Mutation(vom lateinischen Wort „mutatio“ – Veränderung) ist eine anhaltende Veränderung des Genotyps, die unter dem Einfluss interner oder externer Faktoren eingetreten ist. Es gibt Chromosomen-, Gen- und Genommutationen.

Was sind die Ursachen für Mutationen?

• Ungünstige Umweltbedingungen, experimentell geschaffene Bedingungen. Solche Mutationen werden als induziert bezeichnet.
• Einige Prozesse, die in einer lebenden Zelle eines Organismus ablaufen. Zum Beispiel: beeinträchtigte DNA-Reparatur, DNA-Replikation, genetische Rekombination.

Mutagene sind Faktoren, die Mutationen verursachen. Sind geteilt in:

• Physikalisch – radioaktiver Zerfall und ultraviolett, zu hohe oder zu niedrige Temperatur.
• Chemisch – Reduktions- und Oxidationsmittel, Alkaloide, Alkylierungsmittel, Harnstoff-Nitro-Derivate, Pestizide, organische Lösungsmittel, einige Medikamente.
• Biologisch – einige Viren, Stoffwechselprodukte (Metabolismus), Antigene verschiedener Mikroorganismen.

Grundlegende Eigenschaften von Mutationen

• Durch Erbschaft weitergegeben.
• Verursacht durch eine Vielzahl interner und externer Faktoren.
• Treten krampfhaft und plötzlich auf, manchmal wiederholt.
• Kann jedes Gen mutieren.

Was sind Sie?

• Genommutationen sind Veränderungen, die durch den Verlust oder die Hinzufügung eines Chromosoms (oder mehrerer) oder eines vollständigen haploiden Satzes gekennzeichnet sind. Es gibt zwei Arten solcher Mutationen: Polyploidie und Heteroploidie.

Polyploidie ist eine Veränderung der Chromosomenzahl, die ein Vielfaches des haploiden Satzes beträgt. Bei Tieren äußerst selten. Beim Menschen gibt es zwei Arten von Polyploidie: Triploidie und Tetraploidie. Mit solchen Mutationen geborene Kinder leben normalerweise nicht länger als einen Monat und sterben häufiger im Stadium der Embryonalentwicklung.

Heteroploidie(oder Aneuploidie) ist eine Veränderung der Chromosomenzahl, die kein Vielfaches des Halogensatzes ist. Als Ergebnis dieser Mutation werden Individuen mit einer abnormalen Anzahl von Chromosomen geboren – polysomisch und monosomisch. Etwa 20 bis 30 Prozent der Monosomen sterben in den ersten Tagen der fetalen Entwicklung. Unter den Geborenen gibt es Personen mit Shereshevsky-Turner-Syndrom. Auch genomische Mutationen in der Pflanzen- und Tierwelt sind vielfältig.

• - Dabei handelt es sich um Veränderungen, die bei der Neuordnung der Chromosomenstruktur auftreten. Dabei kommt es zu einer Übertragung, einem Verlust oder einer Verdoppelung eines Teils des genetischen Materials mehrerer oder eines Chromosomen sowie einer Änderung der Ausrichtung von Chromosomenabschnitten in einzelnen Chromosomen. In seltenen Fällen ist es möglich, dass es zu einer Chromosomenvereinigung kommt.

• Genmutationen. Als Folge solcher Mutationen kommt es zu Insertionen, Deletionen oder Substitutionen mehrerer oder eines Nukleotids sowie zu Inversionen oder Duplikationen verschiedener Teile des Gens. Die Auswirkungen von Genmutationen sind vielfältig. Die meisten von ihnen sind rezessiv, das heißt, sie manifestieren sich in keiner Weise.

Mutationen werden auch in somatische und generative Mutationen unterteilt

• - in allen Körperzellen, außer Gameten. Wenn beispielsweise eine Pflanzenzelle mutiert, aus der sich anschließend eine Knospe und dann ein Spross entwickeln soll, werden alle ihre Zellen mutiert. So kann an einem Johannisbeerstrauch ein Zweig mit schwarzen oder weißen Beeren erscheinen.

• Generative Mutationen sind Veränderungen der primären Keimzellen oder der aus ihnen gebildeten Gameten. Ihr Eigentum wird an die nächste Generation weitergegeben.

Aufgrund der Art der Auswirkungen auf Mutationen sind:

• Tödlich – die Besitzer solcher Veränderungen sterben entweder im Stadium oder relativ kurze Zeit nach der Geburt. Dabei handelt es sich fast ausschließlich um genomische Mutationen.
• Halbtödlich (z. B. Hämophilie) – gekennzeichnet durch eine starke Verschlechterung der Funktion aller Systeme im Körper. In den meisten Fällen führen semi-letale Mutationen auch bald zum Tod.
• Vorteilhafte Mutationen sind die Grundlage der Evolution, sie führen zur Entstehung von Eigenschaften, die der Körper braucht. Durch die Fixierung können diese Zeichen zur Bildung einer neuen Unterart oder Art führen.

Für die genetische Forschung ist der Mensch ein unbequemes Objekt, da bei einem Menschen: eine experimentelle Kreuzung unmöglich ist; eine große Anzahl von Chromosomen; die Pubertät kommt spät; eine kleine Anzahl von Nachkommen in jeder Familie; Eine Angleichung der Lebensbedingungen für den Nachwuchs ist unmöglich.

In der Humangenetik kommen eine Reihe von Forschungsmethoden zum Einsatz.

genealogische Methode

Der Einsatz dieser Methode ist möglich, wenn direkte Verwandte bekannt sind – die Vorfahren des Besitzers des Erbmerkmals ( Proband) mütterlicherseits und väterlicherseits in mehreren Generationen bzw. die Nachkommen des Probanden ebenfalls in mehreren Generationen. Bei der Erstellung von Stammbäumen in der Genetik wird ein bestimmtes Notationssystem verwendet. Nach der Erstellung des Stammbaums wird dessen Analyse durchgeführt, um die Art der Vererbung des untersuchten Merkmals festzustellen.

Konventionen bei der Erstellung von Stammbäumen:
1 - Mann; 2 - Frau; 3 – Geschlecht nicht klar; 4 - der Besitzer des untersuchten Merkmals; 5 - heterozygoter Träger des untersuchten rezessiven Gens; 6 - Heirat; 7 - Heirat eines Mannes mit zwei Frauen; 8 - verwandte Ehe; 9 - Eltern, Kinder und die Reihenfolge ihrer Geburt; 10 - zweieiige Zwillinge; 11 - eineiige Zwillinge.

Dank der genealogischen Methode konnten die Vererbungsarten vieler Merkmale beim Menschen bestimmt werden. Je nach autosomal-dominantem Typ sind also Polydaktylie (eine erhöhte Anzahl von Fingern), die Fähigkeit, die Zunge in eine Röhre zu rollen, Brachydaktylie (kurze Finger aufgrund des Fehlens von zwei Fingergliedern), Sommersprossen, frühe Kahlheit, verschmolzen Finger, Lippenspalte, Gaumenspalte, grauer Star der Augen, brüchige Knochen und viele andere. Albinismus, rote Haare, Anfälligkeit für Polio, Diabetes mellitus, angeborene Taubheit und andere Merkmale werden autosomal-rezessiv vererbt.

Das dominierende Merkmal ist die Fähigkeit, die Zunge in eine Röhre zu rollen (1), und ihr rezessives Allel ist das Fehlen dieser Fähigkeit (2).
3 - Stammbaum für Polydaktylie (autosomal-dominante Vererbung).

Eine Reihe von Merkmalen werden geschlechtsgebunden vererbt: X-chromosomale Vererbung – Hämophilie, Farbenblindheit; Y-chromosomal - Hypertrichose des Randes der Ohrmuschel, Schwimmhäute an den Zehen. Es gibt eine Reihe von Genen, die sich in homologen Regionen der X- und Y-Chromosomen befinden, beispielsweise für allgemeine Farbenblindheit.

Die Verwendung der genealogischen Methode zeigte, dass in einer verwandten Ehe im Vergleich zu einer nicht verwandten Ehe die Wahrscheinlichkeit von Missbildungen, Totgeburten und früher Sterblichkeit bei den Nachkommen deutlich zunimmt. Bei verwandten Ehen gehen rezessive Gene häufig in einen homozygoten Zustand über, wodurch bestimmte Anomalien entstehen. Ein Beispiel hierfür ist die Vererbung der Hämophilie in den Königshäusern Europas.

- hämophil; - Trägerin

Zwillingsmethode

1 - eineiige Zwillinge; 2 - zweieiige Zwillinge.

Gleichzeitig geborene Kinder nennt man Zwillinge. Sie sind eineiig(identisch) und zweieiig(bunt).

Eineiige Zwillinge entwickeln sich aus einer Zygote (1), die im Zerkleinerungsstadium in zwei (oder mehr) Teile geteilt wird. Daher sind solche Zwillinge genetisch identisch und immer vom gleichen Geschlecht. Eineiige Zwillinge zeichnen sich durch einen hohen Grad an Ähnlichkeit aus ( Konkordanz) auf viele Arten.

Zweieiige Zwillinge entwickeln sich aus zwei oder mehr Eizellen, die gleichzeitig ovuliert und von verschiedenen Spermien befruchtet werden (2). Daher haben sie unterschiedliche Genotypen und können entweder das gleiche oder ein unterschiedliches Geschlecht haben. Im Gegensatz zu eineiigen Zwillingen zeichnen sich zweieiige Zwillinge durch Diskordanz – Unähnlichkeit in vielerlei Hinsicht – aus. Daten zur Konkordanz von Zwillingen für einige Zeichen sind in der Tabelle aufgeführt.

Zeichen	Konkordanz, %
	Eineiige Zwillinge	zweieiige Zwillinge
Normal
Blutgruppe (AB0)	100	46
Augenfarbe	99,5	28
Haarfarbe	97	23
Pathologisch
Klumpfuß	32	3
„Hasenlippe“	33	5
Bronchialasthma	19	4,8
Masern	98	94
Tuberkulose	37	15
Epilepsie	67	3
Schizophrenie	70	13

Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist der Grad der Konkordanz monozygoter Zwillinge für alle oben genannten Merkmale deutlich höher als der dizygoter Zwillinge, jedoch nicht absolut. In der Regel entsteht die Diskordanz eineiiger Zwillinge als Folge von intrauterinen Entwicklungsstörungen eines von ihnen oder unter dem Einfluss der äußeren Umgebung, falls diese unterschiedlich war.

Dank der Zwillingsmethode konnte die erbliche Veranlagung eines Menschen für eine Reihe von Krankheiten geklärt werden: Schizophrenie, Epilepsie, Diabetes mellitus und andere.

Beobachtungen an eineiigen Zwillingen liefern Material zur Aufklärung der Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Entwicklung von Merkmalen. Darüber hinaus werden unter der äußeren Umgebung nicht nur physikalische Umweltfaktoren, sondern auch soziale Bedingungen verstanden.

Zytogenetische Methode

Basierend auf der Untersuchung menschlicher Chromosomen unter normalen und pathologischen Bedingungen. Normalerweise umfasst ein menschlicher Karyotyp 46 Chromosomen – 22 Autosomenpaare und zwei Geschlechtschromosomen. Der Einsatz dieser Methode ermöglichte die Identifizierung einer Gruppe von Krankheiten, die entweder mit einer Veränderung der Chromosomenzahl oder mit Veränderungen ihrer Struktur einhergehen. Solche Krankheiten werden genannt chromosomal.

Blutlymphozyten sind das am häufigsten verwendete Material für die karyotypische Analyse. Bei Erwachsenen wird Blut aus einer Vene entnommen, bei Neugeborenen aus einem Finger, Ohrläppchen oder einer Ferse. Lymphozyten werden in einem speziellen Nährmedium kultiviert, das insbesondere Substanzen enthält, die Lymphozyten durch Mitose zu einer intensiven Teilung „zwingen“. Nach einiger Zeit wird der Zellkultur Colchicin zugesetzt. Colchicin stoppt die Mitose auf der Ebene der Metaphase. In der Metaphase sind die Chromosomen am stärksten verdichtet. Anschließend werden die Zellen auf Objektträger übertragen, getrocknet und mit verschiedenen Farbstoffen gefärbt. Die Färbung kann a) routinemäßig erfolgen (Chromosomen färben sich gleichmäßig), b) differenziell (Chromosomen erhalten eine Querstreifung, wobei jedes Chromosom ein individuelles Muster aufweist). Durch routinemäßige Färbung können Sie genomische Mutationen identifizieren, die Gruppenzugehörigkeit des Chromosoms bestimmen und herausfinden, in welcher Gruppe sich die Anzahl der Chromosomen geändert hat. Mit der Differenzialfärbung können Sie chromosomale Mutationen identifizieren, das Chromosom anhand der Anzahl bestimmen und die Art der chromosomalen Mutation herausfinden.

In Fällen, in denen eine karyotypische Analyse des Fötus erforderlich ist, werden Zellen des Fruchtwassers zur Kultivierung entnommen – eine Mischung aus fibroblastenähnlichen und epithelialen Zellen.

Zu den Chromosomenerkrankungen gehören: Klinefelter-Syndrom, Turner-Schereshevsky-Syndrom, Down-Syndrom, Patau-Syndrom, Edwards-Syndrom und andere.

Patienten mit Klinefelter-Syndrom (47, XXY) sind immer männlich. Sie zeichnen sich durch eine Unterentwicklung der Geschlechtsdrüsen, eine Degeneration der Samenkanälchen, häufig eine geistige Behinderung und ein hohes Wachstum (aufgrund unverhältnismäßig langer Beine) aus.

Bei Frauen wird das Turner-Schereshevsky-Syndrom (45, X0) beobachtet. Es äußert sich in einer Verlangsamung der Pubertät, einer Unterentwicklung der Keimdrüsen, Amenorrhoe (Ausbleiben der Menstruation) und Unfruchtbarkeit. Frauen mit Turner-Shereshevsky-Syndrom sind kleinwüchsig, der Körper ist unverhältnismäßig – der Oberkörper ist stärker entwickelt, die Schultern sind breit, das Becken ist schmal – die unteren Gliedmaßen sind verkürzt, der Hals ist kurz mit Falten, der „Mongoloid“ Augenform und eine Reihe anderer Zeichen.

Das Down-Syndrom ist eine der häufigsten Chromosomenerkrankungen. Sie entsteht als Folge einer Trisomie auf Chromosom 21 (47; 21, 21, 21). Die Krankheit ist leicht zu diagnostizieren, da sie eine Reihe charakteristischer Merkmale aufweist: verkürzte Gliedmaßen, ein kleiner Schädel, eine flache, breite Nase, schmale Lidspalten mit schrägem Einschnitt, das Vorhandensein einer Oberlidfalte und geistige Behinderung. Häufig werden Verletzungen der Struktur innerer Organe beobachtet.

Chromosomenerkrankungen entstehen auch durch Veränderungen der Chromosomen selbst. Ja, Löschung R-Arm des Autosoms Nummer 5 führt zur Entwicklung des „Katzenschrei“-Syndroms. Bei Kindern mit diesem Syndrom ist die Struktur des Kehlkopfes gestört und in der frühen Kindheit haben sie eine Art „miauende“ Stimmfarbe. Darüber hinaus kommt es zu einer Verzögerung der psychomotorischen Entwicklung und Demenz.

Am häufigsten sind Chromosomenerkrankungen die Folge von Mutationen, die in den Keimzellen eines Elternteils aufgetreten sind.

Biochemische Methode

Ermöglicht die Erkennung von Stoffwechselstörungen, die durch Veränderungen in Genen und infolgedessen durch Veränderungen in der Aktivität verschiedener Enzyme verursacht werden. Erbliche Stoffwechselerkrankungen werden in Erkrankungen des Kohlenhydratstoffwechsels (Diabetes mellitus), des Stoffwechsels von Aminosäuren, Lipiden, Mineralien usw. unterteilt.

Unter Phenylketonurie versteht man Erkrankungen des Aminosäurestoffwechsels. Die Umwandlung der essentiellen Aminosäure Phenylalanin in Tyrosin wird blockiert, während Phenylalanin in Phenylbrenztraubensäure umgewandelt wird, die mit dem Urin ausgeschieden wird. Die Krankheit führt bei Kindern zu einer raschen Entwicklung einer Demenz. Eine frühzeitige Diagnose und Ernährung können die Entwicklung der Krankheit stoppen.

Bevölkerungsstatistische Methode

Dabei handelt es sich um eine Methode zur Untersuchung der Verteilung erblicher Merkmale (Erbkrankheiten) in Populationen. Ein wesentlicher Punkt bei der Anwendung dieser Methode ist die statistische Aufbereitung der gewonnenen Daten. Unter Bevölkerung verstehen die Gesamtheit der Individuen derselben Art, die lange Zeit in einem bestimmten Gebiet leben, sich frei miteinander kreuzen, einen gemeinsamen Ursprung haben, eine bestimmte genetische Struktur haben und bis zu einem gewissen Grad von anderen solchen Individuenpopulationen isoliert sind einer bestimmten Art. Eine Population ist nicht nur eine Existenzform einer Art, sondern auch eine Einheit der Evolution, da die Grundlage mikroevolutionärer Prozesse, die in der Entstehung einer Art gipfeln, genetische Transformationen in Populationen sind.

Die Untersuchung der genetischen Struktur von Populationen befasst sich mit einem speziellen Teilgebiet der Genetik – Populationsgenetik. Beim Menschen werden drei Arten von Populationen unterschieden: 1) panmiktische, 2) Demes, 3) Isolate, die sich in Anzahl, Häufigkeit von gruppeninternen Ehen, Anteil der Einwanderer und Bevölkerungswachstum voneinander unterscheiden. Die Bevölkerung einer Großstadt entspricht der panmiktischen Bevölkerung. Die genetischen Merkmale jeder Population umfassen die folgenden Indikatoren: 1) gen Pool(die Gesamtheit der Genotypen aller Individuen einer Population), 2) Genhäufigkeiten, 3) Genotyphäufigkeiten, 4) Phänotyphäufigkeiten, Heiratssystem, 5) Faktoren, die die Genhäufigkeiten verändern.

Um die Häufigkeit des Vorkommens bestimmter Gene und Genotypen zu bestimmen, Hardy-Weinberg-Gesetz.

Hardy-Weinberg-Gesetz

In einer idealen Population bleibt von Generation zu Generation ein streng definiertes Verhältnis der Häufigkeiten dominanter und rezessiver Gene (1) sowie das Verhältnis der Häufigkeiten genotypischer Individuenklassen (2) erhalten.

P + Q = 1, (1)
R 2 + 2pq + Q 2 = 1, (2)

Wo P— Häufigkeit des Auftretens des dominanten Gens A; Q- die Häufigkeit des Auftretens des rezessiven Gens a; R 2 – die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für die dominante AA; 2 pq- Häufigkeit des Auftretens von Aa-Heterozygoten; Q 2 – die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für die rezessive AA.

Die ideale Population ist eine ausreichend große, panmiktische (Panmixie – freie Kreuzung) Population, in der es keinen Mutationsprozess, keine natürliche Selektion und andere Faktoren gibt, die das Gleichgewicht der Gene stören. Es ist klar, dass es in der Natur keine idealen Populationen gibt; in realen Populationen wird das Hardy-Weinberg-Gesetz mit Änderungen verwendet.

Um die Träger rezessiver Gene für Erbkrankheiten grob zu zählen, wird insbesondere das Hardy-Weinberg-Gesetz herangezogen. Es ist beispielsweise bekannt, dass Phenylketonurie in einer bestimmten Population mit einer Häufigkeit von 1:10.000 auftritt. Phenylketonurie wird autosomal-rezessiv vererbt, daher haben Patienten mit Phenylketonurie den aa-Genotyp Q 2 = 0,0001. Von hier: Q = 0,01; P= 1 - 0,01 = 0,99. Träger des rezessiven Gens haben den Aa-Genotyp, sind also Heterozygoten. Die Häufigkeit des Auftretens von Heterozygoten (2 pq) ist 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Fazit: In dieser Population sind etwa 2 % der Bevölkerung Träger des Phenylketonurie-Gens. Gleichzeitig können Sie die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für die Dominante (AA) berechnen: P 2 = 0,992, knapp 98 %.

Eine Veränderung des Gleichgewichts von Genotypen und Allelen in einer panmiktischen Population erfolgt unter dem Einfluss ständig wirkender Faktoren, darunter: Mutationsprozess, Populationswellen, Isolation, natürliche Selektion, Gendrift, Auswanderung, Einwanderung, Inzucht. Dank dieser Phänomene entsteht ein elementares Evolutionsphänomen – eine Veränderung der genetischen Zusammensetzung einer Population, die das Anfangsstadium des Artbildungsprozesses darstellt.

Die Humangenetik ist einer der sich am intensivsten entwickelnden Wissenschaftszweige. Es ist die theoretische Grundlage der Medizin und enthüllt die biologischen Grundlagen von Erbkrankheiten. Wenn Sie die genetische Natur von Krankheiten kennen, können Sie rechtzeitig eine genaue Diagnose stellen und die notwendige Behandlung durchführen.

Gehe zu Vorlesungen Nr. 21"Variabilität"

Genomische Mutationen sind Mutationen, die zur Hinzufügung oder zum Verlust eines, mehrerer oder vollständiger haploider Chromosomensätze führen (Abb. 118, B). Verschiedene Arten genomischer Mutationen werden Heteroploidie und Polyploidie genannt.

Genommutationen gehen mit einer Veränderung der Chromosomenzahl einher. Beispielsweise kommt es bei Pflanzen häufig zu dem Phänomen der Polyploidie – einer mehrfachen Veränderung der Chromosomenzahl. In polyploiden Organismen wiederholt sich der haploide Chromosomensatz n in Zellen nicht zwei Mal wie bei Diploiden, sondern viel häufiger (3n, 4n, 5n und bis zu 12n). Polyploidie ist eine Folge einer Verletzung des Mitose- oder Meioseverlaufs: Wenn die Teilungsspindel zerstört wird, divergieren die duplizierten Chromosomen nicht, sondern verbleiben in der ungeteilten Zelle. Das Ergebnis sind Gameten mit 2n Chromosomen. Wenn ein solcher Gamet mit einem normalen (n) verschmilzt, wird der Nachwuchs einen dreifachen Chromosomensatz haben. Tritt eine genomische Mutation nicht in Keimzellen, sondern in Körperzellen auf, entstehen im Körper Klone (Linien) polyploider Zellen. Oft übersteigt die Teilungsrate dieser Zellen die Teilungsrate normaler diploider Zellen (2n). In diesem Fall bildet eine sich schnell teilende Linie polyploider Zellen einen bösartigen Tumor. Wenn es nicht entfernt oder zerstört wird, verdrängen polyploide Zellen aufgrund der schnellen Teilung die normalen. So entstehen viele Krebsarten. Die Zerstörung der mitotischen Spindel kann durch Strahlung und die Einwirkung einer Reihe von Chemikalien – Mutagenen – verursacht werden.

Genommutationen in der Tier- und Pflanzenwelt sind vielfältig, beim Menschen wurden jedoch nur drei Arten von Genommutationen gefunden: Tetraploidie, Triploidie und Aneuploidie. Gleichzeitig werden von allen Varianten der Aneuploidie nur autosomale Trisomien, Polysomien für Geschlechtschromosomen (Tri-, Tetra- und Pentasomien) und von der Monosomie nur Monosomie-X gefunden.

Genmutationen – eine Veränderung in der Struktur eines Gens. Dabei handelt es sich um eine Änderung der Nukleotidsequenz: Dropout, Insertion, Replacement usw. Zum Beispiel das Ersetzen von a durch m. Ursachen – Verstöße bei der Verdoppelung (Replikation) der DNA

Genmutationen sind molekulare Veränderungen in der Struktur der DNA, die unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar sind. Zu den Genmutationen zählen alle Veränderungen in der molekularen Struktur der DNA, unabhängig von ihrer Lage und ihren Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit. Manche Mutationen haben keinen Einfluss auf die Struktur und Funktion des entsprechenden Proteins. Ein weiterer (meist) Teil von Genmutationen führt zur Synthese eines defekten Proteins, das seine eigentliche Funktion nicht erfüllen kann. Es sind Genmutationen, die die Entwicklung der meisten erblichen Formen der Pathologie bestimmen.

Die häufigsten monogenen Erkrankungen beim Menschen sind: Mukoviszidose, Hämochromatose, Adrenogenitalsyndrom, Phenylketonurie, Neurofibromatose, Duchenne-Becker-Myopathien und eine Reihe anderer Erkrankungen. Klinisch äußern sie sich durch Anzeichen einer Stoffwechselstörung (Stoffwechsel) im Körper. Die Mutation kann sein:

1) Bei einem Basenaustausch in einem Codon ist dies der sogenannte Missense-Mutation(aus dem Englischen, mis – falsch, falsch + lat. sensus – Bedeutung) – eine Nukleotidsubstitution im kodierenden Teil des Gens, die zu einer Aminosäuresubstitution im Polypeptid führt;

2) Bei einer solchen Änderung der Codons, die zum Stoppen des Lesens von Informationen führt, ist dies das sogenannte Nonsens-Mutation(von lateinisch non – no + sensus – Bedeutung) – ein Nukleotidaustausch im kodierenden Teil des Gens führt zur Bildung eines Terminatorcodons (Stoppcodon) und zum Abbruch der Translation;

3) eine Verletzung der Leseinformationen, eine Verschiebung des Leserahmens, genannt Frameshift(vom englischen Rahmen – Rahmen + Verschiebung: – Verschiebung, Bewegung), wenn molekulare Veränderungen in der DNA zu einer Veränderung der Tripletts während der Translation der Polypeptidkette führen.

Es sind auch andere Arten von Genmutationen bekannt. Je nach Art der molekularen Veränderungen gibt es:

Aufteilung(von lat. deletio – Zerstörung), wenn ein DNA-Segment verloren geht, dessen Größe von einem Nukleotid bis zu einem Gen reicht;

Vervielfältigungen(von lat. duplicatio – Verdoppelung), d.h. Duplikation oder erneute Duplikation eines DNA-Segments von einem Nukleotid bis hin zu ganzen Genen;

Inversionen(von lat. inversio – umdrehen), d.h. eine 180°-Drehung eines DNA-Segments mit einer Größe von zwei Nukleotiden bis hin zu einem Fragment, das mehrere Gene umfasst;

Einfügungen(von lat. insertio - Anhang), d.h. Einfügung von DNA-Fragmenten, deren Größe von einem Nukleotid bis zum gesamten Gen reicht.

Als Punktmutationen gelten molekulare Veränderungen, die ein bis mehrere Nukleotide betreffen.

Grundlegend und charakteristisch für eine Genmutation ist, dass sie 1) zu einer Veränderung der genetischen Information führt und 2) von Generation zu Generation weitergegeben werden kann.

Ein bestimmter Teil der Genmutationen kann als neutrale Mutationen eingestuft werden, da sie zu keiner Veränderung des Phänotyps führen. Aufgrund der Degeneration des genetischen Codes kann beispielsweise dieselbe Aminosäure durch zwei Tripletts kodiert werden, die sich nur in einer Base unterscheiden. Andererseits kann sich das gleiche Gen in mehrere unterschiedliche Zustände verändern (mutieren).

Zum Beispiel das Gen, das die Blutgruppe des AB0-Systems steuert. hat drei Allele: 0, A und B, deren Kombinationen 4 Blutgruppen bestimmen. Die Blutgruppe AB0 ist ein klassisches Beispiel für die genetische Variabilität normaler menschlicher Merkmale.

Es sind Genmutationen, die die Entwicklung der meisten erblichen Formen der Pathologie bestimmen. Krankheiten, die durch solche Mutationen verursacht werden, werden Gen- oder monogene Krankheiten genannt, also Krankheiten, deren Entstehung durch eine Mutation eines Gens bestimmt wird.

Genomische und chromosomale Mutationen

Genomische und chromosomale Mutationen sind die Ursachen für Chromosomenerkrankungen. Zu den genomischen Mutationen gehören Aneuploidie und Veränderungen in der Ploidie strukturell unveränderter Chromosomen. Durch zytogenetische Methoden nachgewiesen.

Aneuploidie- Veränderung (Abnahme – Monosomie, Zunahme – Trisomie) der Anzahl der Chromosomen im diploiden Satz, nicht ein Vielfaches des haploiden Satzes (2n + 1, 2n – 1 usw.).

Polyploidie- eine Zunahme der Anzahl der Chromosomensätze, ein Vielfaches des haploiden (3n, 4n, 5n usw.).

Beim Menschen sind Polyploidie sowie die meisten Aneuploidien tödliche Mutationen.

Zu den häufigsten genomischen Mutationen gehören:

Trisomie- das Vorhandensein von drei homologen Chromosomen im Karyotyp (z. B. beim 21. Paar beim Down-Syndrom, beim 18. Paar beim Edwards-Syndrom, beim 13. Paar beim Patau-Syndrom; für Geschlechtschromosomen: XXX, XXY, XYY);

Monosomie- das Vorhandensein nur eines der beiden homologen Chromosomen. Bei einer Monosomie eines der Autosomen ist die normale Entwicklung des Embryos unmöglich. Die einzige mit dem Leben vereinbare Monosomie beim Menschen – die Monosomie auf dem X-Chromosom – führt (zum Shereshevsky-Turner-Syndrom (45, X0).

Der Grund, der zur Aneuploidie führt, ist die Nichtdisjunktion von Chromosomen während der Zellteilung während der Bildung von Keimzellen oder der Verlust von Chromosomen als Folge der Anaphase-Verzögerung, wenn eines der homologen Chromosomen während der Anaphase hinter allen anderen nicht homologen Chromosomen zurückbleiben kann Bewegung zum Pol. Der Begriff „Nichtdisjunktion“ bedeutet das Fehlen einer Trennung von Chromosomen oder Chromatiden bei der Meiose oder Mitose. Der Verlust von Chromosomen kann zu Mosaiken führen, bei denen es sich um ein e handelt uploid(normale) Zelllinie und die andere monosom.

Die Nichtdisjunktion der Chromosomen wird am häufigsten während der Meiose beobachtet. Chromosomen, die sich normalerweise während der Meiose teilen, bleiben aneinander gebunden und wandern in der Anaphase zu einem Pol der Zelle. So entstehen zwei Gameten, von denen einer ein zusätzliches Chromosom hat und der andere dieses Chromosom nicht hat. Wenn ein Gamet mit einem normalen Chromosomensatz von einem Gameten mit einem zusätzlichen Chromosom befruchtet wird, kommt es zu einer Trisomie (das heißt, es gibt drei homologe Chromosomen in der Zelle), wenn ein Gamet ohne ein Chromosom befruchtet wird, entsteht eine Zygote mit Monosomie. Wenn auf einem autosomalen (nicht geschlechtsspezifischen) Chromosom eine monosomale Zygote gebildet wird, stoppt die Entwicklung des Organismus in den frühesten Entwicklungsstadien.

Chromosomenmutationen- Dabei handelt es sich um strukturelle Veränderungen einzelner Chromosomen, die meist im Lichtmikroskop sichtbar sind. An einer Chromosomenmutation ist eine große Anzahl (von Dutzenden bis zu mehreren Hundert) Genen beteiligt, die zu einer Veränderung des normalen diploiden Satzes führt. Obwohl Chromosomenaberrationen im Allgemeinen die DNA-Sequenz bestimmter Gene nicht verändern, führt eine Änderung der Kopienzahl von Genen im Genom zu einem genetischen Ungleichgewicht aufgrund eines Mangels oder Überschusses an genetischem Material. Es gibt zwei große Gruppen chromosomaler Mutationen: intrachromosomale und interchromosomale.

Intrachromosomale Mutationen sind Abweichungen innerhalb eines Chromosoms. Diese beinhalten:

—Löschungen(von lat. deletio – Zerstörung) – der Verlust eines der inneren oder terminalen Abschnitte des Chromosoms. Dies kann zu einer Verletzung der Embryogenese und zur Bildung mehrerer Entwicklungsanomalien führen (z. B. führt eine Teilung im Bereich des kurzen Arms des 5. Chromosoms, bezeichnet als 5p-, zu einer Unterentwicklung des Kehlkopfes, Herzfehlern, geistiger Behinderung). . Dieser Symptomkomplex wird als „Katzenschrei“-Syndrom bezeichnet, da bei kranken Kindern aufgrund einer Anomalie des Kehlkopfes das Weinen dem Miauen einer Katze ähnelt;

—Inversionen(von lat. inversio – umdrehen). Durch zwei Brüche im Chromosom wird das entstandene Fragment nach einer Drehung um 180° an seinen ursprünglichen Platz eingefügt. Dadurch wird lediglich die Reihenfolge der Gene verletzt;

— Vervielfältigungen(von lat. duplicatio – Verdoppelung) – Verdoppelung (oder Vermehrung) eines beliebigen Teils des Chromosoms (z. B. verursacht eine Trisomie entlang eines der kurzen Arme des 9. Chromosoms mehrere Defekte, einschließlich Mikrozephalie, verzögerte körperliche, geistige und intellektuelle Entwicklung).

Schemata der häufigsten Chromosomenaberrationen:
Abteilung: 1 - Terminal; 2 – Interstitial. Inversionen: 1 - perizentrisch (mit Erfassung des Zentromers); 2 – parazentrisch (innerhalb eines Chromosomenarms)

Interchromosomale Mutationen oder Rearrangement-Mutationen- Austausch von Fragmenten zwischen nicht homologen Chromosomen. Solche Mutationen werden Translokationen genannt (von lateinisch tgans – für, bis + locus – Ort). Das:

Reziproke Translokation, wenn zwei Chromosomen ihre Fragmente austauschen;

Nicht-reziproke Translokation, wenn ein Fragment eines Chromosoms zu einem anderen transportiert wird;

- „zentrische“ Fusion (Robertsonsche Translokation) – die Verbindung zweier akrozentrischer Chromosomen im Bereich ihrer Zentromere unter Verlust kurzer Arme.

Bei einem Querbruch der Chromatiden durch die Zentromere werden „Schwesterchromatiden“ zu „Spiegelarmen“ zweier verschiedener Chromosomen, die die gleichen Gensätze enthalten. Solche Chromosomen werden Isochromosomen genannt. Sowohl intrachromosomale (Deletionen, Inversionen und Duplikationen) als auch interchromosomale (Translokationen) Aberrationen und Isochromosomen sind mit physikalischen Veränderungen in der Struktur der Chromosomen, einschließlich mechanischer Brüche, verbunden.

Erbliche Pathologie als Folge erblicher Variabilität

Das Vorhandensein gemeinsamer Artenmerkmale ermöglicht es, alle Menschen auf der Erde zu einer einzigen Art Homo sapiens zu vereinen. Dennoch können wir in einer Menschenmenge von Fremden leicht mit einem Blick das Gesicht einer uns bekannten Person erkennen. Die außergewöhnliche Vielfalt der Menschen, sowohl innerhalb einer Gruppe (z. B. Vielfalt innerhalb einer ethnischen Gruppe) als auch zwischen Gruppen, ist auf ihre genetischen Unterschiede zurückzuführen. Man geht heute davon aus, dass die gesamte intraspezifische Variabilität auf unterschiedliche Genotypen zurückzuführen ist, die durch natürliche Selektion entstehen und erhalten bleiben.

Es ist bekannt, dass das menschliche haploide Genom 3,3 x 10 9 Paare von Nukleotidresten enthält, was theoretisch bis zu 6–10 Millionen Gene ermöglicht. Gleichzeitig deuten die Daten moderner Studien darauf hin, dass das menschliche Genom etwa 30-40.000 Gene enthält. Etwa ein Drittel aller Gene haben mehr als ein Allel, sind also polymorph.

Das Konzept des erblichen Polymorphismus wurde 1940 von E. Ford formuliert, um die Existenz von zwei oder mehr unterschiedlichen Formen in einer Population zu erklären, wobei die Häufigkeit der seltensten von ihnen nicht nur durch Mutationsereignisse erklärt werden kann. Da eine Genmutation ein seltenes Ereignis ist (1x10 6), kann die Häufigkeit des mutierten Allels, die mehr als 1 % beträgt, nur durch seine allmähliche Anhäufung in der Bevölkerung aufgrund der Selektionsvorteile der Träger dieser Mutation erklärt werden.

Die Vielzahl der Spaltungsorte, die Vielzahl der Allele in jedem von ihnen sowie das Phänomen der Rekombination schaffen eine unerschöpfliche genetische Vielfalt des Menschen. Berechnungen zeigen, dass es in der gesamten Geschichte der Menschheit keine genetische Wiederholung auf dem Globus gegeben hat, nicht gibt und in absehbarer Zeit auch nicht geben wird, d. h. Jeder geborene Mensch ist ein einzigartiges Phänomen im Universum. Die Einzigartigkeit der genetischen Konstitution bestimmt maßgeblich die Merkmale der Krankheitsentwicklung bei jedem einzelnen Menschen.

Die Menschheit hat sich als Gruppe isolierter Populationen entwickelt, die über einen langen Zeitraum unter denselben Umweltbedingungen leben, einschließlich klimatischer und geografischer Merkmale, Ernährung, Krankheitserreger, kultureller Traditionen usw. Dies führte zur Fixierung spezifischer Kombinationen normaler Allele für jedes von ihnen in der Population, die den Umweltbedingungen am besten entsprachen. Im Zusammenhang mit der allmählichen Ausweitung des Lebensraums, intensiven Migrationen und der Umsiedlung von Völkern kommt es zu Situationen, in denen Kombinationen spezifischer normaler Gene, die unter bestimmten Bedingungen und unter anderen Bedingungen nützlich sind, das optimale Funktionieren einiger Körpersysteme nicht gewährleisten. Dies führt dazu, dass ein Teil der erblichen Variabilität aufgrund einer ungünstigen Kombination nichtpathologischer menschlicher Gene zur Grundlage für die Entstehung sogenannter Erkrankungen mit erblicher Veranlagung wird.

Darüber hinaus vollzog sich beim Menschen als sozialem Wesen die natürliche Selektion im Laufe der Zeit in immer spezifischeren Formen, wodurch sich auch die erbliche Vielfalt erweiterte. Was an Tieren beiseitegefegt werden konnte, blieb erhalten, oder umgekehrt, was an Tieren gerettet wurde, ging verloren. So führte die vollständige Befriedigung des Bedarfs an Vitamin C im Laufe der Evolution zum Verlust des L-Gulonodactonoxidase-Gens, das die Synthese von Ascorbinsäure katalysiert. Im Laufe der Evolution hat die Menschheit auch unerwünschte Anzeichen erworben, die in direktem Zusammenhang mit der Pathologie stehen. Beispielsweise tauchten beim Menschen im Laufe der Evolution Gene auf, die die Empfindlichkeit gegenüber Diphtherietoxin oder dem Poliovirus bestimmen.

Daher gibt es beim Menschen wie bei jeder anderen biologischen Spezies keine scharfe Grenze zwischen der erblichen Variabilität, die zu normalen Merkmalsschwankungen führt, und der erblichen Variabilität, die das Auftreten von Erbkrankheiten verursacht. Der Mensch ist zu einer biologischen Spezies des Homo sapiens geworden, als würde er für die „Vernünftigkeit“ seiner Spezies durch die Anhäufung pathologischer Mutationen bezahlt. Diese Position liegt einem der Hauptkonzepte der medizinischen Genetik über die evolutionäre Anhäufung pathologischer Mutationen in menschlichen Populationen zugrunde.

Die erbliche Variabilität menschlicher Populationen, die durch natürliche Selektion sowohl erhalten als auch reduziert wird, bildet die sogenannte genetische Belastung.

Einige pathologische Mutationen können historisch lange in Populationen bestehen bleiben und sich ausbreiten, was zur sogenannten genetischen Segregationslast führt; In jeder Generation entstehen aufgrund neuer Veränderungen in der Erbstruktur weitere pathologische Mutationen, die zu einer Mutationslast führen.

Der negative Effekt der genetischen Belastung äußert sich in erhöhter Sterblichkeit (Tod von Gameten, Zygoten, Embryonen und Kindern), verringerter Fruchtbarkeit (verminderte Fortpflanzung der Nachkommen), verringerter Lebenserwartung, sozialer Fehlanpassung und Behinderung und führt auch zu einem erhöhten Bedarf an medizinischer Versorgung Pflege.

Der englische Genetiker J. Hodden machte die Forscher als erster auf die Existenz einer genetischen Belastung aufmerksam, obwohl der Begriff selbst bereits Ende der 40er Jahre von G. Meller vorgeschlagen wurde. Mit dem Begriff „genetische Belastung“ ist ein hohes Maß an genetischer Variabilität verbunden, die eine biologische Art benötigt, um sich an veränderte Umweltbedingungen anpassen zu können.

Eine bestimmte DNA-Sequenz speichert Erbinformationen, die sich im Laufe des Lebens verändern (verzerren) können. Solche Veränderungen nennt man Mutationen. Es gibt verschiedene Arten von Mutationen, die verschiedene Teile des genetischen Materials betreffen.

Definition

Mutationen sind Veränderungen im Genom, die vererbt werden. Das Genom ist die Sammlung haploider Chromosomen, die einer Art innewohnen. Der Vorgang des Auftretens und der Fixierung von Mutationen wird Mutagenese genannt. Der Begriff „Mutation“ wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Hugh de Vries eingeführt.

Reis. 1. Hugo de Vries.

Mutationen treten unter dem Einfluss von Umweltfaktoren auf.
Es gibt zwei Arten von ihnen:

• nützlich;
• schädlich.

Vorteilhafte Mutationen fördern die natürliche Selektion, die Entwicklung von Anpassungen an eine sich verändernde Umwelt und damit die Entstehung einer neuen Art. Selten gesehen. Häufiger häufen sich schädliche Mutationen im Genotyp an, die im Zuge der natürlichen Selektion abgestoßen werden.

Aufgrund des Auftretens werden zwei Arten von Mutationen unterschieden:

• spontan - spontan im Laufe des Lebens entstehen, oft neutralen Charakter haben - keinen Einfluss auf das Leben des Einzelnen und seiner Nachkommen haben;
• induziert - unter widrigen Umweltbedingungen auftreten - radioaktive Strahlung, chemische Belastung, Einfluss von Viren.

Nervenzellen im menschlichen Gehirn häufen im Laufe ihres Lebens etwa 2,4 Tausend Mutationen an. Mutationen betreffen jedoch selten lebenswichtige DNA-Regionen.

Arten

In bestimmten Bereichen der DNA kommt es zu Veränderungen. Je nach Ausmaß der Mutationen und deren Lokalisation werden mehrere Typen unterschieden. Ihre Beschreibung ist in der Tabelle der Mutationstypen aufgeführt.

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Sicht	Charakteristisch	Beispiele
	Einzelne Genveränderungen. Die Nukleotide, aus denen das Gen besteht, können „herausfallen“, ihre Plätze wechseln, A durch T ersetzen. Die Gründe sind DNA-Replikationsfehler	Sichelanämie, Phenylketonurie
Chromosomal	Beeinflussen Sie Abschnitte von Chromosomen oder ganze Chromosomen, verändern Sie Struktur und Form. Tritt beim Crossing Over auf – der Kreuzung homologer Chromosomen. Es gibt verschiedene Arten von Chromosomenmutationen: Deletion – Verlust eines Abschnitts eines Chromosoms; Duplikation – Verdoppelung der Chromosomenregion; Defishensi – Verlust des Endabschnitts des Chromosoms; Inversion – Drehung der Chromosomenregion um 180° (wenn sie ein Zentromer enthält – perizentrische Inversion, nicht enthält – parazentrisch); Insertion – Einfügen einer zusätzlichen Chromosomenregion; Translokation ist die Bewegung eines Abschnitts eines Chromosoms an einen anderen Ort. Arten können kombiniert werden	Katzenschrei-Syndrom, Prader-Willi-Krankheit, Wolff-Hirschhorn-Krankheit – es kommt zu einer Verzögerung der körperlichen und geistigen Entwicklung
Genomisch	Verbunden mit einer Veränderung der Chromosomenzahl im Genom. Tritt häufig auf, wenn die Spindel während der Meiose falsch ausgerichtet ist. Dadurch kommt es zu einer falschen Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen: Eine Zelle erhält doppelt so viele Chromosomen wie die zweite. Abhängig von der Anzahl der Chromosomen in einer Zelle gibt es: Polyploidie – eine mehrfache, aber falsche Anzahl von Chromosomen (z. B. 24 statt 12); Aneuploidie – mehrere Chromosomen (ein zusätzliches oder fehlendes)	Polyploidie: eine Zunahme des Erntevolumens – Mais, Weizen. Aneuploidie beim Menschen: Down-Syndrom – ein zusätzliches Chromosom 47
Zytoplasmatisch	Verletzungen in der DNA von Mitochondrien oder Plastiden. Gefährlich sind Mutationen in den mütterlichen Mitochondrien der Keimzelle. Solche Störungen führen zu mitochondrialen Erkrankungen.	Mitochondrialer Diabetes mellitus, Leigh-Syndrom (ZNS-Schädigung), Sehbehinderung
Somatisch	Mutationen in nichtgeschlechtlichen Zellen. Sie werden bei der sexuellen Fortpflanzung nicht vererbt. Kann durch Knospung und vegetative Vermehrung übertragen werden	Das Erscheinen eines dunklen Flecks auf der Wolle eines Schafes, teilweise gefärbte Augen von Drosophila

Reis. 2. Sichelanämie.

Die Hauptursache für die Anhäufung von Mutationen in einer Zelle ist eine fehlerhafte, manchmal fehlerhafte DNA-Replikation. Mit der nächsten Verdoppelung kann der Fehler korrigiert werden. Tritt der Fehler erneut auf und betrifft er wichtige Abschnitte der DNA, wird die Mutation vererbt.

Reis. 3. Verletzung der DNA-Replikation.

Was haben wir gelernt?

In der Unterrichtsstunde der 10. Klasse haben wir gelernt, was Mutationen sind. DNA-Veränderungen können das Gen, die Chromosomen und das Genom beeinflussen und sich in somatischen Zellen, Plastiden oder Mitochondrien manifestieren. Mutationen häufen sich im Laufe des Lebens und können vererbt werden. Die meisten Mutationen sind neutral und spiegeln sich nicht im Phänotyp wider. Selten gibt es vorteilhafte Mutationen, die zur Anpassung an die Umwelt beitragen und vererbt werden. Häufiger treten schädliche Mutationen auf, die Krankheiten und Entwicklungsstörungen nach sich ziehen.

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