В основе этой изменчивости лежат мутации. Основная причина воз-никновения новых признаков и свойств у живых организмов – это проявление мутаций. Мутации – это изменения генотипа, происходящие под влиянием факторов внешней или внутренней среды.
Мутациями называются внезапные, стойкие, ненаправленные, скачко-образные изменения хромосом или единиц наследственности – генов, влеку-щие за собой изменения наследственных признаков.
Классификации мутаций
1. Мутации по механизму возникновения 
2. Мутации по характеру проявления
3. Мутации по месту возникновения
4. Мутации по адаптивному значению
5. Мутации по месту локализации в клетке
6. Мутации по характеру изменения фенотипа
7. Мутации по характеру изменения гена
8. Мутации по уровню их возникновения или характеру изменений в генотипе
Генные мутации (точковые) представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям ге-нов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка (синонимичная замена). Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию (несинонимичная замена). Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии.
Мутация может заключаться:
1) в замене основания в кодоне, это так называемая миссенс-мутация (от англ. “mis” – ложный, неправильный + лат. “sensus” – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в полипептиде
2) 2) в таком изменении кодонов, которое приведет к остановке считыва-ния информации, это так называемая нонсенс-мутация (от лат. “non” – нет + “sensus” – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции
3) в нарушении считывания информации, сдвиге рамки считывания, называемом фреймшифтом (от англ. “frame” – рамка + “shift” – сдвиг, пере-мещение), когда молекулярные изменения ДНК приводят к изменению три-плетов в процессе трансляции полипептидной цепи;
4) в замене нуклеотидов (рис. 28): транзиции – мутация, обусловлен-ная заменой одного пуринового основания на другое или пиримидинового на другое пиримидиновое; трансверсия (от лат. “transversus” – повернутый в сторону, отведенный) – мутация, обусловленная заменой пуринового основа-ния (аденин, тимин) на пиримидиновое (гуанин, цитозин) и наоборот. В от-личие от транзиций, трансверсии иногда называют сложными или перекрест-ными заменами, т. к. происходит изменение ориентации пурин – пиримидин в мутантном сайте двуцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты.
Известны и другие типы генных мутаций.
По типу молекулярных изменений выделяют:
1) делеции (от лат. “deletio” – уничтожение), когда происходит утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до гена;
2) дупликации (от лат. “duplicatio” – удвоение), т.е. удвоение или повторное дублирование сегмента ДНК от одного нуклеотида до целых генов;
3) инверсии (от лат. “inversio” – перевертывание), т. е. поворот на 180° сегмента ДНК размерами от двух нуклеотидов до фрагмента, включающего несколько генов;
4) инсерции (от лат. “insertion” – прикрепление), т.е. вставка фрагментов ДНК размером от одного нуклеотида до целого гена.
Молекулярные изменения, затрагивающие от одного до нескольких нуклеотидов, рассматривают как точечную мутацию.
Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) – это структурные изменения отдельных хромосом, как правило, видимые в световом микро-скопе.
Внутрихромосомные мутации – аберрации в пределах одной хромо-сомы. К ним относятся:
- делеции (от лат. “deletio” – уничтожение) – утрата одного из участ-ков хромосомы, внутреннего или терминального
- дупликации (от лат. “duplcatio” – удвоение) – удвоение (или умноже-ние) какого-либо участка хромосомы (рис. 32). Например, дупликация по одному из коротких плеч 9-й хромосомы обусловливает множественные по-роки, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интел-лектуального развития
- инверсии (от лат. “inversio” – перевертывание). В результате двух то-чек разрывов хромосомы образовавшийся фрагмент встраивается на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается только порядок расположения генов
Межхромосомные мутации, или мутации перестройки – обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Такие мутации полу-чили название транслокации (от лат. “trans” – за, через + “locus” – место)
Выделяют несколько разновидностей транслокаций. Это:
- реципрокная транслокация, когда две хромосомы обмениваются своими фрагментами;
- нереципрокная транслокация, когда фрагмент одной хромосомы транспортируется на другую. Возможно присоединение фрагмента к своей же хромосоме, но в новом месте – транспозиция
- "центрическое" слияние (робертсоновская транслокация) – со-единение двух акроцентрических хромосом в районе их центромер с потерей коротких плеч (рис. 36). При таких мутациях не только появляются хромосо-мы с новой морфологией, но и изменяется их количество в кариотипе.
При поперечном разрыве хроматид через центромеры "сестринские" хроматиды становятся "зеркальными" плечами двух разных хромосом, со-держащих одинаковые наборы генов. Такие хромосомы называют изохромо-сомами.
Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. К геном-ным мутациям относятся анеуплоидии и изменение плоидности структурно неизмененных хромосом. Выявляются цитогенетическими методами.
Анеуплоидия – изменение числа хромосом в диплоидном наборе, не-кратное гаплоидному (2n + 1 → трисомия (увеличение), 2n ─ 1→ моносомия (уменьшение)).
Полиплоидия – увеличение числа наборов хромосом, кратное гапло-идному (2n + n).
К наиболее частым геномным мутациям относятся:
трисомия – наличие трех гомологичных хромосом в кари-отипе (например, по 21-й паре при синдроме Дауна, по 18-й паре при син-дроме Эдвардса, по 13-й паре при синдроме Патау; по половым хромосомам: XXX, XXY, XYY);
моносомия – наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная моносомия у человека, совместимая с жизнью, – моносомия по X-хромосоме – приводит к синдрому Шерешевского-Тернера (45, Х0).
Причиной, приводящей к анеуплоидии, является нерасхождение хро-мосом во время клеточного деления при образовании половых клеток или утрата хромосом в результате анафазного отставания, когда во время движе-ния к полюсу одна из гомологичных хромосом может отстать от всех других негомологичных хромосом. Термин "нерасхождение" означает отсутствие разделения хромосом или хроматид в мейозе или митозе. Утрата хромосом может приводить к мозаицизму, при котором имеется одна эуплоидная (нopмальная) клеточная линия, а другая – моносомная.
Факторы, вызывающие мутации, получили название мутагенных факторов.
Во-первых, сильнейшим мутагенным действием обладает ионизирую-щее излучение. Радиация увеличивает число мутаций в сотни раз. Во-вторых, мутации вызывают вещества, которые действуют, например, на ДНК, разрывая цепочку нуклеотидов. Есть вещества, действующие и на другие молекулы, но также дающие мутации. Например, колхицин, приводящий к одному из видов мутаций – полиплоидии. В-третьих, к мутациям приводят и различные физические воздействия, например, повышение температуры окружающей среды.
