Лекция - Изменчивость

Подождите немного. Документ загружается.

n Закономерности изменчивости и ее механизмы

o Мутагенные факторы и мутагенез

p Классификация мутаций

q Устойчивость и репарация наследственного материала

r Биологические основы канцерогенеза

c Изменчивость - свойство организмов приобретать в процессе

онтогенеза признаки отличия от родительских форм.

Фенотипическая (модификационная) изменчивость - изменения

фенотипа под действием факторов внешней среды без изменения струк-

туры генотипа.

Свойства модификаций:

• не наследуются;

• носят приспособительный (адаптивный) характер;

• определенны (изменения, возникающих в организме под действием

фактора среды, направлены и предсказуемы);

• степень изменения признака под действием факторов среды за-

висит от продолжительности и силы его действия;

• носят групповой характер.

Фенокопии - явление, когда ненаследственная изменчивость копи-

рует наследственную изменчивость. Например, гидроцефалия у ребенка,

родившегося от матери заболевшей во время беременности токсоплаз-

мозом, проявляется так же как и больного с синдромом Дауна.

Генотипическая изменчивость изменение фенотипа, связанные с

изменением структуры генетического материала.

Комбинативная изменчивость – появление новых признаков у по-

томства, вследствие возникновения новых комбинаций генов их родите-

лей. Появление голубоглазого ребенка у кареглазых родителей.

Механизмы комбинативной изменчивости:

• кроссинговер (профаза мейоза I);

• независимое расхождение хромосом в анафазу мейоза I;

• независимое расхождение хроматид в анафазу мейоза II;

• случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Мутационная изменчивость (мутация) – внезапное, скачкообразное

и устойчивое изменение структуры генетического материала, передаю-

щееся по наследству.

Свойства мутаций:

• возникают внезапно, скачкообразно;

• наследуются;

• ненаправленны (неопределенны), т. е. под действием одного

фактора может мутировать любой ген;

• в основном, являются вредными для организма;

• индивидуальны;

• являются материалом для действия естественного отбора;

• постоянны.

Генокопии - одинаковое фенотипическое проявление мутаций раз-

ных генов. Пример генокопий - различные виды гемофилии, связанные с

недостаточностью VIII и IX факторов свертывающей системы (гемофилия

А и В).

d Процесс образования мутаций называется мутагенезом, а фак-

торы, вызывающие мутации – мутагенами.

Мутагены Механизмы действия

I. Физические мутагены:

Ионизирующее излуче-

ние:

R −, α −, β −, γ − лучи

Нарушение синтеза и репликации ДНК. Прямое по-

вреждение генов и хромосом. Радиолиз воды с об-

разованием свободных радикалов. Разрушение

митотического аппарата клетки и теломер хромо-

сом.

УФЛ

Образование тиминовых димеров на одной це-

почке ДНК.

II. Химические мутагены:

Кофеин, аминоурацил,

меркаптопурин

Подавление синтеза азотистых оснований.

Аналоги азотистых ос-

нований

Включаются в ДНК вместо азотистых оснований.

Иприт, формальдегид,

фенол, диметилсульфат

Вступают в реакцию алкилирования ДНК (присое-

динение групп – СН

и С

к нуклеотидам).

Азотистая кислота, мар-

ганец, перекиси

Дезаминирование азотистых оснований (группа

заменяется О).

III. Биологические мутагены:

Вирусы

Бактерии

Гельминты (кошачий со-

сальщик, трихинелла,

власоглав, аскарида).

Трансдукция фрагмента вирусной НК в ДНК чело-

века. Нарушение кроссинговера и расхождения

хромосом и хроматид. Нарушение целостности

хроматид в S-периоде интерфазы. Продукты мета-

болизма разрушают структуру теломер.

e Классификация мутаций.

По причинам их вызвавшим:

¾ спонтанные (самопроизвольные) – происходят под действием

естественных факторов внешней среды без вмешательства человека.

¾ индуцированные - результат направленного воздействия мута-

генных факторов (в 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов получили мута-

ции у дрожжей под действием ионизирующей радиации).

По мутировавшим клеткам:

¾ генеративные – происходят в гаметах, передаются по наслед-

ству при половом размножении и проявляются у дочернего организма;

¾ соматические – происходят в соматических клетках, передаются

по наследству только при вегетативном размножении и проявляются у ро-

дительского и дочернего организмов.

По исходу для организма мутации бывают:

¾ летальные (несовместимы с жизнью);

¾ полулетальные (снижают жизнеспособность организма);

¾ нейтральные (не влияют на жизнедеятельность);

¾ положительные (повышают жизнеспособность).

По изменениям генетического материала:

1. Геномные мутации - изменения числа хромосом. Обнаруживаются

цитогенетическими методами.

Полиплоидия - кратное гаплоидному набору увеличение числа

хромоcом (3n, 4n, 5n, ...). Полиплоидия используется в селекции растений

и приводит к повышению урожайности. У млекопитающих и человека это

летальные мутации.

Гаплоидия (1n) - одинарный набор хромосом, например, у трутней

пчел. Жизнеспособность гаплоидов снижается, так как у них проявляются

все имеющиеся рецессивные гены. Для млекопитающих и человека - ле-

тальная мутация.

Анеуплоидия - некратное гаплоидному уменьшение или увеличение

числа хромосом (2n±1, 2n±2, и т. д.).

¾ трисомия - 3 гомологичных хромосомы в кариотипе (2n+1):

¾ моносомия – в 2n наборе - 1 из пары гомологичных хромосом.

¾ нулисомия - отсутствие пары хромосом в кариотипе.

2. Хромосомные мутации (аберрации) - изменения структуры хро-

мосом (выявляются цитогенетическим методом).

К внутрихромосомным мутациям относятся перестройки внутри

одной хромосомы.

Норма

(исходная форма)

Инверсия Дупликация Делеция (нехватка)

среднего

участка

терминального

участка

¾ делеция (нехватка) - выпадение части хромосомы (делеция уча-

стка короткого плеча 5-ой хромосомы у человека (5p-) - синдром кошачьего

крика). При делеции обоих плеч хромо-

сомы (удаляются теломеры) наблюдает-

ся замыкание оставшейся структуры в

кольцо - кольцевые хромосомы. При вы-

падении центромерного участка образу-

ются децентрические хромосомы.

¾ дупликация - удвоение участка хромосомы. Результатом дуп-

ликации во II хромосоме дрозофилы может служить появление полоско-

видных глаз.

¾ инверсия - отрыв участка хромосомы, поворот его на 180

прикрепление к месту отрыва. При этом наблюдается нарушение порядка

расположения генов.

Делеции и дупликации проявляются фенотипически всегда, так как

изменяется набор генов и наблюдаются частичные моносомии при нехват-

ках и частичные трисомии - при дупликациях.

Межхромосомные мутации происходят между

негомологичными хромосомами.

Транслокация - обмен сегментами между него-

мологичными хромосомами. Различают транслока-

ции:

Исходные

хромосомы:

После

транслокации:

¾ реципрокные (2 хромосомы обмениваются

сегментами);

¾ нереципрокные (сегменты одной хромосомы

переносятся в другую);

¾ робертсоновские (две акроцентрические хро-

мосомы соединяются своими центромерными района-

ми).

Исходные

хромосомы:

После

транслокации:

Инверсии и транслокации фенотипически прояв-

ляются не всегда; они могут

быть сбалансированны-

ми, когда не происходит ни увеличения, ни уменьше-

ния генетического материала и сохраняется общий ба-

ланс генов в геноме.

сходные

ромосомы:

После

транслокации