Мутації у людини

Термін "мутація" запровадив Г. де Фріз (1901) для характеристики випадкових генетичних змін. Розрізняють спонтанні та індуковані мутаційні процеси.

Індукований мутаційний процес - це виникнення спадкових змін під впливом спрямованої дії факторів зовнішнього та внутрішнього середовища. Виникнення мутацій без встановлених причин називається спонтанним мутаційним процесом.
Мутаційна мінливість обумовлена ​​як впливом на організм факторів довкілля, і його фізіологічним станом.
Частота виникнення мутацій залежить від:
• генотипу організму;
• фази онтогенезу;
• стадії онтогенезу;
• стадії гаметогенезу;
• мітотичного та мейотичного циклів хромосом;
• хімічної будови окремих ділянок хромосом та ін.

Властивості мутацій:
• мутації виникають раптово, стрибкоподібно;
• мутації успадковуються, тобто. передаються від покоління до покоління;
• мутації не спрямовані - піддаватися мутаціям може будь-який локус (ділянка хромосоми), викликаючи зміни як незначних, і життєво важливих ознак;
• одні й самі мутації можуть виникати повторно;
• за проявом мутації можуть бути корисними та шкідливими, домінантними та рецесивними.

Мутації можна поєднати у групи - класифікувати за характером прояви, за місцем чи рівнем їх виникнення.
Мутації характером прояви - бувають домінантними і рецесивними. Більшість із них рецесивні і не проявляються у гетерозиготних організмах. Зазвичай, мутації шкідливі, бо порушують чітко збалансовану систему біохімічних перетворень.

Домінантні мутації проявляються відразу в гомо- та гетерозиготних організмах, переважно такі особини нежиттєздатні та гинуть на ранніх стадіях онтогенезу. Мутації часто знижують життєстійкість чи плодючість.

Мутації, які різко впливають на життєздатність та частково чи повністю зупиняють розвиток, називаються напівлетальними, а несумісні з життям - летальними. Людина до таких мутацій відноситься рецесивний ген гемофілії.

Мутації, що виникають у соматичних тканинах, отримали назву соматичних мутацій. Соматичні клітини становлять популяцію, утворену при безстатевому розмноженні (розподілі) клітин. Соматичні мутації зумовлюють генотипічну різноманітність тканин, часто не передаються у спадок і обмежені тим індивідуумом, у якого вони виникли. Соматичні мутації виникають у диплоїдних клітинах, тому виявляються тільки при домінантних генах або рецесивних, але в гомозиготному стані. Чим раніше в ембріогенезі людини виникла мутація, тим більша ділянка соматичних клітин відхиляється від норми. І навпаки, що пізніше у процесі розвитку організм відчуває мутаційний вплив, тим менша ділянка тканини, що утворюється з мутаційної клітини. Наприклад, забарвлення райдужної оболонки ока – білий або карий сегменти на блакитній райдужці – обумовлені соматичною мутацією. Вважають, що наслідком соматичних мутацій є ракове переродження. Злоякісне зростання викликається канцерогенами, серед яких найнегативніші - проникаюча радіація та активні хімічні сполуки (речовини), і хоча соматичні мутації не успадковуються, вони знижують репродуктивні можливості організму, в якому виникли.

Мутації, що виникають у гаметах або клітинах, з яких вони утворюються, отримали назву генеративних чи термінальних мутацій. Чим раніше у статевих клітинах виникає мутація, тим більше буде частка статевих клітин, які нестимуть нову мутацію. Верхня межа частки клітин, які міститимуть індуковану або спонтанну мутацію, становить 50 відсотків. Існує думка, що найбільша кількість мутацій у статевих клітинах виникає в овоцитах. Оскільки сперматогонії піддаються постійному поділу, серед них може відбуватися відбір проти мутацій, що зумовлюють шкідливий ефект, і частота мутацій знижується до періоду статевої зрілості. Жінка, навпаки, народжується майже з усіма мутантними змінами, у лінії статевих клітин немає паралельного мітотичного відбору. Овоцити не тільки не відчувають мітозу, вони залишаються малоактивними протягом десятиліть, доки стануть яйцеклітинами. За цей період овоцити старіють, стають непропорційно чутливими до спонтанної мутації. На статеві клітини найбільший вплив здійснюють цезій-137, стронцій-90 та вуглець-14.

Генеративні мутації при статевому розмноженні передаються наступним поколінням. Домінантні мутації з'являються вже у першому поколінні, а рецесивні - лише у другому та наступних поколіннях, з переходом у гомозиготний стан.

Мутації щодо характеру зміни спадкового матеріалу:
1. Зміни, зумовлені заміною одного або кількох нуклеотидів у межах одного гена, називають генними чи точковими мутаціями. Вони зумовлюють зміни як у будові білків, і функціональної активності молекули.
2. Зміни структури хромосом називають хромосомними мутаціями чи абераціями. Такі мутації можуть виникнути внаслідок втрати частини хромосоми (делеція), подвоєння частини хромосоми (дуплікації), відриву та повороту частини хромосоми на 180° (інверсія). Якщо зміна торкається життєво важливих ділянок гена, то така мутація призведе до смерті. Так, втрата невеликої ділянки 21-ї хромосоми у людини викликає тяжке захворювання крові – гострий лейкоз. В окремих випадках відірвана ділянка хромосоми може приєднатися до негомологічної хромосоми (транслокація), що призведе до нової комбінації генів та зміни їхньої взаємодії.
3. Зміни каріотипу, кратні або некратні гаплоїдному числу хромосом називають геномними мутаціями. Внаслідок порушення розбіжності пари гомологічних хромосом під час мейозу в одній з утворених гамет міститься на одну хромосому менше, а в іншій на одну хромосому більше, ніж при нормальному наборі гаплоїдному. Злиття такої аномальної гамети з нормальною гаплоїдною гаметою при заплідненні призводить до утворення зиготи з меншою або більшою кількістю хромосом порівняно з диплоїдним набором, характерним для цього виду.

• генні
• геномні
• хромосомні аберації

Соматичні мутації - це зміни спадкового характеру у соматичних клітинах, що виникають на різних етапах розвитку особини. Вони часто не передаються у спадок, а залишаються, поки живе організм потерпілий мутаційний вплив.
Геномні, хромосомні та генні аберації у соматичних клітинах є наслідком дії мутагенних факторів. Людина це етіологічні чинники спадкових хвороб.Захворювання, зумовлені геномними (зміна числа хромосом) та хромосомними (зміна структури хромосом) мутаціями, називаються хромосомними хворобами. Зміна числа хромосом визначається подвоєнням чи зменшенням всього набору хромосом. Це призводить до поліплоїдії або гаплоїдії (відповідно). Наявність зайвих хромосом або видалення однієї або кількох хромосом призводить до гетероплоїдії або анеуплоїдії.

Зміна структури хромосом - це пєребудування або аберації. При цьому порушується збалансованість набору генів та нормальний розвиток організму. Як наслідок хромосомного дисбалансу відбувається внутрішньоутробна загибель ембріона чи плода, виникають уроджені вади розвитку. Чим більша кількість хромосомного матеріалу зазнала мутаційного ефекту, тим раніше захворювання з'явиться в онтогенезі і тим вагомішими будуть порушення фізичного та психічного розвитку особини. Характерна риса хромосомного дисбалансу - множинність вад розвитку різних органів прокуратури та систем. Хромосомні хвороби становлять близько 0,5-1% усіх спадкових хвороб людини.
Генні або точкові мутації - це результат молекулярних змін лише на рівні ДНК. Людина викликають генні хвороби. Для людини описані такі види генних мутацій, що призводять до розвитку спадкових хвороб: нісенс, нонсенс, усунення рамки зчитування, делеції, вставки (інсерції), порушення сплайсингу, збільшення числа (експансії) тринуклеотидних повторів. Мутації ділянок, що транскрибуються (які визначають амінокислотну послідовність у молекулі синтезованого білка), призводять до синтезу аномального продукту і можуть призвести до зменшення швидкості синтезу білка.
Фенотипно-генні мутації проявляються на молекулярному, клітинному, тканинному та органному рівнях. Число генних хвороб становить близько 3500-4500. Генні мутації поділяють надносайтові та багатосайтові. Односайтові – це такі, що стосуються змін одного сайту (ділянки), багатосайтові – охоплюють кілька сайтів генного локусу.

Розрізняють генні мутації прямі та зворотні. Прямі мутації - це мутації, які інактивують гени дикого типу та визначають появу мутантного типу. Зворотні мутації – зміни до вихідної форми від мутантної.
Більшість генів стійкі до мутацій, але окремі гени зазнають мутацій досить часто.
Соматичні мутації зумовлюють генотипічну різноманітність тканин однієї особини і зазвичай не передаються у спадок при статевому розмноженні. При безстатевому розмноженні, якщо організм розвивається з однієї клітини або групи клітин, у яких виникла мутація, такі зміни можуть передаватися нащадкам. Соматичні мутації виникають в організмів, які розмножуються вегетативно і тому становлять основу селекції культурних рослин, зокрема цитрусових.

Мутаційна мінливість

Генетична мінливість буває комбінативною та мутаційною. Комбінативна мінливість виникає в результаті обміну гомологічними ділянками гомологічних хромосом у процесі мейозу, що призводить до утворення нових об'єднань генів у генотипі.

Виникає внаслідок трьох процесів:

• 1) незалежної розбіжності хромосом у процесі мейозу;
• 2) випадкового з'єднання їх при заплідненні;
• 3) обміну ділянками гомологічних хромосом чи кон'югації.

Мутаційна мінливість (мутації) – це стійкі зміни структури спадкового матеріалу, що раптово виникли, на різних рівнях його організації, що призводять до зміни тих чи інших ознак організму. Термін «мутація» введений у науку Де Фріз. Їм же створено мутаційна теорія.

Основні положення мутаційної теорії

• 1. Мутації виникають раптово, стрибкоподібно, без будь-яких переходів.
• 2. Мутації спадкові, т. е. стійко передаються з покоління до покоління.
• 3. Мутації не утворюють безперервних рядів, не групуються навколо середнього типу (як за модифікаційної мінливості), є якісними змінами.
• 4. Мутації ненаправленны – мутувати може будь-який локус, викликаючи зміни як незначних, і життєво важливих ознак у напрямі.
• 5. Одні й самі мутації можуть виникати повторно.
• 6. Мутації індивідуальні, тобто у окремих особин.

Процес виникнення мутацій називають мутагенезом, а фактори середовища, що викликають появу мутацій, - мутагенів.

За типом клітин, у яких відбулися мутації, розрізняють генеративні та соматичні мутації.

• Генеративні мутації виникають у статевих клітинах, не впливають на ознаки даного організму, проявляються лише у наступному поколінні.
• Соматичні мутації виникають у соматичних клітинах, виявляються у даного організму і передаються потомству при статевому розмноженні. Зберегти соматичні мутації можна лише шляхом безстатевого розмноження (насамперед вегетативного).

Залежно від рівня спадкового матеріалу, на якому відбулася мутація, виділяють: генні, хромосомні та геномні мутації. Хромосомні мутації пов'язані із зміною структури хромосом.Це може бути зміна числа хромосом кратна або не кратна гаплоїдного набору (у рослин – поліплоїдія, у людини – гетероплоїдія).

Прикладом гетероплоїдії в людини може бути синдром Дауна (одна зайва хромосома і каріотипі 47 хромосом), синдром Шерешевського – Тернера (відсутня одна Х-хромосома, 45). Такі відхилення в каріотипі людини супроводжуються розладом здоров'я, порушенням психіки та статури, зниженням життєздатності та ін.

Генні мутації - Зачіпають структуру самого гена і тягнуть за собою зміну властивостей організму (гемофілія, дальтонізм, альбінізм та ін). Генні мутації виникають як у соматичних, так і у статевих клітинах.

Геномні мутації - це зміна числа хромосом, які виникають внаслідок порушення нормального перебігу мітозу або мейозу.

• Гаплоїдія - Зменшення числа повних гаплоїдних наборів хромосом.
• Поліплоїдія - Збільшення числа повних гаплоїдних наборів хромосом: триплоїди (3n), тетраплоїди (4n) і т.д. буд.
• Гетероплоїдія - Некратне збільшення або зменшення числа хромосом. Найчастіше спостерігається зменшення чи збільшення числа хромосом однією (рідше дві і більше).

1. Вплив радіаційних променів відносять до факторів
2. Мінливість організмів, що характеризується змінами у хромосомах та генах
3. Стійкі спадкові зміни, що випадково виникли в генотипі
4. Вперше ввів термін «мутація» вчений
5. Мутації, що призводять до зміни числа хромосом
6. Збільшення розмірів клітин, кількості білків, вуглеводів, жирів у рослин відбувається при
7. Різновид геномної мутації, при якій відбувається неразове збільшення або зменшення числа хромосом
8. Мутації, у яких відбуваються зміни у структурі хромосом
9. Мутації, пов'язані з порушенням послідовності розташування нуклеотидів у ДНК
10. Мутації, що становлять небезпеку для життя організму, за характером прояву
11. Хромосомні мутації
12. Геномна мутація, пов'язана з неразовим збільшенням числа хромосом у гаплоїдному наборі
13. У генотипі змінюється число хромосом – це приклад мутації
14. У помідорів червоний колір домінує над жовтим. Визначте генотипи та фенотипи потомства від червоної гетерозиготи та жовтої особини.