Хромосомні порушення
3.5.3.2. Розподіл матеріалу материнських хромосом між дочірніми клітинами в мітозі
У ході мітотичного поділу забезпечується закономірний розподіл сестринських хроматидів кожної хромосоми між дочірніми клітинами. У складі дочірніх хромосом (колишніх сестринських хроматид) кожна клітина нового покоління отримує одну з двох молекул ДНК, що утворилися в результаті реплікації подвійної спіралі материнської. Отже, нове покоління клітин отримує однакову генетичну інформаціюу складі кожної групи зчеплення.
Таким чином, процеси, що відбуваються з хромосомами при підготовці клітин до поділу і в самому розподілі, забезпечують самовідтворення та сталість їх структури у ряді клітинних поколінь (див. Розд. 3.6.2.1).
Після мітозу хромосоми дочірньої клітини представлені однією молекулою ДНК, компактно упакованої за допомогою білків в одну нитку хроматину, тобто. мають таку ж структуру, яку мали хромосоми материнської клітини на початок процесу реплікації ДНК. Якщо новостворена клітина вибирає шлях підготовки до поділу, то в ній мають відбутися всі описані вище події, пов'язані з динамікою структурної організації її хромосом.
3.5.3.3. Зміни структурної організації хромосом. Хромосомні мутації
Незважаючи на еволюційно відпрацьований механізм, що дозволяє зберігати постійну фізико-хімічну та морфологічну організацію хромосом у ряді клітинних поколінь, під впливом різних впливів ця організація може змінюватися. В основі зміни структури хромосомі, як правило, лежить початкове порушення її цілісності - розриви, які супроводжуються різними перебудовами, які називаються хромосомними мутаціямиабо
абераціями.
Розриви хромосом відбуваються закономірно під час кросинговера, коли вони супроводжуються обміном відповідними ділянками між гомологами (див. разд. 3.6.2.3). Порушення кросинговеру, при якому хромосоми обмінюються нерівноцінним генетичним матеріалом, призводить до появи нових груп зчеплення, де окремі ділянки випадають – розподілі – або подвоюються – дуплікації (рис. 3.57). За таких перебудов змінюється кількість генів групи зчеплення.
Розриви хромосом можуть виникати також під впливом різних мутагенних факторів, головним чином фізичних (іонізуючих та інших видів випромінювання), деяких хімічних сполук, вірусів.
Мал. 3.57. Види хромосомних перебудов
Порушення цілісності хромосоми може супроводжуватися поворотом її ділянки між двома розривами, на 180° - інверсія. Залежно від того, включає цю ділянку область центроміри чи ні, розрізняють
перицентричні та парацентричні інверсії (рис. 3.57).
Фрагмент хромосоми, що відокремився від неї при розриві, може бути втрачений клітиною при черговому мітозі, якщо він не має центроміру. Найчастіше такий фрагмент прикріплюється до однієї з хромосом – транслокації. Нерідко дві пошкоджені негомологічні хромосоми взаємно обмінюються ділянками, що відірвалися - ре-ципрокна транслокація (рис. 3.57). Можливе приєднання фрагмента до своєї хромосоми, але в новому місці -транспозиція (рис. 3.57). Таким чином, різні видиінверсій та транслокацій характеризуються зміною локалізації генів.
Хромосомні перебудови, як правило, проявляються у зміні морфології хромосом, що можна спостерігати у світловому мікроскопі. Метацентричні хромосоми перетворюються на субметацентричні та
акроцентричні та навпаки (рис. 3.58), з'являються кільцеві та поліцентричні хромосоми (рис. 3.59). p align="justify"> Особливу категорію хромосомних мутацій представляють аберації, пов'язані з центричним злиттям або поділом хромосом, коли дві негомологічні структури об'єднуються в одну - робертсонівська транслокація,або одна хромосома утворює дві самостійні хромосоми (рис. 3.60). При таких мутаціях не тільки з'являються хромосоми з новою морфологією, але змінюється їх кількість у каріотипі.
Мал. 3.58. Зміна форми хромосом внаслідок перицентричних інверсій
Мал. 3.59. Утворення кільцевих (I) та поліцентричних (II) хромосом
Мал. 3.60. Хромосомні перебудови, пов'язані з центричним злиттям або поділом хромосом, є причиною зміни числа хромосому каріотипі
Мал. 3.61. Петля, що утворюється при кон'югації гомологічних хромосом, які несуть нерівноцінний спадковий матеріал у відповідних ділянках внаслідок хромосомної перебудови
Описані структурні зміни хромосом, як правило, супроводжуються зміною генетичної програми, одержуваної клітинами нового покоління після поділу материнської клітини, оскільки змінюється кількісне співвідношення генів (при поділах та дуплікаціях), змінюється характер їхнього функціонування у зв'язку зі зміною взаємного розташуванняу хромосомі (при інверсії та транспозиції) або з переходом до іншої групи зчеплення (при транслокації). Найчастіше такі структурні зміни хромосом негативно позначаються життєздатності окремих соматичних клітин організму, але особливо серйозні наслідки мають хромосомні перебудови, які у попередниках гамет.
Зміни структури хромосом у попередниках гамет супроводжуються порушенням процесу кон'югації гомологів у мейозі та їх подальшого розбіжності. Так, розподіл або дуплікація ділянки однієї з хромосом супроводжуються при кон'югації утворенням петлі гомологом, що має надлишковий матеріал (рис. 3.61). Реципрокна транслокація між двома
негомологічними хромосомами призводить до утворення при кон'югації не бівалента, а квадриваленту, в якому хромосоми утворюють фігуру хреста завдяки притягуванню гомологічних ділянок, розташованих у різних хромосомах (рис. 3.62). Участь у реципрокних транслокаціях більшого числа хромосом з утворенням полівалента супроводжується формуванням складніших структур при кон'югації (рис. 3.63).
Мал. 3.62. Утворення при кон'югації квадривалента з двох пар хромосом, що несуть реципрокну транслокацію.
Мал. 3.63. Освіта при кон'югації полівалента шістьма парами хромосом, що беруть участь
в реципрокних транслокаціях: I - кон'югація між парою
хромосом, які не несуть транслокацію; II - полівалент, що утворюється шістьма парами хромосом, що беруть участь
у транслокації
У у разі інверсії бівалент, що виникає у профазі I мейозу, утворює петлю, що включає взаємно інвертовану ділянку (рис. 3.64).
Кон'югація та подальша розбіжність структур, утворених зміненими хромосомами, призводить до появи нових хромосомних перебудов. В результаті гамети, отримуючи неповноцінний спадковий матеріал, не здатні забезпечити формування нормального організму нового покоління. Причиною цієї є порушення співвідношення генів, що входять до складу окремих хромосом, та їх взаємного розташування.
Однак, незважаючи на несприятливі, як правило, наслідки хромосомних мутацій, іноді вони виявляються сумісними з життям клітини та організму та забезпечують можливість еволюції структури хромосом, що лежить в основі біологічної еволюції. Так, невеликі за розміром розподілі можуть зберігатися в гетерозиготному стані у ряді поколінь. Менш шкідливими, ніж
розподіл, є дуплікації, хоча великий обсяг матеріалу в збільшеній дозі (понад 10% геному) призводить до загибелі організму.
Мал. 3.64. Кон'югація хромосом при інверсіях:
I - парацентрична інверсія в одному з гомологів; II - перидентрична інверсія в одному з гомологів
Нерідко життєздатними виявляються робертсонівські транслокації, які часто не пов'язані зі зміною обсягу. спадкового матеріалу. Цим можна пояснити варіювання числа хромосом у клітинах організмів близькоспоріднених видів. Наприклад, у різних видів дрозофіли кількість хромосом у гаплоїдному наборі коливається від 3 до 6, що пояснюється процесами злиття та поділу хромосом. Можливо, суттєвим моментом у появі виду Homo sapiens були структурні зміни хромосом у мавпоподібного предка. Встановлено, що два плечі великої другої хромосоми людини відповідають двом різним хромосомам сучасних людиноподібних мавп (12-й та 13-й - шимпанзе, 13-й та -14-й -горили та орангутану). Ймовірно, ця людська хромосомаутворилася в результаті центричного злиття на кшталт робертсонівської транслокації двох мавпячих хромосом.
До суттєвого варіювання морфології хромосом, що лежить в основі їхньої еволюції, призводять транслокації, транспозиції та інверсії. Аналіз хромосом людини показав, що його 4, 5, 12 і 17 хромосоми відрізняються від відповідних хромосом шимпанзе перицентричними інверсіями.
Таким чином, зміни хромосомної організації, що найчастіше надають несприятливий вплив на життєздатність клітини та організму, з певною ймовірністю можуть бути перспективними, успадковуватись у ряді поколінь клітин та організмів та створювати передумови для еволюції хромосомної організації спадкового матеріалу.
Незважаючи на еволюційно відпрацьований механізм збереження постійної фізико-хімічної та морфологічної організації хромосом у ряді клітинних поколінь, ця організація може змінюватись. В основі зміни структури хромосом, як правило, лежать початкові зміни їхньої цілісності - розриви, що призводять до різного роду перебудов. Хромосомні перебудовиназиваються хромосомними мутаціямиабо хромосомними абераціями.
З одного боку, розриви відбуваються закономірно у мейозі у зв'язку з кросинговером та супроводжуються обміном взаємовідповідними ділянками між гомологічними хромосомами. Порушення ходу кросинговера, що призводять до обміну кількісно нерівнозначними ділянками спадкового матеріалу (ДНК), призводить до утворення нових за генним складом груп зчеплення, що характеризуються або втратою (Делеція),або подвоєнням (дуплікація)певних сайтів (нуклеотидних послідовностей, генів). З іншого боку, розриви хромосом можуть викликатись впливом на них мутагенів. Найчастіше у ролі мутагенів виступають фізичні чинники (іонізуючі випромінювання), хімічні сполуки, віруси. Іноді порушення структурної цілісності хромосоми супроводжується поворотом ділянки між двома розривами на 180° з подальшим вбудовуванням цієї ділянки в хромосому. інверсія.Залежно від того, включає ділянку центроміру, що інвертується, чи ні, розрізняють відповідно перицентричніі парацентричні інверсії.Якщо ділянка, що відокремилася від хромосоми внаслідок її розриву, позбавлена центроміру, вона може бути втрачена клітиною при черговому мітозі. Нерідко, однак, така ділянка прикріплюється до іншої хромосоми. транслокація.Часто дві пошкоджені негомологічні хромосоми обмінюються ділянками, що відокремилися від них. реци-прокна транслокація.Якщо ділянка, що відірвалася, приєднується до своєї ж хромосоми, але в новому місці, говорять про транспозиції(Рис. 4.9). Відомі приклади транслокацій цілих хромосом. Так синдром Дауна має кілька цитогенетичних форм. В одній частині пацієнтів з цим синдромом визначаються три окремих хромосоми 21,
Мал. 4.9.Види хромосомних перебудов
в іншій частині «зайва» хромосома 21 транслокована на іншу хромосому (така хромосома набуває незвичайно великих розмірів і змінює форму, див. рис. 4.24).
Очевидно, що інверсії та транслокації ведуть до зміни локалізації відповідних нуклеотидних послідовностей (генів, сайтів).
Хромосомні аберації (мутації, перебудови) зазвичай виявляється у зміні морфології хромосом, що можна спостерігати з допомогою мікроскопа (цитогенетичний метод генетичного аналізу). Метацентричні хромосоми стають субметацентричними та/або акроцентричними і, навпаки, виникають кільцеві та поліцентричні хромосоми (рис. 4.10, 4.11). Особлива категорія хромосомних мутацій - аберації, пов'язані з центричним злиттям чи розподілом хромосом. У таких випадках дві негомологічні хромосоми «об'єднуються» в одну - робертсонівська транслокація,або з однієї хромосоми утворюються дві самостійні (рис. 4.12). При мутаціях описаного типу з'являються хромосоми з новою морфологією, може змінюватись число хромосом у каріотипі.
Хромосомні мутації зазвичай супроводжуються змінами в генетичній програмі, що успадковується дочірніми клітинами після поділу материнської. При делеціях та дуплікаціях порушується кількість відповідних сайтів (генів) у бік зменшення або збільшення, тоді як при інверсіях, транспозиціях та транслокаціях змінюють-
Мал. 4.10.Зміна форми хромосом внаслідок перицентричних інверсій
Мал. 4.11.Утворення кільцевих (I) та поліцентричних (II) хромосом
Мал. 4.12.Хромосомні перебудови, пов'язані з центричним злиттям або розподілом хромосом. Є причиною зміни числа хромосом у каріотипі.
ся або умови і, таким чином, характер функціонування у зв'язку зі зміною взаєморозташування нуклеотидних послідовностей (генів, сайтів) у хромосомі, або склад груп зчеплення. Найчастіше структурні перебудови хромосом соматичних клітин позначаються
на їхній життєздатності негативно (Соматичні хромосомні
мутації).Нерідко такі перебудови вказують на можливість малингізації. Серйозні наслідки мають хромосомні аберації в клітинах-попередницях статевих клітин (генеративні хромосомні мутації),що нерідко супроводжується порушенням кон'югації гомологічних хромосом та їх нерозбіжністю у дочірні клітини у мейозі. Делеції та дуплікації ділянки однієї з гомологічних хромосом супроводжуються при кон'югації утворенням гомологом петлі з кількісно нерівноцінним спадковим матеріалом (рис. 4.13). Реципрокні транслокації між двома негомологічними хромосомами призводять при кон'югації до виникнення не бівалента, а квадриваленту з утворенням завдяки взаємному притягуванню гомологічних ділянок, розташованих у різних хромосомах, фігури хреста (рис. 4.14). Участь у реципрокних транслокаціях не двох, а більшого числа хромосом з виникненням не квадриваленту, а поливалента призводить до формування при кон'югації складніших структур (рис. 4.15). При інверсіях бівалент, що виникає у профазі I мейозу, утворює петлю, що включає взаємно інвертовану ділянку (рис. 4.16).
Кон'югація та подальша розбіжність структур, утворених зміненими хромосомами, сприяють появі нових хромосомних перебудов. В результаті гамети, отримуючи неповноцінний спадковий матеріал, не здатні забезпечити нормальний розвиток особи нового покоління.
Незважаючи на несприятливі наслідки генеративних хромосомних мутацій, в тих випадках, коли вони виявляються сумісними з розвитком і життям організму, такі мутації через еволюцію
Мал. 4.13.Петля, що утворюється при кон'югації гомологічних хромосом, які несуть нерівноцінний спадковий матеріал у відповідних ділянках внаслідок хромосомної аберації
Мал. 4.14.Утворення при кон'югації квадривалента з двох пар хромосом, що несуть реципрокну транслокацію
Мал. 4.15.Освіта при кон'югації полівалента шістьма парами хромосом, що беруть участь у реципрокних транслокаціях: I - кон'югація між парою хромосом, які не несуть транслокацію; II - полівалент, утворений шістьма парами хромосом, що беруть участь у транслокації
Мал. 4.16.Кон'югація хромосом при інверсіях: I – парацентрична інверсія в одному з гомологів; II – перицентрична інверсія в одному з гомологів
структури хромосом ефективно сприяють біологічній еволюції (видоутворенню) Навіть делеції, якщо вони незначні за розмірами, зберігаються в гетерозиготному стані серед поколінь. Менш шкідливі, порівняно з делеціями, дуплікації, хоча якщо збільшення кількості спадкового матеріалу значно (10% і більше), організм, як правило, нежиттєздатний. Робертсонівські транслокації зазвичай сумісні з життям через те, що вони не пов'язані зі змінами кількості спадкового матеріалу. Це, певне, було «використано» на користь еволюції. Про ймовірність цього свідчать відмінності числа хромосом у клітинах організмів близькоспоріднених видів, які пояснюються злиттям чи поділом хромосом. Так, у різних видів плодових мух (дрозофіла) кількість хромосом у гаплоїдних наборах варіює від 3 до 6. Про можливу роль хромосомних перебудов на рівні мавпоподібного предка в еволюції людини див. п. 4.3.2.
Всі мутації, пов'язані зі зміною числа та структури хромосом, можна поділити на три групи:
· хромосомні аберації, обумовлені зміною структури хромосом,
· Геномні мутації, обумовлені зміною числа хромосом,
· Міксоплоїдії-мутації, обумовлені наявністю різних за хромосомними наборами клонів клітин.
Хромосомні аберації. Хромосомні аберації (хромосомні мутації) – це зміни у структурі хромосом. Є, як правило, наслідком нерівного кросинговеру при мейозі. До хромосомних аберацій наводять також розриви хромосом, спричинені іонізуючою радіацією, деякими хімічними мутагенами, вірусами та ін мутагенними факторами. Хромосомні аберації можуть бути незбалансованими та збалансованими.
При незбалансованих мутаціях відбувається втрата чи збільшення генетичного матеріалу, змінюється кількість генів чи його активність. Це призводить до зміни фенотипу.
Хромосомні перебудови, які призводять до зміни генів чи його активності і змінюють фенотип, називаються збалансованими. Однак, хромосомна аберація порушує кон'югацію хромосом та кросинговер при мейозі, що призводить до появи гамет з незбалансованими хромосомними мутаціями. У носіїв збалансованих хромосомних аберацій може бути безпліддя, висока частота спонтанних абортів, високий ризик народження дітей із хромосомними хворобами.
Виділяють такі типи хромосомних мутацій
1. Делеція, або нестача - втрата ділянки хромосоми.
2. Дуплікація – подвоєння ділянки хромосоми.
3. Інверсія – поворот ділянки хромосоми на 180 0 (в одній із ділянок хромосоми гени розташовані в послідовності, зворотній порівняно з нормальною). Якщо в результаті інверсії не змінюється кількість хромосомного матеріалу і немає ефекту, то індивіди фенотипно здорові. Часто трапляється перицентрична інверсія 9 хромосоми, яка не призводить до зміни фенотипу. При інших інверсіях можуть порушуватися кон'югація та кросинговер, що призводить до розривів хромосом та утворення незбалансованих гамет.
4. Кільцева хромосома виникає при втраті двох тіломерних фрагментів. "Липкі" кінці хромосоми з'єднуються, утворюючи кільце.
Ця мутація може бути як збалансованою, так і незбалансованою (залежно від об'єму хромосомного матеріалу, що втрачається).
5. Ізохромосоми - втрата одного плеча хромосоми та дуплікація іншого. В результаті утворюється метацентрична хромосома, що має два однакові плечі. Найчастіше зустрічається ізохромосома за довгим плечем Х – хромосоми. Каріотип записують: 46, Х, i (Xq). Ізохромосома Х спостерігається у 15% всіх випадків синдрому Шерешевського-Тернера.
6. Транслокація - перенесення ділянки хромосоми на негомологічну хромосому, до іншої групи зчеплення. Виділяють кілька типів транслокацій:
а) Реципрокні транслокації – взаємний обмін ділянками між двома негомологічними хромосомами.
У популяціях частота реципрокних транслокацій становить 1:500. З нез'ясованих причин частіше зустрічається реципрокна транслокація, що залучає довгі плечі 11 та 22 хромосом. У носіїв збалансованих реципрокних транслокацій часто спостерігаються спонтанні аборти або народження дітей із множинними вродженими вадами розвитку. Генетичний ризик у носіїв таких транслокацій коливається від 1 до 10%.
б) Нереципрокние транслокації (транспозиції) – переміщення ділянки хромосоми або всередині тієї ж хромосоми або в іншу хромосому без взаємного обміну.
в) Особливий вид транслокацій – робертсонівські транслокації (або центричні злиття).
Спостерігається між будь-якими двома акроцентричними хромосомами групи Д (13,14 і 15 пари) і G (21 і 22 пари). При центричному злитті дві гомологічні або негомологічні хромосоми втрачають короткі плечі та одну центроміру, довгі плечі з'єднуються. Замість двох хромосом утворюється одна, що містить генетичний матеріал довгих плечей двох хромосом. Таким чином, носії робертсонівських транслокацій здорові, але у них підвищена частота спонтанних абортів та високий ризик народження дітей із хромосомними хворобами. Частота робертсонівських транслокацій у популяції становить 1:1000.
Іноді один із батьків є носієм збалансованої транслокації, при якій спостерігається центричне злиття двох гомологічних хромосом групи D або G. У таких людей утворюється два типи гамет. Наприклад, при транслокації 21q21q утворюються гамети:
2) 0 – тобто. гамета без хромосоми 21
Після запліднення нормальною гаметою утворюється два типи зигот: 1) 21, 21q21q – транслокаційна форма синдрому Дауна, 2) 21,0 – моносомія 21хромосоми, летальна мутація. Імовірність народження хворої дитини становить 100%.
Р 21q21q х 21,21
здоровий носій норма
збалансованою
Гамети 21/21; 0 21
F 1 21,21q21q 21,0
синдром Дауна летальна
7. Центричне поділ - явище, обернене до центрічного злиття. Одна хромосома поділяється на дві.
Делеції та дуплікації змінюють кількість генів в організмі. Інверсії, транслокації, транспозиції змінюють розташування генів у хромосомах.
9. Маркерна хромосома - це додаткова хромосома (вірніше фрагмент будь-якої хромосоми з центроміром). Зазвичай має вигляд дуже короткої акроцентричної хромосоми, рідше – кільцеподібної. Якщо маркерна хромосома містить лише гетерохроматин, то фенотип не змінюється. Якщо ж вона містить еухроматин (гени, що експресуються), то це пов'язано з розвитком хромосомної хвороби (аналогічно дуплікації будь-якої ділянки хромосоми).
Значення хромосомних мутацій у еволюції.Хромосомні мутації грають велику роль еволюції. У процесі еволюції відбувається активна перебудова хромосомного набору за допомогою інверсій, робертсонівських транслокацій та інших. Чим далі один від одного відстоять організми, тим більше відрізняється їх хромосомний набір.
Геномні мутаціїГеномні мутації – це зміна числа хромосом. Розрізняють два види геномних мутацій:
1) поліплоїдію,
2) гетероплоїдію (анеуплоїдію).
Поліплоїдія- Збільшення числа хромосом на величину, кратну гаплоїдного набору (3n, 4n ...). У людини описана триплоїдія (3n=69 хромосом) та тетраплоідія (4n=92 хромосоми).
Можливі причини формування поліплоїдії.
1) Поліплоїдія може бути наслідком нерозбіжності всіх хромосом при мейозі в одного з батьків У результаті утворюється диплоїдна статева клітина (2n). Після запліднення нормальною гаметою сформується триплоїд (3n).
2) Запліднення яйцеклітини двома сперматозоїдами (диспермія).
3) Можливе також злиття диплоїдної зиготи з направним тільцем, що призводить до формування триплоїдної зиготи.
4) Може спостерігатися соматична мутація - нерозбіжність всіх хромосом при розподілі клітин ембріона (порушення мітозу). Це призводить до появи тетраплоїду (4n) - повної або мозаїчної форми.
Триплоїдія (рис.___) є частою причиноюспонтанних абортів. У новонароджених це надзвичайно рідкісне явище. Більшість триплоїдів гинуть невдовзі після народження.
Триплоїди, що мають два хромосомні набори батька і один хромосомний набір матері, як правило, формують занесення міхура. Це ембріон, у якого формуються позазародкові органи (хоріон, плацента, амніон), а ембріобласт практично не розвивається. Пухирні замети абортуються, Можливо формування злоякісної пухлини хоріону - хоріокарциноми. У поодиноких випадках ембріобласт формується і вагітність закінчується народженням нежиттєздатного триплоїду з множинними вродженими вадами розвитку. Характерно в таких випадках збільшення маси плаценти та кістозне переродження ворсин хоріону.
У триплоїдів, що мають два хромосомні набори матері та один хромосомний набір батька, розвивається переважно ембріобласт. Розвиток позазародкових органів порушено. Тому такі триплоїди рано абортуються.
На прикладі триплоїдів спостерігається різна функціональна активність батьківського та материнського геномів у ембріональному періоді розвитку. Таке явище отримало назву геномного імпринтингу. Загалом, слід зазначити, що для нормального ембріонального розвитку людини абсолютно необхідний геном матері та геном батька. Партеногенетичний розвиток людини (та інших ссавців) неможливий.
Тетраплоідія (4n) – надзвичайно рідкісне явище в людини. Здебільшого виявлено у матеріалах спонтанних абортів.
Гетероплоїдія (або анеуплоїдія) - збільшення чи зменшення числа хромосом на 1,2 або більша кількість. Види гетероплоїдії: моносомія, нулісомія, полісомія (три-, тетра-, пентасомія).
а) Моносомія – відсутність однієї хромосоми (2n-1)
б) Нулісомія – відсутність однієї пари хромосом (2n-2)
в)Трисомія - одна зайва хромосома (2n+1)
г)Тетрасомія - дві зайві хромосоми (2n+2)
д) Пентасомія – три зайві хромосоми (2n+3)
Мутаційна мінливість виникає у разі появи мутацій - стійких змін генотипу (тобто молекул днк), які можуть зачіпати цілі хромосоми, їх частини чи окремі гени.
Мутації можуть бути корисними, шкідливими чи нейтральними. Відповідно до сучасної класифікації мутації прийнято ділити такі групи.
1. Геномні мутації - пов'язані із зміною числа хромосом. Особливу цікавість представляє ПОЛИПЛОИДИЯ - кратне збільшення числа хромосом, тобто. замість 2n хромосомного набору з'являється набір 3n,4n,5n і більше. Виникнення поліплоїдії пов'язане з порушенням механізму поділу клітин. Зокрема, нерозбіжність гомологічних хромосом під час першого поділу мейозу призводить до появи гамет з 2n набором хромосом.
Поліплоїдія широко поширена у рослин та значно рідше у тварин (аскарид, шовкопряда, деяких земноводних). Поліплоїдні організми, як правило, характеризуються більшими розмірами, посиленим синтезом органічних речовин, що робить їх особливо цінними для селекційних робіт.
Зміна числа хромосом, пов'язана з додаванням або втратою окремих хромосом, називається анеуплоїдією. Мутацію анеуплоїдії можна записати як 2n-1, 2n+1, 2n-2 і т.д. Анеуплоїдія властива всім тваринам та рослинам. У людини низка захворювань пов'язана саме з анеуплоїдією. Наприклад, хвороба Дауна пов'язана з наявністю зайвої хромосоми у 21 парі.
2. Хромосомні мутації - це перебудови хромосом, зміна їхньої будови. Окремі ділянки хромосом можуть губитися, подвоюватись, змінювати своє становище.
Схематично це можна показати так:
ABCDE нормальний порядок генів
ABBCDE подвоєння ділянки хромосоми
ABDE втрата однієї ділянки
ABEDC поворот ділянки на 180 градусів
ABCFG обмін ділянками з негомологічною хромосомою
Як і геномні мутації, хромосомні мутації грають величезну роль еволюційних процесах.
3. Генні мутаціїпов'язані зі зміною складу чи послідовності нуклеотидів ДНК у межах гена. Генні мутації найважливіші серед усіх категорій мутацій.
Синтез білка заснований на відповідності розташування нуклеотидів у гені та порядку амінокислот у молекулі білка. Виникнення генних мутацій (зміна складу та послідовності нуклеотидів) змінює склад відповідних білків-ферментів та в результаті до фенотипічних змін. Мутації можуть зачіпати всі особливості морфології, фізіології та біохімії організмів. Багато спадкових хвороб людини також зумовлені мутаціями генів.
Мутації в природних умовах трапляються рідко - одна мутація певного гена на 1000-100 000 клітин. Але мутаційний процес відбувається постійно, йде постійне накопичення мутацій у генотипах. А якщо врахувати, що кількість генів в організмі велика, то можна сказати, що в генотипах всіх живих організмів є значна кількість генних мутацій.
Мутації – це найбільший біологічний фактор, що зумовлює величезну спадкову мінливість організмів, що дає матеріал для еволюції.
Причинами мутацій можуть бути як природні порушення в метаболізмі клітин (спонтанні мутації), так і дія різних факторівдовкілля (індуковані мутації). Чинники, що викликають мутації, називають мутагенами. Мутагенами можуть бути фізичні фактори - радіація, температура.
Господарська діяльність людини принесла в біосферу безліч мутагенів.
Більшість мутацій несприятливі для життя особини, але іноді виникають такі мутації, які можуть становити інтерес для вчених-селекціонерів. Нині створено методи спрямованого мутагенезу.
1. За характером зміни фенотипу мутації можуть бути біохімічними, фізіологічними, анатомо-морфологічними.
2. За рівнем пристосовності мутації поділяються на корисні та шкідливі. Шкідливі – можуть бути летальними та викликати загибель організму ще в ембріональному розвитку.
Найчастіше мутації шкідливі, тому що ознаки в нормі є результатом відбору і адаптують організм до довкілля. Мутація завжди змінює адаптацію. Ступінь її корисності чи марності визначається часом. Якщо мутація дає можливість організму краще пристосуватися, дає новий шанс вижити, вона "підхоплюється" відбором і закріплюється в популяції.
3. Мутації бувають прямі та зворотні. Останні зустрічаються набагато рідше. Зазвичай пряма мутація пов'язані з дефектом функції гена. Імовірність вторинної мутації у зворотний бік у тій точці дуже мала, частіше мутують інші гени.
Мутації частіше рецесивні, оскільки домінантні виявляються відразу і легко "відкидаються" відбором.
4. За характером зміни генотипу мутації поділяються на генні, хромосомні та геномні.
Генні, або точкові, мутації - зміна нуклеотиду в одному гені в молекулі ДНК, що призводить до утворення аномального гена, а отже, аномальної структури білка та розвитку аномальної ознаки. Генна мутація – це результат "помилки" при реплікації ДНК.
Результатом генної мутації у людини є такі захворювання, як серповидноклітинна анемія, фенілкетонурія, дальтонізм, гемофілія. Внаслідок генної мутації виникають нові алелі генів, що має значення для еволюційного процесу.
Хромосомні мутації – зміни структури хромосом, хромосомні перебудови. Можна виділити основні типи хромосомних мутацій:
а) делеція – втрата ділянки хромосоми;
б) транслокація - перенесення частини хромосом на іншу негомологічну хромосому, як наслідок - зміна групи зчеплення генів;
в) інверсія – поворот ділянки хромосоми на 180°;
г) дуплікація – подвоєння генів у певній ділянці хромосоми.
Хромосомні мутації призводять до зміни функціонування генів і мають значення еволюції виду.
Геномні мутації – зміни числа хромосом у клітині, поява зайвої чи втрата хромосоми як результат порушення у мейозі. Кратне збільшення числа хромосом називається поліплоїдією (Зп, 4/г тощо). Цей вид мутації найчастіше зустрічається у рослин. Багато культурних рослин поліплоїдні по відношенню до диких предків. Збільшення хромосом на одну-дві тварин призводить до аномалій розвитку або загибелі організму. Приклад: синдром Дауна у людини - трисомія по 21 парі, всього в клітині 47 хромосом. Мутації можуть бути отримані штучно за допомогою радіації, рентгенівських променів, ультрафіолету, хімічних агентів, теплового впливу.
Закон гомологічних рядів Н.І. Вавілова. Російський учений-біолог Н.І. Вавілов встановив характер виникнення мутацій у близькоспоріднених видів: "Пологи і види, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм в інших видів та пологів".
Відкриття закону полегшило пошуки спадкових відхилень. Знаючи мінливість та мутації в одного виду, можна передбачити можливість їх появи і у родинних видів, що має значення у селекції.
Мутації – це зміни в ДНК клітини. Виникають під впливом ультрафіолету, радіації (рентгенівських променів) тощо. Передаються у спадок, служать матеріалом для природного відбору.
Генні мутації- Зміна будови одного гена. Це зміна у послідовності нуклеотидів: випадання, вставка, заміна тощо. Наприклад, заміна А на Т. Причини – порушення при подвоєнні (реплікації) ДНК. Приклади: серповидноклітинна анемія, фенілкетонурія.
Хромосомні мутації- Зміна будови хромосом: випадання ділянки, подвоєння ділянки, поворот ділянки на 180 градусів, перенесення ділянки на іншу (негомологічну) хромосому і т.п. Причини - порушення при кросинговері. Приклад: синдром котячого крику.
Геномні мутації- Зміна кількості хромосом. Причини – порушення при розбіжності хромосом.
- Поліплоїдія- кратні зміни (у кілька разів, наприклад, 12 → 24). У тварин не зустрічається, рослин призводить до збільшення розміру.
- Анеуплоїдія- Зміни на одну-дві хромосоми. Наприклад, одна зайва двадцять перша хромосома призводить до синдрому Дауна (при цьому загальна кількість хромосом – 47).
Цитоплазматичні мутації- Зміни в ДНК мітохондрій і пластид. Передаються лише з жіночої лінії, т.к. мітохондрії та пластиди зі сперматозоїдів у зиготу не потрапляють. Приклад у рослин - строкатість.
Соматичні- мутації в соматичних клітинах (клітинах тіла; може бути чотирьох вищезгаданих видів). При статевому розмноженні у спадок не передаються. Передаються за вегетативному розмноженніу рослин, при брунькаванні та фрагментації у кишковопорожнинних (у гідри).
Наведені нижче поняття, крім двох, використовуються для опису наслідків порушення нуклеотидів в ділянці ДНК, що контролює синтез білка. Визначте ці два поняття, які «випадають» з загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення первинної структури поліпептиду
2) розбіжність хромосом
3) зміна функцій білка
4) генна мутація
5) кросинговер
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні організми виникають у результаті
1) геномних мутацій
3) генних мутацій
4) комбінативної мінливості
Відповідь
Встановіть відповідність між характеристикою мінливості та її видом: 1) цитоплазматична; 2) комбінативна
А) відбувається при незалежній розбіжності хромосом у мейозі
Б) відбувається в результаті мутацій у ДНК мітохондрій
В) виникає внаслідок перехреста хромосом
Г) проявляється в результаті мутацій у ДНК пластид
Д) виникає при випадковій зустрічі гамет
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Синдром Дауна є результатом мутації
1) геномної
2) цитоплазматичної
3) хромосомний
4) рецесивний
Відповідь
1. Встановіть відповідність між характеристикою мутації та її видом: 1) генна, 2) хромосомна, 3) геномна
А) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
Б) зміна будови хромосом
В) зміна числа хромосом у ядрі
Г) поліплоїдія
Д) зміна послідовності розташування генів
Відповідь
2. Встановіть відповідність між характеристиками та типами мутацій: 1) генні, 2) геномні, 3) хромосомні. Запишіть цифри 1-3 у порядку, що відповідає буквам.
А) делеція ділянки хромосоми
Б) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
В) кратне збільшення гаплоїдного набору хромосом
Г) анеуплоїдія
Д) зміна послідовності генів у хромосомі
Е) випадання одного нуклеотиду
Відповідь
Виберіть три варіанти. Чим характеризується геномна мутація?
1) зміною нуклеотидної послідовності ДНК
2) втратою однієї хромосоми у диплоїдному наборі
3) кратним збільшенням числа хромосом
4) зміною структури синтезованих білків
5) подвоєнням ділянки хромосоми
6) зміною числа хромосом у каріотипі
Відповідь
1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Усі вони, крім двох, використовують для опису характеристик геномної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обмежена нормою реакції ознаки
2) число хромосом збільшено і кратно гаплоїдному
3) з'являється додаткова Х-хромосома
4) має груповий характер
5) спостерігається втрата Y-хромосоми
Відповідь
2. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення розходження гомологічних хромосом при розподілі клітини
2) руйнування веретена поділу
3) кон'югація гомологічних хромосом
4) зміна числа хромосом
5) збільшення числа нуклеотидів у генах
Відповідь
3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
2) кратне збільшення хромосомного набору
3) зменшення числа хромосом
4) подвоєння ділянки хромосоми
5) нерозбіжність гомологічних хромосом
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Рецесивні генні мутації змінюють
1) послідовність етапів індивідуального розвитку
2) склад триплетів у ділянці ДНК
3) набір хромосом у соматичних клітинах
4) будова аутосом
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Цитоплазматична мінливість пов'язана з тим, що
1) порушується мейотичний поділ
2) ДНК мітохондрій здатна мутувати
3) з'являються нові алелі в аутосомах
4) утворюються гамети, нездатні до запліднення
Відповідь
1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) втрата ділянки хромосоми
2) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
3) зменшення числа хромосом у каріотипі
4) поява додаткової Х-хромосоми
5) перенесення ділянки хромосоми на негомологічну хромосому
Відповідь
2. Всі наведені нижче ознаки, крім двох, використовуються для опису хромосомної мутації. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) число хромосом збільшилося на 1-2
2) один нуклеотид у ДНК замінюється на інший
3) ділянку однієї хромосоми перенесено на іншу
4) сталося випадання ділянки хромосоми
5) ділянку хромосоми перевернуто на 180°
Відповідь
3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовуються для опису хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) множення ділянки хромосоми у кілька разів
2) поява додаткової аутосоми
3) зміна послідовності нуклеотидів
4) втрата кінцевої ділянки хромосоми
5) поворот гена у хромосомі на 180 градусів
Відповідь
ФОРМУЄМО
1) подвоєння однієї і тієї ж ділянки хромосоми
2) зменшення числа хромосом у статевих клітинах
3) збільшення числа хромосом у соматичних клітинах
Виберіть один, найбільш правильний варіант. До якого виду мутацій відносять зміну структури ДНК у мітохондріях
1) геномної
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) комбінативною
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Ряболистість у нічної красуні та левового зіва визначається мінливістю
1) комбінативною
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) генетичної
Відповідь
1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик генної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обумовлена поєднанням гамет при заплідненні
2) обумовлена зміною послідовності нуклеотидів у триплеті
3) формується при рекомбінації генів при кросинговері
4) характеризується змінами всередині гена
5) формується при зміні нуклеотидної послідовності
Відповідь
2. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, є причинами генної мутації. Визначте ці два поняття, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) кон'югація гомологічних хромосом та обмін генами між ними
2) заміна одного нуклеотиду в ДНК на інший
3) зміна послідовності сполуки нуклеотидів
4) поява у генотипі зайвої хромосоми
5) випадання одного триплету в ділянці ДНК, що кодує первинну структуру білка
Відповідь
3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) заміна пари нуклеотидів
2) виникнення стоп-кодону всередині гена
3) подвоєння числа окремих нуклеотидів у ДНК
4) збільшення числа хромосом
5) втрата ділянки хромосоми
Відповідь
4. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) додавання одного триплету до ДНК
2) збільшення числа аутосом
3) зміна послідовності нуклеотидів у ДНК
4) втрата окремих нуклеотидів у ДНК
5) кратне збільшення числа хромосом
Відповідь
5. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, типові генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) виникнення поліплоїдних форм
2) випадкове подвоєння нуклеотидів у гені
3) втрата одного триплету у процесі реплікації
4) утворення нових алелей одного гена
5) порушення розбіжності гомологічних хромосом у мейозі
Відповідь
ФОРМУЄМО 6:
1) здійснюється перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу
2) виникає у процесі реплікації ДНК
3) відбувається випадання ділянки хромосоми
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні сорти пшениці – це результат мінливості
1) хромосомний
2) модифікаційної
3) генний
4) геномної
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Отримання селекціонерами сортів поліплоїдної пшениці можливе завдяки мутації.
1) цитоплазматичної
2) генний
3) хромосомний
4) геномної
Відповідь
Встановіть відповідність між характеристиками та мутаціями: 1) геномна, 2) хромосомна. Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
А) кратне збільшення числа хромосом
б) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
В) обмін ділянками негомологічних хромосом
Г) випадання центральної ділянкихромосоми
Д) подвоєння ділянки хромосоми
Е) неразова зміна числа хромосом
Відповідь
Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поява різних алелей одного гена відбувається у результаті
1) непрямого поділу клітини
2) модифікаційної мінливості
3) мутаційного процесу
4) комбінативної мінливості
Відповідь
Всі наведені нижче терміни, крім двох, використовуються при класифікації мутацій щодо зміни генетичного матеріалу. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) геномні
2) генеративні
3) хромосомні
4) спонтанні
5) генні
Відповідь
Встановіть відповідність між типами мутацій та їх характеристиками та прикладами: 1) геномні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) втрата або поява зайвих хромосом внаслідок порушення мейозу
Б) призводять до порушення функціонування гена
В) прикладом є поліплоїдія у найпростіших рослин
Г) подвоєння чи втрата ділянки хромосоми
Д) яскравим прикладом є синдром Дауна
Відповідь
Встановіть відповідність між категоріями спадкових хвороб та їх прикладами: 1) генні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) гемофілія
Б) альбінізм
в) дальтонізм
Г) синдром «котячого крику»
Д) фенілкетонурія
Відповідь
Знайдіть три помилки у наведеному тексті та вкажіть номери пропозицій з помилками.(1) Мутації – це випадково виниклі стійкі зміни генотипу. (2) Генні мутації – це результат «помилок», що виникають у процесі подвоєння молекул ДНК. (3) Геномні називають мутації, які ведуть до зміни структури хромосом. (4) Багато культурних рослин є поліплоїдами. (5) Поліплоїдні клітини містять одну-три зайві хромосоми. (6) Поліплоїдні рослини характеризуються більш потужним зростанням та великими розмірами. (7) Поліплоїдію широко використовують як у селекції рослин, так і в селекції тварин.
Відповідь
Проаналізуйте таблицю "Види мінливості". Для кожного осередку, позначеного буквою, виберіть відповідне поняття або відповідний приклад із запропонованого списку.
1) соматичні
2) генні
3) заміна одного нуклеотиду на інший
4) подвоєння гена на ділянці хромосоми
5) додавання чи випадання нуклеотидів
6) гемофілія
7) дальтонізм
8) трисомія у хромосомному наборі
Відповідь
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
Пошук
Ми можемо сповіщати вас про нові статті,