Изменчивость.
Это свойство живых систем и их компонентов существовать в различных вариантах.
Выделяют следующии варианты изменчивости:
1. генотипическая изменчивость. В этом случае изменение генотипа приводит к имзменению фенотипических признаков
2. эпигеномная изменчивость. Изменеие фенотипа проходит без имзменения генотипа и основано на изменении регуляции действия гена. Эпигиномная изменчивость является механизмом деференцировки клеток у многоклеточных
3. модификационная изменчивость. Проходит без изменения генотипа под действием факторов внешней среды.
Делится на два крупных варианта:
1. комбинативная изменчивость – это изменчивость в основе которой лежат кроссинговер, произвольная ориентация бивалентов в метофазе 1, вероятностный характер оплодотворения.
определение кроссинговера, история открытия (анализирующие скрещивание на дрозофилах) рисунок метофазы 1, объяснить вероятностный характер оплодотворения.
2. мутационная изменчивость. Мутации – это качественные изменения генетического материала. Термин мутации был впервые введен в 1902-1903 тремя учеными Гуго де Фрец, Корренс и Черман.
Существует много классификаций мутаций:
1. по месту их прохождения. В этом случае мутации делят на соматические мутации, проявляются у родителей ввиде новообразований, могут передаваться по наследству только в случае вегетативного размножения. Для человека характерно вегетативное размножение только как патология, это появление однояйцевых близнецов. Генеративные мутации проходят в половых клетках и всегда передаются по наследству.
2. мутации можно классифицировать по их влиянию на жизнеспособность
o витальные мутации не оказывают влияние на жизнеспособность
o супервитальные они способствуют повышению жизнеспособности, примером является гетерозоготы по серповидноклеточной анемии
o полулетальные мутации снижение жизнеспособности, например альбинизм, синдром Дауна
o летальные мутации несовместимы с жизнью синдром Патау, синдром Эдвардца.
3. мутации можно классифицировать по масштабу генетических структур, которые затрагиваются входе мутации
· генные мутации – изменение структуры гена
· хромосомные мутации изменение структуры хромосом
· геномная мутация это изменение количества информосом в нуклеоме.
Генные мутации.
Изменение структуры гена – это изменение числа нуклеотидов, либо изменение последовательности нуклеотидов. Такие мутации могут возникать спонтанно или могут быть вызваны ошибками "трех R ": репликация, рекомбинация (кроссинговер, произвольная ориентация бивалентов в метофазе 1), репарация.
Наименьшие изменения структуры гена касаются изменения только в одной паре нуклеотидов, так называемые точковые мутации. При мутациях пуриновые нуклеотиды могут менятся на пуриновые, а перемидиновые на перемединовые, такие мутации называются транзиции. Входе мутации меняются пуриновые на перемединовые и наоборот такие муьтации называются трансверзии. Возможно три варианта точковых мутаций:
1. замена
2. выпадение
3. вставка
последствия замены:
не происходит изменения в порлипептидной цепи (вырожденность генетического кода). Такие мутации не ведут к изменению жизнеспособности и называются сейнсис мутации. Может измениться первичная структура белка на одну аминокислоту (спецефичность генетического кода). Последствия такой замены различны, т.е. это либо миссенс мутации, когда белок функционирует плохо.
Первичная структура белка может стать короче из-за появления нонсенс кодона, нонсенс мутации, прекращается синтез белка.
Белок может удлиниться, если замена произойдет в нонсенс кодане. Белок может стать короче из-за изменения кадона инициации.
Последствия вставки или выпадения более серьезны:
Меняется структура полипептида с места выпадения или вставки (неперекрываемость и непрерывность генетического кода) из-за сдвина рамки считывания
С большой вероятностью появляется нонсенс кодон и синтез белка прекращается.
Генные мутации являются одной из причин возникновения новых аллелей и поэтому являются причиной множественного аллелизма. С этой точки зрения они бывают доминантными или рецессивными в ряде случаев генные мутации ведут к фенотипическим изменениям и к появлению различных наследственных заболеваний (полидактилия, дальтонизм, серповидно клеточная анемия, различные формы сахарного диабета, витамин Д независимый рахит).
Спонтанные генные мутации являются ошибками "трех R ". Существуют индуцируемые мутации, которые вызваны действиями физикохимичеких агентов на ДНК. Частота спонтанных мутаций 10-6, индуцируемых 10-3 (тяжелые металлы, ультрафиолет, подавляющие большинство лекарственных препаратов). Если такие мутации произошли в генеративных клетках, то они передаются потомству, если в соматических, то возможно формирование раковой опухоли. Поэтому большинство мутагенов является канцерогенов. В клетках существует механизмы исправления генетических повреждений и восстановления нормальной структуры ДНК. Такие механизмы получили название репарации.
Репарации.
Существуют несколько вариантов репарации:
1. темновая репарация
2. пострепликативная репарация
темновая репарация происходит в темноте и связана с вырезанием патологичного участка ДНК ферментом экзонуклеазой, затем брешь достраивается β-ДНК-полимеразой по правилу комплиментарности, окончательное сшивание цепи ДНК осуществляется лигазой, это ферментативный процесс, который идет с затратой АТФ. У человека существуют патологии при которых данный вид репарации не работает, в результате возникает заболевание пигментная ксеродерма (вид рака кожи).
Пострепликативная проходит в том случае, если не срабатывают механизмы темновой репорации, проходит после репликации, когда синтезируется патологичная ДНК.
Если не включается механизм репарации, то патологичные ДНК расщепляются. Механизмы пострепликативной репарации основаны на внутригенном кроссинговере.
В первой молекуле по нашему рисунку брешь достраивается β-ДНК-полимеразой и включается лигаза. Вторая молекула подвергается темновой репорации. Если патологична пострепликативная репарация, то возникает пигментная ксеродерма.
Хромосомные мутации.
Это изменения структуры хромосом. Выделяют два варианта:
1. внутрихромосомные мутации (перестройки, обберации) касаются структуры одной хромосомы, либо пары гомологичных хромосом
2. межхромосомные мутации затрагивают структуру двух и более негомологичных хромосом.
К внутрихромосомным мутациям относятся:
1. делеция
2. дуплекация
3. инверсия
4. транспозиции
5. образование кольцевых хромосом.
Делеция или нехватка заключается в выпадении какого-либо участка хромосом.
Дуплекация – это удвоение какого-либо участка ДНК, возможны триплекации, тетропликации и т.д.
Инверсия – это поворот участка хромосом на 1800.
Транспозиция – это перемещение участка хромосом.
Образование кольцевых хромосом – в этом случае слипаются концы хромосом, образуя кольцо. При репликации возможно разрушение кольцевых хромосом.
Последствия дилеции и дуплекации.
наиболее опасны последствия дилеции. Причем важно какие гены выпали, домашнего хозяйства или гены роскоши. Последствия по дилеции как правило несовместимы с жизнью. У гетерозигот по дилеции наблюдаются тяжелые последствия связанные с нарушением баланса генов. У дрозофилы существует делеция "ночь", которая заключается в возникновении вырезки на крыле. У человека известна дилеция по пятой паре хромосом, которое происходит в коротком плече хромосомы. отставание в физическом и умственном развитие погибают в первые годы жизни. характерно изменение гортани, при котором новорожденный издает специфический крик, синдром кошачьего крика.
Последствия дупликации обычно более мягкие, чем последствия дилеции. Однако нарушается баланс генов, что отражается на фенотипе. У дрозофилы известна дуплекация Bar, которая приводит к уменьшению фасеток в глазах. у гетерозигот число фасеток в глазах небольшое, у гомозигот число фасеток резко уменьшается, возникает полосковидный глаз.