Типы репарации, ферментативные системы репарации. Антимутационные барьеры клетки

Мутагенез и мутагенные факторы. Классификация мутаций. Патология.

Ø Мутации – это явления скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака. (определение Г. Де Фриза)

Ø Мутации – это наследуемые изменения структуры генома, т.е. изменение структуры геномных нуклеиновых кислот.

Ø Мутагенез – это процесс возникновения мутаций, основанный на различных механизмах.

Основные положения мутационной теории Г. Де Фриза сводятся к следующему:

1. Мутации возникают внезапно, как дискретные изменения признаков.

2. Новые формы устойчивы.

3. В отличие от не наследстве иных изменений мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего признака. Они представляют собой качественные изменения

4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными.

5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

6. Сходные мутации могут возникать неоднократно.

7. В зависимости от факторов, вызывающих мутации, их разделяют на спонтанные и индуцированные.

1. Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды (спонтанные мутации в эукариотических клетках возникают с частотой 10^-9–10^-12 на нуклеотид за клеточную генерацию).

2. Индуцированные мутации – это наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.

8. В зависимости от размеров сегментов генома, подвергающихся преобразованиям, мутации разделяют на геномные, хромосомные и генные.

1. При геномных мутациях происходит внезапное изменение числа хромосом, кратное целому геному.

1. Полиплоидизация – умножение наборов хромосом, при котором происходит образование полиплоидных организмов, геном которых представлен 4n, 6n и т.д. В зависимости от происхождения хромосом в полиплоидах различают

1. Аллополиплоидию в результате которой происходит объединение при гибридизации целых неродственных геномов.

2. Аутополиплоидию для которой характерно адекватное увеличение числа хромосом собственного генома, кратное 2n.

9. При хромосомных мутациях происходят как изменение числа отдельных хромосом в геноме (анеуплоидия), так и крупные перестройки структуры отдельных хромосом (хромосомные аберрации):

1. Делеция - потеря части генетического материала.

2. Дупликация - удвоение части генетического материала.

3. Инверсия - изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах.

Транслокация - перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую

3. Генные мутации - изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутагенных факторов (встречаются более часто, чем предыдущие два типа мутаций).

a) В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена.

b) Если изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точковых мутациях. Точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса:

c) транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин)

d) трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот).

IV. По влиянию на экспрессию генов мутации разделяют на две категории:

1. Мутации замен пар оснований

2. Мутации сдвига рамки считывания (frameshift), т.е. делеции или вставки нуклеотидов, число которых не кратно трем, что связано с триплетностью генетического кода.

V. В основе мутаций на молекулярном уровне лежат две основные причины:

1. Ошибки репликации

2. Мутагенные воздействия различной природы.

Мутации п здоровье человека. Клетки организма человека подвержены мутированию как в нормальных условиях жизнедеятельности (спонтанные мутации), так и при воздействии радиационными и химич. мутагенами (индуцированный М.). Частота спонтанного мутирования у человека изучена для многих признаков; ее можно сопоставить с частотой мутирования у других организмов. В среднем на 1 млн. рождений в одном случае наблюдается появление наследственной болезни, обусловленной спонтанной мутацией в определенном гене. Однако, учитывая, что у человека имеется, по крайней мере, несколько десятков тысяч генных локусов, можно подсчитать, что ок. 15% всех гамет (половых клеток) может нести в себе новую патологич. мутацию. Несмотря на грубую приближенность этих оценок и невозможность пока дать более точные оценки, следует призвать, что эти цифры подтверждаются наблюдениями генетиков и врачей. Это означает, что при имеющемся населении Земли не менее 70 млн. новорожденных несут новые мутации. Эта огромная цифра может еще увеличиться, если в окружающей нас среде будут накапливаться вредные для наследственности вещества, если в атмосфере по-прежнему будут производиться ядерные взрывы и если человечество не примет действенных мер против загрязнения окружающей среды.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.

· Источники повреждения ДНК

УФ излучение

Радиация

Химические вещества

Ошибки репликации ДНК

Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова

Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания

· Основные типы повреждения ДНК

Повреждение одиночных нуклеотидов

Повреждение пары нуклеотидов

Разрыв цепи ДНК

Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК

· Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:

фермент, «узнающий» химически изменённые участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения; - эндонуклеаза

фермент, удаляющий повреждённый участок; экзонуклеаза

фермент (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого;

фермент (ДНК-лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.

Световая репарация - Под действием различных физических и химических агентов, и даже при нормальном биосинтезе в ДНК могут возникнуть повреждения. Оказалось, что клетки обладают способностью самостоятельно исправлять повреждения в молекуле ДНК. Этот феномен получил название репарации. Первоначально способность к репарации была обнаружена у бактерий, подвергавшихся воздействию ультрафиолетового излучения. В результате облучения целостность молекул ДНК нарушалась, так как в ней возникали димеры, т. е. сцепленные между собой соединения в области оснований. Димеры образуются между:

двумя тиминами;

тимином и цитозином;

двумя цитозинами;

тимином и урацилом;

двумя урацилами.

Облученные клетки на свету выживали гораздо лучше, чем в темноте. После тщательного анализа причин было установлено, что в облученных клетках на свету происходит репарация. Она осуществляется специальным ферментом, активирующимся квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет возникшие в димерах связи и восстанавливает целостность нити ДНК.

Темновая репарация - Позднее была обнаружена и темновая репарация, т. е. свойство клеток ликвидировать повреждения ДНК без участия видимого света. Темновая репарация осуществляется комплексом из пяти ферментов:

узнающего химические изменения на участке цепи ДНК;

осуществляющего вырезание поврежденного участка;

удаляющего этот участок;

синтезирующего новый участок по принципу комплементарности взамен удаленного фрагмента;

соединяющего концы старой цепи и восстановленного участка.

При световой репарации исправляются повреждения, возникшие только под воздействием ультрафиолетовых лучей, при темновой - повреждения, появившиеся под влиянием жесткой радиации, химических веществ и других факторов. Темновая репарация обнаружена как у прокариот, так и в клетках эукариот. У последних она изучается в культурах тканей. Вопрос о том, почему одни повреждения репарируются, а другие нет, остается открытым. Если репарация не наступает, то клетка либо гибнет, либо наступает мутация.

l Антимутационные барьеры клетки – механизмы, снижающие неблагоприятный эффект генных мутаций

Естественные барьеры: диплоидный набор хромосом, двойная спираль ДНК, избыточность генетического кода, повтор генов, репарация

Дата добавления: 2015-06-04