Молекулярные механизмы изменчивости. Молекулярная патология

Молекулярные механизмы воспроизведения генотипа и, следовательно, фенотипа, создают молекулярную основу фундаментального свойства жизни – наследственности. Противоположное свойство – изменчивость – столь же существенно для жизни, поскольку наряду с наследственностью обеспечивает возможность естественного отбора и биологической эволюции. Молекулярную основу изменчивости организма составляют наследуемые изменения первичной структуры ДНК - мутации. Различают хромосомные мутации (изменение числа хромосом, хромосомные аберрации) и генные мутации.

Сущность генных мутаций составляют нерепарированные наследуемые изменения первичной структуры ДНК, которые ведут либо к прекращению синтеза белка, кодируемого поврежденным структурным геном, либо к синтезу измененного, «неправильного» белка. Мутации в регуляторных участках транскриптона (промоторе, операторе) ведут к нарушению регуляции или прекращению синтеза белка.

Существуют следующие варианты генных мутаций:

1) транзиция или замена пар оснований (нуклеотидов);

2) делеция или выпадение одной пары или групп пар оснований (нуклеотидов);

3) вставка одной или групп пар оснований (нуклеотидов);

4) изменение местоположения отдельных участков ДНК.

Мутации бывают спонтанными (они очень редки) и вызванными различными факторами (мутагенами): чужеродными и природными. К последним относят пероксидные соединения, свободные радикалы и т.д.

К чужеродным мутагенам относятся:

1). химические вещества (алкилирующие соединения, окислители и т.д.);

2). физические факторы (ионизирующее излечение);

3). биологические факторы (вирусы и др.).

Мутации могут происходить как в соматических клетках, так и в половых. При половом размножении наследуются только мутации половых клеток. Мутации могут быть нейтральными, полезными или вредными. Если в результате мутации свойства белка изменяются таким образом, что особь получает преимущество для выживания, то мутация биологически полезна. Однако чаще всего мутации бывают вредными и могут приводить к молекулярной патологии (молекулярным болезням).

Под молекулярными болезнями принято понимать заболевания, основной причиной которых является генетически обусловленное нарушение функции белков.

Молекулярная болезнь развивается вследствие образования или дефектного белка, или явно недостаточного количества нормального белка, неспособного из-за этого выполнять в полном объеме свои функции в организме. Молекулярные болезни обозначаются как протеинопатии.

Протеинопатии подразделяют на две группы: ферментные (т.е. ферментопатии) и неферментные. При ферментопатиях имеет место дефект ферментных белков, что приводит к нарушению определенного звена обмена веществ. При неферментных протеинопатиях возникают дефекты неферментных белков, выполняющих различные функции – транспортную, рецепторную, сократительную, иммунологическую и т.д. Это приводит к нарушению тех процессов, которые зависят от данного неферментного белка. Возможна и смешанная протеинопатия.

Примерами ферментопатий аминокислотного обмена может служить:

1) фенилкетонурия (фенилпировиноградная олигофрения), связанная с дефектом фенилаланингидроксилазы. В результате наблюдается нарушение образования тирозина и его производных – катехоламинов, серотонина;

2) альбинизм, связанный с дефектом тирозиназы, которая участвует в образовании меланинов – пигментации кожи;

3) транзиторная тирозинемия новорожденных, связанная с дефектом п-гидроксифенилпируватоксидазы. Свойственна недоношенным детям. Проявляется летаргией, пониженной активностью. Наблюдается повышение количества тирозина в крови в 2 - 3 раза;

4) алкаптонурия, связанная с дефектом гомогентизинатоксидазы, что тормозит переход гомогентизиновой кислоты в фумарил-ацетоуксусную кислоту. Моча ребенка окрашивает пеленки в черный цвет. В детском возрасте клинических проявлений нет, позднее развивается охроноз.

Охроноз – поражение хрящевой и др. соединительнотканных образований, характеризующееся патологической пигментацией, болевым синдромом и алкаптонурией.

Известны ферментопатии углеводного обмена (например, гликогенозы и галактоземия), ферментопатии липидного обмена (различные липидозы).

К числу неферментных протеинопатий относятся гемоглобинопатии, серповидноклеточная анемия, аминоацидурия (дефект транспортного белка), цистинурия (дефект транспортного белка), фруктозурия, глюкозурия и пентозурия (дефект транспортного белка).

Нарушения защитных реакций организма, связанных с недостатком антител, получили название агаммаглобулинемия.

Следует сказать, что ежегодно на земном шаре рождается около 16 млн. детей с наследственными дефектами. И их число растет, что связано с неблагоприятными экологическими условиями проживания населения.

Дата добавления: 2014-01-05