Mutasyon türlerinin özellikleri. Gen mutasyonları. Mutagenezin moleküler mekanizmaları. Gen mutasyonlarının sınıflandırılması. Gen mutasyonlarının bir organizmanın yaşamı için önemi. Mutasyonlara Ne Sebep Olur?

1. Değişkenliğin belirlenmesi. Formlarının sınıflandırılması.

Değişkenlik, canlı organizmaların genel bir özelliği olup, intogenez (bireysel gelişim) sırasında kalıtsal özelliklerde meydana gelen değişikliklerden oluşur.

Organizmaların değişkenliği iki büyük türe ayrılır:

1. fenotip, genotipi etkilemeyen ve kalıtsal olmayan;

2. genotipik, genotipi değiştiren ve dolayısıyla kalıtım yoluyla aktarılan.

Genotipik değişkenlik kombinatif ve mutasyonel olarak ikiye ayrılır.

Mutasyonel değişkenlik genomik, kromozomal ve gen mutasyonlarını içerir.

Genomik mutasyonlar poliploidi ve anöploidi olarak ikiye ayrılır.

Kromozomal mutasyonlar; delesyonlar, duplikasyonlar, inversiyonlar ve translokasyonlara ayrılır.

2. Fenotipik değişkenlik. Genetik olarak belirlenmiş özelliklerin reaksiyon normu. Değişikliklerin uyarlanabilir doğası. Fenopopiler.

Fenotipik değişkenlik (veya kalıtsal olmayan modifikasyon), genotipi değiştirmeden, çevresel faktörlerin etkisi altında bir organizmanın fenotipik özelliklerinde meydana gelen bir değişikliktir.

Örneğin: Himalaya tavşanının kürkünün rengi bulunduğu ortamın sıcaklığına bağlıdır.

Reaksiyon normu, aynı genotipin farklı fenotipler üretebildiği değişkenlik aralığıdır.

1. geniş reaksiyon normu - karakteristikteki dalgalanmalar geniş bir aralıkta meydana geldiğinde (örneğin: bronzlaşma, süt miktarı).

2. dar reaksiyon normu - karakteristikteki dalgalanmalar önemsiz olduğunda (örneğin: süt yağı içeriği).

3. Kesin bir reaksiyon normu - işaret hiçbir koşulda değişmediğinde (örneğin: kan grubu, göz rengi, göz şekli).

Modifikasyonların uyarlanabilir doğası, modifikasyon değişkenliğinin vücudun değişen çevre koşullarına uyum sağlamasına olanak sağlaması gerçeğinde yatmaktadır. Bu nedenle değişiklikler her zaman faydalıdır.

Embriyogenez sırasında vücut olumsuz faktörlere maruz kalırsa, normal reaksiyon sınırlarını aşan ve doğası gereği adaptif olmayan fenotipik değişiklikler ortaya çıkabilir; bunlara gelişimsel morfoz denir. Örneğin bir çocuk uzuvları olmadan veya yarık dudakla doğar.

Fenopopiler, kalıtsal değişikliklerden (hastalıklardan) ayırt edilmesi çok zor olan gelişimsel morfozlardır.

Örneğin: Hamile bir kadın kızamıkçık geçirmişse, kataraktlı bir çocuğu olabilir. Ancak bu patoloji bir mutasyon sonucu da ortaya çıkabilir. İlk durumda fenokopiden bahsediyoruz.

“Fenokopi” tanısı gelecekteki prognoz açısından önemlidir, çünkü fenokopi ile genetik materyal değişmez, yani normal kalır.

3. Kombinatif değişkenlik. İnsanların genetik çeşitliliğinin sağlanmasında kombinatif değişkenliğin önemi.

Kombinatif değişkenlik, nesillerde ebeveynlerinin sahip olmadığı yeni gen kombinasyonlarının ortaya çıkmasıdır.

Kombinatif değişkenlik aşağıdakilerle ilişkilidir:

mayotik profaz 1'e geçiş ile.

Homolog kromozomların mayoz 1'in anafazına bağımsız olarak ayrılmasıyla.

Döllenme sırasında rastgele gamet kombinasyonu ile.

Kombinatif değişkenliğin önemi - doğal seçilim ve evrim için önemli olan bir tür içindeki bireylerin genetik çeşitliliğini sağlar.

4. Mutasyonel değişkenlik. Mutasyon teorisinin temel hükümleri.

Hollandalı bilim adamı Hugo de Vries, 1901 yılında "mutasyon" terimini ortaya attı.

Mutasyon, kalıtsal bir özellikte aralıklı, ani değişiklikler meydana gelmesi olgusudur.

Mutasyonların meydana gelme sürecine mutajenez, mutajenez sürecinde yeni özellikler kazanan bir organizmaya ise mutant denir.

Hugo de Vries'e göre mutasyon teorisinin temel hükümleri.

1. Mutasyonlar herhangi bir geçiş olmaksızın aniden meydana gelir.

2. Ortaya çıkan formlar oldukça kararlıdır.

3. Mutasyonlar niteliksel değişikliklerdir.

4. Mutasyonlar farklı yönlerde meydana gelir. hem faydalı hem de zararlı olabilirler.

5. Aynı mutasyonlar tekrar tekrar meydana gelebilir.

5. Mutasyonların sınıflandırılması.

I. Kökene göre.

1. Kendiliğinden mutasyonlar. Kendiliğinden veya doğal mutasyonlar normal doğal koşullar altında meydana gelir.

2. Uyarılmış mutasyonlar. Vücut mutajenik faktörlere maruz kaldığında indüklenmiş veya yapay mutasyonlar meydana gelir.

A. fiziksel (iyonlaştırıcı radyasyon, UV ışınları, yüksek sıcaklık vb.)

B. kimyasal (ağır metal tuzları, nitröz asit, serbest radikaller, evsel ve endüstriyel atıklar, ilaçlar).

II. Menşe yerine göre.

A. Somatik mutasyonlar somatik hücrelerde ortaya çıkar ve ortaya çıktıkları hücrelerin torunları tarafından miras alınır. Nesilden nesile aktarılmazlar.

B. Generatif mutasyonlar germ hücrelerinde meydana gelir ve nesilden nesile aktarılır.

III. Fenotipik değişikliklerin doğasına göre.

1. Bir organın veya bir bütün olarak organizmanın yapısındaki değişikliklerle karakterize edilen morfolojik mutasyonlar.

2. Bir bütün olarak organ veya organizmadaki değişikliklerle karakterize edilen fizyolojik mutasyonlar.

3. Makromoleküldeki değişikliklerle ilişkili biyokimyasal mutasyonlar.

IV. Organizmanın canlılığına etki ederek.

1. Vakaların %100'ünde ölümcül mutasyonlar, yaşamla bağdaşmayan kusurlar nedeniyle organizmanın ölümüne yol açar.

2. Yarı öldürücü mutasyonlar vakaların %50-90'ında ölüme yol açar. Tipik olarak bu tür mutasyonlara sahip organizmalar üreme çağına kadar hayatta kalamaz.

3. Koşullu öldürücü mutasyonlar; bazı koşullar altında organizma ölür, ancak diğer koşullar altında hayatta kalır (galaktozemi).

4. Faydalı mutasyonlar organizmanın yaşayabilirliğini artırır ve üremede kullanılır.

V. Kalıtsal materyaldeki değişikliklerin niteliğine göre.

1. Gen mutasyonları.

2. Kromozomal mutasyonlar.

6. Gen mutasyonları, tanımı. Kendiliğinden gen mutasyonlarının oluşma mekanizmaları.

Gen mutasyonları veya nokta mutasyonları, genlerde nükleotid seviyesinde meydana gelen, genin yapısının değiştiği, mRNA molekülünün değiştiği, proteindeki amino asit diziliminin değiştiği, vücutta bir özelliğin değiştiği mutasyonlardır.

Gen mutasyonlarının türleri:

- yanlışlık mutasyonlar - bir üçlüdeki 1 nükleotidin bir başkasıyla değiştirilmesi, proteinin polipeptit zincirine normalde mevcut olmaması gereken başka bir amino asidin dahil edilmesine yol açacaktır ve bu, proteinin özelliklerinde ve işlevlerinde değişikliklere yol açacaktır.

Örnek: Hemoglobin molekülünde glutamik asidin valinle değiştirilmesi.

CTT – glutamik asit, CAT – valin

Hemoglobin proteininin β zincirini kodlayan gende böyle bir mutasyon meydana gelirse β zincirine glutamik asit yerine valin dahil olur → böyle bir mutasyon sonucunda hemoglobin proteininin özellikleri ve fonksiyonları değişir ve HbS normal HbA yerine ortaya çıkar, bunun sonucunda kişide orak hücreli anemi gelişir (kırmızı kan hücrelerinde değişiklikler oluşur).

- anlamsız mutasyonlar - bir üçlüdeki 1 nükleotidin bir başkasıyla değiştirilmesi, genetik olarak önemli üçlünün bir durdurma kodonuna dönüşmesine yol açacak ve bu da proteinin polipeptit zincirinin sentezinin sona ermesine yol açacaktır. Örnek: UAC – tirozin. UAA – kodonu durdur.

Kalıtsal bilginin okuma çerçevesinde değişiklik olan mutasyonlar.

Bir gen mutasyonunun sonucu olarak organizmada yeni bir özellik ortaya çıkarsa (örneğin polidaktili), bunlara neomorfik denir.

bir gen mutasyonunun sonucu olarak vücut bir özelliği kaybederse (örneğin, PKU'da bir enzim kaybolur), o zaman bunlara amorf denir.

- anlamlı mutasyonlar - bir üçlüdeki bir nükleotidin değiştirilmesi, aynı proteini kodlayan eşanlamlı bir üçlünün ortaya çıkmasına yol açar. Bunun nedeni genetik kodun bozulmasıdır. Örneğin: CTT – glutamin CTT – glutamin.

Gen mutasyonlarının oluşma mekanizmaları (değiştirme, ekleme, kayıp).

DNA 2 polinükleotid zincirinden oluşur. İlk olarak, DNA'nın 1. ipliğinde bir değişiklik meydana gelir; bu, yarı mutasyonlu bir durum veya "birincil DNA hasarıdır". Bir hücrede her saniye 1 birincil DNA hasarı meydana gelir.

Hasar DNA'nın ikinci ipliğine geçtiğinde mutasyonun düzeldiğini, yani "tam mutasyon" oluştuğunu söylüyorlar.

Birincil DNA hasarı replikasyon, transkripsiyon ve geçiş mekanizmaları bozulduğunda ortaya çıkar.

7. Gen mutasyonlarının sıklığı. Mutasyonlar doğrudan ve ters, baskın ve resesiftir.

İnsanlarda mutasyonların sıklığı = 1x10 –4 – 1x10 –7, yani her nesildeki insan gametlerinin ortalama %20–30'u mutanttır.

Drosophila'da mutasyon sıklığı = 1x10 –5 yani 100 bin gametten 1'i gen mutasyonu taşır.

A. Doğrudan mutasyon (resesif), bir genin baskın bir durumdan resesif bir duruma mutasyonudur: A → a.

B. Ters mutasyon (baskın), bir genin resesif durumdan baskın duruma mutasyonudur: a → A.

Gen mutasyonları tüm organizmalarda meydana gelir; genler farklı yönlerde ve farklı frekanslarda mutasyona uğrar. Nadiren mutasyona uğrayan genlere kararlı, sıklıkla mutasyona uğrayan genlere ise değişken denir.

8. Kalıtsal değişkenlikte homolojik seriler yasası N.I. Vavilov.

Mutasyon çeşitli yönlerde meydana gelir; kazara. Ancak bu kazalar 1920'de keşfedilen bir kalıba tabidir. Vavilov. Kalıtsal değişkenlikteki homolog seriler yasasını formüle etti.

"Genetik olarak birbirine yakın türler ve cinsler, benzer kalıtsal değişkenlik serileri ve öyle bir düzenlilik ile karakterize edilir ki, bir tür içindeki form serileri bilindiğinde, diğer tür ve cinslerdeki paralel formların varlığı öngörülebilir."

Bu yasa, aynı ailenin farklı cinslerindeki bireylerde belirli bir özelliğin varlığını tahmin etmemizi sağlar. Böylece doğada alkaloit içermeyen acı baklanın varlığı tahmin edildi, çünkü Baklagiller familyasında alkaloit içermeyen fasulye, bezelye ve fasulye türleri bulunmaktadır.

Tıpta Vavilov yasası genetik olarak insanlara yakın hayvanların genetik model olarak kullanılmasına izin veriyor. Genetik hastalıkları incelemek için yapılan deneylerde kullanılırlar. Örneğin farelerde ve köpeklerde katarakt araştırılıyor; hemofili - köpeklerde, konjenital sağırlık - farelerde, kobaylarda, köpeklerde.

Vavilov yasası, bilim tarafından bilinmeyen ve insanlar için değerli bitki formları oluşturmak amacıyla ıslahta kullanılabilecek uyarılmış mutasyonların görünümünü tahmin etmemizi sağlar.

9. Vücudun antimutasyon bariyerleri.

- DNA replikasyonunun doğruluğu. Bazen kopyalama sırasında hatalar meydana gelir, ardından yanlış nükleotidi ortadan kaldırmayı amaçlayan kendi kendini düzeltme mekanizmaları etkinleştirilir. DNA polimeraz enzimi önemli bir rol oynar ve hata oranı 10 kat azalır (10 –5'ten 10 –6'ya).

- Genetik kodun dejenerasyonu. Birkaç üçlü, 1 amino asidi kodlayabilir, dolayısıyla bazı durumlarda üçlüdeki 1 nükleotidin değiştirilmesi kalıtsal bilgiyi bozmaz. Örneğin CTT ve CTC glutamik asittir.

- Ayıklanıyorönemli makromoleküllerden sorumlu bazı genler: rRNA, tRNA, histon proteinleri, ör. bu genlerin birçok kopyası üretilir. Bu genler orta derecede tekrarlanan dizilerin parçasıdır.

- DNA fazlalığı– %99'u gereksizdir ve mutajenik faktör daha çok bu %99'luk anlamsız dizilere girer.

- Kromozom eşleşmesi diploit kümesinde. Heterozigot durumda birçok zararlı mutasyon ortaya çıkmaz.

- itlaf mutant germ hücreleri

- DNA onarımı.

10. Genetik materyalin onarımı. .

DNA onarımı, DNA'daki birincil hasarın ortadan kaldırılması ve normal yapılarla değiştirilmesidir.

Tazminatın iki şekli vardır: aydınlık ve karanlık

A. Işık onarımı (veya enzimatik fotoreaktivasyon). Onarım enzimleri yalnızca ışık varlığında aktiftir. Bu onarım şekli, UV ışınlarının neden olduğu birincil DNA hasarını ortadan kaldırmayı amaçlamaktadır.

UV ışınlarının etkisi altında DNA'daki pirimidin azotlu bazlar aktive edilir, bu da aynı DNA zincirinde yakınlarda bulunan pirimidin azotlu bazlar arasında bağ oluşumuna yol açar, yani pirimidin dimerleri oluşur. Çoğu zaman bağlantılar ortaya çıkar: T=T; T=C; C=C.

Normalde DNA'da pirimidin dimerleri yoktur. Bunların oluşumu kalıtsal bilginin bozulmasına ve normal replikasyon ve transkripsiyon sürecinin bozulmasına yol açar, bu da daha sonra gen mutasyonlarına yol açar.

Fotoreaktivasyonun özü: Çekirdekte, yalnızca ışık varlığında aktif olan özel (fotoreaktifleştirici) bir enzim vardır; bu enzim pirimidin dimerlerini yok eder, yani pirimidin azotlu bazlar arasında ortaya çıkan bağları kırar. UV ışınları.

Karanlık onarımı karanlıkta ve aydınlıkta meydana gelir, yani enzimlerin aktivitesi ışığın varlığına bağlı değildir. Replikatif onarım ve replikasyon sonrası onarım olarak ikiye ayrılır.

Replikasyon öncesi onarım, DNA replikasyonundan önce gerçekleşir ve bu sürece birçok enzim katılır:

o Endonükleaz

o Eksonükleaz

o DNA polimeraz

o DNA ligaz

1. Aşama. Endonükleaz enzimi hasarlı bölgeyi bulur ve keser.

2. aşama. Ekzonükleaz enzimi hasarlı alanı DNA'dan uzaklaştırır (eksizyon), bu da bir boşluk oluşmasına neden olur.

Sahne 3. DNA polimeraz enzimi eksik kısmı sentezler. Sentez tamamlayıcılık ilkesine göre gerçekleşir.

Aşama 4. Ligaz enzimleri yeni sentezlenen bölgeyi DNA zincirine bağlar veya diker. Bu sayede orijinal DNA hasarı onarılır.

Replikasyon sonrası onarım.

Diyelim ki DNA'da birincil hasar var.

1. Aşama. DNA replikasyonu süreci başlar. DNA polimeraz enzimi, eski sağlam zincire tamamen tamamlayıcı olan yeni bir iplik sentezler.

2. aşama. DNA polimeraz enzimi yeni bir iplik daha sentezler, ancak hasarın bulunduğu bölgeyi atlar. Bunun sonucunda ikinci yeni DNA zincirinde bir boşluk oluştu.

Sahne 3. Çoğaltma sonunda DNA polimeraz enzimi, yeni DNA zincirini tamamlayan eksik bölümü sentezler.

Aşama 4. Ligaz enzimi daha sonra yeni sentezlenen bölümü, boşluğun olduğu DNA zincirine bağlar. Böylece birincil DNA hasarı başka bir yeni zincire aktarılmadı, yani mutasyon düzeltilmedi.

Daha sonra, replikatif onarım sırasında birincil DNA hasarı ortadan kaldırılabilir.

11. Bozulmuş DNA onarımı ile ilişkili mutasyonlar ve patolojideki rolleri.

Organizmalarda onarım yeteneği evrim sırasında geliştirilmiş ve pekiştirilmiştir. Onarım enzimlerinin aktivitesi ne kadar yüksek olursa, kalıtsal materyal de o kadar stabil olur. Karşılık gelen genler onarım enzimlerinden sorumludur, dolayısıyla bu genlerde bir mutasyon meydana gelirse onarım enzimlerinin aktivitesi azalır. Bu durumda kişi, onarım enzimlerinin aktivitesinde azalmayla ilişkili ciddi kalıtsal hastalıklar geliştirir.

İnsanlarda bu tür 100'den fazla hastalık vardır. Bunlardan bazıları:

Fanconi anemisi– kırmızı kan hücrelerinin sayısında azalma, işitme kaybı, kardiyovasküler sistem bozuklukları, parmaklarda deformasyon, mikrosefali.

Bloom sendromu - yenidoğanın düşük doğum ağırlığı, büyümenin yavaşlaması, viral enfeksiyona duyarlılığın artması, kanser riskinin artması. Karakteristik bir işaret: Güneş ışığında kısa süre kaldığında yüz derisinde kelebek şeklinde pigmentasyon belirir (kılcal kan damarlarının genişlemesi).

Kseroderma pigmentosum– Işık nedeniyle ciltte yanıklar oluşur ve bu yanıklar kısa sürede cilt kanserine dönüşür (bu tür hastalarda kanser 20.000 kat daha sık görülür). Hastalar yapay aydınlatma altında yaşamak zorunda kalıyor.

Hastalığın görülme sıklığı 1:250.000 (Avrupa, ABD) ve 1:40.000 (Japonya)’dır.

İki tür progeria– Vücudun erken yaşlanması.

12. Gen hastalıkları, gelişim mekanizmaları, kalıtım, görülme sıklığı.

Gen hastalıkları (veya moleküler hastalıklar) insanlarda oldukça yaygın olarak temsil edilmektedir, bunlardan 1000'den fazlası vardır.

Bunlar arasında özel bir grup konjenital metabolik bozukluklardır. Bu hastalıklar ilk kez 1902 yılında A. Garod tarafından tanımlanmıştır. Bu hastalıkların belirtileri farklıdır ancak vücuttaki maddelerin dönüşümünde her zaman bir ihlal vardır. Bu durumda bazı maddeler fazla, bazıları ise eksik olacaktır. Örneğin, bir madde (A) vücuda girer ve enzimlerin etkisi altında bir maddeye (B) dönüştürülür. Daha sonra (B) maddesinin (C) maddesine dönüşmesi gerekir, ancak bu bir mutasyon bloğu ile önlenir.

(), sonuç olarak, (C) maddesi yetersiz olacak ve (B) maddesi fazla olacaktır.

Konjenital metabolik bozuklukların neden olduğu bazı hastalıklara örnekler.

PKU'su(fenilketonüri, konjenital demans). Otozomal resesif geçişle aktarılan genetik hastalık 1:10.000 sıklıkta görülür. Fenilalanin, protein moleküllerinin yapımı için gerekli bir amino asittir ve ayrıca tiroid hormonları (tiroksin), adrenalin ve melanin için öncü görevi görür. Karaciğer hücrelerindeki amino asit fenilalanin, bir enzim (fenilalanin-4-hidroksilaz) tarafından tirozine dönüştürülmelidir. Bu dönüşümden sorumlu enzim yoksa veya aktivitesi azalırsa, kandaki fenilalanin içeriği keskin bir şekilde artacak ve tirozin içeriği azalacaktır. Kandaki fenilalanin fazlalığı, idrarla atılan ve aynı zamanda merkezi sinir sistemi hücreleri üzerinde toksik etkiye sahip olan türevlerinin (fenilasetik, fenillaktik, fenilpiruvik ve diğer ketonik asitler) ortaya çıkmasına neden olur. demans.

Zamanında teşhis ve bebeğin fenilalanin içermeyen bir diyete aktarılmasıyla hastalığın gelişimi önlenebilir.

Albinizm yaygındır. Genetik hastalık otozomal resesif bir şekilde kalıtsaldır. Normal olarak, amino asit tirozin doku pigmentlerinin sentezinde rol oynar. Bir mutasyon bloğu meydana gelirse, enzim yoktur veya aktivitesi azalırsa doku pigmentleri sentezlenemez. Bu durumlarda cilt süt beyazı bir renge sahiptir, saçlar çok açıktır, retinadaki pigment eksikliği nedeniyle kan damarları görünür, gözler kırmızımsı pembe renktedir ve ışığa karşı hassasiyet artar.

Alkapnonüri. Otozomal resesif geçişle geçen genetik hastalık 3-5:1.000.000 sıklıkta görülür. Hastalık, homogentisik asit dönüşümünün ihlali ile ilişkilidir ve bunun sonucunda bu asit vücutta birikmektedir. İdrarla atılan bu asit böbrek hastalıklarının gelişmesine yol açar, ayrıca bu anomaliyle alkalize idrar hızla koyulaşır. Hastalık ayrıca kıkırdak dokusunun lekelenmesiyle de kendini gösterir ve yaşlılıkta artrit gelişir. Böylece hastalığa böbreklerde ve eklemlerde hasar eşlik eder.

Karbonhidrat metabolizma bozuklukları ile ilişkili gen hastalıkları.

Galaktozemi. Otozomal resesif geçişle geçen genetik hastalık, 1:35.000-40.000 çocukta görülme sıklığına sahiptir.

Yeni doğmuş bir bebeğin kanı, süt disakkaritinin parçalanması sırasında oluşan monosakkarit galaktozu içerir. laktoz glikoz için ve galaktoz. Galaktoz vücut tarafından doğrudan emilmez, özel bir enzim tarafından sindirilebilir bir forma (glikoz-1-fosfat) dönüştürülmesi gerekir.

Kalıtsal hastalık galaktozemisi, galaktozu sindirilebilir bir forma dönüştüren enzim proteininin sentezini kontrol eden genin işlev bozukluğundan kaynaklanır. Hasta çocukların kanında bu enzimden çok az, biyokimyasal analizle belirlenen çok fazla galaktoz bulunacaktır.

Çocuğun doğumundan sonraki ilk günlerde tanı konulursa süt şekeri içermeyen mamalarla beslenir ve çocuk normal gelişir. Aksi takdirde çocuk zayıf fikirli olarak büyür.

Kistik fibrozis. Otozomal resesif geçiş gösteren genetik hastalık 1:2.000-2.500 sıklıkta görülür. Hastalık, hücrelerin plazma zarına gömülü taşıyıcı proteinden sorumlu olan gendeki bir mutasyonla ilişkilidir. Bu protein, zarın Na ve Ca iyonlarına geçirgenliğini düzenler. Ekzokrin bezlerinin hücrelerindeki bu iyonların geçirgenliği bozulursa, bezler ekzokrin bezlerinin kanallarını kapatan kalın, viskoz bir salgı üretmeye başlar.

Kistik fibrozun pulmoner ve bağırsak formları vardır.

Marfan sendromu. Genetik hastalık otozomal dominant bir şekilde kalıtsaldır. Bağ dokusundaki fibrillin proteininin metabolizmasındaki bir bozuklukla ilişkili olup, bir dizi semptomla kendini gösterir: "örümcek" parmaklar (araknodaktili), yüksek boy, lensin subluksasyonu, kalp ve damar defektleri, adrenalinin adrenalin salgısının artması kan, kamburluk, çökmüş göğüs, ayağın yüksek kemeri, zayıf bağ ve tendonlar vb. İlk kez 1896 yılında Fransız çocuk doktoru Antonio Marfan tarafından tanımlanmıştır.

DERS 10 Kromozomların yapısal mutasyonları.

1. Kromozomların yapısal mutasyonları (kromozomal sapmalar).

Aşağıdaki kromozomal sapma türleri ayırt edilir.

– silmeler

– kopyalar

– ters çevirmeler

– halka kromozomları

– translokasyonlar

– aktarımlar

Bu mutasyonlarla kromozomların yapısı değişir, kromozomlardaki genlerin sırası değişir, genotipteki genlerin dozajı değişir. Bu mutasyonlar tüm organizmalarda meydana gelir; bunlar:

Kendiliğinden (doğası bilinmeyen bir faktörün neden olduğu) ve indüklenmiş (mutasyona neden olan faktörün doğası bilinmektedir)

Somatik (somatik hücrelerin kalıtsal materyalini etkileyen) ve generatif (gametlerin kalıtsal materyalindeki değişiklikler)

Yararlı ve zararlı (ikincisi çok daha yaygındır)

Dengeli (genotip sistemi değişmez yani fenotip değişmez) ve dengesiz (genotip sistemi değişir yani fenotip de değişir)

Bir mutasyon iki kromozomu etkiliyorsa, kromozomlar arası yeniden düzenlenmelerden söz ederler.

Mutasyon kromozom 1'i etkiliyorsa intrakromozomal yeniden düzenlenmelerden söz ederiz.

2. Kromozomların yapısal mutasyonlarının oluşma mekanizmaları.

“Bağlantısızlık-bağlantı” hipotezi. Kırılmaların bir veya daha fazla kromozomda meydana geldiğine inanılmaktadır. Daha sonra bağlanan ancak farklı bir sırayla kromozom bölümleri oluşturulur. Kırılma DNA replikasyonundan önce meydana gelirse, bu sürece 2 kromatid dahil olur - bunlar izokromatid açıklık DNA replikasyonundan sonra bir kopma meydana gelirse, sürece 1 kromatid dahil olur - bu kromatid açıklık

İkinci hipotez: Homolog olmayan kromozomlar arasında çaprazlama işlemine benzer bir süreç meydana gelir; homolog olmayan Kromozomlar bölüm değiştirir.

3. Delesyonlar, özleri, biçimleri, fenotipik etkisi. Sözde baskınlık..

Silme (eksiklik), bir kromozomun bir bölümünün kaybıdır.

Kromozomda 1 kırılma meydana gelebilir ve enzimler tarafından yok edilecek olan terminal bölgesini kaybedecektir (eksiklik)

Merkezi bölgenin kaybıyla birlikte kromozomda iki kırılma meydana gelebilir ve bunlar da enzimler tarafından yok edilir (interstisyel delesyon).

Homozigot durumda, delesyonlar her zaman öldürücüdür; heterozigot durumda ise çoklu gelişimsel kusurlar olarak kendilerini gösterirler.

Silme tespiti:

Kromozomların diferansiyel boyanması

Mayoz 1'in profazında homolog kromozomların konjugasyonu sırasında oluşan ilmeğin şekline göre. İlmek normal bir kromozom üzerinde oluşur.

Silme olayı ilk olarak Drosophila sineklerinde incelendi ve X kromozomunun bir bölümünün kaybıyla sonuçlandı. Homozigot durumda bu mutasyon öldürücüdür, heterozigot durumda ise fenotipik olarak kanatta bir çentik (Çentik mutasyonu) şeklinde kendini gösterir. Bu mutasyonu analiz ederken, sözde baskınlık adı verilen özel bir olgu tespit edildi. Bu durumda, kromozomun baskın alele sahip bölgesi silinme nedeniyle kaybolduğu için resesif alel fenotipik olarak ortaya çıkar.

İnsanlarda delesyonlar çoğunlukla 1'den 18'e kadar olan kromozomlarda meydana gelir. Örneğin, beşinci kromozomun kısa kolunun heterozigot durumda silinmesi fenotipik olarak "kediyi ağla" sendromu olarak kendini gösterir. Bir çocuk çok sayıda patolojiyle doğar, 5 günden bir aya kadar (çok nadiren 10 yıla kadar) yaşar, ağlaması bir kedinin keskin miyavına benzer.

Hematopoietik kök hücrelerin 21. veya 22. kromozomunda interstisyel bir silinme meydana gelebilir. Heterozigot durumda fenotipik olarak pernisiyöz anemi olarak kendini gösterir.

4. Çoğaltmalar, ters çevirmeler, halka kromları. Oluş mekanizması. Fenotipik tezahür.

Çoğaltma– bir kromozomun bir bölümünün ikiye katlanması (bu bölüm birçok kez tekrarlanabilir). Çoğaltmalar doğrudan veya ters olabilir.

Bu mutasyonlarla genotipteki genlerin dozu artar ve homozigot durumda bu mutasyonlar öldürücü olur. Heterozigot durumda, çoklu gelişimsel kusurlarla kendini gösterirler. Ancak bu mutasyonlar evrim sırasında rol oynamış olabilir. Hemoglobin gen aileleri bu şekilde ortaya çıkmış olabilir.

Belki de tekrar tekrar tekrarlanan DNA nükleotid dizileri, kopyalanmaların bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır.

Çoğaltmaların tespiti:

Mayozun profazındaki bir döngünün şekli 1. Döngü, mutasyona uğramış bir kromozom üzerinde ortaya çıkar.

İnversiyon – Bir kromozomun bir bölümünün koparılıp 180° döndürülmesi ve eski yerine tutturulması. İnversiyonlar sırasında genlerin dozu değişmez ancak kromozomdaki genlerin sırası değişir; debriyaj grubu değişir. Sonu tersine çevirme yoktur.

Homozigot durumda inversiyonlar öldürücüdür; heterozigot durumda ise çoklu gelişimsel kusurlar olarak kendilerini gösterirler.

Ters çevirmeleri tespit etmek:

Diferansiyel boyama.

Mayoz 1'in profazında karşılıklı olarak yerleştirilmiş iki halka şeklinde şekil.

2 tür inversiyon vardır:

sentromeri etkilemeyen parasentrik inversiyon, çünkü kırılmalar bir kromozom kolunda meydana gelir

sentromeri etkileyen perisentrik inversiyon, çünkü Sentromerin her iki tarafında kırılmalar meydana gelir.

Perisentrik inversiyon ile kromozomun konfigürasyonu değişebilir (döndürülmüş bölümlerin uçları simetrik değilse). Bu da daha sonraki konjugasyonu imkansız hale getirir.

İnversiyonların fenotipik tezahürü, diğer kromozomal anormalliklerle karşılaştırıldığında en hafif olanıdır. Resesif homozigotlar ölürse, heterozigotlar çoğunlukla kısırlık yaşar.

Halka kromozomları. Normalde insan karyotipinde halka kromozomları yoktur. Vücut mutajenik faktörlere, özellikle radyoaktif radyasyona maruz kaldığında ortaya çıkabilirler.

Bu durumda kromozomda 2 kırılma meydana gelir ve ortaya çıkan bölüm bir halka şeklinde kapanır. Bir halka kromozomu bir sentromer içeriyorsa, merkezli bir halka oluşur. Sentromer yoksa asentrik bir halka oluşur, enzimler tarafından yok edilir ve kalıtsal değildir.

Halka kromozomları karyotipleme ile tespit edilir.

Homozigot durumda bu mutasyonlar öldürücüdür ve heterozigot durumda fenotipik olarak delesyonlar olarak görünürler.

Halka kromozomları radyasyona maruz kalmanın belirteçleridir. Radyasyon dozu ne kadar yüksek olursa, halka kromozomları o kadar fazla olur ve prognoz o kadar kötü olur.

5. Translokasyonlar, özleri. Karşılıklı translokasyonlar, özellikleri ve tıbbi önemi. Robertsonian translokasyonları ve kalıtsal patolojideki rolleri.

Translokasyon, kromozomun bir bölümünün hareketidir. Karşılıklı (karşılıklı) ve karşılıklı olmayan (transpozisyon) translokasyonlar vardır.

Karşılıklı translokasyonlar, homolog olmayan iki kromozomun bölümleri değiştiğinde meydana gelir.

Özel bir translokasyon grubu Robertsonian translokasyonlardır (merkezli füzyonlar). Akrosentrik kromozomlar etkilenir; kısa kollarını kaybederler ve uzun kolları birbirine bağlanır.

Yeni doğmuş bir çocuğun doğum vakalarının% 4-5'inin nedeni Robertsonian translokasyonlardır. Bu durumda, 21. kromozomun uzun kolu D grubunun kromozomlarından birine doğru hareket eder (13, 14, 15, genellikle 14. kromozom dahil olur).

Yumurta türleri sperm zigot Sonuçları

14 + 14, 21 14,14,21 monozomi 21 (öldürücü)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 trizomi 21 (aşağı)

21 + 14, 21 21,14,21, monozomi 14 (öldürücü)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 trizomi 14 (öldürücü)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 fenotipik olarak sağlıklı

Görüldüğü gibi Robertsonian translokasyonu olan bir kadın sağlıklı bir çocuk doğurabilir.

Kısa kolların kaybı hiçbir şeyi etkilemez çünkü nükleolus oluşturan bölgeler orada bulunur ve bunlar diğer kromozomlarda da bulunur.

Down sendromunun translokasyon formuna sahip bir hastanın hücrelerinde 46 kromozom bulunur. Translokasyondan sonra yumurtalık 45 kromozoma sahip olacaktır. Ancak dengeli bir mutasyonla kadının 45 kromozomu olacaktır.

Translokasyonların tespiti:

Diferansiyel boyama.

Mayoz 1'in profazındaki bir haç şekli.

6. Transpozisyonlar. Mobil genetik elementler. Genom boyunca hareket mekanizmaları ve önemi.

Eğer yer değiştirmeler karşılıklı değilse, o zaman yer değiştirmeden söz ederler.

Özel bir transpozon grubu, tüm organizmalarda bulunan Mobil Genetik Elementler (MGE'ler) veya sıçrayan genlerdir. Drosophila sineklerinde genomun %5'ini oluştururlar. İnsanlarda MGE'ler ALU ailesinde gruplandırılır.

MGE'ler insan genomunda 300 bin kez tekrarlanan 300-400 nükleotidden oluşur.

MGE uçlarında 50-100 nükleotidden oluşan nükleotid tekrarları bulunur. Tekrarlar ileri veya geri yönde olabilir. Nükleotid tekrarlarının MGE hareketini etkilediği görülmektedir.

Genom boyunca MGE hareketi için iki seçenek vardır.

1. Ters transkripsiyon sürecini kullanmak. Bu, ters transkriptaz (revertaz) enzimini gerektirir. Bu seçenek birkaç aşamada gerçekleşir:

DNA üzerinde, RNA polimeraz enzimi (başka bir isim transkriptazdır) mRNA'yı sentezler,

mRNA'da ters transkriptaz enzimi DNA'nın bir sarmalını sentezler.

DNA polimeraz enzimi, DNA'nın ikinci ipliğinin sentezini sağlar,

sentezlenen parça bir halka şeklinde kapanır,

DNA halkası başka bir kromozoma veya aynı kromozom üzerindeki başka bir konuma yerleştirilir.

2. MGE'yi kesip başka bir kromozoma veya aynı kromozom üzerinde başka bir yere aktaran transpozaz enziminin kullanılması

Evrim sırasında MGE olumlu bir rol oynadı çünkü genetik bilginin bir organizma türünden diğerlerine aktarımını gerçekleştirdiler. Bunda önemli bir rol, kalıtsal materyal olarak RNA içeren ve aynı zamanda ters transkriptaz içeren retrovirüsler tarafından oynandı.

MGE'ler genom boyunca çok nadiren hareket eder; hücredeki yüzbinlerce olay başına bir hareket (hareket sıklığı 1 x 10-5).

Her spesifik organizmada MGE'ler olumlu bir rol oynamaz çünkü genom boyunca ilerleyerek genlerin işleyişini değiştirirler ve gen ve kromozomal mutasyonlara neden olurlar.

7. İndüklenmiş mutajenez. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik mutajenik faktörler.

İndüklenen mutasyonlar, 3 gruba ayrılan mutajenik faktörler vücuda etki ettiğinde ortaya çıkar:

Fiziksel (UVL, X-ışını ve radyasyon radyasyonu, elektromanyetik alanlar, yüksek sıcaklıklar).

Böylece iyonlaştırıcı radyasyon, DNA ve RNA molekülleri üzerinde doğrudan etki ederek, onlarda hasara (gen mutasyonlarına) neden olabilir. Bunun dolaylı etkisi

hücrelerin kalıtsal aparatındaki mutajen, genotoksik maddelerin (H202, OH -, O2 -,) oluşumundan oluşur.

Kimyasal mutajenik faktörler. Mutasyona neden olabilecek 2 milyonun üzerinde kimyasal madde var. Bunlar ağır metallerin tuzları, azotlu bazların kimyasal analogları (5-bromourasil), alkilleyici bileşiklerdir (CH3, C2H5).

8. Radyasyon mutasyonları. Çevre kirliliğinin genetik tehlikesi.

Radyasyon mutasyonları radyasyonun neden olduğu mutasyonlardır. 1927'de Amerikalı genetikçi Heinrich Mehler, X ışınlarıyla ışınlamanın Drosophila'daki mutasyonların sıklığında önemli bir artışa yol açtığını ilk kez gösterdi. Bu çalışma biyolojide yeni bir yönün - radyasyon genetiğinin - başlangıcını işaret ediyordu. Son yıllarda yapılan çok sayıda çalışma sayesinde artık temel parçacıkların (kuanta, elektron, proton ve nötronlar) çekirdeğe girdiğinde su moleküllerinin serbest radikallerin (OH -, O 2 -) oluşumuyla iyonize olduğunu biliyoruz. Büyük kimyasal aktiviteye sahip oldukları için DNA kırılmalarına, nükleotidlerin hasar görmesine veya yok olmasına neden olurlar; tüm bunlar mutasyonların ortaya çıkmasına yol açar.

İnsan açık bir sistem olduğundan çeşitli çevresel kirlilik faktörleri insan vücuduna girebilmektedir. Bu faktörlerin çoğu, canlı hücrelerin kalıtsal materyalini değiştirebilir veya ona zarar verebilir. Bu faktörlerin sonuçları o kadar ciddidir ki, insanlık çevre kirliliğini görmezden gelemez.

9. Mutajenez ve karsinojenez.

Kanserin mutasyon teorisi ilk olarak 1901 yılında Hugo De Vries tarafından ortaya atılmıştır. Günümüzde karsinogenezle ilgili birçok teori bulunmaktadır.

Bunlardan biri karsinogenezin gen teorisidir. İnsan genomunun hücre bölünmesini düzenleyebilen 60'tan fazla onkogen içerdiği bilinmektedir. Protoonkogenler şeklinde inaktif durumdadırlar. Çeşitli mutajenik faktörlerin etkisi altında proto-onkogenler aktive edilerek onkogenlere dönüşürler, bu da yoğun hücre çoğalmasına ve tümör gelişimine neden olur.

DERS 11 Kromozom sayısı mutasyonları. Haploidi, poliploidi,

Anöploidi.

1. Kromozom sayısı mutasyonlarının özü, nedenleri ve oluşum mekanizmaları.

Her organizma türü kendi karyotipiyle karakterize edilir. Karyotipin birkaç nesil boyunca sabitliği, mitoz ve mayoz bölünme süreçleriyle korunur. Bazen mitoz veya mayoz bölünme sırasında kromozomların ayrılması bozulur, bu da hücrelerin değişen kromozom sayısına sahip olmasına neden olur. Hücrelerde haploid kromozom setlerinin tamamı değişebilir, bu durumda aşağıdaki gibi mutasyonlar meydana gelebilir:

Haploidi – tek kromozom seti (n)

Poliploidi – haploid setin (3n, 4n, vb.) katı olan kromozom sayısında artış.

Anöploidi, bireysel kromozomların sayısındaki değişikliktir (46 +1).

Kromozom seti hem somatik hücrelerde hem de germ hücrelerinde değişebilir.

Kromozom farklılığı bozukluklarının nedenleri:

artan sitoplazmik viskozite

hücre polaritesindeki değişiklik

iş milinin fonksiyon bozukluğu.

Tüm bu nedenler “anafaz gecikmesi” olarak adlandırılan fenomene yol açmaktadır.

Bu, mitoz veya mayozun anafazı sırasında kromozomların eşit olmayan şekilde dağıtıldığı anlamına gelir; Bazı kromozom veya kromozom grupları, diğer kromozomlara ayak uyduramaz ve yavru hücrelerden birinde kaybolur.

2. Haploidi, karyotip değişikliklerinin doğası, yaygınlığı, fenotipik tezahürü.

Haploidi, bir organizmanın hücrelerindeki kromozom sayısının haploide azalmasıdır. Hücrelerde kromozom sayısı ve genlerin dozu keskin bir şekilde azalır, yani genotip sistemi değişir, yani fenotip de değişir.

Yukarıdakilerden genlerin ne yaptığı netleştiyse, o zaman genin yapısındaki, nükleotid dizisindeki değişikliklerin, bu gen tarafından kodlanan proteinde değişikliklere yol açabileceği de açık olmalıdır. Bir genin yapısındaki değişikliklere mutasyon denir. Genin yapısındaki bu değişiklikler, DNA kopyalanması sırasındaki rastgele hatalardan, iyonlaştırıcı radyasyonun veya mutajen adı verilen özel kimyasalların gen üzerindeki etkisine kadar çeşitli nedenlerle ortaya çıkabilir. İlk tür değişiklikler, kendiliğinden mutasyonlara, ikincisi ise uyarılmış mutasyonlara yol açar. Genlerdeki mutasyonlar germ hücrelerinde meydana gelebilir, daha sonra bir sonraki nesle aktarılır ve bir kısmı kalıtsal bir hastalığın gelişmesine yol açar. Genlerdeki mutasyonlar somatik hücrelerde de meydana gelir. Bu durumda, bunlar yalnızca mutant hücreden köken alan belirli bir hücre klonunda kalıtsal olacaktır. Somatik hücre genlerindeki mutasyonların bazı durumlarda kansere neden olabileceği bilinmektedir.

Gen mutasyonlarının türleri

En yaygın mutasyon türlerinden biri, bir çift nitrojen bazının yer değiştirmesidir. Böyle bir ikame, genetik kodun dejenerasyonundan dolayı gen tarafından kodlanan polipeptit zincirinin yapısı üzerinde hiçbir sonuç doğurmayabilir. Üçüncü azotlu bazın üçlü olarak ikame edilmesinin neredeyse hiçbir sonucu olmayacaktır. Bu tür mutasyonlara sessiz ikameler denir. Aynı zamanda, tek nükleotid ikameleri, mutasyona uğramış üçlünün genetik kodundaki değişiklik nedeniyle bir amino asidin diğeriyle değiştirilmesine neden olabilir.

Bir üçlüdeki tek bir nükleotid bazı değişikliği onu bir durdurma kodonuna dönüştürebilir. Bu mRNA kodonları polipeptit zincirinin translasyonunu durdurduğu için sentezlenen polipeptit zinciri normal zincire göre kısalır. Durdurma kodonunun oluşumuna neden olan mutasyonlara anlamsız mutasyonlar denir.

Bir DNA molekülünde A-T'nin G-C ile yer değiştirdiği anlamsız mutasyon sonucunda polipeptit zincirindeki sentez, durdurma kodonunda durur.

Aksine, normal konumdaki bir durdurma kodonunda tek bir nükleotid değişikliği bunu anlamlı hale getirebilir ve ardından mutant mRNA'nın ve ardından mutant polipeptitin normal olanlardan daha uzun olduğu ortaya çıkar.

Bir sonraki moleküler mutasyon sınıfı, nükleotidlerin silinmesi (kayıpları) veya eklenmesidir (eklenmesi). Bir üçlü nükleotid silindiğinde veya eklendiğinde, bu üçlü kodlama yapıyorsa, polipeptitte ya belirli bir amino asit kaybolur ya da yeni bir amino asit ortaya çıkar. Bununla birlikte, bir silme veya yerleştirme sonucunda üçün katı olmayan sayıda nükleotid eklenir veya silinirse, mRNA molekülünün kodonlarının eklenmesi veya silinmesinin ardından diğerlerinin anlamı değişir veya silinir. kayıp. Bu tür mutasyonlara çerçeve kayması mutasyonları denir. Genellikle ekleme veya silme işleminin ardından mRNA nükleotid dizisinde bir durdurma kodonunun oluşmasına yol açarlar.

Gen dönüşümü, bir alelin bir parçasının başka bir alele veya bir psödogen parçasının bir gene doğrudan aktarılmasıdır. Psödogende çok sayıda mutasyon bulunduğundan böyle bir transfer normal genin yapısını bozar ve mutasyon olarak kabul edilebilir. Bir psödojen ile bir gen arasındaki gen dönüşümünü gerçekleştirmek için, bunların eşleşmesi ve ardından DNA iplikçiklerinde kırılmaların meydana geldiği atipik geçişler gereklidir.

Son zamanlarda, tekrar sayısındaki bir artışla (çoğunlukla trinükleotid) ortaya çıkan, ancak her ikisinde de bulunan 5 ve hatta 12 nükleotidden oluşan tekrar sayısındaki artışla kendini gösteren yeni ve tamamen beklenmedik bir mutasyon türü keşfedildi. genlerin ve intronların ekzonlarında ve hatta genlerin çevrilmemiş bölgelerinde de tanımlanmıştır. Bu mutasyonlara dinamik veya kararsız denir. Tekrar bölgesinin genişlemesiyle ilişkili mutasyonların neden olduğu hastalıkların çoğu kalıtsal nörolojik hastalıklardır. Bunlar Huntington koresi, spinal vebulber kas atrofisi, spinoserebellar ataksi, miyotonik distrofi, Friedreich ataksisidir.

Tekrar bölgesini genişletme mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Bir popülasyonda sağlıklı bireyler tipik olarak farklı genlerde bulunan nükleotid tekrarlarının sayısında bir miktar değişiklik gösterir. Nükleotid tekrarlarının sayısı hem nesiller boyunca hem de somatik hücre bölünmesi sırasında kalıtsaldır. Ancak farklı genlere göre değişen tekrar sayısı, yine farklı genlere göre değişen belirli bir kritik eşiği aştıktan sonra genellikle kararsız hale gelir ve mayoz sırasında veya döllenmiş yumurtanın ilk bölümlerinde boyutları artabilir.

Gen mutasyonunun etkileri

Çoğu otozomal resesif hastalık, karşılık gelen mutant genin fonksiyon kaybından kaynaklanır. Bu, enzim aktivitesinde (çoğunlukla) keskin bir azalma ile kendini gösterir; bu, sentezlerindeki veya stabilitelerindeki bir azalmaya bağlı olabilir. Karşılık gelen proteinin fonksiyonunun tamamen bulunmaması durumunda, bu etkiye sahip gen mutasyonuna boş alel adı verilir. Aynı mutasyon, etkilerinin değerlendirildiği düzeye (moleküler, biyokimyasal veya fenotipik) bakılmaksızın farklı bireylerde farklı şekilde ortaya çıkabilir. Bu farklılıkların nedenleri, yeterince geniş anlaşılırsa dış çevresel nedenlerin yanı sıra diğer genlerdeki mutasyonların tezahür üzerindeki etkisinde de yatabilir.

İşlev kaybı mutasyonları arasında baskın negatif mutasyonları ayırmak gelenekseldir. Bunlar, yalnızca kendi ürünlerinin işlevinin azalmasına veya kaybına yol açmakla kalmayıp, aynı zamanda karşılık gelen normal alelin işlevini de bozan mutasyonları içerir. Çoğunlukla, baskın negatif mutasyonların belirtileri, kollajenler gibi iki veya daha fazla polipeptit zincirinden oluşan proteinlerde bulunur.

Her hücre bölünmesi sırasında meydana gelen DNA replikasyonuyla birlikte pek çok moleküler mutasyonun meydana gelmesini beklemek doğaldı. Ancak DNA hasar onarımı hücrelerde gerçekleştiği için aslında durum böyle değildir. Bu sürece birkaç düzine enzimin dahil olduğu bilinmektedir. Değişen bazı tanırlar, DNA ipliğini keserek onu çıkarırlar ve tamamlayıcı, sağlam DNA ipliğini kullanarak onu doğru bazla değiştirirler.

DNA zincirindeki değişen bazın onarım enzimleri tarafından tanınması, değişen nükleotidin ikinci DNA zincirinin tamamlayıcı bazı ile doğru eşleşmesinin bozulması nedeniyle oluşur. Diğer DNA hasarı türlerini onarmaya yönelik mekanizmalar da vardır. Yeni oluşan moleküler mutasyonların %99'undan fazlasının normal olarak onarıldığına inanılmaktadır. Ancak onarım enzimlerinin sentezini kontrol eden genlerde mutasyonlar meydana gelirse, spontan ve indüklenen mutasyonların sıklığı keskin bir şekilde artar ve bu da çeşitli kanserlerin gelişme riskini artırır.

Bir genin veya nükleotid dizisinin yapısındaki değişiklikler, bu gen tarafından kodlanan proteinde değişikliklere yol açabilir. Bir genin yapısındaki değişikliklere mutasyon denir. Mutasyonlar, DNA kopyalanması sırasındaki rastgele hatalardan, iyonlaştırıcı radyasyonun veya mutajen adı verilen özel kimyasalların gen üzerindeki etkisine kadar çeşitli nedenlerle meydana gelebilir.

Mutasyonlar, nükleotid sekansındaki değişikliğin doğasına bağlı olarak sınıflandırılabilir: silmeler, eklemeler, ikameler vb. veya protein biyosentezi sırasındaki değişikliklerin doğasına göre: yanlış anlamlı, anlamsız çerçeve kaydırma mutasyonları vb.

Ayrıca kararlı ve dinamik mutasyonlar da vardır.

Mutasyonların fenotipik etkisi, fonksiyon kaybı veya yeni fonksiyon kazanımı şeklinde olabilir.

Yeni oluşan mutasyonların çoğu DNA onarım enzimleri tarafından düzeltilir.

Monojenik hastalıklar

İnsan organ ve dokularının somatik hücrelerinde her gen iki kopyayla temsil edilir (her kopyaya alel denir). Toplam gen sayısı yaklaşık 30.000'dir (insan genomundaki genlerin kesin sayısı hala bilinmemektedir).

Fenotip

Organizma düzeyinde, mutant genler bireyin fenotipini değiştirir.

Fenotip, bir kişinin tüm dış özelliklerinin toplamı olarak anlaşılır ve dış özelliklerden bahsettiğimizde, yalnızca boy veya göz rengi gibi gerçek dış özellikleri değil, aynı zamanda sonuç olarak değişebilecek çeşitli fizyolojik ve biyokimyasal özellikleri de kastediyoruz. eylem genleri.

Tıbbi genetiğin ilgilendiği fenotipik özellikler kalıtsal hastalıklar ve kalıtsal hastalıkların belirtileridir. Kalıtsal bir hastalığın, örneğin kulak yokluğu, nöbet, zeka geriliği, böbrek kistleri gibi belirtileri ile bir proteindeki mutasyon sonucunda bir proteinde meydana gelen değişiklik arasında büyük bir mesafe olduğu çok açıktır. özel gen.

Mutant bir genin ürünü olan mutant bir proteinin, sonunda normal veya patolojik bir özelliği değiştirebilmesi için diğer genler tarafından kodlanan yüzlerce hatta binlerce başka proteinle bir şekilde etkileşime girmesi gerekir. Ayrıca herhangi bir fenotipik özelliğin oluşumunda rol oynayan genlerin ürünleri, çevresel faktörlerle etkileşime girebilir ve onların etkisi altında değişikliğe uğrayabilir. Fenotip, genotipten farklı olarak yaşam boyunca değişebilir, genotip ise sabit kalır. Bunun en çarpıcı kanıtı kendi birey oluşumumuzdur. Hayatımız boyunca yaşlandıkça dışsal olarak değişiriz ama genotipimiz değişmez. Aynı fenotipin arkasında farklı genotipler olabileceği gibi, aynı genotipte fenotipler de farklı olabilir. İkinci ifade, monozigotik ikizlerle ilgili çalışmaların sonuçlarıyla desteklenmektedir. Genotipleri aynıdır ancak fenotipik olarak vücut ağırlığı, boy, davranış ve diğer özellikler bakımından farklılık gösterebilirler. Aynı zamanda, monogenik kalıtsal hastalıklarla uğraştığımızda, genellikle mutant bir genin etkisinin, patolojik ürününün diğer genlerin ürünleriyle veya çevresel faktörlerle çok sayıda etkileşimi nedeniyle gizlenmediğini görüyoruz.

Hücrenin kendini çoğaltma yeteneğini koruduğu kromozomların yapısındaki veya sayısındaki hemen hemen her değişiklik, organizmanın özelliklerinde kalıtsal bir değişikliğe neden olur. Genom değişikliğinin doğasına göre, yani. Haploid bir kromozom setinde bulunan gen setleri, gen, kromozomal ve genomik mutasyonlar ayırt edilir. kalıtsal mutant kromozomal genetik

Gen mutasyonları DNA'nın yapısında ışık mikroskobunda görülemeyen moleküler değişikliklerdir. Gen mutasyonları, lokasyonuna ve canlılık üzerindeki etkisine bakılmaksızın, DNA'nın moleküler yapısındaki her türlü değişikliği içerir. Bazı mutasyonların karşılık gelen proteinin yapısı veya işlevi üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Gen mutasyonlarının bir başka (büyük) kısmı, doğal işlevini yerine getiremeyen kusurlu bir proteinin sentezine yol açar.

Moleküler değişikliklerin türüne bağlı olarak şunlar vardır:

Silmeler (Latince silme - imhadan), yani. bir nükleotidden bir gene DNA segmentinin kaybı;

Çoğaltmalar (Latince duplicatio ikiye katlamadan), yani. bir DNA bölümünün bir nükleotidden tüm genlere çoğaltılması veya çoğaltılması;

İnversiyonlar (Latince inversio - inversiyondan), yani. boyutu iki nükleotidden birkaç gen içeren bir fragmana kadar değişen bir DNA segmentinin 180 derecelik bir dönüşü;

Eklemeler (Latince ekleme - ekten), yani. Boyutları bir nükleotidden bütün bir gene kadar değişen DNA parçalarının yerleştirilmesi.

Çoğu kalıtsal patoloji formunun gelişmesine neden olan gen mutasyonlarıdır. Bu tür mutasyonların neden olduğu hastalıklara genetik veya monogenik hastalıklar denir. gelişimi bir genin mutasyonuyla belirlenen hastalıklar.

Gen mutasyonlarının etkileri son derece çeşitlidir. Çoğu resesif oldukları için fenotipik olarak görünmezler. Yeni oluşan mutasyonların çoğu zararlı olduğundan türün varlığı açısından bu çok önemlidir. Bununla birlikte, resesif doğaları, türün bireylerinde heterozigot bir durumda vücuda zarar vermeden uzun süre kalmalarına ve gelecekte homozigot bir duruma geçişte kendilerini göstermelerine izin verir.

Şu anda 4.500'den fazla monogenik hastalık bulunmaktadır. Bunlardan en yaygın olanları şunlardır: kistik fibroz, fenilketonüri, Duchenne-Becker miyopatileri ve bir dizi başka hastalık. Klinik olarak vücutta metabolik bozuklukların (metabolizma) belirtileri olarak kendilerini gösterirler.

Aynı zamanda, belirli bir gendeki yalnızca bir bazdaki değişikliğin fenotip üzerinde gözle görülür bir etkiye sahip olduğu bazı durumlar da vardır. Bir örnek orak hücreli aneminin genetik anormalliğidir. Homozigot durumda bu kalıtsal hastalığa neden olan resesif alel, hemoglobin molekülünün B zincirindeki yalnızca bir amino asit kalıntısının (glutamik asit? ?> valin) değiştirilmesiyle ifade edilir. bu tür hemoglobine sahip kırmızı kan hücreleri deforme olur (yuvarlak olanlardan orak şeklini alır) ve hızla çöker.Aynı zamanda akut anemi gelişir ve kanın taşıdığı oksijen miktarında azalma gözlenir.Anemi fiziksel zayıflığa neden olur kalp ve böbreklerin işleyişinde bozukluklara neden olabilir ve mutant alel için homozigot olan kişilerde erken ölüme yol açabilir.

Kromozomal mutasyonlar kromozomal hastalıkların nedenleridir.

Kromozomal mutasyonlar, genellikle ışık mikroskobu altında görülebilen, bireysel kromozomlarda meydana gelen yapısal değişikliklerdir. Bir kromozomal mutasyon, normal diploid sette bir değişikliğe yol açan çok sayıda (onlarca ila birkaç yüz) gen içerir. Kromozomal anormallikler genellikle belirli genlerin DNA dizisini değiştirmese de, genomdaki genlerin kopya sayısındaki değişiklikler, genetik materyalin eksikliği veya fazlalığı nedeniyle genetik dengesizliğe yol açar. İki büyük kromozomal mutasyon grubu vardır: intrakromozomal ve interkromozomal (bkz. Şekil 2).

Kromozom içi mutasyonlar, bir kromozom içindeki sapmalardır (bkz. Şekil 3). Bunlar şunları içerir:

Silmeler, iç veya terminal kromozom bölümlerinden birinin kaybıdır. Bu, embriyogenezin bozulmasına ve çoklu gelişimsel anomalilerin oluşmasına neden olabilir (örneğin, 5p- olarak adlandırılan 5. kromozomun kısa kolu bölgesinde bir silinme, larinksin az gelişmesine, kalp kusurlarına, zeka geriliğine yol açar. Bu). semptom kompleksi "kedi ağlaması" sendromu olarak bilinir, çünkü hasta çocuklarda gırtlak anomalisi nedeniyle ağlama bir kedinin miyavlamasına benzer);

İnversiyonlar. Kromozomun iki noktada kırılması sonucunda ortaya çıkan parça 180 derece döndürülerek orijinal yerine yerleştirilir. Bunun sonucunda sadece genlerin düzeni bozulur;

Duplikasyonlar, bir kromozomun herhangi bir kısmının ikiye katlanmasıdır (veya çoğalmasıdır) (örneğin, kromozom 9'un kısa kolundaki trizomi, mikrosefali, gecikmiş fiziksel, zihinsel ve entelektüel gelişim de dahil olmak üzere birçok kusura neden olur).

Pirinç. 2.

Kromozomlar arası mutasyonlar veya yeniden düzenleme mutasyonları, homolog olmayan kromozomlar arasındaki parçaların değişimidir. Bu tür mutasyonlara translokasyonlar denir (Latince trans - için, içinden ve lokus - yerden gelir). Bu:

Karşılıklı translokasyon - iki kromozom parçalarını değiştirir;

Karşılıklı olmayan translokasyon - bir kromozomun bir parçası diğerine taşınır;

? “merkezli” füzyon (Robertsonian translokasyonu), iki akrosentrik kromozomun, kısa kolların kaybıyla sentromer bölgelerinde birleşmesidir.

Kromatitler sentromerlerden çapraz olarak kırıldığında, "kardeş" kromatitler aynı gen setlerini içeren iki farklı kromozomun "ayna" kolları haline gelir. Bu tür kromozomlara izokromozomlar denir.

Pirinç. 3.

Dengeli kromozomal yeniden düzenlenmeler olan translokasyon ve inversiyonların fenotipik belirtileri yoktur, ancak mayozda yeniden düzenlenmiş kromozomların ayrılması sonucu dengesiz gametler oluşturabilirler ve bu da kromozomal anormalliklere sahip yavruların ortaya çıkmasına yol açabilir.

Genomik mutasyonlar kromozomal olanlar gibi, kromozomal hastalıkların nedenleridir.

Genomik mutasyonlar, anöploidileri ve yapısal olarak değişmemiş kromozomların ploidisindeki değişiklikleri içerir. Genomik mutasyonlar sitogenetik yöntemlerle tespit edilir.

Anöploidi, haploid olanın (2n+1, 2n-1, vb.) katı değil, diploid bir setteki kromozom sayısındaki değişikliktir (azalma - monozomi, artış - trizomi).

Poliploidi, haploid olanın katı olan (3n, 4n, 5n, vb.) kromozom setlerinin sayısındaki artıştır.

İnsanlarda poliploidi ve çoğu anöploidi ölümcül mutasyonlardır.

En yaygın genomik mutasyonlar şunları içerir:

Trizomi - karyotipte üç homolog kromozomun varlığı (örneğin, Down sendromunda 21. çift, Edwards sendromunda 18. çift, Patau sendromunda 13. çift; cinsiyet kromozomları için: XXX, XXY, XYY);

Monozomi, iki homolog kromozomdan yalnızca birinin varlığıdır. Herhangi bir otozom için monozomi durumunda embriyonun normal gelişimi mümkün değildir. İnsanlarda yaşamla uyumlu tek monozomi (X kromozomundaki monozomi) Shereshevsky-Turner sendromuna (45,X) yol açar.

Anöploidi oluşmasının nedeni, germ hücrelerinin oluşumu sırasında hücre bölünmesi sırasında kromozomların ayrılmaması veya homolog kromozomlardan birinin direğe doğru hareket sırasında diğer kromozomların gerisinde kalması sonucu anafaz gecikmesi sonucu kromozom kaybıdır. homolog kromozomlar. Ayrışmama terimi, mayoz veya mitozda kromozomların veya kromatidlerin ayrılmaması anlamına gelir.

Kromozom ayrışmaması çoğunlukla mayoz sırasında meydana gelir. Normalde mayoz bölünme sırasında bölünmesi gereken kromozomlar bir arada kalır ve anafazda hücrenin bir kutbuna hareket eder, böylece biri fazladan bir kromozoma sahip, diğeri bu kromozoma sahip olmayan iki gamet oluşur. Normal kromozom setine sahip bir gamet, ekstra kromozomlu bir gamet tarafından döllendiğinde trizomi meydana gelir (yani hücrede üç homolog kromozom vardır); bir kromozomu olmayan bir gamet döllendiğinde monozomili bir zigot oluşur. Herhangi bir otozomal kromozom üzerinde monosomik bir zigot oluşursa, organizmanın gelişimi, gelişimin en erken aşamalarında durur.

Miras türüne göre ayırıyorlar baskın Ve resesif mutasyonlar. Bazı araştırmacılar yarı-baskın ve eş-baskın mutasyonları tanımlamaktadır. Baskın mutasyonlar vücut üzerinde doğrudan bir etki ile karakterize edilir; yarı baskın mutasyonlar, heterozigot formun fenotip açısından AA ve aa formları arasında orta düzeyde olduğu anlamına gelir ve kodominant mutasyonlar, heterozigot A1A2'nin her ikisinin de işaretlerini göstermesiyle karakterize edilir. aleller. Heterozigotlarda resesif mutasyonlar görülmez.

Gametlerde baskın bir mutasyon meydana gelirse, bunun etkileri doğrudan yavrularda ifade edilir. İnsanlarda birçok mutasyon baskındır. Hayvanlarda ve bitkilerde yaygındırlar. Örneğin üretken dominant bir mutasyon, kısa bacaklı koyunların Ancona cinsinin ortaya çıkmasına neden oldu.

Yarı baskın mutasyona bir örnek, fenotipte AA ve aa organizmaları arasında ara madde olan heterozigot Aa formunun mutasyonel oluşumudur. Bu, her iki alelin özelliğe katkısının aynı olduğu biyokimyasal özellikler durumunda meydana gelir.

Kodominant mutasyonun bir örneği, kan grubu IV'ü belirleyen I A ve I B alelleridir.

Resesif mutasyonlar durumunda etkileri diploidlerde gizlidir. Yalnızca homozigot durumda görünürler. Bir örnek, insan gen hastalıklarını belirleyen resesif mutasyonlardır.

Bu nedenle, bir organizmada ve popülasyonda mutant bir alelin ortaya çıkma olasılığını belirleyen ana faktörler, yalnızca üreme döngüsünün aşaması değil, aynı zamanda mutant alelin baskınlığıdır.

Doğrudan mutasyonlar? Bunlar vahşi tip genleri etkisiz hale getiren mutasyonlardır; DNA'da kodlanan bilgiyi doğrudan değiştiren, orijinal (vahşi) tip organizmadan mutant tip organizmaya dönüşen mutasyonlardır.

Geri mutasyonlar mutantlardan orijinal (vahşi) türlere dönüşleri temsil eder. Bu geri dönüşler iki türlüdür. Geri dönüşlerin bir kısmı, orijinal fenotipin restorasyonu ile benzer bir bölge veya lokusun tekrarlanan mutasyonlarından kaynaklanır ve gerçek ters mutasyonlar olarak adlandırılır. Diğer reversiyonlar, mutant genin ekspresyonunu orijinal tipe doğru değiştiren başka bir gendeki mutasyonlardır; Mutant gendeki hasar devam ediyor, ancak fenotipin eski haline dönmesiyle sonuçlanan işlevini geri kazandığı görülüyor. Orijinal genetik hasarın (mutasyon) korunmasına rağmen fenotipin bu şekilde restorasyonuna (tam veya kısmi) baskılama adı verilir ve bu tür ters mutasyonlara baskılayıcı (ekstragenik) denir. Kural olarak, baskılama, tRNA ve ribozomların sentezini kodlayan genlerdeki mutasyonların bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Genel olarak bastırma şu şekilde olabilir:

? intragenik mi? Halihazırda etkilenmiş bir gendeki ikinci bir mutasyon, doğrudan bir mutasyonun sonucu olarak kusurlu bir kodonu, bu proteinin fonksiyonel aktivitesini eski haline getirebilecek bir amino asidin polipeptit içerisine yerleştirilmesini sağlayacak şekilde değiştirdiğinde. Üstelik bu amino asit orijinaline (ilk mutasyon oluşmadan önceki) karşılık gelmez, yani. gerçek bir tersinirlik gözlenmedi;

? tanıtıldı mı? tRNA'nın yapısı değiştiğinde, bunun sonucunda mutant tRNA, sentezlenen polipeptitte kusurlu bir üçlü tarafından kodlanan (doğrudan mutasyondan kaynaklanan) yerine başka bir amino asit içerir.

Fenotipik baskılama nedeniyle mutajenlerin etkisinin telafisi hariç tutulmamaktadır. Hücrenin çeviri sırasında mRNA'nın okunmasında hata olasılığını artıran bir faktöre (örneğin bazı antibiyotikler) maruz kalması beklenebilir. Bu tür hatalar, yanlış amino asidin ikame edilmesine yol açabilir, ancak bu, doğrudan mutasyon sonucu bozulan protein fonksiyonunu eski haline getirir.

Mutasyonlar, niteliksel özelliklerinin yanı sıra, oluşma yöntemleriyle de karakterize edilir. Doğal(rastgele) - normal yaşam koşullarında meydana gelen mutasyonlar. Bunlar, kozmik radyasyon, Dünya yüzeyindeki radyoaktif elementler, bu mutasyonlara neden olan organizmaların hücrelerine dahil edilen radyonüklidler şeklinde Dünya'nın doğal radyoaktif arka planında ortaya çıkan, hücrelerde meydana gelen doğal süreçlerin sonucudur. DNA replikasyon hatalarının sonucu. İnsanlarda somatik ve generatif dokularda spontan mutasyonlar meydana gelir. Kendiliğinden mutasyonları belirleme yöntemi, ebeveynlerinde olmasa da çocukların baskın bir özellik geliştirmesi gerçeğine dayanmaktadır. Danimarka'da yapılan bir araştırma, yaklaşık 24.000 gametten birinin baskın mutasyon taşıdığını gösterdi. Her türdeki spontan mutasyonların sıklığı genetik olarak belirlenir ve belli bir düzeyde tutulur.

Uyarılmış mutajenez, çeşitli doğadaki mutajenleri kullanarak mutasyonların yapay olarak üretilmesidir. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik mutajenik faktörler vardır. Bu faktörlerin çoğu ya DNA moleküllerindeki azotlu bazlarla doğrudan reaksiyona girer ya da nükleotid dizilerinde yer alır. İndüklenen mutasyonların sıklığı, mutajenle tedavi edilen ve edilmeyen organizmaların hücreleri veya popülasyonları karşılaştırılarak belirlenir. Bir mutajenle tedavi sonucunda bir popülasyondaki mutasyonun sıklığı 100 kat artarsa, popülasyonda yalnızca bir mutantın kendiliğinden olacağına, geri kalanının uyarılacağına inanılır. Çeşitli mutajenlerin belirli genler üzerindeki hedeflenen etkisine yönelik yöntemlerin oluşturulmasına yönelik araştırmalar, bitki, hayvan ve mikroorganizmaların seçimi için pratik öneme sahiptir.

Mutasyonların meydana geldiği hücre tipine bağlı olarak üretken ve somatik mutasyonlar ayırt edilir (bkz. Şekil 4).

üretkenÜreme primordiumunun hücrelerinde ve germ hücrelerinde mutasyonlar meydana gelir. Genital hücrelerde bir mutasyon (üretken) meydana gelirse, o zaman birkaç gamet mutant geni aynı anda alabilir ve bu, birkaç bireyin (bireylerin) yavrularda bu mutasyonu miras alma potansiyel yeteneğini artıracaktır. Bir gamette bir mutasyon meydana gelirse, o zaman muhtemelen yavrudaki yalnızca bir birey (birey) bu geni alacaktır. Germ hücrelerindeki mutasyonların sıklığı organizmanın yaşından etkilenir.

Pirinç. 4.

Somatik Organizmaların somatik hücrelerinde mutasyonlar meydana gelir. Hayvanlarda ve insanlarda mutasyonel değişiklikler yalnızca bu hücrelerde devam edecektir. Ancak bitkilerde vejetatif üreme yetenekleri nedeniyle mutasyon somatik dokuların ötesine yayılabilir. Örneğin, ünlü kış elması çeşidi "Delicious", somatik bir hücrede meydana gelen mutasyondan kaynaklanır ve bu, bölünme sonucunda mutant tip özelliklerine sahip bir dalın oluşmasına yol açar. Bunu, bu çeşidin özelliklerine sahip bitkilerin elde edilmesini mümkün kılan bitkisel çoğaltma izledi.

Mutasyonların fenotipik etkilerine göre sınıflandırılması ilk kez 1932 yılında G. Möller tarafından önerilmiştir. Sınıflandırmaya göre aşağıdakiler belirlendi:

Amorf mutasyonlar. Bu, patolojik alel tarafından kontrol edilen özelliğin, normal alele kıyasla patolojik alelin aktif olmaması nedeniyle ifade edilmediği bir durumdur. Bu tür mutasyonlar arasında albinizm geni ve yaklaşık 3000 otozomal resesif hastalık yer alır;

Antimorfik mutasyonlar. Bu durumda patolojik alel tarafından kontrol edilen özelliğin değeri, normal alel tarafından kontrol edilen özelliğin değerinin tersidir. Bu tür mutasyonlar yaklaşık 5-6 bin otozomal dominant hastalığın genlerini içerir;

Hipermorfik mutasyonlar. Böyle bir mutasyon durumunda patolojik alel tarafından kontrol edilen özellik, normal alel tarafından kontrol edilen özelliğe göre daha belirgindir. Örnek? Genom kararsızlığı hastalıkları için genlerin heterozigot taşıyıcıları. Sayıları dünya nüfusunun yaklaşık% 3'üdür ve hastalıkların sayısı 100 nosolojiye ulaşmaktadır. Bu hastalıklar arasında: Fanconi anemisi, ataksi telanjiektazi, kseroderma pigmentozum, Bloom sendromu, progeroid sendromları, birçok kanser türü vb. Ayrıca bu hastalıklara ait genlerin heterozigot taşıyıcılarında kanser görülme sıklığı normalden 3-5 kat daha fazladır. ve hastaların kendilerinde (bu genler için homozigotlar), kanser görülme sıklığı normalden onlarca kat daha yüksektir.

Hipomorfik mutasyonlar. Bu, patolojik bir alel tarafından kontrol edilen bir özelliğin ifadesinin, normal bir alel tarafından kontrol edilen özelliğe kıyasla zayıfladığı bir durumdur. Bu tür mutasyonlar, pigment sentezi genlerindeki (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22) mutasyonların yanı sıra 3000'den fazla pigment formunu içerir. otozomal resesif hastalıklar.

Neomorfik mutasyonlar. Böyle bir mutasyonun, patolojik alel tarafından kontrol edilen özellik, normal alel tarafından kontrol edilen özellik ile karşılaştırıldığında farklı (yeni) bir kaliteye sahip olduğunda meydana geldiği söylenir. Örnek: yabancı antijenlerin vücuda nüfuz etmesine yanıt olarak yeni immünoglobulinlerin sentezi.

G. Möller'in sınıflandırmasının kalıcı öneminden bahsederken, yayınlanmasından 60 yıl sonra, nokta mutasyonların fenotipik etkilerinin, genin protein ürününün yapısı üzerindeki etkisine bağlı olarak farklı sınıflara ayrıldığını belirtmek gerekir. /veya ifade düzeyi.

BUGÜN AŞAMADAKİ GEN MUTASYONLARININ ANA NEDENLERİ

Pylaikina Vladlena Vladislavovna

Nikonova Anna Valerievna

1. sınıf öğrencileri, Diş Hekimliği Bölümü, PSU, Rusya Federasyonu, Penza

Saldayev Damir Abesoviç

bilimsel danışman, Ph.D. biyol. Bilimler, Doçent PSU, Rusya Federasyonu, Penza

Genetik, organizmaların kalıtımını, değişkenliğini ve bunları kontrol etme yöntemlerini inceleyen biyolojik bilimdir. Yeni hayvan ırklarının, bitki türlerinin vb. yaratılması için seleksiyon yöntemlerinin geliştirilmesinin bilimsel temelidir.

Modern genetiğin büyük buluşları, genlerin yeniden yapılanma yeteneğinden, yani organizmaların mutasyona uğramasından kaynaklanmaktadır.

Gen mutasyonları nükleotid dizisinin ihlalidir.

Günümüzde bilim adamları mutasyonlara yol açan ana faktörleri, yani mutajenleri keşfettiler. Mutasyonların, organizmanın içinde bulunduğu koşullardan (beslenme, sıcaklık vb.) veya belirli kimyasallar veya radyoaktif elementler gibi faktörlerin etkisinden kaynaklandığı bilinmektedir. En tehlikeli mutajenler virüslerdir.

Mutasyonların sonuçları farklı olabilir. Mutasyonlar hem öldürücü hem de yarı öldürücü olabileceği gibi nötr ve hayati de olabilir. O kadar güçlü mutasyonlar var ki, bunlar yüzünden vücut ölüyor. Bu durumda öldürücü mutasyonlardan bahsediyoruz.

Organizmalar, gelişimlerinin her aşamasında öldürücü genlerin varlığında ölürler. Çoğu zaman, bu tür genlerin yıkıcı etkisi resesiftir: yalnızca homozigot durumda olduklarında kendini gösterir. Baskın ölümcül etkiye sahip bir mutasyon meydana gelirse organizma hiçbir yavru bırakmadan ölür.

Ölümcül olmayan genler organizmanın yaşayabilirliğini azaltır, nötr genler onun hayati fonksiyonlarını etkilemez ve hayati genler faydalı mutasyonlardır.

Ayrıca kendiliğinden ve uyarılmış mutasyonlar da vardır. Kendiliğinden mutasyonlar, normal çevre koşulları altında bir organizmanın yaşamı boyunca rastgele ortaya çıkar.

İndüklenmiş mutasyonlar, yapay koşullar altında veya olumsuz çevresel etkiler altında çeşitli mutasyonların bir sonucu olarak genomda ortaya çıkan kalıtsal değişikliklerdir.

Mutasyonlar, canlı bir hücrede meydana gelen işlemler nedeniyle sürekli olarak meydana gelir. Mutasyonların ortaya çıkmasına neden olan ana süreçler, replikasyon, transkripsiyon ve genetik rekombinasyon sırasında DNA onarımının ihlalidir.

Mutasyonlar ve DNA replikasyonu arasındaki ilişki. Nükleotidlerdeki rastgele kimyasal değişikliklerin çoğu, replikasyon sırasında meydana gelen mutasyonlara yol açar. Trombofilinin nedenlerinden birinin, guanin nükleotidinin 1691 pozisyonundaki adenin nükleotidiyle değiştirilmesiyle karakterize edilen pıhtılaşma faktörü V geninin Leiden mutasyonu olduğu artık tespit edilmiştir. Bu, amino asidin değiştirilmesine yol açar. Bu genin ürünü olan protein zincirinde 506. pozisyonda amino asit glutamin ile arginin. Bu mutasyon alt ekstremitelerdeki akut derin ven trombozunun patogenezinde rol oynar. Trombofili gelişimi, renal enfarktüs ve trombotik mikroanjiyopati oluşumu da dahil olmak üzere, renal vasküler yatağın herhangi bir yerinde tromboz gelişmesine yol açabilir. Bu, modern pediatrik nefrolojide ciddi bir sorundur.

Mutasyonlar ve DNA rekombinasyonu arasındaki ilişki. Eşit olmayan çaprazlama sıklıkla mutasyonlara yol açar. Genellikle, benzer bir nükleotid dizisini koruyan bir kromozom üzerinde orijinal genin birkaç kopyası olduğunda ortaya çıkar. Eşit olmayan çaprazlama sonucunda rekombinant kromozomlardan birinde çoğaltma, diğerinde ise silinme meydana gelir.

Mutasyonlar ve DNA onarımı arasındaki ilişki. Kendiliğinden DNA hasarı da çok yaygındır. Bu tür bir hasarın sonuçlarını ortadan kaldırmak için özel onarım mekanizmaları vardır (örneğin, DNA'nın hatalı bir bölümü kesilir ve orijinali bu yerde onarılır). Mutasyonlar, onarım mekanizmasının herhangi bir nedenle çalışmaması veya hasarın giderilmesiyle baş edememesi durumunda ortaya çıkar. DNA onarım bozukluklarının sonucu ciddi bir kalıtsal hastalıktır - progeria.

Onarım geni mutasyonları, diğer genlerin mutasyon sıklığında çoklu değişikliklere yol açar. 1964 yılında F. Hanawalt ve D. Petitjohn, eksizyon onarım sisteminin birçok enziminin genlerindeki mutasyonların insanlarda somatik mutasyonların sıklığında keskin bir artışa yol açtığını ve bunun kseroderma pigmentozum ve kötü huylu tümörlerin gelişmesine yol açtığını kanıtladı. ceketin.

Mutajenik çevresel faktörler günümüzde araştırmacılar tarafından iyi bir şekilde incelenmektedir. Şu anda bilim adamları üç ana faktör grubunu tanımlıyor: fiziksel, kimyasal ve biyolojik. Fiziksel faktörler - iyonlaştırıcı radyasyon, güneşin ultraviyole ışınları, dünyanın doğal arka plan radyasyonu. Kimyasal faktörler (mutajenler) - hardal gazı, böcek ilaçları, koruyucular vb. Biyolojik faktörler - virüsler, bakteriler. Vücudun antimutagenik mekanizmaları şunlardır: genetik kodun dejenerasyonu - amino asitler birkaç kodon tarafından kodlanır; hasarlı DNA'nın enzimlerle uzaklaştırılması; DNA çift sarmalı; onarıcı üst yapılar.

MGE'nin transpozisyon aktivitesi spontan mutasyonların ana nedenidir. MGE'lerin birincil dizisi üzerine yapılan bir çalışma, yapılarının çok sayıda düzenleyici bölge ve sinyal dizisi içerdiğini ortaya çıkardı; bu, MGE'lerin, genin kendisini yok etmeden genin işleyişini çok yoğun bir şekilde etkileyebileceği anlamına geliyor.

Mutasyonel değişiklikler, modifikasyon değişkenliğinin aksine, çevresel koşullardaki değişikliklerden önce ortaya çıkar. Modifikasyon değişkenliği bilindiği gibi çevresel koşullara ve bunların vücut üzerindeki etkisinin yoğunluğuna bağlıdır.

Bir geni oluşturan DNA'nın yapısındaki değişiklikler üç gruba ayrılır. Birinci gruptaki mutasyonlar bazı bazların diğerleriyle değiştirilmesidir (yaklaşık %20). İkinci mutasyon grubu, bir gendeki nükleotid çiftlerinin sayısında meydana gelen ve okuma çerçevesinde bir kaymaya neden olan bir değişikliktir. Son mutasyon grubu, bir gen içindeki nükleotid dizilerinin tersine çevrilmesiyle ilişkilidir.

Genetikçiler ayrıca nokta mutasyonlarını ayrı ayrı tanımlarlar. Bu mutasyonlar, bir azotlu bazın bir başkasıyla değiştirilmesiyle karakterize edilir.

Nokta mutasyonları, DNA replikasyonu sırasında meydana gelen spontan mutasyonların bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Ayrıca dış faktörlerin bir sonucu olarak (ultraviyole veya röntgen radyasyonuna, yüksek sıcaklığa veya kimyasallara maruz kalma) ve hasar görmüş bir DNA molekülünün sentezi sırasında da ortaya çıkabilirler.

Baz ikame mutasyonlarının oluşumunun ana nedeninin, DNA polimerazlarındaki ara sıra hatalar olduğuna inanılmaktadır. Watson ve Crick bunu şu şekilde açıkladılar: “Bir DNA molekülü su molekülleri ile temasa geçtiğinde, DNA bazlarının tautomerik durumları değişebilir. Baz ikame mutasyonlarının oluşma nedenlerinden birinin 5-metilsitozinin deaminasyonu olduğu düşünülmektedir."

Mutasyonların nedenleri (gen bilgisindeki değişiklikler) tam olarak anlaşılmamıştır, ancak modern genetik bu konuyu incelemenin son aşamasındadır.

Kaynakça:

Ayala F., Kaiger J. Modern genetik 3 cilt. M., “Mir”, 1988
Gvozdev V.A. Ökaryotların hareketli DNA'sı. Bölüm 2. Gen aktivitesinin ve genom evriminin düzenlenmesindeki rol // Soros. eğitim dergi. - 1998. - No. 8. - S. 15-21.
Golovachev G.D. İnsan kalıtımı., T., “Bilim”, 1983.
Golubeva A.A. Çocuklarda nadir genetik hastalıklar // Tıbbi İnternet konferansları bülteni. - 2013. - T. 3. - Sayı 2. - S. 446.
Green N., Stout W., Taylor D., Biyoloji 3 cilt, M, “Dünya”, 1990
Jonczyk P., Fijalkowska I., Kiezla Z. DNA polimeraz alt biriminin aşırı üretimi. SOS mutajenleriyle mücadele // Bilimsel Akademi. ABD - 1988. - 85. - s. 2124-2127.
Dubinin N.P. Modern genetikte yeni M, “Bilim”, 1989
Cannistraro V.D., Taylor D.S. Siklobütan dimerlerinde 5-metilsitozin deaminasyonu //Moleküler Biyoloji. - 2009. - 392. - S. 1145-1157.
Rovenskikh D.N., Maksimov V.N., Tatarnikova N.P., Usov S.A., Voevoda M.I. Alt ekstremitelerde akut derin ven trombozu gelişme riskinde moleküler genetik faktörlerin rolü // Rusya Tıp Bilimleri Akademisi Sibirya Şubesi Bülteni. - 2012. - T. 32. - Sayı 4. - S. 90-94.
Spradling A.C., Stam D., Beaton A. Hayati Drosophila genlerinin% 25'inin tek eklemeli P-element mutasyonları // Genetik. 1999. - s. 135-177.
Chugunova O.L., Shumikhina M.V. Çocuklarda kalıtsal trombofili ve böbrek hastalıklarının gelişimindeki rolü hakkında modern fikirler // Pratik pediatri soruları. - 2011. - T. 6. - Sayı 5. - S. 40-48.
Yarygin V.N., Vasiliev V.I. “Biyoloji” // Yüksekokul. 2008. - S.84.

Mutasyonlar- genetik aparatta aniden ortaya çıkan ve vücudun belirli kalıtsal özelliklerinde değişikliklere yol açan kalıcı değişiklikler. Mutasyon doktrininin temelleri, bu terimi öneren Hollandalı botanikçi ve genetikçi De Vries (1848-1935) tarafından atılmıştır. Mutasyon teorisinin ana hükümleri şunlardır:

■ mutasyonlar aniden meydana gelir;

■ mutasyonların neden olduğu değişiklikler stabildir ve kalıtsal olabilir;

■ mutasyonlar yönlendirilmez; yani organizmalar için faydalı, zararlı veya nötr olabilirler;

■ aynı mutasyonlar tekrar tekrar meydana gelebilir;

■ mutasyon oluşturma yeteneği tüm canlı organizmaların evrensel bir özelliğidir.

Değişikliklerin meydana geldiği hücre tipine göre mutasyonlar:

üretken - germ hücrelerinde ortaya çıkar ve cinsel üreme sırasında kalıtılır;

somatik - üremeyen hücrelerde ortaya çıkar ve vejetatif veya eşeysiz üreme sırasında kalıtılır.

Yaşam aktivitesi üzerindeki etkiye bağlı mutasyonlar:

öldürücü - organizmaların doğumdan önce veya üreme yeteneğinin başlangıcından önce ölümüne neden olmak;

öldürücü olmayan - bireylerin yaşayabilirliğini azaltmak;

doğal - normal koşullar altında organizmaların yaşayabilirliğini etkilemez.

Kalıtsal aparattaki değişikliklerin ardındaki mutasyonlar

Gen mutasyonları - Nükleik asit moleküllerindeki nükleotid dizisinin ihlali nedeniyle bireysel genlerde kalıcı değişiklikler. Bu mutasyonlar, belirli nükleotidlerin kaybı, fazladan olanların ortaya çıkması ve bunların düzenlenme sırasının değişmesi nedeniyle ortaya çıkar. DNA yapısındaki bozukluklar ancak onarım gerçekleşmediğinde mutasyonlara yol açar.

Çeşitli gen mutasyonları:

1 ) baskın, alt baskın /(kısmen görünür) ve resesif,

2 ) nükleotid kaybı(silme), nükleotid kopyalanması(kopyalamalar), nükleotidlerin sırası değişir(ters çevirme), nükleotid çifti değişimi(geçişler ve dönüşümler).

Gen mutasyonlarının önemi, organik dünyanın evrimi ve seçilimin ilişkili olduğu mutasyonların çoğunluğunu oluşturmalarında yatmaktadır. Ayrıca gen mutasyonları, genetik hastalıklar gibi bir grup kalıtsal hastalığın nedenidir. Gen hastalıkları mutant bir genin etkisinden kaynaklanır ve patogenezleri bir genin ürünleriyle (protein eksikliği, enzim veya yapısal bozukluk) ilişkilidir. Gen hastalıklarına örnek olarak hemofili, renk körlüğü, albinizm, fenilketonüri, galaktozemi, orak hücreli anemi vb. gösterilebilir.

Kromozomal mutasyonlar (sapmalar) - Bunlar kromozomların yeniden düzenlenmesi sonucu ortaya çıkan mutasyonlardır. Bunlar, daha sonra birleştirilen parçaların oluşumuyla kromozomların kırılmasının bir sonucudur. Hem aynı kromozom içinde hem de homolog ve homolog olmayan kromozomlar arasında oluşabilirler.

Çeşitli kromozomal mutasyonlar:

■ kusur (silme) bir veya başka bir bölümün kromozomunun kaybı nedeniyle ortaya çıkar;

■ ikiye katlama (çoğaltma) kromozomun fazladan bir kopya bölümünün dahil edilmesiyle ilişkilidir;

■ tersine çevirme (ters çevirme) kromozomlar kırıldığında ve bölüm 180° döndüğünde gözlenir;

■ Aktar (yer değiştirme) - bir çiftin kromozomunun bir bölümü homolog olmayan bir kromozoma bağlanır.

Kromozomal mutasyonlar esas olarak yaşamla bağdaşmayan ciddi anormalliklere (eksiklikler ve geri dönüşler) neden olur, gen artışının (iki katına çıkmasının) ana kaynağıdır ve gen rekombinasyonu (transferi) nedeniyle organizmaların değişkenliğini artırır.

Genomik mutasyonlar- Bunlar kromozom setlerinin sayısındaki değişikliklerle ilişkili mutasyonlardır. Genomik mutasyonların ana türleri şunlardır:

1) poliploidi - kromozom setlerinin sayısında artış;

2) kromozom setlerinin sayısında azalma;

3) anöploidi (veya heteroploidi) - bireysel çiftlerin kromozom sayısında bir değişiklik

çok anlamlılık - kromozom sayısında bir artış - trizomi, iki (tetrazomi) veya daha fazla kromozom;

monozomi - kromozom sayısında bir azalma;

nullizomi - bir çift kromozomun tamamen yokluğu.

Genomik mutasyonlar türleşmenin (poliploidi) mekanizmalarından biridir. daha yüksek verimle karakterize edilen poliploid çeşitler oluşturmak, tüm genler için homozigot formlar elde etmek (kromozom setlerinin sayısını azaltmak) için kullanılırlar. Genomik mutasyonlar organizmaların yaşayabilirliğini azaltır ve aşağıdakiler gibi bir grup kalıtsal hastalığa neden olur: kromozomal. Kromozomal hastalıklar - bunlar niceliksel (poliploidi, anöploidi) veya yapısal (delesyonlar, inversiyonlar vb.) kromozom yeniden düzenlemelerinin (örneğin “kedinin ağlaması” sendromu (46, 5), Down sendromu (47, 21+) neden olduğu kalıtsal hastalıklardır. Edwards sendromu (47 ,18+), Turner sendromu (45, XO), Patau sendromu (47,13+), Klinefelter sendromu (47, XXY), vb.).