Mutaţie(de la cuvântul latin „mutatio” - schimbare) este o schimbare persistentă a genotipului care a avut loc sub influența factorilor interni sau externi. Există mutații cromozomiale, genice și genomice.

Care sunt cauzele mutațiilor?

• Condiții de mediu nefavorabile, condiții create experimental. Astfel de mutații se numesc induse.
• Unele procese care au loc într-o celulă vie a unui organism. De exemplu: repararea afectată a ADN-ului, replicarea ADN-ului, recombinarea genetică.

Mutagenii sunt factori care cauzează mutații. Sunt împărțite în:

• Fizic - dezintegrare radioactivă și ultraviolete, temperatură prea ridicată sau prea scăzută.
• Chimice - agenți reducători și oxidanți, alcaloizi, agenți alchilanți, derivați nitro ureei, pesticide, solvenți organici, unele medicamente.
• Biologic - unele virusuri, produse metabolice (metabolism), antigene ale diferitelor microorganisme.

Proprietățile de bază ale mutațiilor

• Transmis prin moștenire.
• Cauzat de o varietate de factori interni și externi.
• Apar spasmodic și brusc, uneori în mod repetat.
• Poate muta orice genă.

Ce sunt ei?

• Mutațiile genomice sunt modificări care se caracterizează prin pierderea sau adăugarea unui cromozom (sau a mai multor) sau a unui set haploid complet. Există două tipuri de astfel de mutații - poliploidie și heteroploidie.

Poliploidie este o modificare a numărului de cromozomi, care este un multiplu al setului haploid. Extrem de rar la animale. Există două tipuri de poliploidie la om: triploidie și tetraploidie. Copiii născuți cu astfel de mutații trăiesc de obicei nu mai mult de o lună și mor mai des în stadiul de dezvoltare embrionară.

heteroploidie(sau aneuploidia) este o modificare a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al setului de halogeni. Ca urmare a acestei mutații, se nasc indivizi cu un număr anormal de cromozomi - polisomici și monosomici. Aproximativ 20-30% dintre monozomici mor în primele zile ale dezvoltării fetale. Printre cei născuți se numără și persoane cu sindrom Shereshevsky-Turner. Mutațiile genomice din lumea vegetală și animală sunt, de asemenea, diverse.

• - sunt modificari care apar in timpul rearanjarii structurii cromozomilor. În acest caz, există un transfer, pierdere sau dublare a unei părți din materialul genetic al mai multor cromozomi sau a unuia, precum și o schimbare a orientării segmentelor cromozomilor în cromozomi individuali. În cazuri rare, este posibil să existe o unire a cromozomilor.

• Mutații genetice. Ca rezultat al unor astfel de mutații, apar inserții, deleții sau substituții ale mai multor sau unei nucleotide, precum și inversarea sau duplicarea diferitelor părți ale genei. Efectele mutațiilor de tip genă sunt variate. Majoritatea sunt recesive, adică nu se manifestă în niciun fel.

Mutațiile sunt, de asemenea, împărțite în somatice și generative

• - în orice celule ale corpului, cu excepția gameților. De exemplu, atunci când o celulă de plantă suferă mutații, din care ar trebui să se dezvolte ulterior un mugur și apoi un lăstar, toate celulele sale vor fi mutate. Deci, pe un tufiș de coacăze roșii, poate apărea o ramură cu fructe de pădure negre sau albe.

• Mutațiile generative sunt modificări ale celulelor germinale primare sau ale gameților care se formează din acestea. Proprietățile lor sunt transmise generației următoare.

După natura impactului asupra mutațiilor sunt:

• Letal - proprietarii unor astfel de schimbări mor fie în etapă, fie după un timp destul de scurt după naștere. Acestea sunt aproape toate mutații genomice.
• Semi-letal (de exemplu, hemofilie) - caracterizat printr-o deteriorare bruscă a funcționării oricăror sisteme din organism. În cele mai multe cazuri, mutațiile semi-letale duc în curând la moarte.
• Mutațiile benefice stau la baza evoluției, duc la apariția unor trăsături de care organismul are nevoie. Fixându-se, aceste semne pot determina formarea unei noi subspecii sau specii.

Pentru cercetarea genetică, o persoană este un obiect incomod, deoarece într-o persoană: încrucișarea experimentală este imposibilă; un număr mare de cromozomi; pubertatea vine târziu; un număr mic de descendenți în fiecare familie; egalizarea condițiilor de viață pentru urmași este imposibilă.

O serie de metode de cercetare sunt utilizate în genetica umană.

metoda genealogica

Utilizarea acestei metode este posibilă în cazul în care sunt cunoscute rude directe - strămoșii proprietarului trăsăturii ereditare ( proband) pe linia maternă și paternă într-un număr de generații sau descendenții probandului și în mai multe generații. La compilarea pedigree-urilor în genetică, se folosește un anumit sistem de notație. După alcătuirea pedigree-ului, se efectuează analiza acestuia pentru a stabili natura moștenirii trăsăturii studiate.

Convenții adoptate la pregătirea pedigree-urilor:
1 - bărbat; 2 - femeie; 3 - genul nu este clar; 4 - proprietarul trăsăturii studiate; 5 - purtător heterozigot al genei recesive studiate; 6 - căsătorie; 7 - căsătoria unui bărbat cu două femei; 8 - căsătorie înrudită; 9 - părinții, copiii și ordinea nașterii acestora; 10 - gemeni dizigoți; 11 - gemeni monozigoți.

Datorită metodei genealogice, au fost determinate tipurile de moștenire a multor trăsături la om. Deci, în funcție de tipul autozomal dominant, polidactilie (un număr crescut de degete), capacitatea de a rula limba într-un tub, brahidactilie (degete scurte din cauza absenței a două falange pe degete), pistrui, chelie timpurie, fuzionate degete, despicătură de buză, despicătură de palat, cataractă a ochilor, fragilitate a oaselor și multe altele. Albinismul, părul roșu, susceptibilitatea la poliomielită, diabetul zaharat, surditatea congenitală și alte trăsături sunt moștenite ca autosomal recesiv.

Trăsătura dominantă este capacitatea de a rostogoli limba într-un tub (1), iar alela sa recesivă este absența acestei abilități (2).
3 - pedigree pentru polidactilie (moștenire autozomal dominantă).

O serie de trăsături sunt moștenite legate de sex: moștenirea legată de X - hemofilie, daltonism; Y-linked - hipertricoza marginii auriculei, degetele palmate. Există o serie de gene situate în regiuni omoloage ale cromozomilor X și Y, cum ar fi daltonismul general.

Utilizarea metodei genealogice a arătat că într-o căsătorie înrudită, în comparație cu una neînrudită, probabilitatea deformărilor, a nașterii mortii și a mortalității timpurii la urmași crește semnificativ. În căsătoriile înrudite, genele recesive intră adesea într-o stare homozigotă, ca urmare, se dezvoltă anumite anomalii. Un exemplu în acest sens este moștenirea hemofiliei în casele regale ale Europei.

- hemofil; - femeie purtătoare

metoda gemenilor

1 - gemeni monozigoți; 2 - gemeni dizigoți.

Copiii născuți în același timp sunt numiți gemeni. Sunt monozigot(identic) și dizigot(pestriţ).

Gemenii monozigoți se dezvoltă dintr-un zigot (1), care este împărțit în două (sau mai multe) părți în timpul etapei de zdrobire. Prin urmare, astfel de gemeni sunt identici genetic și întotdeauna de același sex. Gemenii monozigoți se caracterizează printr-un grad ridicat de similitudine ( concordanţă) in multe feluri.

Gemenii dizigoți se dezvoltă din două sau mai multe ouă care sunt simultan ovulate și fertilizate de spermatozoizi diferiți (2). Prin urmare, au genotipuri diferite și pot fi fie de același sex, fie de sex diferit. Spre deosebire de gemenii monozigoți, gemenii dizigoți se caracterizează prin discordanță - disimilare în multe feluri. Datele privind concordanța gemenilor pentru unele semne sunt date în tabel.

semne	Concordanță, %
	Gemeni monozigoți	gemeni dizigoți
Normal
Grupa sanguină (AB0)	100	46
culoarea ochilor	99,5	28
Culoarea părului	97	23
Patologic
Picior strâmb	32	3
"Buza de iepure"	33	5
Astm bronsic	19	4,8
Pojar	98	94
Tuberculoză	37	15
Epilepsie	67	3
Schizofrenie	70	13

După cum se poate observa din tabel, gradul de concordanță al gemenilor monozigoți pentru toate caracteristicile de mai sus este semnificativ mai mare decât cel al gemenilor dizigoți, dar nu este absolut. De regulă, discordanța gemenilor monozigoți apare ca urmare a unor tulburări de dezvoltare intrauterine a unuia dintre ei sau sub influența mediului extern, dacă acesta a fost diferit.

Datorită metodei gemene, a fost clarificată predispoziția ereditară a unei persoane la o serie de boli: schizofrenie, epilepsie, diabet zaharat și altele.

Observațiile asupra gemenilor monozigoți oferă material pentru elucidarea rolului eredității și al mediului în dezvoltarea trăsăturilor. Mai mult, mediul extern este înțeles nu doar ca factori fizici ai mediului, ci și ca condiții sociale.

Metoda citogenetică

Pe baza studiului cromozomilor umani în condiții normale și patologice. În mod normal, un cariotip uman include 46 de cromozomi - 22 de perechi de autozomi și doi cromozomi sexuali. Utilizarea acestei metode a făcut posibilă identificarea unui grup de boli asociate fie cu o modificare a numărului de cromozomi, fie cu modificări ale structurii acestora. Se numesc astfel de boli cromozomiale.

Limfocitele din sânge sunt cel mai comun material pentru analiza cariotipică. Sângele este luat la adulți dintr-o venă, la nou-născuți - de la un deget, lobul urechii sau călcâi. Limfocitele sunt cultivate într-un mediu nutritiv special, care, în special, conține substanțe care „forțează” limfocitele să se dividă intens prin mitoză. După ceva timp, colchicina este adăugată la cultura celulară. Colchicina oprește mitoza la nivel de metafază. În timpul metafazei, cromozomii sunt cel mai condensați. Apoi, celulele sunt transferate pe lame de sticlă, uscate și colorate cu diverși coloranți. Colorarea poate fi a) de rutină (cromozomii se colorează uniform), b) diferențială (cromozomii dobândesc striații transversale, fiecare cromozom având un model individual). Colorația de rutină vă permite să identificați mutațiile genomice, să determinați grupul care aparține cromozomului și să aflați în ce grup s-a schimbat numărul de cromozomi. Colorarea diferențială vă permite să identificați mutațiile cromozomiale, să determinați cromozomul în funcție de număr, să aflați tipul de mutație cromozomială.

În cazurile în care este necesar să se efectueze o analiză cariotipică a fătului, celulele lichidului amniotic (amniotic) sunt luate pentru cultivare - un amestec de celule asemănătoare fibroblastelor și celule epiteliale.

Bolile cromozomiale includ: sindromul Klinefelter, sindromul Turner-Shereshevsky, sindromul Down, sindromul Patau, sindromul Edwards și altele.

Pacienții cu sindrom Klinefelter (47, XXY) sunt întotdeauna bărbați. Ele se caracterizează prin subdezvoltarea glandelor sexuale, degenerarea tubilor seminiferi, adesea retard mental, creșterea ridicată (datorită picioarelor disproporționat de lungi).

Sindromul Turner-Shereshevsky (45, X0) este observat la femei. Se manifestă prin încetinirea pubertății, subdezvoltarea gonadelor, amenoree (absența menstruației), infertilitate. Femeile cu sindrom Turner-Shereshevsky sunt de statură mică, corpul este disproporționat - partea superioară a corpului este mai dezvoltată, umerii sunt largi, pelvisul este îngust - membrele inferioare sunt scurtate, gâtul este scurt cu pliuri, „mongoloid” forma ochilor și o serie de alte semne.

Sindromul Down este una dintre cele mai frecvente boli cromozomiale. Se dezvoltă ca urmare a trisomiei pe cromozomul 21 (47; 21, 21, 21). Boala este ușor de diagnosticat, deoarece are o serie de trăsături caracteristice: membre scurtate, un craniu mic, un nas plat și larg, fisuri palpebrale înguste cu o incizie oblică, prezența unui pliu al pleoapei superioare și retard mental. Încălcări ale structurii organelor interne sunt adesea observate.

Bolile cromozomiale apar și ca urmare a modificărilor cromozomilor înșiși. Da, ștergere R-bratul autozomului numarul 5 duce la dezvoltarea sindromului „plânsul pisicii”. La copiii cu acest sindrom, structura laringelui este perturbată, iar în copilăria timpurie au un fel de timbru vocal „miunător”. În plus, există o întârziere a dezvoltării psihomotorii și a demenței.

Cel mai adesea, bolile cromozomiale sunt rezultatul mutațiilor care au apărut în celulele germinale ale unuia dintre părinți.

Metoda biochimică

Vă permite să detectați tulburările metabolice cauzate de modificări ale genelor și, ca urmare, modificări ale activității diferitelor enzime. Bolile metabolice ereditare se împart în boli ale metabolismului glucidic (diabet zaharat), metabolismul aminoacizilor, lipidelor, mineralelor etc.

Fenilcetonuria se referă la boli ale metabolismului aminoacizilor. Conversia aminoacidului esențial fenilalanina în tirozină este blocată, în timp ce fenilalanina este transformată în acid fenilpiruvic, care este excretat prin urină. Boala duce la dezvoltarea rapidă a demenței la copii. Diagnosticul precoce și dieta pot opri dezvoltarea bolii.

Metoda statistică a populației

Este o metodă de studiere a distribuției trăsăturilor ereditare (boli moștenite) în populații. Un punct esențial atunci când se utilizează această metodă este prelucrarea statistică a datelor obținute. Sub populatia să înțeleagă totalitatea indivizilor aceleiași specii, care trăiesc pe un anumit teritoriu pentru o perioadă lungă de timp, se încrucișează liber între ei, având o origine comună, o anumită structură genetică și, într-o măsură sau alta, izolați de alte astfel de populații de indivizi a unei specii date. O populație nu este doar o formă de existență a unei specii, ci și o unitate de evoluție, deoarece la baza proceselor microevolutive care culminează cu formarea unei specii sunt transformările genetice în populații.

Studiul structurii genetice a populațiilor se ocupă cu o secțiune specială de genetică - genetica populatiei. La om, se disting trei tipuri de populații: 1) panmictice, 2) deme, 3) izolate, care diferă unele de altele ca număr, frecvența căsătoriilor intragrup, proporția de imigranți și creșterea populației. Populația unui oraș mare corespunde populației panmictice. Caracteristicile genetice ale oricărei populații includ următorii indicatori: 1) Fondului genetic(totalitatea genotipurilor tuturor indivizilor unei populații), 2) frecvențele genelor, 3) frecvențele genotipului, 4) frecvențele fenotipului, sistemul de căsătorie, 5) factorii care modifică frecvențele genelor.

Pentru a determina frecvențele de apariție a anumitor gene și genotipuri, legea Hardy-Weinberg.

Legea Hardy-Weinberg

Într-o populație ideală, de la generație la generație, se păstrează un raport strict definit de frecvențe ale genelor dominante și recesive (1), precum și raportul de frecvențe ale claselor genotipice de indivizi (2).

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

Unde p— frecvența de apariție a genei dominante A; q- frecvenţa de apariţie a genei recesive a; R 2 - frecvența de apariție a homozigoților pentru AA dominantă; 2 pq- frecvența de apariție a heterozigoților Aa; q 2 - frecvența de apariție a homozigoților pentru aa recesiv.

Populația ideală este o populație suficient de mare, panmictică (panmixia - încrucișare liberă), în care nu există un proces de mutație, selecție naturală și alți factori care perturbă echilibrul genelor. Este clar că populațiile ideale nu există în natură; în populațiile reale, legea Hardy-Weinberg este folosită cu amendamente.

Legea Hardy-Weinberg, în special, este folosită pentru a număra aproximativ purtătorii de gene recesive pentru boli ereditare. De exemplu, se știe că fenilcetonuria apare cu o rată de 1:10.000 într-o anumită populație. Fenilcetonuria se moștenește în mod autosomal recesiv, prin urmare, pacienții cu fenilcetonurie au genotipul aa, adică q 2 = 0,0001. De aici: q = 0,01; p= 1 - 0,01 = 0,99. Purtătorii genei recesive au genotipul Aa, adică sunt heterozigoți. Frecvența de apariție a heterozigoților (2 pq) este 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Concluzie: la această populație, aproximativ 2% din populație sunt purtători ai genei fenilcetonuriei. În același timp, puteți calcula frecvența de apariție a homozigoților pentru dominantă (AA): p 2 = 0,992, puțin sub 98%.

O modificare a echilibrului genotipurilor și alelelor într-o populație panmictică are loc sub influența factorilor care acționează constant, care includ: procesul de mutație, valurile populației, izolarea, selecția naturală, deriva genică, emigrația, imigrația, consangvinizarea. Datorită acestor fenomene, apare un fenomen evolutiv elementar - o schimbare a compoziției genetice a unei populații, care este etapa inițială a procesului de speciație.

Genetica umană este una dintre cele mai intens dezvoltate ramuri ale științei. Este baza teoretică a medicinei, dezvăluie baza biologică a bolilor ereditare. Cunoașterea naturii genetice a bolilor vă permite să faceți un diagnostic precis la timp și să efectuați tratamentul necesar.

Mergi la cursurile №21"Variabilitate"

Mutațiile genomice sunt mutații care duc la adăugarea sau pierderea unuia, mai multor sau a unui set haploid complet de cromozomi (Fig. 118, B). Diferite tipuri de mutații genomice sunt numite heteroploidie și poliploidie.

Mutațiile genomice sunt asociate cu o modificare a numărului de cromozomi. De exemplu, la plante, fenomenul de poliploidie este adesea întâlnit - o schimbare multiplă a numărului de cromozomi. La organismele poliploide, setul haploid de cromozomi n din celule se repetă nu 2, ca la diploide, ci de un număr mult mai mare de ori (3n, 4n, 5n și până la 12n). Poliploidia este o consecință a unei încălcări a cursului mitozei sau meiozei: atunci când fusul de diviziune este distrus, cromozomii duplicați nu diverg, ci rămân în interiorul celulei nedivizate. Rezultatul sunt gameți cu 2n cromozomi. Când un astfel de gamet fuzionează cu un normal (n), descendenții vor avea un set triplu de cromozomi. Dacă o mutație genomică nu are loc în celulele germinale, ci în celulele somatice, atunci în organism apar clone (linii) de celule poliploide. Adesea, rata de diviziune a acestor celule depășește rata de diviziune a celulelor diploide normale (2n). În acest caz, o linie de diviziune rapidă de celule poliploide formează o tumoare malignă. Dacă nu este îndepărtat sau distrus, atunci, datorită diviziunii rapide, celulele poliploide le vor îndepărta pe cele normale. Așa se dezvoltă multe forme de cancer. Distrugerea fusului mitotic poate fi cauzată de radiații, acțiunea unui număr de substanțe chimice - mutageni.

Mutațiile genomice din lumea animală și vegetală sunt diverse, dar doar 3 tipuri de mutații genomice au fost găsite la om: tetraploidie, triploidie și aneuploidie. Totodată, dintre toate variantele de aneuploidie se găsesc doar trisomii autozomale, polisomii pentru cromozomi sexuali (tri-, tetra- și pentasomii), iar din monosomie se găsește doar monosomia-X.

Mutații genetice - o schimbare în structura unei gene. Aceasta este o modificare a secvenței de nucleotide: abandon, inserție, înlocuire etc. De exemplu, înlocuirea a cu m. Cauze - încălcări în timpul dublării (replicării) ADN-ului

Mutațiile genelor sunt modificări moleculare ale structurii ADN-ului care nu sunt vizibile la microscop cu lumină. Mutațiile genelor includ orice modificări ale structurii moleculare a ADN-ului, indiferent de locația lor și impactul asupra viabilității. Unele mutații nu au niciun efect asupra structurii și funcției proteinei corespunzătoare. O altă (cea mai mare) parte a mutațiilor genelor duce la sinteza unei proteine ​​defecte care nu își poate îndeplini funcția corectă. Mutațiile genetice sunt cele care determină dezvoltarea celor mai multe forme ereditare de patologie.

Cele mai frecvente boli monogenice la om sunt: ​​fibroza chistică, hemocromatoza, sindromul adrenogenital, fenilcetonuria, neurofibromatoza, miopatiile Duchenne-Becker și o serie de alte boli. Clinic, se manifestă prin semne de tulburări metabolice (metabolism) în organism. Mutația poate fi:

1) într-o substituție de bază într-un codon, acesta este așa-numitul mutație missens(din engleză, mis - fals, incorect + lat. sensus - sens) - o substituție de nucleotide în partea codificatoare a genei, care duce la o substituție de aminoacizi în polipeptidă;

2) într-o astfel de schimbare a codonilor, care va duce la oprirea citirii informațiilor, aceasta este așa-numita mutație aiurea(din latină non - no + sensus - sens) - o înlocuire a nucleotidelor în partea codificatoare a genei duce la formarea unui codon terminator (codon stop) și la terminarea translației;

3) o încălcare a informațiilor de citire, o schimbare a cadrului de citire, numită deplasarea cadrului(din cadrul englezesc - frame + shift: - deplasare, mișcare), când modificările moleculare ale ADN-ului duc la o modificare a tripleților în timpul translației lanțului polipeptidic.

Sunt cunoscute și alte tipuri de mutații genetice. În funcție de tipul de modificări moleculare, există:

Divizia(din lat. deletio - distrugere), când are loc o pierdere a unui segment de ADN variind ca mărime de la o nucleotidă la o genă;

dublari(din lat. duplicatio - dublare), i.e. duplicarea sau re-duplicarea unui segment de ADN de la o nucleotidă la gene întregi;

inversiuni(din lat. inversio - intoarcere), i.e. o rotire de 180° a unui segment de ADN care variază în dimensiune de la două nucleotide la un fragment care include mai multe gene;

inserții(din lat. insertio - atasament), i.e. inserarea de fragmente de ADN cu dimensiuni variind de la o nucleotidă la întreaga genă.

Modificările moleculare care afectează una până la mai multe nucleotide sunt considerate mutații punctuale.

Fundamental și distinctiv pentru o mutație genetică este că 1) duce la o schimbare a informațiilor genetice, 2) poate fi transmisă de la o generație la alta.

O anumită parte a mutațiilor genelor poate fi clasificată ca mutații neutre, deoarece nu duc la nicio modificare a fenotipului. De exemplu, din cauza degenerării codului genetic, același aminoacid poate fi codificat de două triplete care diferă doar într-o singură bază. Pe de altă parte, aceeași genă se poate schimba (muta) în mai multe stări diferite.

De exemplu, gena care controlează grupa sanguină a sistemului AB0. are trei alele: 0, A și B, a căror combinație determină 4 grupe sanguine. Grupa sanguină AB0 este un exemplu clasic de variabilitate genetică a trăsăturilor umane normale.

Mutațiile genetice sunt cele care determină dezvoltarea majorității formelor ereditare de patologie. Bolile cauzate de astfel de mutații sunt numite boli genice sau monogenice, adică boli, a căror dezvoltare este determinată de o mutație a unei gene.

Mutații genomice și cromozomiale

Mutațiile genomice și cromozomiale sunt cauzele bolilor cromozomiale. Mutațiile genomice includ aneuploidie și modificări ale ploidiei cromozomilor nemodificați structural. Detectat prin metode citogenetice.

aneuploidie- modificarea (scăderea - monosomie, creșterea - trisomia) a numărului de cromozomi din setul diploid, nu multiplu al celui haploid (2n + 1, 2n - 1 etc.).

Poliploidie- o creștere a numărului de seturi de cromozomi, un multiplu al celui haploid (3n, 4n, 5n etc.).

La om, poliploidia, precum și majoritatea aneuploidiilor, sunt mutații letale.

Cele mai frecvente mutații genomice includ:

trisomie- prezența a trei cromozomi omologi în cariotip (de exemplu, pentru perechea a 21-a, cu sindromul Down, pentru a 18-a pereche pentru sindromul Edwards, pentru a 13-a pereche pentru sindromul Patau; pentru cromozomii sexuali: XXX, XXY, XYY);

monosomie- prezenta doar a unuia dintre cei doi cromozomi omologi. Cu monosomie pentru oricare dintre autozomi, dezvoltarea normală a embrionului este imposibilă. Singura monosomie la om care este compatibilă cu viața - monosomia pe cromozomul X - duce (la sindromul Shereshevsky-Turner (45, X0).

Motivul care duce la aneuploidie este nedisjuncția cromozomilor în timpul diviziunii celulare în timpul formării celulelor germinale sau pierderea cromozomilor ca urmare a întârzierii anafazei, când unul dintre cromozomii omologi poate rămâne în urmă cu toți ceilalți cromozomi neomologi în timpul mișcare către stâlp. Termenul „nedisjuncție” înseamnă absența separării cromozomilor sau cromatidelor în meioză sau mitoză. Pierderea cromozomilor poate duce la mozaicism, în care există un e uploid linie celulară (normală) și cealaltă monosomic.

Nedisjuncția cromozomală este observată cel mai frecvent în timpul meiozei. Cromozomii, care se divid în mod normal în timpul meiozei, rămân atașați împreună și se deplasează la un pol al celulei în anafază. Astfel, apar doi gameți, dintre care unul are un cromozom în plus, iar celălalt nu are acest cromozom. Când un gamet cu un set normal de cromozomi este fertilizat de un gamet cu un cromozom suplimentar, apare trisomia (adică există trei cromozomi omologi în celulă), când un gamet fără un cromozom este fertilizat, apare un zigot cu monosomie. Dacă se formează un zigot monozomal pe orice cromozom autozomal (non-sexual), atunci dezvoltarea organismului se oprește în primele etape de dezvoltare.

Mutații cromozomiale- Acestea sunt modificări structurale ale cromozomilor individuali, de obicei vizibile la microscop cu lumină. Un număr mare (de la zeci la câteva sute) de gene este implicat într-o mutație cromozomială, ceea ce duce la o modificare a setului diploid normal. Deși aberațiile cromozomiale, în general, nu modifică secvența ADN în anumite gene, modificarea numărului de copii ale genelor din genom duce la un dezechilibru genetic din cauza lipsei sau excesului de material genetic. Există două grupe mari de mutații cromozomiale: intracromozomiale și intercromozomiale.

Mutațiile intracromozomiale sunt aberații în interiorul unui cromozom. Acestea includ:

—stergeri(din lat. deletio - distrugere) - pierderea uneia dintre secțiunile cromozomului, intern sau terminal. Acest lucru poate duce la o încălcare a embriogenezei și formarea de anomalii multiple de dezvoltare (de exemplu, diviziunea în regiunea brațului scurt al cromozomului 5, desemnat ca 5p-, duce la subdezvoltarea laringelui, defecte cardiace, retard mintal) . Acest complex de simptome este cunoscut sub numele de sindromul „plânsul pisicii”, deoarece la copiii bolnavi, din cauza unei anomalii a laringelui, plânsul seamănă cu miaunatul unei pisici;

—inversiuni(din lat. inversio - răsturnarea). Ca urmare a două puncte de rupere ale cromozomului, fragmentul rezultat este introdus în locul său inițial după ce se rotește cu 180°. Ca urmare, doar ordinea genelor este încălcată;

— dublari(din Lat duplicatio - dublare) - dublarea (sau multiplicarea) oricărei părți a cromozomului (de exemplu, trisomia de-a lungul unuia dintre brațele scurte ale cromozomului al 9-lea provoacă defecte multiple, inclusiv microcefalie, întârzierea dezvoltării fizice, mentale și intelectuale).

Scheme ale celor mai frecvente aberații cromozomiale:
Diviziune: 1 - terminal; 2 - interstițial. Inversiuni: 1 - pericentric (cu captarea centromerului); 2 - paracentric (în cadrul unui braț de cromozom)

Mutații intercromozomiale sau mutații de rearanjare- schimb de fragmente între cromozomi neomologi. Astfel de mutații sunt numite translocații (din latină tgans - pentru, prin + locus - loc). Acest:

Translocarea reciprocă, când doi cromozomi își schimbă fragmentele;

Translocarea nereciprocă, când un fragment dintr-un cromozom este transportat la altul;

- fuziune "centrica" ​​(translocatie robertsoniana) - legatura a doi cromozomi acrocentrici in regiunea centromerilor lor cu pierderea bratelor scurte.

Cu o ruptură transversală a cromatidelor prin centromeri, cromatidele „surori” devin brațe „oglindă” a doi cromozomi diferiți care conțin aceleași seturi de gene. Astfel de cromozomi se numesc izocromozomi. Atât aberațiile și izocromozomii intracromozomiali (deleții, inversiuni și duplicări) cât și intercromozomiale (translocații) sunt asociate cu modificări fizice ale structurii cromozomilor, inclusiv cu rupturi mecanice.

Patologia ereditară ca urmare a variabilității ereditare

Prezența caracteristicilor comune ale speciilor face posibilă unirea tuturor oamenilor de pe pământ într-o singură specie de Homo sapiens. Cu toate acestea, scoatem cu ușurință, dintr-o singură privire, chipul unei persoane pe care o cunoaștem într-o mulțime de străini. Diversitatea extraordinară a oamenilor, atât în ​​cadrul unui grup (de exemplu, diversitatea în cadrul unui grup etnic), cât și între grupuri, se datorează diferenței lor genetice. Acum se crede că toată variabilitatea intraspecifică se datorează diferitelor genotipuri care apar și sunt menținute prin selecție naturală.

Se știe că genomul haploid uman conține 3,3x10 9 perechi de resturi de nucleotide, ceea ce permite teoretic să existe până la 6-10 milioane de gene. În același timp, datele studiilor moderne indică faptul că genomul uman conține aproximativ 30-40 de mii de gene. Aproximativ o treime din toate genele au mai mult de o alele, adică sunt polimorfe.

Conceptul de polimorfism ereditar a fost formulat de E. Ford în 1940 pentru a explica existența a două sau mai multe forme distincte într-o populație, când frecvența celor mai rare dintre ele nu poate fi explicată doar prin evenimente mutaționale. Deoarece mutația genei este un eveniment rar (1x10 6), frecvența alelei mutante, care este mai mare de 1%, poate fi explicată doar prin acumularea sa treptată în populație datorită avantajelor selective ale purtătorilor acestei mutații.

Multiplicitatea locilor de scindare, multiplicitatea alelelor din fiecare dintre ele, împreună cu fenomenul de recombinare, creează o diversitate genetică inepuizabilă a omului. Calculele arată că în întreaga istorie a omenirii nu a existat, nu există și în viitorul apropiat nu va exista o repetiție genetică pe glob, adică. fiecare persoană născută este un fenomen unic în univers. Unicitatea constituției genetice determină în mare măsură caracteristicile dezvoltării bolii la fiecare persoană în parte.

Omenirea a evoluat ca grupuri de populații izolate care trăiesc mult timp în aceleași condiții de mediu, inclusiv caracteristici climatice și geografice, alimentație, agenți patogeni, tradiții culturale etc. Aceasta a condus la fixarea în populație a unor combinații specifice de alele normale pentru fiecare dintre ele, cele mai adecvate condițiilor de mediu. În legătură cu extinderea treptată a habitatului, migrații intensive, strămutarea popoarelor, apar situații când combinațiile de gene normale specifice care sunt utile în anumite condiții în alte condiții nu asigură funcționarea optimă a unor sisteme corporale. Acest lucru duce la faptul că o parte din variabilitatea ereditară, datorită unei combinații nefavorabile de gene umane nepatologice, devine baza pentru dezvoltarea așa-numitelor boli cu predispoziție ereditară.

În plus, la om, ca ființă socială, selecția naturală a decurs de-a lungul timpului sub forme din ce în ce mai specifice, care au extins și diversitatea ereditară. Ceea ce putea fi dat deoparte la animale a fost păstrat sau, dimpotrivă, ceea ce animalele salvate s-a pierdut. Astfel, satisfacerea deplină a nevoilor de vitamina C a condus în procesul de evoluție la pierderea genei L-gulonodactonei oxidazei, care catalizează sinteza acidului ascorbic. În procesul de evoluție, umanitatea a dobândit și semne nedorite care sunt direct legate de patologie. De exemplu, la om, în proces de evoluție, au apărut gene care determină sensibilitatea la toxina difterice sau la virusul poliomielitei.

Astfel, la om, ca la orice altă specie biologică, nu există o linie clară între variabilitatea ereditară, care duce la variații normale ale trăsăturilor, și variabilitatea ereditară, care provoacă apariția bolilor ereditare. Omul, devenind o specie biologică de Homo sapiens, parcă ar fi plătit pentru „rezonabilitatea” speciei sale prin acumularea de mutații patologice. Această poziție stă la baza unuia dintre principalele concepte ale geneticii medicale despre acumularea evolutivă a mutațiilor patologice în populațiile umane.

Variabilitatea ereditară a populațiilor umane, atât menținută, cât și redusă prin selecția naturală, formează așa-numita încărcătură genetică.

Unele mutații patologice pot persista și se pot răspândi în populații o perioadă îndelungată istoric, provocând așa-numita încărcătură genetică de segregare; alte mutații patologice apar în fiecare generație ca urmare a noilor modificări ale structurii ereditare, creând o încărcătură de mutații.

Efectul negativ al încărcăturii genetice se manifestă prin creșterea mortalității (moartea gameților, zigoților, embrionilor și copiilor), scăderea fertilității (reducerea reproducerii descendenților), speranța de viață redusă, dezadaptarea socială și dizabilitate și, de asemenea, provoacă o nevoie crescută de îngrijiri medicale. îngrijire.

Geneticistul englez J. Hodden a fost primul care a atras atenția cercetătorilor asupra existenței unei încărcături genetice, deși termenul în sine a fost propus de G. Meller încă la sfârșitul anilor 40. Sensul conceptului de „încărcare genetică” este asociat cu un grad ridicat de variabilitate genetică necesar unei specii biologice pentru a se putea adapta la condițiile de mediu în schimbare.

O anumită secvență de ADN stochează informații ereditare care se pot schimba (distorsiona) în timpul vieții. Astfel de modificări se numesc mutații. Există mai multe tipuri de mutații care afectează diferite părți ale materialului genetic.

Definiție

Mutațiile sunt modificări ale genomului care sunt moștenite. Genomul este o colecție de cromozomi haploizi inerenti unei specii. Procesul de apariție și fixare a mutațiilor se numește mutageneză. Termenul „mutație” a fost introdus de Hugh de Vries la începutul secolului al XX-lea.

Orez. 1. Hugo de Vries.

Mutațiile apar sub influența factorilor de mediu.
Ele pot fi de două tipuri:

• util;
• dăunătoare.

Mutațiile benefice promovează selecția naturală, dezvoltarea adaptărilor la un mediu în schimbare și, ca urmare, apariția unei noi specii. Rar văzut. Mai des, mutațiile dăunătoare se acumulează în genotip, care sunt respinse în cursul selecției naturale.

Datorită apariției, se disting două tipuri de mutații:

• spontan - apar spontan pe tot parcursul vieții, au adesea un caracter neutru - nu afectează viața individului și a urmașilor acestuia;
• induse - apar in conditii de mediu nefavorabile - radiatii radioactive, expunere chimica, influenta virusurilor.

Celulele nervoase din creierul uman acumulează aproximativ 2,4 mii de mutații pe parcursul vieții. Cu toate acestea, mutațiile afectează rareori regiunile vitale ale ADN-ului.

feluri

Modificări apar în anumite zone ale ADN-ului. În funcție de amploarea mutațiilor și de localizarea acestora, se disting mai multe tipuri. Descrierea lor este dată în tabelul cu tipuri de mutații.

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

Vedere	Caracteristică	Exemple
	Modificări de o singură genă. Nucleotidele care alcătuiesc gena pot „cădea”, pot schimba locurile, pot înlocui A cu T. Motivele sunt erorile de replicare a ADN-ului	seceră, fenilcetonurie
Cromozomiale	Afectează secțiuni de cromozomi sau cromozomi întregi, schimbă structura, forma. Apare la încrucișarea - încrucișarea cromozomilor omologi. Există mai multe tipuri de mutații cromozomiale: Deleție - pierderea unei secțiuni a unui cromozom; Duplicare - dublarea regiunii cromozomiale; Defishensi - pierderea secțiunii terminale a cromozomului; Inversare - rotația regiunii cromozomului cu 180 ° (dacă conține un centromer - inversiune pericentrică, nu conține - paracentric); Inserție - inserarea unei regiuni cromozomiale suplimentare; Translocarea este deplasarea unui segment al unui cromozom într-o altă locație. Speciile pot fi combinate	Sindromul plânsului pisicii, boala Prader-Willi, boala Wolff-Hirschhorn - există o întârziere în dezvoltarea fizică și mentală
genomic	Asociat cu o modificare a numărului de cromozomi din genom. Apare adesea atunci când axul este aliniat eronat în timpul meiozei. Ca urmare, cromozomii sunt distribuiți incorect între celulele fiice: o celulă dobândește de două ori mai mulți cromozomi decât a doua. În funcție de numărul de cromozomi dintr-o celulă, există: Poliploidie - un număr multiplu, dar incorect de cromozomi (de exemplu, 24 în loc de 12); Aneuploidie - număr multiplu de cromozomi (unul în plus sau lipsă)	Poliploidie: o creștere a volumului culturilor - porumb, grâu. Aneuploidie la om: sindromul Down - un cromozom 47 suplimentar
Citoplasmatic	Încălcări ale ADN-ului mitocondriilor sau plastidelor. Mutațiile din mitocondriile materne ale celulei germinale sunt periculoase. Astfel de tulburări duc la boli mitocondriale.	Diabetul zaharat mitocondrial, sindromul Leigh (leziuni ale SNC), tulburări de vedere
Somatic	Mutații în celulele non-sexuale. Ele nu sunt moștenite în timpul reproducerii sexuale. Poate fi transmis prin înmugurire și înmulțire vegetativă	Aspectul unei pete întunecate pe lâna unei oaie, ochii parțial colorați ai Drosophilei

Orez. 2. Anemia falcioasă.

Principala sursă de acumulare a mutațiilor într-o celulă este replicarea ADN incorectă, uneori eronată. Cu următoarea dublare, eroarea poate fi corectată. Dacă eroarea se repetă și afectează secțiuni importante ale ADN-ului, mutația este moștenită.

Orez. 3. Încălcarea replicării ADN-ului.

Ce am învățat?

Din lecția de clasa a X-a am învățat ce sunt mutațiile. Modificările ADN-ului pot afecta gena, cromozomii, genomul, se manifestă în celule somatice, plastide sau mitocondrii. Mutațiile se acumulează de-a lungul vieții și pot fi moștenite. Majoritatea mutațiilor sunt neutre - nu se reflectă în fenotip. Rareori există mutații benefice care ajută la adaptarea la mediu și sunt moștenite. Mai des se manifestă mutații dăunătoare, care implică boli și tulburări de dezvoltare.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.1. Evaluări totale primite: 195.