мутагенез. 1 билет 1 вопрос молекулярные и цитологические основы наследственности

• Название: 1 билет 1 вопрос молекулярные и цитологические основы наследственности
• Дата: 25.07.2022
• Размер: 123.35 Kb.
• Имя файла: мутагенез.docx
• Тип: Документы; #635900
• страница: 5 из 8

14 билет
1.Спонтанный мутационный процесс.

Спонтанными мутациями называют мутации, которые возникают в естественных условиях без специального воздействия мутагенами.
К появлению спонтанных мутаций приводят ошибки репликации, неправильное формирование комплементарных пар оснований или структурные искажения ДНК под действием естественных мутагенов. Спонтанные мутации могут вызывать благоприятные и неблагоприятные генетические изменения. Примерный уровень спонтанного мутирования — одна мутация на каждые 106-107 клеток. Численная доля мутантов в клеточной популяции для разных признаков различна и может варьировать от 10-4 до 10-11.

2. Пострепликативная репарация: Индуцируемая репарация. Адаптивный ответ

Пострепликативная репарация

• Пострепликативная репарация осуществляется в . тех случаях, когда повреждение доживает до фазы

репликации (слишком много повреждений, или повреждение возникло непосредственно перед репликацией) или имеет такую природу, которая делает невозможным его исправление с помощью эксцизионной репарации (например, сшивка цепей ДНК).

• Эта система играет особенно важную роль у эукариот, обеспечивая возможность копирования даже с поврежденной матрицы (хотя и с увеличенным количеством ошибок). Одна из разновидностей этого типа репарации ДНК - рекомбинационная репарация.

индуцируемая репарация — Тип репарации, основанный на включении дополнительных репарирующих генов в ответ на очень сильное повреждение ДНК, угрожающее жизни клетки; к И.р. относится формирование SOS ответов и адаптивных ответов.

Адаптивный ответ — одно из проявлений радиационного гормезиса, форма прямой репарации ДНК в E. coli, которая защищает ДНК от повреждения внешними агентами или ошибок во время репликации[1].

В настоящее время установлено, что адаптивный ответ представляет собой универсальную реакцию клеток на облучение в малых дозах, выражающуюся в приобретении устойчивости к поражающему действию излучения в большой дозе или других агентов нерадиационной природы.

3. Мутагенное действие гидроксиламина, азотистой кислоты, аналогов оснований

Гидроксиламин. В отличие от большинства алкилирующих агентов гидроксилирующий агент гидроксиламин NH2OH обладает строго специфичным мутагенным действием. Он индуцирует преимущественно транзиции ГЦАТ. Механизм мутагенности гидроксиламина не вполне ясен, однако известно, что он предпочтительно взаимодействует с цитозином, присоединяя к нему аминогруппу. Такой модифицированный цитозин способен ошибочно спариваться с аденином, что и ведет к образованию транзиции ГЦАТ. Ввиду своей специфичности гидроксиламин часто используется для определения типа транзиции, вызванной другими мутагенами. Например, мутанты, возникшие в результате транзиций, могут быть разделены на два класса в зависимости от способности ревертировать под действием гидроксиламина. Очевидно, те из них, которые содержат в мутантном сайте пару АТ, не ревертируют. Напротив, если мутация привела к замене оснований типа АТГЦ, то она будет ревертировать.

Поскольку гидроксиламин способен действовать на покоящуюся ДНК, он эффективно используется в качестве агента индуцирующего in vitro мутации в трансформирующей ДНК бактерий либо у внеклеточных бактериофагов. Мутагенное действие гидроксиламина на эукариотические организмы выражено слабо
Азотистая кислота. Азотистая кислота HNO2 - сильный мутаген, действующий путем окислительного дезаминирования оснований, содержащих аминогруппы (гуанин, аденин, цитозин). Замещение аминогруппы кетогруппой превращает аденин в гипоксантин, спаривающийся преимущественно не с тимином, а с цитозином. Дезаминирование цитозина превращает его в урацил, спаривающийся с аденином. Дезаминирование гуанина переводит его в ксантин, однако это не нарушает специфичности спаривания, т.к. оба они образуют водородные связи с цитозином. Первые два типа дезаминирования ведут к транзициям АТГЦ и ГЦАТ соответственно. Поскольку азотистая кислота индуцирует транзиции в обоих направлениях, вызываемые ею мутации способны ревертировать при повторной обработке тем же мутагеном.

Помимо замен оснований азотистая кислота индуцирует делеции, что обусловлено ее способностью к поперечному сшиванию цепей ДНК. У эукариот мутагенное действие азотистой кислоты, по-видимому, также связано с вызываемыми ею сшивками между ДНК и гистоном. Показана мутагенность азотистой кислоты в отношении различных бактерий, бактериофагов, РНК-вых вирусов, грибов. In vitro азотистая кислота индуцирует мутации в трансформирующейся ДНК, но по эффективности уступает в этом отношении гидроксиламину.

Аналоги азотистых оснований включаются в нуклеиновые кислоты, что при последующей репликации ведёт к появлению транзиций и трансверсий. Эти же типы изменений вызываются азотистой кислотой, дезаминирующей азотистые основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий её репликации: в результате выпадают или добавочно вставляются одна или несколько пар нуклеотидов, что приводит к сдвигу рамки считывания. Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми кислотами характеризуют и др. химические мутагены, но для многих из них механизм М. изучен недостаточно. Некоторые мутагены нарушают цитоплазматический аппарат митоза, следствием чего является нерасхождение всех разделившихся хромосом или неправильности в распределении их между дочерними клетками; в первом случае возникает полиплоидия, во втором — анеуплоидия

Билет 15
1. Основные типы мутаций и принципы их классификации
А. По характеру изменения генома:
1.Геномные мутации – изменение числа хромосом.

2. Хромосомные мутации, или хромосомные перестройки, - изменение структуры хромосом.

3. Генные мутации – изменение генов.
Б. По проявлению в гетерозиготе:

1. Доминантные мутации.

2. Рецессивные мутации.
Г. В зависимости от причин, вызывающих мутации:

1. Спонтанные, возникающие без видимой причины, т.е. без каких-либо индуцирующих воздействий со стороны экспериментатора.

2. Индуцированные мутации.

Существуют более частные подходы к классификации мутаций:

Д. По локализации в клетке:

1. Ядерные.

2. Цитоплазматические. Подразумевают мутации неядерных генов.

Е. По отношению к возможности наследования:

1. Генеративные, происходящие в половых клетках.

2. Соматические, происходящие в соматических клетках.
2. Пострепликативная репарация  и индуцируемая репарация
Пострепликативная репарация происходит тогда, когда в ДНК возникает так много повреждений, что в ходе эксцизионной репарации клетка не успевает их полностью устранить, а также если повреждены гены, контролирующие синтез ферментов, участвующих в эксцизионной репарации.

В результате после репликации такой ДНК в дочерней цепи на месте повреждений, имеющихся в материнской нити, образуются «бреши».
Этот способ восстановления целостности ДНК заключается в репарации пробелов, образующихся в дочерних цепях напротив неудаленных до репликации димеров пиримидинов. Основная часть таких пробелов репарируется путем рекомбинационных обменов между двумя материнскими молекулами ДНК. В клетках этот процесс контролируется по крайней мере 17 генами.
Из комплементарной нити сестринской двойной спирали (она была свободна от дефектов), на которой репликация уже завершена, с помощью белка RecA вырезается участок ДНК,равный по длине участку бреши, и встраивается в брешь. Затем лигазы соединяют концы вставленного фрагмента с концами нормально синтезированного участка дочерней нити.
После этого другие ферменты репарации устраняют димер в исходно поврежденной нити, и ДНК становится «залеченной». Одновременно брешь, оставшаяся после вырезания участка из материнской нити, застраивается ДНК – полимеразойI и концы соединяются лигазой.
SOS - репарация
Что случится, если клетка подошла к моменту, когда нужно реплицировать ДНК, но в ней остались повреждения, которые ни одна из описанных выше систем репарации не смогла устранить? Репликация застопорится на первом жe неустраненном повреждении, и если их в ДНК много, клетка должна погибнуть. В этих условиях в клетках активируется еще один кpaйнерискованныймеханизмрепapации, обнаруженный впервые в 1974 г.М. Радманом.
Большая доза УФ – света индуцирует повреждение ДНК (образование Т – Т димера), а также синтез RecA - копротеазы, которая разрезает белок LexA – репрессор оперонаumuD, C. В результате синтезируются белки UmuD и UmuC,они вступают в комплекс с ДНК – полимеразой и RecA, который способен завершить остановившуюся репликацию на поврежденной матрице. При этом напротив повреждений в дочернюю цепь ставятся любые случайные нуклеотиды.
В результате SOS-репарации клетка спасается на этом этапе: ее ДНК оказывается удвоенной, хотя и с ошибкой, и теперь может произойти клеточное деление. Но если из-за этой ошибки жизненно важные функции клетки все-таки пострадают, такая клетка позже все равно погибнет.
С дефектами систем репарации связаны некоторые наследственные болезни человека.
В 1968 г. Дж. Кливер нашел, что причиной неизлечимой болезни пигментной ксеродермии являются дефекты разных репарирующих систем. У носителей болезни под действием обычного солнечного света, в котором всегда присутствуют УФ-лучи, на коже возникают красные пятна, которые постепенно переходят в незарастающую коросту, которая затем трансформируется в раковые опухоли.
В настоящее время известно, что многие другие наследственные болезни человека связаны с повреждениями процессов репарации.
Если в клетке, несмотря на осуществляемую репарацию, количество повреждений структуры ДНК остается высоким, в ней блокируются процессы репликации ДНК. Такая клетка не делится, а значит, не передает возникших изменений потомству.
Вызываемая повреждениями ДНК остановка клеточного цикла в сочетании с невозможностью молекулярной репарации измененного наследственного материала может с участием белка, синтез которого контролируется геном р53, приводить к активации процесса самоликвидации (апоптоз) дефектной клетки с целью устранения ее из организма.

Индуцированная репарация (induced repair) [лат. inductio — наведение, возбуждение; лат. reparatio — восстановление] — вид репарационных процессов, основанных на включении дополнительных репарирующих генов в ответ на очень сильное повреждение ДНК, угрожающее жизни клетки; к И.р. относится формирование SOS- и адаптивных ответов.
3. Типы полиплоидии.
ПОЛИПЛОИДИЯ- это увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом; тип геномной мутации. Половые клетки большинства организмов гаплоидны (содержат один набор хромосом – n), соматические – диплоидны (2n).
Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами: три набора – триплоид (3n), четыре – тетраплоид (4n) и т. д. Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, – тетраплоиды, гексаплоиды (6 n) и т. д. Полиплоиды с нечётным числом наборов хромосом (триплоиды, пентаплоиды и т. д.) обычно не дают потомства (стерильны), т. к. образуемые ими половые клетки содержат неполный набор хромосом – не кратный гаплоидному.
Полиплоидия может возникнуть при нерасхождении хромосом в мейозе. В этом случае половая клетка получает полный (нередуцированный) набор хромосом соматической клетки (2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) образуется триплоидная зигота (3n), из которой развивается триплоид. Если обе гаметы несут по диплоидному набору, возникает тетраплоид.
Полиплоидные клетки могут возникнуть в организме при незавершённом митозе: после удвоения хромосом деления клетки может не происходить, и в ней оказываются два набора хромосом. У растений тетраплоидные клетки могут дать начало тетраплоидным побегам, цветки которых будут вырабатывать диплоидные гаметы вместо гаплоидных. При самоопылении может возникнуть тетраплоид, при опылении нормальной гаметой – триплоид. При вегетативном размножении растений сохраняется плоидность исходного органа или ткани.
Полиплоидия широко распространена в природе, но среди разных групп организмов представлена неравномерно. Большое значение этот тип мутаций имел в эволюции диких и культурных цветковых растений, среди которых ок. 47 % видов – полиплоиды. Высокая степень плоидности свойственна простейшим – число наборов хромосом у них может возрастать в сотни раз. Среди многоклеточных животных полиплоидия редка и более характерна для видов, утративших нормальный половой процесс, – гермафродитов (см.Гермафродитизм), напр. земляных червей, и видов, у которых яйцеклетки развиваются без оплодотворения (см. Партеногенез), напр. некоторых насекомых, рыб, саламандр. Одна из причин, по которой полиплоидия у животных встречается значительно реже, чем у растений, заключается в том, что у растений возможно самоопыление, а большинство животных размножается путём перекрёстного оплодотворения, и, значит, возникшему мутанту-полиплоиду нужна пара – такой же мутант-полиплоид другого пола. Вероятность подобной встречи крайне низка. Довольно часто у животных бывают полиплоидными клетки отдельных тканей (напр., у млекопитающих – клетки печени).
Полиплоидные растения часто более жизнеспособны и плодовиты, чем нормальные диплоиды. О их большей устойчивости к холоду свидетельствует увеличение числа видов-полиплоидов в высоких широтах и в высокогорьях.
Поскольку полиплоидные формы часто обладают ценными хозяйственными признаками, искусственную полиплоидизацию применяют в растениеводстве для получения исходного селекционного материала. С этой целью используют специальные мутагены (напр., алкалоид колхицин), нарушающие расхождение хромосом в митозе и мейозе. Получены урожайные полиплоиды ржи, гречихи, сахарной свёклы и др. культурных растений; стерильные триплоиды арбуза, винограда, банана популярны благодаря бессемянным плодам.

Различают:
-автополиплоидию (кратное увеличение числа наборов хромосом одного вида), характерную, как правило, для видов с вегетативным способом размножения (автополиплоиды стерильны в связи с нарушением конъюгации гомологичных хромосом в процессе мейоза),
-аллополиплоидию суммирование в организме числа хромосом от разных видов), при крой обычно происходит удвоение числа хромосом у бесплодного диплоидного гибрида, и он становится в результате этого плодовитым.

Полиплойдию различают на автополиплоидию и аллополиплоидию.

* А́втополиплоиди́я — наследственное изменение, кратное увеличение числа наборов хромосом в клетках организма одного и того же биологического вида. На основе искусственной автополиплоидии синтезированы новые формы и сорта ржи, гречихи, сахарной свёклы и других растений[8].

* А́ллополиплоиди́я — кратное увеличение количества хромосом у гибридных организмов. Возникает при межвидовой и межродовой гибридизации[5].

- эндополиплоэдию- простое увеличение числа хромосом в одной клетке или в клетках целой ткани (тапетум).
16 билет

1 вопрос
Генеративные и соматические мутации.
Мутации –  это стойкие внезапно возникшие изменения структуры наследственного материала на различных уровнях его организации, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Термин «мутация» введен в науку Де Фризом.

Мутации возникают в клетках любых тканей многоклеточного организма и на различных стадиях его развития. По типу клеток, в которых мутации произошли, различают: генеративные и соматические мутации [1].

Генеративные мутации возникают в половых клетках, не влияют на признаки данного организма, проявляются только в следующем поколении.

Соматические мутации возникают в соматических клетках, проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Мутации, возникающие в соматических клетках, наследуются дочерними клетками, которые образуются в процессе митотических делений. Фенотипические последствия таких изменений проявляются только у самой мутантной особи и только в том случае, если возникшие мутации препятствуют осуществлению специфических функций, свойственных данной клетке. Соматические мутации могут содержаться не во всех клетках организма, т.е. нормальные и мутантные клетки сосуществуют у одного индивидуума, что приводит к мозаицизму — наличию в организме клеток, отличающихся по своему генотипу и его фенотипическим проявлениям от других клеток этого же организма. Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

Первая информация о соматических мутациях (они же почковые вариации или спорты (sport)) у многолетних, главным образом, древесных (плодово-ягодных и декоративных) растений появилась в первой половине 19-го века. Обобщивший ее Чарлз Дарвин (1868) посвятил этому вопросу целую главу в своем знаменитом труде «The Variation of Animals and Plants under Domestication»,

По адаптивному значению выделяют: полезные, вредные (летальные, полулетальные) и нейтральные мутации [2]. По характеру проявления мутации могут быть доминантными и рецессивными. Если доминантная мутация является вредной, то она может вызвать гибель ее обладателя на ранних этапах онтогенеза. Рецессивные мутации не проявляются у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняются в популяции в «скрытом» состоянии и образуют резерв наследственной изменчивости. При изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование.

В зависимости от того, выявлен ли мутаген, вызвавший данную мутацию, или нет, различают индуцированные и спонтанные мутации. Обычно спонтанные мутации возникают естественным путем, индуцированные — вызываются искусственно. В зависимости от уровня наследственного материала, на котором произошла мутация, выделяют: генные, хромосомные и геномные мутации.
2 вопрос

Геномные мутации
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.
3 вопрос
Строение хромосом. Кариотип.
Морфологию хромосом обычно описывают на стадии метафазы или анафазы, когда они лучше видны в клетке. Для некоторых растений морфологию хромосом можно описать в профазе митоза или мейоза.

В зависимости от расположения центромеры различают:

* а) акроцентрические, или палочкообразные, хромосомы, у которых центромера находится на конце или второе плечо настолько мало, что его не различают на цитологических препаратах:

* б) субметацентрические хромосомы с плечами разной длины;

* в) метацентрические хромосомы, у которых центромера расположена посередине или почти посередине.

Центромера, или первичная перетяжка, - важнейшая часть хромосомы. Она определяет движение хромосомы и различима в виде более светлой зоны, которая движется в митозе, увлекая за собой несколько отстающие плечи хромосомы. Центромера имеет сложное строение: в ней находится ДНК с характерной последовательностью нуклеотидов, ассоциированная со специальными белками.
Хромосома обычно имеет одну центромеру. Ее потеря, например в результате хромосомной аберрации, вызванной ионизирующим излучением, приводит к нарушению подвижности и потере хромосомы. Известны виды, содержащие полицентрические хромосомы с так называемой диффузной центромерой, например растения рода Lusula (ожика) или животные: Ascaris megalocephala, насекомые отряда Hemiptera и др. У этих видов даже фрагменты разорванных хромосом благополучно расходятся к полюсам.

Вторичные перетяжки в отличие от первичной не служат местом прикрепления нитей веретена и не определяют угол изгиба хромосом при их движении. Некоторые вторичные перетяжки связаны с образованием ядрышек, и тогда их называют ядрышковыми организаторами. В таких вторичных перетяжках локализуются гены, ответственные за синтез рРНК. Синтез и созревание рРНК происходят в ядрышках.

Теломеры, или концевые участки хромосом, в значительной степени ответственны за существование хромосом как индивидуальных образований. Концы разорванных хромосом могут сливаться между собой, но никогда не сливаются с теломерами. Следовательно, именно теломеры препятствуют слипанию хромосом.
17 билет
1.Вопрос
Клеточный цикл. Поведение хромосом в митозе
Клеточный цикл, включающий интерфазу и клеточное деление, был тщательно изучен у растений и животных в конце XIX - начале ХХ в. Интерфаза обычно занимает около 90% продолжительности клеточного цикла (от конца одного до конца следующего деления). Продолжительность клеточного цикла у различных клеток неодинакова: от 8-12 ч у клеток костного мозга и 2-3 суток у эпителиальных клеток роговицы глаза до20-25 суток для эпителия кожи. Исключение представляют нервные клетки, которые никогда не завершают клеточный цикл и поэтому не делятся, постоянно находясь в фазе а.

Митоз. Главной характеристикой митоза, как и мейоза, является упорядоченная редукция генетического материала, удвоенного в синтетической фазе за счет механизма его равномерного распределения между клетками.

В результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние, идентичные материнской и друг другу. Материнская и дочерние клетки имеют двойной диплоидный набор хромосом 2п и двойное количество ДНК - 2с. Выделяют четыре фазы митоза:
1. Профаза. Это самая продолжительная фаза митоза. Хромосомы конденсируются (спирализуются), исчезают ядерная оболочка и ядрышко, ядерный сок (кариоплазма) смешивается с цитоплазмой и образует миксоплазму с меньшей вязкостью. Хромосомы перемещаются в экваториальную плоскость и вступают во вторую фазу деления - метафазу.

2. Метафаза. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. По продолжительности это самая короткая фаза митоза, она продолжается до тех пор, пока все центромеры не окажутся строго по линии экватора. Число фигур в экваториальной плоскости соответствует диплоидному набору хромосом. Каждая хромосома представлена парой сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой.

3. Анафаза. Центромеры начинают делиться, сестринские хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к противоположным полюсам.

4. Телофаза. Хромосомы собираются вокруг соответствующих клеточных центров и деспирализуются. Формируется оболочка ядра, образуется ядрышко, распределяются органоиды, образуется оболочка между дочерними клетками. В некоторых случаях образуются новые ядра, но не образуется мембрана между дочерними клетками. Это имеет место при дифференциации многоядерных клеток.


2 вопрос
Механизмы действия физических мутагенов.
Содержание мутантов в микробной популяции можно резко повысить, если подвергнуть их мутагенезу.

Факторы, вызывающие мутации, относят к разряду физиче­ских, химических или биологических, и называют мутагенами.

Мутагены по действию подразделяют на два класса — прямого (на нуклеиновые кислоты) и непрямого, или опосредованного действия (преимущественно — через первичные метаболиты, или белки. В качестве физических мутагенов могут быть повышенная или пониженная температура, различного рода излучения (ультрафи­олетовое, ионизирующее), ультразвук.

При температурномвоз­действии на клетки более нестабильными в составе ДНК оказыва­ются пуриновые основания, вследствие чего могут возникнуть апуриновые сайты (выпадение пуринов из ДНК). Так называемый «температурный шок» может приводить к существенным измене­ниям в различных клетках — возрастает частота летальных и видимых мутаций. Очевидно, что воздействие температуры, выхо­дящей за пределы нормальной для данного организма, сильнее отражается на клетках гомойотермныхвидов (имеющих постоян­ную температуру тела) в сравнении с пойкилотермнымивидами, температура тела которых зависит от окружающей среды.

Ультрафиолетовые лучи(УФЛ) име­ют большую длину волн, чем ионизиру­ющие излучения, и обладают меньшей энергией. Их мутагенное действие от­крыл А. А. Промптов в 1931 г. УФЛ с длиной волны 260 нм поглощаются ДНК, при этом разрываются водородные свя­зи между комплементарными нитями ДНК и рядом расположенные тиминовые основания образуют ковалентно связанные димеры, останавливающие ее репликацию; ядро теряет способность к деле­нию и клетка погибает.
Приминительно к ультразвуковым колебаниям (акустические колебания частотой свыше 2*104 Гц) считают, что под их влиянием наблюдаются последовательные изменения вначале в пиримидинах, а затем – в пуринах.

К химическим мутагенам относят: ингибиторы синтеза нукле­иновых кислот, аналоги азотистых оснований, алкилирующие соединения, окислители, восстановители, свободные радикалы, акридиновые красители, некоторые антибиотики. Среди ингибиторов синтеза предше­ственников НК имеются антиметаболиты (азогуанидин, 5-аминоурацил, 6-меркаптопурин, 5-фтордезоксиуридин). Нуклеозиды, со­держащиеся в клетках или добавляемые извне, играют роль анти­мутагенов, снижающих мутагенный эффект названных веществ.
К биологическим мутагенам относят вирусы (фаги), живые вакцины, некоторые биотоксины, образуемые грибами, протозоа и гельминтами. Так, изменения в хромосомах вызывают цитомегаловирус, вирус простого герпеса, вирус Сендай, вирус саркомы Роуса и др. Из грибных токсинов — мутагенов ранее был назван афлатоксин В1. Можно назвать еще треморген, образуемый рядом аспергиллов и др.
3 вопрос
Генетические основы и клиника синдрома Кляйн-Фельтера
Синдромом Клайнфельтера называется генетическое нарушение, обусловленное мутациями в гендерных хромосомах. Болезни подвержен исключительно мужской пол. В норме у мужского генотипа имеется одна X хромосома и одна Y. При синдроме Клайнфельтера у мальчика вместо одной X хромосомы две, то есть генотип выглядит следующим образом: XXY. В редких случаях ребенок имеет более двух X-хромосом. В таком ситуации кариотип выглядит, как XXXY, XXXXY и т.д.

Аномалия в количестве хромосом ведет к внутренним и внешним нарушениям – мальчикам с данным синдромом свойственно астеническое или евнуховидное телосложение, отсутствие или слабая выраженность оволосения подмышечных впадин, лица и лобка (в период полового созревания), недоразвитость половых органов, бесплодие, умеренно выраженные отклонения в умственном развитии.

Мальчики с этим хромосомным заболеванием нуждаются в медикаментозном и хирургическом лечении, а также сопровождении врачей разного профиля (эндокринолога, невролога, психотерапевта и др.).
Симптомы синдромома Клайнфельтера

В младенчестве и раннем школьном возрасте у ребенка сложно определить синдром Клайнфельтера из-за неспецифичных и слабо выраженных симптомов. В грудном возрасте такие дети развиваются медленнее – позже начинают удерживать голову, сидеть, ползать и т.д. Часто имеют замедленное формирование речевых навыков. Также в младшем возрасте отмечается предрасположенность к заболеваниям верхних и нижних дыхательных путей. Примерно с 6-8 лет мальчики начинают отличаться от сверстников высоким ростом, худым строением тела, длинными руками и ногами, высоким уровнем талии. В некоторых случаях у детей с синдромом имеется односторонний или двусторонний крипторхизм (одно или оба яичка не опущены в мошонку).

Выраженная клиническая картина появляется в период полового созревания. Для таких детей характерно:

* слабо выраженный волосяной покров на лице и теле, оволосение лобка по женскому типу;

* гипоплазия яичек;

* маленький половой член;

* гинекомастия (увеличение грудных желез);

* женское строение фигуры (широкие бедра, узкие плечи, узкая талия);

* слабо развитая мускулатура;

* ожирение по женскому типу;

* несильно выраженная умственная отсталость (сложность в запоминании информации, выражении своих мыслей);

* нестабильность психики (резкие перепады настроения, неврозы и др.);

* трудности в общении со сверстниками.

Помимо этого у людей с синдромом Клайнфельтера нередко возникают патологии костной системы – деформация грудной клетки, нарушение осанки, неправильный прикус. Также имеют частое проявление ваготонические реакции организма – брадикардия, акроцианоз (синюшность участков кожи из-за нарушения кровообращения), потливость ладоней и стоп.
Причины синдромома Клайнфельтера

Возникновение синдрома Клайнфельтера связано с мутацией генов, при которой в мужском кариотипе происходит удвоение женской половой хромосомы. Аномалия может возникнуть на нескольких этапах формирования плода – на стадии овогенеза, сперматогенеза или раннего эмбриогенеза.

Ученым до конца не известна причина возникновения хромосомного нарушения. Однако специалисты выделили возможные факторы, увеличивающие риски развития заболевания:

* перенесенные матерью вирусные инфекции во время беременности;

* нарушения иммунной системы родителей;

* зачатие в близкородственных союзах;

* ранний (до 18) или поздний (старше 35) возраст матери;

* наличие хромосомных мутаций в предыдущих поколениях.

Связь с экологической обстановкой в регионе проживания родителей, а также с наличием у матери вредных привычек на данный момент не установлена.
Билет 18
1. Поведение хромосом в мейозе.
Восстановление диплоидного числа хромосом происходит в результате оплодотворения. М. — обязательное звено полового процесса и условие формирования половых клеток (гамет). Биологическое значение М. заключается в поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов при половом процессе. М. — один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости. Поведение хромосом при М. обеспечивает выполнение основных законов наследственности .

2. Естественный (спонтанный мутагенез).
Естественный, или спонтанный, мутагенез происходит вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены.
Мутационная теория Де Фриза и Коржинског
Основные положения мутационной теории Коржинского — Де Фриза можно свести к следующим пунктам[4]:

1. Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков

2. Новые формы устойчивы

3. В отличие от наследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные скачки изменений

4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными

5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей

6. Сходные мутации могут возникать неоднократно
3. Строение ДНК.
ДНК — полинуклеотид. Каждый нуклеотид (мономер) ДНК содержит:

пятиуглеродный сахар — дезоксирибозу,

один остаток фосфорной кислоты,

азотистое основание: аденин, гуанин, цитозин или тимин.
Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) образована двумя полинуклеотидными цепочками, закрученными в спираль. Цепочки в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания обоих цепей располагаются в соответствии с правилом комплементарности.
Билет 19
1. Мутагенное действие ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делеций); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, т. к. прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием.
2. Связь спонтанного мутагенеза с репликацией, репарацией и рекомбинацией ДНК.
Спонтанные мутации возникают в естественных условиях в результате нормальных процессов в клетке или при взаимодействии клеток с окружающей средой. Мутагенным действием обладают неконтролируемые факторы внешней среды, например естественная радиация. Мутагенное действие могут оказывать также определенные компоненты питательных сред. Существенная роль в возникновении спонтанных мутаций принадлежит таким процессам, как рекомбинация, репликация и репарация. Спонтанные мутации в популяции клеток по разным генам возникают с очень низкой частотой (в пределах 10 —10- ). Однако если существует метод отбора (селекции) мутантного фенотипа, то оказывается возможным обнаружить даже крайне редкие спонтанные мутанты. При наличии таких методов отбора часто предпочтение отдается выделению именно спонтанных мутантов, поскольку многие мутагенные факторы являются потенциально опасными для человека, а химические мутагены, кроме того, загрязняют окружающую среду. 
3. Виды изменчивости: наследственная (комбинативная и мутационная)
Виды наследственной изменчивости:

комбинативная: обусловленная перекомбинированием генов в результате мейоза и оплодотворения;
мутационная: обусловленная возникновением мутаций. 
Комбинативной называют изменчивость, в основе которой лежит образование рекомбинаций, т. е. таких комбинаций генов, которых не было у родителей.
Мутация — это устойчивое и ненаправленное изменение в геноме.

Мутация сохраняется неограниченно долго в ряду поколений.

Значение мутаций в эволюции огромно — благодаря им возникают новые варианты генов. Говорят, что мутации — это сырой материал эволюции. Мутации носят индивидуальный (каждая мутация в отдельной молекуле ДНК возникает случайно) и ненаправленный характер.

Билет 20

1. 
   Радиопротекторы как защита от мутаций
   

радиопротекторы (radioprotectors, “chemical protection”) – противолучевые препараты, осуществляющие противолучевое действие на физико-химическом и биохимическом уровне, препятствуя реализации “кислородного эффекта” как радиобиологического феномена в процессе поглощения энергии ионизирующего излучения, прежде всего, при радиолизе;

• 
  Основные свойства радиопротекторов:
  
• 
  Действие при однократном кратковременном облучении
  
• 
  Эффективность при введении до облучения
  
• 
  Узкое терапевтическое действие
  
• 
  Применение в токсических или субтоксических дозах
  
• 
  Эффективность при внутривенном введении
  
• 
  Вызывание сильных физиологических и биохимических сдвигов в организме
  

Механизмы действия некоторых радиопротекторов

• 
  протекторы, вызывающие снижение концентрации кислорода в тканях.
  

Такие вещества различными путями создают временную тканевую гипоксию. Локальное снижение концентрации свободного кислорода в тканях вызывает уменьшение возможности образования радикалов в момент облучения, снижение реакции возбужденных молекул с кислородом и снижение реакции образования первичных перекисей.

• 
  Вещества, вызывающие инактивацию свободных радикалов
  

Защитный механизм этих РП обусловлен их конкуренцией за радикалы, в результате чего суммарный радиобиологический эффект оказывается сниженным.
SH-протекторы.

Они вызывают увеличение эндогенных сульфгидрильных соединений. Эти соединения лабильны и могут реагировать с образующимися в процессе облучения радикалами, поэтому общий радиобиологический эффект понижается.
Нуклеиновые кислоты.

— восстановление поврежденной структуры ДНК фрагментами экзогенной ДНК

— нейтрализация действия активированных облучением ядерных нуклеаз

— нейтрализация повреждающего действия свободных гистонов

— дерепрессия хромосом, стимуляция ДНК-зависимого синтеза РНК и белка, стимуляция митотической активности клеток

— пополнение клеточного фонда субстратов, необходимых для синтеза ДНК

Эффективность РП нужно оценивать не только по выживаемости, но и по частоте проявления отдаленных последствий у выживших особей.

• 
  Мелатонин при лучевом ожоге кожи был мало эффективен, однако оказывал выраженный противолучевой эффект по клинической картине поздних местных лучевых поражений.[1]. Эффективность мелатонина как радиопротектора была показана в ряде западных исследований[2][3]. Преимуществом мелатонина также является его безопасность и минимальное количество побочных эффектов.[2]
  

2. 
   Мигрирующие генетические элементы.
   

МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (мобильные гены, прыгающие гены), дискретные фрагменты (сегменты) ДНК, способные встраиваться в разные участки генома; их расположение на хромосомах может меняться как в процессе историч. развития мира организмов, так и в пределах жизни одного индивидуума. Найдены практически во всех изученных организмах - от бактерий до человека. Они весьма разнятся по своему нуклеотидному составу и той роли, к-рую они играют в клетке.

Согласно представлениям, сложившимся в рамках классической (формальной) генетики, геномы различных организмов характеризуются значительной стабильностью и подвержены лишь очень медленным эволюционным преобразованиям. Эти представления существенно изменились в связи с открытием транспозируемых (мигрирующих) генетических элементов (фрагментов ДНК), которые могут перемещаться как в пределах одного генома, так и из одного генома в другой. Способность к транспозиции закодирована в нуклеотидных последовательностях самих мигрирующих фрагментов ДНК и связана с возможностью их включения (интеграции) в различные места (сайты) хромосом и внехромосомных молекул ДНК и выхода («вырезания») из этих сайтов. Такие мобильные структуры были обнаружены в геномах как прокариот, так и эукариот.
У бактерий транспозируемые генетические элементы представлены сегментами ДНК двух типов: инсерционными (вставочными) последовательностями, или /5-элементами (от англ, insertion sequences - вставочные последовательности), и транспозонами. Те и другие могут перемещаться в границах одной генетической структуры (бактериальной хромосомы, плазмиды) либо из одной структуры в другую (например, из хромосомы в плазмиду, из плазмиды в хромосому, из одной плазмиды в другую, из плазмиды бактерии одного вида в плазмиду либо хромосому бактерии другого вида и т. д.).
/5-элементы - это небольшие участки ДНК, размеры которых обычно варьируют в пределах от 760 до 2 000 пар нуклеотидов. На концах (флангах) этих участков имеются одинаковые либо очень сходные короткие нуклеотидные последовательности (20-40 пар нуклеотидов), расположенные в обратном порядке (инвертированные повторы). Считают, что концевые повторы (фланкирующие последовательности) играют важну ю роль в процессах перемещения транспозируемых элементов, хотя точный механизм таких перемещений недостаточно изучен.

3. 
   Экологические факторы мутагенеза
   

Человек в своей повседневной деятельности сталкивается с множеством

Химических веществ, используемых в огромном количестве в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.

Вещества, применяемые в промышленности

Мономер винилхлорида производится промышленностью более 50 лет. Свыше 95% его используется для производства синтетических смол. Мутагеном является не сам винилхлорид, а его метаболиты, в первую очередь, хлорэтиленоксид. Последний обладает сильнейшими мутагенными и канцерогенными свойствами для млекопитающих. Мутагенной активностью обладает стирол, использующийся в производстве полиэфирных пластмасс, и хлорпрен, применяемый в производстве полихлорпреновых эластомеров. Установлена мутагенная активность соединений свинца, цинка, ртути, хрома и других металлов.
Билет 21

1. 
   Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости и мутации.
   

Зако́н гомологи́ческих рядов — закон наследственной изменчивости, сформулированный Н.И. Вавиловым в 1920 году. Закон устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений, в основе которого лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение) и гомология (сходство) в порядке их расположения в хромосомах у родственных видов.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости сводится к следующему: близкие виды благодаря большому сходству их генотипов (почти идентичные наборы генов) обладают сходной потенциальной наследственной изменчивостью (сходные мутации одинаковых генов); по мере эволюционно-филогенетического удаления изучаемых групп (таксонов), в связи с появляющимися генотипическими различиями параллелизм наследственной изменчивости становится менее полным. Следовательно, в основе параллелизмов в наследственной изменчивости лежат мутации гомологичных генов и участков генотипов у представителей различных таксонов, то есть действительно гомологичная наследственная изменчивость.

Применение закона гомологических рядов

Главная ценность закона гомологических рядов в наследственной изменчивости состоит в его прогностической сущности, позволяющей вести целенаправленный поиск гендоноров адаптивно значимых и хозяйственно ценных признаков.

На основе закона растениеводы и животноводы могут целенаправленно искать и находить нужные признаки и варианты у различных видов в мировом многообразии форм как культурных растений и домашних животных, так и у их диких родичей. Например, если черная окраска зерна встречается у ржи, пшеницы и других злаков, то растения с такой же окраской зерна могут быть получены у овса и проса. Так Н.И. Вавилов предсказал наличие безалкалоидного (неядовитого) люпина, учитывая существование безалкалоидных форм в родах гороха, фасоли и других растений семейства бобовых.

Позже было установлено, что этот закон распространяется на животные и микроорганизмы. Так, альбинизм встречается у всех классов позвоночных животных, коротколапость наблюдается у всех пород крупного рогатого скота, овец и собак.

2. 
   Цитологические основы наследственности
   

Элементарной структурной и функциональной единицей живого является клетка. Наука, изучающая строение и функции клеток называется цитология (греч. cellula, cytos – оболочка, покров, панцирь).

В 1838-39гг. Т. Шванном, М Шлейденом и Л. Окена была сформулирована клеточная теория как одно из величайших научных обобщений XIX века. Позднее, в 1858г. Р. Вирхов внес существенные уточнения в ее формулировку. Современная клеточная теория содержит следующие положения:

1. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь

эволюции.

2. Новые клетки образуются путем деления ранее существовавших.

3. Клетка является микроскопической живой системой, состоящей из цитоплазмы и ядра, окруженных мембраной (за исключением прокариот).

4. В клетке осуществляются: а) метаболизм – обмен веществ; б) обратимые

физиологические процессы – дыхание, поступление и выделение веществ, раздражимость, движение; в) необратимые процессы – рост и развитие.

5. Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и простейшие одноклеточные водоросли и грибы). Все многоклеточные организмы также состоят из клеток и их производных. Рост, развитие и размножение многоклеточного организма – следствие жизнедеятельности одной (зигота) или нескольких клеток (культура тканей).

Клеточное ядро. Было открыто Броуном в 1931г. Оно играет важную роль в

регулировании протекающих в клетках процессов; оно содержит носители генной информации, или ядерные гены, определяющие признак клетки и всего организма. Основное вещество ядра – кариоплазма или нуклеоплазма, в нем находятся хромосомы. В период между делениями ядра (в интерфазе) хромосомы неразличимы, а вместо них в интерфазном ядре видны темные зоны, которые называются гетерохроматин. Гетерохроматин представляет собой более плотные структуры ядра, способные окрашиваться основными красителями. В ядре имеется одно или несколько сферических телец, или ядрышек. Ядрышки участвуют в синтезе рибосомальной РНК и в сборе субъединиц рибосом. Хромосомы имеют сложное химическое строение и на 90% состоят из дизоксирибонуклеопротеидов (ДНП). При специфическом окрашивании в каждой хромосоме выявляются эухроматиновые и гетерохроматиновые зоны. Эухроматиновые зоны окрашиваются слабо, их рассматривают как активные зоны хромосом, содержащие основной комплекс работающих генов. Гетерохроматиновые зоны хромосомы окрашиваются более интенсивно. Предполагается, что в них находятся блоки идентичных генов, обладающих сходным действием и малоактивных в онтогенезе. Совокупность хромосом, присущая соматической клетке данного вида называется кариотипом. Кариотип характеризуется числом, формой и размерами хромосом, а также распределением гетерохроматина. В кариотипе хромосомы представлены гомологичными парами (2n). При изучении кариотипа изучают их морфологичесие параметры к которым относятся абсолютная длина хромосомы, плечевой индекс, центромерный индекс, процент гетерохроматиновой зоны. При описании кариотипа используют условные обозначения для идентификации по длине, а так же составляют формулу кариотипа.

3. 
   Экологические факторы мутагенеза
   

Человек в своей повседневной деятельности сталкивается с множеством

Химических веществ, используемых в огромном количестве в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.

Вещества, применяемые в промышленности

Мономер винилхлорида производится промышленностью более 50 лет. Свыше 95% его используется для производства синтетических смол. Мутагеном является не сам винилхлорид, а его метаболиты, в первую очередь, хлорэтиленоксид. Последний обладает сильнейшими мутагенными и канцерогенными свойствами для млекопитающих. Мутагенной активностью обладает стирол, использующийся в производстве полиэфирных пластмасс, и хлорпрен, применяемый в производстве полихлорпреновых эластомеров. Установлена мутагенная активность соединений свинца, цинка, ртути, хрома и других металлов.

Билет 22

1 вопрос

Прикладное значение мутаций

Мутации являются источником наследственной изменчивости – одного из факторов эволюции. Благодаря им появляются новые аллели определенных генов (их называют мутантными). Все многообразие современных и вымерших форм живых существ обязан именно мутации.

Общим следствием мутационной изменчивости является нарушение наследственных программ клеток и организмов в целом. Большинство мутаций вредна для живых существ, так как они, проявляясь в фенотипе, снижают приспособленность к условиям существования. По подсчетам ученых, в природных популяциях дрозофилы более 20% хромосом несут хотя бы один летальный рецессивный аллель. Однако нейтральные мутации, как мы уже упоминали, могут оказаться полезными при определенных изменений среды обитания.

Хромосомные и генные мутации оказывают разнообразные воздействия на организм. Во многих случаях эти мутации летальны, так как нарушают развитие; у человека, например, около 20 % беременностей заканчиваются естественным выкидышем в сроки до 12 недель, и в половине таких случаев можно обнаружить хромосомные аномалии. В результате некоторых хромосомных мутаций определенные гены могут оказаться вместе, и их общий эффект может привести к появлению какого-либо «благоприятного» признака. Кроме того, сближение некоторых генов друг с другом делает менее вероятным их разделение в результате кроссинговера, а в случае благоприятных генов это создает преимущество.

Генная мутация может привести к тому. Что в определенном локусе окажется несколько аллелей. Это увеличивает как гетерозиготность данной популяции, так и ее генофонд, и ведет к усилению внутрипопуляционной изменчивости. Перетасовка генов как результат кроссинговера, независимого распределения, случайного оплодотворения и мутаций может повысить непрерывную изменчивость, но ее эволюционная роль часто оказывается преходящей, так как возникающие при этом изменения могут быстро сгладиться вследствие «усреднения». Что же касается генных мутаций, то некоторые из них увеличивают дискретную изменчивость, и это может оказать на популяцию более глубокое влияние. Большинство генных мутаций рецессивны по отношению к «нормальному» аллелю, который, успешно выдержав отбор на протяжении многих поколений, достиг генетического равновесия с остальным генотипом. Будучи рецессивными, мутантные аллели могут оставаться в популяции в течение многих поколений, пока им не удастся встретиться, т.е. оказаться в гомозиготном состоянии и проявиться в фенотипе. Время от времени могут возникать и доминантные мутантные аллели, которые немедленно дают фенотипический эффект.