Ошибки трех р генетика

Мутации,
связанные с изменением структуры
молекулы ДНК, называются генными.
Мутационные изменения генов могут
происходить в одной точке (односайтовые
мутации)
либо в нескольких разных точках
(многосайтовые
мутации).
Термин сайт в генетике обозначает
определенное место («точку») в цепи
молекулы ДНК. Современные методы
молекулярной генетики позволили
определить два основных процесса
формирования генных мутаций — это замена
нуклеотидов и сдвиг рамки
считывания, каждый из которых имеет
свои варианты (рис. 2).

Рис.
2. ? Генные мутации [10]

Основное
внимание при изучении генных мутаций
уделяют изменениям чередования пар
нуклеотидов в ДНК и прежде всего
изменениям, затрагивающим отдельные
пары нуклеотидов, которые составляют
класс точковыхили точечных мутаций.

Точковые
мутации представляют собой изменения
пар нуклеотидов ДНК (или нуклеотида
РНК). Далее
этот класс мутаций подразделяется на
следующие группы:

а) транзиции
— такие
замены пар нуклеотидов (АТ СG), которые
не изменяют не изменяют ориентации:
пурин — пиримидин в пределах пары.

б) трансверсии
— замены
пар нуклеотидов (АТ CG, AT TA, GC CG), (пуриновые
и пиримидиновые нуклеотиды меняются
местами), изменяющиеся ориентационно.

в) вставка
(инсерция) лишней
пары нуклеотидов.

г) выпадение
(делеция) пары
нуклеотидов (рис. 3).

Рис.
3. ? Делеция и дупликация

Необходимо
отметить, что вставка сдвигает рамку
считывания в одном направлении, а делеция
— в противоположном.

В
соответствии с физиологической теорией
мутационного процесса мутации следует
рассматривать как побочные продукты
нормальных процессов клеточной
физиологии. В последнее время получила
распространение концепция американского
генетика Р. фон Борстела, согласно
которой мутации возникают в результате
«ошибок трех Р»: репликации, репарации
и рекомбинации. Такие ошибки происходят
спонтанно и под влиянием мутагенов. В
связи с этим вполне понятно, что решающую
роль в понимании механизмов мутагенеза
сыграло изучение энзимологии репликации,
репарации, рекомбинации и их генетического
контроля. Оказалось, многие гены,
контролирующие эти процессы, одновременно
контролируют частоту спонтанного и
индуцированного мутационного процесса
[8].

Репликация
и мутационный процесс. В
процессе репликации возможна
замена нуклеотидов вследствие некоторой
неоднозначности принципа комплементарности.
Азотистые основания нуклеотидов ДНК
могут существовать в нескольких
таутомерных формах. Таутомеризация —
изменение положения водорода в молекуле,
меняющее ее химические свойства. Если
аденин находится в обычной аминной
форме, он спаривается с тимином. Будучи
в редкой иммино форме, аденин образует
пары с цитозином. Этот таутомерный
переход аденина при последующей
репликации может обеспечивать транзиции
AT ? GC. Редкий енольный таутомер тимина
способен образовать пару с гуанином и
это также приведет к замене пары
нуклеотидов.

Некоторые
таутомеры нуклеотидов меняют способность
формировать водородные связи с другими
нуклеотидами. У аналогов нуклеотидов
таутомерия происходит чаще, чем у
типичных форм, что объясняет их мутагенный
эффект. Прямым указанием на участие
процесса репликации в мутагенезе было
открытие мутагенного эффекта аналогов
оснований ДНК: тимидина 5-бромурацил,
и 2-аминопурина,
вызывающих мутации у бактериофагов и
бактерий.

-бромурацил
включается в ДНК вместо тимина и образует
пары с тимином. При этом возможно
ошибочное спаривание с гуанином при
репликации ДНК, уже включившей 5-бромурацил
(ошибка
репликации),
а возможна ошибка при включении аналога
в ДНК (ошибка
включения)

Большинство
мутаций со сдвигом рамки считывания
обнаружено в участках ДНК, состоящих
из одинаковых нуклеотидов. Существует
гипотеза возникновения этих мутаций
вследствие диссоциации и неправильного
восстановления нитей в данных участках.
В первом случае в результате ошибки
репликации происходят транзиции, а во
втором — в результате ошибки включения
— трансверсии. Аналогичны ошибки включения
и ошибки репликации и при действии
другого аналога оснований — 2-аминопурина.

Изучение
мутационного процесса в связи с
репликацией ДНК позволило выявить
некоторые высокоэффективные мутагены,
действующие непосредственно в
репликативной вилке. К их числу относится
N-метил-N-нитро-N-нитрозогуанидин (МННГ),
который взаимодействует с одноцепочечными
участками в вилке репликации или
действует непосредственно на ферменты
реплисомы [8, 10].

Репарация
и мутационный процесс.

Выявляемая
частота мутаций не отражает величину
потенциальных повреждений ДНК. Повреждения
ДНК сводятся к минимуму благодаря
наличию в клетке особых систем репарации,
которые узнают эти повреждения и
справляют их. Системы репарации возникли
в процессе эволюции для поддержания
стабильности геномов. Некоторые
рапаративные системы обладают
специфичностью, другие не специфичны
в отношении каких-то определенных типов
повреждений — они узнают изменения в
структуре ДНК как сигналы к действию.
Рапаративные системы представляют
собой ферментативные механизмы,
обнаруженные в клетках самых различных
организмов [10].

Мутации
некоторых генов, ответственных за
репарацию у E.
Coli,
бактериофага Т4, дрожжей, а также в
клетках высших эукариот, проявляют
мутаторный или антимутаторный эффект,
подобно мутациям в генах, ответственных
за репликативный комплекс.

Изучение
генетического контроля репарации (а
также рекомбинации) позволило доказать
участие некоторых нормальных процессов,
происходящих в клетке, в
превращении предмутационных
изменений ДНК
в мутации. В частности, оказалось, что
процесс становления мутаций может быть
генетически блокирован так же, как и
любой другой физиологический процесс.
Так, изменение генов lex
A или rec
A ведет
к частичному или полному подавлению
мутационного процесса под воздействием
ультрафиолетового света, ионизирующих
излучений и некоторых химических
мутагенов.

Наиболее
подробно участие процессов репарации
в возникновении мутаций исследовано у
бактерии E.
Coli.Показано,
что мутация в гене uvr
E,
контролирующем ликвидацию однонитевых
разрывов после ультрафиолетового (но
не ионизирующего) облучения, повышает
спонтанное возникновении транзиций AT
— GC в 350-400 раз, а трансверсий GC — AT в 150-200
раз. Она также повышает частоту мутаций,
индуцированных ультрафиолетовым светом
и метилметансульфонатом.

Э.
Виткин обратила внимание на связь
нескольких явлений, для которых общей
причиной служит облучение клеток
ультрафиолетовым светом:

)
индукция профага;

)
повышение выживаемости облученного
бактериофага при заражении им
предварительно облученных клеток E.
Coli по
сравнению с выживаемостью в необлученных
клетках — так называемая W-реактивация,
открытая Дж. Уэйглом;

)
блокирование клеточных делений у
некоторых мутантов E.
Coli, в
результате чего клетки приобретают
нитевидную форму;

)
повышение частоты рекомбинации;

)
повышение частоты мутаций.

Рекомбинация
и мутационный процесс. Связь между
мутационным процессом и рекомбинацией
следует из общности некоторых
ферментативных этапов репликации,
репарации и кроссинговера. Кроме того,
источником мутаций могут быть ошибки
рекомбинации, приводящие к появлению
новых аллелей.

На
связь самого процесса рекомбинации с
возникновением мутаций указывает
корреляция обменов гомологичных участков
хромосом с изменениями генов в
непосредственной близости к ним. Так,
у Bacillus
subtilis трансформация
сопровождается повышением мутабельности.
Известно, что мутаген профлавин(диаминоакридин)
вызывает вставки и выпадения оснований
у бактериофагов, но он практически не
мутагенен для бактерий. Тем не менее, с
его помощью удалось получить мутантов
у E.
Coli в
процессе конъюгации. Такой результат
согласуется с точкой зрения о мутагенном
действии акридинов в процессе рекомбинации.

Наиболее
подробно охарактеризован мутагенный
эффект рекомбинации у дрожжей. В начале
60-х годов К. Маньи и Р. фон Борстел описали
у Sacch.
cerevisia так
называемый мейотический
эффект,
который заключается в том, что некоторые
типы спонтанных мутаций возникают в
мейозе чаще, чем в митозе. Это касалось
появления и ревертирования мутаций-вставок
или выпадений пар оснований. У
другого вида дрожжей —Schizosaccharomyces
pombe У.
Лойпольд с сотрудниками среди 118
спонтанных мутантов по локусу ade
1,
полученных в митозе, не нашли ни одного,
ревертирующего под действием производного
акридин-иприта — ICR-170, способного вызывать
вставки и выпадения оснований, в то
время как среди 59 мутантов, полученных
в мейозе, 7 ревертировали под действием
этого соединения. Следовательно, в ходе
мейотический рекомбинации могут
происходить мутации вставки и выпадения
оснований.

Вклад
рекомбинации в мутационный процесс не
ограничивается только ее ошибками.
Целый ряд мутаций может возникать в
результате реципрокной рекомбинации,
например хромосомные аберрации, а также
некоторые другие [8].

генетический
изменчивость наследственный фенотипический

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Генетические мутации — изменения в генах, которые вызывают неизлечимые заболевания. Но все ли мутации опасны? И почему такое вообще случается? Если у человека есть генетическая мутация, значит ли это, что у него проявится какая-то болезнь? Отвечаем на эти и другие вопросы в статье.

Содержание

• Что такое ДНК?
• Какова функция генов?
• Что такое мутация?
• Мутации: хорошие, плохие, нейтральные
• Что делать, если генетический тест показал мутацию?

Что такое ДНК?

Чтобы разобраться, что такое генетическая мутация, вспомним, как устроены ДНК и гены.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это длинная молекула, которую принято называть «двойной спиралью». Она хранит биологическую информацию, которая «записана» в виде генетического кода.

Ген — это основная «единица» наследственной информации. Он представляет собой кусочек ДНК.

Какова функция генов?

В части генов в виде кода записаны «рецепты» изготовления белков. Именно белки выполняют основные функции для поддержания жизнедеятельности организма: они отвечают за пищеварение, кровообращение, иммунитет, передачу информации между клетками.

Код представляет собой последовательность нуклеотидов.

Нуклеотид — это конструкция, которая состоит из молекулы сахара, молекулы фосфата и основания.

В нашей ДНК есть четыре азотистых основания:

• аденин,
• гуанин,
• цитозин,
• тимин.

Основания одной цепи соединяются с основаниями другой цепи парами (аденин с тимином, цитозин с гуанином).

Если посмотреть на двойную спираль ДНК, то ее горизонтальные «ступени» будут парами оснований, а вертикальные боковые части — сахарами и фосфатами.

Чтобы изготовить белки по записанному в генах коду, специальные соединения — ферменты — «читают» и копируют код. В результате получаются длинные одноцепочечные молекулы — РНК (рибонуклеиновые кислоты), но это еще не белок. РНК лишь несут в себе информацию о первичной структуре белка, поэтому их называют матричными (сокращенно — мРНК). Эти молекулы покидают ядро клетки и ​​перемещаются в ее цитоплазму. Там специальные органы — рибосомы — считывают код мРНК и изготавливают по этому «рецепту» белок.

Что такое мутация?

Генетическая мутация — это любое изменение в нуклеотидной последовательности ДНК.

К основным типам мутаций относятся:

• транзиция — замена аденина на гуанин или замена тимина на цитозин;
• трансверсия — аденин или гуанин меняются местами с тимином или цитозином;
• делеция — потеря участка ДНК;
• инсерция — добавление участка ДНК;
• дупликация — удвоение участка ДНК;
• инверсия — изменение, при котором участок хромосомы поворачивается на 180°;
• транслокация — мутация, при которой хромосомы обмениваются фрагментами.

Мутации могут происходить по разным причинам.

Спонтанные генетические мутации

Они происходят на протяжении всей нашей жизни. Можно сказать, что это нормальное явление, которое случается в ходе разных процессов, например, при копировании ДНК.

Как правило, такие ошибки не грозят серьезными последствиями, потому что у нашего организма есть механизмы защиты.

К ним относится, например, апоптоз — процесс программируемой гибели «испорченной» клетки, или репарация — починка нити ДНК. В этом случае ошибочный участок ДНК вырезается, а на его месте формируется новый.

Мутации, вызванные внешним влиянием

Мутации могут возникнуть под воздействием внешних неблагоприятных факторов, например, химических веществ, ионизирующего излучения или заражения вирусами.

Белки, которые отвечают за исправление ошибок, как правило, могут исправить испорченные цепи ДНК или привести одну хромосому в соответствие с другой. Но, если ошибки произошли на уровне генома или количества хромосом, защитные механизмы будут бессильны.

Наследственные генетические мутации

Такие мутации достаются человеку от родителей. Бывают случаи, когда генетическое нарушение передается из поколения в поколение (как, например, болезнь гемофилия), иногда мутации происходят в яйцеклетках и сперматозоидах и таким образом передаются ребенку.

Бывают случаи, когда мутации возникают на этапе формирования зиготы — клетки, которая образуется в результате оплодотворения. Как и в предыдущем случае, механизмы репарации с такими мутациями работают далеко не всегда, а ряд заболеваний и вовсе связан с нарушениями в процессе починки (например, пигментная ксеродерма — заболевание кожи, представляющее собой повышенную чувствительность к ультрафиолету).

Мутации: хорошие, плохие, нейтральные

Не все генетические мутации опасны. Важно понимать, что именно мутации объясняют генетические различия между видами. Изменения генов влекут за собой изменение характеристик организма, и в результате этого он может стать либо более, либо менее приспособленным к выживанию.

В ходе естественного отбора преимущество получают те живые существа, которые обладают более «полезным» набором характеристик, и тогда мутация закрепляется в популяции, становясь нормой.

«Хорошие» мутации

Ученым известно, что, например, у людей с определенным вариантом гена GPR75 риск ожирения снижен на 54%. А те, у кого есть хотя бы одна копия такого варианта гена, имеют более низкий индекс массы тела.

Мутации генов могут давать человеку и другие преимущества: так, мутировавший ген EPOR дал финскому лыжнику, трехкратному олимпийскому чемпиону Ээро Мянтюранта высокую чувствительность к эритропоэтину — гормону, который помогает нашим клеткам поддерживать оптимальный уровень кислорода и выводить углекислый газ. Это изменило и объем красных кровяных клеток в крови спортсмена, и объем кислорода, который эти клетки способны переносить. В результате Мянтюранта получил супервыносливость — его организм легко справлялся с повышенной потребностью в кислороде во время физических нагрузок.

«Плохие» мутации

Генетические мутации могут вызывать различные заболевания. Например, изменения гена DMD вызывают дистрофию Дюшенна — нервно-мышечное заболевание, которое проявляется у мужчин намного чаще, чем у женщин. А к серповидноклеточной анемии — нарушению в строении белка гемоглобина, который переносит кислород от легких к органам, — приводят мутации гена HBB. Хорея Гентингтона — тяжелое заболевание нервной системы — развивается из-за мутации в гене HTT.

Однако далеко не всегда генетическое заболевание связано с мутацией одного гена. Так, синдром Дауна возникает из-за изменения количества хромосом — в клетках пациентов с этой болезнью 47 хромосом вместо обычных 46.

Ряд заболеваний, таких как рак, диабет, расстройства аутического спектра, появляются из-за комбинации факторов. Пациенты могут иметь генетическую предрасположенность, но значительную роль играют и внешние факторы — неправильный образ жизни, неблагоприятная окружающая среда.

«Нейтральные» мутации

Нейтральные мутации, как следует из названия, не оказывают на здоровье человека ни положительного, ни отрицательного эффекта. Как правило, эти мутации затрагивают нуклеотидную последовательность ДНК, но не сказываются на строении белков.

Так происходит, потому что наш генетический код обладает так называемой избыточностью — это значит, что ряд аминокислот кодируется несколькими способами, чтобы случайные ошибки при копировании с меньшей вероятностью привели к нарушению функции или отсутствию кодируемого белка.

Бывает и так, что мутация гена все-таки меняет аминокислоту. Тем не менее, это не всегда приводит к нарушению функции белка.

Что делать, если генетический тест показал мутацию?

Во многих случаях наличие генетических нарушений не означает, что у человека непременно разовьется какое-то заболевание. Это значит лишь то, что пациент обладает генетическим вариантом, который чаще встречается у людей с этим заболеванием, и, вероятно, предрасположен к возникновению проблемы больше остальных.

Важнейшую роль в таких случаях играют внешние факторы: образ жизни, привычки, окружающая среда.

Ученые сходятся на том, что важными условиями сохранения здоровья являются:

● сбалансированное питание, богатое овощами и фруктами;
● регулярные занятия спортом;
● отказ от курения и алкоголя;
● достаточное количество сна.

Эти правила помогут значительно снизить риск развития таких распространенных заболеваний, как рак, проблемы с сердечно-сосудистой системой, диабет второго типа.

В том случае, если у человека есть мутация, связанная с моногенным заболеванием (то есть таким, которое возникает из-за «поломки» всего лишь одного гена), то существует риск, что он передаст этот вариант гена своему ребенку. Кроме того, болезнь может проявиться и у самого обладателя «плохого» гена — в этом случае ему следует обратиться к специалистам. Как правило, генетические заболевания не лечатся, но врач сможет порекомендовать препараты или изменения образа жизни (например, диета), чтобы уменьшить проявления болезни.

Результаты Генетического теста Атлас подскажут персональные рекомендации по улучшению образа жизни, которые помогут минимизировать риск появления заболеваний. Используя эти знания, будет проще спланировать подходящий рацион, спортивные нагрузки и тренировки, профилактические обследования.

Больше статей о генетике в блоге Атласа:

• Из чего состоит геном человека
• Кому и зачем нужны ДНК-банки
• Генная терапия: шанс или фантастика

1. Главная
2. Цены
3. Цены на анализы
4. Генетические мутации