Ciri-ciri jenis mutasi. Mutasi gen. Mekanisme molekuler mutagenesis. Klasifikasi mutasi gen. Pentingnya mutasi gen bagi kehidupan suatu organisme. Apa Penyebab Mutasi

1. Penentuan variabilitas. Klasifikasi bentuknya.

Variabilitas adalah sifat umum organisme hidup, yang terdiri dari perubahan karakteristik herediter selama entogenesis (perkembangan individu).

Keragaman organisme dibagi menjadi dua jenis besar:

1. fenotipik, tidak mempengaruhi genotipe dan tidak diturunkan;

2. genotipe, mengubah genotipe sehingga diwariskan.

Variabilitas genotipe dibagi menjadi kombinatif dan mutasi.

Variabilitas mutasi meliputi mutasi genom, kromosom dan gen.

Mutasi genom dibagi menjadi poliploidi dan aneuploidi

Mutasi kromosom dibagi menjadi penghapusan, duplikasi, inversi, translokasi

2. Variabilitas fenotipik. Norma reaksi sifat-sifat yang ditentukan secara genetis. Sifat modifikasi yang adaptif. Fenokopi.

Variabilitas fenotipik (atau modifikasi non-herediter) adalah perubahan karakteristik fenotipik suatu organisme di bawah pengaruh faktor lingkungan, tanpa mengubah genotipe.

Contoh: warna bulu kelinci himalaya bergantung pada suhu lingkungannya.

Norma reaksi adalah kisaran variabilitas di mana genotipe yang sama mampu menghasilkan fenotipe yang berbeda.

1. tingkat reaksi yang luas - ketika fluktuasi suatu karakteristik terjadi dalam rentang yang luas (misalnya: penyamakan, jumlah susu).

2. norma reaksi sempit - ketika fluktuasi karakteristik tidak signifikan (misalnya: kandungan lemak susu).

3. norma reaksi yang tidak ambigu - bila tanda tidak berubah dalam kondisi apa pun (misalnya: golongan darah, warna mata, bentuk mata).

Sifat adaptif modifikasi terletak pada kenyataan bahwa variabilitas modifikasi memungkinkan tubuh beradaptasi terhadap perubahan kondisi lingkungan. Oleh karena itu, modifikasi selalu bermanfaat.

Jika selama embriogenesis tubuh terkena faktor-faktor yang merugikan, dapat terjadi perubahan fenotipik yang melampaui batas reaksi normal dan tidak bersifat adaptif, disebut morfosis perkembangan. Misalnya, seorang anak dilahirkan tanpa anggota tubuh atau bibir sumbing.

Fenokopi merupakan morfosis perkembangan yang sangat sulit dibedakan dengan perubahan keturunan (penyakit).

Misalnya: jika seorang ibu hamil menderita rubella, kemungkinan besar anaknya akan menderita katarak. Namun patologi ini juga bisa muncul akibat mutasi. Dalam kasus pertama kita berbicara tentang fenokopi.

Diagnosis “fenokopi” penting untuk prognosis di masa depan, karena dengan fenokopi materi genetik tidak berubah, yaitu tetap normal.

3. Variabilitas kombinatif. Pentingnya variabilitas kombinatif dalam menjamin keanekaragaman genetik manusia.

Variabilitas kombinatif adalah munculnya kombinasi gen baru pada keturunan yang tidak dimiliki orang tuanya.

Variabilitas kombinatif dikaitkan dengan:

dengan menyeberang ke profase meiosis 1.

dengan divergensi independen kromosom homolog menjadi anafase meiosis 1.

dengan kombinasi gamet acak selama pembuahan.

Pentingnya variabilitas kombinatif - memastikan keragaman genetik individu dalam suatu spesies, yang penting untuk seleksi alam dan evolusi.

4. Variabilitas mutasi. Ketentuan pokok teori mutasi.

Hugo de Vries, seorang ilmuwan Belanda, memperkenalkan istilah “mutasi” pada tahun 1901.

Mutasi adalah fenomena perubahan sifat yang bersifat turun-temurun dan bersifat intermiten dan tiba-tiba.

Proses terjadinya mutasi disebut mutagenesis, dan organisme yang memperoleh sifat baru dalam proses mutagenesis disebut mutan.

Ketentuan dasar teori mutasi menurut Hugo de Vries.

1. mutasi terjadi secara tiba-tiba tanpa adanya transisi.

2. bentuk yang dihasilkan cukup stabil.

3. mutasi adalah perubahan kualitatif.

4. mutasi terjadi dalam arah yang berbeda. mereka bisa bermanfaat dan berbahaya.

5. Mutasi yang sama bisa terjadi berulang kali.

5. Klasifikasi mutasi.

I. Berdasarkan asal.

1. Mutasi spontan. Mutasi spontan atau alami terjadi dalam kondisi alam normal.

2. Mutasi yang diinduksi. Mutasi yang diinduksi atau buatan terjadi ketika tubuh terkena faktor mutagenik.

A. fisik (radiasi pengion, sinar UV, suhu tinggi, dll.)

B. kimia (garam logam berat, asam nitrat, radikal bebas, limbah rumah tangga dan industri, obat-obatan).

II. Berdasarkan tempat asal.

A. Mutasi somatik muncul pada sel somatik dan diwarisi oleh keturunan sel tempat mutasi tersebut muncul. Mereka tidak diwariskan dari generasi ke generasi.

B. Mutasi generatif terjadi pada sel germinal dan diturunkan dari generasi ke generasi.

AKU AKU AKU. Menurut sifat perubahan fenotipiknya.

1. Mutasi morfologi, ditandai dengan perubahan struktur suatu organ atau organisme secara keseluruhan.

2. Mutasi fisiologis, ditandai dengan perubahan pada organ atau organisme secara keseluruhan.

3. Mutasi biokimia berhubungan dengan perubahan makromolekul.

IV. Dengan mempengaruhi vitalitas organisme.

1. Mutasi yang mematikan pada 100% kasus menyebabkan kematian organisme karena cacat yang tidak sesuai dengan kehidupan.

2. Mutasi semi-mematikan menyebabkan kematian pada 50-90% kasus. Biasanya, organisme dengan mutasi seperti itu tidak dapat bertahan hidup hingga usia reproduksi.

3. Mutasi yang mematikan secara kondisional, pada kondisi tertentu organisme mati, namun pada kondisi lain tetap bertahan (galaktosemia).

4. Mutasi yang bermanfaat meningkatkan kelangsungan hidup organisme dan digunakan dalam pemuliaan.

V. Sesuai dengan sifat perubahan materi turun temurun.

1. Mutasi gen.

2. Mutasi kromosom.

6. Mutasi gen, definisi. Mekanisme terjadinya mutasi gen secara spontan.

Mutasi gen atau mutasi titik adalah mutasi yang terjadi pada gen pada tingkat nukleotida, dimana terjadi perubahan struktur gen, perubahan molekul mRNA, perubahan urutan asam amino pada protein, dan perubahan sifat dalam tubuh.

Jenis mutasi gen:

- kesalahan mutasi - penggantian 1 nukleotida dalam triplet dengan yang lain akan menyebabkan masuknya asam amino lain ke dalam rantai polipeptida protein, yang biasanya tidak ada, dan ini akan menyebabkan perubahan sifat dan fungsi protein.

Contoh: penggantian asam glutamat dengan valin pada molekul hemoglobin.

CTT – asam glutamat, CAT – valin

Jika mutasi tersebut terjadi pada gen yang mengkode rantai β protein hemoglobin, maka valin dimasukkan ke dalam rantai β sebagai pengganti asam glutamat → akibat mutasi tersebut, sifat dan fungsi protein hemoglobin dan HbS berubah. muncul alih-alih HbA normal, akibatnya seseorang mengalami anemia sel sabit (bentuk perubahan sel darah merah).

- omong kosong mutasi - mengganti 1 nukleotida dalam triplet dengan yang lain akan mengarah pada fakta bahwa triplet yang signifikan secara genetik akan berubah menjadi kodon stop, yang mengarah pada penghentian sintesis rantai polipeptida protein. Contoh: UAC – tirosin. UAA – hentikan kodon.

Mutasi dengan pergeseran kerangka pembacaan informasi keturunan.

Jika akibat mutasi gen suatu sifat baru muncul pada suatu organisme (misalnya polidaktili), maka disebut neomorfik.

jika akibat mutasi gen tubuh kehilangan suatu sifat (misalnya pada PKU suatu enzim hilang), maka disebut amorf.

- masuk akal mutasi - penggantian nukleotida menjadi triplet menyebabkan munculnya triplet sinonim yang mengkode protein yang sama. Hal ini disebabkan oleh degenerasi kode genetik. Misalnya: CTT – glutamin CTT – glutamin.

Mekanisme terjadinya mutasi gen (penggantian, penyisipan, kehilangan).

DNA terdiri dari 2 rantai polinukleotida. Pertama, perubahan terjadi pada untai pertama DNA - ini adalah keadaan semi-mutasi atau “kerusakan DNA primer”. Setiap detik, 1 kerusakan DNA primer terjadi di dalam sel.

Ketika kerusakan berpindah ke untai DNA kedua, mereka mengatakan bahwa mutasi telah diperbaiki, yaitu “mutasi lengkap” telah terjadi.

Kerusakan DNA primer terjadi ketika mekanisme replikasi, transkripsi, dan pindah silang terganggu

7. Frekuensi mutasi gen. Mutasi bersifat langsung dan terbalik, dominan dan resesif.

Pada manusia, frekuensi mutasi = 1x10 –4 – 1x10 –7, yaitu rata-rata 20–30% gamet manusia pada setiap generasi bermutasi.

Pada Drosophila frekuensi mutasi = 1x10 –5, yaitu 1 dari 100 ribu gamet membawa mutasi gen.

A. Mutasi langsung (resesif) adalah mutasi suatu gen dari keadaan dominan ke keadaan resesif: A → a.

B. Mutasi terbalik (dominan) adalah mutasi suatu gen dari keadaan resesif ke keadaan dominan: a → A.

Mutasi gen terjadi pada semua organisme; gen bermutasi dalam arah yang berbeda dan pada frekuensi yang berbeda. Gen yang jarang bermutasi disebut stabil, dan gen yang sering bermutasi disebut bisa berubah.

8. Hukum deret homologis dalam variabilitas herediter N.I.Vavilov.

Mutasi terjadi dalam berbagai arah, yaitu. secara tidak sengaja. Namun, kecelakaan ini mengikuti pola yang ditemukan pada tahun 1920. Vavilov. Ia merumuskan hukum deret homolog dalam variabilitas herediter.

“Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat meramalkan keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain.”

Hukum ini memungkinkan kita untuk memprediksi keberadaan suatu sifat tertentu pada individu dari genera berbeda dalam keluarga yang sama. Dengan demikian, keberadaan lupin bebas alkaloid di alam dapat diprediksi, karena Pada keluarga kacang-kacangan terdapat genera buncis, kacang polong, dan buncis yang tidak mengandung alkaloid.

Dalam kedokteran, hukum Vavilov mengizinkan penggunaan hewan yang secara genetik dekat dengan manusia sebagai model genetik. Mereka digunakan untuk eksperimen untuk mempelajari penyakit genetik. Misalnya, katarak sedang dipelajari pada tikus dan anjing; hemofilia - pada anjing, tuli bawaan - pada tikus, kelinci percobaan, anjing.

Hukum Vavilov memungkinkan kita memprediksi kemunculan mutasi terinduksi yang tidak diketahui sains, yang dapat digunakan dalam pemuliaan untuk menciptakan bentuk tanaman yang berharga bagi manusia.

9. Hambatan antimutasi tubuh.

- Akurasi replikasi DNA. Terkadang kesalahan terjadi selama replikasi, kemudian mekanisme koreksi diri diaktifkan yang bertujuan menghilangkan nukleotida yang salah. Enzim DNA polimerase memainkan peran penting, dan tingkat kesalahan berkurang 10 kali lipat (dari 10 –5 menjadi 10 –6).

- Degenerasi kode genetik. Beberapa kembar tiga dapat mengkodekan 1 asam amino, sehingga penggantian 1 nukleotida menjadi triplet dalam beberapa kasus tidak mengubah informasi keturunan. Misalnya, CTT dan CTC adalah asam glutamat.

- Mengekstraksi beberapa gen yang bertanggung jawab atas makromolekul penting: rRNA, tRNA, protein histon, mis. banyak salinan gen ini diproduksi. Gen-gen ini adalah bagian dari rangkaian yang cukup berulang.

- Redundansi DNA– 99% berlebihan dan faktor mutagenik lebih sering termasuk dalam 99% rangkaian yang tidak berarti ini.

- Pasangan kromosom dalam himpunan diploid. Dalam keadaan heterozigot, banyak mutasi berbahaya yang tidak muncul.

- Pemusnahan sel germinal mutan.

- perbaikan DNA.

10. Perbaikan materi genetik. .

Perbaikan DNA adalah penghapusan kerusakan primer dari DNA dan penggantiannya dengan struktur normal.

Ada dua bentuk reparasi: terang dan gelap

A. Perbaikan ringan (atau fotoreaktivasi enzimatik). Enzim perbaikan hanya aktif jika ada cahaya. Bentuk perbaikan ini bertujuan untuk menghilangkan kerusakan DNA primer yang disebabkan oleh sinar UV.

Di bawah pengaruh sinar UV, basa nitrogen pirimidin dalam DNA diaktifkan, yang mengarah pada pembentukan ikatan antara basa nitrogen pirimidin yang terletak berdekatan dalam rantai DNA yang sama, yaitu terbentuknya dimer pirimidin. Paling sering, koneksi muncul: T=T; T=C; C=C.

Biasanya tidak ada dimer pirimidin dalam DNA. Pembentukannya menyebabkan distorsi informasi herediter dan terganggunya proses normal replikasi dan transkripsi, yang kemudian menyebabkan mutasi gen.

Inti dari fotoreaktivasi: di dalam nukleus terdapat enzim khusus (fotoreaktivasi) yang aktif hanya dengan adanya cahaya; enzim ini menghancurkan dimer pirimidin, yaitu memutus ikatan yang timbul antara basa nitrogen pirimidin di bawah pengaruh Sinar UV.

Perbaikan gelap terjadi dalam gelap dan terang, yaitu aktivitas enzim tidak bergantung pada keberadaan cahaya. Ini dibagi menjadi perbaikan pra-replikasi dan perbaikan pasca-replikasi.

Perbaikan pra-replikasi terjadi sebelum replikasi DNA, dan banyak enzim yang terlibat dalam proses ini:

o Endonuklease

o Eksonuklease

o DNA polimerase

o DNA ligase

Tahap 1. Enzim endonuklease menemukan area yang rusak dan memotongnya.

Tahap 2. Enzim eksonuklease menghilangkan area yang rusak dari DNA (eksisi), sehingga terjadi celah.

Tahap 3. Enzim DNA polimerase mensintesis bagian yang hilang. Sintesis terjadi berdasarkan prinsip saling melengkapi.

Tahap 4. Enzim ligase menghubungkan atau menjahit daerah yang baru disintesis ke untai DNA. Dengan cara ini, kerusakan DNA asli diperbaiki.

Perbaikan pasca-replikasi.

Katakanlah ada kerusakan primer pada DNA.

Tahap 1. Proses replikasi DNA dimulai. Enzim DNA polimerase mensintesis untai baru yang sepenuhnya melengkapi untai utuh lama.

Tahap 2. Enzim DNA polimerase mensintesis untai baru lainnya, namun melewati area di mana kerusakan berada. Akibatnya, terbentuk celah pada untai DNA baru kedua.

Tahap 3. Pada akhir replikasi, enzim DNA polimerase mensintesis bagian yang hilang sebagai pelengkap untai DNA baru.

Tahap 4. Enzim ligase kemudian menghubungkan bagian yang baru disintesis dengan untai DNA yang terdapat celah. Dengan demikian, kerusakan DNA primer tidak berpindah ke untai baru lainnya, artinya mutasi tidak diperbaiki.

Selanjutnya, kerusakan DNA primer dapat dihilangkan selama perbaikan pra-replikasi.

11. Mutasi terkait dengan gangguan perbaikan DNA dan perannya dalam patologi.

Kemampuan untuk memperbaiki organisme telah dikembangkan dan dikonsolidasikan selama evolusi. Semakin tinggi aktivitas enzim perbaikan, semakin stabil bahan keturunannya. Gen yang sesuai bertanggung jawab untuk memperbaiki enzim, jadi jika terjadi mutasi pada gen ini, aktivitas enzim perbaikan menurun. Dalam hal ini, seseorang mengembangkan penyakit keturunan yang parah yang berhubungan dengan penurunan aktivitas enzim perbaikan.

Ada lebih dari 100 penyakit yang menyerang manusia, beberapa di antaranya:

Anemia Fanconi– penurunan jumlah sel darah merah, gangguan pendengaran, gangguan pada sistem kardiovaskular, kelainan bentuk jari, mikrosefali.

Sindrom Bloom - berat badan lahir rendah pada bayi baru lahir, pertumbuhan melambat, peningkatan kerentanan terhadap infeksi virus, peningkatan risiko kanker. Ciri khasnya: dengan paparan sinar matahari yang singkat, pigmentasi berbentuk kupu-kupu muncul di kulit wajah (pelebaran kapiler darah).

Xeroderma pigmentosum– luka bakar muncul di kulit karena cahaya, yang segera berkembang menjadi kanker kulit (pada pasien tersebut, kanker terjadi 20.000 kali lebih sering). Pasien terpaksa hidup di bawah penerangan buatan.

Angka kejadian penyakit ini adalah 1:250.000 (Eropa, AS), dan 1:40.000 (Jepang)

Dua jenis progeria– penuaan dini pada tubuh.

12. Penyakit gen, mekanisme perkembangannya, pewarisan, frekuensi kejadian.

Penyakit gen (atau penyakit molekuler) cukup banyak terdapat pada manusia, jumlahnya lebih dari 1000.

Kelompok khusus di antaranya adalah kelainan metabolisme bawaan. Penyakit ini pertama kali dijelaskan oleh A. Garod pada tahun 1902. Gejala penyakit ini berbeda-beda, namun selalu ada pelanggaran transformasi zat di dalam tubuh. Dalam hal ini, beberapa zat akan kelebihan, yang lain kekurangan. Misalnya, suatu zat (A) masuk ke dalam tubuh dan selanjutnya diubah di bawah aksi enzim menjadi zat (B). Selanjutnya zat (B) seharusnya berubah menjadi zat (C), tetapi hal ini dicegah dengan blok mutasi

(), akibatnya zat (C) akan kekurangan, dan zat (B) akan berlebih.

Contoh beberapa penyakit yang disebabkan oleh kelainan metabolisme bawaan.

PKU(fenilketonuria, demensia kongenital). Penyakit genetik yang diturunkan secara autosomal resesif terjadi dengan frekuensi 1:10.000. Fenilalanin merupakan asam amino esensial untuk pembangunan molekul protein dan juga berfungsi sebagai prekursor hormon tiroid (tiroksin), adrenalin, dan melanin. Asam amino fenilalanin dalam sel hati harus diubah oleh enzim (fenilalanin-4-hidroksilase) menjadi tirosin. Jika enzim yang bertanggung jawab atas transformasi ini tidak ada atau aktivitasnya menurun, maka kandungan fenilalanin dalam darah akan meningkat tajam, dan kandungan tirosin akan menurun. Kelebihan fenilalanin dalam darah menyebabkan munculnya turunannya (fenilasetat, fenilaktat, fenilpiruvat dan asam ketonat lainnya), yang diekskresikan dalam urin dan juga memiliki efek toksik pada sel-sel sistem saraf pusat, yang menyebabkan demensia.

Dengan diagnosis tepat waktu dan pemindahan bayi ke makanan tanpa fenilalanin, perkembangan penyakit dapat dicegah.

Albinisme adalah hal biasa. Penyakit genetik diturunkan secara resesif autosomal. Biasanya, asam amino tirosin terlibat dalam sintesis pigmen jaringan. Jika terjadi blok mutasi, tidak ada enzim atau aktivitasnya menurun, maka pigmen jaringan tidak disintesis. Dalam kasus ini, kulit berwarna putih susu, rambut sangat terang, akibat kurangnya pigmen pada retina, pembuluh darah terlihat, mata berwarna merah jambu kemerahan, dan peningkatan kepekaan terhadap cahaya.

Alkapnonuria. Penyakit genetik yang diturunkan secara autosomal resesif terjadi dengan frekuensi 3-5:1.000.000. Penyakit ini dikaitkan dengan pelanggaran konversi asam homogentisat, akibatnya asam ini terakumulasi di dalam tubuh. Diekskresikan dalam urin, asam ini menyebabkan perkembangan penyakit ginjal, selain itu, urin yang bersifat basa dengan anomali ini dengan cepat menjadi gelap. Penyakit ini juga memanifestasikan dirinya sebagai pewarnaan jaringan tulang rawan, dan radang sendi berkembang di usia tua. Jadi, penyakit ini disertai kerusakan pada ginjal dan persendian.

Penyakit gen berhubungan dengan gangguan metabolisme karbohidrat.

Galaktosemia. Penyakit genetik yang diturunkan secara autosomal resesif terjadi dengan frekuensi 1:35.000-40.000 anak.

Darah bayi baru lahir mengandung monosakarida galaktosa, yang terbentuk selama pemecahan disakarida susu. laktosa untuk glukosa dan galaktosa. Galaktosa tidak langsung diserap oleh tubuh, melainkan harus diubah oleh enzim khusus menjadi bentuk yang dapat dicerna - glukosa-1-fosfat.

Penyakit keturunan galaktosemia disebabkan oleh disfungsi gen yang mengontrol sintesis protein enzim yang mengubah galaktosa menjadi bentuk yang dapat dicerna. Di dalam darah anak yang sakit akan terdapat sangat sedikit enzim ini dan banyak galaktosa, yang ditentukan melalui analisis biokimia.

Jika diagnosis ditegakkan pada hari-hari pertama setelah anak lahir, maka ia diberi susu formula yang tidak mengandung gula susu, dan anak berkembang secara normal. Kalau tidak, anak itu akan tumbuh menjadi orang yang berpikiran lemah.

Fibrosis kistik. Penyakit genetik yang diturunkan secara autosomal resesif terjadi dengan frekuensi 1:2.000-2.500. Penyakit ini berhubungan dengan mutasi pada gen yang bertanggung jawab atas protein pembawa yang tertanam dalam membran plasma sel. Protein ini mengatur permeabilitas membran terhadap ion Na dan Ca. Jika permeabilitas ion-ion ini dalam sel kelenjar eksokrin terganggu, kelenjar mulai memproduksi sekret kental dan kental yang menutup saluran kelenjar eksokrin.

Ada bentuk fibrosis kistik paru dan usus.

Sindrom Marfan. Penyakit genetik diturunkan secara autosomal dominan. Terkait dengan gangguan metabolisme protein fibrillin di jaringan ikat, yang dimanifestasikan oleh gejala kompleks: jari “laba-laba” (arachnodactyly), perawakan tinggi, subluksasi lensa, kelainan jantung dan pembuluh darah, peningkatan pelepasan adrenalin ke dalam darah, bungkuk, dada cekung, lengkungan kaki tinggi, kelemahan ligamen dan tendon, dll. Ini pertama kali dijelaskan pada tahun 1896 oleh dokter anak Perancis Antonio Marfan.

KULIAH 10 Mutasi struktural kromosom.

1. Mutasi struktural kromosom (penyimpangan kromosom).

Jenis penyimpangan kromosom berikut ini dibedakan.

– penghapusan

– duplikasi

– inversi

– cincin kromosom

– translokasi

– transposisi

Dengan mutasi ini, struktur kromosom berubah, urutan gen dalam kromosom berubah, dan dosis gen dalam genotipe berubah. Mutasi tersebut terjadi pada semua organisme, yaitu:

Spontan (disebabkan oleh faktor yang tidak diketahui sifatnya) dan diinduksi (sifat faktor penyebab mutasi diketahui)

Somatik (mempengaruhi materi keturunan sel somatik) dan generatif (perubahan materi keturunan gamet)

Berguna dan berbahaya (yang terakhir lebih umum)

Seimbang (sistem genotipe tidak berubah yang berarti fenotipe tidak berubah) dan tidak seimbang (sistem genotipe berubah yang berarti fenotipe juga berubah

Jika mutasi mempengaruhi dua kromosom, mereka berbicara tentang penataan ulang antar kromosom.

Jika mutasi mempengaruhi kromosom 1, kita berbicara tentang penataan ulang intrachromosomal.

2. Mekanisme terjadinya mutasi struktural kromosom.

Hipotesis “pemutusan-koneksi”. Dipercayai bahwa kerusakan terjadi pada satu atau lebih kromosom. Bagian kromosom terbentuk, yang kemudian dihubungkan, tetapi dalam urutan yang berbeda. Jika pemutusan terjadi sebelum replikasi DNA, maka 2 kromatid terlibat dalam proses ini - ini adalah isokromatid celah Jika kerusakan terjadi setelah replikasi DNA, maka 1 kromatid terlibat dalam proses tersebut - ini kromatid celah

Hipotesis kedua: proses yang mirip dengan pindah silang terjadi antara kromosom non-homolog, yaitu. non-homolog bagian pertukaran kromosom.

3. Penghapusan, esensinya, bentuk, efek fenotipiknya. Dominasi semu..

Penghapusan (defisiensi) adalah hilangnya sebagian kromosom.

1 kerusakan dapat terjadi pada kromosom, dan ia akan kehilangan daerah terminalnya, yang akan dihancurkan oleh enzim (defisiensi)

mungkin ada dua kerusakan pada kromosom dengan hilangnya wilayah tengah, yang juga akan dihancurkan oleh enzim (penghapusan interstitial).

Dalam keadaan homozigot, penghapusan selalu mematikan; dalam keadaan heterozigot, penghapusan tersebut memanifestasikan dirinya sebagai beberapa cacat perkembangan.

Deteksi penghapusan:

Pewarnaan diferensial pada kromosom

Sesuai dengan bentuk loop yang terbentuk pada saat konjugasi kromosom homolog pada profase meiosis 1. Loop terjadi pada kromosom normal.

Penghapusan ini pertama kali dipelajari pada lalat Drosophila, yang mengakibatkan hilangnya sebagian kromosom X. Dalam keadaan homozigot, mutasi ini mematikan, dan dalam keadaan heterozigot, mutasi ini memanifestasikan dirinya secara fenotip sebagai takik pada sayap (mutasi takik). Saat menganalisis mutasi ini, sebuah fenomena khusus diidentifikasi, yang disebut dominasi semu. Dalam hal ini, alel resesif dimanifestasikan secara fenotip, karena wilayah kromosom dengan alel dominan hilang karena penghapusan.

Pada manusia, penghapusan paling sering terjadi pada kromosom 1 sampai 18. Misalnya, penghapusan lengan pendek kromosom kelima dalam keadaan heterozigot memanifestasikan dirinya secara fenotip sebagai sindrom “cry the cat”. Seorang anak dilahirkan dengan banyak patologi, hidup dari 5 hari hingga satu bulan (sangat jarang hingga 10 tahun), tangisannya menyerupai suara mengeong kucing yang tajam.

Penghapusan interstisial dapat terjadi pada kromosom 21 atau 22 sel induk hematopoietik. Dalam keadaan heterozigot, secara fenotip ia memanifestasikan dirinya sebagai anemia pernisiosa.

4. Duplikasi, inversi, ring chrome. Mekanisme terjadinya. Manifestasi fenotipik.

Duplikasi– penggandaan suatu bagian kromosom (bagian ini dapat diulang berkali-kali). Duplikasi bisa langsung atau terbalik.

Dengan mutasi ini, dosis gen dalam genotipe meningkat, dan dalam keadaan homozigot, mutasi ini mematikan. Dalam keadaan heterozigot, mereka dimanifestasikan oleh banyak cacat perkembangan. Namun, mutasi ini mungkin berperan selama evolusi. Keluarga gen hemoglobin mungkin muncul dengan cara ini.

Ada kemungkinan bahwa rangkaian nukleotida DNA yang berulang berulang kali muncul sebagai hasil duplikasi.

Deteksi duplikasi:

Gambar loop pada profase meiosis 1. Loop muncul pada kromosom yang bermutasi.

Inversi – merobek bagian kromosom, memutarnya 180° dan menempelkannya ke tempat lama. Selama inversi, dosis gen tidak berubah, tetapi urutan gen dalam kromosom berubah, yaitu. kelompok kopling berubah. Tidak ada inversi akhir.

Dalam keadaan homozigot, inversi bersifat mematikan; dalam keadaan heterozigot, inversi memanifestasikan dirinya sebagai beberapa cacat perkembangan.

Mendeteksi inversi:

Pewarnaan diferensial.

Gambar berupa dua loop yang letaknya berlawanan pada profase meiosis 1.

Ada 2 jenis inversi:

inversi parasentris, yang tidak mempengaruhi sentromer, karena kerusakan terjadi dalam satu lengan kromosom

inversi perikentrik, yang mempengaruhi sentromer, karena jeda terjadi pada kedua sisi sentromer.

Dengan inversi perikentrik, konfigurasi kromosom dapat berubah (jika ujung bagian yang diputar tidak simetris). Dan ini membuat konjugasi selanjutnya menjadi tidak mungkin.

Manifestasi fenotipik inversi adalah yang paling ringan dibandingkan dengan penyimpangan kromosom lainnya. Jika homozigot resesif mati, maka heterozigot paling sering mengalami infertilitas.

Cincin kromosom. Biasanya, tidak ada kromosom cincin pada kariotipe manusia. Mereka bisa muncul ketika tubuh terkena faktor mutagenik, terutama radiasi radioaktif.

Dalam hal ini, 2 kerusakan terjadi pada kromosom, dan bagian yang dihasilkan ditutup menjadi sebuah cincin. Jika kromosom cincin mengandung sentromer, maka terbentuklah cincin sentris. Jika tidak ada sentromer, maka terbentuklah cincin asentris, dihancurkan oleh enzim dan tidak diwariskan.

Kromosom cincin dideteksi dengan kariotipe.

Dalam keadaan homozigot, mutasi ini mematikan, dan dalam keadaan heterozigot, mutasi tersebut muncul secara fenotip sebagai penghapusan.

Kromosom cincin adalah penanda paparan radiasi. Semakin tinggi dosis radiasi, semakin banyak jumlah cincin kromosom, dan semakin buruk prognosisnya.

5. Translokasi, esensinya. Translokasi timbal balik, karakteristik dan signifikansi medisnya. Translokasi Robertsonian dan perannya dalam patologi herediter.

Translokasi adalah pergerakan suatu bagian kromosom. Ada translokasi timbal balik (timbal balik) dan non-timbal balik (transposisi).

Translokasi timbal balik terjadi ketika dua kromosom non-homolog bertukar bagiannya.

Kelompok translokasi khusus adalah translokasi Robertsonian (fusi sentris). Kromosom akrosentrik terpengaruh - mereka kehilangan lengan pendeknya, dan lengan panjangnya terhubung.

Penyebab 4-5% kasus kelahiran anak lahir mati adalah translokasi Robertsonian. Dalam hal ini, lengan panjang kromosom 21 berpindah ke salah satu kromosom kelompok D (13, 14, 15, kromosom 14 sering terlibat).

Jenis sel telur, sperma, zigot, Konsekuensi

14 + 14, 21 14,14,21 monosomi 21 (mematikan)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trisomi 21 (bawah)

21 + 14, 21 21,14,21, monosomi 14 (mematikan)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trisomi 14 (mematikan)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 sehat secara fenotip

Seperti yang bisa kita lihat, seorang wanita dengan translokasi Robertsonian bisa melahirkan anak yang sehat.

Hilangnya lengan pendek tidak mempengaruhi apa pun, karena zona pembentuk nukleolus terletak di sana, dan juga berada di kromosom lain.

Seorang pasien dengan bentuk translokasi sindrom Down memiliki 46 kromosom dalam selnya. Ovarium setelah translokasi akan memiliki 45 kromosom. Namun dengan mutasi yang seimbang, wanita tersebut akan memiliki 45 kromosom.

Deteksi translokasi:

Pewarnaan diferensial.

Gambar persilangan pada profase meiosis 1.

6. Transposisi. Elemen genetik seluler. Mekanisme pergerakan melalui genom dan signifikansi.

Jika translokasi tidak bersifat timbal balik, maka mereka berbicara tentang transposisi.

Kelompok khusus transposon adalah Mobile Genetic Elements (MGEs), atau gen pelompat, yang ditemukan di semua organisme. Pada lalat Drosophila, mereka membentuk 5% genom. Pada manusia, MGE dikelompokkan ke dalam keluarga ALU.

MGE terdiri dari 300-400 nukleotida yang terulang 300 ribu kali dalam genom manusia.

Pada ujung MGE terdapat pengulangan nukleotida yang terdiri dari 50-100 nukleotida. Pengulangan bisa maju atau mundur. Pengulangan nukleotida tampaknya mempengaruhi pergerakan MGE.

Ada dua varian pergerakan MGE di seluruh genom.

1. menggunakan proses transkripsi terbalik. Ini membutuhkan enzim transkriptase balik (revertase). Opsi ini terjadi dalam beberapa tahap:

pada DNA, enzim RNA polimerase (nama lain adalah transkriptase) mensintesis mRNA,

Pada mRNA, enzim reverse transkriptase mensintesis satu untai DNA,

Enzim DNA polimerase memastikan sintesis untai DNA kedua,

fragmen yang disintesis ditutup menjadi sebuah cincin,

cincin DNA dimasukkan ke dalam kromosom lain atau ke lokasi lain pada kromosom yang sama.

2. menggunakan enzim transposase, yang memotong MGE dan memindahkannya ke kromosom lain atau ke tempat lain pada kromosom yang sama

Dalam perjalanan evolusi, MGE memainkan peran positif, karena mereka melakukan transfer informasi genetik dari satu spesies organisme ke spesies organisme lainnya. Peran penting dalam hal ini dimainkan oleh retrovirus, yang mengandung RNA sebagai bahan keturunan, dan juga mengandung transkriptase balik.

MGE sangat jarang berpindah ke seluruh genom, satu gerakan untuk setiap ratusan ribu kejadian di dalam sel (frekuensi pergerakan 1 x 10–5).

Di setiap organisme tertentu, MGE tidak memainkan peran positif, karena bergerak melalui genom, mereka mengubah fungsi gen dan menyebabkan mutasi gen dan kromosom.

7. Mutagenesis terinduksi. Faktor mutagenik fisik, kimia dan biologi.

Mutasi terinduksi terjadi ketika faktor mutagenik bekerja pada tubuh, yang dibagi menjadi 3 kelompok:

Fisik (UVL, sinar-X dan radiasi radiasi, medan elektromagnetik, suhu tinggi).

Dengan demikian, radiasi pengion dapat bekerja langsung pada molekul DNA dan RNA sehingga menyebabkan kerusakan (mutasi gen) di dalamnya. Dampak tidak langsung dari hal ini

mutagen pada alat keturunan sel terdiri dari pembentukan zat genotoksik (H 2 O 2, OH -, O 2 -,).

Faktor mutagenik kimia. Ada lebih dari 2 juta bahan kimia yang dapat menyebabkan mutasi. Ini adalah garam logam berat, analog kimia dari basa nitrogen (5-bromourasil), senyawa alkilasi (CH 3, C 2 H 5).

8. Mutasi radiasi. Bahaya genetik dari pencemaran lingkungan.

Mutasi radiasi adalah mutasi yang disebabkan oleh radiasi. Pada tahun 1927, ahli genetika Amerika Heinrich Mehler pertama kali menunjukkan bahwa paparan sinar-X menyebabkan peningkatan frekuensi mutasi Drosophila yang signifikan. Karya ini menandai dimulainya arah baru dalam biologi - genetika radiasi. Berkat banyak penelitian yang dilakukan selama beberapa dekade terakhir, kita sekarang mengetahui bahwa ketika partikel elementer (kuanta, elektron, proton, dan neutron) memasuki nukleus, molekul air terionisasi dengan pembentukan radikal bebas (OH -, O 2 -). Memiliki aktivitas kimia yang tinggi, mereka menyebabkan kerusakan DNA, kerusakan nukleotida atau kehancurannya; semua ini mengarah pada terjadinya mutasi.

Karena manusia merupakan sistem terbuka, berbagai faktor pencemaran lingkungan dapat masuk ke dalam tubuh manusia. Banyak dari faktor-faktor ini yang dapat mengubah atau merusak materi keturunan sel hidup. Konsekuensi dari faktor-faktor ini begitu serius sehingga umat manusia tidak dapat mengabaikan pencemaran lingkungan.

9. Mutagenesis dan karsinogenesis.

Teori mutasi kanker pertama kali dikemukakan oleh Hugo De Vries pada tahun 1901. Saat ini, ada banyak teori karsinogenesis.

Salah satunya adalah teori gen karsinogenesis. Diketahui genom manusia mengandung lebih dari 60 onkogen yang mampu mengatur pembelahan sel. Mereka berada dalam keadaan tidak aktif dalam bentuk proto-onkogen. Di bawah pengaruh berbagai faktor mutagenik, protoonkogen diaktifkan dan menjadi onkogen, yang menyebabkan proliferasi sel dan perkembangan tumor secara intensif.

KULIAH 11 Mutasi nomor kromosom. Haploidi, poliploidi,

Aneuploidi.

1. Hakikat mutasi jumlah kromosom, penyebab dan mekanisme terjadinya.

Setiap jenis organisme mempunyai kariotipenya masing-masing. Keteguhan kariotipe selama beberapa generasi dipertahankan melalui proses mitosis dan meiosis. Kadang-kadang selama mitosis atau meiosis pemisahan kromosom terganggu, mengakibatkan sel-sel dengan jumlah kromosom berubah. Di dalam sel, jumlah seluruh set kromosom haploid dapat berubah, dalam hal ini terjadi mutasi seperti:

Haploidi – satu set kromosom (n)

Poliploidi – peningkatan jumlah kromosom yang merupakan kelipatan dari himpunan haploid (3n, 4n, dll.)

Aneuploidi adalah perubahan jumlah kromosom individu (46 +1).

Himpunan kromosom dapat berubah baik pada sel somatik maupun pada sel germinal.

Penyebab kelainan divergensi kromosom:

peningkatan viskositas sitoplasma

perubahan polaritas sel

disfungsi spindel.

Semua alasan ini mengarah pada apa yang disebut fenomena “anafase lag”.

Artinya selama anafase mitosis atau meiosis, distribusi kromosom tidak merata, yaitu. beberapa kromosom atau kelompok kromosom tidak dapat mengimbangi kromosom lainnya dan hilang ke salah satu sel anak.

2. Haploidi, sifat perubahan kariotipe, prevalensi, manifestasi fenotipik.

Haploidi adalah pengurangan jumlah kromosom dalam sel suatu organisme menjadi haploid. Di dalam sel, jumlah kromosom dan dosis gen menurun tajam, sehingga sistem genotipe berubah, yang berarti fenotipe juga berubah.

Jika dari penjelasan di atas sudah jelas apa fungsi gen, maka jelas juga bahwa perubahan struktur suatu gen, urutan nukleotida, dapat menyebabkan perubahan pada protein yang dikodekan oleh gen tersebut. Perubahan struktur suatu gen disebut mutasi. Perubahan struktur gen ini dapat terjadi karena berbagai alasan, mulai dari kesalahan acak selama duplikasi DNA hingga pengaruh radiasi pengion atau bahan kimia khusus yang disebut mutagen pada gen. Jenis perubahan pertama menyebabkan apa yang disebut mutasi spontan, dan jenis kedua menyebabkan mutasi. Mutasi gen dapat terjadi pada sel germinal, kemudian diturunkan ke generasi berikutnya dan beberapa di antaranya akan mengarah pada berkembangnya penyakit keturunan. Mutasi gen juga terjadi pada sel somatik. Dalam hal ini, mereka hanya akan diwarisi dalam klon sel tertentu yang berasal dari sel mutan. Diketahui bahwa mutasi pada gen sel somatik dalam beberapa kasus dapat menyebabkan kanker.

Jenis mutasi gen

Salah satu jenis mutasi yang paling umum adalah substitusi sepasang basa nitrogen. Substitusi seperti itu mungkin tidak mempunyai konsekuensi terhadap struktur rantai polipeptida yang dikodekan oleh gen karena degenerasi kode genetik. Pergantian basa nitrogen ketiga menjadi triplet hampir tidak pernah menimbulkan konsekuensi apa pun. Mutasi seperti ini disebut substitusi senyap. Pada saat yang sama, substitusi nukleotida tunggal dapat menyebabkan penggantian satu asam amino dengan asam amino lain karena perubahan kode genetik dari triplet yang bermutasi.

Perubahan basa nukleotida tunggal dalam triplet dapat mengubahnya menjadi kodon stop. Karena kodon mRNA ini menghentikan translasi rantai polipeptida, rantai polipeptida yang disintesis menjadi lebih pendek dibandingkan dengan rantai normal. Mutasi yang menyebabkan terbentuknya kodon stop disebut mutasi omong kosong.

Akibat mutasi yang tidak masuk akal, di mana A-T digantikan oleh G-C dalam molekul DNA, sintesis rantai polipeptida berhenti di kodon stop.

Sebaliknya, substitusi nukleotida tunggal dalam kodon stop yang letaknya normal dapat membuatnya bermakna, dan kemudian mRNA mutan, dan kemudian polipeptida mutan, ternyata lebih panjang dari yang normal.

Golongan mutasi molekul berikutnya adalah delesi (kehilangan) atau penyisipan (insertion) nukleotida. Ketika triplet nukleotida dihapus atau disisipkan, maka jika triplet ini dikodekan, maka asam amino tertentu akan hilang dalam polipeptida atau asam amino baru akan muncul. Akan tetapi, jika, sebagai akibat dari penghapusan atau penyisipan, sejumlah nukleotida yang bukan kelipatan tiga disisipkan atau dihapus, maka arti semua nukleotida lain setelah penyisipan atau penghapusan kodon molekul mRNA berubah atau hilang. Mutasi seperti ini disebut mutasi frameshift. Mereka sering mengarah pada pembentukan kodon stop dalam urutan nukleotida mRNA setelah penyisipan atau penghapusan.

Konversi gen adalah perpindahan langsung suatu fragmen dari satu alel ke alel lain atau fragmen dari pseudogen ke suatu gen. Karena terdapat banyak mutasi pada pseudogen, transfer semacam itu mengganggu struktur gen normal dan dapat dianggap sebagai mutasi. Untuk melakukan konversi gen antara pseudogen dan gen, diperlukan pasangan dan persilangan atipikal berikutnya, di mana pemutusan terjadi pada untaian DNA.

Baru-baru ini, jenis mutasi baru dan sama sekali tidak terduga ditemukan, yang dimanifestasikan oleh peningkatan jumlah pengulangan (paling sering trinukleotida), tetapi kasus peningkatan jumlah pengulangan yang terdiri dari 5 dan bahkan 12 nukleotida, terletak di keduanya. di ekson gen dan intron atau bahkan wilayah gen yang tidak diterjemahkan, juga telah dijelaskan. Mutasi ini disebut dinamis atau tidak stabil. Sebagian besar penyakit yang disebabkan oleh mutasi yang terkait dengan perluasan zona berulang adalah penyakit saraf keturunan. Ini adalah korea Huntington, atrofi otot tulang belakang dan bulbar, ataksia spinocerebellar, distrofi miotonik, ataksia Friedreich.

Mekanisme perluasan zona pengulangan belum sepenuhnya dipahami. Dalam suatu populasi, individu yang sehat biasanya menunjukkan beberapa variasi dalam jumlah pengulangan nukleotida yang ditemukan pada gen berbeda. Jumlah pengulangan nukleotida diwariskan lintas generasi dan selama pembelahan sel somatik. Namun, setelah jumlah pengulangan, yang bervariasi untuk gen yang berbeda, melebihi ambang batas kritis tertentu, yang juga bervariasi untuk gen yang berbeda, biasanya mereka menjadi tidak stabil dan dapat bertambah besar baik selama meiosis atau pada pembelahan pertama sel telur yang telah dibuahi.

Efek mutasi gen

Sebagian besar penyakit resesif autosomal disebabkan oleh hilangnya fungsi gen mutan yang bersangkutan. Hal ini diwujudkan dengan penurunan tajam aktivitas enzim (paling sering), yang mungkin disebabkan oleh penurunan sintesis atau stabilitasnya. Dalam kasus di mana fungsi protein yang bersangkutan sama sekali tidak ada, mutasi gen dengan efek ini disebut alel nol. Mutasi yang sama dapat memanifestasikan dirinya secara berbeda pada individu yang berbeda, terlepas dari tingkat penilaian dampaknya: molekuler, biokimia, atau fenotipik. Alasan perbedaan ini mungkin terletak pada pengaruh mutasi gen lain terhadap manifestasinya, serta alasan lingkungan eksternal, jika dipahami secara cukup luas.

Di antara mutasi hilangnya fungsi, merupakan kebiasaan untuk membedakan mutasi negatif yang dominan. Ini termasuk mutasi yang tidak hanya menyebabkan penurunan atau hilangnya fungsi produknya sendiri, tetapi juga mengganggu fungsi alel normal yang bersangkutan. Paling sering, manifestasi mutasi negatif dominan ditemukan pada protein yang terdiri dari dua atau lebih rantai polipeptida, misalnya kolagen.

Wajar jika diharapkan bahwa dengan replikasi DNA yang terjadi selama setiap pembelahan sel, akan terjadi cukup banyak mutasi molekuler. Namun, kenyataannya tidak demikian, karena perbaikan kerusakan DNA terjadi di dalam sel. Beberapa lusin enzim diketahui terlibat dalam proses ini. Mereka mengenali basa yang berubah, menghilangkannya dengan memotong untai DNA, dan menggantinya dengan basa yang benar menggunakan untai DNA komplementer yang utuh.

Pengenalan basa yang diubah dalam rantai DNA oleh enzim perbaikan terjadi karena fakta bahwa pasangan yang benar dari nukleotida yang diubah dengan basa komplementer dari untai DNA kedua terganggu. Ada juga mekanisme untuk memperbaiki jenis kerusakan DNA lainnya. Dipercaya bahwa lebih dari 99% mutasi molekuler yang baru terjadi dapat diperbaiki secara normal. Namun, jika mutasi terjadi pada gen yang mengontrol sintesis enzim perbaikan, maka frekuensi mutasi spontan dan terinduksi meningkat tajam, dan ini meningkatkan risiko berkembangnya berbagai jenis kanker.

Perubahan struktur suatu gen atau urutan nukleotida dapat menyebabkan perubahan pada protein yang dikodekan oleh gen tersebut. Perubahan struktur suatu gen disebut mutasi. Mutasi dapat terjadi karena berbagai alasan, mulai dari kesalahan acak selama penggandaan DNA hingga efek radiasi pengion atau bahan kimia khusus yang disebut mutagen pada suatu gen.

Mutasi dapat diklasifikasikan tergantung pada sifat perubahan urutan nukleotida: penghapusan, penyisipan, substitusi, dll., atau pada sifat perubahan selama biosintesis protein: mutasi missense, mutasi frameshift yang tidak masuk akal, dll.

Ada juga mutasi yang stabil dan dinamis.

Efek fenotipik dari mutasi dapat berupa hilangnya fungsi atau perolehan fungsi baru.

Kebanyakan mutasi yang baru terjadi dikoreksi oleh enzim perbaikan DNA.

Penyakit monogenik

Dalam sel somatik organ dan jaringan manusia, setiap gen diwakili oleh dua salinan (setiap salinan disebut alel). Jumlah total gen sekitar 30.000 (jumlah pasti gen dalam genom manusia masih belum diketahui).

Fenotip

Pada tingkat organisme, gen mutan mengubah fenotipe suatu individu.

Fenotipe dipahami sebagai penjumlahan dari semua ciri-ciri luar seseorang, dan jika kita berbicara tentang ciri-ciri luar, yang kita maksud bukan hanya ciri-ciri luar yang sebenarnya, seperti tinggi badan atau warna mata, tetapi juga berbagai ciri fisiologis dan biokimia yang dapat berubah. gen tindakan.

Ciri-ciri fenotipik yang ditangani oleh genetika medis adalah penyakit keturunan dan gejala penyakit keturunan. Jelas sekali bahwa ada jarak yang sangat jauh antara gejala penyakit keturunan, seperti misalnya tidak adanya telinga, kejang, keterbelakangan mental, kista ginjal, dan perubahan salah satu protein akibat mutasi pada suatu penyakit. gen tertentu.

Protein mutan, produk dari gen mutan, harus berinteraksi dengan ratusan atau bahkan ribuan protein lain yang dikodekan oleh gen lain untuk akhirnya mengubah sifat normal atau patologis. Selain itu, produk gen yang terlibat dalam pembentukan sifat fenotipik apa pun dapat berinteraksi dengan faktor lingkungan dan dimodifikasi di bawah pengaruhnya. Fenotipe, tidak seperti genotipe, dapat berubah sepanjang hidup, sedangkan genotipe tetap konstan. Bukti paling mencolok dari hal ini adalah entogenesis kita sendiri. Selama hidup, kita berubah secara eksternal seiring bertambahnya usia, namun genotipe kita tidak. Di balik fenotipe yang sama mungkin terdapat genotipe yang berbeda, dan sebaliknya, dengan genotipe yang sama, fenotipe dapat berbeda. Pernyataan terakhir ini didukung oleh hasil penelitian terhadap kembar monozigot. Genotipe mereka identik, tetapi secara fenotip mereka mungkin berbeda dalam berat badan, tinggi badan, perilaku dan karakteristik lainnya. Pada saat yang sama, ketika kita berhadapan dengan penyakit keturunan monogenik, kita melihat bahwa biasanya kerja gen mutan tidak tersembunyi oleh banyak interaksi produk patologisnya dengan produk gen lain atau dengan faktor lingkungan.

Hampir setiap perubahan struktur atau jumlah kromosom, di mana sel mempertahankan kemampuan untuk bereproduksi, menyebabkan perubahan karakteristik organisme secara turun-temurun. Menurut sifat perubahan genom, mis. kumpulan gen yang terdapat dalam kumpulan kromosom haploid, gen, mutasi kromosom dan genom dibedakan. genetik kromosom mutan herediter

Mutasi gen adalah perubahan molekuler pada struktur DNA yang tidak terlihat di mikroskop cahaya. Mutasi gen mencakup segala perubahan dalam struktur molekul DNA, terlepas dari lokasinya dan pengaruhnya terhadap kelangsungan hidup. Beberapa mutasi tidak berpengaruh pada struktur atau fungsi protein terkait. Bagian lain (besar) dari mutasi gen menyebabkan sintesis protein cacat yang tidak mampu menjalankan fungsi bawaannya.

Berdasarkan jenis perubahan molekulnya, ada:

Penghapusan (dari bahasa Latin deletio - penghancuran), mis. hilangnya segmen DNA dari satu nukleotida menjadi gen;

Duplikasi (dari bahasa Latin duplicatio doubling), yaitu. duplikasi atau reduplikasi segmen DNA dari satu nukleotida ke seluruh gen;

Inversi (dari bahasa Latin inversio - inversi), yaitu. rotasi 180 derajat segmen DNA dengan ukuran mulai dari dua nukleotida hingga sebuah fragmen yang mencakup beberapa gen;

Sisipan (dari bahasa Latin insertio - lampiran), yaitu. penyisipan fragmen DNA dengan ukuran mulai dari satu nukleotida hingga seluruh gen.

Mutasi genlah yang menyebabkan perkembangan sebagian besar bentuk patologi herediter. Penyakit yang disebabkan oleh mutasi tersebut disebut penyakit genetik atau monogenik, yaitu penyakit penyakit yang perkembangannya ditentukan oleh mutasi satu gen.

Dampak mutasi gen sangat bervariasi. Kebanyakan dari mereka tidak muncul secara fenotip karena bersifat resesif. Hal ini sangat penting bagi keberadaan spesies, karena sebagian besar mutasi baru berbahaya. Namun, sifat resesifnya memungkinkan mereka untuk bertahan lama pada individu suatu spesies dalam keadaan heterozigot tanpa membahayakan tubuh dan memanifestasikan dirinya di masa depan ketika beralih ke keadaan homozigot.

Saat ini terdapat lebih dari 4.500 penyakit monogenik. Yang paling umum adalah: fibrosis kistik, fenilketonuria, miopati Duchenne-Becker dan sejumlah penyakit lainnya. Secara klinis, mereka menampakkan diri sebagai tanda-tanda gangguan metabolisme (metabolisme) dalam tubuh.

Pada saat yang sama, ada sejumlah kasus di mana perubahan hanya pada satu basa pada gen tertentu mempunyai pengaruh nyata pada fenotipe. Salah satu contohnya adalah kelainan genetik pada anemia sel sabit. Alel resesif, yang menyebabkan penyakit keturunan ini dalam keadaan homozigot, dinyatakan dalam penggantian hanya satu residu asam amino dalam rantai B molekul hemoglobin (asam glutamat?> valin). Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam sel darah merah dengan hemoglobin seperti itu berubah bentuk (dari yang bulat menjadi berbentuk sabit) dan cepat rusak. Pada saat yang sama, anemia akut berkembang dan terjadi penurunan jumlah oksigen yang dibawa oleh darah. Anemia menyebabkan kelemahan fisik , gangguan pada fungsi jantung dan ginjal, dan dapat menyebabkan kematian dini pada orang yang homozigot untuk alel mutan.

Mutasi kromosom adalah penyebab penyakit kromosom.

Mutasi kromosom adalah perubahan struktural pada kromosom individu, biasanya terlihat di bawah mikroskop cahaya. Mutasi kromosom melibatkan sejumlah besar (dari puluhan hingga beberapa ratus) gen, yang menyebabkan perubahan pada set diploid normal. Meskipun penyimpangan kromosom umumnya tidak mengubah urutan DNA gen tertentu, perubahan jumlah salinan gen dalam genom menyebabkan ketidakseimbangan genetik karena kekurangan atau kelebihan materi genetik. Ada dua kelompok besar mutasi kromosom: intrachromosomal dan interchromosomal (lihat Gambar 2).

Mutasi intrachromosomal adalah penyimpangan dalam satu kromosom (lihat Gambar 3). Ini termasuk:

Penghapusan adalah hilangnya salah satu bagian kromosom, internal atau terminal. Hal ini dapat menyebabkan gangguan embriogenesis dan pembentukan beberapa kelainan perkembangan (misalnya, penghapusan di daerah lengan pendek kromosom ke-5, yang disebut 5p-, menyebabkan keterbelakangan laring, kelainan jantung, keterbelakangan mental. Hal ini gejala yang kompleks dikenal sebagai sindrom “tangisan kucing”, karena pada anak yang sakit, akibat kelainan laring, tangisannya menyerupai mengeong kucing);

Inversi. Akibat putusnya dua titik kromosom, fragmen yang dihasilkan dimasukkan ke tempat semula setelah diputar 180 derajat. Akibatnya, hanya tatanan gen saja yang terganggu;

Duplikasi adalah penggandaan (atau penggandaan) bagian mana pun dari kromosom (misalnya, trisomi pada lengan pendek kromosom 9 menyebabkan banyak cacat, termasuk mikrosefali, keterlambatan perkembangan fisik, mental, dan intelektual).

Beras. 2.

Mutasi antarkromosom, atau mutasi penataan ulang, adalah pertukaran fragmen antara kromosom non-homolog. Mutasi semacam itu disebut translokasi (dari bahasa Latin trans - for, through dan locus - place). Ini:

Translokasi timbal balik - dua kromosom bertukar fragmennya;

Translokasi non-timbal balik - sebuah fragmen dari satu kromosom diangkut ke kromosom lain;

? Fusi “sentris” (translokasi Robertsonian) adalah penyatuan dua kromosom akrosentrik di wilayah sentromernya dengan hilangnya lengan pendek.

Ketika kromatid dipecah secara melintang melalui sentromer, kromatid “saudara” menjadi lengan “cermin” dari dua kromosom berbeda yang mengandung set gen yang sama. Kromosom seperti ini disebut isokromosom.

Beras. 3.

Translokasi dan inversi, yaitu penataan ulang kromosom yang seimbang, tidak mempunyai manifestasi fenotipik, tetapi akibat segregasi kromosom yang tersusun ulang pada meiosis, dapat terbentuk gamet yang tidak seimbang, yang akan mengakibatkan munculnya keturunan dengan kelainan kromosom.

Mutasi genom, seperti halnya kromosom, adalah penyebab penyakit kromosom.

Mutasi genom termasuk aneuploidi dan perubahan ploidi kromosom yang tidak berubah secara struktural. Mutasi genom dideteksi dengan metode sitogenetik.

Aneuploidi adalah perubahan (penurunan - monosomi, peningkatan - trisomi) jumlah kromosom dalam satu set diploid, bukan kelipatan dari yang haploid (2n+1, 2n-1, dst).

Poliploidi adalah peningkatan jumlah set kromosom, kelipatan dari kromosom haploid (3n, 4n, 5n, dst).

Pada manusia, poliploidi, dan juga sebagian besar aneuploidi, adalah mutasi yang mematikan.

Mutasi genom yang paling umum meliputi:

Trisomi - adanya tiga kromosom homolog dalam kariotipe (misalnya, pasangan ke-21 pada sindrom Down, pasangan ke-18 pada sindrom Edwards, pasangan ke-13 pada sindrom Patau; untuk kromosom seks: XXX, XXY, XYY);

Monosomi adalah kehadiran hanya satu dari dua kromosom homolog. Dengan monosomi untuk salah satu autosom, perkembangan normal embrio tidak mungkin dilakukan. Satu-satunya monosomi pada manusia yang sesuai dengan kehidupan - monosomi pada kromosom X - menyebabkan sindrom Shereshevsky-Turner (45,X).

Alasan yang menyebabkan aneuploidi adalah non-disjungsi kromosom selama pembelahan sel selama pembentukan sel germinal atau hilangnya kromosom akibat jeda anafase, ketika salah satu kromosom homolog mungkin tertinggal dari kromosom non-homolog lainnya selama pergerakan ke kutub. kromosom homolog. Istilah nondisjungsi berarti tidak adanya pemisahan kromosom atau kromatid pada meiosis atau mitosis.

Nondisjungsi kromosom paling sering terjadi selama meiosis. Kromosom, yang biasanya membelah selama meiosis, tetap bersatu dan berpindah ke salah satu kutub sel dalam anafase, sehingga menghasilkan dua gamet, salah satunya memiliki kromosom tambahan, dan yang lainnya tidak memiliki kromosom ini. Ketika gamet dengan set kromosom normal dibuahi oleh gamet dengan kromosom ekstra, terjadi trisomi (yaitu, ada tiga kromosom homolog di dalam sel); ketika gamet tanpa satu kromosom dibuahi, terjadi zigot dengan monosomi. Jika zigot monosomik terbentuk pada kromosom autosom mana pun, maka perkembangan organisme berhenti pada tahap awal perkembangannya.

Berdasarkan jenis warisannya mereka membedakannya dominan Dan terdesak mutasi. Beberapa peneliti mengidentifikasi mutasi semi-dominan dan kodominan. Mutasi dominan dicirikan oleh efek langsung pada tubuh, mutasi semi-dominan berarti bahwa bentuk heterozigot merupakan perantara fenotip antara bentuk AA dan aa, dan mutasi kodominan dicirikan oleh fakta bahwa heterozigot A 1 A 2 menunjukkan tanda-tanda keduanya. alel. Mutasi resesif tidak muncul pada heterozigot.

Jika mutasi dominan terjadi pada gamet, dampaknya dinyatakan langsung pada keturunannya. Banyak mutasi pada manusia yang dominan. Mereka umum terjadi pada hewan dan tumbuhan. Misalnya, mutasi dominan generatif memunculkan jenis domba berkaki pendek Ancona.

Contoh mutasi semi dominan adalah pembentukan mutasi bentuk heterozigot Aa, peralihan fenotip antara organisme AA dan aa. Hal ini terjadi dalam kasus sifat biokimia ketika kontribusi kedua alel terhadap sifat tersebut sama.

Contoh mutasi kodominan adalah alel I A dan I B yang menentukan golongan darah IV.

Dalam kasus mutasi resesif, efeknya tersembunyi di dalam diploid. Mereka hanya muncul dalam keadaan homozigot. Contohnya adalah mutasi resesif yang menentukan penyakit gen manusia.

Dengan demikian, faktor utama dalam menentukan kemungkinan munculnya alel mutan dalam suatu organisme dan populasi tidak hanya pada tahap siklus reproduksi, tetapi juga dominasi alel mutan tersebut.

Mutasi langsung? Ini adalah mutasi yang menonaktifkan gen tipe liar, mis. mutasi yang mengubah informasi yang dikodekan dalam DNA secara langsung, sehingga mengakibatkan perubahan dari organisme bertipe asli (liar) menjadi organisme bertipe mutan.

Mutasi punggung mewakili pengembalian ke tipe asli (liar) dari mutan. Pembalikan ini ada dua jenis. Beberapa pembalikan disebabkan oleh mutasi berulang pada situs atau lokus serupa dengan pemulihan fenotipe asli dan disebut mutasi pembalikan yang sebenarnya. Reversi lainnya adalah mutasi pada beberapa gen lain yang mengubah ekspresi gen mutan ke arah tipe aslinya, yaitu. kerusakan pada gen mutan tetap ada, tetapi tampaknya mengembalikan fungsinya, sehingga terjadi pemulihan fenotipe. Pemulihan fenotipe tersebut (seluruhnya atau sebagian) meskipun kerusakan genetik asli (mutasi) masih dipertahankan disebut penekanan, dan mutasi terbalik semacam itu disebut penekan (ekstragenik). Biasanya, penekanan terjadi akibat mutasi pada gen yang mengkode sintesis tRNA dan ribosom.

Secara umum, penindasan dapat berupa:

? intragenik? ketika mutasi kedua pada gen yang sudah terpengaruh mengubah cacat kodon sebagai akibat mutasi langsung sedemikian rupa sehingga asam amino dimasukkan ke dalam polipeptida yang dapat mengembalikan aktivitas fungsional protein ini. Selain itu, asam amino ini tidak sesuai dengan asam amino aslinya (sebelum terjadinya mutasi pertama), yaitu. tidak ada reversibilitas sejati yang teramati;

? diperkenalkan? ketika struktur tRNA berubah, akibatnya tRNA mutan memasukkan asam amino lain ke dalam polipeptida yang disintesis, bukan asam amino yang dikodekan oleh triplet yang rusak (akibat mutasi langsung).

Kompensasi untuk efek mutagen akibat penekanan fenotipik tidak dikecualikan. Hal ini dapat terjadi ketika sel terkena faktor yang meningkatkan kemungkinan kesalahan dalam membaca mRNA selama translasi (misalnya, beberapa antibiotik). Kesalahan seperti itu dapat menyebabkan penggantian asam amino yang salah, namun mengembalikan fungsi protein yang terganggu akibat mutasi langsung.

Mutasi, selain sifat kualitatifnya, juga dicirikan oleh cara terjadinya. Spontan(acak) - mutasi yang terjadi dalam kondisi kehidupan normal. Mereka adalah hasil dari proses alami yang terjadi di dalam sel, yang timbul dari latar belakang radioaktif alami bumi dalam bentuk radiasi kosmik, unsur radioaktif di permukaan bumi, radionuklida yang dimasukkan ke dalam sel organisme yang menyebabkan mutasi tersebut atau sebagai a akibat kesalahan replikasi DNA. Mutasi spontan terjadi pada manusia pada jaringan somatik dan generatif. Metode penentuan mutasi spontan didasarkan pada kenyataan bahwa anak mengembangkan suatu sifat dominan, meskipun orang tuanya tidak memilikinya. Sebuah penelitian di Denmark menunjukkan bahwa sekitar satu dari 24.000 gamet membawa mutasi dominan. Frekuensi mutasi spontan pada setiap spesies ditentukan dan dipertahankan secara genetis pada tingkat tertentu.

Diinduksi mutagenesis adalah produksi mutasi buatan menggunakan mutagen dari berbagai sifat. Ada faktor mutagenik fisik, kimia dan biologis. Sebagian besar faktor ini bereaksi langsung dengan basa nitrogen dalam molekul DNA atau termasuk dalam rangkaian nukleotida. Frekuensi mutasi yang diinduksi ditentukan dengan membandingkan sel atau populasi organisme yang diberi dan tidak diberi mutagen. Jika frekuensi mutasi suatu populasi meningkat 100 kali lipat akibat pengobatan dengan mutagen, maka diyakini hanya satu mutan dalam populasi yang akan terjadi secara spontan, sisanya akan terinduksi. Penelitian tentang penciptaan metode untuk pengaruh yang ditargetkan dari berbagai mutagen pada gen tertentu memiliki kepentingan praktis untuk seleksi tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme.

Berdasarkan jenis sel tempat terjadinya mutasi, perbedaan dibuat antara mutasi generatif dan mutasi somatik (lihat Gambar 4).

Generatif mutasi terjadi pada sel-sel primordium reproduksi dan pada sel germinal. Jika terjadi mutasi (generatif) pada sel germinal, maka beberapa gamet dapat menerima gen mutan tersebut sekaligus, sehingga akan meningkatkan potensi kemampuan beberapa individu (individu) untuk mewarisi mutasi tersebut pada keturunannya. Jika terjadi mutasi pada suatu gamet, maka kemungkinan besar hanya satu individu (individu) pada keturunannya yang akan menerima gen tersebut. Frekuensi mutasi pada sel germinal dipengaruhi oleh umur organisme.

Beras. 4.

Somatik mutasi terjadi pada sel somatik organisme. Pada hewan dan manusia, perubahan mutasi hanya akan bertahan pada sel-sel ini. Namun pada tumbuhan, karena kemampuannya bereproduksi secara vegetatif, mutasi dapat menyebar ke luar jaringan somatik. Misalnya, varietas apel musim dingin yang terkenal “Lezat” berasal dari mutasi pada sel somatik, yang sebagai akibat dari pembelahan, menyebabkan terbentuknya cabang yang memiliki ciri-ciri tipe mutan. Dilanjutkan dengan perbanyakan vegetatif yang memungkinkan diperolehnya tanaman dengan sifat-sifat varietas tersebut.

Klasifikasi mutasi berdasarkan efek fenotipiknya pertama kali diusulkan pada tahun 1932 oleh G. Möller. Berdasarkan klasifikasinya, hal-hal berikut diidentifikasi:

Mutasi amorf. Ini adalah suatu kondisi di mana sifat yang dikendalikan oleh alel patologis tidak diekspresikan karena alel patologis tidak aktif dibandingkan dengan alel normal. Mutasi tersebut mencakup gen albinisme dan sekitar 3.000 penyakit resesif autosomal;

Mutasi antimorfik. Dalam hal ini, nilai sifat yang dikendalikan oleh alel patologis berlawanan dengan nilai sifat yang dikendalikan oleh alel normal. Mutasi tersebut mencakup gen dari sekitar 5-6 ribu penyakit autosomal dominan;

Mutasi hipermorfik. Dalam kasus mutasi seperti itu, sifat yang dikendalikan oleh alel patologis lebih menonjol dibandingkan sifat yang dikendalikan oleh alel normal. Contoh? pembawa gen heterozigot untuk penyakit ketidakstabilan genom. Jumlahnya sekitar 3% dari populasi dunia, dan jumlah penyakitnya sendiri mencapai 100 nosologi. Di antara penyakit-penyakit ini: anemia Fanconi, ataksia telangiectasia, xeroderma pigmentosum, sindrom Bloom, sindrom progeroid, berbagai bentuk kanker, dll. Selain itu, frekuensi kanker pada pembawa gen heterozigot untuk penyakit ini 3-5 kali lebih tinggi dari biasanya, dan pada pasien itu sendiri ( homozigot untuk gen ini), kejadian kanker puluhan kali lebih tinggi dari biasanya.

Mutasi hipomorfik. Ini adalah suatu kondisi di mana ekspresi suatu sifat yang dikendalikan oleh alel patologis melemah dibandingkan dengan sifat yang dikendalikan oleh alel normal. Mutasi tersebut termasuk mutasi pada gen sintesis pigmen (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), serta lebih dari 3000 bentuk penyakit resesif autosomal.

Mutasi neomorfik. Mutasi demikian dikatakan terjadi bila sifat yang dikendalikan oleh alel patologis mempunyai kualitas (baru) yang berbeda dibandingkan dengan sifat yang dikendalikan oleh alel normal. Contoh: sintesis imunoglobulin baru sebagai respon terhadap penetrasi antigen asing ke dalam tubuh.

Berbicara tentang pentingnya klasifikasi G. Möller, perlu dicatat bahwa 60 tahun setelah publikasinya, efek fenotipik mutasi titik dibagi menjadi beberapa kelas berbeda tergantung pada pengaruhnya terhadap struktur produk protein gen dan /atau tingkat ekspresinya.

PENYEBAB UTAMA MUTASI GEN PADA TAHAP SAAT INI

Pylaikina Vladlena Vladislavovna

Nikonova Anna Valerievna

Mahasiswa tahun pertama, Departemen Kedokteran Gigi, PSU, Federasi Rusia, Penza

Saldaev Damir Abesovich

pembimbing ilmiah, Ph.D. biol. Sains, Associate Professor PSU, Federasi Rusia, Penza

Genetika adalah ilmu biologi tentang hereditas dan variabilitas organisme serta metode pengendaliannya. Ini adalah dasar ilmiah untuk pengembangan metode seleksi, untuk penciptaan ras hewan baru, spesies tumbuhan, dll.

Penemuan besar genetika modern disebabkan oleh kemampuan gen untuk mengalami restrukturisasi, atau dengan kata lain organisme mampu bermutasi.

Mutasi gen merupakan pelanggaran urutan nukleotida.

Saat ini, para ilmuwan telah menemukan faktor utama yang menyebabkan mutasi - mutagen. Diketahui bahwa mutasi disebabkan oleh kondisi di mana organisme itu berada: nutrisi, suhu, dll. atau tindakan faktor-faktor seperti bahan kimia tertentu atau unsur radioaktif. Mutagen yang paling berbahaya adalah virus.

Akibat mutasi bisa berbeda-beda. Mutasi dapat bersifat mematikan dan tidak mematikan, serta netral dan vital. Ada mutasi yang begitu kuat sehingga tubuh mati karenanya. Dalam hal ini kita berbicara tentang mutasi yang mematikan.

Organisme mati jika terdapat gen mematikan pada semua tahap perkembangannya. Paling sering, efek destruktif dari gen-gen tersebut bersifat resesif: ia memanifestasikan dirinya hanya ketika mereka berada dalam keadaan homozigot. Organisme tersebut mati tanpa meninggalkan keturunan jika terjadi mutasi dengan efek mematikan yang dominan.

Gen subletal mengurangi kelangsungan hidup organisme, gen netral tidak mempengaruhi fungsi vitalnya, dan gen vital merupakan mutasi yang menguntungkan.

Ada juga mutasi spontan dan terinduksi. Mutasi spontan muncul secara acak sepanjang hidup suatu organisme dalam kondisi lingkungan normal.

Mutasi terinduksi adalah perubahan genom yang diwariskan yang timbul sebagai akibat dari berbagai mutasi dalam kondisi buatan atau pengaruh lingkungan yang merugikan.

Mutasi terjadi terus-menerus karena proses yang terjadi pada sel hidup. Proses utama yang menyebabkan terjadinya mutasi adalah pelanggaran perbaikan DNA selama replikasi, transkripsi, dan rekombinasi genetik.

Hubungan antara mutasi dan replikasi DNA. Sebagian besar perubahan kimia acak pada nukleotida menyebabkan mutasi yang terjadi selama replikasi. Kini telah diketahui bahwa salah satu penyebab trombofilia adalah mutasi Leiden pada gen faktor koagulasi V, yang ditandai dengan penggantian nukleotida guanin dengan nukleotida adenin pada posisi 1691. Hal ini menyebabkan penggantian asam amino. arginin dengan asam amino glutamin pada posisi 506 dalam rantai protein yang merupakan produk gen ini. Mutasi ini terlibat dalam patogenesis trombosis vena dalam akut pada ekstremitas bawah. Perkembangan trombofilia dapat menyebabkan perkembangan trombosis pada dasar pembuluh darah ginjal di bagian mana pun, termasuk pembentukan infark ginjal dan mikroangiopati trombotik. Ini adalah masalah serius dalam nefrologi pediatrik modern.

Hubungan antara mutasi dan rekombinasi DNA. Persilangan yang tidak seimbang sering kali menyebabkan mutasi. Biasanya terjadi ketika ada beberapa salinan duplikat dari gen asli pada kromosom yang mempertahankan urutan nukleotida serupa. Akibat pindah silang yang tidak seimbang, terjadi duplikasi pada salah satu kromosom rekombinan, dan penghapusan terjadi pada kromosom lainnya.

Hubungan antara mutasi dan perbaikan DNA. Kerusakan DNA spontan juga sangat umum terjadi. Untuk menghilangkan akibat dari kerusakan tersebut, terdapat mekanisme perbaikan khusus (misalnya, bagian DNA yang salah dipotong dan bagian DNA asli dipulihkan di tempat ini). Mutasi terjadi ketika mekanisme perbaikan karena alasan tertentu tidak berfungsi atau tidak dapat mengatasi penghapusan kerusakan. Akibat dari gangguan perbaikan DNA adalah penyakit keturunan yang parah - progeria.

Perbaikan mutasi gen menyebabkan banyak perubahan pada frekuensi mutasi gen lain. Pada tahun 1964, F. Hanawalt dan D. Petitjohn membuktikan bahwa mutasi pada gen banyak enzim sistem perbaikan eksisi menyebabkan peningkatan tajam frekuensi mutasi somatik pada manusia, dan ini mengarah pada perkembangan xeroderma pigmentosum dan tumor ganas. dari integumen.

Faktor lingkungan mutagenik telah dipelajari dengan baik oleh para peneliti saat ini. Saat ini, para ilmuwan mengidentifikasi tiga kelompok faktor utama: fisik, kimia dan biologi. Faktor fisik - radiasi pengion, sinar ultraviolet matahari, radiasi latar alami bumi. Faktor kimia (mutagen) - gas mustard, pestisida, bahan pengawet, dll. Faktor biologis - virus, bakteri. Mekanisme antimutagenik tubuh adalah: degenerasi kode genetik - asam amino dikodekan oleh beberapa kodon; penghapusan DNA yang rusak dengan enzim; heliks ganda DNA; superstruktur reparatif.

Aktivitas transposisi MGE merupakan penyebab utama mutasi spontan. Sebuah studi tentang urutan utama MGE mengungkapkan bahwa strukturnya mengandung sejumlah besar situs pengatur dan urutan sinyal, yang berarti bahwa MGE dapat mempengaruhi fungsi gen secara intensif tanpa merusak gen itu sendiri.

Perubahan mutasi, berbeda dengan variabilitas modifikasi, muncul sebelum perubahan kondisi lingkungan. Variabilitas modifikasi diketahui bergantung pada kondisi lingkungan dan intensitas dampaknya terhadap tubuh.

Perubahan struktur DNA yang membentuk suatu gen terbagi menjadi tiga kelompok. Mutasi kelompok pertama adalah penggantian beberapa basa dengan basa lain (sekitar 20%). Mutasi kelompok kedua adalah perubahan jumlah pasangan nukleotida pada suatu gen sehingga mengakibatkan pergeseran kerangka pembacaan. Kelompok mutasi terakhir dikaitkan dengan inversi urutan nukleotida dalam suatu gen.

Ahli genetika juga mengidentifikasi mutasi titik secara terpisah. Mutasi ini dicirikan oleh fakta bahwa satu basa nitrogen digantikan oleh basa lainnya.

Mutasi titik dapat terjadi akibat mutasi spontan yang terjadi selama replikasi DNA. Mereka juga dapat muncul sebagai akibat dari faktor eksternal (paparan radiasi ultraviolet atau sinar-X, suhu tinggi atau bahan kimia) dan selama sintesis molekul DNA yang mengalami kerusakan.

Dipercaya bahwa penyebab utama terbentuknya mutasi substitusi basa adalah kesalahan sporadis pada DNA polimerase. Watson dan Crick menjelaskannya sebagai berikut: “Ketika sebuah molekul DNA bersentuhan dengan molekul air, keadaan tautomerik basa DNA dapat berubah. Salah satu alasan terbentuknya mutasi substitusi basa adalah deaminasi 5-metilsitosin."

Penyebab mutasi (perubahan informasi gen) belum sepenuhnya dipahami, namun genetika modern berada pada tahap akhir mempelajari masalah ini.

Bibliografi:

1. Ayala F., Kaiger J. Genetika modern 3 volume. M., “Mir”, 1988
2. Gvozdev V.A. DNA seluler eukariota. Bagian 2. Peran dalam regulasi aktivitas gen dan evolusi genom // Soros. pendidikan majalah. - 1998. - No. 8. - Hal. 15-21.
3. Golovachev G.D. Keturunan manusia., T., “Sains”, 1983.
4. Golubeva A.A. Penyakit genetik langka pada anak-anak // Buletin konferensi internet medis. - 2013. - T. 3. - No. 2. - Hlm. 446.
5. Green N., Stout W., Taylor D., Biologi 3 volume, M, “Dunia”, 1990
6. Jonczyk P., Fijalkowska I., Kiezla Z. Produksi berlebih subunit DNA polimerase. Menangkal mutagen SOS // Akademi Ilmiah. AS - 1988. - 85. - hlm.2124-2127.
7. Dubinin N.P. Baru dalam genetika modern M, “Science”, 1989
8. Cannistraro V.D., Taylor D.S. Deaminasi 5-metilsitosin dalam dimer siklobutana // Biologi Molekuler. - 2009. - 392. - Hal.1145-1157.
9. Rovenskikh D.N., Maksimov V.N., Tatarnikova N.P., Usov S.A., Voevoda M.I. Peran faktor genetik molekuler dalam risiko pengembangan trombosis vena dalam akut pada ekstremitas bawah // Buletin Cabang Siberia dari Akademi Ilmu Kedokteran Rusia. - 2012. - T. 32. - No. 4. - Hal. 90-94.
10. Spradling A.C., Stam D., Beaton A. Mutasi elemen P penyisipan tunggal dari 25% gen vital Drosophila // Genetika. 1999. - hlm.135-177.
11. Chugunova O.L., Shumikhina M.V. Ide-ide modern tentang trombofilia herediter pada anak-anak dan perannya dalam perkembangan penyakit ginjal // Pertanyaan tentang pediatri praktis. - 2011. - T. 6. - No. 5. - Hal. 40-48.
12. Yarygin V.N., Vasiliev V.I. “Biologi” // Sekolah Tinggi. 2008. - Hal.84.

Mutasi- perubahan terus-menerus pada peralatan genetik yang terjadi secara tiba-tiba dan menyebabkan perubahan pada ciri-ciri keturunan tertentu dari suatu organisme. Dasar-dasar doktrin mutasi diletakkan oleh ahli botani dan genetika Belanda De Vries (1848-1935), yang mengusulkan istilah ini. Ketentuan pokok teori mutasi adalah:

■ mutasi terjadi secara tiba-tiba;

■ perubahan yang disebabkan oleh mutasi bersifat stabil dan dapat diwariskan;

■ mutasi tidak bersifat terarah, artinya mutasi dapat menguntungkan, merugikan, atau netral bagi organisme;

■ mutasi yang sama dapat terjadi berulang kali;

■ Kemampuan untuk melakukan mutasi merupakan sifat universal semua organisme hidup.

Mutasi menurut jenis sel tempat terjadinya perubahan:

generatif - muncul di sel germinal dan diturunkan selama reproduksi seksual;

somatik - muncul di sel non-reproduksi dan diturunkan selama reproduksi vegetatif atau aseksual.

Mutasi yang berdampak pada aktivitas kehidupan:

letal - menyebabkan kematian organisme bahkan sebelum kelahiran atau sebelum timbulnya kemampuan bereproduksi;

tidak mematikan - mengurangi kelangsungan hidup individu;

netral - dalam kondisi normal tidak mempengaruhi kelangsungan hidup organisme.

Mutasi dibalik perubahan alat keturunan

Mutasi gen - perubahan persisten pada gen individu yang disebabkan oleh pelanggaran urutan nukleotida dalam molekul asam nukleat. Mutasi ini timbul karena hilangnya nukleotida tertentu, munculnya nukleotida tambahan, dan perubahan urutan susunannya. Gangguan pada struktur DNA menyebabkan mutasi hanya jika perbaikan tidak terjadi.

Macam-macam mutasi gen:

1 ) dominan, subdominan /(muncul sebagian) dan terdesak,

2 ) hilangnya nukleotida(penghapusan), duplikasi nukleotida(duplikasi), perubahan urutan nukleotida(inversi), perubahan pasangan nukleotida(transisi dan transversi).

Pentingnya mutasi gen terletak pada kenyataan bahwa mutasi tersebut merupakan mayoritas mutasi yang terkait dengan evolusi dunia organik dan seleksi. Selain itu, mutasi gen adalah penyebab sekelompok penyakit keturunan seperti penyakit genetik. Penyakit gen disebabkan oleh aksi gen mutan, dan patogenesisnya dikaitkan dengan produk dari satu gen (kekurangan protein, enzim, atau kelainan struktural). Contoh penyakit gen adalah hemofilia, buta warna, albinisme, fenilketonuria, galaktosemia, anemia sel sabit, dll.

Mutasi kromosom (penyimpangan) - Ini adalah mutasi yang terjadi akibat penataan ulang kromosom. Mereka adalah akibat dari pemecahan kromosom dengan pembentukan fragmen, yang kemudian digabungkan. Mereka dapat terjadi baik dalam kromosom yang sama maupun antara kromosom homolog dan non-homolog.

Macam-macam mutasi kromosom:

■ kekurangan (penghapusan) timbul karena hilangnya kromosom pada bagian tertentu;

■ dua kali lipat (duplikasi) dikaitkan dengan masuknya segmen duplikat tambahan dari kromosom;

■ kemunduran (inversi) diamati ketika kromosom pecah dan bagian tersebut berputar 180°;

■ transfer (translokasi) - bagian kromosom dari satu pasangan melekat pada kromosom non-homolog.

Mutasi kromosom terutama menyebabkan kelainan parah yang tidak sesuai dengan kehidupan (defisiensi dan pembalikan), merupakan sumber utama peningkatan gen (penggandaan) dan peningkatan variabilitas organisme akibat rekombinasi gen (transfer).

Mutasi genom- Ini adalah mutasi yang terkait dengan perubahan jumlah set kromosom. Jenis utama mutasi genom adalah:

1) poliploidi - peningkatan jumlah set kromosom;

2) penurunan jumlah set kromosom;

3) aneuploidi (atau heteroploidi) - perubahan jumlah kromosom pada pasangan individu

hal berarti banyak - peningkatan jumlah kromosom sebanyak satu - trisomi, sebanyak dua (tetrasomi) atau lebih kromosom;

monosomi - pengurangan jumlah kromosom sebanyak satu;

nullisomia - tidak adanya satu pasang kromosom sama sekali.

Mutasi genom merupakan salah satu mekanisme spesiasi (poliploidi). mereka digunakan untuk membuat varietas poliploid yang memiliki ciri hasil lebih tinggi, untuk mendapatkan bentuk yang homozigot untuk semua gen (mengurangi jumlah set kromosom). Mutasi genom mengurangi kelangsungan hidup organisme dan menyebabkan sekelompok penyakit keturunan seperti kromosom. Penyakit kromosom - ini adalah penyakit keturunan yang disebabkan oleh penataan ulang kromosom secara kuantitatif (poliploidi, aneuploidi) atau struktural (penghapusan, inversi, dll.) (misalnya, sindrom “tangisan kucing” (46, 5), sindrom Down (47, 21+), Sindrom Edwards (47,18+), sindrom Turner (45, XO), sindrom Patau (47,13+), sindrom Klinefelter (47, XXY), dll.).