічного аутоімунного конфлікту. При цьому імунокомпетентні клітини можуть самі мутувати і ставати агресивними проти нормальних клітин організму.

Висновок

Задовго до Г.Дж. Меллера, який штучно намагався спровокувати мутацію, наш організм піддавався змінам. Завдяки цим змінам Homo sapiens заволодів довкіллям і протиставив себе природі. Ми пишаємося нашими досягненнями в генній інженерії, щороку відзначаємо людей, які досягли в цій області успіхів. Натомість, наша генетична досконалість, яка дозволяє мільйони років процвітати нашому виду - недосконала. Кожен з нас щосекунди зазнає ризику стати жертвою однієї мутації в одній клітині, яка може призвести до важких захворювань. Я навів лише три з них, але це дає підставу замислитися наскільки людина є вразливою і незахищеною істотою. Найстрашніше, що ми самі в погоні за індустріальним прогресом, пригнічуємо своє становище. Продукти виробничої діяльності, при цьому можна говорити не лише про відходи. Ліки, харчові добавки, консерванти, косметика, барвники, не говорячи вже про випромінювання, що супроводжують «мирний атом». Все це є потенційними мутагенами. Генетика - наука, що змінює нас, і соматичні мутації є яскравим прикладом того, що природа завжди знайде спосіб бути сильнішою за людину.

Список використаних джерел

1. Основи молекулярної біології / В.І. Павліченко, В.П. Пішак, Р.Є. Булик

Ст.. 177-182, 186-190, 176, 166-169, 160-163, 158-160.

2. Біологія: підруч. для 11 кл. загальноосвіт. навч. закл. : рівень стандарту, академ. рівень / С. В. Межжерін, Я. 0. Межжеріна. -- К. : Освіта, 2011.

3. Инге-Вечтомов С. Г. / Генетика с основами селекции: Учеб. для биол. спец. ун-тов. -- М.: Высш. шк.,1989. Ст. 290-293

4. http://www.ordodeus.ru/Ordo_Deus8Alporta_sindrom.html

5. http://www.critical.ru/actual/marfan/Ris3_4.htm

6. http://www.likar.info/azbuka-zdorovya/article-36853-sindrom-marfana/

7. http://www.lvrach.ru/2005/08/4532910/

8. http://nld.by/imagebase/ib102/ib_stat18_1.htm

9. http://vseslova.com.ua/word/Соматичні_мутації-99822u

10. http://rich-promo.com/dinamika-vyrabotki-antitel/1237-.html

11. http://medicalencyclopedia.ru/index.php/component/tag/ожог

Додаток

РК-томограми головного мозку людини, що хворіє на туберозний склероз.

Приклад уражень шкіри при туберозному склерозі.

Приклад стану викликаного синдромом Марфана.

Размещено на Allbest.ru