ЗАЧЕТИК ПО ГЕНЕТИКЕ 1 курсик ИДЕАЛЕН. Вопросы для подготовки к обобщающему занятию по генетике
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Мутации - их классификация. По природе. спонтанные (естественные) – результат суммарного ненамеренного воздействия различных факторов, приводящие к повреждениям генетического материала. экзогенные - естественная радиация, экстремальные температуры. эндогенные – соединения-метаболиты, которые могут вызвать ошибку в репликации, рекомбинации, транспозиция мобильных генетических элементов. Индуцированные(искусственные)- под воздействием намеренного физического, химического и биологического мутагенов: контролируемые – в эксперименте с целью изучения механизма мутагенеза или его последствий. неконтролируемые – случайный выброс радиоактивных элементов в среду обитания. По характеру проявления. рецессивные – проявляются только в гомозиготном состоянии (аа), сначала мутация распространяется насыщает популяцию, после появляется через какой-то промежуток времени из состоянии Аа=аа. Чем меньше популяция, тем быстрее распространяется мутация. доминантные – проявляются не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии. Происхождение мутированных клеток соматические – в клетках тела проявляются сразу у организма: могут быть причной доброкачественных или злокачетсвенных новообразований, лейкозов. пример гетерохромия, особей называют мозаиками. чем в более ранней степени развивается мутация, тем в большем объеме захватывается ткань. генеративные – происходят в половых клетках, и в отличие от соматических, передаются половым путем. По адаптивному значению: полезные – тараканы приспосабливаются к ядохимикатам. т.е. мутации благодаря которым организмы приспосабливаются к новым условиям, что позволяет им выжить. вредные – понижение жизнеспособности: летальные - мутации с которыми организм не может выжить. полулетальные – мутации полностью или частично останавливающее развитие, что приводит к снижению жизнеспособности – генетические заболевания. Сублетальные гены – это гены которые значительно снижают жизнеспособность или могут приводить к смерти нейтрвльные – изменяют признак, не влияя на жизнеспособность. По расположению в клетке: ядерные – при которых изменяется структура ДНК внеядерные или цитоплазматические – изменяется структура ДНК пластид у р. и митохондрий у животных. По характеру изменения фенотипа: морфологические – изменяют структуру - полидактилия физиологические – изменяют функцию – гемофилия биохимические – изменяют обмен веществ - альбинизм, фенилкетонурия. По характеру изменения гена: прямые – приводит к отклонению от дикого признака обратные – приводят к возвращению дикого типа полностью или частично По характеру изменений в генотипе: геномные – изменение числа хромосом хромосомные аберрации – изменение структуры хромосом генные – изменение ДНК Генные мутации. Хромосомные мутации: аберрации, геномные. Генные мутации – это мутации связанные с изменением структуры ДНК или одной пары нуклеотидов. Различают: По типу молекулярных изменений: Транзиция – нуклеотид с пуриновым основанием на нуклеотид с пуриновым основанием, например, А на Г; Трансверсия – когда пуриновый замещается на пиримидиновый, т.е. А на Т/Ц, Г на Т/Ц Делеция – выпадение сегмента ДНК от 1-го до нескольких нуклеотидов в пределах ОДНОГО ГЕНА Дупликация - удвоение сегмента ДНК от 1-го до нескольких нуклеотидов в пределах ОДНОГО ГЕНА Инверсия – поворот на 180гр. сегмента ДНК от 1-го до нескольких нуклеотидов в пределах ОДНОГО ГЕНА Инсерция - вставка сегмента ДНК от 1-го до нескольких нуклеотидов в пределах ОДНОГО ГЕНА Примером нейтральной генной изменчивости является система АВО крови человека, т.к. ген I может нести один из трех аллелей, сочетание которых не приводит к отрицательным последствиям. По изменению рамки считывания: Фреймшифт – происходит сдвиг рамки считывания во время трансляции, что приводит к нарушению молекулярного уровня ДНК, т.е. к изменению триплетов в полипептидной цепи. Без сдвига рамки считывания, не происходит при замене нуклеотида количественного изменения. По эффекту, оказываемому изменение нуклеотида на триплет: миссенс-мутации – 75%- замена нуклеотида приводит к замене аминокислоты. нонсенс-мутация – 5% - замена нуклеотида приводит к образованию кодона-терминатора или стоп-кодона, из-за которого останавливается сайленс-мутации -20% - приводит к замене нуклеотида в триплете, но аминокислота по свойствам НЕ ИЗМЕНИЛАСЬ. поэтому нарушения нет. Генные мутации приводят к молекулярным болезням – клинически проявляющиеся в нарушении метаболита. ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ. структурное изменение хромосом, видимое под световым микроскопом. Внутрихромосомные аберрации. Делеция – утрата одного из срединных участков хромосом Дефишенси – утрата концевого тучастка хромосомы. например синдром Кшачьего крика – утрата на 5 хромосоме. Дупликации – удвоение какого-либо участка хромосомы Инверсии – это поворот на 180гр. участка хромосомы. Межхромосомные: т.е. Транслокации: реципрокная- две хромосомы обмениваются своими фрагментами нереципрокная – фрагмент одной хромосомы транспортируется на другую транспозиция – фрагмент хромосомы присоединяется к этой же хромосоме на новом месте. Робертсоновская транслокация – полная или частичная утрата коротких плеч у акроцентрических разных хромосом, которые соединяются центромерами. например, транслокационная форма Дауна: 21 присоединяется к 13 или 14 хромосоме. изохромосомия – хромосомы, у которых повторяется генетический материал в обоих плечах. Хромосомные аберрации приводят к изменению структуры ДНК, поэтому меняется количественное соотношение хромосом в генотипе и меняется характер их функционирования. Часто они сказываются отрицательно. Геномные – приводят к изменению числа хромосом, которые либо кратны гаплоидному набору (2n+-n), либо не кратны гаплоидному набору. (2n+-1) Кратные гаплоидному набору: 2n+n – Полиплоидия. увеличение количества хромосом кратное гаплоидному в результате нарушения расхождения в митозе или мейозе. 3n, 4n, 8n и т.д. Применяют колхицин специально, который разрушает веретено деления при образовании гамет, в результате чего получают 2n гаметы, при слиянии которых образуется 4n набор. Не совместима с жизнью человека!!!! хотя печень имеет именно такой набор! 2n-n – Гаплоидия – это явление уменьшения числа хромосом, когда в соматической клетке присутствует только гаплоидный набор. существует естественная у пчел-трутней, спорообразующих грибов, дурмана, пшеницы, кукурузы Анеуплоидия (или гетероплоидия)- изменение в 2n наборе, что приводит к изменению числа хромосом Не кратному гаплоидому. Моносомия:наличие одной из двух в паре гомологичных хромосом. пример синдром ШЕРЕШЕВСКОГО-ТЕРНЕРА 45, ХО Трисомия: наличие трех гомологичных хромосом Синдром ДАУНА (21 пара), синдром Эдвардса (18 пара), Синдром Патау по 13 паре. Мутагены среды. Последствия мутаций для человека. Мутагены – факторы, вызывающие мутации: экзомутагены – факторы внешней среды, эндомутагены – метаболиты организма человека. Физические мутагены – различные виды излучений, температура, влажность и другие. Они вызывают: - нарушения структуры генов и хромосом; - образование свободных радикалов, взаимодействующих с ДНК; - разрывы нитей веретена деления; - образования димеров соседних пиримидиновых оснований одной цепи ДНК (Т–Т, Т–Ц) и другие. Химические мутагены: - природные органические и неорганические соединения (алкалоиды, нитриты, нитраты) ;- продукты промышленной переработки угля и нефти; синтетические вещества, не встречавшиеся ранее в природе (бытовая химия, химические соединения для сельского хозяйства, пищевые консерванты); - различные лекарства (некоторые антибиотики, наркотические вещества, гормональные препараты), способные вызывать у человека врожденные пороки развития. Супермутагены(иприт, этиленимин) – вещества химической природы, которые действуют сильнее проникающей радиации. Химические мутагены действуют в период репликации ДНК и обычно являются причиной генных мутаций. Они вызывают дезаминирование и алкилирование нуклеотидов, замену азотистых оснований их аналогами, ингибируют синтез предшественников нуклеиновых кислот. Биологические мутагены – это продукты метаболизма различных паразитических агентов: - паразиты невирусной природы (риккетсии, микоплазмы, бактерии); - вирусы краснухи, гриппа, кори, оспы; - метаболиты протистов (токсоплазма) или многоклеточных (кошачий сосальщик) паразитов. Невирусные и вирусные агенты являются причиной инфекционного мутагенеза. Они вызывают нарушения синтеза ДНК, процесса кроссинговера, расхождения хромосом и хроматид в анафазе мейоза и митоза. Продукты жизнедеятельности паразитов действуют как химические мутагены. Они разрушают теломеры хромосом, нарушают процесс кроссинговера. Процесс образования мутаций называется мутагенезом. Мутагенез может быть спонтанным и индуцированным. Спонтанный, или самопроизвольный, мутагенез возникает при ошибках репликации и репарации ДНК и под действием метаболитов организма (например, перекиси и альдегиды). Индуцированный, или направленно вызванный, мутагенез происходит под действием определенного мутагена – ультрафиолетового или ионизирующего излучения. Антимутационные барьеры. Антимутагенез. Антимутагены. АНТИМУТАЦИОННЫЕ(БАРЬЕРЫ) Для обеспечения генетического гомеостаза в природе существует мощная система антимутационных барьеров, сформировавшихся в ходе длительного эволюционного процесса на молекулярном, субклеточном, клеточном, организменном и даже биосферном уровнях. Механизмы, снижающие неблагоприятный эффект генных мутаций, называются антимутационными барьерами. К ним относятся: 1. Наличие двух нитей молекулы ДНК: изменения, возникшие в одной нити, могут быть восстановлены благодаря существованию второй неизмененной нити ДНК. Процесс восстановления поврежденной молекулы ДНК называется репарацией. Она бывает нескольких видов (световая, темновая (дорепликативная, пострепликативная) и SOS-репарация). 2. Функциональная неравнозначность замен аминокислот в полипептиде. Если в результате мутации новая и сменяемая аминокислоты сходны по физико-химическим свойствам, изменения первоначальной структуры и биологических свойств белка незначительны. Так, мутантные гемоглобины HbS и НЬС человека отличаются от нормального гемоглобина НЬА заменой в 6-м положении ß-цепи глутаминовой кислоты соответственно на валин или лизин. HbS: резко изменяет свойства гемоглобина и приводит к развитию тяжелого заболевания – серповидноклеточной анемии. HbC: замене свойства гемоглобина изменяются в гораздо меньшей степени. Причиной этих различий является то, что глутаминовая кислота и лизин проявляют сходные гидрофильные свойства, тогда как валин – это гидрофобная аминокислота. 3. Вырожденность генетического кода: в связи с тем, что триплетов существует 64, а аминокислот 20, одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько триплетов (до 6). 4. Экстракопирование генов, кодирующих жизненно важные макромолекулы. Оно заключается в наличии в генотипе нескольких десятков, а иногда и сотен идентичных копий таких генов. Примером могут служить гены р-НК, т-РНК, гистоновых белков, без которых жизнедеятельность любой клетки невозможна. При наличии экстракопий мутационное изменение в одном или даже нескольких одинаковых генах не ведет к катастрофическим для клетки последствиям. Копий, остающихся неизменными, вполне достаточно, чтобы обеспечить нормальное функционирование. 5. Парность хромосом . Фактором защиты против неблагоприятных последствий генных мутаций служит парность хромосом в 2n кариотипе соматических клеток эукариот → парность аллелей одного гена препятствует фенотипическому проявлению мутаций, если они имеют рецессивный характер. 6. Наличие природных и синтетических антимутагенов. 7. Естественный отбор в популяциях человека в связи с социальным прогрессом и развитием медицины перестал быть: а) ведущим эволюционным фактором; б) утратил видообразующую функцию. Тем не менее, он осуществляет контроль на уровнях: молекулярном, клеточном, организменном. Особенно велика его роль в эмбриогенезе (50 % всех зачатий человека заканчиваются спонтанными абортами, а 50 % этих абортированных эмбрионов содержат хромосомные аномалии; 2 % – мертворождения). Он обусловливает в 2-3 % детскую смертность: среди новорожденных у 7 % наблюдаются большие врожденные пороки, еще у 8 % – генные мутации. Часть людей не вступает в брак, а часть браков – 10 % – бесплодна. Естественный отбор направлен на защиту популяции от вырождения. Благодаря этому виды существуют длительное время. 8. Иммунная система: система биологических структур и процессов организма, обеспечивающая его защиту, в том числе и от чужеродной генетической информации. Для правильной работы иммунной системы необходимо, чтобы она умела своевременно распознавать и уничтожать широкий спектр чужеродных агентов, которые могут, привнося свою наследственную информацию, вызвать сбой или даже гибель организма. 9. Озоновый экран – это тонкий газовый слой О3 в верхних слоях атмосферы (от 12 до 50 км от поверхности Земли), который защищает поверхность Земли от разрушительного эффекта солнечных ультрафиолетовых лучей. Он поглощает около 99 % направленных на землю ультрафиолетовых солнечных лучей, которые в больших количествах губительны для живых организмов (интенсивно разрушают молекулы белков и ДНК). Таким образом, озоновый слой для биосферы выполняет роль защитного экрана. АНТИМУТАГЕНЫ В настоящее время известно более 300 природных и синтетических антимутагенов – аминокислоты (гистидин, метионин), витамины (токоферол (Е), ретинол (А), аскорбиновая кислота (С)), ферменты (оксидаза, каталаза), пигменты (меланин, каротин, ксантофилл и др.), интерферон (белковая молекула, которая обеспечивает противовирусный иммунитет). По механизму действия их можно условно разделить на 4 группы: Десмутагены – вещества, инактивирующие мутагены или предупреждающие их образование в химических реакциях in vivo. Такими веществами являются аскорбиновая кислота, глутатион, витамин Е, ряд природных и синтетических фенолов. Гуминовая кислота способна адсорбировать бензапирен, 3-аминоантрацен. Свойствами десмутагенов обладают многие овощные соки (капусты, редиса, сельдерея), содержащие особые термостабильные и термолабильные белки, действующие как антиокислительные ферменты. Мутагены могут образовывать неактивные комплексы с пищевыми волокнами, которые представляют собой сложные углеводы двух типов: водорастворимые присутствуют в овощах, фруктах, некоторых злаках (овсе). Они ингибируют канцерогенез в кишечнике, вызываемый канцерогенами пищи, сдвигая метаболизм кишечника в сторону детоксикации. нерастворимые в воде пищевые волокна, присутствующие в пшенице, рисе, не метаболизируются ферментами кишечной флоры, а действуют через другие механизмы, в частности, путем задержки воды, «разбавляя» канцерогены и снижая тем самым частоту возникновения рака кишечника. Пищевые волокна снижают частоту рака молочной железы у животных и людей. Таким образом, употребление злаков, фруктов может предупреждать возникновение опухолей у человека. |