Виды мутаций. Классификация мутаций

Мутации

Мутации(от лат. mutatio - изменение), внезапные (скачкообразные) естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала (генома), приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Различают генеративные мутации, возникающие в половых клетках и передающиеся по наследству, и соматические мутации, образующиеся в клетках, не участвующих в репродукции (соматических клетках).

Соматические мутации приводят к возникновению генетических мозаик, т.е. к изменению какой-то части организма, развивающейся из мутантной клетки. У растений соматические мутации переносятся потомству в том случае, если растения размножают не семенами, а соматическими частями организма (например, черенками, почками, клубнями).

Изменение генома клетки могут осуществляться тремя путями: в результате изменения числа хромосом, числа и порядка расположения генов или из-за изменения индивидуальных генов. При изменении числа хромосом (так называемые геномные мутации) может происходить утрата или приобретение одной или нескольких хромосом(анеуплоидия), либо меняться число наборов хромосом (полиплоидия). Полиплоидия играет важную роль в эволюции растений и широко используется при их селекции и выведении новых сортов. У животных полиплоидия, как правило, носит летальный характер, т.к. нарушает хромосомный механизм определения пола.

Изменение расположения генов в хромосомах (так называемые хромосомные мутации ) происходит в результате дупликации (повторения) гена, инверсии (переворота одного или несколько генов на 180°), транслокации, или транспозиции (переносе участка хромосомы, соизмеримого по длине с геном, в новое положение в той же или в другой хромосоме), а также делеции - выпадения участка генетического материала (от нескольких нуклеотидных пардо фрагментов, содержащих нескольких генов; частный случай дефишенси - нехватка генов на конце хромосомы). При транслокации ряда генов наблюдается так называемый эффект положения гена - изменение проявления активности гена при перемещении его в др. участок хромосомы. Этим объясняется, например, появление полосковидных глаз у дрозофилы.

Изменение индивидуальных генов (генные мутации ) осуществляется в результате нарушения последовательности нуклеотидных остатков в цепи ДНК данного гена. Мутации, связанные с заменой одной пары нуклеотидных остатков в ДНК, называют точковыми. Среди последних обычно принято различать: 1) простые замены (транзиции), когда происходит замена одного пуринового (пиримидинового) основания в нуклеотиде на другое пуриновое (пиримидиновое) основание (напр., А Г или Т Ц; А, Г, Т и Ц-азотистые основания, соответственно аденин, гуанин, тимин и цитозин); 2) сложные, или перекрестные замены (трансверсии), когда пуриновое основание замещается на пиримидиновое и обратно (напр., А Ц, А Т, Г Ц, Г Т). При простых заменах в двойной спирали ДНК комплементарная пара А и Т замещается на пару Г и Ц, и обратно. При сложных заменах пара Г и Ц замещается на пару Ц и Г или Т и А, а пара А и Т-на пару Т и А или Ц и Г. Кроме замен, в ДНК могут происходить выпадения (делеции) или вставки одного или нескл. нуклеотидных остатков. В этом случае возникают т. наз. мутации со сдвигом рамки.

Изменения в последовательности ДНК приводят к изменению нуклеотидной последовательности в матричной РНК (мРНК; синтезируется на ДНК-матрице при транскрипции), что приводит к изменению в последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи белковой молекулы, определяемой данным геном. Если в результате точковой мутации в полипептидной цепи происходит замена одного остатка аминокислоты на другой, то имеет место т. наз. миссенс-мутации, или мутации с изменением смысла. Если мутации в ДНК приводит к образованию кодона-терминатора (и соотв. кодона-терминатора в мРНК, сигнализирующего об окончании трансляции, т.е. синтеза белковой молекулы на РНК-матрице), то процесс трансляции в данной точке останавливается. Подобная мутации носит назв. нонсенс-мутации или бессмысленной и, как правило, сопровождается полным выключением функции фермента. При миссенс-мутации не всякая замена аминокислотного остатка отражается на функциональной активности белка. Примером серьезных последствий для организма миссенс-мутации может служить наследственная болезнь у человека - серповидноклеточная.

При мутации со сдвигом рамки, начиная с кодона, в котором потерян или приобретен нуклеотид, вся последующая аминокислотная последовательность белка при трансляции полностью меняется, что приводит к полному выключению функции фермента.

Если в результате мутации возникает мутантный фенотип (совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития), отличный от исходного "дикого" (наиболее распространенного в природе), то мутацию называют прямой. В тех случаях, когда благодаря мутации исходный дикий фенотип организма восстанавливается (полностью или частично), то мутацию называют обратной или реверсией. Различают истинные реверсии, когда в результате повторной мутации исходная последовательность цепи ДНК восстанавливается, и супрессорные мутации, которые локализованы в другом месте генома, но тем или иным образом компенсируют дефект, обусловленный исходной мутации. Наибольший интерес в этом классе мутаций представляют так называемые супрессоры нонсенс-мутации. Молекулярная природа подобных обратных мутации состоит в мутации гена, определяющего синтез транспортной РНК (тРНК). В этом случае в тРНК меняется последовательность нуклеотидных остатков в антикодоне [участок молекулы тРНК, состоящий из трех нуклеотидов и узнающий соответствующий ему участок из трех нуклеотидов (кодон) в молекуле мРНК] таким образом, что он приобретает способность взаимодействовать ("узнавать") с кодоном-терминатором (или нонсенс-кодоном). Благодаря этому нонсенс-кодон прочитывается как значащий, т.е. в соответствующем месте полипептидной цепи устанавливается аминокислота, и синтез белка продолжается.

По происхождению мутации можно разделить на две группы: спонтанные и индуцированные. При индуцированном мутагенезе (искусственное получение мутации) мутации возникают в результате воздействия на организм мутагенов. Один из ключевых ферментов, определяющих частоту спонтанных мутации - ДНК-полимераза (катализирует синтез ДНК из нуклеотидов на ДНК-матрице). Частота неправильных включений нуклеотидов при репликации (самовоспроизведении) ДНК с использованием этого фермента из различных источников (микроорганизмы, дрожжи, клетки млекопитающих) достигает довольно высоких значений-10 ^-4 (отношение числа мутированных нуклеотидных звеньев к общему числу мономерных звеньев ДНК). Однако в клетке существует специальная система коррекции, а также различные системы репарации (восстановление нативной структуры) ДНК, которые понижают эту величину до 10^-9,

Значительную роль в спонтанной мутации играют специфические мигрирующие генетические элементы. Частота мутации с их участием составляет у простейших организмов (бактерий, дрожжей) около 10^-5 на поколение, а при определенных условиях может значительно увеличиваться. В результате встраивания подобных элементов в гены может нарушаться их активность, изменяться система регуляции и т.п.

Осн. доля всех мутации в природе обусловлена генными мутации Они вызывают разнообразные изменения признаков. Большинство из мутации вредны для организмов (могут вызывать уродство и даже гибель). Очень редко возникают мутации, улучшающие свойства организма. Эти мутации дают основной материал для естественного и искусственного отбора, являясь необходимым условием эволюции в природе и селекции полезных форм растений, животных и микроорганизмов. Частота спонтанных мутаций у каждого вида генетически обусловлена и поддерживается на оптимальном уровне.

Основные представления о мутации впервые получили развитие в работах X. Де Фриза (1901), а в дальнейшем (1925-1928) в работах Г. Мёллера, Л. Стадлера, Г. Надсона, Г. С. Филиппова и др. в связи с исследованием мутагенного действия радиоактивности, рентгеновских и УФ лучей. Механизмы мутации на молекулярном уровне стали выясняться с середины 20 века в связи с открытием двойной спирали ДНК Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953).

Виды мутаций. Классификация мутаций.

Спонтанные мутациивозникают под влиянием естественных мутагенов экзо-или эндогенного происхождения, без специального (целенаправленного) вмешательства человека. Спонтанные мутации возникают, например, в результате действия химических веществ, образующихся в процессе метаболизма; воздействия естественного фона радиации или УФ-излучения; ошибок репликации и т.д.

Индуцированные мутации вызваны направленным воздействием факторов внешней или внутренней среды. Индуцированный мутационный процесс может быть контролируемым и неконтролируемым.
- Контролируемые мутации возникают, например, в эксперименте с целью изучения механизмов мутагенеза и/или его последствий.
- Неконтролируемые мутации, например, при случайном выбросе радиоактивных элементов в среду обитания.

Виды мутаций. Классификация мутаций.

Поиск по сайту: