Механизмы возникновения хромосомных мутаций. Примеры.

Хромосомные мутации характеризуются изменением структуры отдельных хромосом. При них последовательность нуклеотидов в генах обычно не меняется, но изменение числа или положения генов при аберрациях может привести к генетическому дисбалансу, что пагубно сказывается на нормальном развитии организма.

Делеция — утрата одного из участков хромосомы (внутреннего или терминального), что может стать причиной нарушения эмбриогенеза и формирования множественных аномалий развития (например, делеция в регионе короткого плеча хромосомы 5, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, ВПР сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс обозначен как синдром кошачьего крика

Инверсия — встраивание фрагмента хромосомы на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается порядок расположения генов.

Дупликация — удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы (например, трисомия по короткому плечу хромосомы 9 приводит к появлению множественных ВПР, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интеллектуального развития).

Различают три варианта транслокаций: реципрокные (обмен фрагментами двух хромосом), нереципрокные (перенос фрагмента одной хромосомы на другую), робертсоновские (соединение двух акроцентрических хромосом в районе их центромер с потерей коротких плеч, в результате образуется одна метацентри-ческая хромосома вместо двух акроцентрических).

Изохромосомные аберрации — образование одинаковых, но зеркальных фрагментов двух разных хромосом, содержащих одни и те же наборы генов. Это происходит в результате поперечного разрыва хроматид через центромеры (отсюда другое название — центрическое соединение).

Механизмы возникновения генных мутаций. Примеры.

Генные мутации могут представлять собой замены оснований, а также их вставки, перемещения или выпадения. Различают два типа замен оснований:1) замены пурина на другой пурин или пиримидина на пиримидин. Их называют транзитами: А = G, Т = С (т.е. такие замены пар нуклеотидов, которые не изменяют ориентации: AT = GC; ТА = CG);

2) замены пурина на пиримидин или пиримидина на пурин. Их называют трансверсиями: А = Т, А = С, G = С, G = Т (т.е. такие замены пар нуклеотидов, которые изменяют ориентацию: AT = ТА, AT = CG).

Установлено, что спонтанные транзииии могут происходить при репликации ДНК вследствие таутомеризации, изменяющей способность нуклеотидов образовывать водородные связи: аденин приобретает свойства гуанина, гуанин — аденина, цитозин - тимина, тимин - цитозина. Участие процесса репликации в мутагенезе было установлено при изучении биологических эффектов аналогов оснований ДНК, например, 5-бромурацила, вызывающего мутации у бактериофагов и бактерий.

При включении аналога в ДНК возможна ошибка, состоящая в том, что 5-бромурацил, находясь в редкой енольной форме, спаривается с гуанином, а затем в обычной кетоформе спаривается с аденином; в третьем цикле репликации аденин нормально спаривается с тимином, завершая транзицию GC — AT .

Ошибка при считывании связана с тем, что 5-бромурацил включается при репликации на место тимина, а затем спаривается, находясь в редкой енольной форме, с гуанином; в третьем цикле репликации гуанин нормально спаривается с цитозином, завершая транзицию AT - CG.

Аналогичным образом действует другой аналог оснований ДНК - 2-аминопурин. Транзииии строго в направлении GC - AT можно получить с помощью гидроксиламина, который, специфически реагируя с цитозином, переводит его в форму, способную образовывать водородные связи с аденином. Значение Мутации могут быть полезными, вредными или не оказывать явного влияния – т.е. быть нейтральными. Обычные гены в популяции адаптивны, обладатели лучше приспосабливаются, а вновь возникающие мутации чаще всего уже встречались ранее и были утрачены, потому что не способствовали лучшему приспособлению к определенным условиям жизни. Мутантный ген может накапливаться, может быть полезным. И все же большинство мутаций – вредны.

Генокопии — сходные фенотипы, сформировавшиеся под влиянием разных неаллельных генов. То есть это одинаковые изменения фенотипа, обусловленные аллелями разных генов, а также имеющие место в результате различных генных взаимодействий или нарушений различных этапов одного биохимического процесса с прекращением синтеза. Проявляется как эффект определенных мутаций, копирующих действие генов или их взаимодействие.

9.Медицинское и эволюционное значение хромосомных и геномных мутаций. Хромосомные и геномные мутации оказывают разнообразные воздействия на организм. Во многих случаях эти мутации летальны, так как нарушают развитие; у человека, например, около 20% беременностей заканчиваются естественным выкидышем в сроки до 12 недель, и в половине таких случаев можно обнаружить хромосомные аномалии. В результате некоторых хромосомных мутаций определенные гены могут оказаться вместе, и их общий эффект может привести к появлению какого-либо «благоприятного» признака. Кроме того, сближение некоторых генов друг с другом делает менее вероятным их разделение в результате кроссинговера, а в случае благоприятных генов это создает преимущество.