Цитология методичка 1-15 сабак. Саба 1 Апаратты дидактикалы топтама
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
Мутациялар Пайда болу деңгеиі бойынша 1. Гендік 2. Хромосомалық 3. Геномдық Аллелдердің әерекеттесуі бойынша Көріну сипатына бойынша 1. Рецессивті 2. Доминатты 3. Аралық т.б. 1. Гипоморфты 2. Аморфты 3. Антиморфты 4. Неоморфты 5. Гиперморфты Тіршілік қабілетіне әсері бойынша Пайда болу себебі бойынша Пайда болу орны бойынша Фенотипте көрінуі бойынша 1.Спонтанды 2. Индуцир-ленген Дәрігерлер үшін мутацияларды генетикалық материалдың өзгеру деңгейі бойынша жіктелуі маңызды: а) геномдық (хромосомалар санының геномдық деңгейде және жекелеген хромосомалар бойынша өзгеруі); б) хромосомалық (хромосоманың құрылысының өзгеруі); в) гендік (геннің құрылысының өзгеруі). Геномдық мутациялар – мейоздың немесе митоздың дұрыс жүрмеуі нәтижесінде хромосомалардың диплоидты жиынтығының санының өзгеруі. Гаплоидия – ағзада хромосоманың бір жиынтығының болуы. Табиғи гаплоидия бактериялардың тіршілік циклында, бір жасушалы балдырларда, төменгі сатылы саңырауқұлақтарда, кейбір насекомдар мен буынаяқтылардың аталықтарында кездеседі. Жоғарғы сатылы жануарларда, адамдарда гаплоидия кездеспейді. Себебі гаплоидты ағза дами алмайды. Диплоидты хромосомалар санының хромосомалар жиынтығына артуы полиплоидия деп аталады (2n+n, 2n+2n,2n+3nжәне т.б.). Полиплоидияның пайда болу себептері: 1) митоз кезінде хромосомалардың ажырауының дұрыс жүрмеуі; 2) сомалық жасушалардың немесе олардың ядроларының қосылуы; 3) мейоздың дұрыс жүрмеуі нәтижесінде гаметаларда хромосомалар санының азаймауы. Адамдарда кез-келген полиплоидия түрі тіршілікке сәйкес келмейді, сондықтан полиплоидты эмбриондар жүктіліктің алғашқы мерзімінде спонтанды түсік реттінде жойылып отырады. Адамдардағы барлық спонтанды түсіктердің 20%-дан астамында хромосоманың триплоидты жиынтығы кездеседі (3n= 69). Сирек жағдайда триплоидты сәбилер өмірге келеді, бірақ өмірінің алғашқы сағаттарында немесе күндерінде өліммен аяқталады. Анеуплоидия(гетероплоидия) – диплоидты жиынтықтағы жекелеген 2n±1,2,3 … хромосомалар санындағы (артуы немесе кемуі) өзгерістер. Анеуплоидялар бөлінеді: а) нуллисомия – кариптипте екі гомологты хромосомалардың болмауы (2n-2). Сирек жағдайда бидайдың кейбір сұрыптарында кездеседі. Басқа өсімдіктерде нулисомиктер тіршілікке қабілетсіз. Адамдарда нулисомиктер сипатталамаған; б) моносомия – кариптипте бір хромосоманың болмауы (2n-1). Адамда тек ғана бір моносомия белгілі – жыныстық Х хромосомасы бойынша моносомия (Тернер-Шерешевский синдромы); в) полисомия - кариотипте хромосомалар санының артуы. Оған трисомия (2n+1), тетрасомия (2n+2) және т.б. жатады. Адамдарда аутосомалық трисомиялар анықталған 13 (47, 13+), Патау синдромы; 18(47,18+), Эдвардс синдромы; 21(47,21+) Даун синдромы, сонымен қатар ер адамдарда жыныс Х-У – хромосомалары бойынша полисомиялар Кляйнфельтер синдромы (47, ХХУ; 48,ХХХУ); 47,ХУУ; 48ХУУУ және т.б. Әйел адамдарда жыныс Х- хромосомасы бойынша полисолмиялар – 47,ХХХ; 48,ХХХХ және т.б. кездеседі. Хромосомалық_аберрациялар'>Хромосомалық аберрациялар хромосомалардың құрылысының өзгеруіне байланысты болады. Бұл генетикалық материалдың азаюына, көбеюіне немесе гендердің орналасу ретінің өзгеруіне әкелуі мүмкін. Хромосомалық аберрациялар хромосома ішілік және хромосома аралық болып бөлінеді. Хромосомаішілік аберрацияларға жатады: 1. Делеция (жетіспеушілік) – генетикалық материалдың азаюына алып келетін хромосоманың қандайда бір бөлігінің үзіліп, жоғалуы. Мысалы, адамда 5 хромосоманың қысқа иығының делециясы “мысық айқайы” синдромына әкеледі. Хромосоманың шеткі бөліктерінің жетіспеушілігі дифишенси деп аталады, бұл кезде сақина тәрізді хромосома пайда болады. 2. Дупликация – генетикалық материалдың көбеюіне алып келетін хромосоманың қандайда бір бөлігінің екі еселенуі. Бұндай мутациялардың көбісі летальды болады, ал тірі қалған индивидтер ұрпақ қалдырмайды. 3. Инверсия – хромосоманың бір бөлігінің үзіліп, 1800 бұрылып қайта өз орнына жалғануы. Бір иықтың ішіндегі инверсиялар парацентірлік, ал егер инверсияға центромералық аймағы да кірсе – перицентрлік деп аталады. Хромосома аралық аберрацияларға транслокация жатады. Транслокация деп-бiр хромосоманың бөлiгi үзiлiп екiншi бiр гомологты емес хромосомаға жалғануын айтады. Транслокациялар бiрнеше түрге бөлiнедi: а) реципроктi транслокация - гомологты емес екі хромосомалар бiр- бiрiмен бөлiктерiмен алмасады; б) реципроктi емес транслокация - бiр хромосома екiншi гомологты емес хромосоманың бөлiгiн жалғастырып, өз көлемiн ұзартады; в) центрлік қосылыс типті транслокация (робертсоновтық транслокациялар), центромера маңында үзілістерден кейін екі фрагменттің центромералары бірігіп, бір хромосоманы құрайды. Нәтижесінде бір мета- немесе субметацентрлік хромосома түзіліп, жасушадағы хромосома саны біреуге азаяды. Мутациялардың механизмдерін зерттеудің және түсінудің болашақ дәрігерлер үшін үлкен теориялық және тәжірибелік мәні бар. Өйткені, адамның көптеген тұқымқуалайтын ауруларының себебі мутациялар (гендік және хромосомалық) болып табылады. Геномдық және хромосомалық мутациялар адамда хромосомалық ауруларға алып келеді. Геномдық және хромосомалық мутациялардың пайда болу механизмдерін білу адамның хромосомалық ауруларының патологиялық үдерістерінің мәнін түсінуге, диагностикалау әдістерін ойластыруға, емдеуге және алдын-алу жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік береді. Сабақ 13 ДНҚ репарациясының молекулалық-генетикалық механизмдері Көптеген гендік мутациялар зиянды болып табылады. Табиғат антимутациялық кедергілерді қалыптастырды. Антимутациялық кедергілер гендік мутациялардың зиянды салдарларын тежеп отырады. Молекулалық деңгейдегі антимутациялық кедергілерге жатады: 1) рецессивті гендік мутациялардың фенотипте жарыққа шығуын тежеп отыратын гомологты хромосомалардың жұптығы; 2) ДНҚ молекуласының қос тізбекті болуы (қосымша тізбек); 3) ДНҚ молекуласында бір геннің (рРНК, тРНК, гистонды ақуыздарды синтездейтін гендер т.б.) көшірмелерінің бірнеше рет қайталануы; 4) генетикалық кодтың артықтылық қасиеті (25% нуклеотидтердің алмасуы синонимдік кодондарды береді); 5) кодонның триплеттілігі (биологиялық ақпараттың өзгеруіне алып келетін триплет-кодондағы өзгерістер санының минималдығы, 64% кодондағы үшінші нуклеотидтің ауысуы кодон мағынысын өзгертпейді, бірақ екінші нуклеотидтің ауысуы 100% мутацияға алып келеді); 6) а-РНҚ молекуласында терминаторлық кодон «дұрыс емес» орналасса немесе полиаделиндену қате жүрсе, ерекше кіші интерферирлеуші РНҚ арқылы белсенді түрде жойылып отырады; 7) убиквитиндер аминқышқылдық құрамында қателіктері бар полипептидтерді таңбалайды, шоперон ақуыздары фолдинг дұрыс жүрмеген полипептидтік тізбектерді таниды. Олар ары қарай лизосомаларда немесе протеосомаларда ыдырайды; 8) ДНҚ репарациясы – бұл жасушаның ДНҚ молекуласындағы зақымдалған аймақтарды ферменттер арқылы тануы, ыдыратуы және осы жерді қалыпты комплементарлы нуклеотидтермен толтыруа алу қабілеті. ДНҚ молекуласы спонтанды немесе индуцирленген орта факторларының әсерінен үнемі химиялық өзгерістерге ұшырап отырады. Спонтанды өзгерістерге жатады: 1) репликкция қателіктері (коплементарлы емес нуклеотидтердің түзілуі - мисмэтчтер); 2) апуриндену (азоттық негіздің қант-фосфаттық құрамынан ажырауы – АР сайттарының түзілуі); 3) дезаминдену (амин тобының азоттық негізден ажырауы); 4) метилдену (алкилирлену); 5) тотығу. Индуцирленген зақымдануларға жатады: 1) димерлердің түзілуі (қатар орналасқан пиримидиндік негіздердің димер түзіп байланысуы); 2) пуриндік сақинаның ажырауы; 3) ДНҚ молеуласындағы бір тізбекті немесе екі тізбектік үзілулер; 4) ДНҚ тізбектерінің тігілуі т.б. ДНҚ репарациясы генетикалық материалдағы өзгерістерді-мутациялардың алдын алады. ДНҚ репарациясына 150-ден астам ферменттер қатысады. Қазіргі уақытта репарацияның көптеген реакциялары сипатталған. Кейбіреулері қарапайым түрде және мутагендер әсер еткеннен кейін бірден іске асады. Келесі түрлері, жаңа ферменттердің синтезін қажет етеді, сондықтан уақыты бойынша ұзағырақ. Ал кейбір түрлері жасуша қайтадан бөлінуге көшкенге дейін іске асады. Ал келесі бір түрлері жасуша бөлінуді аяқтағаннан кейін де іске асады (мұнда геномдағы кейбір өзгерістер сақталып, репарацияланбай қалады). Жасуша өз тіршілігін жаңа мутацияларды енгізу арқылы «сақтауға тырысатын» ерекше таңқаларлық реакциялар да бар. Фотореактивация (жарықтық репарация) және басқа да тікелей репарация түрлері. 1949 неміс генетигі Альберт Кельнер ультаракүлгін (УК) сәулесімен зақымдалған, ал одан кейін көрінетін жарыққа шығарылған стрептомицеттер және пенициллалар сияқты бактериялар мен саңырауқұлақтар жасушаларында мутациялардың жиілігінің төмендейтінін, сонымен қатар, зақымдалған бірақ, қараңғыда қалдырылған жасушалармен салыстырғанда тіршілік қабілеттерінің артатыны байқаған. Кельнер жарықтың әсерінен молекулаларда қандайда бір зақымдалулар қалпына келіп, олардың кейбіреулері қалыпты жағдайға келеді деген қортынды жасайды. 1958 жылы алғаш рет фотореактивацияны іске асыратын фермент бөлініп алынды. Ол қазіргі уақытта фотолиаза деп аталады. Ультракүлгін сәулесінің әсерінен ДНҚ молекуласында көршілес орналасқан пиримидиндер арасында димерлердің түзілуіне Т=Т, Т=Ц, Ц=Ц алып келетін байланыстар пайда болуы мүмкін. Фотореактивацияның мәні - фотолиаза ферменті пиримидиндер арасында пайда болған байланысты үзіп, ДНҚ молекуласының бастапқы құрылысын қалпына келтіреді. Жарық фотолиаза ферментін белсенді етеді, содан кейін ДНҚ молекуласындағы димерлер табылады, онымен байланысып пиримидиндік негіздер арасындағы байланыс үзіледі. Осыдан кейін фотолиаза ДНҚ молекуласынан ажырайды. Осымен ДНҚ молекуласы құрылысының тікелей қалпына келуі аяқталады. Бұл қазіргі уақытқа дейін табылған белсендендіруші факторы химиялық энергия емес жарық болып табылатын жаңғыз ферменттік реакция. Репарацияның барлық басқа типтерінде жарық энергиясын қажет етпейді. ДНҚ молекуласын тікелей қалпына келтірудің басқа түрлері: О6-алкилирленген гуаниннің репарациясы. 1944-1948 жылдары совет генетигіИ.А. Рапопорт молекулаларға алкильдік (метилдік, этилдік, пропилдік, бутилдік) жанама топтарды қосу қабілетіне ие, жаңа химиялық мутагендер классын – алкилирлеуші агенттерді ашты. Бұл мутагендер ДНҚ молекуласындағы пуриндік және пиримидиндік негіздерді алкилирлейді. Зерттеулер жасушада метилтрансфераза ферментінің модифицирленген гуаниннен метил топтарын алып тастап ДНҚ құрылысының бастапқы қалпына келетіре алатындығын көрсетті. Метилтрансфераза метил тотарын алып тастағаннан кейін өзі одан босай алмайды. Тікелей репарацияның әрбір актісіне жаңа фермент молекуласы қажет, сондықтан жасуша ол ферменттерді үнемі синтездеп отыруы керек. Егер ДНҚ молекуласында жаңа зақымдалулардың түзілуі ферменттердің синтезделуінен баяу жүретін болса, онда барлық гуаниндегі метил топтарын алып тастауға, мутацияның пайда болмауына жеткілікті. Ал егерде, жаңа өзерістердің пайда болуы фермент синтезінен жоғары болса, ферменттер барлық өзгерістерді түзетіп үлгермейді де ол өзгерістер жасушада мутацияның жинақталуына алып келеді. ДНҚ бір тізбекті үзілулерінің репарациясы. Тікелей репарацияның тағы бір типі индуцирленген факторлар арқылы, мысалы иондық сәулелену әсерінен ДНҚ молекуласының бір тізбекті үзілулерінде анықталған. Бұл жағдайда ДНҚ полинуклеотидлигаза (ағыл. ligase - байланыстыру, қосу) ферменті арқылы үзілген ДНҚ молекуласы қалпына келеді. Пуриндерді тікелей қою арқылы АП-сайтттардың репарациясы. 1979 жылы голландық ғалым Т. Линдал пуриндік негіздердің кейбір зақымдаулары кезінде негіздер мен қанттың арасындағы байланыстардың (гликозиттік) үзіліп кететуі мүмкін екендігін анықтады. ДНҚ молекуласында, осы негіздердің орнында АП-сайттар деп аталатын бос қуыстар пайда болады. Инсертаза (ағыл. insert - қою) ферменттері бос қуысқа керекті, зақымдалғанға дейінгі негіздерді қойып, оны қантпен байланыстыра алады. ДНҚ молекуласы бастапқы қалпына келеді. Эксцизиялық репарация (қараңғылық репарация). ДНҚ зақымдалуларының қалпына келуінің күрделі, хирургиялық отаны еске түсіретін түрлері де бар. Зақымдалған жер ДНҚ тізбегінен кесіліп алынып (ағыл. excision – кеудеген мағына береді, осыдан «эксцизиялық репарация» термині шыққан), бос қалған жер зақымдалмаған материалмен толтырылады. Негіздердің эксцизиялық репарациясы (base excision repair–BER)зақымдалған негіздер гликозилазалар арқылы кесіліп АП сайттары толтырылады. Гликозилазалар оларға байланысып, модифицирленген негіздер мен қант дезоксирибоза арасындағы гликозиттік байланысты үзеді, нәтижесінде АП-сайттары пайда болады. АП-сайттар енді басқа ферментпен АП-эндонуклеазалармен танылады. ДНҚ тізбегінде үзілулер пайда болған сәтте келесі фосфодиэстераза ферменті іске кіріседі. Ол ДНҚ тізбегінен негізбен байланыспай қалған қантфосфаттық топты ыдыратады. ДНҚ бір тізбегінде бір нуклеотидтің орнына сәйкес қуыс пайда болады. Қуысқа қарам-қарсы ДНҚ тізбегіндегі нуклеотид зақымдалмаған. Келесі фермент ДНҚ полимераза І бос 3'ОН ұшына сәйкес нуклеотидті жалғайды. Екі бос ұштарын (қойылған нуклеотидттің 3'ОН-ұшын және ДНҚ тізбектерін бастапқыда АП-эндонуклеазамен үзгенде түзілген 5' үшын) қосу полинуклеотидлигаза арқылы іске асады. Енді ДНҚ құрылысы толығымен қалпына келтірілді: дұрыс емес негіз алынды, осы негіз байланысып түрған қантфосфаттық топ ДНҚ тізбегінен кесілді, қуыс дұрыс нуклеоитдпен толтырылды және барлық біртізбекті үзілулер қалпына келтірілді. Нуклеотидтердің эксцизиялық репарациясы (nucleotide excision repair –NER)NER-дің BER-ден бірнеше айырмашылықтары бар. Түрлі ферменттер жүйесінің қолданылуы. Тіпті бір ғана нуклеотидте қателік кетсе де, зақымдалған аймақтан бірден көптеген нуклеотидтер алынып тасталынады. NER-дің негізгі маңызды кезеңдері: 1. Зақымдалған аймақ бір немесе бірнеше факторлар арқылы танылып, байланысады. 2. Зақымдалған жердегі ДНҚ молекуласы тарқатылады. Бұл үрдіске бірнеше транскрипциялық факторлар қатысады IIH, TFIIH (қалыпты транскрипция үрдерісіне қатысатын). 3. ДНҚ тізбегі зақымдалған жерден 3' және 5' ұштарынан кесіледі, нәтижесінде зақымдалған нуклеотиді бар ДНҚ кесіндісі алынып тасталады. 4. ДНҚ полимеразалар дельта немесе эпсилон арқылы жаңа тізбек зақымдалмаған тізбекке комплементарлы синтезделеді. 5. Синтезделген кесінді лигаза арқылы тізбекке жалғанады. Жұптаспаған негіздердің репарациясы (мисмэтч). ДНҚ репликациясы кезінде жиі ( E. coli ішек таяқшасында 10 мың жұп нуклеотидке бір, ал эукариоттарда одан да жиірек) жұптасу кезінде қателіктер кетіп отырады. Нәтижесінде комплементарлы нуклеотидтер А + Т немесе Г + Ц орнына жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде матрицалық тізбекке комплементарлы емес (оларды мисмэтчтар деп атайды - ағыл. mismatch) нуклеотидтер қойылады. Негіздердің жұптаспуы кезінде жоғарыда сипатталған репарация жағдайларында ғана мофицирленген немесе зақымдалған негіздерде және нуклеотидтерде, ДНҚ құрылысында ерекше нуклеотид пайда болмайды, тек оның жұптасу сипатында ерекшелік болады. Жұптаспаған негіздер (репликация қателіктері) тек жаңа синтезделген ДНҚ тізбегіне ғана қатысты. Матрицалық тізбек репликация кезінде өзгеріссіз қалады (матрицалық тізбекте өзгерістер болып, ол өзерістер репарация арқылы жөнделмесе, бұл мутация болып табылады және репликация кезінде келесі жасушаның барлық ұрпақтарына беріліп отырады). Сондықтан, мисмэтч репарация жүйесі жаңа синтезделген тізбекке бағытталып, осы тізбектегі комплементарлы емес нуклеотидттерді түзетуі қажет. Бұл жағдайда жасушалар жаңа синтезделген тізбек пен матрицалық тізбек құрылымындағы маңызды ерекшеліктерді пайдаланады. Репликация аяқталған соң, арнайы метилаза ферменттері ГАТЦ қатарындағы аденинге метил тобын жалғайтындығы анықталды. Сондықтан, репликацияның келесі кезеңінде ДНҚ тізбектерінде айырмашылықтар болады: матрицалық тізбек аденин метилденген, ал жаңа синтезделген тізбекте репликация аяқталғанға дейін аденин метилденбейді. Олардың метилденуі тек репликация аяқталған соң жүреді. Метилдену жүргенге дейін мисмэтч репарациясы жүріп үлгеруі қажет. Ішек таяқшасында бұл үрдіс төрт гендердің өнімдері арқылы іске асады: MutH, MutL, MutS и MutU. Мисмэтч үрдісі комплементарлы емес негізге mutS ақуызының келіп байланысуынан басталады. Онымен бірден mutL ақуызы және mutH ақузының екі молекуласы келіп байланысады. mutH ақуызының әрқайсысы ГАТЦ қатарлары орналасқан аймағын таниды және эндонуклеазалық белсенділікке ие сондықтан, ДНҚ метилденбеген тізбегі осы қатарлардан аденинге жақын жерден кесіледі. Егер мұндай кесу адениннің 5' жағынан жасалынса, тағы бір фермент-эндонуелеаза байланысып, ДНҚ тізбегін 5'→3' бағытында ыдыратады. Бұл фермент ДНҚ тізбегін жұптаспаған негіздерге жеткенге дейін, тіпті одан біраз алысқа дейін нуклеотидтерді ыдыратады. Егер біріншілік кесу мисмэтчтың 3' ұшынан mutH ақуызымен эндонуклеаза арқылы бірлессе іске асса, онда басқа ДНҚ тізбегінің 3'→ 5' қозғалатын экзонуклеаза қажет. Оның жұмысы мисмэтчты жойғанға дейін жалғасады. Содан кейін, 5'→3' бағытындағы сияқты, 3'→5' эндонуклеазалардан кейін болған бос орындарға ДНҚ полимеразалар нуклеотидтермен толтырады, ал ұштары лизгазамен жалғанады. Пострепликативтік (рекомбинациялық) репарация. 1968 жылы американдық ғалымдар У. Рапп және П. Ховард-Фландерс УК-сәулесі арқылы эксинуклеаза ферментін синтездейтін гендері зақымдалған бактерияларды зерттеді. Эксцизиялық репарацияның жүруі мүмкін емес еді. Тәжірбие қараңғыда жүргізілгендіктен фотрореактивацияның жүруі де мүмкін емес еді. Бұл жасушаларда матрицалық ДНҚ молекуласы құрамында көптеген, қырқылмаған тиминдік димерлер болды. Нәтижесінде жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде тиминдік димерлерге қарама-қарсы бос қуыстар пайда болады. Жасуша мұндай өзгерістерді түзету үшін рекомбинация механизміне ұқсас әдісті қолданады. ДНҚ марицалық тізбегіне комплементарлы (ол зақымдалмаған болатын) репликация аяқталған тізбектен recA ақуызы көмегімен бос қуысқа сәйкес ДНҚ кесіндісі қырқылып алынып, қуыс толтырылады. Содан кейін лигаза ферменті койылған кесіндінің ұштарын жаңа синтезделген тізбек ұштарымен жалғайды. Бірмезгілде қуысқа сәйкес матрицалық тізбетен кесіліп алынған орын ДНҚ полимераза І арқылы толтырылып, ұштары лигаза арқылы жалғанады. |