37. Изменчивость.

а) Мутационная изменчивость и её роль в эволюции.

Мутации – качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменению его генотипа.

Мутации – единственный источник генетического разнообразия внутри вида. Благодаря постоянному мутационному процессу образуются различные варианты генов (множественные аллели), создающие резерв наследственной изменчивости – основу для комбинативной изменчивости.

Впервые термин «мутация» был предложен в 1901 г де Фризом.

б) Мутации как качественные и количественные изменения генетического материала. Мутагенез.

Мутации представляют собой качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа.

Свойства мутаций:

− мутации возникают внезапно, скачкообразно;

− мутации затрагивают наследственный материал и передаются из поколения в поколение;

− мутации ненаправленны – т.е. мутировать может любой локус, приводя к изменению самых разнообразных признаков (от незначительных до жизненно важных);

− сходные мутации могут возникать повторно.

Мутагенез – это процесс возникновения мутаций.

Выделяют спонтанный и индуцированный мутагенез.

1) Спонтанный мутагенез - мутация возникает в обычных физиологических состояниях организма без дополнительных воздействий внешнесредовых факторов.

2) Индуцированный мутагенез - мутации возникают под влиянием направленного воздействия на организм различных факторов внешней среды.

в) Классификация и характеристика мутаций, возникающих на разных уровнях организации наследственного материала.

г) Генные мутации: молекулярные механизмы возникновения, частота в природе, фенотипический эффект.

Генные мутации – это нескорректированные изменения химической структуры генов, воспроизводимые в последовательных циклах репликации и проявляющиеся у потомства в виде новых вариантов признаков.

Выделяют:

· Замена азотистых оснований (около 20% спонтанно возникающих генных изменений)

· Инверсия нуклеотидных последовательностей;

· Сдвиг рамки считывания (происходящим при изменении количества нуклеотидных пар в составе гена) – большая доля спонтанных мутаций.

Молекулярные механизмы:

Мутации по типу замены азотистых оснований.

• Транзиция (пурин-пурин)

• Трансверсия (пурин-пиримидин; пиримидин-пурин)

Замена одной пары азотистых оснований способно вызвать замещение одной аминокислоты на другую. Такой тип мутации называется миссенс-мутации. Мутации, вызывающие образование стоп-кодонов, называют нонсенс-мутациями. Сименс-мутации – замены не происходит.

Примеры:

• Серповидноклеточная анемия. При этом заболевании происходит замена нуклеотида в одном из генов, ответственных за синтез гемоглобина. В результате меняется молекулярная структура белка, и эритроциты теряют способность к транспорту кислорода, приобретая серповидную форму.

• Гипофосфатазия. Жизнеугрожающее заболевание, характеризующееся нарушением минерализации костей скелета и зубов и системными осложнениями. Вызвано мутацией в гене тканенеспецифичной щелочной фосфатазы.

Мутации со сдвигом рамки считывания (3,8% — частота мутаций со сдвигом рамки считывания в одном из исследований, где анализировались мутации в разных генах).

Происходят вследствие выпадения или вставки в нуклеотидную последовательность ДНК одной или нескольких пар комплементарных нуклеотидов. Большая часть изученных мутаций, вызывающих сдвиг рамки, обнаружена в последовательностях, состоящих из одинаковых нуклеотидов.

Сдвиг рамки считывания в результате вставки одного нуклеотида в кодогенную цепь приводит к изменению состава, зашифрованного в ней пептида

Примеры

• Болезнь Тея-Сакса. Наследственное заболевание центральной нервной системы, причина — вставка 4 нуклеотидов в гене HEXA, который кодирует α-субъединицу фермента гексозоаминидазы А.

• Муковисцидоз. Причина — делеция одного нуклеотида в гене CFTR, что приводит к отсутствию аминокислоты Phe в белке, кодируемом этим геном.

д) Гаметические и соматические мутации, их значение в онтогенезе и эволюции.

Любые мутационные изменения в наследственном материале гамет — генеративные мутации — становятся достоянием следующего поколения, если такие гаметы участвуют в оплодотворении. Поэтому отклонения в течении митоза или мейоза в клетках-предшественницах гамет имеют большое эволюционное значение.

Если же мутации любого ранга (генные, хромосомные или геномные) возникают в соматических клетках — соматические мутации — они передаются только потомкам этих клеток, т.е. не выходят за пределы данного организма. При нарушении нормального течения митоза (нерасхождение хроматид отдельных хромосом, многополюсные митозы и т.д.) дочерние клетки получают аномальную наследственную программу и их дальнейшее развитие отклоняется от нормы. Патологические митозы часто наблюдаются в клетках злокачественных опухолей.