Принципы классификации мутаций

Генные мутации: виды, причины и примеры

Принципы классификации мутаций

Определённая последовательность ДНК хранит наследственную информацию, которая может меняться (искажаться) в течение жизни. Такие изменения называются мутациями. Существует несколько видов мутаций, затрагивающих разные участки генетического материала.

Виды мутаций

Генные мутации. Изменения одного гена. Нуклеотиды, составляющие ген, могут «выпадать», меняться местами, заменять А на Т. Причинами становятся ошибки репликации ДНК.

Хромосомные мутации. Затрагивают участки хромосом или целые хромосомы, меняют структуру, форму. Происходят при кроссинговере – перекрёсте гомологичных хромосом. Существует несколько видов хромосомных мутаций:

  • делеция – потеря участка хромосомы;
  • дупликация – удвоение хромосомного участка;
  • дефишенси – потеря концевого участка хромосомы;
  • инверсия – поворот хромосомного участка на 180° (если содержит центромеру – перицентрическая инверсия, не содержит – парацентрическая);
  • инсерция – вставка лишнего хромосомного участка;
  • транслокация – перемещение участка хромосомы на другое место

Геномные мутации. Связаны с изменением числа хромосом внутри генома. Часто происходят при ошибочном выстраивании веретена деления в мейозе. В результате хромосомы неправильно распределяются по дочерним клеткам: одна клетка приобретает в два раза больше хромосом, чем вторая. В зависимости от количества хромосом в клетке различают:

  • полиплоидию – кратное, но неправильное количество хромосом (например, 24 вместо 12);
  • анеуплоидию – некратное количество хромосом (одна лишняя или недостающая).

Цитоплазматические. Нарушения в ДНК митохондрий или пластид. Опасными являются мутации в материнской митохондрии половой клетки. Такие нарушения приводят к митохондриальным заболеваниям

Соматические мутации. Мутации в неполовых клетках. По наследству при половом размножении не передаются. Могут передаваться при почковании и вегетативном размножении.

Причины возникновения мутаций

По причинам возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации.

  • Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций; следовательно, существуют гены-мутаторы и гены-антимутаторы. В то же время, частота спонтанных мутаций зависит и от состояния клетки (организма). Например, в условиях стресса частота мутаций может повышаться.
  • Индуцированные мутации возникают под действием мутагенов.

Мутагены

Мутагены – это разнообразные факторы, которые повышают частоту мутаций. Различают несколько классов мутагенов:

  • Физические мутагены: ионизирующие излучения, тепловое излучение, ультрафиолетовое излучение.
  • Химические мутагены: аналоги азотистых оснований (например, 5-бромурацил), альдегиды, нитриты, метилирующие агенты, гидроксиламин, ионы тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и средства защиты растений.
  • Биологические мутагены: чистая ДНК, вирусы, антивирусные вакцины.
  • Аутомутагены – промежуточные продукты обмена веществ (интермедиаты). Например, этиловый спирт сам по себе мутагеном не является. Однако в организме человека он окисляется до ацетальдегида, а это вещество уже является мутагеном.

Примеры генных мутаций у людей

  1. Прогерия. Прогерией принято считать одним из самых редких генетических дефектов. Проявляется данная мутация в преждевременном старении организма. Большая часть больных погибает, не достигнув тринадцатилетнего возраста, и немногим удается сохранить жизнь до двадцати лет. Данная болезнь развивает инсульты и болезни сердца, и именно поэтому, чаще всего, причиной смерти является сердечный приступ или инсульт.
  2. Синдром на Юнера Тана (СЮТ). Данный синдром специфичен тем, что подверженные ему передвигаются на четвереньках. Обычно люди СЮТ используют самую простую, примитивную речь и страдают врожденной мозговой недостаточностью.
  3. Гипертрихоз. Так же имеет название “синдром оборотня” или же — ”синдром Абрамса”. Данное явление прослеживается и документируется со времен Средневековья. Люди, подверженные гипертрихозу отличаются количеством волос на теле, превышающим нормы, особенно это распространяется на лицо, уши и плечи.
  4. Тяжелый комбинированный иммунодефицит. Подверженные данному заболеванию уже при рождении лишены эффективной иммунной системы, которой обладает среднестатистический человек. Дэвид Веттер, благодаря которому в 1976 году данная болезнь получила известность, скончался в возрасте тринадцати лет, после неудачной попытки хирургического вмешательства с целью укрепления иммунитета.
  5. Синдром Марфана. Заболевание встречается довольно часто, и сопровождается непропорциональному развитию конечностей, чрезмерной подвижностью суставов. Гораздо реже встречается отклонение выраженное срастанием ребер, следствием чего является или выпирание, или западание грудной клетки. Частой проблемой подверженных донному синдрому является искривление позвоночника.

Источник: https://rew-med.info/gennye-mutacii-vidy-prichiny-i-primery/

Мутации в биологии – причины появления, классификация и роль в эволюции

Принципы классификации мутаций

Геномы животных и человека относительно стабильны, что сохраняет видовую структуру и возможность нормального развития. Для поддержания этого процесса в клетках работают репарационные системы, они исправляют нарушения в цепи ДНК.

Но если бы изменения вообще не могли сохраняться, то живые организмы не приспособились бы к новым условиям обитания. Процесс эволюции остановился бы. Большое значение для создания должного уровня наследственной изменчивости имеют мутации.

Термин впервые встречается в работе де Фриза «Мутационная теория». В этом труде ученый выявил прерывистые скачкообразные изменения в цепи ДНК. Он выделил основные особенности мутации:

  • формы константы;
  • возможность вторичного возникновения;
  • разделение на полезные и вредные;
  • зависимость от количества исследованных видов.

Основа мутации — это изменения ДНК или хромосомы, передающиеся по наследству. Изменчивость универсальна — она наблюдается у животных, людей, растений, бактерий, вирусов.

Существует два типа мутаций — индуцированные и спонтанные.

В первом случае изменения возникают из-за наследственности, а у предков они появлялись из-за неблагоприятных условий окружающей среды или в результате экспериментов.

Спонтанные зарождаются самопроизвольно в течение всей жизни даже при нормальных условиях обитания. Они встречаются с довольно маленькой частотой на нуклеотид за клеточную генерацию.

Связь с процессами в ДНК

Мутации возникают периодически из-за процессов, которые осуществляются в клетках живых организмов. Основные из них:

  • репликация;
  • рекомбинация;
  • репарация.

При репликации происходят спонтанные изменения нуклеотидов. К примеру, при дезаминировании цитониза в структуру ДНК напротив гуанина включается урацил, то есть вместо канонической пары Ц-Г образуется У-Г. В новую цепь добавляется аденин, появляется У-А, а после следующей репликации — Т-А. В этом случае наблюдается транзиция — так называют точечную замену одного пиримидина или пурина другим.

Если мутация связана с рекомбинацией, то она образована на основе неравного кроссинговера. Это происходит только в тех случаях, когда хромосома содержит сразу несколько дуплицированных генных копий, которые сохранили похожую нуклеотидную последовательность. В итоге в одной рекомбинантной хромосоме происходит делеция, а в другой — дупликация.

Часто можно встретить спонтанные повреждения цепи ДНК. Их можно устранить путем удаления ошибочного участка и внедрения на его место нового, правильного. Мутации проявляются, когда репарационный механизм не может справиться с повреждениями или просто не работает.

Если нарушения появились в генах, которые генерируют белки, то они приводят к увеличению или снижению числа других мутирующих частиц.

Модели мутагенеза

Ученые пытаются обосновать природу и особенности появления мутаций. Сегодня в исследованиях используется полимеразная модель, но есть и иные виды.

Характеристика основной модели базируется на единственной причине образования отклонений — случайных ошибках ДНК-полимеразы. Биологи Уотсон и Крик предложили еще одну модель — таутомерную.

Они считали мутацию обыкновенным физико-химическим явлением.

Полимеразную модель впервые выстроил Бреслер. Он предположил, что единственная причина мутаций — это ошибки ДНК-полимераз. В цепи они иногда встраивают напротив фотодимеров некомплементарные нуклеотиды. На основе этих утверждений было создано А-правило. Оно звучит так: ДНК-полимераза добавляет аденины напротив поврежденных участков.

Таутомерная модель основывается на работах других ученых. По мнению Крика и Уотсона, основания ДНК-структуры при неблагоприятных условиях переходят в неканонические виды, которые изменяют характер их спаривания.

Кристаллы нуклеиновых кислот ученые облучали ультрафиолетом и выявили редкие таутомерные соединения цитозина.

Этот опыт повторялся неоднократно, но все же аргументы и эксперименты Уотсона с Криком многие биологи ставили под сомнение.

Ученый Полтев вместе с другими авторами определил ещё одну модель мутагенеза. Он выявил молекулярный механизм, позволяющий распознать пары оснований нуклеиновых кислот с помощью полимеразы. В итоге выяснилось, что отклонения в ДНК вызваны дезаминированием 5-метилцитозином, а это приводит к транзиции от цитозина к тимину.

Принятая классификация

По разным параметрам выделяют определенные классификации мутаций. Ученый Меллер выделял их по особенностям изменения генов на аморфные, гипоморфные и антиморфные. При первых синтезируется меньше белка, вторые характеризуются полной потерей генной функции, а при третьих изменяется признак отклонения. Но современная классификация отличается. Мутации бывают разными:

  • геномными;
  • хромосомными;
  • генными.

Геномные делятся на полиплоидизацию, то есть образование клеток с двумя и более наборами хромосом, и анеуплоидию — изменение их количества.

При хромосомных мутациях перестраиваются отдельные участки цепи.

Тогда можно наблюдать потерю или удвоение генов, изменение сегментов в структурной таблице ДНК, перенос части генетического материала с одной клетки на другую. Иногда объединяются целые хромосомы.

На генном уровне изменения не так заметны, как при других видах мутации, но встречаются такие отклонения чаще. Обычно происходят делеции, вставки или замены нуклеотидов, дупликации и инверсии других частей цепи. Если изменяется только одна составляющая, то говорят о точечном виде. По характеру действия гена мутанта выделяют еще три вида отклонений:

  • физиологические;
  • морфологические;
  • биохимические.

Первый тип понижает жизнеспособность организма, приводит к серьезным болезням и даже к летальному исходу. Примерами можно назвать гемофилию у человека, дыхательные функции у дрожжей, хлорофилльные мутации у растений.

Морфологические отклонения заставляют изменяться органы, затормаживают рост. В результате получаются карликовые растения и коротконогие животные, люди с брахидактилией. Биохимические мутации нарушают синтез веществ из-за отсутствия необходимого фермента. Организмы, страдающие от этого вида, могут жить только в той среде, где есть подобное вещество.

Также разделяют мутации в биологии и медицине на соматические и генеративные. Первые не наследуются организмами, поэтому не имеют никакой ценности для эволюции. Вторые начинают появляться на этапе развития клеток половой системы. Чем раньше они разовьются, тем больше вероятность того, что отклонения передадутся потомству.

Практически все мутации являются рецессивными. Нарушения в ДНК считаются вредными, а подобный характер позволяет им сохраняться в гетерозиготном состоянии. Проявляются они только в случаях, когда благотворно влияют на организм.

Последствия для организма

Обычно мутации отрицательно сказываются на многоклеточном организме. Они приводят к отмиранию клеток — апоптозу. Если внутренние и внешние защитные механизмы не смогли обнаружить отклонение, то ген получат все потомки, что полностью изменит функционирование пораженных частей.

Мутации в соматических клетках часто приводят к образованию злокачественных опухолей. Так возникают фибромы, наросты на мягких тканях, онкология. Нарушения в половых структурах вызывают изменения у организмов-потомков.

Если условия проживания стабильны или изменяются практически незаметно, то у большинства существ генотип стремится к оптимальному уровню. Мутации в этом случае нарушают функции организма, снижают его иммунитет и способность приспосабливаться к новой окружающей среде. Но в редких случаях свойства отклонений оказываются полезными — они позволяют человеку или животному быстрее адаптироваться.

Роль в эволюции

Мутация считается хорошим фактором при эволюционном отборе. Если условия существенно изменились, то вредные ранее отклонения могут стать полезными.

При изучении березовых пядениц в Англии XIX века ученые обнаружили меланистов — темноокрашенных бабочек. Такую расцветку они приобрели из-за мутации гена.

Светлые крылья позволяют им прятаться на стволах деревьев, покрытых лишайниками.

Из-за развития промышленности и выбросов загрязнений в атмосферу березки покрылись копотью и стали темными. Мутировавшие бабочки легко прятались на их стволах от птиц, ведь в районах, над которыми держится смог, хищники активно выедали светлых пядениц.

Если мутация касается пассивных структур ДНК, то в фенотипе она не проявляется. Но ее можно обнаружить с помощью генного анализа. Так как отклонения обычно происходят по естественным причинам, то, согласно исследованиям, их частота должна быть почти постоянной.

Это используется при анализе филогении, с помощью которой изучают родственные связи таксонов живых организмов. Мутации в «молчащих» генах используются в качестве молекулярных часов.

Организация этой теории исходит из того, что отклонения ДНК в большинстве нейтральны, а накапливаются они независимо от естественного отбора. Изменения в течение длительного времени остаются постоянными.

Значительная роль, какую играют мутации в процессе эволюции, заключается в том, какие именно клетки ДНК-структуры они поражают. Оказывают свое влияние на этот процесс и условия окружающей среды.

Источник: https://nauka.club/biologiya/mutatsii.html

Виды мутаций классификация, мутагенные факторы (Таблица, схема)

Принципы классификации мутаций

Мутации — это внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению признаков организма. Основы учения о мутациях заложены Г. де Фризом в 1901г. и оформлены затем в мутационную теорию.

Мутации характеризуются рядом свойств:

— возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходных форм;

— мутации — изменения качественные и, в отличие от ненаследственных изменений, не образуют непрерывных рядов и не группируются вокруг среднего значения;

— возникают ненаправленно — под влиянием одного и того же мутагенного фактора может мутировать любая часть структуры, несущей генетическую информацию, приводя тем самым к изменению самых разнообразных признаков;

— сходные мутации могут возникать неоднократно;

— мутации передаются из поколения в поколение.

Мутационная изменчивость — тип наследственной изменчивости, обусловленной появлением различных изменений в структуре генов, хромосом или генома. Фенотипически мутации проявляются только тогда, когда становятся гомозиготными.

Мутагенные факторы

Вид фактора

Определение

Мутагенные факторы

ФИЗИЧЕСКИЕ

Физические мутагены составляют высокоэнергетичные частицы крайне малой величины, из-за чего они обладают высокой способностью глубоко проникать в ткани и вызывать молекулярные нарушения.

— ионизирующее излучение;

— рентгеновские лучи;

— УФО;

— α; —β; —γ — лучи;

— температура и другие.

ХИМИЧЕСКИЕ

Химические мутагены должны обладать следующими свойствами: 1 – высокой проникающей способностью; 2 – свойством изменять коллоидное состояние хромосом и 3 – определенным действием на изменение гена или хромосомы.

Делятся на 9 классов:

1 — алкилирующие соединения;

2 — пероксиды;

3 — альдегиды;

4 — азотистая кислота;

5 — соли тяжелых металлов;

6 — гидроксиламины;

7 — антиметаболиты, в том числе аналоги оснований ДНК;

8 — красители, обладающие основными свойствами;

9 — ряддр. веществ, преимущественно ароматического ряда (канцерогены, алкалоиды, некоторые лекарственные вещества, гербициды, инсектициды и др.)

БИОЛОГИЧЕСКИЕ

Биологические мутагены – это, главным образом, вирусы, вызывающие наследственные изменения генетического материала у прокариот и эукариот.

— Вирусы

— Токсины плесневых грибов и бактерий

Таблица виды мутаций, классификация

Виды мутаций, классификация

Характеристика, примеры, описание

Генные

Генная, или точечная, мутация происходит в одиночном локусе хромосомы, чаще всего путем делеции, добавления или замещения нуклеотидного основания. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия, кистозный фиброз.

1.  Генные дупликации — удвоение пары или нескольких пар нуклеотидов (удвоение пары Г—Ц).

2.  Генные инсерции — вставка пары или нескольких пар нуклеотидов (вставка пары Г—Ц между А—Т и Т—А).

3.  Генные делеции — выпадение нуклеотидов (выпадение комплементарной пары Т—А между А—Т и Г—Ц).

4.  Генные инверсии — перестановка фрагмента гена (во фрагменте исходная последовательность нуклеотидов Т—А, Г—Ц заменяется на обратную Г—Ц, Т—А).

5.  Замены нуклеотидов — замена пары нуклеотидов на другую; при этом общее число нуклеотидов не меняется (замена Т—А на Ц—Г). Один из наиболее частых типов мутаций.

Хромосомные

Изменением структуры хромосомы считается изменение значительной ее части. Например, одна из форм лейкемии связана с транслокацией части 8-й хромосомы на 14-ю. В эти изменения могут быть вовлечены как участки одной хромосомы, так и участки разных, негомологичных хромосом, поэтому хромосомные мутации (перестройки) подразделяются на внутри- и межхромосомные.

А. Внутрихромосомные мутации

1. Хромосомные дупликации — удвоение участка хромосомы.

2. Хромосомные делеции — утрата хромосомой какого-либо участка.

3. Хромосомные инверсии — разрыв хромосомы, переворачивание оторвавшегося участка на 180° и встраивание его на прежнее место.

Б. Межхромосомные мутации

1. Транслокация — обмен участками между негомологичными хромосомами (в мейозе).

2. Транспозиция — включение участка хромосомы в другую, негомологичную хромосому без взаимного обмена.

Геномные

Геномные мутации — изменение числа хромосом. Они могут быть вызваны нерасхождением хромосом при мейозе, что приводит к появлению у гамет нового набора хромосом. Геномные мутанты могут быть представлены гаплоидами (с вдвое меньшим числом хромосом), анеуплоидами (с лишней или недостающей хромосомой), полиплоидами (с кратным увеличением наборов хромосом).

Анеуплоидия (обычно потеря или приобретение одной хромосомы) возникает в результате нерасхождения хромосом в анафазе мейоза. Наиболее известными примерами являются синдром Дауна (лишняя 21-я хромосома), синдром Кляйнфельтера (мужчины с лишней Х-хромосомой) и синдром Тернера (женщины без второй Х-хромосомы).

Полиплоидия (наличие дополнительных полных наборов хромосом) возникает чаще всего, когда одна или обе сливающиеся гаметы диплоидны при оплодотворении формируется полиплоид. У животных это встречается редко, но среди растений есть много важных примеров полиплоидии; в частности, бананы – триплоиды, тетраплоидные томаты крупнее и содержат больше витамина С.

Гаплоидия — уменьшение числа хромосом вдвое. Такой организм (гаплоид) имеет в соматических клетках гаплоидный набор хромосом. Поскольку он имеет лишь по одной хромосоме из каждой гомологичной пары, то в его фенотипе проявляются все имеющиеся рецессивные аллели.

Рецессивные 

Большинство мутаций рецессивно, и проявиться они могут только в гомозиготном состоянии. Вероятность такого события мала, поэтому рецессивные мутации долгое время накапливаются в популяции в скрытом виде.

Доминантные

Доминантные мутации проявляются сразу и подвергаются действию естественного отбора (полезные сохраняются, вредные убираются).

Промежуточные

— 

Гипоморфные

Гипоморфные мутации — группа мутаций по характеру их проявления. Действуют в том же направлении, что и нормальный аллель, но дают несколько ослабленный эффект. Например, у дрозофилы окраска глаз при мутации значительно бледнее. 

Аморфные

Группа мутаций по характеру их проявления в фенотипе. Неактивны в отношении типичного эффекта нормального аллеля. Например, ген альбинизма полностью тормозит образование пигмента у животных или хлорофилла у растений. 

Антиморфные

Это группа мутаций по характеру их проявления в фенотипе. Оказывают действие, противоположное действию нормального аллеля. Так, у кукурузы исходный аллель дает пурпурную окраску семян, а мутантный — вызывает образование бурого пигмента. 

Неоморфные

Это группа мутаций, нетипичных по характеру их проявления в фенотипе. Их действие совершенно отлично от действия исходного нормального аллеля. 

Спонтанные мутации

Возникают в естественных условиях обитания организма. Считается, что на их появление не оказывается никакого воздействия извне, они всегда неожиданны и непредсказуемы и действительные причины таких мутаций во многом остаются неизвестными.

Индуцированные мутации

Возникают под воздействием внешних факторов. Такие факторы называются мутагенными, или мутагенами. В зависимости от природы их делят на физические, химические и биологические.

Генеративные

Генеративные мутации возникают в первичных половых клетках или в гаметах, передаются по наследству при половом размножении (например, гемофилия, синдром Дауна у человека).

Соматические

Соматические мутации возникают в любых клетках, кроме гамет. Они затрагивают часть организма (например, разная окраска лепестков в одном цветке, разный цвет глаз у человека и животных). 

Биохимические

Мутации, изменяющие или полностью блокирующие синтез определенных веществ в организме. Наиболее хорошо они изучены у микроорганизмов.

Физиологические

Мутации вызывают изменения физиологических процессов. Типичный пример – мутация, вызывающая у мышей «вальсирующие» движения.

Морфологические

Связаны с изменением в строении органов, тканей или отдельных структур клетки. К ним относятся: коротконогость у крупного рогатого скота и овец; безглазость и бескрылость у насекомых; 

Летальные

Это мутация, вызывающая гибель содержащего её организма. Доминантная летальная мутация губительна для всех (как гомозигот, так и гетерозигот), а рецессивная летальная мутация — только для гомозигот.

Вредные

Вредные мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Могут быть полулетальными и летальными. 

Нейтральные

Нейтральные мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови). 

Полезные

Полезные мутации – мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам), в конечном итоге, повышают приспособленность особей.

Значение мутации

Мутации, так же как и рекомбинации, дают новые состояния генотипов. Однако, в отличие от последних, мутации приводят к образованию новых аллелей и даже генов.

Следовательно, они являются причиной любого качественного изменения генофонда, что, согласно теории эволюции, определяет микро- и макроэволюционные процессы.

Для хозяйственной деятельности человека мутации (особенно индуцированные) важны в качестве метода, позволяющего получить разнообразие племенного материала с последующим отбором наиболее ценных форм. 

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Биология: Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы/ Т.Л.Богданова —М.: 2012.

3. Весь курс школьной программы в схемах и таблицах: биология /-СПб.:Тригон,2007.

Источник: https://infotables.ru/biologiya/75-obshchaya-biologiya/1170-klassifikatsiya-mutatsij

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: