Хромосомные мутации – причины возникновения и виды, связь с генными и геномными изменениями

Генные, хромосомные и геномные мутации — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс)

По изменению генетического материала выделяют три группы мутаций: генные, хромосомные и геномные.

Генными или точечными (точковыми) называют мутации, возникающие в результате изменения гена, т. е. структуры молекулы ДНК.

При нарушении репликации может произойти изменение последовательности нуклеотидов в каком-нибудь участке ДНК. Это может быть:

  • замена нуклеотида
  • вставка нуклеотида
  • выпадение нуклеотида

Если происходит замена нуклеотида, то результат может быть разный. В некоторых случаях такая мутация не приводит к изменению структуры белка.

Пример:

Рассмотрим мутацию ГТТ ЦЦЦ ГГТ  ГТЦ ЦЦЦ ГГТ.

В первом триплете произошла замена тимина на цитозин. Триплеты ГТТ  и ГТЦ кодируют глутаминовую кислоту, поэтому никаких изменений в структуре белка данная мутация не вызывает: глу-гли-про  глу-гли-про

В других случаях замена нуклеотида может изменить порядок аминокислот в молекуле белка и привести к фенотипическим последствиям.

Пример:

Обратите внимание

Мутация ГТТ ЦЦЦ ГГТ  ГТГ ЦЦЦ ГГТ.                                                                              

В первом триплете произошла замена тимина на гуанин.

Триплет ГТТ кодирует глутаминовую кислоту, а триплет ГТГ — гистидин.

Значит, первичная структура белка изменяется: глу-гли-про гис-гли-про. Это может привести к фенотипическим изменениям.

Добавление или выпадение нуклеотидов приводит к сдвигу рамки считывания в рибосоме и к изменению последовательности аминокислот. Синтезируется белок, который отличается своей первичной структурой от исходного. В результате может произойти серьёзное изменение фенотипа.

Пример:

ГТТ ЦЦЦ ГГТ Т  ГТЦ ЦЦГ ГТТ.

Исходный участок ДНК кодирует аминокислотную последовательность глу-гли-про.

После выпадения тимина в первом нуклеотиде последовательность аминокислот другая: лиз-глу-глу.

Мутагенный ген передаёт к месту синтеза новую информацию, синтезируется другой белок, что может привести к возникновению нового признака.

Генные мутации приводят к таким наследственным заболеваниям, как фенилкетонурия (нарушение обмена веществ) и альбинизм (отсутствие нормальной пигментации).

Хромосомными называют мутации, обусловленные изменением структуры хромосом.

Это может быть:

  • утрата (нехватка) — потеря хромосомой своей концевой части;
  • делеция — выпадение участка средней части хромосомы;
  • дупликация — удвоение фрагмента хромосомы;
  • инверсия — поворот участка хромосомы на (180)°;
  • транслокация — перенос участка одной хромосомы на другую.

Хромосомные мутации чаще всего возникают при нарушении деления клеток. Их последствия для организма могут быть разными. Наиболее опасны утрата и делеция, так как может быть потеряна информация о жизненно важном белке.

Нарушение структуры хромосом у человека часто приводит к тяжёлым формам умственной отсталости, заболеваниям крови, снижению жизнеспособности организма.

Пример:

потеря небольшой части (21)-й хромосомы вызывает лейкоз.

Хромосомные мутации можно обнаружить с помощью микроскопа. Микроскопирование  используется в диагностике наследственных заболеваний. 

Важно

Геномными называют мутации, обусловленные изменением числа хромосом в кариотипе организма.

Различают полиплоидию и анеуплоидию (гетероплоидию).

Полиплоидия — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом.

Возникает при нарушении расхождения хромосом при митозе или мейозе.

В результате хромосомный набор клетки становится триплоидным , тетраплоидным , гексаплоидным  и т. д.

Полиплоидия широко используется в селекции растений. Полиплоидные растения, как правило, характеризуются более мощным ростом, большей продуктивностью, жизнеспособностью. Для получения полиплоидных растений используют колхицин, который разрушает нити веретена деления и приводит к образованию полиплоидных геномов.

Диплоидное растение

Полиплоидное растение

 Анеуплоидияетероплоидия — некратное изменение числа хромосом , …

Этот вид мутаций может быть обусловлен избытком или недостатком одной или нескольких хромосом. Причиной гетероплоидии является нарушение расхождения гомологичных хромосом при мейозе.

В одну гамету попадают обе гомологичные хромосомы, а в другую — ни одной.

Слияние такой гаметы с нормальной и приводит к образованию зиготы с большим или меньшим числом хромосом по сравнению с исходным хромосомным набором.

Различают следующие формы анеуплоидии:

  • трисомия () — три хромосомы в одной из пар (трисомия по (21)-й паре хромосом у человека — синдром Дауна);
  • моносомия () — недостаток одной хромосомы (моносомия по -хромосоме — синдром Шерешевского-Тернера)
  • нуллисомия () — отсутствие пары гомологичных хромосом (летальная мутация).

Источник: https://www.yaklass.ru/p/biologia/obschie-biologicheskie-zakonomernosti/osnovy-genetiki-zakonomernosti-nasledovaniia-307291/mutatcii-307299/re-7fc21666-1487-4cf5-b0d6-d5ab64d76b1b

Хромосомная мутация у человека: виды, причины возникновения, хромосомные болезни

Главная > Наука > Хромосомная мутация у человека: что это и какие несёт последствия

Хромосомные мутации (их также называют перестройками, аберрациями) вызываются неправильным делением клетки и меняют структуру самой хромосомы.

Чаще всего это происходит спонтанно и непредсказуемо под влиянием внешних факторов. Поговорим про виды хромосомных мутаций в генах и вызывающих их причинах.

Мы расскажем что такое хромосомная мутация и какие последствия возникают для организма вследствие подобных изменений.

Виды хромосомных мутаций

Хромосомная мутация – это самопроизвольно произошедшая аномалия с отдельной хромосомой либо с участием нескольких из них. Произошедшие изменения бывают:

  • внутри единичной хромосомы, их называют внутрихромосомными;
  • межхромосомными, когда отдельные хромосомы обмениваются между собой определёнными фрагментами.

Что может происходить с носительницей информации в первом случае? В результате утраты хромосомного участка происходит нарушение эмбриогенеза и возникают различные аномалии, приводящие к умственному недоразвитию ребёнка или физическим уродствам (пороки сердца, нарушение строения гортани и других органов).

Если происходит разрыв хромосомы, после которого вырванный фрагмент встраивается на своё место, но уже перевёрнутым на 180° – говорят об инверсии. Порядок расположения генов меняется. Ещё одна внутрихромосомная мутация – дупликация.

В её процессе происходит удвоение участка хромосомы или он дублируется несколько раз, что приводит к множественным порокам умственного и физического развития.

Если же две хромосомы обмениваются фрагментами, явление носит название “реципрокной транслокации”. Если фрагмент одной хромосомы встраивается в другую, это называют “нереципрокной транслокацией”. “Центрическим слиянием” называют соединение пары хромосом в районе их центромер с утратой соседних участков.

При мутации в виде поперечного разрыва соседних хромосом их называют изохромосомами. Такие изменения не имеют внешних проявлений у родившегося потомства, но делает его носителем аномальных хромосом, что может повлиять на возникновение отклонений у следующих поколений.

Все типы хромосомной мутации закрепляются в генах и передаются по наследству.

Основные причины, вызывающие мутации хромосом

Точные причины хромосомных мутаций в каждом конкретном случае нельзя назвать определённо. Вообще мутации ДНК являются инструментом естественного отбора и непременным условием эволюции. Они могут иметь положительное нейтральное или отрицательное значение и передаются по наследству. Все мутагены, способные приводить к изменениям в хромосомах, принято делить на 3 типа:

  • биологические (бактерии, вирусы);
  • химические (соли тяжёлых металлов, фенолы, спирты и другие химические вещества);
  • физические (радиоактивное и ультрафиолетовое излучение, слишком низкие и высокие температуры, электромагнитное поле).

Могут возникать и самопроизвольные хромосомные перестройки, без воздействия ухудшающих факторов, но такие случаи крайне редки. Происходит это под влиянием внутренних и внешних условий (так называемого мутационного давления среды). Такая случайность приводит к изменению генов и их новому распределению в геноме.

Дальнейшая жизнеспособность организмов с возникшими изменениями определяется возможностью приспособления к выживанию, что является частью естественного отбора. Для человека, к примеру, мутационные процессы часто становятся источником различных наследственных болезней, порой несовместимых с жизнью.

В чём различие генной, геномной и хромосомной мутаций

Мутации в хромосомах, генах и геноме часто бывают связаны друг с другом. Генной называется мутация, происходящая внутри гена, хромосомной – внутри хромосомы. Мутации, приводящие к изменению числа хромосом, называют геномными.

Эти изменения объединяют в общее понятие “хромосомные аномалии”, они имеют общую классификацию, которая подразделяет их на анеуплоидии и полиплоидии.

Всего науке известны около тысячи хромосомных и геномных аномалий, включающих различные синдромы (около 300 видов). Это и хромосомные болезни (яркий пример – синдром Дауна), и внутриутробные патологии, приводящие к выкидышам, и соматические заболевания.

Хромосомные болезни

Об их проявлении говорят при обнаружении тяжёлых врождённых генетически обусловленных заболеваний, проявляющихся врождёнными пороками развития. Такие болезни свидетельствуют о наиболее масштабных изменениях, произошедших в ДНК.

Сбой может возникнуть на любом этапе, даже в момент зачатия, при слиянии нормальных родительских клеток. Учёным пока ещё не удаётся влиять на этот механизм и предотвращать его. Вопрос этот изучен не до конца.

Для человека хромосомные мутации чаще носят негативный характер, что проявляется в возникновении выкидышей, мертворождении, проявлении уродств и отклонений в интеллекте, появлении генетически обусловленных опухолей. Все подобные болезни условно делят на 2 группы:

  1. Те, что вызваны нарушением числа хромосом в геноме. Эти аномалии составляют львиную долю всех хромосомных болезней. Причины, вызывающие их, – моносомии, трисомии и другие количественные нарушения. В эту же группу входят триплоидии и тетраплоидии, вызывающие гибель плода в утробе и его нежизнеспособность, приводящую к младенческой смертности. Самой распространённой и хорошо изученной болезнью этой группы является синдром Дауна, возникающий из-за трисомии или транслокации 21-й хромосомы.
  2. Те, что обусловлены изменениями в структуре самих хромосом. В этом случае происходит частичная дупликация или делеция хромосомных участков. Это влечёт за собой умственную отсталость, задержку роста и развития, характерные внешние проявления, врождённые пороки внутренних органов. Изменения могут коснуться и числа половых хромосом. У таких больных впоследствии выявляется бесплодие.
Читайте также:  Лечение цистита у беременных - симптомы, диагностика, медикаментозные препараты и народны средства

Можно ли вылечить или предотвратить хромосомные аномалии

В перспективе наукой ставятся задачи научиться вмешиваться в структуру клеток и менять ДНК человека при необходимости, но в текущий момент это невозможно.

Как такового лечения хромосомных болезней не существует, разработаны лишь методы перинатальной диагностики (дородового обследования плода).

С помощью этого метода возможно выявить синдромы Дауна и Эдвардса, а также врождённые пороки органов ещё не рождённого младенца.

Совет

По данным обследования врач вместе с родителями принимает решение о продлении или прерывании текущей беременности. Если патология предполагает возможность вмешательства, может быть проведена реабилитация плода ещё на стадии внутриутробного развития, в том числе и устраняющая порок операция.

Будущие родители ещё на стадии планирования беременности могут посетить генетическую консультацию, которая существует почти в каждом городе. Это особенно необходимо если в роду одного или обоих есть родственники с тяжёлыми наследственными заболеваниями. Генетик составит их родословную и порекомендует исследование кариотипа – полного набора хромосом.

Врачи считают, что такой анализ генов необходим каждой паре, планирующей появление малыша. Это малозатратный универсальный и быстрый метод, позволяющий определить наличие большинства хромосомных болезней любого типа.

Будущим родителям всего лишь потребуется сдать кровь. Тем, у кого уже есть в семье ребёнок с генетическим заболеванием, сделать это необходимо в обязательном порядке перед повторной беременностью.

Источник: https://obrazovanie.guru/nauka/hromosomnaya-mutatsiya-u-cheloveka-chto-eto-i-kakie-nesyot-posledstviya.html

Хромосомные мутации человека

Мутации – это изменения, происходящие в ДНК клетки.

Бывают:

  • полезными (встречаются только со слабым фенотипическим эффектом);
  • вредными (с сильным фенотипическим эффектом);
  •  нейтральными (синонимические замены нуклеоидов).

Они передаются по наследству, являются материалом для естественного отбора.

Хромосомные мутации – это один из типов мутаций (существуют еще генные, геномные, цитоплазматические и соматические), характеризующийся изменением структуры хромосом.

Эти изменения происходят в результате нарушения целостности хромосомы – из-за разрывов, которые сопровождаются перестройками (мутациями или аберрациями).

Главная причина хромосомных мутаций  – это воздействие факторов окружающей среды (мутагенов), вызывающих индуцированные мутации.

Известны мутагены 3-х видов:

  • физические (рентгеновские и гамма лучи, ультрафиолетовое излучение, низкие и высокие температуры, давление, электромагнитное излучение и т.д.);
  • химические (цитостатики, фенолы, спирты, соли тяжелых металлов и т.д.);
  • биологические (вирусы и бактерии).

Также хромосомные перестройки могут быть спонтанными, которые возникают при нормальных жизненных условиях. Но они крайне редко происходят в природе: 1-100 на 1 млн экземпляров конкретного гена.

Ученый Холдейн сделал расчет средней вероятности появления спонтанных перестроек, которая составила 5*10-5 за 1 поколение.

Спонтанный процесс зависит от внутренних и от внешних факторов (мутационное давление среды).

В большинстве случаев установлены вредные хромосомные мутации, болезни, которые они приносят человеку, часто несовместимы с жизнью.

Основная характеристика хромосомной мутации состоит в том, что все хромосомные перестройки, как и другие мутации, случайны. Они меняют генные функции, осуществляют распределение генов по геному случайно.

Из-за случайных хромосомных мутаций возникают новые многообразные «генные коалиции», приспособительная ценность которых определяется отбором.

Классификация хромосомных мутаций

Хромосомные перестройки обычно классифицируют по видам и типам.

Различают виды хромосомных мутаций:

  • внутрихромосомные;
  • межхромосомные;
  • изохромосомные.

Внутрихромосомные мутации отличаются аберрациями (отклонениями от нормы) в пределах одной хромосомы. К хромосомным мутациям относятся делеции, инверсии, дупликации. Все они входят в состав внутрихромосомных отклонений.

Делеция — утрата концевого или внутреннего участка хромосомы. Такая мутация может повлечь за собой множество аномалий в период эмбрионального развития (например, врожденный порок сердца).

Инверсия – это поворот фрагмента хромосомы на 180° и встраивание его после этого на прежнее место. Порядок расположения генов нарушается, но без дополнительных условий это не влияет на фенотип.

Обратите внимание

Дупликация — умножение участка хромосомы. Такая аберрация приводит к появлению врожденных пороков развития.

Межхромосомные мутации (транслокации) — обмен фрагментами между хромосомами, имеющими несходные гены (негомологичные).

Транслокации подразделяются на:

  • реципрокные (обмен происходит между двумя хромосомами);
  • нереципрокные ( фрагмент одной из хромосом переносится на другую) ;
  • робертсоновские (образование одной метацентрической хромосомы вместо двух акроцентрических , т.е«Центрическое слияние»).

Изохромосомные мутации происходят в результате образования копий хромосом, зеркальных фрагментов двух других, содержащих одинаковые наборы генов. Эта аберрация получила название «центрическое соединение» в результате факта поперечного разрыва хроматид, происходящего через центромеры

Также хромосомные мутации подразделяют на типы:  численные  и структурные. Численные в свою очередь делятся на анеуплоидии (утрата (моносомия) или появление (трисомия) дополнительных хромосом)  и полиплоидии (кратное увеличение количества хромосом).

Структурные представлены транслокациями, делециями, инверсиями, инсерциями (когда сегмент одной хромосомы переносится в другую),  изохромосомами и центрическими кольцами (когда фрагмент хромосомы замкнут в кольцо).

Связь генных, геномных и хромосомных мутаций

Генные и хромосомные мутации, а также геномные – взаимосвязаны между собой. Генные мутации характеризуются изменениями в строении  генов, из которых состоят хромосомы.

Мутацию считают хромосомной, если происходят изменения в строении. А геномные мутации характеризуются изменением количества хромосом.

В свою очередь геномные и хромосомные мутации имеют общую классификацию в делении на анеуплоидии и полиплоидии. Робертсоновская транслокация является переходной от хромосомной мутации к геномной.

Эти два типа мутаций объединяют таким понятием и направлением в медицине, как «хромосомные аномалии», включающее в себя:

  • хромосомные болезни ( например, болезнь Дауна);
  • внутриутробную патологию (выкидыши, спонтанные аборты) ;
  • соматическую патологию (лучевая болезнь лейкозы). 

В настоящее время известно где-то 1000 хромосомных аномалий. Все эти хромосомные мутации человека изучены и описаны. Из них в виде синдромов описаны около 300 форм.

Хромосомные болезни

Хромосомные болезни (вызванные хромосомными мутациями, а также геномными) – это большая группа наследственных врожденных заболеваний, характеризующихся врожденными множественными пороками развития. Они появляются по причине наиболее крупных изменений ДНК: трисомии, делеций, дупликаций и др.

Эти повреждения  возникают при созревании гамет, при оплодотворении, на ранних стадиях дробления оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Сбой, неверное «расхождение» хромосом плода,  может случиться  даже  в момент слияния абсолютно здоровых клеток родителей. Этот процесс  не поддается контролю и является еще  не до конца изученным.

  Все последствия хромосомных мутаций чаще всего неблагоприятны для человека. Они вызывают нередко:

  • самопроизвольный аборт (до 70%);
  • мертворождения (7,2%) всевозможные пороки развития;
  • обуславливают замедление умственного развития;
  • появление опухолей.

При хромосомных болезнях степень поражения органов обуславливают многие факторы: тип хромосомной аномалии, недостающий или избыточный материал индивидуальной хромосомы, генотип организма, условия среды.

 

Все хромосомные болезни разделяются по 2-м большим группам:

1. Вызванные нарушением числа хромосом (геномные мутации). Геномные мутации самые многочисленные и составляют основную долю хромосомных болезней. Представлены в виде моносомий, трисомий и других форм полисомий. Сюда же можно отнести триплоидии и тетраплоидии, при которых дети погибают в первые часы и дни рождения или в утробе.

  Наиболее часто встречается болезнь (синдром) Дауна или трисомия-21, в основе которой лежат генетические дефекты. Была описана в 1866 г.

педиатром Дауном и в настоящее время является самой изученной хромосомной болезнью. Встречается примерно у одного из 700 новорожденных.

В 94 % случаев болезнь обусловлена трисомией по 21 хромосоме, а в остальных – транслокацией 21 хромосомы.

2. Вызванные изменением структуры хромосом (хромосомные мутации). Представлены частичной моносомией (делецией), частичной трисомией (дупликацией) и др. К примеру, выявлено минимум 200 случаев синдрома частичной трисомии (по короткому плечу хромосомы 9).

Признаки этого заболевания следующие:

  • умственная отсталость;
  • задержка роста микробрахицефалия;
  • энофтальм, т.е. глубоко посаженные глаза;
  • округлый кончик носа;
  • врождённые пороки сердца и др.

Такие эффекты дают хромосомные мутации, примеры с синдромом Дауна и синдромом частичной трисомии показательны.

Ряд хромосомных болезней также связан с изменением числа половых хромосом. Больные с такими аномалиями не дают потомства.

Этиологическое лечение хромосомных болезней пока не разработано. Их можно лишь постараться предотвратить путем метода пренатальной диагностики.

Наука ставит перед собой задачи уменьшения генетического груза посредством снижения вероятностей мутаций и предотвращения их, устранения  изменений ДНК с помощью генной инженерии.

Источник: http://hvatit-bolet.ru/populyarnie-stati/hromosomnye-mutacii-cheloveka.html

Генные мутации, механизмы возникновения. Понятие о моногенных болезнях

-Генные мутации.

Генные мутации — изменения структуры генов. Поскольку ген представляет собой участок молекулы ДНК, то генная мутация представляет собой изменения в нуклеотидном составе этого участка.

-Генные мутации могут происходить в результате: 1) замены одного или нескольких нуклеотидов на другие; 2) вставки нуклеотидов; 3) потери нуклеотидов; 4) удвоения нуклеотидов; 5) изменения порядка чередования нуклеотидов.

Эти мутации приводят к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи и, следовательно, к изменению функциональной активности белковой молекулы.

Благодаря генным мутациям возникают множественные аллели одного и того же гена.

Читайте также:  Лейомиома интрамуральная, субсерозная, субмукозная - как лечить

Заболевания, причиной которых являются генные мутации, называются генными (фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, гемофилия и т.д.). Наследование генных болезней подчиняется законам Менделя.

-Понятие о моногенных болезнях.

Моногенные заболевания обус ловлены мутациями или отсутс твием отдельного гена. Мутации могут захватывать один или оба аллеля.

Клинические проявления возникают в результате отсутствия генетической информации или реализации дефектной. Моногенные заболева ния исследуются в полном соот ветствии с законами Менделя (аутосомное или сцепленное с Х-хромосомой).

Известно около 5000 моногенных заболеваний, более половины наследуется по аутосомно-доминантному типу.

К этой группе заболеваний относятся:

— нейрофиброматоз (болезнь Реклингхаузена), при котором наиболее тяжело поражается нервная система;

— миотоническая дистрофия с миотонией, мышечной слабо стью, катарактой, сердечной аритмией, нарушенной толе рантностью к глюкозе, умс твенной отсталостью;

— синдром Марфана — наследс твенная болезнь соединитель ной ткани. Наиболее специфи ческими признаками являются нарушения скелета, вывих хрусталика, сердечно-сосудистые изменения, эктазия твердой мозговой оболоч ки;

— синдром Элерса—Данло — врожденная гиперрастяжимость соедини тельной ткани в связи с нарушением синтеза коллагена, обусловлен ным мутациями в разных коллагеновых генах;

— фенилкетонурия, связанная с недостаточностью печеночного фермен та фенилаланингидроксилазы, локус которой расположен в длинном плече хромосомы 12.

Дети с фенилкетонурией рождаются здоровы ми, но в первые же недели после рождения в связи с поступлением фенилаланина в организм с молоком матери развиваются клиничес кие проявления заболевания: повышенная возбудимость, гиперреф лексия, повышенный тонус мышц, судорожные эпилептиформные припадки; от ребенка исходит «мышиный» запах. Позже развиваются умственная отсталость, микроцефалия;

— муковисцидоз (кистозный фиброз), в основе которого лежит наруше ние транспорта ионов хлора и натрия через клеточные мембраны (ген муковисцидоза локализован в хромосоме 7), что приводит к избыточ ному выведению хлоридов. Отмечается гиперсекреция густой слизи в клетках эндокринной части поджелудочной железы, эпителии брон хов, слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта;

— адреногенитальный синдром (врожденная гиперплазия коры надпо чечников) относится к группе наследственных нарушений синтеза стероидных гормонов. Наиболее распространенная форма врожден ной гиперплазии коры надпочечников — дефицит 21-гидроксилазы, ген локализован в коротком плече хромосомы 6;

— миопатия Дюшенна, вызванная мутацией в гене, ответственном за синтез белка дистрофина (ген расположен в локусе X^21). Заболевание проявляется прогрессирующей мышечной слабостью, дистрофией и некрозом отдельных мышечных волокон;

— гемофилия А — заболевание, сцепленное с Х-хромосомой, ген располо жен в локусе Х28, мутация гена обусловливает дефицит фактора VIII. Клинические проявления состоят в нарушении гемостаза, увеличе нии времени свертывания.

55. Хромосомные аберрации. Механизмы возникновения и примеры заболеваний, являющиеся их следствием.

Хромосомные аберрации— тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют:

– делеции (утрата участка хромосомы),

– инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный),

– дупликации (повторение участка хромосомы),

– транслокации (перенос участка хромосомы на другую),

– дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча.

Важно

Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы).

Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные.

Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с клиническими отклонениями от нормы.

Роль в эволюционном процессе и видообразовании, в нарушении фертильности, в онкологических и врождённых наследственных заболеваниях человека.

Возникновение хромосомных аберраций

Основной предпосылкой для возникновения хромосомных перестроек является появление в клетке двунитевых разрывов ДНК, то есть разрывов обоих нитей спирали ДНК в пределах нескольких п.о.

Двунитевые разрывы ДНК возникают в клетке спонтанно или под действием различных мутагенных факторов: физической (ионизирующее излучение), химической или биологической (транспозоны, вирусы) природы.

Двунитевые разрывы ДНК возникают запрограммированно во время профазы I мейоза, а также при созревании Т- и B-лимфоцитов во время специфической соматической (V(D)J рекомбинации. Нарушения и ошибки процесса воссоединения двунитевых разрывов ДНК приводят к появлению хромосомных перестроек.

Дупликации

Дупликации представляют собой класс перестроек, который объединяет как внутри- , так и межхромосомные перестройки.

Вообще, любая дупликация — это появление дополнительной копии участка хромосомы, которая может располагаться сразу за тем районом, который дуплицирован, тогда это тандемная дупликация, либо в новом месте или в другой хромосоме.

Новая копия может образовать отдельную маленькую хромосому со своими собственными теломерами и центромерой, тогда это свободная дупликация.

Инверсии

Совет

Инверсией называют поворот участка хромосомы на 180°. Различают парацентрические (инвертированный фрагмент лежит по одну сторону от центромеры) и перицентрические (инвертированный фрагмент лежит по разные стороны от центромеры) инверсии. При инверсиях не происходит потери генетического материала, поэтому инверсии, как правило, не влияют на фенотип носителя.

Однако, если у гетерозигот по инверсиям (то есть у организма, несущего как нормальную хромосому, так и хромосому с инверсией) в процессе гаметогенеза при мейозе происходит кроссинговер в пределах инвертированного участка, то существует вероятность формирования аномальных хромосом, что в свою очередь может привести к частичной элиминации половых клеток, а также формировании гамет с несбалансированным генетическим материалом.

Более 1% человеческой популяции являются носителями перицентрической инверсии в 9 хромосоме, которую считают вариантом нормы

Транслокации

Детекция филадельфийской хромосомы при помощи флуоресцентной гибридизации in situ

Транслокации представляют собой межхромосомную перестройку, при которой происходит перенос участка одной хромосомы на другую.

Отдельно выделяют реципрокные транслокации (когда две негомологичные хромосомы обмениваются участками) и Робертсоновские транслокации, или центрические слияния (при этом две негомологичные акроцентрические хромосомы объединяются в одну с утратой материала коротких плеч). Первым центрические слияния описал американец У.Робертсон (W.R.B.Robertson) в 1916 г., сравнивая кариотипы близких видов саранчовых.

Реципрокные транслокации не сопровождаются утратой генетического материала, их также называют сбалансированными транслокациями, они, как правило, не проявляются фенотипически.

Однако, у носителей реципрокных транслокаций половина гамет несёт несбалансированный генетический материал, что приводит к снижению фертильности, повышенной вероятности спонтанных выкидышей и рождения детей с врождёнными аномалиями. Частота гетерозигот по реципрокным транслокациям оценивается как 1 на 600 супружеских пар.

Реальный риск рождения детей с несбалансированным кариотипом определяется характером реципрокной транслокации (спецификой хромосом, вовлеченных в перестройку, размерами транслоцированных сегментов) и может достигать 40 %.

Обратите внимание

Примером реципрокной транслокации может служить транслокация типа «филадельфийская хромосома» (Ph) между хромосомами 9 и 22. В 95 % случаев именно эта мутация в гемопоэтических клетках-предшественниках является причиной хронического миелобластного лейкоза.. Активность нового химерного белка приводит к нечувствительности клетки к воздействию факторов роста и вызывает её безудержное деление.

Робертсоновские транслокации являются одним из наиболее распространенных типов врождённых хромосомных аномалий у человека. По некоторым данным, их частота составляет 1:1000 новорожденных. Большинство Робертсоновских транслокаций (74 %) затрагивают хромосомы 13 и 14.

В структуре обращаемости на пренатальную диагностику лидерами оказываются носители der(13;14) и der(14;21)[3]:1. Последний случай, а именно, Робертсоновская транслокация с участием хромосомы 21 приводит к так называемому «семейному» (наследуемому) синдрому Дауна.

Изохромосомы

Изохромосомы состоят из двух копий одного плеча хромосомы, соединенных центромерой таким образом, что плечи образовавшейся хромосомы представляют собой зеркальные «отражения» друг друга. В определенном смысле изохромосома представляет собой гигантскую инвертированную дупликацию размером с целое плечо и делецию другого плеча.

Пациенты с 46 хромосомами, из которых одна представляет собой изохромосому, являются моносомиками по генам утраченного хромосомного плеча и трисомиками по генам, присутствующим в изохромосоме. Если изохромосома является добавочной, то данный пациент является тетрасомиком по генам, представленным в изохромосоме.

В целом, чем меньше изохромосома, тем меньше генетический дисбаланс, и тем более вероятно выживание плода или ребенка с такой перестройкой. Следовательно, не удивительно, что наиболее частые из описанных случаев аутосомных изохромосом вовлекают хромосомы с маленькими плечами.

Некоторые из наиболее частых участников формирования изохромосом — это короткие плечи хромосом 5, 8, 12, 18. Сайты ломкости

В 70-х годах XX века было обнаружено явление повышенной ломкости хромосом в определённых сайтах — при окраске метафазных хромосом некоторых индивидов одни и те же участки хромосом в части клеток имели разрыв или пробел в окрашивании.

В дальнейшем было показано, что разрывы и пробелы появляются вопределённых хромосомных сайтах при умеренном репликативном стрессе в клетках у всех людей.

Первыйтип ломких сайтов получил название редкие, или наследуемые, фрагильные сайты, а второй — обычные, иликонститутивные, фрагильные сайты.



Источник: https://infopedia.su/8xb243.html

Типы мутаций

К мутациям способны абсолютно все формы жизни на Земле — мутируют как вирусы,  так и высокоразвитые организмы. Изменение организма идет на уровне ДНК, поэтому не всегда может быть заметна фенотипически.

  • физические мутагены: температура, радиация, различные излучения;
  • химические: различные токсичные вещества
  • биологические: вирусы
Читайте также:  Причины горечи во рту - сопутствующие симптомы и способы терапии

Мутагены могут иметь как направленное, так и спонтанное действие, они универсальны (вызывают мутации у всех живых организмов) и у них отсутствует нижний порог — они способны вызывать изменеия даже в малых дозах

Соматический тип мутаций — изменения происходят в соматических (т.е. неполовых) клетках — клетках тела.

Яркий пример — появление на ветках черной смородины красных ягод или гетерохромия — явление разного цвета глаз у человека.

Они не передаются по наследству

Генеративный тип мутаций — это изменения, происходящие в генеративных, т.е., половых клетках (гаметах). Соответственно, этот тип мутаций передается по наследству.

Давайте перечислим основные, наиболее часто встречающиеся в вопросах ЕГЭ,

Важно

Это может быть выпадение одного или нескольких нуклеотидов (в части С ЕГЭ по биологии такие задания встречаются довольно часто).  Кажется, изменение не существенное, но оно влечет за собой серьезные последствия. Т.к. белок строится при «считывании» молекулы РНК, а она, в свою очередь, строится на «базе» ДНК, то такое изменение ведет к изменению белкового состава организма.

  Наиболее частой причиной генных мутаций является сбой при удвоении (репликации) ДНК.   Яркие примеры проявления этого типа мутации — серповидно-клеточная анемия (смертельное заболевание), альбинизм и дальтонизм.

  • изменение всего на одну хромосому — 47 хромосом вместо 46 — синдром Дауна;
  • полиплойдия — увеличение хромосомного набора в несколько раз (триплойдия, тетраплойдия и т.д.)- у животных не бывает, у растений — довольно часто. Почему у растений такое изменение встречается чаще? Потому что у растений возможно самоопыление — одна клетка организма с таким нарушением оплодотворяется клеткой с точно таким же нарушением.

Причина такого типа мутации — неправильное расхождение хромосом в процессе мейоза.

Это может быть изменение или даже выпадение целого участка хромосомы, изменение последовательности, перенос негомологичного участка с одной хромосомы на другую и т.д.  Из-за такой перестройки может меняться функции генов. Зачастую это приводит к меньшей жизнеспособности организма.

Мутации происходят постоянно. Как уже было сказано, не всегда они видны внешне (не всегда проявляются фенотипически).  Чем более заметен  внешний эффект изменения, тем более вредной считается мутация.

Мутация — основа изменчивости, а она,  как известно, двигатель эволюции.

  •  в ЕГЭ это вопрос А7 — Генетика, типы мутаций

Обсуждение: “Типы мутаций”

(Правила комментирования)

Источник: https://distant-lessons.ru/tipy-mutacij.html

Хромосомные мутации, их типы и значение

В отличие от генных мутаций  хромосомные мутации большей частью являются межгенными перестройками.Они делятся на две группы: внутрихромосомные и межхромосомные.

Внутрихромосомные мутации подразделяют на следующие типы. 

1) Дефишенси (концевые нехватки);

Пример: синдром кошачьего крика у человека связан кс концевой нехваткой в одной из 5 пары хромосом.

2) Делеции (нехватки внутренних частей хромосом).

В результате нехваток некоторые гены в кариотипе остаются в гемизиготном состоянии, что может привести к фенотипическому проявлению рецессивных аллелей.

В ряде случаев возможно появление новых признаков в результате нехваток. 3) Дупликации (удвоения) и амплификации (многократные умножения части хромосомы). Основным механизмом образования дупликаций является неравный кроссинговер, в результате которого хромосомы обмениваются неодинаковыми по размеру участками.

4) Инверсии (перевертывания участка хромосомы на 180°). Наиболее часто встречающийся в природных популяциях тип хромосомных перестроек. Разделяются на перицентрические (захватывающие центромеру) и парацентрические (не включающие центромеру в инвентированый участок).

Генетически инверсии проявляются как запиратель кроссинговера, если инверсия находиться в гетерозиготе.

Строго говоря, кроссинговер у гетерозигот не подавлен, однако последствия его ведут к образованию нежизнеспособных спор у растений или зигот у животных, так как в результате одинарного кроссинговера из пары конъюгирующих гомологичных хромосом образуются одна дицентрическая, а другая ацентрическая хромосомы, которые затем элиминируют. Поэтому из четырех хроматид, нормальные гаметы образуют лишь две, не вступавшие в кроссинговер.

Совет

            Внутрихромосомные перестройки (кроме дупликаций) обычно летальны в гомозиготном состоянии, т.к. часто точки разрывов затрагивают жизненно важные гены или вследствие “эффекта положения” (гены в новом локусе хромосом перестают нормально функционировать). Нелетальны в гомозиготе лишь некоторые очень малые изменения (микроделеции и микроинверсии).

Цитогенетически делеции определяются по образованию одинарных петель в пахитене и мостов между гомологами в анафазе мейоза, инверсии по образованию двойных петель, дефишенси диагностируются по различиям в длине гомологичных хромосом. Дупликации (и амплификации) идентифицируются на гигантских хромосомах слюнных желез дрозофилы по тщательному анализу хромомерного рисунка.

К межхромосомным перестройкам относят транслокации – перемещения части одной хромосомы на другую (негомологичную ей), которые возникают в результате реципрокного обмена участками негомологичных хромосом. Генетически они дифференцируются по изменению групп сцепления: гены, наследовавшиеся независимо, вдруг начинают наследоваться сцеплено.

Цитологически – по возникновению петель в бивалентах обоих хромосом, между которыми произошла транслокация). Одним из вариантов транслокаций являются т.н. робертсоновские транслокации, приводящие к слиянию двух центромер акроцентрических хромосом, с образованием хромосомы имеющей два плеча (общее число хромосом в геноме уменьшается на одну).

Промежуточное положение между межхромосомными и внутрихромосомными перестройками занимают транспозиции – изменения локализации небольших участков генетического материала, включающих один или несколько генов.

Транспозиции могут происходить как между негомологичными хромосомами, так и в пределах одной хромосомы. При этом реципрокного обмена между генами не происходит.

Осуществляются с помощью мигрирующих генетических элементов (транспозонов), которые могут переносить участки хромосом и реципрокно встраиваться в определенные сайты генома, где расположены копии соответствующих транспозонов.

            При всех типах перестроек изменяется лишь положение генов в хромосомах и лишь при дупликации или делеции ведут к изменению числа генов, хотя сами гены могут и не изменяться (за исключением случаев, когда разрыв затрагивает сам ген).

Обратите внимание

Тем не менее, фенотипический эффект хромосомных перестроек наблюдается очень часто. Это объясняется  “эффектом положения”, который заключается в изменении фенотипа, вследствие того, что переместившиеся гены оказываются в новом генотипическом окружении.

Данное явление показывает важную роль системы генотипа в определении признаков.

Источник: https://students-library.com/library/read/26739-hromosomnye-mutacii-ih-tipy-i-znacenie

Генетика

Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций:

  • геномные
  • хромосомные
  • генные

Геномные — полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т. д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору (см. Инге-Вечтомов, 1989).

В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.

При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом.

В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом, т. н.

Робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).

На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто.

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

В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.

Важно

Поскольку в состав ДНК входят азотистые основания только двух типов — пурины и пиримидины, все точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса: транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин) и трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот).

Возможны четыре генетических последствия точковых мутаций:

1) сохранение смысла кодона из-за вырожденности генетического кода (синонимическая замена нуклеотида),

2) изменение смысла кодона, приводящее к замене аминокислоты в соответствующем месте полипептидной цепи (миссенс-мутация),

3) образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нонсенс-мутация). В генетическом коде имеются три бессмысленных кодона: амбер — UAG, охр — UAA и опал — UGA (в соответствии с этим получают название и мутации, приводящие к образованию бессмысленных триплетов — например амбер-мутация),

4) обратная замена (замена стоп-кодона на смысловой кодон).

Источник: http://genetics.prep74.ru/mutazii.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector