Ciri-ciri kebolehubahan mutasi. Jenis mutasi

Bagaimanakah gen berbahaya timbul?

Walaupun sifat utama gen adalah penyalinan sendiri yang tepat, yang menyebabkan penghantaran keturunan banyak sifat dari ibu bapa kepada anak-anak berlaku, sifat ini tidak mutlak. Sifat bahan genetik adalah dua. Gen juga mempunyai keupayaan untuk mengubah dan memperoleh sifat baru. Perubahan gen sedemikian dipanggil mutasi. Dan mutasi genlah yang mewujudkan kebolehubahan yang diperlukan untuk evolusi bahan hidup dan kepelbagaian bentuk hidupan. Mutasi berlaku dalam mana-mana sel badan, tetapi hanya gen daripada sel kuman boleh dihantar kepada keturunan.

Sebab-sebab mutasi adalah bahawa banyak faktor persekitaran yang mana setiap organisma berinteraksi sepanjang hayat boleh mengganggu keteraturan ketat proses pembiakan sendiri gen dan kromosom secara keseluruhan, yang membawa kepada kesilapan dalam pewarisan. Eksperimen telah membuktikan faktor berikut yang menyebabkan mutasi: sinaran mengion, bahan kimia dan haba. Jelas sekali, semua faktor ini wujud dalam persekitaran semula jadi manusia (contohnya, sinaran latar belakang semula jadi, sinaran kosmik). Mutasi sentiasa wujud sebagai fenomena semula jadi yang sama sekali biasa.

Sebagai asas kesilapan dalam penghantaran bahan genetik, mutasi adalah rawak dan tidak terarah dalam alam semula jadi, iaitu, ia boleh memberi manfaat dan berbahaya dan secara relatifnya neutral untuk badan.

Mutasi berfaedah ditetapkan semasa evolusi dan membentuk asas kepada perkembangan progresif kehidupan di Bumi, manakala mutasi yang berbahaya, yang mengurangkan daya maju, adalah, seolah-olah, sisi lain dari syiling. Mereka mendasari penyakit keturunan dalam semua kepelbagaian mereka.

Terdapat dua jenis mutasi:

• genetik (pada peringkat molekul)
• dan kromosom (menukar bilangan atau struktur kromosom kepada tahap selular)

Kedua-duanya boleh disebabkan oleh faktor yang sama.

Berapa kerapkah mutasi berlaku?
Adakah penampilan kanak-kanak yang sakit sering dikaitkan dengan mutasi baru?

Jika mutasi berlaku terlalu kerap, maka kebolehubahan dalam alam semula jadi akan mengatasi keturunan dan tiada bentuk kehidupan yang stabil akan wujud. Logik jelas menentukan bahawa mutasi adalah kejadian yang jarang berlaku, sekurang-kurangnya lebih jarang daripada kemungkinan memelihara sifat gen apabila dihantar daripada ibu bapa kepada anak.

Kadar mutasi sebenar bagi gen manusia individu adalah purata dari 1:105 hingga 1:108. Ini bermakna kira-kira satu dalam sejuta sel kuman membawa mutasi baru dalam setiap generasi. Atau, dengan kata lain, walaupun ini adalah penyederhanaan, kita boleh mengatakan bahawa untuk setiap juta kes penghantaran gen biasa, terdapat satu kes mutasi. Fakta penting ialah, apabila ia timbul, mutasi baru ini atau itu kemudiannya boleh dihantar kepada generasi berikutnya, iaitu, ditetapkan melalui mekanisme pewarisan, kerana mutasi terbalik yang mengembalikan gen kepada keadaan asalnya adalah sama jarang berlaku.

Dalam populasi, nisbah bilangan mutan dan mereka yang telah mewarisi gen berbahaya daripada ibu bapa mereka (segregants) di kalangan semua pesakit bergantung kepada kedua-dua jenis pewarisan dan pada keupayaan mereka untuk meninggalkan keturunan. Dalam penyakit resesif klasik, mutasi berbahaya boleh disebarkan tanpa disedari melalui banyak generasi pembawa yang sihat sehingga dua pembawa gen berbahaya yang sama berkahwin, dan kemudian hampir setiap kes kelahiran anak yang sakit dikaitkan dengan warisan, dan bukan dengan mutasi baru.

Dalam penyakit yang dominan, bahagian mutan adalah dalam hubungan songsang terhadap kesuburan pesakit. Jelas sekali apabila sesuatu penyakit itu membawa kepada kematian awal atau ketidakupayaan pesakit untuk mendapatkan zuriat, maka mewarisi penyakit daripada ibu bapa adalah mustahil. Sekiranya penyakit itu tidak menjejaskan jangka hayat atau keupayaan untuk mempunyai anak, maka, sebaliknya, kes yang diwarisi akan mendominasi, dan mutasi baru akan jarang dibandingkan.

Contohnya, dengan salah satu bentuk dwarfisme (dominant achondroplasia) mengikut sosial dan sebab biologi Kadar pembiakan kerdil adalah jauh lebih rendah daripada purata; kumpulan populasi ini mempunyai kira-kira 5 kali lebih sedikit kanak-kanak daripada yang lain. Jika kita mengambil purata faktor pembiakan seperti biasa seperti 1, maka untuk kerdil ia akan sama dengan 0.2. Ini bermakna 80% penghidap dalam setiap generasi adalah hasil mutasi baru, dan hanya 20% penghidap mewarisi kerdil daripada ibu bapa mereka.

Dalam penyakit keturunan yang dikaitkan secara genetik dengan seks, perkadaran mutan di kalangan kanak-kanak lelaki dan lelaki yang sakit juga bergantung kepada kesuburan relatif pesakit, tetapi di sini kes pewarisan daripada ibu akan sentiasa mendominasi, walaupun dalam penyakit di mana pesakit tidak meninggalkan keturunan. sama sekali. Bahagian maksimum mutasi baru dalam penyakit maut sedemikian tidak melebihi 1/3 daripada kes, kerana lelaki menyumbang tepat satu pertiga daripada kromosom X seluruh populasi, dan dua pertiga daripadanya berlaku pada wanita, yang, sebagai peraturan, , sihat.

Bolehkah saya mempunyai anak dengan mutasi jika saya mendapat peningkatan dos sinaran?

Akibat negatif pencemaran alam sekitar, baik kimia dan radioaktif, adalah masalah abad ini. Pakar genetik menemuinya tidak sejarang yang kita inginkan dalam pelbagai isu: daripada bahaya pekerjaan kepada kemerosotan keadaan alam sekitar akibat kemalangan di loji tenaga nuklear. Dan kebimbangan, sebagai contoh, orang yang terselamat dari tragedi Chernobyl boleh difahami.

Akibat genetik pencemaran alam sekitar sememangnya dikaitkan dengan peningkatan kekerapan mutasi, termasuk yang berbahaya, yang membawa kepada penyakit keturunan. Walau bagaimanapun, akibat ini, mujurlah, tidak begitu dahsyat untuk bercakap tentang bahaya kemerosotan genetik manusia, sekurang-kurangnya pada peringkat sekarang. Di samping itu, jika kita mempertimbangkan masalah yang berkaitan dengan individu dan keluarga tertentu, maka kita boleh mengatakan dengan yakin bahawa risiko mendapat anak yang sakit akibat radiasi atau kesan berbahaya yang lain akibat mutasi tidak pernah tinggi.

Walaupun kekerapan mutasi semakin meningkat, ia tidak melebihi sepersepuluh atau bahkan seperseratus peratus. Walau apa pun, bagi mana-mana orang, walaupun mereka yang terdedah kepada kesan jelas faktor mutagenik, risikonya akibat negatif untuk keturunan adalah lebih rendah daripada risiko genetik yang wujud pada semua orang yang berkaitan dengan pengangkutan gen patologi yang diwarisi daripada nenek moyang.

Di samping itu, tidak semua mutasi membawa kepada manifestasi segera dalam bentuk penyakit. Dalam banyak kes, walaupun seorang kanak-kanak menerima mutasi baru daripada salah seorang ibu bapa, dia akan dilahirkan dengan sihat sepenuhnya. Lagipun, sebahagian besar mutasi adalah resesif, iaitu, mereka tidak menunjukkan kesan berbahayanya dalam pembawa. Dan hampir tidak ada kes di mana, dengan gen normal kedua ibu bapa pada mulanya, seorang kanak-kanak menerima mutasi baru yang sama daripada kedua-dua bapa dan ibu. Kebarangkalian kejadian sedemikian sangat kecil sehinggakan seluruh penduduk Bumi tidak cukup untuk menyedarinya.

Ia juga mengikuti daripada ini bahawa kejadian semula mutasi dalam keluarga yang sama hampir mustahil. Oleh itu, jika ibu bapa yang sihat mempunyai anak yang sakit dengan mutasi dominan, maka anak-anak mereka yang lain, iaitu adik-beradik pesakit, harus sihat. Walau bagaimanapun, untuk keturunan kanak-kanak yang sakit, risiko mewarisi penyakit itu akan menjadi 50% mengikut peraturan klasik.

Adakah terdapat penyimpangan daripada peraturan pewarisan biasa dan apakah kaitannya?

Ya, ada. Sebagai pengecualian - kadang-kadang hanya kerana jarang, seperti, sebagai contoh, penampilan wanita dengan hemofilia. Ia berlaku lebih kerap, tetapi dalam apa jua keadaan, penyelewengan disebabkan oleh hubungan yang kompleks dan banyak antara gen dalam badan dan interaksinya dengan alam sekitar. Malah, pengecualian mencerminkan undang-undang asas genetik yang sama, tetapi pada tahap yang lebih kompleks.

Sebagai contoh, banyak penyakit yang diwarisi secara dominan dicirikan oleh kebolehubahan yang kuat dalam keterukan mereka, sehingga kadang-kadang gejala penyakit dalam pembawa gen patologi mungkin tidak hadir sepenuhnya. Fenomena ini dipanggil penembusan gen tidak lengkap. Oleh itu, dalam silsilah keluarga dengan penyakit dominan, generasi yang dipanggil ponteng kadang-kadang ditemui, apabila pembawa gen yang diketahui, mempunyai kedua-dua nenek moyang yang sakit dan keturunan yang sakit, boleh dikatakan sihat.

Dalam sesetengah kes, pemeriksaan yang lebih teliti terhadap pembawa sedemikian mendedahkan, walaupun minimum, dipadamkan, tetapi manifestasi yang agak pasti. Tetapi ia juga berlaku bahawa kaedah yang kami gunakan gagal mengesan sebarang manifestasi gen patologi, walaupun bukti genetik yang jelas bahawa orang tertentu memilikinya.

Sebab-sebab fenomena ini masih belum cukup dikaji. Adalah dipercayai bahawa kesan berbahaya gen mutan boleh diubah suai dan dikompensasikan oleh gen lain atau faktor persekitaran, tetapi mekanisme khusus pengubahsuaian dan pampasan sedemikian dalam penyakit tertentu tidak jelas.

Ia juga berlaku bahawa dalam sesetengah keluarga, penyakit resesif diturunkan selama beberapa generasi berturut-turut supaya mereka boleh dikelirukan dengan yang dominan. Sekiranya pesakit berkahwin dengan pembawa gen untuk penyakit yang sama, maka separuh daripada anak mereka juga mewarisi "dos berganda" gen - keadaan yang diperlukan untuk penyakit itu menampakkan diri. Perkara yang sama boleh berlaku pada generasi berikutnya, walaupun "kasuistri" seperti itu berlaku hanya dalam beberapa perkahwinan yang bertali arus.

Akhir sekali, pembahagian sifat kepada dominan dan resesif bukanlah mutlak. Kadang-kadang pembahagian ini sewenang-wenangnya. Gen yang sama boleh dianggap dominan dalam beberapa kes, dan resesif dalam yang lain.

Menggunakan kaedah penyelidikan yang halus, selalunya mungkin untuk mengenali tindakan itu gen resesif dalam keadaan heterozigot, walaupun dalam pembawa yang sihat sepenuhnya. Sebagai contoh, gen hemoglobin sel sabit dalam keadaan heterozigot menyebabkan sel darah merah berbentuk sabit, yang tidak menjejaskan kesihatan manusia, tetapi dalam keadaan homozigot ia membawa kepada penyakit serius - anemia sel sabit.

Apakah perbezaan antara mutasi gen dan kromosom.
Apakah penyakit kromosom?

Kromosom ialah pembawa maklumat genetik pada tahap organisasi yang lebih kompleks - selular. Penyakit keturunan juga boleh disebabkan oleh kecacatan kromosom yang timbul semasa pembentukan sel kuman.

Setiap kromosom mengandungi set gennya sendiri, terletak dalam urutan linear yang ketat, iaitu, gen tertentu terletak bukan sahaja dalam kromosom yang sama pada semua orang, tetapi juga dalam bahagian yang sama kromosom ini.

Sel normal badan mengandungi bilangan kromosom berpasangan yang ditetapkan dengan ketat (oleh itu pasangan gen yang terkandung di dalamnya). Pada manusia, dalam setiap sel, kecuali sel jantina, terdapat 23 pasang (46) kromosom. Sel seks (telur dan sperma) mengandungi 23 kromosom tidak berpasangan - satu set kromosom dan gen tunggal, kerana kromosom berpasangan berpisah semasa pembahagian sel. Semasa persenyawaan, apabila sperma dan telur bergabung, janin - embrio - berkembang daripada satu sel (kini dengan set lengkap kromosom dan gen berganda).

Tetapi pembentukan sel kuman kadang-kadang berlaku dengan "kesilapan" kromosom. Ini adalah mutasi yang membawa kepada perubahan dalam bilangan atau struktur kromosom dalam sel. Inilah sebabnya mengapa telur yang disenyawakan mungkin mengandungi lebihan atau kekurangan bahan kromosom berbanding dengan norma. Jelas sekali, ketidakseimbangan kromosom sedemikian membawa kepada gangguan yang teruk dalam perkembangan janin. Ini menunjukkan dirinya dalam bentuk keguguran spontan dan kelahiran mati, penyakit keturunan, dan sindrom yang dipanggil kromosom.

Contoh penyakit kromosom yang paling terkenal ialah penyakit Down (trisomi - kemunculan kromosom ke-21 tambahan). Gejala penyakit ini mudah dikenal pasti dengan penampilan kanak-kanak. Ini termasuk lipatan kulit di sudut dalam mata, yang memberikan wajah rupa Mongoloid, lidah yang besar, jari yang pendek dan tebal; apabila diperiksa dengan teliti, kanak-kanak tersebut juga mempunyai kecacatan jantung, kecacatan penglihatan dan pendengaran, dan terencat akal. .

Mujurlah, kemungkinan penyakit ini dan banyak lagi berulang dalam keluarga kelainan kromosom kecil: dalam kebanyakan kes ia disebabkan oleh mutasi rawak. Di samping itu, diketahui bahawa mutasi kromosom rawak berlaku lebih kerap pada akhir tempoh melahirkan anak.

Oleh itu, apabila usia ibu meningkat, kemungkinan ralat kromosom semasa pematangan telur juga meningkat, dan oleh itu wanita tersebut mempunyai peningkatan risiko kelahiran anak dengan gangguan kromosom. Jika kejadian keseluruhan sindrom Down di kalangan semua kanak-kanak yang baru lahir adalah kira-kira 1:650, maka bagi anak-anak ibu muda (25 tahun dan lebih muda) ia adalah jauh lebih rendah (kurang daripada 1:1000). Risiko individu mencapai tahap purata pada usia 30 tahun, ia lebih tinggi pada usia 38 - 0.5% (1:200), dan pada usia 39 - 1% (1:100), dan pada usia lebih 40 ia meningkat kepada 2- 3%.

Bolehkah orang yang mempunyai kelainan kromosom menjadi sihat?

Ya, mereka boleh dengan beberapa jenis mutasi kromosom, apabila ia bukan nombor, tetapi struktur kromosom yang berubah. Hakikatnya ialah penyusunan semula struktur pada saat awal penampilannya mungkin menjadi seimbang - tidak disertai dengan lebihan atau kekurangan bahan kromosom.

Contohnya, dua kromosom yang tidak berpasangan boleh menukar bahagiannya yang membawa gen yang berbeza jika, semasa pecah kromosom, yang kadangkala diperhatikan semasa pembahagian sel, hujungnya menjadi melekit dan melekat bersama dengan serpihan bebas kromosom lain. Hasil daripada pertukaran (translokasi) sedemikian, bilangan kromosom dalam sel dikekalkan, tetapi ini adalah bagaimana kromosom baru timbul di mana prinsip pasangan gen yang ketat dilanggar.

Satu lagi jenis translokasi ialah melekatkan dua hampir keseluruhan kromosom dengan hujung "melekit" mereka, mengakibatkan jumlah nombor kromosom berkurangan satu, walaupun tiada kehilangan bahan kromosom berlaku. Seseorang yang merupakan pembawa translokasi sedemikian adalah sihat sepenuhnya, tetapi penyusunan semula struktur seimbang yang dimilikinya tidak lagi secara tidak sengaja, tetapi secara semula jadi membawa kepada ketidakseimbangan kromosom dalam keturunannya, kerana bahagian penting sel-sel kuman pembawa translokasi sedemikian mempunyai lebihan atau, sebaliknya, bahan kromosom tidak mencukupi.

Kadang-kadang pembawa sedemikian tidak boleh mempunyai anak yang sihat sama sekali (namun, situasi sedemikian sangat jarang berlaku). Sebagai contoh, dalam pembawa anomali kromosom yang serupa - translokasi antara dua kromosom yang sama (katakan, gabungan hujung pasangan ke-21 yang sama), 50% telur atau sperma (bergantung kepada jantina pembawa) mengandungi 23 kromosom, termasuk dua kali ganda, dan baki 50% mengandungi satu kromosom kurang daripada yang dijangkakan. Semasa persenyawaan, sel dengan kromosom berganda akan menerima satu lagi, kromosom ke-21, dan akibatnya, kanak-kanak dengan sindrom Down akan dilahirkan. Sel-sel dengan kromosom ke-21 yang hilang semasa persenyawaan menimbulkan janin yang tidak berdaya maju, yang secara spontan menggugurkan kandungan pada separuh pertama kehamilan.

Pembawa jenis translokasi lain juga boleh mempunyai keturunan yang sihat. Walau bagaimanapun, terdapat risiko ketidakseimbangan kromosom, yang membawa kepada patologi perkembangan yang teruk dalam keturunan. Risiko untuk keturunan pembawa penyusunan semula struktur ini jauh lebih tinggi daripada risiko keabnormalan kromosom akibat mutasi baru secara rawak.

Selain translokasi, terdapat jenis penyusunan semula struktur kromosom lain yang membawa kepada akibat negatif yang serupa. Nasib baik, pewarisan keabnormalan kromosom dengan risiko patologi yang tinggi adalah kurang biasa dalam kehidupan berbanding mutasi kromosom rawak. Nisbah kes penyakit kromosom antara bentuk mutan dan keturunannya adalah kira-kira 95% dan 5%, masing-masing.

Berapa banyak penyakit keturunan yang sudah diketahui?
Adakah bilangan mereka bertambah atau berkurang dalam sejarah manusia?

Berdasarkan konsep biologi umum, seseorang akan mengharapkan korespondensi anggaran antara bilangan kromosom dalam badan dan bilangan penyakit kromosom (dan begitu juga antara bilangan gen dan penyakit gen). Malah, beberapa dozen keabnormalan kromosom dengan simptom klinikal tertentu kini diketahui (yang sebenarnya melebihi bilangan kromosom, kerana kuantitatif dan perubahan struktur kromosom yang sama menyebabkan penyakit yang berbeza).

Bilangan penyakit yang diketahui disebabkan oleh mutasi gen tunggal (di peringkat molekul) adalah lebih besar dan melebihi 2000. Dianggarkan bilangan gen pada semua kromosom manusia adalah lebih besar. Kebanyakannya tidak unik, kerana ia dibentangkan dalam bentuk salinan berulang berbilang pada kromosom yang berbeza. Di samping itu, banyak mutasi mungkin tidak menampakkan diri sebagai penyakit, tetapi membawa kepada kematian embrio janin. Jadi bilangan penyakit gen kira-kira sepadan dengan struktur genetik organisma.

Dengan perkembangan penyelidikan genetik perubatan di seluruh dunia, bilangan penyakit keturunan yang diketahui secara beransur-ansur meningkat, dan banyak daripada mereka, yang telah menjadi klasik, telah diketahui orang untuk masa yang lama. Kini dalam kesusasteraan genetik terdapat ledakan pelik dalam penerbitan tentang kes yang dikatakan baru dan bentuk penyakit dan sindrom keturunan, kebanyakannya biasanya dinamakan sempena penemuan mereka.

Setiap beberapa tahun, ahli genetik Amerika terkenal Victor McKusick menerbitkan katalog sifat keturunan dan penyakit manusia, yang disusun berdasarkan analisis komputer data kesusasteraan dunia. Dan setiap kali, setiap edisi berikutnya berbeza daripada yang sebelumnya dengan peningkatan jumlah penyakit tersebut. Adalah jelas bahawa trend ini akan berterusan, tetapi ia mencerminkan peningkatan dalam pengiktirafan penyakit keturunan dan perhatian yang lebih teliti terhadap mereka daripada peningkatan sebenar bilangan mereka dalam proses evolusi.

Mutasi gen adalah perubahan molekul dalam struktur DNA yang tidak dapat dilihat dalam mikroskop cahaya. Mutasi gen termasuk sebarang perubahan dalam struktur molekul DNA, tanpa mengira lokasi dan kesannya terhadap daya maju. Sesetengah mutasi tidak mempunyai kesan ke atas struktur atau fungsi protein yang sepadan. Satu lagi bahagian (besar) mutasi gen membawa kepada sintesis protein yang rosak yang tidak dapat melaksanakan fungsi asalnya. Ia adalah mutasi gen yang menentukan perkembangan kebanyakan bentuk patologi keturunan.

Penyakit monogenik yang paling biasa pada manusia ialah: cystic fibrosis, hemochromatosis, sindrom adrenogenital, fenilketonuria, neurofibromatosis, miopati Duchenne-Becker dan beberapa penyakit lain. Secara klinikal, mereka menampakkan diri sebagai tanda-tanda gangguan metabolik (metabolisme) dalam badan. Mutasi mungkin:

1) dalam menggantikan pangkalan dalam kodon, inilah yang dipanggil mutasi rindu(daripada bahasa Inggeris, salah - palsu, salah + lat. sensus - maksud) - penggantian nukleotida dalam bahagian pengekodan gen, yang membawa kepada penggantian asid amino dalam polipeptida;

2) dalam perubahan kodon sedemikian yang akan membawa kepada berhenti membaca maklumat, ini adalah apa yang dipanggil mutasi karut(daripada bahasa Latin bukan - tidak + sensus - bermaksud) - penggantian nukleotida dalam bahagian pengekodan gen membawa kepada pembentukan kodon terminator (kodon henti) dan pemberhentian terjemahan;

3) pelanggaran membaca maklumat, pergeseran dalam bingkai bacaan, dipanggil anjakan bingkai(daripada bingkai bahasa Inggeris - bingkai + anjakan: - anjakan, pergerakan), apabila perubahan molekul dalam DNA membawa kepada perubahan dalam triplet semasa terjemahan rantai polipeptida.

Jenis mutasi gen lain juga diketahui. Berdasarkan jenis perubahan molekul, terdapat:

pembahagian(dari bahasa Latin deletio - pemusnahan), apabila segmen DNA yang bersaiz dari satu nukleotida kepada gen hilang;

pendua(dari bahasa Latin duplicatio - penggandaan), i.e. penduaan atau penggandaan segmen DNA daripada satu nukleotida kepada keseluruhan gen;

penyongsangan(dari bahasa Latin inversio - terbalik), i.e. putaran 180° segmen DNA dengan saiz daripada dua nukleotida kepada serpihan termasuk beberapa gen;

sisipan(dari sisipan Latin - lampiran), i.e. penyisipan serpihan DNA yang bersaiz daripada satu nukleotida kepada keseluruhan gen.

Perubahan molekul yang mempengaruhi satu hingga beberapa nukleotida dianggap sebagai mutasi titik.

Ciri asas dan tersendiri mutasi gen ialah ia 1) membawa kepada perubahan dalam maklumat genetik, 2) boleh dihantar dari generasi ke generasi.

Bahagian tertentu mutasi gen boleh diklasifikasikan sebagai mutasi neutral, kerana ia tidak membawa kepada sebarang perubahan dalam fenotip. Sebagai contoh, disebabkan kemerosotan kod genetik, asid amino yang sama boleh dikodkan oleh dua triplet yang berbeza hanya dalam satu bes. Sebaliknya, gen yang sama boleh berubah (bermutasi) kepada beberapa keadaan berbeza.

Contohnya, gen yang mengawal kumpulan darah sistem AB0. mempunyai tiga alel: 0, A dan B, gabungan yang menentukan 4 kumpulan darah. Kumpulan darah ABO ialah contoh klasik variasi genetik dalam ciri manusia normal.

Ia adalah mutasi gen yang menentukan perkembangan kebanyakan bentuk patologi keturunan. Penyakit yang disebabkan oleh mutasi tersebut dipanggil penyakit genetik, atau monogenik, iaitu penyakit yang perkembangannya ditentukan oleh mutasi satu gen.

Mutasi genomik dan kromosom

Mutasi genomik dan kromosom adalah punca penyakit kromosom. Mutasi genom termasuk aneuploidi dan perubahan dalam ploidi kromosom yang tidak berubah secara struktur. Dikesan oleh kaedah sitogenetik.

Aneuploidi- perubahan (penurunan - monosomi, peningkatan - trisomi) dalam bilangan kromosom dalam set diploid, bukan gandaan set haploid (2n + 1, 2n - 1, dsb.).

Poliploidi- peningkatan dalam bilangan set kromosom, gandaan satu haploid (3n, 4n, 5n, dll.).

Pada manusia, poliploidi, serta kebanyakan aneuploidi, adalah mutasi maut.

Mutasi genomik yang paling biasa termasuk:

trisomi- kehadiran tiga kromosom homolog dalam karyotype (contohnya, pada pasangan ke-21 dalam sindrom Down, pada pasangan ke-18 dalam sindrom Edwards, pada pasangan ke-13 dalam sindrom Patau; pada kromosom seks: XXX, XXY, XYY);

monosomi- kehadiran hanya satu daripada dua kromosom homolog. Dengan monosomi untuk mana-mana autosom perkembangan normal embrio adalah mustahil. Satu-satunya monosomi pada manusia yang serasi dengan kehidupan, monosomi pada kromosom X, membawa kepada sindrom Shereshevsky-Turner (45, X0).

Sebab yang membawa kepada aneuploidi ialah tidak bercabang kromosom semasa pembahagian sel semasa pembentukan sel kuman atau kehilangan kromosom akibat lag anafasa, apabila semasa pergerakan ke kutub salah satu kromosom homolog mungkin ketinggalan di belakang semua kromosom bukan homolog yang lain. Istilah "nondisjunction" bermaksud ketiadaan pemisahan kromosom atau kromatid dalam meiosis atau mitosis. Kehilangan kromosom boleh menyebabkan mozek, di mana terdapat satu uploid talian sel (biasa), dan yang lain monosomik.

Kromosom nondisjunction paling kerap berlaku semasa meiosis. Kromosom yang biasanya akan membahagi semasa meiosis kekal bercantum dan bergerak ke satu kutub sel semasa anafasa. Oleh itu, dua gamet timbul, satu daripadanya mempunyai kromosom tambahan, dan satu lagi tidak mempunyai kromosom ini. Apabila gamet dengan set kromosom normal disenyawakan oleh gamet dengan kromosom tambahan, trisomi berlaku (iaitu, terdapat tiga kromosom homolog dalam sel); apabila gamet tanpa satu kromosom disenyawakan, zigot dengan monosomi berlaku. Jika zigot monosomal terbentuk pada mana-mana kromosom autosomal (bukan jantina), maka perkembangan organisma terhenti pada peringkat perkembangan terawal.

Mutasi kromosom- Ini adalah perubahan struktur dalam kromosom individu, biasanya boleh dilihat di bawah mikroskop cahaya. Mutasi kromosom melibatkan sejumlah besar (dari puluhan hingga beberapa ratus) gen, yang membawa kepada perubahan dalam keadaan normal. set diploid. Walaupun penyimpangan kromosom secara amnya tidak mengubah urutan DNA gen tertentu, perubahan dalam bilangan salinan gen dalam genom membawa kepada ketidakseimbangan genetik akibat kekurangan atau lebihan bahan genetik. Terdapat dua kumpulan besar mutasi kromosom: intrachromosomal dan interchromosomal.

Mutasi intrachromosomal ialah penyimpangan dalam satu kromosom. Ini termasuk:

—pemadaman(dari bahasa Latin deletio - pemusnahan) - kehilangan salah satu bahagian kromosom, dalaman atau terminal. Ini boleh menyebabkan gangguan embriogenesis dan pembentukan pelbagai anomali perkembangan (contohnya, pembahagian di kawasan lengan pendek kromosom ke-5, ditetapkan sebagai 5p-, membawa kepada keterbelakangan perkembangan laring, kecacatan jantung, terencat. perkembangan mental). Kompleks gejala ini dikenali sebagai sindrom "tangisan kucing", kerana pada kanak-kanak yang sakit, disebabkan kelainan laring, tangisan menyerupai meow kucing;

—penyongsangan(dari bahasa Latin inversio - penyongsangan). Hasil daripada dua titik pecah kromosom, serpihan yang terhasil dimasukkan ke tempat asalnya selepas putaran 180°. Akibatnya, hanya susunan gen yang terganggu;

— pendua(dari bahasa Latin duplicatio - penggandaan) - penggandaan (atau pendaraban) mana-mana bahagian kromosom (contohnya, trisomi pada salah satu lengan pendek kromosom ke-9 menyebabkan pelbagai kecacatan, termasuk mikrosefali, perkembangan fizikal, mental dan intelek yang lambat).

Corak penyimpangan kromosom yang paling biasa:
Bahagian: 1 - terminal; 2 - interstisial. Penyongsangan: 1 - perisentrik (dengan penangkapan sentromer); 2 - parasentrik (dalam satu lengan kromosom)

Mutasi interchromosomal, atau mutasi penyusunan semula- pertukaran serpihan antara kromosom bukan homolog. Mutasi sedemikian dipanggil translokasi (dari bahasa Latin tgans - untuk, melalui + lokus - tempat). ini:

Translokasi timbal balik, apabila dua kromosom bertukar serpihan mereka;

Translokasi bukan timbal balik, apabila serpihan satu kromosom diangkut ke yang lain;

- gabungan "centric" (translokasi Robertsonian) - sambungan dua kromosom akrosentrik di kawasan sentromer mereka dengan kehilangan lengan pendek.

Apabila kromatid pecah secara melintang melalui sentromer, kromatid "saudara perempuan" menjadi lengan "cermin" dua kromosom berbeza yang mengandungi set gen yang sama. Kromosom sedemikian dipanggil isokromosom. Kedua-dua penyimpangan dan isokromosom intrachromosomal (penghapusan, penyongsangan dan pertindihan) dan interchromosomal (translokasi) dikaitkan dengan perubahan fizikal dalam struktur kromosom, termasuk pecahan mekanikal.

Patologi keturunan akibat kebolehubahan keturunan

Kehadiran ciri spesies biasa membolehkan kita menyatukan semua orang di bumi menjadi satu spesies Homo sapiens. Namun begitu, kita dengan mudah, dengan sekali pandang, menonjolkan wajah seseorang yang kita kenali dalam khalayak ramai orang asing. Kepelbagaian orang yang melampau - kedua-duanya dalam kumpulan (contohnya, kepelbagaian dalam kumpulan etnik) dan antara kumpulan - adalah disebabkan oleh perbezaan genetik mereka. Pada masa ini dipercayai bahawa semua variasi intraspesifik adalah disebabkan oleh genotip berbeza yang timbul dan dikekalkan oleh pemilihan semula jadi.

Adalah diketahui bahawa genom manusia haploid mengandungi 3.3x10 9 pasang sisa nukleotida, yang secara teorinya membolehkan sehingga 6-10 juta gen. Walau bagaimanapun, data penyelidikan moden menunjukkan bahawa genom manusia mengandungi kira-kira 30-40 ribu gen. Kira-kira satu pertiga daripada semua gen mempunyai lebih daripada satu alel, iaitu, mereka adalah polimorfik.

Konsep polimorfisme keturunan telah dirumuskan oleh E. Ford pada tahun 1940 untuk menjelaskan kewujudan dalam populasi dua atau lebih bentuk yang berbeza apabila kekerapan yang paling jarang daripada mereka tidak dapat dijelaskan oleh peristiwa mutasi sahaja. Memandangkan mutasi gen adalah kejadian yang jarang berlaku (1x10 6), kekerapan alel mutan, iaitu lebih daripada 1%, hanya boleh dijelaskan oleh pengumpulan beransur-ansur dalam populasi disebabkan oleh kelebihan terpilih pembawa mutasi ini.

Kepelbagaian lokus pengasingan, kepelbagaian alel dalam setiap daripada mereka, bersama-sama dengan fenomena penggabungan semula, mewujudkan kepelbagaian genetik manusia yang tidak habis-habis. Pengiraan menunjukkan bahawa dalam keseluruhan sejarah umat manusia tidak ada, tidak, dan tidak akan berlaku pada masa hadapan, pengulangan genetik, i.e. Setiap orang yang dilahirkan adalah fenomena unik di Alam Semesta. Keunikan perlembagaan genetik sebahagian besarnya menentukan ciri-ciri perkembangan penyakit dalam setiap orang individu.

Kemanusiaan telah berkembang sebagai kumpulan populasi terpencil, masa yang lama hidup dalam keadaan persekitaran yang sama, termasuk ciri iklim dan geografi, corak pemakanan, patogen, tradisi budaya, dsb. Ini membawa kepada penyatuan dalam populasi gabungan alel normal khusus untuk setiap daripada mereka, yang paling mencukupi keadaan persekitaran. Disebabkan oleh pengembangan beransur-ansur habitat, migrasi intensif, dan penempatan semula orang, situasi timbul apabila gabungan gen normal tertentu yang berguna dalam keadaan tertentu tidak memastikan fungsi optimum sistem badan tertentu dalam keadaan lain. Ini membawa kepada fakta bahawa sebahagian daripada kebolehubahan keturunan, yang disebabkan oleh gabungan gen manusia bukan patologi yang tidak menguntungkan, menjadi asas untuk perkembangan penyakit yang dipanggil dengan kecenderungan keturunan.

Di samping itu, pada manusia sebagai makhluk sosial, pemilihan semula jadi telah berjalan dalam jumlah yang semakin meningkat dari semasa ke semasa. bentuk tertentu, yang turut meluaskan kepelbagaian keturunan. Apa yang boleh dibuang oleh haiwan itu dipelihara, atau, sebaliknya, apa yang disimpan oleh haiwan itu hilang. Oleh itu, memenuhi sepenuhnya keperluan vitamin C membawa dalam proses evolusi kepada kehilangan gen L-gulonodactone oxidase, yang memangkinkan sintesis asid askorbik. Dalam proses evolusi, manusia juga memperoleh ciri-ciri yang tidak diingini yang berkaitan secara langsung dengan patologi. Sebagai contoh, dalam proses evolusi, manusia telah memperoleh gen yang menentukan kepekaan terhadap toksin difteria atau virus polio.

Oleh itu, pada manusia, seperti mana-mana spesies biologi lain, tidak ada garis yang tajam antara kebolehubahan keturunan yang membawa kepada variasi normal dalam ciri dan kebolehubahan keturunan yang menyebabkan berlakunya penyakit keturunan. Manusia, setelah menjadi spesies biologi Homo sapiens, nampaknya membayar "kemunasabahan" spesiesnya dengan mengumpul mutasi patologi. Kedudukan ini mendasari salah satu konsep utama genetik perubatan mengenai pengumpulan evolusi mutasi patologi dalam populasi manusia.

Kebolehubahan keturunan populasi manusia, dikekalkan dan dikurangkan oleh pemilihan semula jadi, membentuk apa yang dipanggil beban genetik.

Sesetengah mutasi patologi boleh berterusan dan merebak dalam populasi untuk masa yang lama dari segi sejarah, menyebabkan apa yang dipanggil beban genetik pengasingan; mutasi patologi lain timbul dalam setiap generasi akibat perubahan baru dalam struktur keturunan, mewujudkan beban mutasi.

Kesan negatif beban genetik ditunjukkan oleh peningkatan kematian (kematian gamet, zigot, embrio dan kanak-kanak), penurunan kesuburan (pengurangan pembiakan keturunan), penurunan jangka hayat, ketidaksesuaian sosial dan ketidakupayaan, dan juga menyebabkan peningkatan keperluan untuk rawatan perubatan .

Ahli genetik Inggeris J. Hoddane adalah yang pertama menarik perhatian penyelidik tentang kewujudan beban genetik, walaupun istilah itu sendiri dicadangkan oleh G. Meller pada akhir 40-an. Maksud konsep "beban genetik" dikaitkan dengan darjat tinggi kebolehubahan genetik yang diperlukan untuk spesies dapat menyesuaikan diri dengan perubahan keadaan persekitaran.

Apabila perubahan dalam DNA berlaku secara spontan, menyebabkan pelbagai patologi perkembangan dan pertumbuhan dalam organisma hidup, mereka bercakap tentang mutasi. Untuk memahami intipati mereka, adalah perlu untuk mengetahui lebih lanjut tentang sebab-sebab yang membawa kepada mereka.

Pakar genetik mendakwa bahawa mutasi adalah ciri semua organisma di planet ini tanpa pengecualian (yang hidup) dan bahawa mereka telah wujud selama-lamanya, dan satu organisma boleh mempunyai beberapa ratus daripadanya. Walau bagaimanapun, mereka berbeza dalam tahap keterukan dan sifat manifestasi, yang ditentukan oleh faktor-faktor yang memprovokasi mereka, serta rantai gen yang terjejas.

Mereka boleh menjadi semula jadi dan buatan, i.e. disebabkan dalam keadaan makmal.

Paling faktor biasa, yang membawa kepada perubahan sedemikian dari sudut pandangan ahli genetik, adalah seperti berikut:

sinaran mengion dan X-ray. Mempengaruhi badan sinaran radioaktif disertai dengan perubahan cas elektron dalam atom. Ini menyebabkan gangguan dalam perjalanan biasa proses fiziko-kimia dan kimia-biologi;

suhu yang sangat tinggi sering menyebabkan perubahan apabila ambang sensitiviti individu tertentu melebihi;

apabila sel membahagi, kelewatan mungkin berlaku, serta percambahannya terlalu cepat, yang juga menjadi dorongan untuk perubahan negatif;

"kecacatan" yang berlaku dalam DNA, di mana ia tidak mungkin untuk mengembalikan atom ke keadaan asalnya walaupun selepas pemulihan.

Varieti

hidup masa ini Terdapat lebih daripada tiga puluh jenis penyelewengan dalam kumpulan gen organisma hidup dan genotip yang menyebabkan mutasi. Ada yang agak selamat dan tidak menampakkan diri dalam apa-apa cara secara luaran, i.e. tidak membawa kepada kecacatan dalaman dan luaran, jadi organisma hidup tidak berasa tidak selesa. Yang lain, sebaliknya, disertai dengan ketidakselesaan yang teruk.

Untuk memahami apa itu mutasi, anda harus membiasakan diri dengan klasifikasi mutagenik, dikumpulkan mengikut punca kecacatan:

genetik dan somatik, berbeza dalam tipologi sel yang telah mengalami perubahan. Somatik adalah ciri sel mamalia. Ia boleh diwarisi semata-mata melalui warisan (contohnya, warna mata yang berbeza). Pembentukannya berlaku dalam rahim ibu. Mutasi genetik ciri tumbuhan dan invertebrata. Ia disebabkan oleh faktor persekitaran yang negatif. Contoh manifestasi ialah cendawan muncul di atas pokok, dsb.;

nuklear merujuk kepada mutasi berdasarkan lokasi sel yang mengalami perubahan. Pilihan sedemikian tidak boleh dirawat, kerana DNA itu sendiri terjejas secara langsung. Jenis mutasi kedua ialah sitoplasma (atau atavisme). Ia menjejaskan sebarang cecair yang berinteraksi dengan nukleus sel dan sel itu sendiri. Mutasi sedemikian boleh dirawat;

eksplisit (semula jadi) dan teraruh (buatan). Kemunculan yang pertama secara tiba-tiba dan tanpa sebab yang boleh dilihat. Yang terakhir dikaitkan dengan kegagalan proses fizikal atau kimia;

gen dan genomik, berbeza dalam keterukan mereka. Dalam varian pertama, perubahan berkenaan gangguan yang mengubah urutan struktur nukleotida dalam rantai DNA yang baru terbentuk (fenilketonuria boleh dianggap sebagai contoh).

Dalam kes kedua, terdapat perubahan dalam set kromosom kuantitatif, dan contohnya adalah penyakit Down, penyakit Konovalov-Wilson, dll.

Maknanya

Kemudaratan mutasi kepada badan tidak dapat dinafikan, kerana ia bukan sahaja menjejaskan perkembangan normalnya, tetapi sering membawa kepada kematian. Mutasi tidak boleh memberi manfaat. Ini juga terpakai kepada kes kuasa besar. Mereka sentiasa menjadi prasyarat untuk pilihan semulajadi, membawa kepada kemunculan spesies baru organisma (hidup) atau kepupusan sepenuhnya.

Kini jelas bahawa proses yang menjejaskan struktur DNA, yang membawa kepada gangguan kecil atau maut, menjejaskan perkembangan dan fungsi normal badan.

Menunggu kelahiran anak adalah masa yang paling indah untuk ibu bapa, tetapi juga paling menakutkan. Ramai orang bimbang bahawa bayi itu mungkin dilahirkan dengan sebarang kecacatan, kecacatan fizikal atau mental.

Sains tidak berdiam diri; adalah mungkin untuk memeriksa bayi untuk keabnormalan perkembangan pada peringkat awal kehamilan. Hampir semua ujian ini boleh menunjukkan sama ada semuanya normal dengan kanak-kanak itu.

Mengapakah ibu bapa yang sama boleh melahirkan anak yang sama sekali berbeza? anak sihat dan kanak-kanak kurang upaya? Ini ditentukan oleh gen. Kelahiran bayi kurang berkembang atau kanak-kanak kurang upaya fizikal dipengaruhi oleh mutasi gen yang dikaitkan dengan perubahan dalam struktur DNA. Mari kita bercakap tentang ini dengan lebih terperinci. Mari kita lihat bagaimana ini berlaku, apakah mutasi gen yang ada, dan puncanya.

Apakah mutasi?

Mutasi ialah perubahan fisiologi dan biologi dalam struktur DNA sel. Puncanya mungkin radiasi (semasa kehamilan, X-ray tidak boleh diambil untuk memeriksa kecederaan dan patah tulang), Sinar ultraviolet(pendedahan kepada matahari untuk masa yang lama semasa mengandung atau berada di dalam bilik dengan lampu cahaya ultraungu dihidupkan). Juga, mutasi sedemikian boleh diwarisi daripada nenek moyang. Kesemua mereka dibahagikan kepada jenis.

Mutasi gen dengan perubahan dalam struktur kromosom atau bilangannya

Ini adalah mutasi di mana struktur dan bilangan kromosom diubah. Kawasan kromosom boleh tercicir atau berganda, berpindah ke zon tidak homolog, atau bertukar seratus lapan puluh darjah daripada norma.

Sebab-sebab kemunculan mutasi sedemikian adalah pelanggaran penyeberangan.

Mutasi gen dikaitkan dengan perubahan dalam struktur kromosom atau bilangannya dan merupakan puncanya gangguan yang serius dan penyakit pada bayi. Penyakit sebegini tidak dapat diubati.

Jenis mutasi kromosom

Secara keseluruhan, terdapat dua jenis mutasi kromosom utama: berangka dan struktur. Aneuploidy ialah sejenis nombor kromosom, iaitu apabila mutasi gen dikaitkan dengan perubahan dalam bilangan kromosom. Ini ialah kemunculan tambahan atau beberapa daripada yang terakhir, atau kehilangan mana-mana daripada mereka.

Mutasi gen dikaitkan dengan perubahan dalam struktur apabila kromosom rosak dan kemudiannya bersatu semula, mengganggu konfigurasi biasa.

Jenis kromosom berangka

Berdasarkan bilangan kromosom, mutasi dibahagikan kepada aneuploidies, iaitu jenis. Mari lihat yang utama dan ketahui perbezaannya.

• trisomi

Trisomi ialah kejadian kromosom tambahan dalam karyotype. Kejadian yang paling biasa ialah penampilan kromosom dua puluh satu. Ia menyebabkan sindrom Down, atau, sebagai penyakit ini juga dipanggil, trisomi kromosom dua puluh satu.

Sindrom Patau dikesan pada ketiga belas, dan pada kromosom kelapan belas ia didiagnosis. Ini semua adalah trisomi autosomal. Trisomi lain tidak berdaya maju; mereka mati dalam rahim dan hilang semasa pengguguran spontan. Individu yang membangunkan kromosom seks tambahan (X, Y) adalah berdaya maju. Manifestasi klinikal Terdapat sangat sedikit mutasi sedemikian.

Mutasi gen yang berkaitan dengan perubahan bilangan timbul mengikut sebab-sebab tertentu. Trisomi boleh berlaku paling kerap semasa perbezaan anafasa (meiosis 1). Hasil daripada percanggahan ini ialah kedua-dua kromosom berakhir hanya dalam satu daripada dua sel anak, yang kedua kekal kosong.

Kurang biasa, kromosom tidak bercabang mungkin berlaku. Fenomena ini dipanggil gangguan dalam perbezaan kromatid kakak. Berlaku dalam meiosis 2. Ini betul-betul berlaku apabila dua kromosom yang sama sepenuhnya mendap dalam satu gamet, menyebabkan zigot trisomik. Nondisjunction berlaku dalam peringkat awal proses menghancurkan telur yang telah disenyawakan. Oleh itu, klon sel mutan timbul, yang boleh meliputi bahagian tisu yang lebih besar atau lebih kecil. Kadang-kadang ia menunjukkan dirinya secara klinikal.

Ramai orang mengaitkan kromosom dua puluh satu dengan usia wanita hamil, tetapi faktor ini bergantung kepada hari ini tidak mempunyai pengesahan yang jelas. Sebab mengapa kromosom tidak berpisah masih tidak diketahui.

• monosomi

Monosomi ialah ketiadaan sebarang autosom. Jika ini berlaku, maka dalam kebanyakan kes janin tidak boleh dibawa ke tempoh matang, dan kelahiran pramatang berlaku pada peringkat awal. Pengecualian adalah monosomi disebabkan oleh kromosom dua puluh satu. Sebab mengapa monosomi berlaku boleh sama ada kromosom tidak bercabang atau kehilangan kromosom semasa laluannya ke sel dalam anafasa.

Pada kromosom seks, monosomi membawa kepada pembentukan janin dengan karyotype XO. Manifestasi klinikal karyotype ini ialah sindrom Turner. Dalam lapan puluh peratus kes daripada seratus, kemunculan monosomi pada kromosom X berlaku disebabkan oleh pelanggaran meiosis bapa kanak-kanak itu. Ini disebabkan oleh tidak bercabang kromosom X dan Y. Pada asasnya, janin dengan karyotype XO mati di dalam rahim.

Berdasarkan kromosom seks, trisomi dibahagikan kepada tiga jenis: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. ialah trisomi 47 XXY. Dengan karyotype sedemikian, peluang untuk melahirkan anak adalah lima puluh lima puluh. Punca sindrom ini mungkin bukan pemisahan kromosom X atau bukan pemisahan spermatogenesis X dan Y. Karyotype kedua dan ketiga boleh berlaku hanya dalam satu daripada seribu wanita hamil; mereka boleh dikatakan tidak muncul dan dalam kebanyakan kes ditemui oleh pakar sepenuhnya secara tidak sengaja.

• poliploidi

Ini adalah mutasi gen yang dikaitkan dengan perubahan dalam set kromosom haploid. Set ini boleh tiga kali ganda atau empat kali ganda. Triploidy paling kerap didiagnosis hanya selepas pengguguran spontan berlaku. Terdapat beberapa kes apabila seorang ibu berjaya membawa bayi seperti itu, tetapi mereka semua meninggal dunia sebelum mencapainya berumur sebulan. Mekanisme mutasi gen dalam kes triplodia ditentukan oleh perbezaan lengkap dan bukan perbezaan semua set kromosom sama ada sel kuman wanita atau lelaki. Persenyawaan berganda satu telur juga boleh berfungsi sebagai mekanisme. Dalam kes ini, degenerasi plasenta berlaku. Degenerasi ini dipanggil tahi lalat hidatidosa. Sebagai peraturan, perubahan sedemikian membawa kepada perkembangan gangguan mental dan fisiologi pada bayi dan penamatan kehamilan.

Apakah mutasi gen yang dikaitkan dengan perubahan dalam struktur kromosom

Perubahan struktur dalam kromosom adalah akibat daripada kerosakan kromosom (kemusnahan). Akibatnya, kromosom ini disambungkan, mengganggu penampilan sebelumnya. Pengubahsuaian ini boleh menjadi tidak seimbang atau seimbang. Yang seimbang tidak mempunyai lebihan atau kekurangan bahan, dan oleh itu tidak menampakkan diri. Ia hanya boleh muncul dalam kes di mana terdapat gen di tapak pemusnahan kromosom yang berfungsi penting. Set yang seimbang boleh menghasilkan gamet yang tidak seimbang. Akibatnya, persenyawaan telur dengan gamet sedemikian boleh menyebabkan penampilan janin dengan set kromosom yang tidak seimbang. Dengan set sedemikian, beberapa kecacatan perkembangan berlaku pada janin, dan jenis patologi yang teruk muncul.

Jenis pengubahsuaian struktur

Mutasi gen berlaku pada tahap pembentukan gamet. Adalah mustahil untuk menghalang proses ini, sama seperti mustahil untuk mengetahui terlebih dahulu sama ada ia boleh berlaku. Terdapat beberapa jenis pengubahsuaian struktur.

• pemadaman

Perubahan ini disebabkan oleh kehilangan sebahagian daripada kromosom. Selepas rehat sedemikian, kromosom menjadi lebih pendek, dan bahagiannya yang terputus hilang semasa pembahagian sel selanjutnya. Pemadaman interstisial adalah apabila satu kromosom dipecahkan di beberapa tempat sekaligus. Kromosom sedemikian biasanya mencipta janin yang tidak berdaya maju. Tetapi terdapat juga kes apabila bayi terselamat, tetapi disebabkan set kromosom ini mereka mengalami sindrom Wolf-Hirschhorn, "tangisan kucing."

• pendua

Mutasi gen ini berlaku pada tahap organisasi bahagian DNA berganda. Secara umum, duplikasi tidak boleh menyebabkan patologi seperti penghapusan.

• translokasi

Translokasi berlaku kerana pemindahan bahan genetik dari satu kromosom ke kromosom yang lain. Jika pecah berlaku serentak dalam beberapa kromosom dan ia bertukar-tukar segmen, maka ini menjadi punca translokasi timbal balik. Karyotype translokasi sedemikian hanya mempunyai empat puluh enam kromosom. Translokasi itu sendiri didedahkan hanya melalui analisis terperinci dan kajian kromosom.

Perubahan dalam jujukan nukleotida

Mutasi gen dikaitkan dengan perubahan dalam jujukan nukleotida apabila ia dinyatakan dalam pengubahsuaian dalam struktur bahagian tertentu DNA. Mengikut akibatnya, mutasi tersebut dibahagikan kepada dua jenis - tanpa anjakan bingkai bacaan dan dengan anjakan. Untuk mengetahui dengan tepat sebab-sebab perubahan dalam bahagian DNA, anda perlu mempertimbangkan setiap jenis secara berasingan.

Mutasi tanpa anjakan bingkai

Mutasi gen ini dikaitkan dengan perubahan dan penggantian pasangan nukleotida dalam struktur DNA. Dengan penggantian sedemikian, panjang DNA tidak hilang, tetapi asid amino mungkin hilang dan diganti. Terdapat kemungkinan bahawa struktur protein akan dipelihara, ini akan berfungsi Mari kita pertimbangkan secara terperinci kedua-dua pilihan pembangunan: dengan dan tanpa penggantian asid amino.

Mutasi penggantian asid amino

Penggantian sisa asid amino dalam polipeptida dipanggil mutasi missense. Terdapat empat rantai dalam molekul hemoglobin manusia - dua "a" (ia terletak pada kromosom keenam belas) dan dua "b" (dikodkan pada kromosom kesebelas). Jika "b" adalah rantai biasa, dan ia mengandungi seratus empat puluh enam sisa asid amino, dan yang keenam ialah glutamin, maka hemoglobin akan menjadi normal. Dalam kes ini, asid glutamat harus dikodkan oleh triplet GAA. Jika, disebabkan mutasi, GAA digantikan oleh GTA, maka bukannya asid glutamat, valine terbentuk dalam molekul hemoglobin. Jadi sebaliknya hemoglobin biasa HbA akan muncul satu lagi hemoglobin HbS. Oleh itu, menggantikan satu asid amino dan satu nukleotida akan menyebabkan penyakit serius yang serius - anemia sel sabit.

Penyakit ini dimanifestasikan oleh fakta bahawa sel darah merah menjadi berbentuk seperti sabit. Dalam bentuk ini, mereka tidak dapat menyampaikan oksigen dengan betul. Jika pada peringkat sel homozigot mempunyai formula HbS/HbS, maka ini membawa kepada kematian kanak-kanak dalam zaman kanak-kanak. Jika formulanya adalah HbA/HbS, maka sel darah merah mempunyai bentuk perubahan yang lemah. Perubahan yang lemah sedemikian mempunyai kualiti yang berguna - ketahanan badan terhadap malaria. Di negara-negara di mana terdapat bahaya dijangkiti malaria sama seperti di Siberia selesema, perubahan ini mempunyai kualiti yang bermanfaat.

Mutasi tanpa penggantian asid amino

Penggantian nukleotida tanpa pertukaran asid amino dipanggil mutasi seismense. Jika dalam bahagian DNA pengekodan rantai "b" penggantian GAA dengan GAG berlaku, maka disebabkan fakta bahawa ia berlebihan, penggantian asid glutamat tidak boleh berlaku. Struktur rantai tidak akan berubah, tidak akan ada pengubahsuaian dalam sel darah merah.

Mutasi anjakan bingkai

Mutasi gen tersebut dikaitkan dengan perubahan panjang DNA. Panjangnya mungkin menjadi lebih pendek atau lebih panjang bergantung pada kehilangan atau penambahan pasangan nukleotida. Oleh itu, keseluruhan struktur protein akan berubah sepenuhnya.

Penindasan intragenik mungkin berlaku. Fenomena ini berlaku apabila terdapat dua mutasi yang saling mengimbangi. Ini adalah saat penambahan pasangan nukleotida selepas satu hilang, dan sebaliknya.

Mutasi karut

ini kumpulan khas mutasi. Ia jarang berlaku dan melibatkan kemunculan kodon hentian. Ini boleh berlaku apabila pasangan nukleotida hilang atau ditambah. Apabila kodon henti muncul, sintesis polipeptida berhenti sepenuhnya. Ini adalah bagaimana alel null boleh dibentuk. Tiada protein akan sepadan dengan ini.

Terdapat perkara seperti penindasan intergenik. Ini adalah fenomena di mana mutasi dalam sesetengah gen menyekat mutasi pada gen lain.

Adakah perubahan dikesan semasa kehamilan?

Mutasi gen yang dikaitkan dengan perubahan dalam bilangan kromosom dalam kebanyakan kes boleh ditentukan. Untuk mengetahui sama ada janin mempunyai kecacatan perkembangan dan patologi, pemeriksaan ditetapkan pada minggu pertama kehamilan (dari sepuluh hingga tiga belas minggu). Ini adalah satu siri pemeriksaan mudah: pensampelan darah dari jari dan urat, ultrasound. Semasa pemeriksaan ultrasound, janin diperiksa mengikut parameter semua anggota badan, hidung dan kepala. Parameter ini, apabila sangat tidak konsisten dengan norma, menunjukkan bahawa bayi mempunyai kecacatan perkembangan. Diagnosis ini disahkan atau disangkal berdasarkan keputusan ujian darah.

Juga, ibu mengandung, yang bayinya mungkin mengalami mutasi pada tahap gen yang diwarisi, juga berada di bawah pengawasan perubatan yang rapi. Iaitu, ini adalah wanita-wanita yang dalam saudara-maranya terdapat kes-kes kelahiran seorang kanak-kanak dengan mental atau keabnormalan fizikal, dikenal pasti sindrom Down, sindrom Patau dan penyakit genetik lain.

Mutasi yang timbul di bawah pengaruh pengaruh khas - sinaran mengion, bahan kimia, faktor suhu, dsb. - dipanggil teraruh. Sebaliknya, mutasi yang timbul tanpa pengaruh yang disengajakan, di bawah pengaruh faktor persekitaran atau akibat perubahan biokimia dan fisiologi dalam badan dipanggil spontan. .

Istilah "mutasi" diperkenalkan pada tahun 1901 oleh G. de Vries, yang menerangkan mutasi spontan dalam salah satu spesies tumbuhan. "Gen yang berbeza dalam satu spesies bermutasi dengan frekuensi yang berbeza, dan kekerapan mutasi gen yang serupa dalam genotip yang berbeza juga berbeza. . Kekerapan spitaavoto. mutasi gen adalah kecil dan biasanya nombor dalam unit, kurang kerap dalam berpuluh-puluh dan sangat jarang dalam beratus-ratus kes setiap 1 juta gamet (dalam jagung, kekerapan mutasi spontan gen berbeza berjulat dari 0 hingga 492 setiap 10 6 gamet).

Klasifikasi mutasi. Bergantung kepada sifat perubahan yang berlaku dalam alat genetik badan, mutasi dibahagikan kepada gen (titik), kromosom dan genomik.

Mutasi gen. Mutasi gen merupakan bahagian mutasi yang paling penting dan terbesar. Mereka mewakili perubahan berterusan gen individu dan timbul akibat penggantian satu atau lebih bes nitrogen dalam struktur DNA dengan yang lain, kehilangan atau penambahan bes baru, yang membawa kepada pelanggaran susunan bacaan maklumat. Akibatnya, perubahan berlaku dalam sintesis protein, yang seterusnya menyebabkan kemunculan ciri-ciri baru atau berubah . Mutasi gen menyebabkan perubahan sifat dalam arah yang berbeza, membawa kepada perubahan kuat atau lemah dalam sifat morfologi, biokimia dan fisiologi.

Dalam bakteria, sebagai contoh, mutasi gen paling kerap menjejaskan ciri-ciri seperti bentuk dan. warna koloni, kadar pembahagiannya, keupayaan untuk menapai pelbagai gula, ketahanan terhadap antibiotik, sulfonamida dan lain-lain ubat-ubatan, tindak balas kepada pengaruh suhu, kerentanan kepada jangkitan oleh bakteriofaj, beberapa ciri biokimia.

Salah satu jenis mutasi gen ialah allelisme berbilang, dengan di mana tidak timbul dua bentuk satu gen (dominan dan resesif), tetapi keseluruhan siri mutasi gen ini, menyebabkan pelbagai perubahan sifat yang dikawal oleh gen ini. Sebagai contoh, dalam Drosophila terdapat satu siri 12 alel yang diketahui yang timbul daripada mutasi gen yang sama yang menentukan warna mata. Satu siri pelbagai alel mewakili gen yang menentukan warna bulu dalam arnab dan perbezaan kumpulan darah di orang, dsb.

Mutasi kromosom. Mutasi jenis ini, juga dipanggil penyusunan semula kromosom, atau penyimpangan, berlaku akibat perubahan ketara dalam struktur kromosom. Mekanisme berlakunya penyusunan semula kromosom ialah pecahan kromosom yang terbentuk semasa pendedahan mutagenik, kehilangan beberapa serpihan seterusnya dan penyatuan semula bahagian kromosom yang tinggal dalam susunan yang berbeza berbanding dengan kromosom biasa. Penyusunan semula kromosom boleh dikesan menggunakan mikroskop cahaya. Yang utama ialah: kekurangan, pembahagian, pertindihan, penyongsangan, translokasi dan transposisi.

Kekurangan dipanggil penyusunan semula kromosom kerana kehilangan serpihan terminal. Dalam kes ini, kromosom menjadi dipendekkan dan kehilangan beberapa gen yang terkandung dalam serpihan yang hilang. Bahagian kromosom yang hilang dikeluarkan di luar nukleus semasa meiosis,

Pemadaman - juga kehilangan bahagian kromosom, tetapi bukan serpihan terminal, tetapi bahagian tengahnya. Jika kawasan yang hilang adalah sangat kecil dan tidak membawa gen yang sangat menjejaskan daya maju organisma, pemadaman hanya akan menyebabkan perubahan dalam fenotip, dalam beberapa kes ia boleh menyebabkan kematian atau serius. patologi keturunan. Pemadaman mudah dikesan melalui pemeriksaan mikroskopik, kerana dalam meiosis, semasa konjugasi, bahagian kromosom normal, tanpa bahagian homolog dalam kromosom dengan pemadaman, membentuk gelung ciri (Rajah 89).

Pada pendua pertindihan beberapa bahagian kromosom berlaku. Setelah secara konvensional menetapkan urutan mana-mana kawasan kromosom sebagai ABC, semasa penduaan kita boleh melihat susunan bahagian berikut: A.A.BC, ABC atau ABCS. Apabila menduplikasi keseluruhan bahagian yang kami pilih, ia akan kelihatan seperti ABCAVS, iaitu, keseluruhan blok gen diduakan. Pengulangan berbilang satu bahagian adalah mungkin (ABBBC atau ABCAWSAWS), duplikasi bukan sahaja di jiran, tetapi juga di bahagian yang lebih jauh dari kromosom yang sama. Dalam Drosophila, sebagai contoh, pengulangan lapan kali ganda bagi salah satu bahagian kromosom diterangkan. Penambahan gen tambahan menjejaskan badan kurang daripada kehilangannya, jadi pertindihan menjejaskan fenotip pada tahap yang lebih rendah daripada kekurangan dan penghapusan.

Pada penyongsangan susunan gen pada kromosom berubah. Penyongsangan berlaku akibat daripada pecahan dua kromosom, mengakibatkan

serpihan itu dibina ke tempat asalnya, setelah mula-mula berpusing 180°. Secara skematik, penyongsangan boleh diwakili seperti berikut. Di kawasan kromosom yang membawa genom A B C D E F G, jurang berlaku antara gen A dan B, E Dan F; serpihan yang terhasil BCDE terbalik dan dibina ke tempat asalnya. Akibatnya, kawasan yang sedang dipertimbangkan akan mempunyai struktur AEDCBFG. Bilangan gen tidak berubah semasa penyongsangan, jadi ia mempunyai sedikit kesan pada fenotip organisma. Secara sitologi, penyongsangan mudah dikesan oleh lokasi ciri mereka dalam meiosis pada masa konjugasi kromosom homolog.

Translokasi dikaitkan dengan pertukaran bahagian antara kromosom bukan homolog atau perlekatan bahagian satu kromosom kepada kromosom pasangan bukan homolog. Translokasi dikesan oleh akibat genetik yang ditimbulkannya.

Transposisi ialah fenomena yang ditemui baru-baru ini mengenai penyisipan serpihan kecil kromosom yang membawa beberapa gen ke beberapa bahagian lain kromosom, iaitu pemindahan sebahagian gen ke tempat lain dalam genom. Mekanisme kejadian transposisi belum lagi dikaji dengan baik, tetapi terdapat bukti bahawa ia berbeza daripada mekanisme penyusunan semula kromosom yang lain.

Mutasi genomik. Poliploidi. Setiap spesies organisma hidup yang sedia ada mempunyai set ciri kromosom. Ia adalah malar dalam bilangan, semua kromosom set adalah berbeza dan diwakili sekali. Set asas haploid kromosom organisma, yang terkandung dalam sel kumannya, ditetapkan oleh simbol X; sel somatik biasanya mengandungi dua set haploid (2x) dan bersifat diploid. Jika kromosom organisma diploid, yang telah berganda bilangan semasa mitosis, tidak berpisah kepada dua sel anak dan kekal dalam nukleus yang sama, fenomena peningkatan berganda dalam bilangan kromosom berlaku, dipanggil poliploidi.

Autopoliploidi. Bentuk poliploid mungkin mempunyai 3 set utama kromosom (triploid), 4 (tetraploid), 5 (pentaploid), 6 (hexaploid) atau lebih set kromosom. Poliploid dengan pelbagai ulangan set asas kromosom yang sama dipanggil autopoliploid. timbul autopoliploid sama ada akibat pembahagian kromosom tanpa pembahagian sel berikutnya, atau disebabkan penyertaan dalam persenyawaan sel kuman dengan bilangan kromosom yang tidak berkurangan, atau semasa percantuman sel somatik atau nukleusnya. Dalam eksperimen, kesan poliploidisasi dicapai dengan tindakan kejutan suhu (suhu tinggi atau rendah) atau dengan pendedahan kepada beberapa bahan kimia, antaranya yang paling berkesan ialah alkaloid colchicine, acenaphthene, dan dadah. Dalam kedua-dua kes, gelendong mitosis disekat dan, akibatnya, kromosom yang telah berganda semasa mitosis tidak berpisah menjadi dua sel baru dan menyatukannya dalam satu nukleus.

Siri poliploid. Bilangan asas kromosom X di jenis lain tumbuhan berbeza-beza, tetapi dalam spesies genus yang sama selalunya mempunyai nombor kromosom yang berganda X, membentuk siri poliploid yang dipanggil. Dalam gandum, sebagai contoh, di mana X= 7, spesies diketahui mempunyai nombor kromosom 2x, 4x dan 6x. Mawar, di mana nombor asasnya juga 7, mempunyai siri poliploid, jenis yang berbeza yang terkandung di dalamnya 2x, 3 x, 4 x, 5x, 6x, 8x. Siri poliploid kentang diwakili oleh spesies dengan 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 dan 144 kromosom (x = 12).

Autopolyploidy adalah biasa terutamanya pada tumbuhan, kerana pada haiwan ia menyebabkan gangguan dalam mekanisme penentuan jantina kromosom.

Taburan dalam alam semula jadi. Disebabkan oleh norma tindak balas yang lebih luas, tumbuhan poliploid lebih mudah menyesuaikan diri dengan keadaan persekitaran yang tidak menguntungkan, bertolak ansur dengan turun naik suhu dan kemarau dengan lebih mudah, yang memberikan kelebihan dalam mendiami kawasan gunung tinggi dan utara. Jadi, di latitud utara mereka adalah sehingga 80 % semua spesies biasa di sana. Bilangan spesies poliploid berubah secara mendadak semasa peralihan dari kawasan pergunungan tinggi Pamir dengan iklim yang sangat keras kepada keadaan Altai yang lebih baik dan padang rumput alpine di Caucasus. Antara bijirin yang dikaji, bahagian spesies poliploid di Pamirs adalah 90%, di Altai - 72%, di Caucasus - hanya 50%.

Ciri-ciri biologi dan genetik. Tumbuhan poliploid dicirikan oleh peningkatan saiz sel, akibatnya semua organ mereka - daun, batang, bunga, buah, akar - lebih besar. Disebabkan oleh mekanisme spesifik perbezaan kromosom dalam poliploid semasa persilangan, belahan fenotip V F 2 ialah 35:1.

Hasil daripada penghibridan jauh dan penggandaan bilangan kromosom seterusnya, bentuk poliploid timbul dalam kacukan, mengandungi dua atau lebih ulangan set kromosom yang berbeza dan dipanggil alopoliploid.

Dalam sesetengah kes, tumbuhan poliploid telah mengurangkan kesuburan, yang dikaitkan dengan asal-usulnya dan ciri-ciri meiosis. Dalam poliploid dengan bilangan genom yang genap, semasa meiosis, kromosom homolog sering terkonjugasi secara berpasangan, atau beberapa pasangan bersama-sama, tanpa mengganggu kemajuan meiosis. Jika satu atau lebih kromosom tidak menemui pasangan dalam meiosis dan tidak mengambil bahagian dalam konjugasi, gamet dengan bilangan kromosom yang tidak seimbang terbentuk, yang membawa kepada kematian mereka dan penurunan mendadak dalam kesuburan poliploid. Gangguan yang lebih besar berlaku dalam meiosis dalam poliploid dengan bilangan set ganjil. Dalam alopoliploid, yang timbul daripada penghibridan dua spesies dan mempunyai dua genom ibu bapa, semasa konjugasi setiap kromosom mencari pasangan antara kromosom spesiesnya.Poliploidi memainkan peranan yang besar dalam evolusi tumbuhan dan digunakan dalam amalan pembiakan.