Спантанная мутацыя: класіфікацыя, прычыны ўзнікнення, прыклады

Якія мутацыі называюць спантанымі? Калі перавесці тэрмін на даступны мова, то гэта натуральныя памылкі, якія ўзнікаюць у працэсе ўзаемадзеяння генетычнага матэрыялу з унутранага і / або знешняй асяроддзем. Такія мутацыі, як правіла, выпадковыя. Яны назіраюцца і ў палавых, і ў іншых клетках цела.

Экзагенныя прычыны мутацый

Спантанная мутацыя можа ўзнікнуць пад уплывам хімічных рэчываў, радыяцыі, пад дзеяннем высокіх або нізкіх тэмператур, разрэджанага паветра або высокага ціску.

Кожны год чалавек у сярэднім паглынае каля адной дзесятай рада іанізуючага выпраменьвання, якая складае натуральны радыяцыйны фон. У гэты лік уваходзіць гама-выпраменьванне ядра Зямлі, сонечны вецер, радыеактыўнасць элементаў, якія залягаюць ў тоўшчы зямной кары і раствораных у атмасферы. Атрыманая доза залежыць таксама ад таго, дзе менавіта знаходзіцца чалавек. Чвэрць усіх спантанных мутацый здараецца менавіта па віне гэтага фактару.

Ультрафіялетавае выпраменьванне, насуперак ходкаму думку, адыгрывае нязначную ролю ва ўзнікненні паломак ДНК, так як не можа пракрасціся досыць глыбока ўнутр цела чалавека. Але скура часта пакутуе ад празмернай інсаляцыі (меланома і іншыя віды раку). Аднак аднаклетачныя арганізмы і вірусы мутуюць пад уздзеяннем сонечнага святла.

Занадта высокія або нізкія тэмпературы таксама здольныя выклікаць змены ў генетычным матэрыяле.

Эндагенныя прычыны мутацый

Асноўнымі прычынамі, з-за якіх можа паўстаць спантанная мутацыя, застаюцца эндагенныя фактары. Да іх ставяцца пабочныя прадукты метабалізму, памылкі ў працэсе рэплікацыі, рэпарацый або рэкамбінацыі і іншыя.

1. Збоі ў рэплікацыі:
   - спантанныя транзиции і інверсіі азоцістых падстаў;
   - няправільнае ўбудаванне нуклеатыдаў з-за памылак ДНК-полимераз;
   - хімічная замена нуклеатыдаў, напрыклад, Гуанінь-цитозина на аденин-Гуанінь.
2. Памылкі аднаўлення:
   - мутацыі ў генах, адказных за рэпарацый асобных участкаў ланцугу ДНК пасля іх разрыву пад уздзеяннем знешніх фактараў.
3. Праблемы з рэкамбінацыяй:
   - збоі ў працэсах кро- сінговера пры мейозе або Мітоз прыводзяць да выпадзення і достраиванию падстаў.

Гэта асноўныя фактары, якія выклікаюць спантанныя мутацыі. Прычыны збояў могуць заключацца ў актывацыі генаў-мутаторов, а таксама ператварэнні бяспечных хімічных злучэнняў у больш актыўныя метабаліты, якія ўздзейнічаюць на ядро клеткі. Акрамя таго, існуюць яшчэ структурныя фактары. Да іх ставяцца паўторы паслядоўнасці нуклеатыдаў паблізу ад месца перабудовы ланцуга, наяўнасць дадатковых участкаў ДНК, падобных па структуры з генам, а таксама рухомыя элементы геному.

патагенез мутацыі

Спантанная мутацыя ўзнікае з прычыны ўздзеяння ўсіх вышэйпералічаных фактараў, якія ўздзейнічаюць разам ці асобна ў пэўны перыяд жыцця клеткі. Існуе такі феномен, як слізгальнае парушэнне спарвання даччынай і мацярынскай нітак ДНК. У выніку гэтага часта ўтвараюцца петлі з пептыдаў, якія не змаглі адэкватна ўбудавацца ў паслядоўнасць. Пасля выдалення лішніх участкаў ДНК з даччынай ланцуга завесы могуць як рэзекаваць (дзялок), так і ўбудоўвацца (дупликации, инсерции). Якія з'явіліся змены замацоўваюцца ў наступных цыклах дзялення клеткі.

Хуткасць і колькасць якія ўзнікаюць мутацый залежаць ад першаснай структуры ДНК. Некаторыя навукоўцы лічаць, што абсалютна ўсе паслядоўнасці ДНК валодаюць мутагенным, калі яны ўтвараюць выгібы.

Найбольш распаўсюджаныя спантанныя мутацыі

Чым жа часцей за ўсё выяўляюцца ў генетычным матэрыяле спантанныя мутацыі? Прыклады падобнага стану - гэта страта азоцістых падстаў і выдаленне амінакіслот. Асабліва адчувальнымі да іх лічацца цитозиновые рэшткі.

Даказана, што на сённяшні дзень больш чым у паловы пазваночных жывёл маецца мутацыя цитозиновых рэшткаў. Пасля дезаминирования метилцитозин змяняецца на тимин. Далейшае капіраванне гэтага ўчастка паўтарае памылку або выдаляе яе альбо падвойвае і муціруе ў новы фрагмент.

Яшчэ адной прычынай частых спантанных мутацый лічаць вялікая колькасць псевдогенов. З-за гэтага ў працэсе мейоза могуць утварацца няроўныя гамалагічныя рэкамбінацыі. Следствам гэтага з'яўляюцца перабудовы ў генах, павароты і падваення асобных нуклеотидных паслядоўнасцяў.

Палімеразную мадэль мутагенеза

Згодна з гэтай мадэлі, спантанныя мутацыі ўзнікаюць у выніку выпадковых памылак малекул, сінтэзуюцца ДНК. У першы раз падобная мадэль была прадстаўлена Бреслером. Ён выказаў здагадку, што мутацыі з'яўляюцца з прычыны таго, што полимеразы ў некаторых выпадках ўбудоўваюць у паслядоўнасць некомплиментарные нуклеатыдаў.

Праз гады, пасля працяглых праверак і эксперыментаў, гэты пункт гледжання была ўхвалена і прынята ў навуковым свеце. Былі нават выведзеныя пэўныя заканамернасці, якія дазваляюць навукоўцам кантраляваць і накіроўваць мутацыі, падвяргаючы ўздзеяння ўльтрафіялету пэўныя ўчасткі ДНК. Так, напрыклад, высветлілі, што насупраць пашкоджанага трыплет часцей за ўсё ўбудоўваецца аденин.

Таутомерная мадэль мутагенеза

Яшчэ адна тэорыя, якая тлумачыць спантанныя і штучныя мутацыі, была прапанавана Уотсанам і Крыкам (першаадкрывальнікамі структуры ДНК). Яны выказалі здагадку, што ў аснове мутагенеза ляжыць здольнасць некаторых падстаў ДНК ператварацца ў таутомерные формы, якія змяняюць спосаб злучэння падстаў.

Пасля апублікавання гіпотэза актыўна распрацоўвалася. Былі выяўленыя новыя формы нуклеатыдаў пасля апрамянення іх ўльтрафіялетам. Гэта дало навукоўцам новыя магчымасці для даследаванняў. Сучасная навука дагэтуль дыскутуе аб ролі таутомерных формаў у спантанна мутагенез і яго ўплыве на колькасць выяўляюцца мутацый.

іншыя мадэлі

Спантанная мутацыя магчымая пры парушэнні пазнавання ДНК-полимеразами нуклеінавых кіслот. Полтаевым і суаўтарамі быў высветлены механізм, які забяспечвае захаванне прынцыпу кампліментарнай пры сінтэзе даччыных малекул ДНК. Гэтая мадэль дазволіла вывучыць заканамернасці з'яўленняў спантанага мутагенеза. Навукоўцы патлумачылі сваё адкрыццё тым, што галоўнай прычынай змены структуры ДНК з'яўляецца сінтэз некананічных пар нуклеатыдаў.

Яны выказалі здагадку, што замета падстаў адбываецца з прычыны дезаминирования участкаў ДНК. Гэта прыводзіць да змены цитозина на тимин або урацил. З-за такіх мутацый ўтвараюцца пары несумяшчальных нуклеатыдаў. Таму падчас наступнай рэплікацыі адбываецца транзиция (кропкавая замена нуклеотидных падстаў).

Класіфікацыя мутацый: спантанныя

Ёсць розныя класіфікацыі мутацый у залежнасці ад таго, які менавіта крытэр ляжыць у іх аснове. Існуе падзел па характары змены функцыі гена:

- гипоморфные (мутаваў алеляў сінтэзуюць менш бялкоў, але яны падобныя на арыгінальныя);
- аморфныя (ген цалкам страціў свае функцыі);
- антиморфные (мутаваць ген цалкам змяняе той прыкмета, які ўяўляе);
- неоморфные (з'яўляюцца новыя прыкметы).

Але больш распаўсюджаная класіфікацыя, якая дзеліць усе мутацыі суразмерна змянянай структуры. вылучаюць:

1. геномной мутацыі. Да іх ставяцца полиплоидия, то ёсць адукацыю геному з патройным і больш наборам храмасом, і анеуплоідаў - лік храмасом у геноме ня кратна гаплоідным.
2. Храмасомныя мутацыі. Назіраюцца значныя перабудовы асобных участкаў храмасом. Адрозніваюць страту інфармацыі (дзялок), яе падваенне (дупликацию), змена накіраванасці нуклеотидных паслядоўнасцяў (інверсію), а таксама переброс участкаў храмасом на іншае месца (транслокацию).
3. Генная мутацыя. Найбольш часта встречаемая мутацыя. У ланцугі ДНК адбываецца замена некалькіх выпадковых азоцістых падстаў.

наступствы мутацый

Спантанныя мутацыі - прычыны ўзнікнення пухлін, хвароб назапашвання, дысфункцый органаў і тканак чалавека і жывёл. Калі мутаваць клетка размяшчаецца ў вялікім мнагаклетачных арганізме, то з вялікай доляй верагоднасці яна будзе знішчана шляхам запуску апоптоза (запраграмаваная смерць клеткі). Цела кантралюе працэс захавання генетычнага матэрыялу і з дапамогай імуннай сістэмы пазбаўляецца ад усіх магчымых пашкоджаных клетак.

У адным выпадку з сотняў тысяч Т-лімфацыты не паспяваюць распазнаць здзіўленую структуру, і яна дае клон клетак, якія таксама ўтрымліваюць мутаваць ген. Кангламерат клетак мае ўжо іншыя функцыі, выпрацоўвае таксічныя рэчывы і негатыўна ўплывае на агульны стан арганізма.

Калі мутацыя адбылася не ў саматычнай, а ў палавой клетцы, то змены будуць назірацца ў нашчадкаў. Яны праяўляюцца прыроджанымі паталогіямі органаў, вычварэнствамі, парушэннямі абмену і хваробамі назапашвання.

Спантанныя мутацыі: значэнне

У некаторых выпадках якія здаваліся раней бескарыснымі мутацыі могуць быць карысныя для прыстасавання ў новых умовах жыцця. Гэта ўяўляе мутацыю як мерка натуральнага адбору. Жывёлы, птушкі і насякомыя маюць камуфляжную афарбоўку, адпаведную мясцовасці пражывання, каб абараніць сябе ад драпежнікаў. Але калі мяняецца іх арэал пасялення, то пры дапамозе мутацый прырода спрабуе абараніць выгляд ад вымірання. У новых умовах выжываюць найбольш прыстасаваныя і перадаюць гэтую здольнасць іншым.

Мутацыя можа адбывацца ў неактыўных участках геному, і тады бачных змен фенатыпу не назіраецца. Выявіць «паломку» можна толькі пры дапамозе спецыфічных даследаванняў. Гэта неабходна для вывучэння паходжання роднасных відаў жывёл і складання іх генетычных карт.

Праблема спантаннасці мутацый

У саракавыя гады мінулага стагоддзя існавала тэорыя, што мутацыі выклікаюцца выключна уздзеяннем знешніх фактараў і дапамагаюць да іх прыстасавацца. Для таго каб праверыць гэтую тэорыю, быў распрацаваны спецыяльны тэст і метад паўтораў.

Працэдура заключалася ў тым, што невялікая колькасць бактэрый аднаго віду высейваюць на прабіркі і пасля некалькіх прышчаплення дадавалі да іх антыбіётыкі. Частка мікраарганізмаў выжывала, і іх пераносілі на новае асяроддзе. Параўнанне бактэрый з розных прабірак паказала, што ўстойлівасць ўзнікала спантанна, як да кантакту з антыбіётыкам, так і пасля яго.

Метад паўтораў заключаўся ў тым, што на густа тканіна пераносіліся мікраарганізмы, а затым пераносіліся адначасова на некалькі чыстых асяроддзяў. Новыя калоніі культывавалі і апрацоўвалі антыбіётыкам. У выніку ў розных прабірках выжывалі бактэрыі, размешчаныя на аднолькавых участках асяроддзя.