Мутации по типу замены азотистых оснований

Генные мутации: виды, причины и примеры

Мутации по типу замены азотистых оснований

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/

Генные мутации

Мутации по типу замены азотистых оснований

Виды генных мутаций:

  • Замена азотистых оснований
  • Сдвиг рамки считывания
  • Инверсия в пределах гена

Генные мутации возникаю чаще, чем хромосомные и геномные, но менее значительно меняют структуру ДНК, в основном касаются только химической структуры отдельно взятого гена.

Представляют собой замену, удаление или вставку нуклеотида, иногда нескольких.

Также к генным мутациям относятся транслокации (перенос), дупликации (повторение), инверсии (переворот на 180°) участков гена, но не хромосомы.

Генные мутации происходят при репликации ДНК, кроссинговере, возможны в остальные периоды клеточного цикла. Механизмы репарации не всегда устраняют мутации и повреждения ДНК. Кроме того сами могут служить источником генных мутаций. Например, при объединении концов разорванной хромосомы часто теряется несколько нуклеотидных пар.

Если системы репарации перестают нормально функционировать, то происходит быстрое накопление мутаций.

Если мутации возникают в генах, кодирующих ферменты репарации, то может нарушится работа одного или нескольких его механизмов, в результате чего количество мутаций сильно возрастет.

Однако иногда бывает обратный эффект, когда мутация генов ферментов репарации приводит к снижению частоты мутаций других генов.

Помимо первичных мутаций в клетках могут происходить и обратные, восстанавливающие исходный ген.

Большинство генных изменений, как и мутаций двух других видов, вредны. Появление мутаций, обусловливающих полезные признаки для определенных условий среды, происходит редко. Однако именно они делают возможным процесс эволюции.

Генные мутации затрагивают не генотип, а отдельные участки гена, что, в свою очередь, обуславливает появление нового варианта признака, т. е. аллели, а не нового признака как такового. Мутон — это элементарная единица мутационного процесса, способная приводить к появлению нового варианта признака.

Зачастую, для этого достаточно изменить одну пару нуклеотидов. С этой точки зрения мутон соответствует одной паре комплементарных нуклеотидов. С другой стороны, не все генные мутации являются мутонами с точки зрения последствий.

Если изменение нуклеотидной последовательности не влечет за собой изменения признака, то с функциональной точки зрения мутации не произошло.

Одной паре нуклеотидов соответствует и рекон — элементарная единица рекомбинации. При кроссинговере в случае нарушения рекомбинации происходит неравный обмен участками между конъюгирующими хромосомами.

В результате происходит вставка и выпадение нуклеотидных пар, что влечет сдвиг рамки считывания, в дальнейшем нарушение синтеза пептида с необходимыми свойствами.

Таким образом для искажения генетической информации достаточно одной лишней или потерянной пары нуклеотидов.

Частота спонтанных генных мутаций находится в пределах от 10-12 до 10-9 на каждый нуклеотид ДНК на каждое деление клетки. Для проведения исследований ученые подвергают клетки воздействию химических, физических и биологических мутагенов. Вызванные таким образом мутации, называются индуцированными, их частота выше.

Если происходит изменение только одного нуклеотида в ДНК, то такая мутация называется точечной. В случае мутаций по типу замены азотистых оснований одна комплементарная нуклеотидная пара молекулы ДНК заменяется в ряду циклов репликации на другую. Частота подобных происшествий составляет около 20% от общей массы всех генных мутаций.

Примером подобного является дезаминирование цитозина, в результате чего образуется урацил.

В ДНК образуется нуклеотидная пара Г-У, вместо Г-Ц. Если ошибка не будет репарирована ферментом ДНК-гликолазой, то при репликации произойдет следующее.

Цепи разойдутся, напротив гуанина будет установлен цитозин, а напротив урацила — аденин. Таким образом, одна из дочерних молекул ДНК будет содержать аномальную пару У-А.

При ее последующей репликации в одной из молекул напротив аденина будет установлен тимин. Т. е. в гене произойдет замена пары Г-Ц на А-Т.

Другим примером является дезаминирование метилированного цитозина, в результате которого образуется тимин. В последствии может возникнуть ген с парой Т-А вместо Ц-Г.

Могут быть и обратные замены: пара А-Т при определенных химических реакциях может заменяться на Ц-Г. Например, в процессе репликации к аденину может присоединиться бромурацил, который при следующей репликации присоединяет к себе гуанин. В следующем цикле гуанин свяжется с цитозином. Таким образом в гене пара А-Т заменится на Ц-Г.

Замена одного пиримидина на другой пиримидин или одного пурина на другой пурин называется транзицией. Пиримидинами являются цитозин, тимин, урацил. Пуринами — аденин и гуанин. Замена пурина на пиримидин или пиримидина на пурин называется трансверсией.

Точечная мутация может не привести ни к каким последствиям из-за вырожденности генетического кода, когда несколько кодонов-триплетов кодируют одну и ту же аминокислоту. Т. е.

в результате замены одного нуклеотида может образоваться другой кодон, но кодирующий ту же аминокислоту, что и старый. Такая замена нуклеотидов называется синонимической. Их частота около 25% от всех замен нуклеотидов.

Если же смысл кодона меняется, он начинает кодировать другую аминокислоту, то замена называется мисенс-мутацией. Их частота около 70%.

В случае мисенс-мутации при трансляции в пептид будет включена не та аминокислота, в результате чего его свойства изменятся.

От степени изменения свойств белка зависит степень изменения более сложных признаков организма. Например, при серповидно-клеточной анемии в белке заменена лишь одна аминокислота — глутамин на валин.

Если же глутамин заменяется на лизин, то свойства белка меняются не сильно, т. е. обе аминокислоты гидрофильны.

Точечная мутация может быть такой, что на месте кодирующего аминокислоту кодона возникает стоп-кодон (УАГ, УАА, УГА), прерывающий (терминирующий) трансляцию. Это нонсенс-мутации. Иногда бывают и обратные замены, когда на месте стоп-кодона возникает смысловой. При любой подобной генной мутации функциональный белок уже не может быть синтезирован.

Сдвиг рамки считывания

К генным относятся мутации обусловленные сдвигом рамки считывания, когда происходит изменение количества нуклеотидных пар в составе гена. Это может быть как выпадение, так и вставка одной или нескольких нуклеотидных пар в ДНК. Генных мутаций по типу сдвига рамки считывания больше всего. Наиболее часто они возникают в повторяющихся нуклеотидных последовательностях.

Вставка или выпадение нуклеотидных пар может произойти в следствие воздействия определенных химических веществ, которые деформируют двойную спираль ДНК.

Рентгеновское облучение может приводить к выпадению, т. е. делеции, участка с большим количеством пар нуклеотидов.

Вставки нередки при включении в нуклеотидную последовательность так называемых подвижных генетических элементов, которые могут менять свое положение.

К генным мутациям приводит неравный кроссинговер. Чаще всего он происходит в тех участках хромосом, где локализуются несколько копий одного и того же гена. При этом кроссинговер происходит так, что в одной хромосоме возникает делеция участка. Этот участок переносится на гомологичную хромосому, в которой возникает дупликация участка гена.

Если происходит делеция или вставка числа нуклеотидов не кратного трем, то рамка считывания сдвигается, и трансляция генетического кода зачастую обессмысливается. Кроме того, может возникнуть нонсенс-триплет.

Если количество вставленных или выпавших нуклеотидов кратно трем, то, можно сказать, сдвиг рамки считывания не происходит. Однако при трансляции таких генов в пептидную цепь будут включены лишние или утрачены значащие аминокислоты.

Инверсия в пределах гена

Если инверсия участка ДНК происходит внутри одного гена, то такую мутацию относят к генным. Инверсии более крупных участков относятся к хромосомным мутациям.

Инверсия происходит вследствие поворота участка ДНК на 180°. Часто это происходит при образовании петли в молекуле ДНК. При репликации в петле репликация идет в обратном направлении. Далее этот кусок сшивается с остальной нитью ДНК, но оказывается перевернутым наоборот.

Если инверсия случается в смысловом гене, то при синтезе пептида часть его аминокислот будет иметь обратную последовательность, что скажется на свойствах белка.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://biology.su/genetics/gene-mutation

Точечная мутация: понятие, виды, причины возникновения и примеры

Мутации по типу замены азотистых оснований

Мутация – это унаследованные потомками изменения генома. Изменения наследственного материала, заключенного в клетку, делят на три группы. На геномные, хромосомные и генные. Именно о генной или, по-другому, точечной мутации и пойдет речь. Именно она считается настоящей проблемой в современной генетике.

Что такое точечная мутация?

Генные изменения встречаются чаще, чем хромосомные и полиплоидные (геномные). Что это такое? Точечные мутации представляют собой замену, исключение или вставку одного азотистого основания (производные пиримидина) вместо другого. Изменения возникают в некодирующейся (мусорной) ДНК и, в основном, никак себя не проявляют.

Процесс изменения происходит при удвоении ДНК в живых клетках (репликация), кроссинговере (обмен гомологичными участками хромосом) или в другие периоды клеточного цикла.

В ходе регенерации клеточных структур устраняются изменения и повреждения ДНК. Кроме того, они сами могут служить причиной мутаций.

К примеру, если хромосома разорвана, то при ее восстановлении теряется часть нуклеозитфосфатной пары.

Если процессы регенерации по каким-то причинам недостаточно хорошо работают, мутации стремительно накапливаются. Если изменения возникли в генах, отвечающих за репарацию, может прерваться работа одного или многих элементов.

Вследствие чего число мутаций резко возрастет. Тем не менее, порой случается противоположный эффект, когда изменение генов ферментов регенерации ведет к уменьшению частоты мутаций прочих структурных единиц наследственности.

Большинство точечных мутаций, как и других, вредны. Возникновение их с полезными признаками происходит нечасто. Но именно они являются основой процесса эволюции.

Виды точечных мутаций

В основе классификации генных изменений лежат трансформации, которые измененное азотистое основание оказывает на триплет. Клинически они проявляются симптомами нарушения метаболизма в организме. Разновидности генных или точечных мутаций:

  1. Миссенс-изменение. Под данным видом подразумевают процесс изменения генома, при котором структурная единица генетического кода кодирует другую аминокислоту. В зависимости от того, насколько отличаются свойства белков от изначальных протеинов, выделяют приемлемую, частично приемлемую и неприемлемую миссенс-мутации.
  2. Нонсенс-мутация – изменения в последовательности ДНК, приводящие к преждевременной конечной стадии синтеза белка. К патологиям, причиной которых могут они стать, относятся кистозный фиброз, синдром Гурлер и прочие.
  3. Сайленс-мутация – триплет кодирует ту же аминокислоту.

Мутации замены оснований

Существуют два основных класса мутаций замены азотистого основания.

  1. Транзиция. В переводе с латыни transition означает “перемещение”. В генетике под значением подразумевают точечную мутацию, при которой одно органическое соединение, производное пурина, замещается на другое, например, аденин на гуанин.
  2. Трансверсия – замена пуринового основания (аденин) на пиримидиновое (цитозин, гуанин).Также мутации замены оснований классифицируют на мишенные, немишенные, задерживающиеся.

Рамка чтения гена – последовательность нуклеозидфосфатов, способных кодировать белок. Мутации противопоставляют сложным и классифицируют следующим образом:

  1. Делеция – выпадение одного или нескольких нуклеозидфосфатов из молекулы ДНК. По локализации утерянного участка делеции делят на внутренние и терминальные. В некоторых случаях данный вид мутации приводит к развитию шизофрении.
  2. Инсерция – мутация, характеризующаяся встраиванием нуклеотидов в последовательность ДНК. Перемещения могут быть внутри генома, может встроиться внеклеточный вирусный агент.

В некоторых случаях изменения возникают на неповрежденных участках ДНК. Их называют немишенными изменениями сдвига рамки.

Генные мутации не всегда развиваются сразу после негативного воздействия мутагена. Иногда изменения появляются после нескольких циклов репликации.

Причины возникновения

Причины возникновения точечной мутации делят на две группы:

  • Спонтанные – развивающиеся без видимых причин. Частота спонтанных мутаций – от 10⁻¹² до 10⁻⁹ на каждый нуклеозидфосфат ДНК.
  • Индуцированные – возникающие вследствие воздействия внешних факторов: радиационное излучение, вирусные агенты, химические соединения.

Мутации по типу замены возникают по разным причинам. Изменения по типу сдвига рамки считывания – спонтанны.

Примеры генных мутаций

Процесс мутации – источник изменений, которые приводят к различным патологиям. На сегодняшний день, хоть и редко, но встречаются генные стойкие изменения наследственного материала клетки организма.

Примеры точечных мутаций:

  1. Прогерия. Редкий дефект, характеризующийся преждевременным старением всех органов и организма в целом. Люди с данной мутацией редко доживают до тридцати лет. Изменения влияют на развитие инсультов, патологий сердца. Инсульты и инфаркты – основная причина смерти пациентов с прогерией.
  2. Гипертрихоз. Люди с синдромом Амбраса отличаются повышенной волосатостью. Растительность возникает на лице, плечах.
  3. Синдром Марфана. Одна из наиболее часто встречающихся мутаций. У пациентов непропорционально развиты конечности, наблюдается срастание ребер, вследствие чего западает грудная клетка.

Мутации в современной генетике

Эволюция человека не ограничена прошлым. Механизмы, вызывающие мутации, продолжают работать и сейчас. Мутация – это процесс, свойственный живым организмам, который лежит в основе эволюции абсолютно всех форм жизни и заключается в изменении генетической информации.

Генетика – важная область биологии. Люди применяют генетические методы в животноводстве, растениеводстве. Отбирая лучшие популяции, человек скрещивает их, создавая лучшие сорта и породы, обладающие нужными качествами. Генетика достигла высоких положительных результатов в объяснении природы наследственности. Но к сожалению, до сих пор не может исключить самостоятельные изменения генома.

Генные и точечные мутации — это синонимы, означающие изменение одного или нескольких нуклеотидов. При этом одно азотистое основание может замениться другим, выпасть, продублироваться или развернутся на 180°.

Уверенно можно сказать, что изменение генов и почти все аберрации (отклонения от нормы) хромосом неблагоприятны как для отдельного организма, так и для популяции. Большинство хромосомных аномалий, возникших в период эмбрионального развития, приводит к тяжелым врожденным порокам. Точечные мутации ведут к врожденным патологиям или к дефектам систем.

Задача науки – определить, как предотвратить или хотя бы снизить вероятность возникновения мутаций и устранить изменения в ДНК с помощью генной инженерии.

Источник: https://FB.ru/article/467328/tochechnaya-mutatsiya-ponyatie-vidyi-prichinyi-vozniknoveniya-i-primeryi

Медицина и здоровье
Добавить комментарий

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