מוטציות גנים קשורות לשינויים במספר ובמבנה של הכרומוזומים. מוטציות גנים. דוגמאות למוטציות גנים. סוגי מוטציות גנים

מוטציות ברמת הגן הן שינויים מבניים מולקולריים ב-DNA שאינם נראים במיקרוסקופ אור. אלה כוללים כל טרנספורמציה של חומצה deoxyribonucleic, ללא קשר להשפעתם על הכדאיות והלוקליזציה. כמה מינים מוטציות גניםאין כל השפעה על התפקוד והמבנה של הפוליפפטיד המתאים (חלבון). עם זאת, רוב התמורות הללו מעוררות סינתזה של תרכובת פגומה שאיבדה את יכולתה לבצע את משימותיה. לאחר מכן, נשקול גנים ומוטציות כרומוזומליות ביתר פירוט.

מאפיינים של טרנספורמציות

הפתולוגיות הנפוצות ביותר המעוררות מוטציות בגנים אנושיים הן נוירופיברומטוזיס, תסמונת אדרנוגניטל, סיסטיק פיברוזיס, פנילקטונוריה. רשימה זו יכולה לכלול גם המוכרומטוזיס, מיופתיה של דושן-בקר ואחרות. לא כל אלה הן דוגמאות למוטציות גנים. אוֹתָם סימנים קלינייםהם בדרך כלל הפרעות מטבוליות ( תהליך מטבולי). מוטציות גנים יכולות להיות:

• שינוי בקודון הבסיס. תופעה זו נקראת מוטציית missense. במקרה זה, נוקלאוטיד מוחלף בחלק המקודד, אשר, בתורו, מוביל לשינוי בחומצת האמינו בחלבון.
• שינוי הקודון באופן שקריאת המידע מושעה. תהליך זה נקרא מוטציית שטות. כאשר מחליפים נוקלאוטיד ב מקרה זהנוצר קודון עצירה והתרגום מסתיים.
• שגיאת קריאה, שינוי מסגרת. תהליך זה נקרא "הסטת מסגרות". עם שינוי מולקולרי ב-DNA, שלישיות עוברות טרנספורמציה במהלך התרגום של שרשרת הפוליפפטיד.

מִיוּן

על פי סוג הטרנספורמציה המולקולרית, קיימות מוטציות הגנים הבאות:

• שִׁכפוּל. במקרה זה, מתרחשת שכפול או שכפול חוזר של קטע DNA מ-1 נוקלאוטיד לגנים.
• מְחִיקָה. במקרה זה, יש אובדן של קטע DNA מנוקלאוטיד לגן.
• היפוך. במקרה זה, מציינים סיבוב של 180 מעלות. קטע של DNA. גודלו יכול להיות שני נוקלאוטידים או מקטע שלם המורכב מכמה גנים.
• הַכנָסָה. במקרה זה מוחדרים מקטעי DNA מהנוקלאוטיד לגן.

טרנספורמציות מולקולריות הכוללות מ-1 למספר יחידות נחשבות כשינויים נקודתיים.

תכונות ייחודיות

למוטציות גנים יש מספר תכונות. קודם כל, יש לציין את היכולת שלהם לעבור בירושה. בנוסף, מוטציות יכולות לעורר טרנספורמציה של מידע גנטי. חלק מהשינויים יכולים להיות מסווגים כנייטרליים כביכול. מוטציות גנים כאלה אינן מעוררות הפרעות כלשהן בפנוטיפ. לכן, בשל הטבע המולד של הקוד, אותה חומצת אמינו יכולה להיות מקודדת על ידי שתי שלישיות הנבדלות בבסיס אחד בלבד. עם זאת, גן מסוים יכול לעבור מוטציה (להפוך) למספר מצבים שונים. זה סוג של שינוי שמעורר את רוב פתולוגיות תורשתיות. אם ניתן דוגמאות למוטציות בגנים, נוכל להתייחס לקבוצות דם. אז, לאלמנט השולט במערכת AB0 שלהם יש שלושה אללים: B, A ו-0. השילוב שלהם קובע את קבוצות הדם. בהתייחס למערכת AB0, היא נחשבת לביטוי קלאסי של הטרנספורמציה של סימנים נורמליים בבני אדם.

טרנספורמציות גנומיות

לטרנספורמציות אלה יש סיווג משלהן. הקטגוריה של מוטציות גנומיות כוללות שינויים בפלואידיות של כרומוזומים ללא שינוי מבניים ואנופלואידיה. תמורות כאלה נקבעות שיטות מיוחדות. אנופלואידיה היא שינוי (עלייה - טריזומיה, ירידה - מונוזומיה) במספר הכרומוזומים של הסט הדיפלואידי, לא כפול מזה ההפלואידי. עם עלייה מרובה במספר, הם מדברים על פוליפלואידיות. אלה ורוב האנופלואידים בבני אדם נחשבים לשינויים קטלניים. בין המוטציות הגנומיות הנפוצות ביותר הן:

• מונוזומיה. במקרה זה, רק אחד משני הכרומוזומים ההומולוגיים קיים. על רקע מהפך כזה, בריא התפתחות עובריתבלתי אפשרי עבור אף אחד מהאוטוזומים. מונוזומיה על כרומוזום X היא היחידה התואמת את החיים. היא מעוררת את תסמונת שרשבסקי-טרנר.
• טריזומיה. במקרה זה, שלושה יסודות הומולוגיים מתגלים בקריוטיפ. דוגמאות למוטציות גנים כאלה: תסמונת דאון, אדוארדס, פטאו.

גורם מעורר

הסיבה שבגללה מתפתחת אנופלואידיה נחשבת לאי ניתוק הכרומוזומים בתהליך חלוקת תאעל רקע היווצרות תאי נבט או אובדן אלמנטים עקב השהיית אנפאזה, בעוד כאשר נעים לכיוון הקוטב, הקישור ההומולוגי עלול לפגר אחרי הלא-הומולוגי. המושג "אי-דיסג'נקציה" מצביע על היעדר הפרדה של כרומטידות או כרומוזומים במיטוזה או מיוזה. שיבוש זה יכול להוביל לפסיפס. במקרה זה, קו תאים אחד יהיה תקין והשני מונוזומי.

אי-הפרדה במיוזה

תופעה זו נחשבת לשכיחה ביותר. אותם כרומוזומים שבדרך כלל אמורים להתחלק במהלך המיוזה נשארים מחוברים. באנפאזה, הם עוברים לקוטב תא אחד. כתוצאה מכך נוצרים 2 גמטות. לאחד מהם יש כרומוזום נוסף, ואילו השני חסר אלמנט. בתהליך ההפריה תא רגילעם קישור נוסף מתפתחת טריזומיה, גמטות עם רכיב חסר - מונוזומיה. כאשר נוצרת זיגוטה מונוזומית עבור אלמנט אוטוזומלי כלשהו, ​​ההתפתחות נעצרת בשלבים הראשונים.

מוטציות כרומוזומליות

התמורות הללו הן שינויים מבנייםאלמנטים. ככלל, הם מומחשים במיקרוסקופ אור. מוטציות כרומוזומליות כוללות בדרך כלל עשרות עד מאות גנים. זה מעורר שינויים ברגיל סט דיפלואידי. ככלל, סטיות כאלה אינן גורמות לשינוי רצף ב-DNA. עם זאת, כאשר מספר עותקי הגנים משתנה, נוצר חוסר איזון גנטי עקב מחסור או עודף בחומר. ישנן שתי קטגוריות רחבות של טרנספורמציות אלו. בפרט, מוטציות תוך ואינטרכרומוזומליות מבודדות.

השפעה סביבתית

בני אדם התפתחו כקבוצות של אוכלוסיות מבודדות. הם חיו מספיק זמן באותם תנאים סביבתיים. אנחנו מדברים, במיוחד, על אופי התזונה, מאפיינים אקלימיים וגיאוגרפיים, מסורות תרבותיות, פתוגנים וכו'. כל זה הוביל לקיבוע שילובים של אללים ספציפיים לכל אוכלוסייה, שהיו המתאימים ביותר לתנאי החיים. עם זאת, עקב ההרחבה האינטנסיבית של הטווח, הגירות, יישוב מחדש, החלו להיווצר מצבים שבהם אלה שהיו באותה סביבה שילובים שימושייםגנים מסוימים באחר חדלו להבטיח תפקוד תקין של מספר מערכות גוף. בהקשר זה, חלק מהשונות התורשתית נקבע על ידי קומפלקס לא חיובי של אלמנטים לא פתולוגיים. לפיכך, הגורמים למוטציות בגנים במקרה זה הם שינויים סביבה חיצונית, תנאי חיים. זה, בתורו, הפך לבסיס להתפתחות של מספר מחלות תורשתיות.

ברירה טבעית

עם הזמן, האבולוציה התקדמה בצורות ספציפיות יותר. זה גם תרם להרחבת המגוון התורשתי. אז, אותם סימנים נשתמרו שיכולים להיעלם בבעלי חיים, ולהיפך, מה שנשאר בבעלי חיים נסחף הצידה. בְּמַהֲלָך ברירה טבעיתאנשים גם רכשו סימנים לא רצויים שהיו קשורים ישירות למחלות. למשל, בבני אדם, בתהליך ההתפתחות, הופיעו גנים שיכולים לקבוע רגישות לפוליו או לרעלן דיפתריה. הִתהַוּוּת הומו סאפיינס, מִיןאנשים בדרך כלשהי "שילמו על הרציונליות שלהם" על ידי הצטברות ותמורות פתולוגיות. הוראה זו נחשבת לבסיס של אחד ממושגי היסוד של דוקטרינת המוטציות בגנים.

שלום, זו אולגה רישקובה. היום נדבר על מוטציות. מהי מוטציה? מוטציות ב אורגניזמים אנושייםהאם זה טוב או רע, האם זו תופעה חיובית או מסוכנת עבורנו? מוטציות יכולות לגרום למחלות, או שהן יכולות לתת לנשאיהן חסינות למחלות כמו סרטן, איידס, מלריה וסוכרת.

מהי מוטציה?

מהי מוטציה ואיפה היא מתרחשת? לתאים אנושיים (כמו צמחים ובעלי חיים) יש גרעין.

הגרעין מכיל קבוצה של כרומוזומים. כרומוזום הוא נשא של גנים, כלומר נשא של מידע גנטי, תורשתי.

כל כרומוזום נוצר ממולקולת DNA המכילה מידע גנטי ומועברת מההורים לילדים. מולקולת ה-DNA נראית כך:

מוטציות מתרחשות במולקולת ה-DNA.

איך הם קורים?

איך מתרחשות מוטציות? ה-DNA של כל אדם מורכב מארבעה בסיסים חנקניים בלבד - A,T,G,C. אבל מולקולת ה-DNA גדולה מאוד והם חוזרים על עצמם פעמים רבות בה ברצפים שונים. המאפיינים של כל אחד מהתאים שלנו תלויים ברצף שבו נמצאים הבסיסים החנקניים הללו.

שינוי רצף הבסיסים הללו ב-DNA מוביל למוטציות.

מוטציה יכולה להיגרם משינוי קטן בבסיס DNA אחד או בחלק ממנו. חלק מהכרומוזום עלול ללכת לאיבוד. או שניתן לשכפל את החלק הזה. או שני גנים מוחלפים. מוטציות מתרחשות כאשר יש בלבול בגנים. גן הוא קטע של DNA. באיור זה, לשם הבהירות, האותיות לא מציינות את הבסיסים החנקניים (יש רק ארבעה מהם - A,T,G,C), אלא את חלקי הכרומוזום שאיתם מתרחשים שינויים.

אבל זו לא מוטציה.

שמתם לב שאמרתי "מוביל למוטציות" ולא "זו מוטציה". לדוגמה, התרחש שינוי ב-DNA, והתא שבו נמצא ה-DNA הזה יכול פשוט למות. ולא יהיו השלכות בגוף. כדי שנוכל לומר שהתרחשה מוטציה, השינוי חייב להיות מתמשך. זה אומר שהתא יתחלק, תאי הבת יתחלקו שוב וכל כך הרבה פעמים, והשינוי הזה יועבר לכל צאצאי התא הזה ויתקבע בגוף. אז אפשר לומר שהתרחשה מוטציה, כלומר שינוי בגנום האנושי ושינוי זה יכול לעבור לצאצאיו.

למה הם קורים?

מדוע מתרחשות מוטציות בתאים אנושיים? יש דבר כזה "מוטגנים", אלו גורמים פיזיקליים וכימיים שגורמים לשינויים במבנה הכרומוזומים והגנים, כלומר הם גורמים למוטציות.

• הפיזיים כוללים קרינה, מייננת ו קרינה אולטרא - סגולה, טמפרטורות גבוהות ונמוכות.
• לכימיקלים - חנקות, חומרי הדברה, מוצרי נפט, חלקם תוספים תזונתיים, כמה תרופותוכו '
• מוטגנים יכולים להיות ביולוגיים, כגון מיקרואורגניזמים מסוימים, וירוסים (חצבת, אדמת, שפעת), כמו גם מוצרי חמצון שומן בתוך גוף האדם.

מוטציות יכולות להיות מסוכנות.

אפילו המוטציה הגנטית הקטנה ביותר מגדילה באופן דרמטי את הסבירות מומים מולדים. מוטציות עלולות לגרום להפרעות בהתפתחות העובר. הם מתרחשים במהלך ההפריה, כאשר הזרע פוגש את הביצית. משהו עלול להשתבש בעת ערבוב גנומים, או שהבעיה כבר קיימת בגנים של ההורים. זה מוביל ללדת ילדים עם חריגות גנטיות.

מוטציות יכולות להועיל.

לחלקם מוטציות אלו נותנות מראה אטרקטיבי, רמה גבוההאינטליגנציה או מבנה גוף אתלטי. מוטציות כאלה מושכות למעשה את המין השני. גנים שעברו מוטציה נדרשים מועברים לצאצאים ומתפשטים על פני כדור הארץ.

מוטציות הובילו להופעתם של מספר רב של אנשים חסינים מפני מסוכנים מחלות מדבקות, כמו מגפה ואיידס, האנשים האלה לא יחלו בהם אפילו במהלך המגיפה הנוראה ביותר.

מוטציות מועילות ומזיקות בו זמנית.

אחת המחלות העיקריות באפריקה היא המלריה. אבל יש אנשים שלא חולים במלריה. אלה אנשים עם תאי דם אדומים בצורת מגל, כמו זה:

אריתרוציטים שעברו מוטציה עברו בירושה מאבותיהם. תאי דם אדומים כאלה אינם סובלים חמצן היטב, ולכן בעליהם חלשים וסובלים מאנמיה. אבל הם חסינים למלריה.

או עוד דוגמה מצוינת. מוטציה גנטית, מחלה תורשתית- תסמונת לרון. לאנשים אלו יש מחסור תורשתי של גורם הגדילה דמוי האינסולין IGF-1, בגלל זה, הגדילה שלהם נעצרת מוקדם מאוד. אבל בגלל היעדר IGF-1, הם אף פעם לא חולים בסרטן, מחלות לב וכלי דם סוכרת. בקרב אנשים עם תסמונת לרון, מחלות אלו אינן מופיעות כלל.

המזונות שאנו אוכלים הם מוטנטים.

כן, מוטנטים, והם היו מוטציות מועילות. רוב המזונות שאנו אוכלים הם תוצאה של מוטציות.

שתי דוגמאות. אורז בר אדום, התפוקה שלו נמוכה ב-20% מזו של זריעת אורז. אורז זרוע הופיע כצורה שעברה מוטציה לפני כ-10,000 שנים. התברר כי קל יותר לנקות, לבשל מהר יותר, מה שאפשר לאנשים לחסוך בדלק. בשל התשואה הגבוהה ו תכונות שימושיותהאיכרים החלו להעדיף את המינים שעברו מוטציה. זה אורז לבןהוא אדום מוטציה.

החיטה שאנו אוכלים כעת החלו לגדל 7,000 שנים לפני תקופתנו. האיש בחר במוטציה חיטת ברעם גרגרים גדולים יותר ולא מתפוררים. אנחנו עדיין מגדלים אותו.

גם צמחים תרבותיים אחרים גדלו כבר כמה אלפי שנים. האדם בחר זנים שעברו מוטציה של צמחי בר וטיפח אותם במיוחד. כיום אנו צורכים תוצאות של מוטציות שנבחרו בימי קדם.

לא כל המוטציות עוברות בתורשה.

אני מדבר על מוטציות שמתרחשות במהלך חייו של אדם אחד. אלו תאים סרטניים.

במאמר הבא אספר לכם כיצד מוטציות מובילות להופעה תאים סרטנייםומאיפה הגיעו אנשים בינינו שחסינים מפני הידבקות ב-HIV, אנשים חסינים ל-HIV.

אם עדיין יש לך שאלות לגבי מהן מוטציות, איפה, איך ולמה הן מתרחשות, נדון בזה בהערות. אם המאמר נראה לך שימושי, שתף אותו עם חבריך ברשתות החברתיות.

מוטציות ברמת הגן הן שינויים מבניים מולקולריים ב-DNA שאינם נראים במיקרוסקופ אור. אלה כוללים כל טרנספורמציה של חומצה deoxyribonucleic, ללא קשר להשפעתם על הכדאיות והלוקליזציה. לסוגים מסוימים של מוטציות גנים אין כל השפעה על התפקוד והמבנה של הפוליפפטיד המתאים (חלבון). עם זאת, רוב התמורות הללו מעוררות סינתזה של תרכובת פגומה שאיבדה את יכולתה לבצע את משימותיה. לאחר מכן, נשקול גנים ומוטציות כרומוזומליות ביתר פירוט.

מאפיינים של טרנספורמציות

הפתולוגיות הנפוצות ביותר המעוררות מוטציות בגנים אנושיים הן נוירופיברומטוזיס, תסמונת אדרנוגניטל, סיסטיק פיברוזיס, פנילקטונוריה. רשימה זו יכולה לכלול גם המוכרומטוזיס, מיופתיה של דושן-בקר ואחרות. לא כל אלה הן דוגמאות למוטציות גנים. הסימנים הקליניים שלהם הם בדרך כלל הפרעות מטבוליות (תהליך מטבולי). מוטציות גנים יכולות להיות:

• שינוי בקודון הבסיס. תופעה זו נקראת מוטציית missense. במקרה זה, נוקלאוטיד מוחלף בחלק המקודד, אשר, בתורו, מוביל לשינוי בחומצת האמינו בחלבון.
• שינוי הקודון באופן שקריאת המידע מושעה. תהליך זה נקרא מוטציית שטות. כאשר נוקלאוטיד מוחלף במקרה זה, נוצר קודון עצור והתרגום מסתיים.
• שגיאת קריאה, שינוי מסגרת. תהליך זה נקרא "הסטת מסגרות". עם שינוי מולקולרי ב-DNA, שלישיות עוברות טרנספורמציה במהלך התרגום של שרשרת הפוליפפטיד.

מִיוּן

על פי סוג הטרנספורמציה המולקולרית, קיימות מוטציות הגנים הבאות:

• שִׁכפוּל. במקרה זה, מתרחשת שכפול או שכפול חוזר של קטע DNA מ-1 נוקלאוטיד לגנים.
• מְחִיקָה. במקרה זה, יש אובדן של קטע DNA מנוקלאוטיד לגן.
• היפוך. במקרה זה, מציינים סיבוב של 180 מעלות. קטע של DNA. גודלו יכול להיות שני נוקלאוטידים או מקטע שלם המורכב מכמה גנים.
• הַכנָסָה. במקרה זה מוחדרים מקטעי DNA מהנוקלאוטיד לגן.

טרנספורמציות מולקולריות הכוללות מ-1 למספר יחידות נחשבות כשינויים נקודתיים.

תכונות ייחודיות

למוטציות גנים יש מספר תכונות. קודם כל, יש לציין את היכולת שלהם לעבור בירושה. בנוסף, מוטציות יכולות לעורר טרנספורמציה של מידע גנטי. חלק מהשינויים יכולים להיות מסווגים כנייטרליים כביכול. מוטציות גנים כאלה אינן מעוררות הפרעות כלשהן בפנוטיפ. לכן, בשל הטבע המולד של הקוד, אותה חומצת אמינו יכולה להיות מקודדת על ידי שתי שלישיות הנבדלות בבסיס אחד בלבד. עם זאת, גן מסוים יכול לעבור מוטציה (להפוך) למספר מצבים שונים. סוג זה של שינוי הוא שמעורר את רוב הפתולוגיות התורשתיות. אם ניתן דוגמאות למוטציות בגנים, נוכל להתייחס לקבוצות דם. אז, לאלמנט השולט במערכת AB0 שלהם יש שלושה אללים: B, A ו-0. השילוב שלהם קובע את קבוצות הדם. בהתייחס למערכת AB0, היא נחשבת לביטוי קלאסי של הטרנספורמציה של סימנים נורמליים בבני אדם.

טרנספורמציות גנומיות

לטרנספורמציות אלה יש סיווג משלהן. הקטגוריה של מוטציות גנומיות כוללות שינויים בפלואידיות של כרומוזומים ללא שינוי מבניים ואנופלואידיה. טרנספורמציות כאלה נקבעות בשיטות מיוחדות. אנופלואידיה היא שינוי (עלייה - טריזומיה, ירידה - מונוזומיה) במספר הכרומוזומים של הסט הדיפלואידי, לא כפול מזה ההפלואידי. עם עלייה מרובה במספר, הם מדברים על פוליפלואידיות. אלה ורוב האנופלואידים בבני אדם נחשבים לשינויים קטלניים. בין המוטציות הגנומיות הנפוצות ביותר הן:

• מונוזומיה. במקרה זה, רק אחד משני הכרומוזומים ההומולוגיים קיים. על רקע טרנספורמציה כזו, התפתחות עוברית בריאה היא בלתי אפשרית עבור אף אחד מהאוטוסומים. מונוזומיה על כרומוזום X היא היחידה התואמת את החיים. היא מעוררת את תסמונת שרשבסקי-טרנר.
• טריזומיה. במקרה זה, שלושה יסודות הומולוגיים מתגלים בקריוטיפ. דוגמאות למוטציות גנים כאלה: תסמונת דאון, אדוארדס, פטאו.

גורם מעורר

הסיבה לכך שמתפתחת אנופלואידיה נחשבת לאי-התנתקות של כרומוזומים במהלך חלוקת תאים על רקע היווצרות תאי נבט או אובדן יסודות עקב פיגור אנפאזה, בעוד שבתנועה לכיוון הקוטב, הקישור ההומולוגי עלול לפגר מאחור. הלא הומולוגי. המושג "אי-דיסג'נקציה" מצביע על היעדר הפרדה של כרומטידות או כרומוזומים במיטוזה או מיוזה. שיבוש זה יכול להוביל לפסיפס. במקרה זה, קו תאים אחד יהיה תקין והשני מונוזומי.

אי-הפרדה במיוזה

תופעה זו נחשבת לשכיחה ביותר. אותם כרומוזומים שבדרך כלל אמורים להתחלק במהלך המיוזה נשארים מחוברים. באנפאזה, הם עוברים לקוטב תא אחד. כתוצאה מכך נוצרים 2 גמטות. לאחד מהם יש כרומוזום נוסף, ואילו השני חסר אלמנט. בתהליך ההפריה של תא תקין עם קישור נוסף מתפתחת טריזומיה, גמטות עם מרכיב חסר - מונוזומיה. כאשר נוצרת זיגוטה מונוזומית עבור אלמנט אוטוזומלי כלשהו, ​​ההתפתחות נעצרת בשלבים הראשונים.

מוטציות כרומוזומליות

טרנספורמציות אלו הן שינויים מבניים באלמנטים. ככלל, הם מומחשים במיקרוסקופ אור. מוטציות כרומוזומליות כוללות בדרך כלל עשרות עד מאות גנים. זה מעורר שינויים בסט הדיפלואידי הרגיל. ככלל, סטיות כאלה אינן גורמות לשינוי רצף ב-DNA. עם זאת, כאשר מספר עותקי הגנים משתנה, נוצר חוסר איזון גנטי עקב מחסור או עודף בחומר. ישנן שתי קטגוריות רחבות של טרנספורמציות אלו. בפרט, מוטציות תוך ואינטרכרומוזומליות מבודדות.

השפעה סביבתית

בני אדם התפתחו כקבוצות של אוכלוסיות מבודדות. הם חיו מספיק זמן באותם תנאים סביבתיים. אנחנו מדברים, במיוחד, על אופי התזונה, מאפיינים אקלימיים וגיאוגרפיים, מסורות תרבותיות, פתוגנים וכו'. כל זה הוביל לקיבוע שילובים של אללים ספציפיים לכל אוכלוסייה, שהיו המתאימים ביותר לתנאי החיים. עם זאת, עקב ההתרחבות האינטנסיבית של הטווח, ההגירות וההתיישבות מחדש, החלו להיווצר מצבים שבהם חדלו שילובים שימושיים של גנים מסוימים שהיו בסביבה אחת בסביבה אחרת כדי להבטיח תפקוד תקין של מספר מערכות גוף. בהקשר זה, חלק מהשונות התורשתית נקבע על ידי קומפלקס לא חיובי של אלמנטים לא פתולוגיים. לפיכך, שינויים בסביבה החיצונית ובתנאי החיים פועלים כגורם למוטציות גנים במקרה זה. זה, בתורו, הפך לבסיס להתפתחות של מספר מחלות תורשתיות.

ברירה טבעית

עם הזמן, האבולוציה התקדמה בצורות ספציפיות יותר. זה גם תרם להרחבת המגוון התורשתי. אז, אותם סימנים נשתמרו שיכולים להיעלם בבעלי חיים, ולהיפך, מה שנשאר בבעלי חיים נסחף הצידה. במהלך הברירה הטבעית, אנשים רכשו גם תכונות לא רצויות שהיו קשורות ישירות למחלות. למשל, בבני אדם, בתהליך ההתפתחות, הופיעו גנים שיכולים לקבוע רגישות לפוליו או לרעלן דיפתריה. לאחר שהפך להומו סאפיינס, המין הביולוגי של אנשים "שילם על הרציונליות שלו" על ידי הצטברות ותמורות פתולוגיות. הוראה זו נחשבת לבסיס של אחד ממושגי היסוד של דוקטרינת המוטציות בגנים.

סוגי מוטציות גנים:

מוטציות גנים מתרחשות לעתים קרובות יותר מאלה כרומוזומליות וגנומיות, אך הן משנות את מבנה ה-DNA באופן פחות משמעותי, הן משפיעות בעיקר על מבנה כימיגן בודד. הם מייצגים החלפה, הסרה או החדרה של נוקלאוטיד, לפעמים כמה. כמו כן, מוטציות גנים כוללות טרנסלוקציות (העברה), כפילויות (חזרה), היפוך (היפוך של 180 מעלות) של קטעי גנים, אך לא כרומוזומים.

מוטציות גנים מתרחשות במהלך שכפול DNA, מעבר, אפשרי בתקופות אחרות מחזור התא. מנגנוני תיקון לא תמיד מבטלים מוטציות ונזקי DNA. בנוסף, הם עצמם יכולים לשמש מקור למוטציות גנים. לדוגמה, כאשר מצטרפים לקצוות של כרומוזום שבור, מספר זוגות נוקלאוטידים אובדים לעתים קרובות.

אם מערכות התיקון מפסיקות לתפקד כרגיל, אז יש הצטברות מהירה של מוטציות. אם מתרחשות מוטציות בגנים המקודדים לאנזימי תיקון, אז אחד או יותר מהמנגנונים שלו עלולים להשתבש, וכתוצאה מכך לעלייה גדולה במספר המוטציות. עם זאת, לפעמים זה קורה אפקט הפוךכאשר המוטציה של גנים לאנזימי תיקון מובילה לירידה בתדירות המוטציות של גנים אחרים.

חוץ מ מוטציות ראשוניותבתאים, ההפך יכול להתרחש גם, משחזר את הגן המקורי.

רוב השינויים בגנים, כמו מוטציות בשני המינים האחרים, מזיקים. הופעת מוטציות הגורמות סימנים שימושייםל תנאים מסויימיםהסביבה נדירה. עם זאת, הם אלו שהופכים את תהליך האבולוציה לאפשרי.

מוטציות גנים אינן משפיעות על הגנוטיפ, אלא מקטעים נפרדים של הגן, אשר, בתורו, גורמים להופעה של וריאנט חדש של התכונה, כלומר אללים, ולא תכונה חדשה ככזו. מוטון- זה יחידה יסודיתתהליך מוטציה שיכול להוביל להופעתה של וריאנט חדש של התכונה. לעתים קרובות, זה מספיק כדי לשנות זוג אחד של נוקלאוטידים. מנקודת מבט זו, מוטון מתאים לזוג אחד של נוקלאוטידים משלימים. מצד שני, לא כל המוטציות בגנים הן מוטונים מבחינת ההשלכות. אם שינוי ברצף הנוקלאוטידים אינו גורר שינוי בתכונה, אז מנקודת מבט תפקודית, המוטציה לא התרחשה.

זוג אחד של נוקלאוטידים מתאים ל- ו סיור בשטח אויבהיא היחידה היסודית של רקומבינציה. במעבר, במקרה של הפרה של רקומבינציה, מתרחשת חילופי אתרים לא שוויוניים בין כרומוזומים מצומדים. כתוצאה מכך, מתרחשת החדרה ומחיקה של זוגות נוקלאוטידים, הגוררת שינוי במסגרת הקריאה, ושיבוש נוסף בסינתזה של פפטיד בעל התכונות הנדרשות. לפיכך, מספיק זוג נוקלאוטידים אחד נוסף או אבוד כדי לעוות מידע גנטי.

התדירות של מוטציות גנים ספונטניות נעה בין 10-12 ל-10-9 לנוקלאוטיד DNA לכל חלוקת תא. כדי לבצע מחקר, מדענים חושפים תאים למוטגנים כימיים, פיזיים וביולוגיים. מוטציות המושרות בדרך זו נקראות מושרה, התדירות שלהם גבוהה יותר.

החלפת בסיסים חנקן

אם יש שינוי רק בנוקלאוטיד אחד ב-DNA, אז מוטציה כזו נקראת נְקוּדָה. במקרה של מוטציות לפי סוג ההחלפה של בסיסים חנקניים, זוג נוקלאוטידים משלים אחד של מולקולת ה-DNA מוחלף בסדרה של מחזורי שכפול באחר. השכיחות של מקרים כאלה היא כ-20% מהמסה הכוללת של כל המוטציות בגנים.

דוגמה לכך היא דמינציה של ציטוזין, וכתוצאה מכך היווצרות אורציל.

DNA יוצר נוקלאוטיד זוג G-U, במקום G-C. אם השגיאה לא תתוקן על ידי אנזים ה-DNA glycolase, אז יתרחשו הדברים הבאים במהלך השכפול. השרשראות יתפזרו, ציטוזין יותקן מול גואנין, ואדנין יותקן מול אורציל. לפיכך, אחת ממולקולות ה-DNA הבת תכיל זוג Y-A לא תקין. במהלך השכפול הבא שלו, תימין יותקן באחת המולקולות שממול לאדנין. כלומר, בגן, צמד ה-G-C יוחלף ב-A-T.

דוגמה נוספת היא דה-מינציה של ציטוזין מתיל, שגורם להיווצרות תימין. לאחר מכן, עלול להיווצר גן עם זוג T-A במקום C-G.

יתכנו תחליפים הפוכים: זוג א-תתחת בטוח תגובה כימיתניתן להחליף ב-C-G. לדוגמה, בתהליך השכפול, ברומורציל יכול להיצמד לאדנין, אשר מצמיד גואנין לעצמו במהלך השכפול הבא. במחזור הבא, גואנין ייקשר לציטוזין. לפיכך, בגן יוחלף צמד A-T ב-C-G.

ההחלפה של פירמידין אחד בפירמידין אחר או פורין אחד בפורין אחר נקראת מַעֲבָר. הפירמידינים הם ציטוזין, תימין ואורציל. פורינים הם אדנין וגואנין. ההחלפה של פורין בפירמידין או של פירמידין בפורין נקראת טרנספורמציה.

מוטציה נקודתית עשויה שלא להוביל להשלכות כלשהן עקב ניוון הקוד הגנטי, כאשר מספר קודונים משולשים מקודדים לאותה חומצת אמינו. כלומר, כתוצאה מהחלפת נוקלאוטיד אחד, עלול להיווצר קודון נוסף, אך המקודד לאותה חומצת אמינו כמו הישנה. החלפת נוקלאוטידים זו נקראת נִרדָף. התדירות שלהם היא כ-25% מכלל החלפות הנוקלאוטידים. אם המשמעות של הקודון משתנה, הוא מתחיל לקודד לחומצת אמינו אחרת, אז התחליף נקרא מוטציית missense. התדירות שלהם היא כ-70%.

במקרה של מוטציית missense, חומצת אמינו שגויה תיכלל בפפטיד במהלך התרגום, וכתוצאה מכך ישתנו תכונותיו. מידת השינוי בתכונות מורכבות יותר של האורגניזם תלויה במידת השינוי בתכונות החלבון. לדוגמה, באנמיה חרמשית, רק חומצת אמינו אחת מוחלפת בחלבון - גלוטמין לוואלין. אם גלוטמין מוחלף בליזין, אז התכונות של החלבון לא משתנות הרבה, כלומר, שתי חומצות האמינו הידרופיליות.

מוטציה נקודתית יכולה להיות כזו שקודון עצור (UAG, UAA, UGA) מופיע במקום הקודון המקודד לחומצת האמינו, וקוטע (מסיים) את התרגום. זה מוטציות שטויות. לפעמים יש החלפות הפוכות, כאשר קודון חוש מופיע במקום קודון העצירה. עם כל מוטציה גנטית כזו, לא ניתן עוד לסנתז חלבון פונקציונלי.

שינוי מסגרת קריאה

מוטציות גנטיות כוללות מוטציות של שינוי מסגרת, כאשר מספר זוגות הנוקלאוטידים בגן משתנה. זה יכול להיות אובדן או החדרה של זוג נוקלאוטידים אחד או יותר ל-DNA. מוטציות גנים לפי סוג שינוי המסגרת הן הכי הרבה. לרוב הם מתרחשים ברצפי נוקלאוטידים חוזרים ונשנים.

החדרה או מחיקה של זוגות נוקלאוטידים יכולה להתרחש כתוצאה מחשיפה לכמה חומרים כימייםשעוות את הסליל הכפול של ה-DNA.

חשיפה לקרני רנטגן עלולה להוביל לאובדן, כלומר למחיקה, של אתר עם כמות גדולהזוגות בסיסים.

הוספות אינן נדירות כאשר הן נכללות ברצף הנוקלאוטידים של מה שנקרא אלמנטים גנטיים ניידיםשיכול לשנות את עמדתם.

מעבר לא שוויוני מוביל למוטציות בגנים. לרוב, זה מתרחש באותם חלקים של הכרומוזומים שבהם מספר עותקים של אותו גן הם מקומיים. במקרה זה, המעבר מתרחש באופן שבו מתרחשת מחיקה של אתר בכרומוזום אחד. סעיף זה מועבר אל כרומוזום הומולוגישבו מתרחשת שכפול של אזור גן.

אם יש מחיקה או הכנסה של מספר נוקלאוטידים שאינם כפולה של שלושה, אזי מסגרת הקריאה משתנה, ולעתים קרובות אין משמעות לתרגום הקוד הגנטי. בנוסף, עשויה להתרחש שלישיית שטות.

אם מספר הנוקלאוטידים שהוכנסו או נפלו הוא כפולה של שלושה, אז אפשר לומר ששינוי מסגרת הקריאה אינו מתרחש. עם זאת, במהלך התרגום של גנים כאלה, ייכללו חומצות אמינו נוספות או חומצות אמינו משמעותיות יאבדו בשרשרת הפפטידים.

היפוך בתוך גן

אם היפוך של קטע DNA מתרחש בתוך גן בודד, אז מוטציה כזו מכונה מוטציה גנטית. היפוכים של אזורים גדולים יותר מכונים מוטציות כרומוזומליות.

ההיפוך מתרחש עקב סיבוב 180 של קטע ה-DNA. ° . לעתים קרובות זה מתרחש כאשר נוצרת לולאה במולקולת ה-DNA. כאשר משכפלים בלולאה, השכפול עובר אל כיוון הפוך. ואז החלק הזה נתפר יחד עם שאר גדיל ה-DNA, אבל מסתבר שהוא הפוך.

אם מתרחשת היפוך בגן הסנס, אז במהלך הסינתזה של הפפטיד, לחלק מחומצות האמינו שלו יהיה רצף הפוך, שישפיע על תכונות החלבון.

כחלק מהסיווג הפורמלי, ישנם:

מוטציות גנומיות - שינוי במספר הכרומוזומים;
מוטציות כרומוזומליות - סידור מחדש של המבנה של כרומוזומים בודדים;
מוטציות גנים - ו/או רצפים חלקי מרכיביםגנים (נוקלאוטידים) במבנה ה-DNA, שהתוצאה שלהם היא שינוי בכמות ובאיכות של מוצרי החלבון המתאימים.

מוטציות גנים מתרחשות על ידי החלפה, מחיקה (אובדן), טרנסלוקציה (תנועה), שכפול (הכפלה), היפוך (שינוי) של נוקלאוטידים בתוך גנים בודדים. במקרה כזה מתי אנחנו מדבריםלגבי טרנספורמציות בתוך נוקלאוטיד בודד, הם משתמשים במונח מוטציה נקודתית.

טרנספורמציות נוקלאוטידים כאלה גורמות להופעת שלושה קודים מוטנטיים:

עם משמעות שונה (מוטציות missense), כאשר בפוליפפטיד המקודד על ידי גן זה, חומצת אמינו אחת מוחלפת באחרת;
עם משמעות ללא שינוי (מוטציות ניטרליות) - החלפת נוקלאוטידים אינה מלווה בהחלפת חומצות אמינו ואין לה השפעה ניכרת על המבנה או התפקוד של החלבון המקביל;
חסרי משמעות (מוטציות שטויות), שעלולות לגרום להפסקה שרשרת פוליפפטידויש להם את ההשפעה המזיקה ביותר.

מוטציות בחלקים שונים של הגן

אם ניקח בחשבון גן מעמדה של ארגון מבני ותפקודי, אזי ניתן לחלק את הנשירה, ההחדרות, ההחלפות והתנועות של נוקלאוטידים המתרחשים בו לשתי קבוצות:

1. מוטציות באזורי הוויסות של הגן (בחלק הפרומוטור ובאתר הפוליאדנילציה), הגורמות לשינויים כמותיים במוצרים המקבילים ומתבטאות קלינית בהתאם לרמת החלבונים המגבילה, אך תפקודם עדיין נשמר;

2. מוטציות באזורי הקידוד של הגן:
באקסונים - גורמים לסיום מוקדם סינתזת חלבון;
באינטרונים - הם יכולים ליצור אתרי שחבור חדשים, שכתוצאה מכך מחליפים את המקוריים (הרגילים);
באתרי שחבור (בצומת של אקסונים ואינטרונים) - מובילים לתרגום של חלבונים חסרי משמעות.

כדי למנוע את ההשלכות של סוג זה של נזק, ישנם מנגנוני תיקון מיוחדים. המהות של זה היא להסיר את הקטע השגוי של ה-DNA, ולאחר מכן את המקורי משוחזר במקום הזה. רק במקרה שמנגנון התיקון לא פעל או לא התמודד עם הנזק מתרחשת מוטציה.