Mutasi(dari kata Latin "mutatio" - perubahan) adalah perubahan genotipe yang terus-menerus yang terjadi di bawah pengaruh faktor internal atau eksternal. Ada mutasi kromosom, gen dan genomik.

Apa penyebab mutasi?

• Kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan, kondisi yang dibuat secara eksperimental. Mutasi semacam itu disebut terinduksi.
• Beberapa proses yang terjadi dalam sel hidup suatu organisme. Misalnya: gangguan perbaikan DNA, replikasi DNA, rekombinasi genetik.

Mutagen adalah faktor penyebab mutasi. Dibagi menjadi:

• Fisik - peluruhan radioaktif, dan ultraviolet, suhu terlalu tinggi atau terlalu rendah.
• Kimia - zat pereduksi dan pengoksidasi, alkaloid, zat alkilasi, turunan urea nitro, pestisida, pelarut organik, beberapa obat.
• Biologis - beberapa virus, produk metabolisme (metabolisme), antigen dari berbagai mikroorganisme.

Sifat dasar mutasi

• Diwariskan oleh warisan.
• Disebabkan oleh berbagai faktor internal dan eksternal.
• Terjadi secara spasmodik dan tiba-tiba, terkadang berulang kali.
• Dapat memutasi gen apa pun.

Apakah mereka?

• Mutasi genom adalah perubahan yang ditandai dengan hilangnya atau penambahan satu kromosom (atau beberapa) atau satu set haploid lengkap. Ada dua jenis mutasi tersebut - poliploidi dan heteroploidi.

Poliploidi adalah perubahan jumlah kromosom, yang merupakan kelipatan dari set haploid. Sangat jarang pada hewan. Ada dua jenis poliploidi pada manusia: triploidi dan tetraploidi. Anak-anak yang lahir dengan mutasi seperti itu biasanya hidup tidak lebih dari sebulan, dan lebih sering meninggal pada tahap perkembangan embrio.

heteroploidi(atau aneuploidi) adalah perubahan jumlah kromosom yang bukan merupakan kelipatan dari himpunan halogen. Sebagai hasil dari mutasi ini, lahirlah individu dengan jumlah kromosom yang tidak normal - polisomik dan monosomik. Sekitar 20-30 persen monosomik meninggal pada hari-hari pertama perkembangan janin. Di antara mereka yang lahir ada individu dengan sindrom Shereshevsky-Turner. Mutasi genom di dunia tumbuhan dan hewan juga beragam.

• - ini adalah perubahan yang terjadi selama penataan ulang struktur kromosom. Dalam hal ini, terjadi transfer, kehilangan atau penggandaan sebagian materi genetik dari beberapa kromosom atau satu, serta perubahan orientasi segmen kromosom pada kromosom individu. Dalam kasus yang jarang terjadi, mungkin ada penyatuan kromosom.

• Mutasi gen. Sebagai hasil dari mutasi tersebut, terjadi penyisipan, penghapusan atau penggantian beberapa atau satu nukleotida, serta inversi atau duplikasi bagian gen yang berbeda. Efek mutasi tipe gen beragam. Kebanyakan dari mereka resesif, yaitu, mereka tidak memanifestasikan dirinya dengan cara apa pun.

Mutasi juga dibagi menjadi somatik dan generatif

• - di semua sel tubuh, kecuali gamet. Misalnya, ketika sel tumbuhan bermutasi, dari mana tunas kemudian berkembang, dan kemudian menjadi tunas, semua selnya akan bermutasi. Jadi, pada semak kismis merah, cabang dengan buah beri hitam atau putih mungkin muncul.

• Mutasi generatif adalah perubahan pada sel kuman primer atau pada gamet yang terbentuk darinya. Properti mereka diwariskan ke generasi berikutnya.

Menurut sifat dampak pada mutasi adalah:

• Mematikan - pemilik perubahan tersebut mati baik di panggung atau setelah waktu yang cukup singkat setelah lahir. Ini hampir semua mutasi genom.
• Semi-mematikan (misalnya, hemofilia) - ditandai dengan kemunduran tajam dalam fungsi sistem apa pun di dalam tubuh. Dalam kebanyakan kasus, mutasi semi-mematikan juga segera menyebabkan kematian.
• Mutasi yang menguntungkan adalah dasar evolusi, mutasi mengarah pada munculnya sifat-sifat yang dibutuhkan tubuh. Memperbaiki, tanda-tanda ini dapat menyebabkan pembentukan subspesies atau spesies baru.

Untuk penelitian genetik, seseorang adalah objek yang tidak nyaman, karena dalam diri seseorang: persilangan eksperimental tidak mungkin; sejumlah besar kromosom; pubertas datang terlambat; sejumlah kecil keturunan di setiap keluarga; pemerataan kondisi kehidupan untuk keturunan tidak mungkin dilakukan.

Sejumlah metode penelitian digunakan dalam genetika manusia.

metode silsilah

Penggunaan metode ini dimungkinkan jika kerabat langsung diketahui - nenek moyang pemilik sifat turun-temurun ( proband) pada garis ibu dan ayah dalam beberapa generasi atau keturunan proband juga dalam beberapa generasi. Saat menyusun silsilah dalam genetika, sistem notasi tertentu digunakan. Setelah menyusun silsilah, analisisnya dilakukan untuk menetapkan sifat pewarisan sifat yang diteliti.

Konvensi yang diadopsi dalam persiapan silsilah:
1 - laki-laki; 2 - wanita; 3 - jenis kelamin tidak jelas; 4 - pemilik sifat yang dipelajari; 5 - pembawa heterozigot dari gen resesif yang dipelajari; 6 - pernikahan; 7 - pernikahan seorang pria dengan dua wanita; 8 - pernikahan terkait; 9 - orang tua, anak dan urutan kelahiran mereka; 10 - kembar dizigotik; 11 - kembar monozigot.

Berkat metode silsilah, jenis pewarisan banyak sifat pada manusia telah ditentukan. Jadi, menurut tipe autosomal dominan, polidaktili (peningkatan jumlah jari), kemampuan menggulung lidah ke dalam tabung, brakidaktili (jari pendek karena tidak adanya dua falang pada jari), bintik-bintik, kebotakan dini, menyatu jari, bibir sumbing, celah langit-langit, katarak mata, kerapuhan tulang dan banyak lainnya. Albinisme, rambut merah, kerentanan terhadap polio, diabetes melitus, tuli bawaan, dan sifat-sifat lainnya diwariskan sebagai resesif autosomal.

Sifat dominan adalah kemampuan menggulung lidah menjadi tabung (1) dan alel resesifnya adalah tidak adanya kemampuan ini (2).
3 - silsilah untuk polidaktili (pewarisan dominan autosomal).

Sejumlah sifat diwariskan terkait seks: warisan terkait-X - hemofilia, buta warna; Y-linked - hipertrikosis tepi daun telinga, jari kaki berselaput. Ada sejumlah gen yang terletak di daerah homolog kromosom X dan Y, seperti buta warna umum.

Penggunaan metode silsilah menunjukkan bahwa dalam perkawinan yang berkerabat, dibandingkan dengan yang tidak berkerabat, kemungkinan kelainan bentuk, lahir mati, dan kematian dini pada keturunannya meningkat secara signifikan. Dalam perkawinan terkait, gen resesif sering masuk ke keadaan homozigot, akibatnya anomali tertentu berkembang. Contohnya adalah pewarisan hemofilia di rumah kerajaan Eropa.

- hemofilik; - wanita pembawa

metode kembar

1 - kembar monozigot; 2 - kembar dizigotik.

Anak yang lahir bersamaan disebut kembar. Mereka monozigot(identik) dan dizigotik(beraneka ragam).

Kembar monozigot berkembang dari satu zigot (1), yang terbagi menjadi dua (atau lebih) bagian selama tahap penghancuran. Oleh karena itu, kembar seperti itu identik secara genetik dan selalu berjenis kelamin sama. Kembar monozigot ditandai dengan tingkat kesamaan yang tinggi ( konkordansi) dalam banyak hal.

Kembar dizigotik berkembang dari dua atau lebih sel telur yang berovulasi dan dibuahi secara bersamaan oleh spermatozoa yang berbeda (2). Oleh karena itu, mereka memiliki genotipe yang berbeda dan dapat berjenis kelamin sama atau berbeda. Tidak seperti kembar monozigot, kembar dizigotik dicirikan oleh ketidaksesuaian - ketidaksamaan dalam banyak hal. Data konkordansi kembar untuk beberapa tanda diberikan pada tabel.

tanda-tanda	Konkordansi, %
	Kembar monozigot	kembar dizigotik
Normal
Golongan darah (AB0)	100	46
warna mata	99,5	28
Warna rambut	97	23
Patologi
Kaki pengkor	32	3
"Bibir Kelinci"	33	5
Asma bronkial	19	4,8
Campak	98	94
TBC	37	15
Epilepsi	67	3
Skizofrenia	70	13

Seperti dapat dilihat dari tabel, tingkat kesesuaian kembar monozigot untuk semua karakteristik di atas secara signifikan lebih tinggi daripada kembar dizigotik, tetapi tidak mutlak. Sebagai aturan, ketidaksesuaian kembar monozigot terjadi sebagai akibat dari gangguan perkembangan intrauterin salah satunya atau di bawah pengaruh lingkungan eksternal, jika berbeda.

Berkat metode kembar, kecenderungan turun-temurun seseorang terhadap sejumlah penyakit diklarifikasi: skizofrenia, epilepsi, diabetes melitus, dan lain-lain.

Pengamatan pada kembar monozigot memberikan bahan untuk menjelaskan peran hereditas dan lingkungan dalam perkembangan sifat. Selain itu, lingkungan eksternal dipahami tidak hanya sebagai faktor fisik lingkungan, tetapi juga sebagai kondisi sosial.

Metode sitogenetik

Berdasarkan studi kromosom manusia dalam kondisi normal dan patologis. Biasanya, kariotipe manusia mencakup 46 kromosom - 22 pasang autosom dan dua kromosom seks. Penggunaan metode ini memungkinkan untuk mengidentifikasi sekelompok penyakit yang terkait dengan perubahan jumlah kromosom atau perubahan strukturnya. Penyakit seperti itu disebut kromosom.

Limfosit darah adalah bahan yang paling umum untuk analisis kariotipe. Darah diambil pada orang dewasa dari vena, pada bayi baru lahir - dari jari, daun telinga atau tumit. Limfosit dibudidayakan dalam media nutrisi khusus, yang khususnya mengandung zat yang "memaksa" limfosit untuk membelah secara intensif melalui mitosis. Setelah beberapa waktu, colchicine ditambahkan ke kultur sel. Colchicine menghentikan mitosis pada tingkat metafase. Selama metafase inilah kromosom paling padat. Selanjutnya, sel dipindahkan ke slide kaca, dikeringkan dan diwarnai dengan berbagai pewarna. Pewarnaan dapat berupa a) rutin (pewarnaan kromosom secara merata), b) diferensial (kromosom memperoleh lurik melintang, dengan setiap kromosom memiliki pola tersendiri). Pewarnaan rutin memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi mutasi genom, menentukan kelompok kromosom, dan mencari tahu di kelompok mana jumlah kromosom telah berubah. Pewarnaan diferensial memungkinkan Anda mengidentifikasi mutasi kromosom, menentukan jumlah kromosom, mengetahui jenis mutasi kromosom.

Dalam kasus di mana perlu untuk melakukan analisis kariotipe janin, sel-sel cairan ketuban (ketuban) diambil untuk pembiakan - campuran sel mirip fibroblast dan sel epitel.

Penyakit kromosom meliputi: sindrom Klinefelter, sindrom Turner-Shereshevsky, sindrom Down, sindrom Patau, sindrom Edwards, dan lain-lain.

Pasien dengan sindrom Klinefelter (47, XXY) selalu laki-laki. Mereka dicirikan oleh keterbelakangan kelenjar seks, degenerasi tubulus seminiferus, seringkali keterbelakangan mental, pertumbuhan tinggi (karena kaki panjang yang tidak proporsional).

Sindrom Turner-Shereshevsky (45, X0) diamati pada wanita. Itu memanifestasikan dirinya dalam memperlambat pubertas, keterbelakangan gonad, amenore (tidak adanya menstruasi), infertilitas. Wanita dengan sindrom Turner-Shereshevsky bertubuh kecil, tubuh tidak proporsional - tubuh bagian atas lebih berkembang, bahu lebar, panggul sempit - tungkai bawah diperpendek, leher pendek dengan lipatan, "Mongoloid" bentuk mata dan sejumlah tanda lainnya.

Sindrom Down adalah salah satu penyakit kromosom yang paling umum. Ini berkembang sebagai akibat trisomi pada kromosom 21 (47; 21, 21, 21). Penyakit ini mudah didiagnosis, karena memiliki sejumlah ciri khas: tungkai pendek, tengkorak kecil, hidung rata dan lebar, fisura palpebra sempit dengan sayatan miring, adanya lipatan kelopak mata atas, dan keterbelakangan mental. Pelanggaran struktur organ dalam sering diamati.

Penyakit kromosom juga terjadi sebagai akibat dari perubahan kromosom itu sendiri. Ya, penghapusan R-lengan autosom nomor 5 mengarah pada perkembangan sindrom "tangisan kucing". Pada anak-anak dengan sindrom ini, struktur laring terganggu, dan pada anak usia dini mereka memiliki timbre suara yang "mengeong". Selain itu, ada keterbelakangan perkembangan psikomotorik dan demensia.

Paling sering, penyakit kromosom adalah akibat dari mutasi yang terjadi pada sel germinal salah satu induknya.

Metode biokimia

Memungkinkan Anda mendeteksi gangguan metabolisme yang disebabkan oleh perubahan gen dan, akibatnya, perubahan aktivitas berbagai enzim. Penyakit metabolisme herediter dibagi menjadi penyakit metabolisme karbohidrat (diabetes melitus), metabolisme asam amino, lipid, mineral, dll.

Fenilketonuria mengacu pada penyakit metabolisme asam amino. Konversi asam amino esensial fenilalanin menjadi tirosin diblokir, sedangkan fenilalanin diubah menjadi asam fenilpiruvat, yang diekskresikan dalam urin. Penyakit ini menyebabkan perkembangan demensia yang cepat pada anak-anak. Diagnosis dini dan diet dapat menghentikan perkembangan penyakit.

Metode statistik populasi

Ini adalah metode untuk mempelajari distribusi sifat-sifat herediter (penyakit bawaan) dalam populasi. Poin penting saat menggunakan metode ini adalah pemrosesan statistik dari data yang diperoleh. Di bawah populasi memahami totalitas individu dari spesies yang sama, hidup di wilayah tertentu untuk waktu yang lama, bebas kawin satu sama lain, memiliki asal usul yang sama, struktur genetik tertentu dan, pada tingkat tertentu, terisolasi dari populasi individu lain semacam itu dari spesies tertentu. Populasi bukan hanya bentuk keberadaan suatu spesies, tetapi juga merupakan unit evolusi, karena dasar dari proses mikroevolusi yang berpuncak pada pembentukan suatu spesies adalah transformasi genetik dalam populasi.

Studi tentang struktur genetik populasi berkaitan dengan bagian khusus genetika - genetika populasi. Pada manusia, tiga jenis populasi dibedakan: 1) panmictic, 2) demes, 3) isolat, yang berbeda satu sama lain dalam jumlah, frekuensi perkawinan intra-grup, proporsi imigran, dan pertumbuhan populasi. Populasi kota besar sesuai dengan populasi panik. Karakteristik genetik dari setiap populasi mencakup indikator berikut: 1) kolam gen(totalitas genotipe semua individu suatu populasi), 2) frekuensi gen, 3) frekuensi genotipe, 4) frekuensi fenotipe, sistem perkawinan, 5) faktor yang mengubah frekuensi gen.

Untuk menentukan frekuensi kemunculan gen dan genotipe tertentu, hukum hardy-weinberg.

hukum Hardy-Weinberg

Dalam populasi ideal, dari generasi ke generasi, rasio frekuensi gen dominan dan resesif yang ditentukan secara ketat (1), serta rasio frekuensi kelas genotipik individu (2) dipertahankan.

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

Di mana P— frekuensi kemunculan gen dominan A; Q- frekuensi kemunculan gen resesif a; R 2 - frekuensi kemunculan homozigot untuk AA dominan; 2 pq- frekuensi terjadinya heterozigot Aa; Q 2 - frekuensi terjadinya homozigot untuk aa resesif.

Populasi ideal adalah populasi panmictic (panmixia - free crossing) yang cukup besar, di mana tidak ada proses mutasi, seleksi alam dan faktor lain yang mengganggu keseimbangan gen. Jelas bahwa populasi ideal tidak ada di alam, dalam populasi nyata, hukum Hardy-Weinberg digunakan dengan amandemen.

Hukum Hardy-Weinberg, khususnya, digunakan untuk menghitung secara kasar pembawa gen resesif untuk penyakit keturunan. Misalnya, fenilketonuria diketahui terjadi dengan laju 1:10.000 pada populasi tertentu. Fenilketonuria diwariskan secara resesif autosomal, oleh karena itu, pasien dengan fenilketonuria memiliki genotipe aa, yaitu Q 2 = 0,0001. Dari sini: Q = 0,01; P= 1 - 0,01 = 0,99. Pembawa gen resesif memiliki genotipe Aa, yaitu heterozigot. Frekuensi terjadinya heterozigot (2 pq) adalah 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Kesimpulan: pada populasi ini, sekitar 2% populasi merupakan pembawa gen fenilketonuria. Pada saat yang sama, Anda dapat menghitung frekuensi kemunculan homozigot untuk yang dominan (AA): P 2 = 0,992, tepat di bawah 98%.

Perubahan keseimbangan genotipe dan alel dalam populasi panmik terjadi di bawah pengaruh faktor-faktor yang bekerja secara konstan, yang meliputi: proses mutasi, gelombang populasi, isolasi, seleksi alam, pergeseran gen, emigrasi, imigrasi, perkawinan sedarah. Berkat fenomena inilah fenomena evolusi dasar muncul - perubahan komposisi genetik suatu populasi, yang merupakan tahap awal dalam proses spesiasi.

Genetika manusia adalah salah satu cabang ilmu yang paling intensif berkembang. Ini adalah dasar teori kedokteran, mengungkapkan dasar biologis penyakit keturunan. Mengetahui sifat genetik penyakit memungkinkan Anda membuat diagnosis yang akurat tepat waktu dan melakukan perawatan yang diperlukan.

Pergi ke kuliah №21"Variabilitas"

Mutasi genomik adalah mutasi yang menyebabkan penambahan atau hilangnya satu, beberapa atau kumpulan kromosom haploid lengkap (Gbr. 118, B). Berbagai jenis mutasi genom disebut heteroploidi dan poliploidi.

Mutasi genom dikaitkan dengan perubahan jumlah kromosom. Misalnya, pada tumbuhan, fenomena poliploidi sering ditemukan - perubahan ganda dalam jumlah kromosom. Pada organisme poliploid, kumpulan kromosom haploid n dalam sel diulang bukan 2, seperti pada diploid, tetapi dalam jumlah yang jauh lebih besar (3n, 4n, 5n, dan hingga 12n). Poliploidi adalah konsekuensi dari pelanggaran jalannya mitosis atau meiosis: ketika spindel pembelahan dihancurkan, kromosom yang digandakan tidak menyimpang, tetapi tetap berada di dalam sel yang tidak terbagi. Hasilnya adalah gamet dengan kromosom 2n. Ketika gamet seperti itu berfusi dengan normal (n), keturunannya akan memiliki tiga set kromosom. Jika mutasi genom terjadi bukan pada sel benih, tetapi pada sel somatik, maka klon (garis) sel poliploid muncul di dalam tubuh. Seringkali, laju pembelahan sel ini melebihi laju pembelahan sel diploid normal (2n). Dalam hal ini, garis sel poliploid yang membelah dengan cepat membentuk tumor ganas. Jika tidak dihilangkan atau dihancurkan, maka karena pembelahan yang cepat, sel poliploid akan mengeluarkan sel normal. Ini adalah berapa banyak bentuk kanker yang berkembang. Penghancuran gelendong mitosis dapat disebabkan oleh radiasi, aksi sejumlah bahan kimia - mutagen.

Mutasi genom pada dunia hewan dan tumbuhan beragam, tetapi hanya 3 jenis mutasi genom yang ditemukan pada manusia: tetraploidi, triploidi, dan aneuploidi. Pada saat yang sama, dari semua varian aneuploidi, hanya trisomi autosom, polisomi untuk kromosom seks (tri-, tetra- dan pentasomi) yang ditemukan, dan hanya monosomi-X yang ditemukan dari monosomi.

Mutasi gen - perubahan struktur satu gen. Ini adalah perubahan urutan nukleotida: putus, penyisipan, penggantian, dll. Misalnya mengganti a dengan m Penyebab - pelanggaran selama penggandaan (replikasi) DNA

Mutasi gen adalah perubahan molekuler dalam struktur DNA yang tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya. Mutasi gen mencakup setiap perubahan dalam struktur molekul DNA, terlepas dari lokasi dan dampaknya terhadap kelangsungan hidup. Beberapa mutasi tidak berpengaruh pada struktur dan fungsi protein yang sesuai. Bagian lain (sebagian besar) dari mutasi gen mengarah pada sintesis protein yang rusak yang tidak dapat menjalankan fungsinya yang semestinya. Mutasi genlah yang menentukan perkembangan sebagian besar bentuk patologi herediter.

Penyakit monogenik yang paling umum pada manusia adalah: cystic fibrosis, hemochromatosis, sindrom adrenogenital, fenilketonuria, neurofibromatosis, miopati Duchenne-Becker dan sejumlah penyakit lainnya. Secara klinis, mereka dimanifestasikan oleh tanda-tanda gangguan metabolisme (metabolisme) dalam tubuh. Mutasi mungkin:

1) dalam substitusi basa dalam kodon, inilah yang disebut mutasi missense(dari bahasa Inggris, salah - salah, salah + lat.sensus - artinya) - substitusi nukleotida di bagian pengkodean gen, yang mengarah ke substitusi asam amino dalam polipeptida;

2) dalam perubahan kodon seperti itu, yang akan menyebabkan berhenti membaca informasi, inilah yang disebut mutasi omong kosong(dari bahasa Latin non - no + sensus - artinya) - penggantian nukleotida di bagian pengkodean gen mengarah pada pembentukan kodon terminator (kodon stop) dan penghentian terjemahan;

3) pelanggaran informasi bacaan, pergeseran bingkai bacaan, disebut pergeseran bingkai(dari bahasa Inggris frame - frame + shift: - shift, movement), ketika perubahan molekuler pada DNA menyebabkan perubahan triplet selama translasi rantai polipeptida.

Jenis mutasi gen lainnya juga dikenal. Menurut jenis perubahan molekuler, ada:

divisi(dari lat. deletio - penghancuran), bila ada hilangnya segmen DNA dengan ukuran mulai dari satu nukleotida hingga satu gen;

duplikasi(dari lat. duplicatio - penggandaan), mis. duplikasi atau duplikasi ulang segmen DNA dari satu nukleotida ke seluruh gen;

inversi(dari lat.inversio - membalik), mis. putaran 180° segmen DNA dengan ukuran mulai dari dua nukpeotida hingga fragmen yang mencakup beberapa gen;

sisipan(dari lat. insertio - lampiran), mis. penyisipan fragmen DNA dengan ukuran mulai dari satu nukleotida hingga seluruh gen.

Perubahan molekuler yang mempengaruhi satu hingga beberapa nukleotida dianggap sebagai mutasi titik.

Mendasar dan khas mutasi gen adalah bahwa hal itu 1) mengarah pada perubahan informasi genetik, 2) dapat ditransmisikan dari generasi ke generasi.

Bagian tertentu dari mutasi gen dapat diklasifikasikan sebagai mutasi netral, karena tidak menyebabkan perubahan apa pun pada fenotipe. Misalnya, karena degenerasi kode genetik, asam amino yang sama dapat dikodekan oleh dua triplet yang hanya berbeda dalam satu basa. Di sisi lain, gen yang sama dapat berubah (bermutasi) menjadi beberapa keadaan berbeda.

Misalnya, gen yang mengontrol golongan darah pada sistem AB0. memiliki tiga alel: 0, A dan B, kombinasi yang menentukan 4 golongan darah. Golongan darah AB0 adalah contoh klasik dari variabilitas genetik sifat manusia normal.

Mutasi genlah yang menentukan perkembangan sebagian besar bentuk patologi herediter. Penyakit yang disebabkan oleh mutasi semacam itu disebut penyakit gen, atau monogenik, yaitu penyakit yang perkembangannya ditentukan oleh mutasi satu gen.

Mutasi genom dan kromosom

Mutasi genomik dan kromosom adalah penyebab penyakit kromosom. Mutasi genom termasuk aneuploidi dan perubahan ploidi kromosom yang secara struktural tidak berubah. Dideteksi dengan metode sitogenetik.

aneuploidi- perubahan (penurunan - monosomi, peningkatan - trisomi) jumlah kromosom pada set diploid, bukan kelipatan dari haploid (2n + 1, 2n - 1, dll.).

Poliploidi- peningkatan jumlah set kromosom, kelipatan dari yang haploid (3n, 4n, 5n, dll.).

Pada manusia, poliploidi, serta sebagian besar aneuploidi, adalah mutasi yang mematikan.

Mutasi genom yang paling umum meliputi:

trisomi- adanya tiga kromosom homolog dalam kariotipe (misalnya, untuk pasangan ke-21, dengan sindrom Down, untuk pasangan ke-18 untuk sindrom Edwards, untuk pasangan ke-13 untuk sindrom Patau; untuk kromosom seks: XXX, XXY, XYY);

monosomi- Kehadiran hanya satu dari dua kromosom homolog. Dengan monosomi untuk salah satu autosom, perkembangan normal embrio menjadi tidak mungkin. Satu-satunya monosomi pada manusia yang cocok dengan kehidupan - monosomi pada kromosom X - mengarah (ke sindrom Shereshevsky-Turner (45, X0).

Alasan yang menyebabkan aneuploidi adalah non-disjungsi kromosom selama pembelahan sel selama pembentukan sel germinal atau hilangnya kromosom akibat tertinggal anafase, ketika salah satu kromosom homolog dapat tertinggal dari semua kromosom non-homolog lainnya selama gerakan ke tiang. Istilah "nondisjungsi" berarti tidak adanya pemisahan kromosom atau kromatid pada meiosis atau mitosis. Hilangnya kromosom dapat menyebabkan mosaikisme, di mana ada satu e uploid(normal) garis sel, dan yang lainnya monosomik.

Nondisjunction kromosom paling sering diamati selama meiosis. Kromosom, yang biasanya membelah selama meiosis, tetap menempel bersama dan berpindah ke satu kutub sel dalam anafase. Jadi, muncul dua gamet, salah satunya memiliki kromosom ekstra, dan yang lainnya tidak memiliki kromosom ini. Ketika gamet dengan set kromosom normal dibuahi oleh gamet dengan kromosom ekstra, terjadi trisomi (yaitu, ada tiga kromosom homolog dalam sel), ketika dibuahi oleh gamet tanpa satu kromosom, zigot dengan monosomi terjadi. Jika zigot monosom terbentuk pada kromosom autosom (non-seks) apa pun, maka perkembangan organisme berhenti pada tahap awal perkembangan.

Mutasi kromosom- Ini adalah perubahan struktural pada kromosom individu, biasanya terlihat pada mikroskop cahaya. Sejumlah besar (dari puluhan hingga beberapa ratus) gen terlibat dalam mutasi kromosom, yang menyebabkan perubahan pada set diploid normal. Meskipun penyimpangan kromosom umumnya tidak mengubah urutan DNA pada gen tertentu, mengubah jumlah salinan gen dalam genom menyebabkan ketidakseimbangan genetik karena kekurangan atau kelebihan materi genetik. Ada dua kelompok besar mutasi kromosom: intrachromosomal dan interchromosomal.

Mutasi intrachromosomal adalah penyimpangan dalam satu kromosom. Ini termasuk:

—penghapusan(dari lat. deletio - kehancuran) - hilangnya salah satu bagian kromosom, internal atau terminal. Hal ini dapat menyebabkan pelanggaran embriogenesis dan pembentukan beberapa anomali perkembangan (misalnya, pembagian di wilayah lengan pendek kromosom ke-5, yang ditunjuk sebagai 5p-, menyebabkan keterbelakangan laring, kelainan jantung, keterbelakangan mental) . Kompleks gejala ini dikenal sebagai sindrom "tangisan kucing", karena pada anak yang sakit, karena kelainan laring, tangisannya menyerupai meong kucing;

—inversi(dari lat.inversio - membalik). Sebagai akibat dari dua titik patahan pada kromosom, fragmen yang dihasilkan dimasukkan ke tempat asalnya setelah diputar 180°. Akibatnya, hanya urutan gen yang dilanggar;

— duplikasi(dari Lat duplicatio - penggandaan) - penggandaan (atau penggandaan) bagian mana pun dari kromosom (misalnya, trisomi di sepanjang salah satu lengan pendek kromosom ke-9 menyebabkan banyak cacat, termasuk mikrosefali, perkembangan fisik, mental, dan intelektual yang tertunda).

Skema penyimpangan kromosom yang paling sering:
Divisi: 1 - terminal; 2 - pengantara. Pembalikan: 1 - perisentrik (dengan penangkapan sentromer); 2 - parasentrik (dalam satu lengan kromosom)

Mutasi antar kromosom, atau mutasi penataan ulang- pertukaran fragmen antara kromosom non-homolog. Mutasi semacam itu disebut translokasi (dari lat. tgans - for, through + locus - place). Ini:

Translokasi resiprokal, ketika dua kromosom bertukar fragmennya;

Translokasi non-resiprokal, ketika sebuah fragmen dari satu kromosom diangkut ke yang lain;

- fusi "sentris" (translokasi Robertsonian) - hubungan dua kromosom akrosentrik di wilayah sentromernya dengan hilangnya lengan pendek.

Dengan pecahnya kromatid transversal melalui sentromer, kromatid "saudara perempuan" menjadi lengan "cermin" dari dua kromosom berbeda yang mengandung set gen yang sama. Kromosom semacam itu disebut isokromosom. Baik penyimpangan intrachromosomal (penghapusan, inversi, dan duplikasi) dan interchromosomal (translokasi) dan isokromosom terkait dengan perubahan fisik dalam struktur kromosom, termasuk pemutusan mekanis.

Patologi herediter sebagai akibat dari variabilitas herediter

Kehadiran kesamaan karakteristik spesies memungkinkan untuk menyatukan semua orang di bumi menjadi satu spesies Homo sapiens. Namun demikian, kita dengan mudah, dengan satu pandangan, memilih wajah orang yang kita kenal di tengah kerumunan orang asing. Keanekaragaman manusia yang luar biasa, baik dalam suatu kelompok (misalnya, keragaman dalam suatu kelompok etnis) maupun antar kelompok, disebabkan oleh perbedaan genetik mereka. Sekarang diyakini bahwa semua variabilitas intraspesifik disebabkan oleh perbedaan genotipe yang muncul dan dipertahankan oleh seleksi alam.

Diketahui bahwa genom haploid manusia mengandung 3,3x10 9 pasang residu nukleotida, yang secara teoritis memungkinkan hingga 6-10 juta gen. Pada saat yang sama, data penelitian modern menunjukkan bahwa genom manusia mengandung sekitar 30-40 ribu gen. Sekitar sepertiga dari semua gen memiliki lebih dari satu alel, yaitu polimorfik.

Konsep polimorfisme herediter dirumuskan oleh E. Ford pada tahun 1940 untuk menjelaskan keberadaan dua atau lebih bentuk berbeda dalam suatu populasi, ketika frekuensi dari bentuk yang paling langka tidak dapat dijelaskan hanya dengan peristiwa mutasi. Karena mutasi gen adalah peristiwa langka (1x10 6), frekuensi alel mutan, yang lebih dari 1%, hanya dapat dijelaskan dengan akumulasi bertahap dalam populasi karena keunggulan selektif pembawa mutasi ini.

Banyaknya lokus yang membelah, banyaknya alel di masing-masingnya, bersama dengan fenomena rekombinasi, menciptakan keragaman genetik manusia yang tidak ada habisnya. Perhitungan menunjukkan bahwa sepanjang sejarah umat manusia belum ada, tidak ada dan di masa mendatang tidak akan ada pengulangan genetik di dunia, yaitu. setiap orang yang lahir adalah fenomena unik di alam semesta. Keunikan konstitusi genetik sangat menentukan karakteristik perkembangan penyakit pada setiap individu.

Umat ​​​​manusia telah berevolusi sebagai kelompok populasi terisolasi yang hidup lama dalam kondisi lingkungan yang sama, termasuk karakteristik iklim dan geografis, pola makan, patogen, tradisi budaya, dll. Hal ini menyebabkan fiksasi dalam populasi kombinasi spesifik alel normal untuk masing-masingnya, yang paling memadai untuk kondisi lingkungan. Sehubungan dengan perluasan habitat secara bertahap, migrasi intensif, pemukiman kembali masyarakat, situasi muncul ketika kombinasi gen normal spesifik yang berguna dalam kondisi tertentu dalam kondisi lain tidak memastikan fungsi optimal dari beberapa sistem tubuh. Hal ini mengarah pada fakta bahwa bagian dari variabilitas herediter, karena kombinasi gen manusia non-patologis yang tidak menguntungkan, menjadi dasar untuk perkembangan apa yang disebut penyakit dengan kecenderungan turun-temurun.

Selain itu, pada manusia, sebagai makhluk sosial, seleksi alam berlangsung dari waktu ke waktu dalam bentuk yang semakin spesifik, yang juga memperluas keragaman herediter. Apa yang bisa disingkirkan pada hewan dipertahankan, atau sebaliknya, apa yang diselamatkan hewan hilang. Dengan demikian, kepuasan penuh akan kebutuhan vitamin C menyebabkan hilangnya gen oksidase L-gulonodactone dalam proses evolusi, yang mengkatalisis sintesis asam askorbat. Dalam proses evolusi, umat manusia juga memperoleh tanda-tanda yang tidak diinginkan yang berhubungan langsung dengan patologi. Misalnya, pada manusia, dalam proses evolusi, muncul gen yang menentukan kepekaan terhadap toksin difteri atau virus polio.

Jadi, pada manusia, seperti pada spesies biologis lainnya, tidak ada garis tajam antara variabilitas herediter, yang mengarah ke variasi normal dalam sifat, dan variabilitas herediter, yang menyebabkan terjadinya penyakit herediter. Manusia, setelah menjadi spesies biologis Homo sapiens, seolah-olah dibayar untuk "kewajaran" spesiesnya dengan akumulasi mutasi patologis. Posisi ini mendasari salah satu konsep utama genetika medis tentang akumulasi evolusi mutasi patologis pada populasi manusia.

Variabilitas herediter populasi manusia, baik dipertahankan maupun dikurangi oleh seleksi alam, membentuk apa yang disebut beban genetik.

Beberapa mutasi patologis dapat bertahan dan menyebar dalam populasi untuk waktu yang lama, menyebabkan apa yang disebut beban genetik segregasi; mutasi patologis lainnya muncul pada setiap generasi sebagai akibat dari perubahan baru dalam struktur herediter, menciptakan beban mutasi.

Efek negatif dari beban genetik dimanifestasikan oleh peningkatan kematian (kematian gamet, zigot, embrio dan anak-anak), penurunan kesuburan (penurunan reproduksi keturunan), penurunan harapan hidup, disadaptasi sosial dan kecacatan, dan juga menyebabkan peningkatan kebutuhan medis. peduli.

Ahli genetika Inggris J. Hodden adalah orang pertama yang menarik perhatian para peneliti tentang keberadaan beban genetik, meskipun istilah itu sendiri diusulkan oleh G. Meller di akhir tahun 40-an. Arti dari konsep "beban genetik" dikaitkan dengan tingkat variabilitas genetik yang tinggi yang diperlukan suatu spesies biologis agar dapat beradaptasi dengan perubahan kondisi lingkungan.

Urutan DNA tertentu menyimpan informasi herediter yang dapat berubah (distorsi) selama hidup. Perubahan seperti itu disebut mutasi. Ada beberapa jenis mutasi yang mempengaruhi berbagai bagian materi genetik.

Definisi

Mutasi adalah perubahan genom yang diwariskan. Genom adalah seperangkat kromosom haploid yang melekat pada suatu spesies. Proses terjadinya dan fiksasi mutasi disebut mutagenesis. Istilah "mutasi" diperkenalkan oleh Hugh de Vries pada awal abad ke-20.

Beras. 1. Hugo de Vries.

Mutasi terjadi di bawah pengaruh faktor lingkungan.
Mereka dapat terdiri dari dua jenis:

• berguna;
• berbahaya.

Mutasi yang menguntungkan mempromosikan seleksi alam, pengembangan adaptasi terhadap lingkungan yang berubah dan, sebagai akibatnya, munculnya spesies baru. Jarang terlihat. Lebih sering, mutasi berbahaya terakumulasi dalam genotipe, yang ditolak selama seleksi alam.

Karena kejadiannya, dua jenis mutasi dibedakan:

• spontan - muncul secara spontan sepanjang hidup, seringkali bersifat netral - tidak mempengaruhi kehidupan individu dan keturunannya;
• diinduksi - terjadi dalam kondisi lingkungan yang merugikan - radiasi radioaktif, paparan bahan kimia, pengaruh virus.

Sel saraf di otak manusia mengakumulasi sekitar 2,4 ribu mutasi selama hidup mereka. Namun, mutasi jarang memengaruhi bagian DNA vital.

Jenis

Perubahan terjadi pada area DNA tertentu. Bergantung pada tingkat mutasi dan lokasinya, beberapa jenis dibedakan. Deskripsi mereka diberikan dalam tabel jenis mutasi.

4 artikel teratasyang membaca bersama ini

Melihat	Ciri	Contoh
	Perubahan gen tunggal. Nukleotida penyusun gen bisa "rontok", berganti tempat, mengganti A dengan T. Penyebabnya adalah kesalahan replikasi DNA	anemia sabit, fenilketonuria
Kromosom	Mempengaruhi bagian kromosom atau seluruh kromosom, mengubah struktur, bentuk. Terjadi saat pindah silang - persilangan kromosom homolog. Ada beberapa jenis mutasi kromosom: Penghapusan - hilangnya bagian kromosom; Duplikasi - penggandaan wilayah kromosom; Defishensi - hilangnya bagian ujung kromosom; Inversi - rotasi wilayah kromosom sebesar 180 ° (jika mengandung sentromer - inversi perisentrik, tidak mengandung - parasentrik); Penyisipan - penyisipan wilayah kromosom ekstra; Translokasi adalah perpindahan segmen kromosom ke lokasi lain. Spesies dapat digabungkan	Sindrom menangis kucing, penyakit Prader-Willi, penyakit Wolff-Hirschhorn - ada keterlambatan perkembangan fisik dan mental
Genomik	Terkait dengan perubahan jumlah kromosom dalam genom. Sering terjadi ketika gelendong salah disejajarkan selama meiosis. Akibatnya, kromosom tidak terdistribusi dengan benar di antara sel anak: satu sel memperoleh kromosom dua kali lebih banyak daripada yang kedua. Bergantung pada jumlah kromosom dalam sel, ada: Poliploidi - jumlah kromosom yang banyak tetapi salah (misalnya, 24 bukannya 12); Aneuploidy - beberapa jumlah kromosom (satu ekstra atau hilang)	Poliploidi: peningkatan volume tanaman - jagung, gandum. Aneuploidi pada manusia: sindrom Down - satu kromosom ekstra 47
Sitoplasma	Pelanggaran dalam DNA mitokondria atau plastida. Mutasi pada mitokondria ibu dari sel kuman berbahaya. Gangguan seperti itu menyebabkan penyakit mitokondria.	Diabetes mellitus mitokondria, sindrom Leigh (kerusakan SSP), gangguan penglihatan
Somatik	Mutasi pada sel non-seks. Mereka tidak diwariskan selama reproduksi seksual. Dapat ditularkan melalui tunas dan perbanyakan vegetatif	Munculnya bintik hitam pada bulu domba, mata Drosophila yang sebagian diwarnai

Beras. 2. Anemia sabit.

Sumber utama akumulasi mutasi dalam sel adalah replikasi DNA yang salah, terkadang salah. Dengan penggandaan berikutnya, kesalahan dapat diperbaiki. Jika kesalahan berulang dan memengaruhi bagian penting DNA, mutasi diwariskan.

Beras. 3. Pelanggaran replikasi DNA.

Apa yang telah kita pelajari?

Dari pelajaran kelas 10, kita belajar apa itu mutasi. Perubahan DNA dapat mempengaruhi gen, kromosom, genom, memanifestasikan dirinya dalam sel somatik, plastida atau mitokondria. Mutasi terakumulasi sepanjang hidup dan dapat diwariskan. Sebagian besar mutasi bersifat netral - tidak tercermin dalam fenotipe. Jarang ada mutasi menguntungkan yang membantu beradaptasi dengan lingkungan dan diwariskan. Mutasi yang berbahaya lebih sering terwujud, yang memerlukan penyakit dan gangguan perkembangan.

kuis topik

Evaluasi Laporan

Penilaian rata-rata: 4.1. Peringkat total yang diterima: 195.