Сообщение на тему геномные мутации кратко

Обновлено: 05.07.2024

Геномные мутации. Нерасхождение пары хромосом в ходе мейоза вызывает геномные мутации, например трисомию 21 (синдром Дауна). Геномные мутации приводят к хромосомным анеуплоидиям и бывают наиболее частыми мутациями у человека, с частотой 1 случай нерасхождения на 25-50 мейотических делений клетки.

Это минимальная оценка, поскольку последствия большинства таких мутаций настолько серьезны, что анеуплоидные эмбрионы спонтанно прерываются вскоре после зачатия. Геномные мутации также часто выявляют в клетках опухолей.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации, происходящие с частотой приблизительно одна перестройка на 1700 клеточных делений, случаются значительно реже геномных мутаций. Хотя частоты геномных и хромосомных мутаций могут казаться высокими, эти мутации редко передаются от одного поколения следующему, поскольку они обычно несовместимы с жизнью или нормальной репродукцией. Хромосомные мутации также часто обнаруживают в клетках опухолей.

Генные мутации

Генные мутации, включая замены пар оснований, вставки и делеции, возникают по одному из двух основных механизмов: ошибок в нормальном процессе репликации ДНК или вследствие нарушения репарации ДНК после повреждения. Некоторые мутации происходят спонтанно, другие вызываются физическими или химическими агентами, названными мутагенами, поскольку они существенно повышают частоту мутаций.

Ошибки репликации ДНК. Большинство ошибок репликации быстро удаляются из ДНК и корректируются комплексом ферментов репарации ДНК, сначала опознающим, какая из нитей вновь синтезированной двойной спирали содержит неправильное основание, а затем заменяющим его соответствующим комплементарным основанием.

Репарация ДНК должна быть в высшей степени точным процессом; в противном случае число мутаций в организме было бы недопустимым, и наш вид перестал бы существовать. Фермент ДНК-полимераза точно дублирует двойную спираль благодаря строгому правилу комбинации пар оснований (А с Т, С с G) и молекулярной корректировке.

Всего один неправильный нуклеотид попадает в одну из растущих дочерних нитей на 10 миллионов пар оснований (и это при перемещении вдоль хромосомы человека со скоростью около 50 пар оснований в секунду!). Дополнительная проверка ошибок затем корректирует более 99,9% ошибок репликации ДНК. Таким образом, общий показатель мутаций в результате ошибок репликации имеет в высшей степени низкий уровень 10-10 на пару оснований за одно деление клетки.

Поскольку человеческий диплоидный геном содержит приблизительно 6х109 пары оснований ДНК, репликация ошибок приводит менее чем к одной новой мутации пар оснований на деление клетки.

Репарация повреждений ДНК

Считают, что кроме ошибок репликации, от 10 000 до 1 000 000 нуклеотидов на клетку в день повреждаются спонтанными химическими процессами, такими как, например, деметилирование или деаминирование, реакциями с химическими мутагенами (природными или иными) среды и влиянием ультрафиолетового или ионизирующего излучения.

Некоторые, но не все из этих дефектов могут быть исправлены. Даже если повреждение обнаружено и удалено, система репарации может неточно прочитать комплементарную нить и, как следствие, создать мутацию, вводя неправильные основания. Таким образом, в отличие от изменений ДНК, связанных с репликацией, которые обычно корректируются репарационным механизмом, изменения нуклеотидов, возникающие при репарации поврежденной ДНК, часто приводят к стойким мутациям.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Геномные мутации — это такие мутации, которые приводят к изменению числа хромосом. Различают полиплоидию и анеуплоидию. В первом случае происходит кратное (в 2, 3, 4 и т. д. раза) увеличение числа хромосом. Во втором случае число хромосом увеличивается или уменьшается не кратно, обычно на одну или две хромосомы.

Геномные мутации возникают в результате нарушения расхождения хромосом в процессе деления клетки.

Полиплоидия как геномная мутация широко распространена среди растений. Различают автополиплоидию (кратное увеличение числа хромосом одного организма) и аллополиплоидию (кратное увеличение числа хромосом межвидового или межродового гибрида, после чего он может стать плодовитым). В процессе эволюции многие виды растений возникали в результате межвидовой гибридизации и полиплоидии. В животном царстве полиплоидия встречается редко (у аскарид и некоторых земноводных) и обычно приводит к гибели организма на стадии эмбрионального развития.

Другой вид геномных мутаций — анеуплоидия — обычно приводит к серьезным аномалиям развития. Особенно при изменении числа аутосом. Изменение числа половых хромосом оказывает на фенотип менее значительное влияние.

Организмы, имеющие одну добавочную хромосому, называются триплоидами. У человека триплоидами по 21 хромосоме являют люди с синдромом Дауна. Это единственные триплоиды человека обладающие относительно нормальной жизнеспособностью. Триплоидия по другим аутосомам обычно приводит к гибели в период эмбрионального или раннего постэмбрионального развития.

Организмы с недостатком одной хромосомы называются моносомиками. У них одна из хромосом не имеет гомологичной. Если отсутствует целая пара гомологичных хромосом, то организм называется нулисомиком. Обычно зиготы-моносомики, а тем более нулисомики не развиваются. Поэтому такие организмы в частности у человека почти не описаны (это не касается моносомии по половым хромосомам). У человека жизнеспособным является частичный моносомик, у которого в результате делеции теряется часть 5-й хромосомы (возникает синдром кошачьего крика).

Существуют мозаичные организмы, у которых геномную мутацию имеют лишь часть клеток. Такой диагноз как мозаицизм ставится, если клеток с ненормальным числом хромосом больше четверти. Не следует путать мозаичные организмы с химерными, которые к геномным мутациям не имеют отношения. При химеризме организм состоит из клеток разных зигот (фактически разных особей), при этом все клетки обычно имеют нормальный кариотип.

Геномные мутации характеризуются изменением числа хромосом. У человека известны полиплоидия (в том числе тетраплоидия и триплоидия) и анеуплоидия.

Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (Зn, 4n, 5n и т.д.). Причины: двойное оплодотворение и отсутствие первого мейотического деления. У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидий приводят к формированию леталей.

Моносомия — наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная совместимая с жизнью моносомия у человека — по хромосоме X — приводит к развитию синдрома Шерешевского—Тернера (45,Х0).

Хромосомные болезни (синдромы) - это группа врожденных патологических состояний, проявляющихся аномалиями развития и обусловленных нарушениями числа или структуры соматических хромосом (аутосомные синдромы) или половых хромосом (гоносомные синдромы). Их общая частота в популяции - около 1%. В своем большинстве это спорадические случаи вследствие разнообразных хромосомных и геномных мутаций.

Синдром Шерешевского-Тернера - хромосомная болезнь, сопровождающаяся характерными аномалиями физического развития, низкорослостью и половым инфантилизмом. Характеризуется своеобразным физическим развитием и отставанием в половом развитии. Частота заболевания среди новорожденных девочек - 1 : 3000.

Этиология и патогенез

Это заболевание является следствием разнообразных отклонений в хромосомном наборе, чаще возникающих в результате нерасхождения половых хромосом у матери или отца, нарушений митотического деления оплодотворенной зиготы, отсутствия короткого плеча одной из двух Х-хромосом. Представляет моносомию по Х-хромосоме (ХО).

Четкой связи возникновения синдрома Тернера с возрастом и какими-либо заболеваниями родителей не выявлено. Однако беременности обычно осложняются токсикозом, угрозой выкидыша, а роды часто бывают преждевременными и патологическими. Нарушение формирования половых желез при синдроме Тернера обусловлено отсутствием или структурными дефектами одной половой хромосомы (X-хромосомы).

Клиника синдрома Шерешевского-Тернера

Клиника заболевания весьма разнообразна. Наиболее частым симптомом является низкий рост. Еще в детстве эти больные отстают от сверстников в физическом развитии, и к моменту полового созревания их рост составляет 130 - 145 см. Имеются данные о большой частоте синдрома Шерешевского - Тернера среди низкорослых девочек во многих странах, в частности в Японии. Вторым характерным признаком является половой инфантилизм, особенно часто проявляющийся в пубертатном периоде в виде аменореи, недоразвития половых органов и вторичных половых признаков. На месте яичников определяются тяжи.

Одно из основных проявлений— преждевременное старение, признаки которого появляются уже в 15—17 лет. Решающую роль в общих механизмах старения, по современным представлениям, принадлежит старению соединительной ткани. Многочисленные клинические и рентгенологические данные указывают на различные нарушения соединительной ткани, особенно костной системы, при хромосомных болезнях человека.

Синдром Дауна

Синдром (болезнь) Дауна (СД) - синдром трисомии 21 - самая частая форма хромосомной патологии у человека (1:750). Цитогенетически синдром Дауна представлен простой трисомией (94% случаев), транслокационной формой (4%) или мозаицизмом (2% случаев). У мальчиков и девочек патология встречается одинаково часто.

Достоверно установлено, что дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей. Если возраст матери 35-46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1%. Возможность возникновения повторного случая заболевания в семье с трисомией хромосомы 21 составляет 1-2% (с возрастом матери риск увеличивается).

Генетические заболевания – это большая группа болезней человека, вызванных патологическими изменениями в генетическом аппарате. В настоящее время известно более 6 тысяч синдромов с наследственным механизмом передачи.

Виды генетических заболеваний человека

Основу наследственных заболеваний составляют генные, хромосомные и митохондриальные мутации.

Аутосомно-рецессивный. В этом случае происходит полная замена здоровых генов на мутантные. Ребёнок должен получить по одной копии рецессивного мутантного гена от каждого из родителей. У отца и матери может не наблюдаться данного заболевания, но это не исключает их как носителей гетерозиготной мутации. Вероятность, что у пары появится ребёнок с аутосомным рецессивным заболеванием равна 25%. Примеры: альбинизм, муковисцидоз.

Кодоминантный. Этот тип наследования подразумевает проявление и доминантного, и рецессивного гена, поэтому заболевание наследуется частично. Яркий пример: серповидно-клеточная анемия.

Наследование, сцепленное с полом. Означает, что наследование признаков передаётся только определенному полу. Например, гемофилией болеют исключительно мужчины.

Хромосомные болезни

Патологические изменения могут возникать как при потере генетического материала (например, при выпадении целой хромосомы или её части), так и при добавлении новых хромосом. Клинически характеризуется множественными врождёнными пороками развития. В настоящее время известно более 1000 хромосомных аномалий.

Точные причины возникновения до конца не изучены. Учёные предполагают, что провоцирующими факторами можно назвать ионизирующее излучение, химические вещества, вирусы, приём некоторых лекарств во время беременности, курение, алкоголь, возраст матери.

Хромосомные болезни могут быть связаны с нарушением:

1) числа хромосом;

3) структуры хромосом.

Общей чертой для хромосомных заболеваний является многофакторность поражения. А именно: пороки внутренних и наружных органов, черепно-лицевые дизморфии, замедленный рост и развитие, психическое и умственное отставание от сверстников, нарушение работы многих систем организма.

Перечислим некоторые из заболеваний:

Синдром кошачьего крика (делеция в 5-ой хромосоме);

Синдром Дауна (трисомия по 21-ой хромосоме);

Синдром Патау (трисомия в 13-ой хромосоме);

Генные мутации

Генные (точечные) мутации – это те, что возникают в результате изменения химической структуры гена и представляют собой замену, удаление или вставку нуклеотида. Возникают чаще, чем хромосомные и геномные, однако в меньшей степени меняют структуру ДНК. Также к генным мутациям относятся транслокации (перенос), дупликации (повторение), инверсии (переворот на 180°) участков гена, но не хромосомы.

рассмотрим мутацию ГТТ ЦЦЦ ГГТ → ГТЦ ЦЦЦ ГГТ.

В первом триплете произошла тимина заменился на цитозин. Триплеты ГТТ и ГТЦ кодируют глутаминовую кислоту, поэтому данная мутация не вызвала изменений в структуре белка: глу-гли-про → глу-гли-про.

В других же случаях замена нуклеотида может изменить порядок аминокислот в молекуле белка и привести к фенотипическим последствиям.

ГТТ ЦЦЦ ГГТ → ГТГ ЦЦЦ ГГТ.

В первом триплете тимин заменился на гуанин. ГТТ кодирует глутаминовую кислоту, а ГТГ — гистидин. Соответственно, первичная структура белка изменяется: глу-гли-про → гис-гли-про. Существует большая вероятность появления фенотипических изменений.

Мультифакториальные генетические болезни

Мультифакториальными генетическими заболеваниями называют патологии, возникающие при сочетании генетической предрасположенности и влиянии окружающей среды. Простой пример: пациент предрасположен к раку лёгких + в течении нескольких лет злоупотребляет курением. Соответственно, риск возникновения заболевания увеличивается в 2 и более раз.

К наиболее часто встречающимся мультифакториальным болезням относятся псориаз, цирроз печени, ревматоидный артрит, ишемическая болезнь сердца, бронхиальная астма.

Диагностика наследственных болезней

Жизнь человека начинается с момента зачатия. Чтобы уточнить состояние плода, важно провести пренатальную диагностику во втором триместре беременности. Тест поможет рассчитать риски различных синдромов (Дауна, Эдвардса, Корнели де Ланге) и дефектов.

Для определения метаболитов, специфических для наследственных болезней нарушения обмена веществ (энзимопатий), проводятся специальные пробы:

- проба на гипераминоацидурию;

- микробиологический тест Гатри.

Чтобы диагностировать наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов и гликозамимногликанов (мукополисахаридов), используются более сложные методы аналитической биохимии;

- газовая и жидкостная хроматография;

- магнитная резонансная спектроскопия.

Помимо этого, медицина предрасполагает и другими методами определения генетических заболеваний:

Мутациями называют спонтанные и ненаправленные изменения в клеточных структурах. Они передаются по наследству и по степени воздействия подразделяются на нейтральные, полезные и вредные.

Возникновению мутаций способствуют различные факторы. На основании этого различают следующие их виды:

Генные

Связаны с изменением строения одного гена. Данный характер изменений затрагивает в результате нарушений при репликации (удвоении) последовательность нуклеотидов. Различают следующие их разновидности:

инсерции (вставка молекул ДНК в ген);
инверсия (поворот фрагмента ДНК на 180 градусов);
дупликация (удвоение сегмента ДНК);
деления (утрата сегмента ДНК).

Пример: развитие заболевания серповидноклеточной анемии.

Хромосомные

Происходящие изменения затрагивают строение хромосом. Различают их:

перенос;
поворот на 180 градусов;
удвоение;
выпадение участка хромосомы.

Причиной появления таких мутаций является сбой в работе кроссинговера.

Геномные

Возникают вследствие изменения хромосом. К примеру, развитие у растений полиплоидии (кратного увеличения хромосом). Полиплоидию вызывают нарушения хода мейоза и митоза. Именно геномные мутации приводят к возникновению различных форм рака. Геномные мутации появляются вследствие нарушения процесса расхождения хромосом.

Пример: увеличение в геноме человека числа хромосом на 1 единицу (47 вместо положенных 46) приводит к развитию синдрома Дауна.

Соматические

Мутированию подвержены и соматические клетки. Не передаются по наследству при половом процессе, но наследуются вегетативно у растений и почковании у кишечнополостных.

Пример: появление белой пряди волос.

Цитоплазматические

Происходящие изменения затрагивают ДНК, находящуюся в пластидах и митохондриях. Такие мутации передаются только у женщин из-за того, что из сперматозоидов пластиды с митохондриями не проникают внутрь зиготы.

Пример: пестролистность у растений.

Причины

Появлению мутаций у живых организмов способствует влияние следующих факторов:

рентгеновское излучение;
радиация;
ультрафиолетовые лучи.

Все виды перечисленных мутаций играют важную роль в эволюционном процессе, так как служат материалом для естественного отбора. Полезные мутацию помогают организмам выжить, и приспособиться к меняющимся условиям среды.

Читайте также: