Механизмы изменчивости

Способность ДНК мутировать сложилась в эволюции и закрепилась отбором. В организации ДНК заложена возможность ошибок ее репликации наряду с возможностью изменения первичной структуры. Вероятность ошибки ничтожно мала, но, учитывая исключительно большое количество нуклеотидов в геноме, следует признать, что в сумме на геном клетки, на одно ее поколение приходится несколько мутаций в структурных генах. Нескорректированные изменения химической структуры генов, воспроизводимые в последовательных циклах репликации и проявляющиеся у потомков в виде новых вариантов признаков, называют генными мутациями.

Выделяют три группы подобных изменений:

• мутации первой группы заключаются в замене одних оснований другими (к ним относится около 20% спонтанно возникающих генных изменений);

• вторая группа обусловлена сдвигом рамки считывания, происходящим при изменении количества нуклеотидных пар в составе гена;

• третья группа связана с изменением порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена.

1. Мутации по типу замены азотистых оснований происходят в силу следующих причин:

• случайное или под действием химических агентов изменение структуры основания, уже включенного в спираль ДНК. Если такая измененная форма основания остается не замеченной ферментами репарации, то при ближайшем цикле репликации она может присоединить к себе другой нуклеотид;

• ошибочное включение в синтезируемую цепь ДНК нуклеотида, несущего химически измененную форму основания или его аналог.

Таким образом, изменение структуры ДНК по типу замены оснований происходит первоначально в одной полинуклеотидной цепи, до репликации или в ее процессе. Если такие изменения не исправляются в ходе репарации, то при последующей репликации они становятся достоянием обеих цепей ДНК.Следствием замены одной пары комплементарных нуклеотидов на другую является образование нового триплета в нуклеотидной последовательности ДНК, отличного от предыдущего. При этом возможны следующие случаи:

• новый триплет кодирует ту же аминокислоту – получается триплет - "синоним", изменений не происходит;

• новый триплет кодирует другую аминокислоту или не шифрует никакой аминокислоты - бессмысленный, или нонсенс-триплет – изменяются структура и свойства соответствующего белка.

В зависимости от характера и места случившейся замены специфические свойства белка изменяются в разной степени, в ряде случаев существенно.

Известно, что замена нуклеотидов в одном триплете приводит к следующему:

• в 25% случаев - к образованию триплетов-синонимов;

• в 2-3% - к образованию "бессмысленных" триплетов;

• в 75-70% - к возникновению истинных генных мутаций.

2. Мутации со сдвигом рамки считывания составляют значительную долю спонтанных мутаций.

Они происходят вследствие выпадения или вставки в нуклеотидную последовательность одной или нескольких пар комплементарных нуклеотидов.В основном, такие изменения бывают в последовательностях, состоящих из одинаковых нуклеотидов.

Изменению числа нуклеотидных пар в цепи ДНК способствуют воздействия на генетический материал некоторых химических веществ и рентгеновское облучение. Деформируя структуру двойной спирали ДНК, они приводят к вставке дополнительных оснований или их выпадению при репликации. Большое число мутаций по типу вставок происходит вследствие включения в последовательность нуклеотидов подвижных генетических элементов. Подвижные генетические элементы - это достаточно протяженные нуклеотидные последовательности, способные самопроизвольно менять свое местоположение. При непрерывности считывания и неперекрываемости генетического кода изменение количества нуклеотидов непременно приводит к сдвигу рамки считывания и изменению смысла генетической информации, записанной в данной последовательности ДНК.

3. Мутации по типу инверсии нуклеотидных последовательностей в гене происходят вследствие поворота участка ДНК на 180 град.

Такое может произойти при образовании молекулой ДНК петли, в пределах которой репликация идет в направлении, обратном правильному. В пределах инвертированного участка нарушается считывание информации, в результате изменяется пептидная последовательность белка.

Рассмотренные выше примеры генных мутаций свидетельствуют о том, что достаточно изменить одну пару комплементарных оснований в гене, чтобы изменились свойства кодируемого им белка. Такое минимальное количество наследственного материала, изменение которого приводит к появлению варианта признака, соответствует элементарной единице мутационного процесса и называется мутоном.

Мутации на уровне нуклеотидных последовательностей приводят к тому, что один и тот же ген может существовать в нескольких вариантах. Конкретную форму существования гена, определяющую возможность развития конкретного варианта данного признака, называют аллелем. Аллели гена располагаются в одном и том же участке - локусе - определенной хромосомы, которая содержит лишь один из серии аллелей.

В большинстве случаев вновь возникший аллель гена выступает как рецессивный по отношению к распространенному в природе аллелю "дикого" типа, то есть не проявляется в сочетании с ним. Но иногда мутантная форма гена может быть доминантной.

ГЕННЫЕ МУТАЦИИ

Дата добавления: 2015-05-09