51. Мутагенез. Физические и химические мутагены.

МУТАГЕНЕЗ - процесс возникновения в организме наследственных изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами — мутагенами. В основе Мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек.

Термин «мутация» был предложен голландским ученым де Фрисом (Н. de Vries) в 1901 г. Различают спонтанные мутации, возникающие с относительно низкой частотой, а также индуцированные мутации, вызываемые воздействием мутагенных агентов (мутагенов). Существует три группы мутагенов: физические, химические и биологические. К физическим мутагенам относят нагревание, различные виды ионизирующих излучений (рентгеновское, a- b- и g-лучи, нейтроны, мезоны и другие элементарные частицы, и ионы высоких энергий), а также ультрафиолетовое и микроволновое излучение. Мутагенное действие характерно для Уф - лучей. Первичный эффект ионизирующих и ультрафиолетовых излучений заключается в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК.

Механизм Мутагенез для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых.

Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делеций); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер.

Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, т. к. прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные химические реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям

Некоторые мутагены нарушают цитоплазматический аппарат митоза, следствием чего является нерасхождение всех разделившихся хромосом или неправильности в распределении их между дочерними клетками; в первом случае возникает полиплоидия, во втором — анеуплоидия.

Известны химические вещества, специфически действующие таким образом (например, алкалоид колхицин). На ход Мутагенеза оказывают значительное влияние различные внешние факторы. Так, частота мутаций, индуцируемых ионизирующими излучениями, возрастает при поступлении в клетку кислорода и падает при его недостатке, например, если облучение происходит в атмосфере азота. Некоторые вещества подавляют Мутагенез. Например, введение в клетку аденозина или гуанозина тормозит мутагенное действие аналогов пуриновых азотистых оснований; фермент каталаза снижает мутагенный эффект ионизирующих излучений и т. д. При действии некоторых химических мутагенов мутации могут возникать как сразу, так и спустя известное время, иногда через несколько клеточных поколений.

52. Мутационная изменчивость. Генные и хромосомные мутации.

Мутационная изменчивость - изменения генов, это мутации, новые состояния генов. Они устойчивы, как и гены из которых они возникли, путем ауторепродукции и они передаются потомкам. Причины появления мутации- действия мутогенов и особенности обмена веществ.

Классификация по фенотипу (по внешним проявлениям):

1)гипоморфные мутации- действуют в том же направлении, что и нормальная аллель, но дают более слабый эффект.(Напр. глаза у мухи дрозофилы)

2)аморфные (отрицание того, что было)- неактивны в отношении типичного проявления аллели, ген аллелизма полностью тормозит развитие гометы.

3)Антиморфные- их действие противоположно действию нормального аллеля;

(Напр. Дикая кукуруза, нормальная аллель пурпурного цвета).

4)неаморфные – такие мутации, действие которых совершенно отлично от действия нормального аллеля)

Классификация мутаций по генотипу:

I.генные (кол-во последовательности нуклеотидов)- почковые мутации (касаются нуклеотидов внутри гена)

1)генные ставки (появление новой пары нуклеотидов)

2)выпадение пары нуклеотидов (любое выпадение носит название- делеция)

3)перестановки нуклеотидов внутри (генная инверсия)

4)генные дупликации (удвоение какой-либо пары или нескольких)

II.хромосомные- возникают в результате перестройки хромосом. Возможны внутрихромосомные операции.

1)возможна делеция (потеря участка хромосомы)

2)появление лишнего, дублирующего участка (дубликация)

3)инверсия (когда какой-либо участок инвертируется, поворот на 180градусов при разрыве хромосом)

III.межхромосомные-возникают при перераспределении генного материала между разными хромосомами

1)транслокация (возникает в мейозе, если обмениваются участки, негомологичные хромосомам)

2)трансформация (1944г. Эвери описал ее у бактерий, заключается в том, что участок ДНК переносится из одной хромосомы в другую)

3)трансдукция (перенос и рекомбинация генов у бактерий одного генотипа, с помощью бактериофага,к бактериям другого генотипа)1952г-работа Ледерберга

IV.геномные – связаны с изменением числа хромосом в кл-ке

1)полиплоидия (увеличение диплоидного числа хромосом, путем добавления целых геномных n-наборов). Имеет значение, кратность добавления наборов.

Причины полиплоидии:

а)нарушение мейоза,связанное с нерасхождением хромосом

2n♀ x n♂ = 3n

б)удвоение хромосом в S-периоде без деления кл-ки (норма для человека)

в)слияние ядер соматических кл-к

2)Анеуплоидия (число хромосом изменяется внекратно набору)

3)гаплоидия(уменьшение числа хромосом,половинный гаплоидный наборнегомологичных хромосом). Проявляются все рецесивные признаки.

Механизмы мутаций:

На ур-не ДНК:

В результате ультрафиолетового воздействия в момент репликации, появляются таутомерные формы А-Ц; А-Г; Т-Г; Т-Ц.И эти отклонения будут передаваться новым цепям ДНК.

Эти изменения происходят при неравном кроссинговере; А при кроссинговере происходит обмен равными участками. Но разрыв может произойти в несимметричных точках. В одной хромосоме может удвоится ген,а вдругом можетбыть нехвватка( Делеция 5-ой пары,синдром кошачьего мурлыканья).

На ур-не генома:

Связано с нарушением нормального течения митоза, возникают кл-ки с неравным кареотипом. При овогенезе у женщин старше 35 лет,при нерасхождении хромосом по 21 паре, по 13 паре,и нерасхождения половых хромосом