Mutaatio(latinan sanasta "mutatio" - muutos) on jatkuva muutos genotyypissä, joka tapahtui sisäisten tai ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta. On kromosomi-, geeni- ja genomimutaatioita.

Mitkä ovat mutaatioiden syyt?

• Epäsuotuisat ympäristöolosuhteet, kokeellisesti luodut olosuhteet. Tällaisia ​​mutaatioita kutsutaan indusoiduiksi.
• Jotkut organismin elävässä solussa tapahtuvat prosessit. Esimerkiksi: heikentynyt DNA:n korjaus, DNA:n replikaatio, geneettinen rekombinaatio.

Mutageenit ovat mutaatioita aiheuttavia tekijöitä. Jaetaan:

• Fysikaalinen - radioaktiivinen hajoaminen ja ultravioletti, liian korkea lämpötila tai liian matala.
• Kemialliset - pelkistävät ja hapettavat aineet, alkaloidit, alkylointiaineet, ureanitrojohdannaiset, torjunta-aineet, orgaaniset liuottimet, jotkut lääkkeet.
• Biologiset - jotkut virukset, aineenvaihduntatuotteet (aineenvaihdunta), erilaisten mikro-organismien antigeenit.

Mutaatioiden perusominaisuudet

• Siirretty perintönä.
• Johtuu useista sisäisistä ja ulkoisista tekijöistä.
• Esiintyy puuskittaisesti ja äkillisesti, joskus toistuvasti.
• Voi mutatoida minkä tahansa geenin.

Mitä ne ovat?

• Genomiset mutaatiot ovat muutoksia, joille on tunnusomaista yhden (tai useamman) kromosomin tai täydellisen haploidisarjan menetys tai lisäys. Tällaisia ​​mutaatioita on kahta tyyppiä - polyploidia ja heteroploidia.

Polyploidia on muutos kromosomien lukumäärässä, joka on haploidijoukon monikerta. Eläimillä erittäin harvinainen. Ihmisillä on kahdenlaisia ​​polyploidia: triploidia ja tetraploidia. Tällaisilla mutaatioilla syntyneet lapset elävät yleensä enintään kuukauden ja kuolevat useammin alkion kehitysvaiheessa.

heteroploidia(tai aneuploidia) on muutos kromosomien lukumäärässä, joka ei ole halogeenijoukon monikerta. Tämän mutaation seurauksena syntyy yksilöitä, joilla on epänormaali määrä kromosomeja - polysomisia ja monosomeja. Noin 20-30 prosenttia monosomisista kuolee sikiön kehityksen ensimmäisinä päivinä. Syntyneiden joukossa on henkilöitä, joilla on Shereshevsky-Turnerin oireyhtymä. Myös kasvi- ja eläinmaailman genomiset mutaatiot ovat erilaisia.

• - Nämä ovat muutoksia, jotka tapahtuvat kromosomien rakenteen uudelleenjärjestelyn aikana. Tällöin tapahtuu usean tai yhden kromosomin geneettisen materiaalin osan siirto, katoaminen tai kaksinkertaistuminen, samoin kuin kromosomisegmenttien orientaatio muuttuu yksittäisissä kromosomeissa. Harvinaisissa tapauksissa on mahdollista, että kromosomit yhdistyvät.

• Geenimutaatiot. Tällaisten mutaatioiden seurauksena tapahtuu useiden tai yhden nukleotidin insertioita, deleetioita tai substituutioita sekä geenin eri osien inversiota tai duplikaatiota. Geenityyppisten mutaatioiden vaikutukset ovat erilaisia. Suurin osa niistä on resessiivisiä, eli ne eivät ilmene millään tavalla.

Mutaatiot jaetaan myös somaattisiin ja generatiivisiin

• - kaikissa kehon soluissa, paitsi sukusoluissa. Esimerkiksi kun kasvisolu mutatoituu, josta silmu pitäisi myöhemmin kehittyä, ja sitten verso, kaikki sen solut mutatoituvat. Joten punaherukkapensaan voi ilmestyä oksa, jossa on mustia tai valkoisia marjoja.

• Generatiiviset mutaatiot ovat muutoksia primäärisissä sukusoluissa tai niistä muodostuvissa sukusoluissa. Niiden ominaisuudet siirtyvät seuraavalle sukupolvelle.

Mutaatioihin kohdistuvan vaikutuksen luonteen mukaan ovat:

• Tappava - tällaisten muutosten omistajat kuolevat joko vaiheessa tai melko lyhyen ajan kuluttua syntymästä. Nämä ovat melkein kaikki genomimutaatioita.
• Puolikuolema (esimerkiksi hemofilia) - jolle on ominaista kaikkien kehon järjestelmien toiminnan jyrkkä heikkeneminen. Useimmissa tapauksissa puolikuolettavat mutaatiot johtavat myös pian kuolemaan.
• Hyödylliset mutaatiot ovat evoluution perusta, ne johtavat kehon tarvitsemien ominaisuuksien ilmenemiseen. Nämä merkit voivat korjata uuden alalajin tai lajin muodostumisen.

Geenitutkimukselle ihminen on epämiellyttävä kohde, koska ihmisessä: kokeellinen risteytys on mahdotonta; suuri määrä kromosomeja; murrosikä tulee myöhään; pieni määrä jälkeläisiä jokaisessa perheessä; jälkeläisten elinolojen tasaaminen on mahdotonta.

Ihmisgenetiikassa käytetään useita tutkimusmenetelmiä.

sukututkimusmenetelmä

Tämän menetelmän käyttö on mahdollista, jos tunnetaan välittömät sukulaiset - perinnöllisen piirteen omistajan esi-isät ( proband) äiti- ja isälinjoja useissa sukupolvissa tai probandin jälkeläisiä myös useissa sukupolvissa. Genetiikan sukutauluja laadittaessa käytetään tiettyä merkintäjärjestelmää. Sukutaulun laatimisen jälkeen sen analyysi suoritetaan tutkittavan ominaisuuden periytymisen luonteen selvittämiseksi.

Sukutaulujen laatimisessa hyväksytyt sopimukset:
1 - mies; 2 - nainen; 3 - sukupuoli epäselvä; 4 - tutkitun piirteen omistaja; 5 - tutkitun resessiivisen geenin heterotsygoottinen kantaja; 6 - avioliitto; 7 - miehen ja kahden naisen avioliitto; 8 - liittyvä avioliitto; 9 - vanhemmat, lapset ja heidän syntymäjärjestyksensä; 10 - kaksitsygoottiset kaksoset; 11 - monotsygoottiset kaksoset.

Sukututkimusmenetelmän ansiosta monien ihmisten ominaisuuksien periytymistyypit on määritetty. Joten autosomaalisen hallitsevan tyypin mukaan polydaktylia (lisääntynyt sormien lukumäärä), kyky rullata kieli putkeen, brakydaktia (lyhyet sormet, koska sormissa ei ole kahta falangia), pisamia, varhainen kaljuuntuminen, fuusioitunut sormet, huulihalkio, suulakihalkio, silmäkaihi, luiden hauraus ja monet muut. Albinismi, punaiset hiukset, polioalttius, diabetes mellitus, synnynnäinen kuurous ja muut ominaisuudet periytyvät autosomaalisesti resessiivisinä.

Hallitseva ominaisuus on kyky rullata kieli putkeen (1) ja sen resessiivinen alleeli on tämän kyvyn puuttuminen (2).
3 - sukutaulu polydaktyliasta (autosomaalinen dominantti perinnöllisyys).

Useat ominaisuudet ovat perinnöllisiä sukupuoleen liittyviä: X-kytketty perinnöllisyys - hemofilia, värisokeus; Y-sidottu - korvan reunan hypertrichoosi, varpaat nauhat. X- ja Y-kromosomien homologisilla alueilla on useita geenejä, kuten yleinen värisokeus.

Sukututkimusmenetelmän käyttö osoitti, että sukulaisessa avioliitossa epämuodostumien, kuolleena syntyneiden ja jälkeläisten varhaiskuolleisuuden todennäköisyys kasvaa merkittävästi verrattuna sukulaiseen avioliittoon. Lähiavioliitoissa resessiiviset geenit menevät usein homotsygoottiseen tilaan, minkä seurauksena kehittyy tiettyjä poikkeavuuksia. Esimerkki tästä on hemofilian periytyminen Euroopan kuninkaallisissa taloissa.

- hemofilinen; - kantaja nainen

kaksoismenetelmä

1 - monotsygoottiset kaksoset; 2 - kaksitsygoottiset kaksoset.

Samaan aikaan syntyneitä lapsia kutsutaan kaksosiksi. He ovat yksitsygoottinen(identtinen) ja kaksitsygoottinen(kirjava).

Monotsygoottiset kaksoset kehittyvät yhdestä tsygootista (1), joka jaetaan kahteen (tai useampaan) osaan murskausvaiheen aikana. Siksi tällaiset kaksoset ovat geneettisesti identtisiä ja aina samaa sukupuolta. Monotsygoottisille kaksosille on ominaista suuri samankaltaisuus ( yhteensopivuus) monin tavoin.

Kaksitsygoottiset kaksoset kehittyvät kahdesta tai useammasta munasta, jotka ovuloidaan ja hedelmöitetään samanaikaisesti eri siittiöillä (2). Siksi heillä on erilaiset genotyypit ja ne voivat olla joko samaa tai eri sukupuolta. Toisin kuin monotsygoottiset kaksoset, kaksitsygoottisille kaksosille on ominaista epäsuhta - erilaisuus monin tavoin. Tiedot kaksosten yhteensopivuudesta joidenkin merkkien osalta on annettu taulukossa.

merkkejä	Yhteensopivuus, %
	Monotsygoottiset kaksoset	kaksitsygoottiset kaksoset
Normaali
Veriryhmä (AB0)	100	46
silmien väri	99,5	28
Hiusten väri	97	23
patologinen
Kampurajalka	32	3
"Janiksen huuli"	33	5
Bronkiaalinen astma	19	4,8
Tuhkarokko	98	94
Tuberkuloosi	37	15
Epilepsia	67	3
Skitsofrenia	70	13

Kuten taulukosta voidaan nähdä, monotsygoottisten kaksosten yhteensopivuusaste kaikilla yllä olevilla ominaisuuksilla on merkittävästi korkeampi kuin kaksitsygoottisten kaksosten, mutta se ei ole absoluuttinen. Pääsääntöisesti monotsygoottisten kaksosten epäsopivuus ilmenee jommankumman kohdunsisäisten kehityshäiriöiden seurauksena tai ulkoisen ympäristön vaikutuksesta, jos se oli erilainen.

Kaksoismenetelmän ansiosta selvitettiin ihmisen perinnöllinen taipumus useisiin sairauksiin: skitsofrenia, epilepsia, diabetes ja muut.

Yksitsygoottisista kaksosista tehdyt havainnot tarjoavat materiaalia selvittämään perinnöllisyyden ja ympäristön roolia ominaisuuksien kehittymisessä. Lisäksi ulkoinen ympäristö ei ymmärretä vain ympäristön fyysisinä tekijöinä, vaan myös sosiaalisina olosuhteina.

Sytogeneettinen menetelmä

Perustuu ihmisen kromosomien tutkimukseen normaaleissa ja patologisissa olosuhteissa. Normaalisti ihmisen karyotyyppi sisältää 46 kromosomia - 22 paria autosomeja ja kaksi sukupuolikromosomia. Tämän menetelmän käyttö mahdollisti ryhmän sairauksia, jotka liittyvät joko kromosomien lukumäärän muutokseen tai niiden rakenteen muutoksiin. Tällaisia ​​sairauksia kutsutaan kromosomaalinen.

Veren lymfosyytit ovat yleisin materiaali karyotyyppianalyysissä. Veri otetaan aikuisilta suonesta, vastasyntyneiltä sormesta, korvalehdestä tai kantapäästä. Lymfosyyttejä viljellään erityisessä ravintoalustassa, joka sisältää erityisesti aineita, jotka "pakottavat" lymfosyytit intensiiviseen jakautumiseen mitoosin kautta. Jonkin ajan kuluttua kolkisiinia lisätään soluviljelmään. Kolkisiini pysäyttää mitoosin metafaasitasolla. Metafaasin aikana kromosomit tiivistyvät eniten. Seuraavaksi solut siirretään lasilevyille, kuivataan ja värjätään erilaisilla väriaineilla. Väritys voi olla a) rutiinia (kromosomit värjäytyvät tasaisesti), b) differentiaalista (kromosomit saavat poikittaisjuovaisuutta, jolloin jokaisella kromosomilla on yksilöllinen kuvio). Rutiinivärjäyksellä voit tunnistaa genomiset mutaatiot, määrittää kromosomin ryhmän ja selvittää, missä ryhmässä kromosomien lukumäärä on muuttunut. Differentiaalivärjäyksen avulla voit tunnistaa kromosomimutaatiot, määrittää kromosomin lukumäärän, selvittää kromosomaalisen mutaation tyypin.

Tapauksissa, joissa on tarpeen suorittaa sikiön karyotyyppinen analyysi, sikiön (amnioottisen) nesteen solut otetaan viljelyyn - fibroblastin kaltaisten ja epiteelisolujen seos.

Kromosomisairauksia ovat: Klinefelterin oireyhtymä, Turner-Shereshevskyn oireyhtymä, Downin oireyhtymä, Patau-oireyhtymä, Edwardsin oireyhtymä ja muut.

Klinefelterin oireyhtymää (47, XXY) sairastavat potilaat ovat aina miehiä. Niille on ominaista sukupuolirauhasten alikehittyminen, siementiehyiden rappeutuminen, usein henkinen jälkeenjääneisyys, korkea kasvu (suhteettoman pitkien jalkojen vuoksi).

Naisilla havaitaan Turner-Shereshevsky-oireyhtymää (45, X0). Se ilmenee murrosiän hidastumisena, sukurauhasten vajaakehittymisenä, amenorreana (kuukautisten poissaolo), hedelmättömyytenä. Naiset, joilla on Turner-Shereshevsky-oireyhtymä, ovat pieniä, vartalo on epäsuhtainen - ylävartalo on kehittyneempi, hartiat ovat leveät, lantio kapea - alaraajat ovat lyhentyneet, niska on lyhyt laskoksilla, "mongoloidi" silmien muoto ja monet muut merkit.

Downin oireyhtymä on yksi yleisimmistä kromosomisairauksista. Se kehittyy kromosomin 21 (47; 21, 21, 21) trisomian seurauksena. Sairaus on helppo diagnosoida, koska sillä on useita tunnusomaisia ​​piirteitä: lyhennetyt raajat, pieni kallo, litteä, leveä nenä, kapeat silmänhalkeamat, joissa on vino viilto, ylemmän silmäluomen poimu ja henkinen jälkeenjääneisyys. Sisäelinten rakenteen rikkomukset havaitaan usein.

Kromosomisairauksia esiintyy myös itse kromosomien muutosten seurauksena. Kyllä, poisto R-autosomin numero 5 käsivarsi johtaa "kissan itku" -oireyhtymän kehittymiseen. Lapsilla, joilla on tämä oireyhtymä, kurkunpään rakenne on häiriintynyt, ja varhaislapsuudessa heillä on eräänlainen "naukuva" ääni. Lisäksi esiintyy psykomotorisen kehityksen hidastumista ja dementiaa.

Useimmiten kromosomitaudit ovat seurausta mutaatioista, jotka ovat tapahtuneet toisen vanhemman sukusoluissa.

Biokemiallinen menetelmä

Mahdollistaa geenimuutosten aiheuttamien aineenvaihduntahäiriöiden havaitsemisen ja niiden seurauksena eri entsyymien toiminnan muutoksen. Perinnölliset aineenvaihduntataudit jaetaan hiilihydraattiaineenvaihdunnan sairauksiin (diabetes mellitus), aminohappo-, lipidien-, kivennäisaineaineenvaihduntaan jne.

Fenyyliketonurialla tarkoitetaan aminohappoaineenvaihdunnan sairauksia. Välttämättömän aminohapon fenyylialaniinin muuttuminen tyrosiiniksi estyy, kun taas fenyylialaniini muuttuu fenyylipyruviinihapoksi, joka erittyy virtsaan. Sairaus johtaa dementian nopeaan kehittymiseen lapsilla. Varhainen diagnoosi ja ruokavalio voivat pysäyttää taudin kehittymisen.

Väestötilastollinen menetelmä

Se on menetelmä, jolla tutkitaan perinnöllisten ominaisuuksien (perinnöllisten sairauksien) jakautumista populaatioissa. Olennainen seikka tätä menetelmää käytettäessä on saatujen tietojen tilastollinen käsittely. Alla väestö ymmärtää saman lajin yksilöiden kokonaisuutta, jotka elävät tietyllä alueella pitkään, risteytyvät vapaasti keskenään, joilla on yhteinen alkuperä, tietty geneettinen rakenne ja jossain määrin eristetty muista sellaisista yksilöiden populaatioista tietystä lajista. Populaatio ei ole vain lajin olemassaolon muoto, vaan myös evoluution yksikkö, sillä lajin muodostumiseen huipentuvien mikroevoluutioprosessien perustana ovat geneettiset muutokset populaatioissa.

Populaatioiden geneettisen rakenteen tutkimus käsittelee erityistä genetiikan osaa - populaatiogenetiikka. Ihmisillä erotetaan kolmenlaisia ​​populaatioita: 1) panmictic, 2) demes, 3) isolaatit, jotka eroavat toisistaan ​​lukumäärän, ryhmänsisäisten avioliittojen tiheyden, maahanmuuttajien osuuden ja väestönkasvun suhteen. Suuren kaupungin väkiluku vastaa panmiikkista väestöä. Minkä tahansa populaation geneettiset ominaisuudet sisältävät seuraavat indikaattorit: 1) geeniallas(populaation kaikkien yksilöiden genotyyppien kokonaisuus), 2) geenien esiintymistiheydet, 3) genotyyppitaajuudet, 4) fenotyyppitiheydet, avioliittojärjestelmä, 5) tekijät, jotka muuttavat geenitaajuuksia.

Tiettyjen geenien ja genotyyppien esiintymistiheyden määrittämiseksi, hardy-weinbergin laki.

Hardy-Weinbergin laki

Ihanteellisessa populaatiossa sukupolvelta toiselle säilyy tiukasti määritelty hallitsevien ja resessiivisten geenien frekvenssien suhde (1) sekä yksilöiden genotyyppiluokkien (2) frekvenssien suhde.

s + q = 1, (1)
R 2 + 2pq + q 2 = 1, (2)

Missä s— hallitsevan geenin A esiintymistiheys; q- resessiivisen geenin a esiintymistiheys; R 2 - hallitsevan AA:n homotsygoottien esiintymistiheys; 2 pq- Aa-heterotsygoottien esiintymistiheys; q 2 - resessiivisen aa:n homotsygoottien esiintymistiheys.

Ihanteellinen populaatio on riittävän suuri panmiktinen (panmixia - vapaa risteytys) populaatio, jossa ei ole mutaatioprosessia, luonnonvalintaa ja muita geenien tasapainoa häiritseviä tekijöitä. On selvää, että luonnossa ei ole ihanteellisia populaatioita, vaan todellisissa populaatioissa käytetään Hardy-Weinbergin lakia muutoksineen.

Etenkin Hardy-Weinbergin lakia käytetään karkeasti laskemaan perinnöllisten sairauksien resessiivisten geenien kantajat. Esimerkiksi fenyyliketonurian tiedetään esiintyvän nopeudella 1:10 000 tietyssä populaatiossa. Fenyyliketonuria periytyy autosomaalisesti resessiivisesti, joten fenyyliketonuriapotilailla on genotyyppi aa, eli q 2 = 0,0001. Täältä: q = 0,01; s= 1 - 0,01 = 0,99. Resessiivisen geenin kantajilla on Aa-genotyyppi, eli he ovat heterotsygootteja. Heterotsygoottien esiintymistiheys (2 pq) on 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Johtopäätös: tässä populaatiossa noin 2 % väestöstä on fenyyliketonuriageenin kantajia. Samalla voit laskea homotsygoottien esiintymistiheyden hallitsevalle (AA): s 2 = 0,992, hieman alle 98 %.

Muutos genotyyppien ja alleelien tasapainossa panmiktisessa populaatiossa tapahtuu jatkuvasti vaikuttavien tekijöiden vaikutuksesta, joita ovat: mutaatioprosessi, populaatioaallot, eristäminen, luonnonvalinta, geenien ajautuminen, maastamuutto, maahanmuutto, sisäsiitos. Näiden ilmiöiden ansiosta syntyy alkeellinen evoluutioilmiö - muutos populaation geneettisessä koostumuksessa, joka on lajitteluprosessin alkuvaihe.

Ihmisgenetiikka on yksi intensiivisimmin kehittyvistä tieteenaloista. Se on lääketieteen teoreettinen perusta, paljastaa perinnöllisten sairauksien biologisen perustan. Kun tiedät sairauksien geneettisen luonteen, voit tehdä tarkan diagnoosin ajoissa ja suorittaa tarvittavan hoidon.

Mene luennot nro 21"Vaihtuvuus"

Genomiset mutaatiot ovat mutaatioita, jotka johtavat yhden, usean tai täydellisen haploidisen kromosomien joukon lisäämiseen tai katoamiseen (kuva 118, B). Erityyppisiä genomimutaatioita kutsutaan heteroploidiaksi ja polyploidiaksi.

Genomimutaatiot liittyvät kromosomien lukumäärän muutokseen. Esimerkiksi kasveissa esiintyy usein polyploidian ilmiö - moninkertainen muutos kromosomien lukumäärässä. Polyploidisissa organismeissa haploidinen kromosomisarja n soluissa toistuu ei 2, kuten diploideissa, vaan paljon suurempi määrä kertoja (3n, 4n, 5n ja jopa 12n). Polyploidia on seurausta mitoosin tai meioosin kulun rikkomisesta: kun jakautumiskara tuhoutuu, kaksinkertaiset kromosomit eivät eroa, vaan pysyvät jakamattoman solun sisällä. Tuloksena on sukusoluja, joissa on 2n kromosomia. Kun tällainen sukusolu fuusioituu normaalin (n) kanssa, jälkeläisillä on kolminkertainen sarja kromosomeja. Jos genominen mutaatio ei tapahdu sukusoluissa, vaan somaattisissa soluissa, polyploidisten solujen klooneja (linjoja) ilmestyy kehoon. Usein näiden solujen jakautumisnopeus ylittää normaalien diploidisten solujen (2n) jakautumisnopeuden. Tässä tapauksessa nopeasti jakautuva polyploidisten solujen linja muodostaa pahanlaatuisen kasvaimen. Jos sitä ei poisteta tai tuhota, nopean jakautumisen vuoksi polyploidisolut syrjäyttävät normaalit. Näin kehittyy monia syöpämuotoja. Mitoottisen karan tuhoutuminen voi johtua säteilystä, useiden kemikaalien - mutageenien - vaikutuksesta.

Genomimutaatiot eläin- ja kasvimaailmassa ovat erilaisia, mutta ihmisillä on löydetty vain 3 tyyppisiä genomimutaatioita: tetraploidia, triploidia ja aneuploidia. Samaan aikaan kaikista aneuploidian muunnelmista löytyy vain autosomaalisia trisomioita, sukupuolikromosomien polysomioita (tri-, tetra- ja pentasomiat) ja monosomiasta vain monosomia-X.

Geenimutaatiot - muutos yhden geenin rakenteessa. Tämä on muutos nukleotidisekvenssissä: pudotus, lisäys, korvaaminen jne. Esimerkiksi a:n korvaaminen m:llä. Syitä - rikkomukset DNA:n kaksinkertaistamisen (replikaation) aikana

Geenimutaatiot ovat molekyylimuutoksia DNA:n rakenteessa, jotka eivät näy valomikroskoopilla. Geenimutaatiot sisältävät kaikki muutokset DNA:n molekyylirakenteessa riippumatta niiden sijainnista ja vaikutuksesta elinkelpoisuuteen. Joillakin mutaatioilla ei ole vaikutusta vastaavan proteiinin rakenteeseen ja toimintaan. Toinen (usein) osa geenimutaatioista johtaa viallisen proteiinin synteesiin, joka ei pysty suorittamaan oikeaa tehtäväänsä. Geenimutaatiot määräävät useimpien perinnöllisten patologian muotojen kehittymisen.

Yleisimmät ihmisen monogeeniset sairaudet ovat: kystinen fibroosi, hemokromatoosi, adrenogenitaalinen oireyhtymä, fenyyliketonuria, neurofibromatoosi, Duchenne-Beckerin myopatiat ja monet muut sairaudet. Kliinisesti ne ilmenevät aineenvaihduntahäiriöiden (aineenvaihdunta) oireina kehossa. Mutaatio voi olla:

1) kodonin emässubstituutiossa tämä on ns missense-mutaatio(englanniksi väärin - väärä, väärä + lat. sensus - merkitys) - nukleotidisubstituutio geenin koodaavassa osassa, joka johtaa aminohapposubstituutioon polypeptidissä;

2) sellaisessa kodonien muutoksessa, joka johtaa tiedon lukemisen pysähtymiseen, tämä on ns. järjetön mutaatio(latinasta non - no + sensus - merkitys) - nukleotidin korvaaminen geenin koodaavassa osassa johtaa terminaattorikodonin (stop-kodonin) muodostumiseen ja translaation lopettamiseen;

3) lukutietojen rikkominen, lukukehyksen muutos, ns kehyssiirto(englanninkielisestä kehyksestä - kehys + siirto: - siirto, liike), kun molekyylimuutokset DNA:ssa johtavat muutokseen tripleteissa polypeptidiketjun translaation aikana.

Myös muun tyyppisiä geenimutaatioita tunnetaan. Molekyylimuutosten tyypin mukaan on:

jako(lat. deletio - tuhoaminen), kun on menetetty DNA-segmentti, jonka koko vaihtelee yhdestä nukleotidista geeniin;

päällekkäisyyksiä(lat. duplicatio - tuplaus), ts. DNA-segmentin kahdentaminen tai uudelleenkaksoittaminen yhdestä nukleotidista kokonaisiin geeneihin;

käännöksiä(lat. inversio - kääntäminen), ts. DNA-segmentin 180° käännös, jonka koko vaihtelee kahdesta nukleotidista fragmenttiin, joka sisältää useita geenejä;

lisäykset(lat. insertio - liite), ts. DNA-fragmenttien, joiden koko vaihtelee yhdestä nukleotidista koko geeniin, liittäminen.

Molekyylimuutoksia, jotka vaikuttavat yhteen tai useampaan nukleotidiin, pidetään pistemutaatioina.

Olennaista ja geenimutaatiolle ominaista on, että se 1) johtaa muutokseen geneettisessä informaatiossa, 2) voi siirtyä sukupolvelta toiselle.

Tietty osa geenimutaatioista voidaan luokitella neutraaleiksi mutaatioiksi, koska ne eivät johda fenotyypin muutoksiin. Esimerkiksi geneettisen koodin rappeutumisesta johtuen samaa aminohappoa voi koodata kaksi triplettiä, jotka eroavat vain yhden emäksen osalta. Toisaalta sama geeni voi muuttua (mutatoitua) useisiin eri tiloihin.

Esimerkiksi geeni, joka ohjaa AB0-järjestelmän veriryhmää. on kolme alleelia: 0, A ja B, joiden yhdistelmät määrittävät 4 veriryhmää. AB0-veriryhmä on klassinen esimerkki normaalien ihmisen ominaisuuksien geneettisestä vaihtelevuudesta.

Geenimutaatiot määräävät useimpien perinnöllisten patologian muotojen kehittymisen. Tällaisten mutaatioiden aiheuttamia sairauksia kutsutaan geeni- eli monogeenisiksi sairauksiksi eli sairauksiksi, joiden kehittymisen määrää yhden geenin mutaatio.

Genomi- ja kromosomimutaatiot

Genomi- ja kromosomimutaatiot ovat kromosomisairauksien syitä. Genomimutaatioita ovat aneuploidia ja muutokset rakenteellisesti muuttumattomien kromosomien ploidiassa. Todettu sytogeneettisin menetelmin.

Aneuploidia- diploidisen joukon kromosomien lukumäärän muutos (väheneminen - monosomia, kasvu - trisomia), ei haploidisen kromosomien monikerta (2n + 1, 2n - 1 jne.).

Polyploidia- kromosomisarjojen lukumäärän kasvu, haploidin monikerta (3n, 4n, 5n jne.).

Ihmisillä polyploidia, kuten useimmat aneuploidiat, ovat tappavia mutaatioita.

Yleisimpiä genomisia mutaatioita ovat:

trisomia- kolmen homologisen kromosomin läsnäolo karyotyypissä (esimerkiksi 21. parille, Downin oireyhtymä, 18. parille Edwardsin oireyhtymälle, 13. parille Patau-oireyhtymälle; sukupuolikromosomit: XXX, XXY, XYY);

monosomia- vain toisen kahdesta homologisesta kromosomista läsnäolo. Kun minkä tahansa autosomin monosomia on, alkion normaali kehitys on mahdotonta. Ainoa ihmisen monosomia, joka on yhteensopiva elämän kanssa - monosomia X-kromosomissa - johtaa (Shereshevsky-Turnerin oireyhtymään (45, X0).

Syynä aneuploidiaan on kromosomien hajoamattomuus solun jakautumisen aikana sukusolujen muodostumisen aikana tai kromosomien menetys anafaasin viiveen seurauksena, kun yksi homologisista kromosomeista voi jäädä jälkeen kaikista muista ei-homologisista kromosomista liikettä napaan. Termi "ei-hajautus" tarkoittaa kromosomien tai kromatidien erotuksen puuttumista meioosissa tai mitoosissa. Kromosomien menetys voi johtaa mosaiikkiin, jossa on yksi esim uploaded(normaali) solulinja ja muut monosominen.

Kromosomien epäyhtenäisyys havaitaan yleisimmin meioosin aikana. Kromosomit, jotka normaalisti jakautuvat meioosin aikana, pysyvät kiinnittyneinä ja siirtyvät anafaasissa solun yhteen napaan. Siten syntyy kaksi sukusolua, joista toisessa on ylimääräinen kromosomi ja toisessa ei ole tätä kromosomia. Kun sukusolu, jolla on normaali kromosomisarja, hedelmöitetään sukusolulla, jossa on ylimääräinen kromosomi, tapahtuu trisomia (eli solussa on kolme homologista kromosomia), kun hedelmöitetään sukusolulla, jolla ei ole yhtä kromosomia, syntyy tsygootti, jolla on monosomia. Jos monosomaalinen tsygootti muodostuu mihin tahansa autosomaaliseen (ei-sukupuoliseen) kromosomiin, organismin kehitys pysähtyy varhaisimmissa kehitysvaiheissa.

Kromosomimutaatiot- Nämä ovat yksittäisten kromosomien rakenteellisia muutoksia, jotka näkyvät yleensä valomikroskoopilla. Suuri määrä (kymmistä useisiin satoihin) geenejä liittyy kromosomimutaatioon, joka johtaa muutokseen normaalissa diploidijoukossa. Vaikka kromosomipoikkeamat eivät yleensä muuta DNA-sekvenssiä tietyissä geeneissä, geenien kopiomäärän muuttaminen genomissa johtaa geneettiseen epätasapainoon, joka johtuu geneettisen materiaalin puutteesta tai ylimäärästä. Kromosomimutaatioita on kaksi suurta ryhmää: kromosomaaliset ja kromosomaaliset.

Intrakromosomaaliset mutaatiot ovat poikkeavuuksia yhden kromosomin sisällä. Nämä sisältävät:

—poistot(lat. deletio - tuhoaminen) - yhden kromosomin osan, sisäisen tai terminaalin, menetys. Tämä voi johtaa embryogeneesin rikkomiseen ja useiden kehityshäiriöiden muodostumiseen (esimerkiksi jakautuminen viidennen kromosomin lyhyen käsivarren alueella, jota kutsutaan nimellä 5p-, johtaa kurkunpään alikehittymiseen, sydänvaurioihin, henkiseen jälkeenjääneisyyteen) . Tämä oireyhtymä tunnetaan "kissan itku" -oireyhtymänä, koska sairaiden lasten itku muistuttaa kurkunpään poikkeavuuksia;

—käännöksiä(lat. inversio - kääntäminen). Kahden kromosomin katkeamispisteen seurauksena tuloksena oleva fragmentti työnnetään alkuperäiselle paikalleen 180° kääntymisen jälkeen. Tämän seurauksena vain geenien järjestys rikotaan;

— päällekkäisyyksiä(Lat duplicatio - kaksinkertaistuminen) - minkä tahansa kromosomin osan kaksinkertaistuminen (tai moninkertaistuminen) (esimerkiksi trisomia yhdeksännen kromosomin lyhyessä haarassa aiheuttaa useita vikoja, mukaan lukien mikrokefalian, viivästyneen fyysisen, henkisen ja älyllisen kehityksen).

Kaavioita yleisimmistä kromosomipoikkeavuuksista:
Jako: 1 - terminaali; 2 - välimainos. Inversiot: 1 - perisentrinen (sentromeerin sieppaamisen kanssa); 2 - parakeskinen (yhdessä kromosomivarressa)

Interkromosomaaliset mutaatiot tai uudelleenjärjestelymutaatiot- fragmenttien vaihto ei-homologisten kromosomien välillä. Tällaisia ​​mutaatioita kutsutaan translokaatioiksi (lat. tgans - for, through + locus - place). Tämä:

Vastavuoroinen translokaatio, kun kaksi kromosomia vaihtavat fragmenttejaan;

Ei-vastavuoroinen translokaatio, kun yhden kromosomin fragmentti kuljetetaan toiseen;

- "keskinen" fuusio (Robertsonin translokaatio) - kahden akrosentrisen kromosomin yhdistäminen sentromeerien alueella lyhyiden käsivarsien menetyksellä.

Kun kromatidit murtuvat poikittaisesti sentromeerien läpi, "sisar"kromatideista tulee kahden eri kromosomin "peilivarsia", jotka sisältävät samat geenisarjat. Tällaisia ​​kromosomeja kutsutaan isokromosomeiksi. Sekä kromosomaaliset (deleetiot, inversiot ja päällekkäisyydet) että kromosomaaliset (translokaatiot) poikkeavuudet ja isokromosomit liittyvät kromosomien rakenteen fysikaalisiin muutoksiin, mukaan lukien mekaaniset katkokset.

Perinnöllinen patologia perinnöllisen vaihtelun seurauksena

Yleisten lajiominaisuuksien läsnäolo mahdollistaa kaikkien maan päällä olevien ihmisten yhdistämisen yhdeksi Homo sapiens -lajiksi. Siitä huolimatta voimme helposti, yhdellä silmäyksellä erottaa tuntemamme henkilön kasvot tuntemattomien ihmisten joukosta. Ihmisten poikkeuksellinen monimuotoisuus sekä ryhmän sisällä (esimerkiksi monimuotoisuus etnisen ryhmän sisällä) että ryhmien välillä johtuu heidän geneettisistä eroistaan. Nykyään uskotaan, että kaikki spesifinen vaihtelevuus johtuu erilaisista genotyypeistä, joita syntyy ja joita ylläpitää luonnonvalinta.

Tiedetään, että ihmisen haploidinen genomi sisältää 3,3x109 paria nukleotiditähteitä, mikä mahdollistaa teoriassa jopa 6-10 miljoonan geenin. Samaan aikaan nykyaikaisten tutkimusten tiedot osoittavat, että ihmisen genomi sisältää noin 30-40 tuhatta geeniä. Noin kolmanneksella kaikista geeneistä on useampi kuin yksi alleeli, eli ne ovat polymorfisia.

Perinnöllisen polymorfismin käsitteen muotoili E. Ford vuonna 1940 selittääkseen kahden tai useamman erillisen muodon olemassaolon populaatiossa, kun niistä harvinaisimpien esiintymistiheyttä ei voida selittää vain mutaatiotapahtumilla. Koska geenimutaatio on harvinainen tapahtuma (1x10 6), mutanttialleelin esiintymistiheys, joka on yli 1%, voidaan selittää vain sen asteittaisella kertymisellä populaatioon tämän mutaation kantajien selektiivisten etujen vuoksi.

Halkeilevien lokusten moninaisuus, alleelien moninaisuus niissä kaikissa yhdessä rekombinaatioilmiön kanssa luo ihmisen ehtymättömän geneettisen monimuotoisuuden. Laskelmat osoittavat, että koko ihmiskunnan historian aikana maapallolla ei ole ollut, ei ole eikä lähitulevaisuudessa tapahdu geneettistä toistoa, ts. jokainen syntynyt ihminen on ainutlaatuinen ilmiö universumissa. Geneettisen rakenteen ainutlaatuisuus määrää suurelta osin taudin kehittymisen ominaisuudet jokaisessa yksilössä.

Ihmiskunta on kehittynyt eristyneiden populaatioiden ryhmiksi, jotka ovat eläneet pitkään samoissa ympäristöolosuhteissa, mukaan lukien ilmastolliset ja maantieteelliset ominaisuudet, ruokavalio, taudinaiheuttajat, kulttuuriperinteet jne. Tämä johti normaalien alleelien spesifisten yhdistelmien kiinnittymiseen populaatioon kullekin niistä, jotka ovat sopivimmat ympäristöolosuhteisiin. Elinympäristön asteittaisen laajentumisen, intensiivisten muuttojen, kansojen uudelleensijoittamisen yhteydessä syntyy tilanteita, joissa tiettyjen normaalien geenien yhdistelmät, jotka ovat hyödyllisiä tietyissä olosuhteissa muissa olosuhteissa, eivät takaa joidenkin kehon järjestelmien optimaalista toimintaa. Tämä johtaa siihen, että osa perinnöllistä vaihtelua, joka johtuu ei-patologisten ihmisen geenien epäsuotuisasta yhdistelmästä, tulee perustaksi niin kutsuttujen perinnölliseen taipumukseen liittyvien sairauksien kehittymiselle.

Lisäksi ihmisessä sosiaalisena olentona luonnonvalinta eteni ajan myötä yhä tarkemmissa muodoissa, mikä myös laajensi perinnöllistä monimuotoisuutta. Se, mikä eläimissä voitiin lakaista sivuun, säilyi, tai päinvastoin, pelastetut eläimet katosivat. Siten C-vitamiinin tarpeiden täysi tyydyttäminen johti evoluutioprosessissa askorbiinihapon synteesiä katalysoivan L-gulonodaktonioksidaasigeenin menettämiseen. Evoluutioprosessissa ihmiskunta sai myös ei-toivottuja merkkejä, jotka liittyvät suoraan patologiaan. Esimerkiksi ihmisillä evoluutioprosessissa ilmaantui geenejä, jotka määrittävät herkkyyden kurkkumätätoksiinille tai poliovirukselle.

Näin ollen ihmisillä, kuten muillakin biologisilla lajeilla, ei ole terävää rajaa perinnöllisen vaihtelun, joka johtaa ominaisuuksien normaaleihin vaihteluihin, ja perinnöllisen vaihtelun, joka aiheuttaa perinnöllisiä sairauksia, välillä. Ihminen, josta on tullut biologinen Homo sapiens -laji, ikään kuin olisi maksanut lajinsa "järkevyydestä" patologisten mutaatioiden kerääntymisellä. Tämä kanta on yksi lääketieteellisen genetiikan pääkäsityksistä patologisten mutaatioiden evoluutionaarisesta kertymisestä ihmispopulaatioihin.

Ihmispopulaatioiden perinnöllinen vaihtelevuus, sekä luonnollisen valinnan ylläpitämä että vähentämä, muodostaa niin sanotun geneettisen kuorman.

Jotkut patologiset mutaatiot voivat säilyä ja levitä populaatioissa historiallisen pitkän ajan aiheuttaen ns. segregaatiogeenin kuormituksen; muita patologisia mutaatioita syntyy jokaisessa sukupolvessa perinnöllisen rakenteen uusien muutosten seurauksena, mikä luo mutaatiokuorman.

Geneettisen kuormituksen negatiivinen vaikutus ilmenee lisääntyneenä kuolleisuutena (sukusolujen, tsygoottien, alkioiden ja lasten kuolema), hedelmällisyyden heikkenemisenä (jälkeläisten lisääntymisen vähenemisenä), eliniän odotteen lyhenemisenä, sosiaalisena sopeutumana ja vammaisuutena, ja se aiheuttaa myös lisääntyneen lääketieteellisen hoidon tarpeen. hoito.

Englantilainen geneetikko J. Hoddane kiinnitti ensimmäisenä tutkijoiden huomion geneettisen kuorman olemassaoloon, vaikka itse termiä ehdotti G. Meller jo 40-luvun lopulla. Käsitteen "geneettinen kuormitus" merkitys liittyy suureen geneettiseen vaihteluun, joka on välttämätöntä biologiselle lajille, jotta se pystyy sopeutumaan muuttuviin ympäristöolosuhteisiin.

Tietty DNA-sekvenssi tallentaa perinnöllistä tietoa, joka voi muuttua (vääristyä) elämän aikana. Tällaisia ​​muutoksia kutsutaan mutaatioiksi. On olemassa useita erilaisia ​​mutaatioita, jotka vaikuttavat geneettisen materiaalin eri osiin.

Määritelmä

Mutaatiot ovat periytyviä muutoksia genomissa. Genomi on lajille luontainen haploidisten kromosomien kokoelma. Mutaatioiden esiintymis- ja kiinnittymisprosessia kutsutaan mutageneesiksi. Hugh de Vries otti käyttöön termin "mutaatio" 1900-luvun alussa.

Riisi. 1. Hugo de Vries.

Mutaatiot tapahtuvat ympäristötekijöiden vaikutuksesta.
Niitä voi olla kahta tyyppiä:

• hyödyllinen;
• haitallista.

Hyödylliset mutaatiot edistävät luonnonvalintaa, sopeutumisten kehittymistä muuttuvaan ympäristöön ja sen seurauksena uuden lajin syntymistä. Harvoin nähty. Useimmiten genotyyppiin kertyy haitallisia mutaatioita, jotka hylätään luonnollisen valinnan aikana.

Esiintymisen vuoksi erotetaan kaksi mutaatiotyyppiä:

• spontaani - syntyvät spontaanisti koko elämän ajan, ovat usein neutraaleja - eivät vaikuta yksilön ja hänen jälkeläistensä elämään;
• aiheutettu - esiintyä epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa - radioaktiivinen säteily, kemikaalialtistus, virusten vaikutus.

Ihmisen aivojen hermosoluihin kertyy elämänsä aikana noin 2,4 tuhatta mutaatiota. Mutaatiot vaikuttavat kuitenkin harvoin elintärkeisiin DNA-alueisiin.

Erilaisia

Muutoksia tapahtuu tietyillä DNA:n alueilla. Mutaatioiden laajuudesta ja sijainnista riippuen erotetaan useita tyyppejä. Niiden kuvaus on annettu mutaatiotyyppien taulukossa.

TOP 4 artikkeliajotka lukevat tämän mukana

Näytä	Ominaista	Esimerkkejä
	Yksittäiset geenimuutokset. Geenin muodostavat nukleotidit voivat "pudota ulos", vaihtaa paikkoja, korvata A:lla T. Syyt ovat DNA:n replikaatiovirheet	sirppianemia, fenyyliketonuria
Kromosomi	Vaikuttaa kromosomien osiin tai kokonaisiin kromosomiin, muuttaa rakennetta, muotoa. Tapahtuu risteytyksen aikana - homologisten kromosomien risteytys. Kromosomimutaatioita on useita tyyppejä: deleetio - kromosomin osan menetys; Kaksinkertaistuminen - kromosomaalisen alueen kaksinkertaistuminen; Defishensi - kromosomin päätyosan menetys; Inversio - kromosomialueen kierto 180 ° (jos se sisältää sentromeerin - perisentrinen inversio, ei sisällä - parasentrinen); Insertio - ylimääräisen kromosomialueen liittäminen; Translokaatio on kromosomin segmentin siirtymistä toiseen paikkaan. Lajeja voidaan yhdistää	Kissan itkuoireyhtymä, Prader-Willin tauti, Wolff-Hirschhornin tauti - fyysinen ja henkinen kehitys viivästyy
Genominen	Liittyy muutokseen genomin kromosomien lukumäärässä. Usein tapahtuu, kun kara on kohdistettu väärin meioosin aikana. Tämän seurauksena kromosomit jakautuvat väärin tytärsolujen kesken: yksi solu hankkii kaksi kertaa enemmän kromosomeja kuin toinen. Solun kromosomien lukumäärästä riippuen on: Polyploidia - useita, mutta virheellisiä kromosomeja (esimerkiksi 24 12 sijasta); Aneuploidia - useita kromosomeja (yksi ylimääräinen tai puuttuu)	Polyploidia: viljelykasvien - maissi, vehnä - määrän kasvu. Aneuploidia ihmisillä: Downin oireyhtymä - yksi ylimääräinen kromosomi 47
Sytoplasminen	Mitokondrioiden tai plastidien DNA:n rikkomukset. Mutaatiot sukusolun äidin mitokondrioissa ovat vaarallisia. Tällaiset häiriöt johtavat mitokondriosairauksiin.	Mitokondriaalinen diabetes mellitus, Leighin oireyhtymä (CNS-vaurio), näkövamma
Somaattinen	Mutaatiot ei-sukupuolisissa soluissa. Ne eivät periydy seksuaalisen lisääntymisen aikana. Voidaan tarttua orastavan ja kasvullisen lisääntymisen kautta	Tumman täplän ulkonäkö lampaan villassa, Drosophilan osittain värilliset silmät

Riisi. 2. Sirppianemia.

Pääasiallinen mutaatioiden kertymisen lähde soluun on virheellinen, joskus virheellinen DNA:n replikaatio. Seuraavalla tuplauksella virhe voidaan korjata. Jos virhe toistuu ja vaikuttaa tärkeisiin DNA:n osiin, mutaatio periytyy.

Riisi. 3. DNA:n replikaation rikkominen.

Mitä olemme oppineet?

10. luokan oppitunnilta opimme, mitä mutaatiot ovat. DNA-muutokset voivat vaikuttaa geeniin, kromosomeihin, genomiin, ilmetä somaattisissa soluissa, plastideissa tai mitokondrioissa. Mutaatiot kerääntyvät koko elämän ajan ja voivat periytyä. Useimmat mutaatiot ovat neutraaleja - eivät heijastu fenotyyppiin. Harvoin on hyödyllisiä mutaatioita, jotka auttavat sopeutumaan ympäristöön ja ovat periytyviä. Useammin ilmaantuvat haitalliset mutaatiot, joihin liittyy sairauksia ja kehityshäiriöitä.

Aihekilpailu

Raportin arviointi

Keskiarvoluokitus: 4.1. Saatujen arvioiden kokonaismäärä: 195.