|
|
мутагенез. 1 билет 1 вопрос молекулярные и цитологические основы наследственности
1 билет
1 вопрос- Молекулярные и цитологические основы наследственности.
Элементарной структурной и функциональной единицей живого является клетка. Наука, изучающая строение и функции клеток называется цитология.Характерной особенностью растительной клетки является наличие клеточной стенки, состоящей из целлюлозы, которая окружает и защищает протопласт. Протопласт клетки содержат цитоплазму, ограниченную снаружи плазматической мембраной – плазмалеммой. В цитоплазме находятся органеллы, которые выполняют специфические функции. В световой микроскоп хорошо видны ядро с ядрышками, пластиды, крупные митохондрии, вакуоли и сферосомы. В электронной микроскопии различимы плазмалемма, аппарат Гольджи (комплекс Гольджи), эндоплазматический ретикулум, рибосомы и элементы цитоскелета, к которому относятся микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.Таким образом, клетка имеет сложную внутреннюю организацию и специфическое взаимодействие органелл в процессе жизнедеятельности. Клетка – это наименьшая самовоспроизводящаяся единица жизни, на уровне клетки протекают рост и развитие, размножение клеток, обмен веществ и энергии. В многоклеточном организме протекающие процессы складываются из совокупности координированных функций его клеток.
Ген — это отрезок молекулы ДНК. Только эта макромолекула из довольно обширного спектра макромолекул, существующих в каждой клетке каждого живого организма, способна самовоспроизводиться, а значит, передавать в поколениях клеток или организмов содержащуюся в ней информацию. Способность ДНК к самовоспроизведению обусловлена особенностями ее химической структуры. Молекула ДНК построена из трех компонентов: сахара, представленного дезоксирибозой, фосфатных групп и 4 типов азотистых оснований — цитозина (Ц), тимина (Т), которые еще называют пуринами, аденина (А) и гуанина (Г). Это — пиримидины.
2 вопрос-Искусственный (индуцированный ) мутагенез.
Мутагенез — процесс изменения в нуклеотидной последовательности ДНК, приводящий к мутациям. Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.Искусственный мутагенез широко используют для изучения белков и улучшения их свойств (направленной эволюции (англ.)).Методом ненаправленного мутагенеза в последовательность ДНК вносятся изменения с определённой вероятностью. Мутагенными факторами (мутагенами) могут быть различные химические и физические воздействия — мутагенные вещества, ультрафиолет, радиация. После получения мутантных организмов производят выявление (скрининг) и отбор тех, которые удовлетворяют цели мутагенеза. Ненаправленный мутагенез более трудоемок и его проведение оправдано, если разработана эффективная система скрининга мутантов.В направленном (сайт-специфическом) мутагенезе изменения в ДНК вносятся в заранее известный сайт (DNA binding site). Для этого синтезируют короткие одноцепочечные молекулы ДНК (праймеры), комплементарные целевой ДНК за исключением места
мутации.
Под индуцированным (искусственно вызываемым) мутагенезом
понимают возникновение наследственных изменений в результате воздействия
на организм особыми агентами-мутагенами. В зависимости
от природы мутагена различают радиационный и химический мутагенез.
Как известно, частота естественных мутаций невелика и составляет
примерно 10 "5 (в расчете на 1 ген за одно поколение). Индуцированный
мутагенез позволяет значительно повысить частоту мутаций. Таким образом,
с помощью данного метода удается обеспечить одно из наиболее
важных условий успешной селекции - повышение наследственной изменчивости
селекционируемого материала.
Для получения индуцированных мутаций обычно обрабатывают поло-\
вые клетки (икру, сперму) или ранние зародыши рыб. Генетический |
эффект тем выше, чем доступнее ядро клетки действию мутагена. С этой'
точки зрения более эффективна обработка мутагеном зрелых спермиев.
При обработке спермиев снижается также вероятность накопления мутагена
в цитоплазме половой клетки и его последующего влияния на разе\
вивающийся зародыш.
Мутагенный эффект алкилирующих соединений доказан на примере
генов чешуйного покрова у карпа [192, 204]. Так, при обработке спермы
карпа НЭМ обнаружены мутации аллеля п ->• N и аллеля $-•.$; при обработке
спермы карпа ДМС эти две мутации обнаружены одновременно.
Средняя частота возникновения доминантной мутации ./V среди потомков,
полученных с использованием НЭМ и ДМС, составила 1,1 х 10 3 (45 му-
тантных особей среди 40 323 шт. сеголетков) и была более чем на два
порядка выше частоты естественного мутирования [192].
Другим подтверждением возможности мутагенного эффекта алкилирующих
соединений является повышение частоты хромосомных перестроек
(разрывов хромосом, слипаний и др.), что легко регистрируется
при анализе эмбриональных митозов (рис. 22).
Установлена определенная специфичность мутагенов по характеру
вызываемых ими мутаций. Так, например, при обработке спермы карпа
НЭМ чаще возникают точковые (генные) мутации, а при обработке спермы
ДМС — хромосомные перестройки.
Косвенным подтверждением мутагенного действия химических соединений
является увеличение фенотипической изменчивости различных
признаков.
У разных видов рыб чувствительность к одному и тому же мутагену
может быть различной. При одинаковых дозах воздействия НЭМ на спермин
(концентрация мутагена 0,0025—0,02 %) выживаемость эмбрионов
в мутагенных потомствах составила (в % от контроля): 36,5—0,0 (белый
толстолобик), 63,8-0,0 (белый амур) и 111,3-26,1 (карп). Эти данные
свидетельствуют о меньшей чувствительности к мутагену у полиплоидных
видов (карп), чем у диплоидных (белый амур и белый толстолобик) [204].
Многие мутагены активны в широком диапазоне концентраций, но
наиболее эффективными являются концентрации мутагена, близкие к
полулетальным. 89
Сравнительная оценка многих алкилирующих соединений с использованием
цитогенетического и других тестов позволила выявить наиболее
эффективные мутагены. Ими оказались НЭМ и ЭИ [195].
Мутагенные' потомства первого поколения характеризуются пониженной
выживаемостью и повышенным числом уродливых особей, что является
следствием индуцированных вредных, в том числе летальных доминантных
мутаций. Основная гибель особей - носителей таких мутаций -
происходит в эмбриогенезе, начиная с поздней бластулы; значительная
часть потомков погибает в период вылупления. Среди жизнеспособной
части потомства встречаются разнообразные уроды. Например, в мутагенных
потомствах карпа обнаружено 23 типа уродств. Разные мутагены
индуцируют различный спектр аномалий. Наиболее частыми нарушениями
(встречающимися при использовании практически всех мутагенов) оказались
искривление позвоночника, уродства головы и рта. При высоких
дозах мутагенов уроды могут составлять в потомстве 20—30 % [192].
Как показали работы с казахстанским карпом [192, 195, 204 и др.],
в мутагенном потомстве первого поколения наблюдается повышенная
фенотипическая изменчивость пЬ многим количественным признакам,
Мутагенным называют потомство, полученное с использованием мутагенов;
мутантным - потомство, имеющее какой-либо мутантный признак.
90
в том числе и по важнейшему показателю продуктивности — массе тела.
В отдельных потомствах коэффициент вариации массы тела возрастал в
два-три раза по сравнению с контролем, а среди потомков появлялись
особи, превышающие по темпу роста лучших контрольных рыб более
чем в два раза. К сожалению, данных о "вкладе" генетических факторов
в повышение фенотипической изменчивости и появление такого рода рекордистов
пока еще не имеется.
3 вопрос-Виды изменчивости.
Изменчивость — разнообразие признаков среди представителей данного вида, а также свойство потомков приобретать отличия от родительских форм. Изменчивость вместе с наследственностью представляют собой два неразрывных свойства живых организмов, являющихся предметом изучения науки генетики[1].
Различают несколько типов изменчивости:
Наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую, паратипическую)[2][3].
Индивидуальную (различие между отдельными особями) и групповую (между группами особей, например, различными популяциями данного вида). Групповая изменчивость является производной от индивидуальной.
Качественную и количественную.
Направленную и ненаправленную.
Изменчивость – это способность организмов приобретать отличия от других особей своего вида. Бывает трех видов – мутации, комбинации и модификации.
МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ – это изменения ДНК клетки (изменение строения и количества хромосом). Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора (мутационный процесс – одна из движущих сил эволюции).
Примеры: альбинизм (отсутствие окраски кожи и волос), коротконогость у овец, темная окраска крыльев у березовой пяденицы. Виды мутаций.
КОМБИНАТИВНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ возникает при перекомбинации (перемешивании) генов отца и матери. Источники:
1) Кроссинговер при мейозе (гомологичные хромосомы тесно сближаются и меняются участками).
2) Независимое расхождение хромосом при мейозе.
3) Случайное слияние гамет при оплодотворении.
Пример: у цветка ночная красавица есть ген красного цвета лепестков А, и ген белого цвета а. Организм Аа имеет розовый цвет лепестков, этот признак возникает при сочетании (комбинации) красного и белого гена.
МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ возникает под действием окружающей среды. По наследству не передаётся, потому что при модификациях меняется только фенотип (признак), а генотип не меняется.
Примеры:
1) Можно разрезать корень одуванчика на 2 части и посадить их в разные условия; вырастут разные на вид растения, хотя генотип у них одинаковый.
2) Если человек будет находится на солнце, то он загорит; если будет заниматься физкультурой, то увеличит свои мышцы.
3) При хорошем содержании куры увеличивают яйценоскость, коровы дают больше молока.
Модификационная изменчивость не безгранична, например, белый человек никогда не сможет загореть до состояния негра. Границы, внутри которых могут происходить модификационные изменения, называются «норма реакции», они заложены в генотипе и передаются по наследств
2 билет
1 вопрос-Физические мутагены
Физические мутагены
К этой группе мутагенов относятся различные типы излучений, температура. К ионизирующим излучениям относят электромагнитные, рентгеновские и гамма-лучи, а также элементарные частицы (альфа, бета, нейтроны и др.). В процессе воздействия ионизирующих излучений на организм компоненты клетки, в том числе молекулы ДНК, поглощают определённое количество (дозу) энергии. При этом одна и та же доза может быть достигнута при слабой интенсивности облучения в течение длительного времени либо путём кратковременного облучения с высокой интенсивностью. Последствием облучения могут быть разрыв водородных связей в двойной спирали молекулы ДНК, разрывы одной или двух цепей ДНК, образование новых устойчивых связей (сшивок) между двумя цепями одной молекулы ДНК, между различными молекулами ДНК или между ДНК и молекулами белков. Экспериментально был получен следующий вывод.
Частота возникновения (индукции) мутаций пропорциональна дозе облучения. С увеличением дозы возрастает вероятность поражения.
В отличие от рентгеновских, ультрафиолетовые лучи не обладают достаточной энергией ионизации. Однако она поглощается входящими в состав ДНК азотистыми основаниями (пуринами и пиримидинами), переводя их в энергетически неустойчивое, возбуждённое состояние. Это приводит к ошибкам при репликации ДНК.
Мутагенным фактором также является повышенная температура. Например, при выращивании мушек-дрозофил при температуре на 10 °С выше обычной число мутаций увеличивается втрое. Радиационное повреждение генетического материала не является прямым источником возникновения изменений в клетках организма, повреждённых облучением. Дело в том, что у любых организмов в клетках присутствует вода. Поэтому излучение не только непосредственно “ударяет” по чувствительным генетическим структурам, но и действует на них косвенно за счёт разложения воды. Этот процесс приводит к образованию короткоживущих, так называемых свободных радикалов (водорода Н+ и гидроксила ОН-), объединяющихся с образованием либо воды, либо химически активных, а следовательно, биологически очень опасных молекул -- перекиси водорода и атомарного кислорода. В свою очередь, они способны вызвать несколько новых актов ионизации. Таким образом, происходит лавинообразное увеличение частоты попаданий в “мишени”. Поэтому соединения, способные взаимодействовать со свободными радикалами (антиоксиданты), защищают молекулы-мишени от непрямого действия радиации. К числу таких антиоксидантов, например, относятся токоферол (витамин Е), микроэлемент селен и др.
Линии электропередач, сильные радиопередающие устройства создают электромагнитное поле, которое в разы превышает допустимый уровень. Электрические и магнитные поля сильно влияют на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так, у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем излучения. У растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакции только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Работы английских ученых в начале 90-х годов показали, что у ряда аллергиков под действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.
2 вопрос
Анеуплоидия. Болезни неправильного расхождения хромосом.
Анеуплоидией называют изменение кариотипа, когда число хромосом некратно гаплоидному набору. Это приводит к нарушению эмбрионального развития, является частой причиной самопроизвольных выкидышей, может вызывать некоторые наследственные синдромы.
Причины анеуплоидии
Изменение кариотипа вызывают нарушения сегрегации хромосом в митозе или мейозе. В случае если гомологичные хромосомы одной или нескольких пар в анафазе I мейоза не расходятся, то развивается врожденная анеуплоидия.
Если половая клетка с лишней или недостающей хромосомой сливается с нормальной гаплоидной гаметой, то образовавшаяся зигота несет клетки с нечетным количеством хромосом. Зигота, имеющая число хромосом, меньше нормального диплоидного набора, обычно не развивается. Плодное яйцо с лишними хромосомами способно к развитию, но в большинстве случаев развитие сопровождается серьезными аномалиями.
Формы нарушения
По типу вовлеченных хромосом различают анеуплоидию половых хромосом и аутосомную. Первая характеризуется более мягкими фенотипическими проявлениями.
Выделяют также такие формы, как моносомия — отсутствие в диплоидном организме одной хромосомы, нуллисомия — отсутствие двух гомологичных хромосом, трисомия — наличие дополнительной хромосомы. Нарушения в сфере половых хромосом могут иметь формы тетрасомии и пентасомии (встречаются крайне редко).
Синдромы, связанные с анеуплоидией
Моносомия по Х-хромосоме является причиной синдрома Шерешевского-Тернера. Таким нарушением страдают исключительно женщины. Они имеют нормальное интеллектуальное развитие и ведут полноценный образ жизни, однако для больных характерны бесплодие, пороки развития внутренних органов и другие внешние признаки хромосомной патологии.
Жизнеспособная форма трисомии возможна только по хромосоме 21, однако она приводит к развитию синдрома Дауна. Трисомия по хромосоме 13 является причиной синдрома Патау, по хромосоме 18 — синдрома Эдвардса. Они характеризуются ранней постнатальной смертностью.
Трисомии половых хромосом встречаются чаще. Одной из форм подобного типа анеуплоидии является синдром Клайнфельтера. Для него характерно наличие мужской Y-хромосомы при одной или двух лишних Х-хромосомах. Страдающие синдромом Клайнфельтера вследствие анеуплоидии — мужчины, имеющие некоторые женские вторичные половые признаки. Обычно они бесплодны и имеют низкий уровень интеллектуального развития.
Синдром трипло-X является такой формой анеуплоидии, при которой у женщины присутствует лишняя Х-хромосома. В основном больные имеют нормальное физическое и психическое развитие, хромосомные аномалии у них выявляются, как правило, случайно. При синдроме трипло-X анеуплоидия не приводит к аномалиям полового развития, однако повышен риск спонтанных выкидышей и хромосомных патологий у потомства. Лишь у некоторых женщин присутствуют нарушения репродуктивной функции.
Лишняя Y-хромосома у мужчин является синдромом, при котором анеуплоидия развивается вследствие слияния нормальной яйцеклетки со сперматозоидом, являющимся носителем второй Y-хромосомы. Патология выявляется случайно, обычно носители не знают о ее наличии. Для таких мужчин характерен более высокий рост, небольшие нарушения координации движений, у половины из них имеются трудности с обучением, нарушения речи и письма.
|
|
|
Скачать 123.35 Kb.