4. Митохондриальные заболевания(повторение-мать учения)

Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.

Можно выделить 2 группы митохондриальных заболеваний:

Ярко выраженные наследственные синдромы, обусловленные мутациями генов, ответственных за митохондриальные белки (синдром Барта, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, синдром MELAS, синдром MERRF и другие).

«Вторичные митохондриальные заболевания», включающие нарушение клеточного энергообмена как важное звено формирования патогенеза (болезни соединительной ткани, синдром хронической усталости, гликогеноз, кардиомиопатия, мигрень, печеночная недостаточность, панцитопения, а также гипопаратиреоз, диабет, рахит и другие).

Синдром MELAS (англ. Mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes — «митохондриальная энцефаломиопатия, лактатацидоз, инсультоподобные эпизоды») — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся проявлениями, перечисленными в названии, и сопровождается полиморфной симптоматикой — диабетом, судорогами, снижением слуха, сердечными заболеваниями, низким ростом, эндокринопатиями, непереносимостью физических нагрузок и нейропсихиатрическими отклонениями. В каждом конкретном случае набор симптомов и их тяжесть может сильно отличаться, поскольку синдром связан с мутациями во многих генах: MTTL1, MTTQ, MTTH, MTTK, MTTS1, MTND1, MTND5, MTND6, MTTS2. Мутации могут возникать впервые у конкретного пациента, либо наследоваться по материнской линии. Всего к 2009 году было обнаружено 23 миссенсных точечных мутаций и 4 делеции мтДНК, приводящих к MELAS, однако продолжаются сообщения о новых пациентах с симптомами расстройства при отсутствии известных мутации.

Лечение синдрома пока не известно, зачастую он утягощается, приводя в итоге к гибели пациента. Предпринимаются попытки замедлить его течение. Исследуется применение L-аргинина для уменьшения повреждений мозга при инсультоподобных эпизодах,[4][5][6][7] причём исследователи сообщают, что до принятия препарата уровень аргинина в крови пациентов был значительно снижен во время эпизодов.[4] Предварительные результаты обнадёживают, однако нужны дополнительные исследования. L-аргинин провоцирует выделение NO - газа, имеющего как положительный эффект - расширение сосудов, так и отрицательный: избыток может быть токсичным.

Также применяется кофермент Q, в отсутствие результатов адекватных клинических исследований; такие исследования начаты, но ещё не завершены по состоянию на конец 2009 года.

Вопрос 13.

Генные мутации могут быть подразделены на точковые и структурные. Точковые мутации (point mutation)

затрагивают один нуклеотид либо 1-2 соседних нуклеотида, тогда как к структурным мутациям относятся более

протяженные дефекты гена. Среди точковых мутаций чаще всего встречаются нуклеотидные замены в кодирующей

области гена, т.е. в экзонах. В том случае, если нуклеотидная замена сопровождается изменением аминокислотного

шифра соответствующего кодона, такая мутация ведет к изменению состава полипептидной цепи вследствие

встраивания в нее «ошибочной» аминокислоты. Мутации данного типа называются миссенс-мутация (missense - т.е.

с изменением «смысла» повреждаемого кодона). Тяжесть фенотипических проявлений болезни в этом случае будет

определяться функциональной значимостью мутантного участка белка; наиболее тяжелые последствия имеют

обычно миссенс-мутации, затрагивающие активные центры белковой молекулы. Иногда нуклеотидная замена

приводит к замещению информационно значимого кодона на стоп-кодон; в результате этого на мутантном участке

соответствующей молекулы мРНК происходит преждевременный обрыв трансляции и образование «усеченной»

(truncated), функционально дефектной молекулы белка. Такие нуклеотидные замены обозначаются термином

нонсенс-мутации (nonsense - «бессмысленные», нарушающие информационную роль кодона). Достаточно

распространенным типом мутантных аллелей являются аллели, образующиеся в результате выпадения (делеции)

или вставки (инсерции) нуклеотидов в кодирующей области гена. Если число нуклеотидов при делециях и вставках

некратно трем (например, в случае точковой мутации с выпадением одного нуклеотида), такая мутация приводит к

нарушению нормального отсчета кодирующих триплетов, в результате чего нее последующие кодоны в

полинуклеотидной цепи приобретают другой аминокислотный смысл.

Другими словами, данный тип мутации сопровождается сдвигом рамки считывания генетического кода (frameshift);

мутации со сдвигом рамки ведут к синтезу «бессмысленного» чужеродного белка, который быстро деградирует под

воздействием внутриклеточных протеаз. Если мутация со сдвигом рамки либо нопсенс-мутация расположены в

5'-области гена (т.е. ближе к его началу), они сопровождаются отсутствием синтеза с данной конии гена сколько-

нибудь значимой в функциональном отношении полипептидной молекулы и полной потерей активности белка - так

называемые нулевые мутации (null mutation). Разумеется, такие мутации являются весьма тяжелыми и нередко

либо несовместимы с жизнью, либо характеризуются развитием выраженных мультисистемных проявлений

болезни. В неврологии ярким примером такого рода является атаксия-телеангиэктазия, обусловленная

повреждением обеих копий гена ATM, кодирующего белок семейства фосфатидилинозитолкиназ. Около 90%

известных на сегодня мутаций в гене ATM представляют собой нулевые мутации, приводящие к полной

инактивации белка и развитию множественных симптомов поражения головного мозга, кожи, сосудистой, иммунной,

эндокринной, костной систем, онкологических осложнений [Gilad S. el al., 1996]. Точковые и структурные мутации

могут происходить не в собственно кодирующих участках гена, а на самом стыке экзонов и интронов - в сайтах

сплайсинга (сплайсинговые мутации). Такие мутации нарушают нормальные механизмы созревания первичногоРНК-транскрипта и приводят к неправильному вырезанию нитрона либо к удалению из молекулы РНК

информационно значимой экзонной последовательности. В результате этого происходит значительное нарушение

структуры белка, ведущее обычно к развитию тяжелых клинических проявлений болезни. В редких случаях мутации

могут затрагивать различные регуляторные последовательности (например, в области промотора или интронов),

влияющие на характер экспрессии гена; такие регуляторные мутации обычно сопровождаются не нарушением

структуры или функции белковой молекулы, а количественными изменениями содержания белка в клетке

Естественный отбор — основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции

увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью(наиболее благоприятными

признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается. В свете

современной синтетической теории эволюцииестественный отбор рассматривается как главная причина

развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Естественный отбор —

единственная известная причина адаптаций, но не единственная причина эволюции. К числу неадаптивных

причин относятся генетический дрейф, поток генов и мутации.

Термин «Естественный отбор» популяризовал Чарльз Дарвин, сравнивая данный процесс с искусственным

отбором, современной формой которого является селекция. Идея сравнения искусственного и естественного

отбора состоит в том, что в природе так же происходит отбор наиболее «удачных», «лучших» организмов, но

в роли «оценщика» полезности свойств в данном случае выступает не человек, а среда обитания. К тому же,

материалом как для естественного, так и для искусственного отбора являются небольшие наследственные

изменения, которые накапливаются из поколения в поколение.Половой отбор — это естественный отбор на успех в размножении. Выживание организмов является

важным, но не единственным компонентом естественного отбора. Другим важным компонентом является

привлекательность для особей противоположного полаДизруптивный (разрывающий) отбор — форма

естественного отбора, при которой условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам

(направлениям) изменчивости, но не благоприятствуют промежуточному, среднему состоянию признака. В

результате может появиться несколько новых форм из одной исходной. Стабилизирующий отбор — форма

естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от

средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака. Понятие стабилизирующего отбора

ввел в науку и проанализировал И. И. Шмальгаузен. Движущий отбор — форма естественного отбора,

которая действует при направленном изменении условий внешней среды. Описали Дарвин и Уоллес. В этом

случае особи с признаками, которые отклоняются в определённую сторону от среднего значения, получают

преимущества. В процессе естественного отбора закрепляются мутации, увеличивающие приспособленность

организмов. Естественный отбор часто называют «самоочевидным» механизмом, поскольку он следует из

таких простых фактов, как:

1. Организмы производят потомков больше, чем может выжить;

2. В популяции этих организмов существует наследственная изменчивость;

3. Организмы, имеющие разные генетические черты, имеют различную выживаемость и способность

размножаться.

Миграция животных (от лат. migrans) — регулярное передвижение популяции животных, в ходе которого

особи из одной области обитания перемещаются в другую, но затем возвращаются обратно. Миграции

наиболее распространены у птиц (перелеты птиц) и рыб (например, миграции тихоокеанского лосося). У

зверей миграции изучены меньше, так как они ведут более скрытный образ жизни. Примеры миграций у

животных — миграция северных оленей из тундры в лесотундру с наступлением зимы, она вызвана нехваткой

и трудностями добычи корма в занесенной снегом тундре. Миграции животных имеют ярко выраженный

приспособительный (адаптивный) характер и возникли в процессе эволюции у самых разных видов.

Изоля́ция (в генетике популяций) — исключение или затруднение свободного скрещивания между особями

одного вида. Изоляция является элементарным эволюционным фактором, действующим на

микроэволюционном уровне, и приводит к видообразованию.

По характеру изолирующих барьеров классифицируют географическую и репродуктивную (биологическую)

изоляцию.

Географическая изоляция[править | править исходный текст]

Географическая изоляция — обособление определенной популяции от других популяций того же вида каким-

либо труднопреодолимым географическим препятствием. Подобная изоляция может возникнуть в результате

изменения географических условий в пределах ареала вида или при расселении групп особей за пределы

ареала, когда «популяции основателей» могут закрепиться в некоторых обособленных районах с

благоприятными для них условиями внешней среды. Географическая изоляция — один из важных

фактороввидообразования, так как она препятствует скрещиванию и тем самым обмену генетической

информацией между обособленными популяциями.

Репродуктивная изоляция[править | править исходный текст]

Основная статья: Репродуктивная изоляция

Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению свободного скрещивания или

образованию стерильного потомства. Классифицируют экологическую, этологическую, временную, анатомо-

морфо-физиологическую и генетическую репродуктивную изоляцию. При этологическом характере

репродуктивной изоляции для особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения ввиду

различий в образе жизни и поведения, например, у разных видов птиц отличаются ритуалы ухаживания и

брачные песни. Приэкологическом характере — различаются, условия обитания живых организмов,

например, популяции рыб нерестятся в разных местах. При временной изоляции отличаются сроки

размножения. При анатомо-морфо-физиологической репродуктивной изоляции у живых организмов

возникают различия в строении, размерах отдельных органов половой системы, или возникают различия вбиохимических аспектах репродуктивной функции. При генетическом характере репродуктивной изоляции

возникают несовместимые гаметы или появляются гибриды с пониженной жизнеспособностью,

плодовитостью или стерильностью.

[1]

Перечисленные формы репродуктивной изоляции возникают независимо друг от друга и могут сочетаться в

любых комбинациях. Однако именно генетическую изоляцию считают одной из самых важных форм

репродуктивной изоляции, так как остальные формы репродуктивной изоляции при видообразовании, в

конечном итоге, ведут именно к возникновению независимости генофондов двух популяций. Возникновению

репродуктивной изоляции часто способствует длительная географическая изоляция.

Инбри́динг (англ. inbreeding, от in — «внутри» и breeding — «разведение») — скрещивание

близкородственных форм в пределах одной популяции организмов (животных или растений). Термин

«инбридинг» обычно используется в отношении животных, а для растений более распространён термин

«инцухт» (нем. Inzucht); этот термин также часто используется при описании взаимоотношений между

людьми — например, в биографиях.

Инцест является ярко выраженной формой инбридинга, когда скрещивание происходит между особями,

связанными прямым родством. Предельная форма инбридинга — самооплодотворение, когда организм

оплодотворяет сам себя.

Инбридинг широко используется селекционерами для усиления целевых характеристик породы или сорта.

Наиболее распространённая разновидность инбридинга, которая используется при селекции, называется

лайнбридингом (англ. linebreeding). При лайнбридинге потомки спариваются с каким-либо своим предком.

Как известно, диплоидный организм получает каждый ген в двух экземплярах (аллелях) — от отца и от

матери. Если эти гены различаются, то особь называется гетерозиготной (по данному гену), а если не

различаются, то гомозиготной. При инбридинге родители являются родственниками и поэтому имеют много

одинаковых генов, в результате чего гомозиготность увеличивается с каждым поколением.

Инбридинг приводит к повышению постоянства фенотипических признаков в потомстве и, в конечном итоге,

производится для получения линий генетически идентичных особей (инбредные линии), на которых удобно

проводить биологические и медицинские эксперименты.

При близкородственном скрещивании (или самоопылении у растений) может возникать депрессия:

уменьшение урожайности растительных культур, измельчание животных, возникновение аномалий и уродств.

Это объясняется гомозиготностью по вредным рецессивным генам