Существует такой вид мутаций ДНК, как точковые мутации, т.е. мутации, вовлекающие отдельно взятые нуклеотиды. Точковые мутации представляют собой вставки или выпадения, а также изменения (разные типы замен одного азотистого основания на другое) пары нуклеотидов ДНК (или нуклеотида РНК). В результате мутирования возникают альтернативные формы генов (аллели) — ген становится полиморфным. Одни из этих мутаций являются вредоносными, т.е. вызывающими развитие наследуемых заболеваний, а другие — нейтральными, не вызывающими никаких существенных изменений в синтезируемых белках.
Точковые мутации можно разделить на два больших класса. К первому классу относятся те, которые связаны с заменой основания. Мутации второго класса обусловлены так называемым сдвигом рамки считывания.
ЗАМЕНА ОСНОВАНИЯ
Замена одного основания в цепи ДНК может привести к тому, что в синтезируемый белок будет встроена «неправильная» аминокислота. В результате функция белка может быть нарушена. Например, если первый кодон мРНК скопирован неправильно и вместо A UG в последовательности мРНК записана последовательность A GG, то вместо метионина будет синтезирован аргинин. Подобная замена единственной аминокислоты в цепочке сотен аминокислот, составляющих белок, может проявиться по-разному. Спектр этих проявлений — от нулевых до летальных — зависит от структуры и функции синтезируемого белка.
СДВИГ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ
Мутации, которые приводят к выпадению или вставке одного и более нуклеотидов, вызывают так называемый сдвиг рамки считывания. В среднем они более вредоносны, чем мутации замены нуклеотида. Сдвигом рамки этот тип мутаций называется потому, что в результате выпадения (или случайного добавления) одного нуклеотида изменяется считывание (трансляция) кодонов в молекуле мРНК и, начиная с точки, соответствующей положению мутации, синтезируется искаженная последовательность аминокислот.
Особенность мутаций состоит в том, что их действие может быть различным в разных организмах и фенотипические проявления одной и той же мутации у разных особей могут быть очень разнообразными. Так, обладание мутантным аллелем у одной особи может фенотипически проявиться в форме тяжелого заболевания, а у другой — в форме легкой симптоматики или даже полною ее отсутствия.
Мутации — основной источник генетического полиморфизма, т.е. наличия в популяции нескольких аллелей одного локуса. Полиморфная природа ДНК позволила разработать системы методов генетического и психогенетического анализа, которые позволяют определить и картировать целый ряд генов, вовлеченных в формирование индивидуальных различий по исследуемым поведенческим признакам.
2.3 Популяционный уровень
Генетическая популяция - один из важнейших факторов, определяющих особенности передачи по наследству различных признаков.
Популяционная генетика исследует закономерности распределения генов и генотипов в популяциях.
В медицинской практике нередко появляется необходимость установить количественные соотношения людей с различными генотипами по какому-либо аллею, включающему патологический ген, или частоту встречаемости этого гена среди населения. Расчёты ведутся в соответствии с положениями закона Харди-Вайнберга. Этот закон разработан для популяций, отвечающих следующим условиям:
-свободное скрещивание, т.е. отсутствие специального подбора пар по каким-либо отдельным признакам;
-отсутствие оттока генов за счёт отбора или миграции особей за пределы данной популяции;
-отсутствие оттока генов за счёт отбора или миграции особей в данную популяцию извне;
-равная плодовитость гомозигот и гетерозигот. Такая популяция называется равновесной.
Закон Харди-Вайнберга применим к анализу крупных популяций, где нет тенденции подбора пар с соответствующими генотипами.
Первое положение закона Харди-Вайнберга гласит: сумма частот генов одного аллеля в данной популяции есть величина постоянная. Это записывается формулой
p + q=1 где p-число доминантных генов аллеля А, q - число рецессивных генов того же аллеля а. Обе величины обычно принято выражать в долях единицы, реже - в процентах (тогда p+q=100).
Частота определённых пар генов устанавливается естественным отбором в ряде предшествовавших поколений.
Второе положение закона Харди-Вайнберга: сумма частот генотипов по одному аллелю в данной популяции есть величина постоянная, а распределение их соответствует коэффициентам бинома Ньютона второй степени. Формула для исчисления частот генотипов P2 + 2pq+ q2= 1, где p2 - число гомозиготных особей по доминантному гену (генотип АА), 2pq - число гетерозигот (генотип Аа), q2 - число гомозиготных особей по рецессивному гену (генотип аа).
Закон Харди-Вайнберга включает ещё одно важное положение: в равновесной популяции частоты генов и частоты генотипов сохраняются в ряде поколений.
Анализ популяций с позиций основных положений закона Харди-Вайнберга позволяет наглядно представить весь механизм различных форм естественного отбора, а по изменениям частот генов в ряде последовательных поколений выяснить направление изменчивости конкретной популяции.
Положение закона Харди-Вайнберга применимы и к множественным аллелям. Тогда в случае трёх аллельных генов частоты их могут быть выражены как p+q+r =1, а частоты генотипов - как p + q + r =1, а частоты генотипов - как p2 + q2 + r2 + 2 pq +2 pr + 2 qr =1