Генетичні мутації - Генетичні помилки Анатомія та фізіологія
На генетичний матеріал можна впливати та модифікувати його впливом факторів навколишнього середовища. Більшість змін, що вносять фактори навколишнього середовища в генетичний матеріал, можуть бути скасовані шляхом відновлення ДНК. Однак деякі мутації є постійними, дія факторів навколишнього середовища не може бути заблокована механізмами генетичного відновлення, і генетичні мутації виникають із впливом на риси людини та спосіб передачі генетичної інформації від одного покоління до іншого.
мутація - це геном, завдяки якому відбуваються зміни в структурі та функціях генетичного матеріалу під дією факторів, що називаються мутагени. мутагенез це процес, при якому відбуваються мутації.
Мутація успадковується від одного покоління до наступного.
Класифікація мутацій
Геномні мутації
поліплоїдія
анеуплоїдія
Хромосома в парі гомологічних хромосом може бути відсутнім або подвоєною, тому анеуплоїдія означає зміну кількості хромосом (на одну або дві) плюс-мінус. Може впливати або на аутосоми, тобто пари 1-22 (аутосомні анеуплоїди), або –XX або –XY гоносоми (гетеросомні анеуплоїди).
Анеуплоїдія означає неточне множення числа хромосом в ядрі клітини. Кожна нормальна соматична клітина піддається явищу біпарентальної дизомії (2n) через те, що вона має 23 пари хромосом, кожна пара має хромосому материнського походження та хромосому батьківського походження.
Варіанти анеуплоїдії:
Нулісомія являє собою відсутність обох хромосом у відповідній парі (2n-2), а у людини є несумісним із нормальним життям та розвитком.
моносомія являє собою відсутність однієї хромосоми в парі (2n-1). Усі моносомії людини, крім тих, що стосуються статевих хромосом, є летальними. Прикладом гоносомної моносомії є синдром Тернера (X моносомія).
трисомія являє собою наявність зайвої хромосоми в парі (2n + 1). Це одна з причин викидня, але існують трисомії, сумісні з постнатальним життям. Існують також множинні трисомії (2n + 1 + 1 + 1). Найпоширенішими аутосомними трисоміями є: синдром Дауна, синдром Патау, синдром Едвардса, а найпоширенішими гоносомними трисоміями є: синдром Triplo-X та синдром Клайнфельтера.
Фенотипічні ефекти аутосомної трисомії є більш серйозними, ніж ефекти гоносомної трисомії.
Тетрасомія (2n + 2) і пентасомія (2n + 3) дуже рідкісні і зазвичай включають статеві хромосоми.
Анеуплоїдія може бути:
- Заповнення: відсутня ціла хромосома або в каріотипі людини є ціла надмірна хромосома
- частково: у парі гомологічних хромосом відсутні або перевищують лише хромосомні сегменти певного розміру.
- однорідні: всі клітини в організмі мають однаковий тип анеуплоїдії.
- У мозаїці: в тому ж організмі нормальні клітинні лінії співіснують з анеуплоїдними клітинними лініями, будь то аутосомні або гоносомні.
Найбільш поширеною причиною анеуплоїдії є нездатність відокремлювати гомологічні хромосоми під час мітозу або мейозу або невідділення сестринських хроматид під час анафази.
Хромосомна мозаїка
Химера
Химерна особина - це та особина, яка має суміш різних хромосомних клітинних ліній та похідних різних зигот. Вони виникають під час внутрішньоутробного розвитку внаслідок клітинних обмінів, що відбуваються між двояйцевими близнюками.
Хромосомні мутації
видалення
Дублікатори
інверсія
транслокація
Уявляє структурну перебудову, що відбувається після перенесення хромосомних сегментів між негомологічними хромосомами. Зазвичай негомологічні хромосоми не зазнають процесу схрещування, обмін фрагментами відбувається лише між гомологами. Щоб відбулася транслокація та відбувся обмін генетичним матеріалом, обидві задіяні хромосоми повинні зазнати принаймні одного розриву на одному з плечей. Коли відбувається збалансована транслокація, фенотип-носій не змінюється, оскільки генетичний матеріал не втрачається через обмін хромосомними сегментами. Незважаючи на те, що це не впливає на фенотип носія, збалансована транслокація впливає на розмноження, оскільки може призвести до генетично незбалансованих гамет, які запліднюються нормальними гаметами, що призводить до аберантних зигот. Тому фенотип потомства зазнає серйозних змін.
Кільцева хромосома
Ізокромозомул
Дицентричні хромосоми
Вони мають два центромери. Інактивація однієї з двох центромер зазвичай відбувається при нормальній міграції цієї хромосоми протягом клітинного циклу. Однак, якщо обидва центромери існують і активні, вони будуть мігрувати до протилежних полюсів клітини під час поділу, будучи з'єднаними між собою хроматиновим містком. Це призводить до хромосомних аномалій носія та потомства.
Генні мутації
Це мутації, які впливають на послідовність нуклеотидів або кодонів у структурі гена. Ці мутації можуть впливати на ген цілком або лише на певні пари нуклеотидів. Їх наслідки різноманітні. Мутації в структурних генах призводять до синтезу нових білків, які структурно і функціонально відрізняються від білків, що визначаються нормальними варіантами цих генів. Мутації в регуляторних генах змінюють активність структурних генів і можуть якісно змінити щойно синтезовані білки. Мутантні гени можуть передаватися нащадкам і виникають різні захворювання.
Мутація може відбуватися в будь-якому місці гена, але було помічено, що існують певні ділянки гена з підвищеною сприйнятливістю до мутацій, які були названі "Гарячі точки". Вони виникають внаслідок типу присутньої азотистої основи, загальною модифікуючою базою цих ділянок є 5-метилтіцитозин, що продукується дією метилази, ферменту, який додає метильну групу до піримідинової основи, званої цитозином. Метилювання визначає можливість заміни пари G-C на пару A-T.
Мутації, що утворюються в гені, можуть бути:
- німий їх фенотиповий ефект не є очевидним
- нейтральні заміни: являє собою заміну амінокислоти в структурі білка, продукованого мутантним геном, але це заміщення не впливає на фенотипову активність гена
- прямі мутації ефект якого інактивує ген, дозволяючи мутантному алелю самовиразитися з появою фенотипових змін.
Фенотипові ефекти генних мутацій можуть бути:
- поява морфологічних аномалій окремого носія
- погіршуючи синтез білків, порушуючи клітинну активність, в якій вони беруть участь
- спадкові метаболічні захворювання
Генні мутації є аутосомно або алосома і спадковий метаболічний. приклади:
Аутосомні генні захворювання: синдактилія, полідактилія, прогнатизм, альбінізм, серповидноклітинна анемія.
Гетеросомні генетичні захворювання: гемофілія, дальтонізм, м’язова дистрофія Дюшенна.
Спадкові метаболічні захворювання: гемоглобінопатії, ензимопатії, фенілкетонурія, альбінізм.
Мутації ДНК
Мутації, що відбуваються в структурі ДНК, можуть бути спонтанний або індуковані. Спонтанні мутації трапляються досить рідко і базуються на таких причинах: помилки в реплікації ДНК, спонтанні ураження, що впливають на структуру азотистих основ і вставки транспонсуються елементів у структуру ДНК.
Індуковані мутації виникають, коли організм піддається впливу зовнішнього мутагенного агента, що має більшу частоту, ніж спонтанні.
Типи мутацій ДНК:
1. Перехід - пуринова або піримідинова основа замінюється відповідно іншою пуриновою або піримідиновою основою
2. Переклад являє собою заміну пуринової основи піримідиновою основою або навпаки
3. Видалення - фрагмент полінуклеотиду із клітинної структури ДНК вирізають із модифікацією та зміною безперервності подвійної спіралі. Їх можна загубити від дуже дрібних фрагментів до тисяч пар нуклеотидів.
4. Дублювання - фрагмент нуклеотиду в молекулі ДНК подвоюється за рахунок подовження відповідного сегмента ДНК та зміни структури та безперервності подвійної спіралі.
5. Посилення являє собою тандемне множення послідовності ДНК, яка зазвичай є унікальною. Отже, розширення цієї послідовності відбувається в хромосомній ДНК.
6. Додавання або вставка являє собою появу додаткових нуклеотидів у структурі ДНК
Наслідки структурних змін ДНК такі:
- тиха мутація: модифікований кодон кодує ту саму амінокислоту, яку кодує до того, як відбудеться мутація
- нейтральна мутація: мутантні кодони кодують різні, але функціонально еквівалентні амінокислоти з амінокислотами, утвореними до мутації, тому функція клітини не змінюється кардинально
- мутація зі зміненим значенням: модифікований кодон кодує іншу і нефункціональну амінокислоту
- безглузда мутація: мутантний кодон кодує сигнал припинення синтезу поліпептидного ланцюга, приймаючи функцію кодону STOP. Отже, білок відрізняється від нормального із модифікованою функцією, що призводить до модифікації функції клітини, в якій активується відповідний білок.
Ці мутації можуть спричинити синтез неактивних білків, незначних або знижених функцій білків або модифікованих білків, що, у свою чергу, змінить активність клітини, в якій вони знаходяться.