Генетични мутации - Генетични грешки Анатомия и физиология
Генетичният материал може да бъде повлиян и модифициран от влиянието на факторите на околната среда. Повечето от промените, които факторите на околната среда правят в генетичния материал, могат да бъдат обърнати чрез възстановяване на ДНК. Някои мутации обаче са постоянни, действието на факторите на околната среда не може да бъде блокирано от механизмите на генетичното възстановяване и генетичните мутации възникват с ефект върху човешките черти и как генетичната информация се предава от едно поколение на друго.
мутация е геномът, чрез който настъпват промени в структурата и функцията на генетичния материал под действието на т.нар мутагени. мутагенеза това е процесът, при който възникват мутации.
Мутацията се наследява от едно поколение на следващото.
Класификация на мутациите
Геномни мутации
полиплоидия
анеуплоидия
Хромозома в двойка хомоложни хромозоми може да отсъства или да се удвоява, следователно анеуплоидия означава промяна в броя на хромозомите (с една или две) плюс или минус. Може да засегне или автозоми, т.е. двойки 1-22 (автозомни анеуплоиди) или –XX или –XY гонозоми (хетерозомни анеуплоиди).
Анеуплоидия означава неточно умножение на броя на хромозомите в ядрото на клетката. Всяка нормална соматична клетка е подложена на явлението бипарентална дизомия (2n) поради факта, че има 23 двойки хромозоми, всяка двойка има хромозома от майчин произход и хромозома от бащин произход.
Варианти на анеуплоидия:
Нулизомия представлява липсата на двете хромозоми в съответната двойка (2n-2) и при хората е несъвместима с нормалния живот и развитие.
монозомия представлява липсата на единична хромозома в двойка (2n-1). Всички човешки монозомии, с изключение на тези, включващи полови хромозоми, са летални. Пример за гонозомна монозомия е синдром на Търнър (X монозомия).
тризомия представлява присъствието на допълнителна хромозома в двойка (2n + 1). Това е една от причините за спонтанен аборт, но има тризомии, съвместими с живота след раждането. Има и множество тризомии (2n + 1 + 1 + 1). Най-честите автозомни тризомии са: синдром на Даун, синдром на Патау, синдром на Едуардс, а най-честите гонозомни тризомии са: синдром на Triplo-X и синдром на Klinefelter.
Фенотипните ефекти на автозомната тризомия са по-тежки от тези на гонозомната тризомия.
Тетразомията (2n + 2) и пентасомията (2n + 3) са много редки и обикновено включват полови хромозоми.
Анеуплоидията може да бъде:
- Попълнете: липсва цяла хромозома или в човешкия кариотип има цяла свръхчислена хромозома
- частично: липсват или са в излишък само определени вариращи по размер хромозомни сегменти в двойка хомоложни хромозоми.
- хомогенно: всички клетки в тялото имат същия тип анеуплоидия.
- В мозайката: в същия организъм нормалните клетъчни линии съществуват едновременно с анеуплоидни клетъчни линии, независимо дали са автозомни или гонозомни.
Най-честата причина за анеуплоидия е неспособността за разделяне на хомоложни хромозоми по време на митоза или мейоза или невъзможност за отделяне на сестрински хроматиди по време на анафаза.
Хромозомна мозайка
Химера
Химерният индивид е онзи индивид, който има смес от различни хромозомни клетъчни линии и производни на различни зиготи. Те се появяват по време на вътрематочно развитие поради клетъчния обмен, който се осъществява между дизиготни близнаци.
Хромозомни мутации
изтриване
Дубликатори
инверсия
транслокация
Представлява структурното пренареждане, което настъпва след прехвърлянето на хромозомни сегменти между нехомологични хромозоми. Обикновено нехомологичните хромозоми не се подлагат на процеса на кръстосване, обменът на фрагменти се извършва само между хомолози. За да настъпи транслокация и да се осъществи обменът на генетичен материал, и двете участващи хромозоми трябва да претърпят поне едно разкъсване на едно от рамената. Когато настъпи балансирана транслокация, фенотипът носител не се променя, тъй като чрез обмен на хромозомни сегменти не се губи генетичен материал. Въпреки че няма ефект върху фенотипа на носителя, балансираната транслокация оказва влияние върху размножаването, тъй като може да доведе до генетично небалансирани гамети, които се оплождат с нормални гамети, което води до отклоняващи се зиготи. Следователно фенотипът на потомството претърпява сериозни промени.
Пръстенната хромозома
Izocromozomul
Дицентрични хромозоми
Те имат две центромери. Инактивирането на една от двете центромери обикновено се случва с нормалната миграция на тази хромозома по време на клетъчния цикъл. Ако обаче и двете центромери съществуват и са активни, те ще мигрират към противоположните полюси на клетката по време на деленето, като са свързани помежду си чрез хроматинов мост. Това води до хромозомни аномалии на носителя и потомството.
Генни мутации
Това са мутации, които засягат последователността на нуклеотидите или кодоните в структурата на гена. Тези мутации могат да повлияят изцяло на гена или само на определени двойки нуклеотиди. Последствията от тях са различни. Мутациите в структурните гени водят до синтеза на нови протеини, които са структурно и функционално различни от протеините, определени от нормалните варианти на тези гени. Мутациите в регулаторните гени променят активността на структурните гени и могат да променят качествено новосинтезирани протеини. Мутантните гени могат да бъдат предадени на потомството и се появяват различни заболявания.
Мутацията може да възникне навсякъде в гена, но е забелязано, че има определени места на гена с повишена чувствителност към мутации, които са били наречени "Горещи точки". Те се появяват поради вида на наличната азотна основа, като общата модифицираща база на тези места е 5-метилицитозин, произведен от действието на метилаза, ензим, който добавя метиловата група към пиримидиновата основа, наречена цитозин. Метилирането определя възможността двойка G-C да бъде заменена с двойка A-T.
Мутациите, произведени в ген, могат да бъдат:
- нем фенотипният им ефект не е очевиден
- неутрални замествания: представлява заместването на аминокиселина в структурата на протеина, произведен от мутантния ген, но това заместване не засяга фенотипната активност на гена
- директни мутации чийто ефект деактивира гена, позволявайки на мутантния алел да се изразява с появата на фенотипни промени.
Фенотипните ефекти на генните мутации могат да бъдат:
- появата на морфологични аномалии на отделния носител
- нарушаване на синтеза на протеини чрез нарушаване на клетъчната активност, в която те участват
- наследствени метаболитни заболявания
Генните мутации са автозомно или алозома и наследствен метаболизъм. примери:
Автозомни генни заболявания: синдактилия, полидактилия, прогнатизъм, албинизъм, сърповидно-клетъчна анемия.
Хетерозомни генни заболявания: хемофилия, цветна слепота, мускулна дистрофия на Дюшен.
Наследствени метаболитни заболявания: хемоглобинопатии, ензимопатии, фенилкетонурия, албинизъм.
ДНК мутации
Мутации, които се появяват в структурата на ДНК могат да бъдат спонтанен или индуцирана. Спонтанните мутации са доста редки и се основават на следните причини: грешки в репликацията на ДНК, спонтанни лезии, засягащи структурата на азотни основи и вмъкването на транспонируеми елементи в структурата на ДНК.
Индуцираните мутации се появяват, когато тялото е изложено на външен мутагенен агент, който има по-висока честота от спонтанните.
Видове ДНК мутации:
1. Преходът - пуринова или пиримидинова основа се заменя съответно с друга пуринова или пиримидинова основа
2. Превод представлява заместване на пуринова основа с пиримидинова основа или обратно
3. Изтриване - полинуклеотиден фрагмент от клетъчната структура на ДНК се изрязва, с модификация и промяна на непрекъснатостта на двойната спирала. Те могат да бъдат загубени от много малки фрагменти до хиляди нуклеотидни двойки.
4. Дублиране - нуклеотиден фрагмент в ДНК молекулата се удвоява чрез удължаване на съответния ДНК сегмент и промяна на структурата и непрекъснатостта на двойната спирала.
5. Усилване представлява тандемното умножение на ДНК последователност, която обикновено е уникална. Следователно, разширяването на тази последователност се извършва в хромозомната ДНК.
6. Добавяне или вмъкване представлява появата на допълнителни нуклеотиди в структурата на ДНК
Последиците от структурните промени на ДНК са следните:
- тиха мутация: модифицираният кодон кодира същата аминокиселина, която кодира, преди да настъпи мутацията
- неутрална мутация: мутантни кодони кодират различни, но функционално еквивалентни аминокиселини с аминокиселини, произведени преди мутация, поради което клетъчната функция не се променя радикално
- мутация с променено значение: модифицираният кодон кодира различна и нефункционална аминокиселина
- безсмислена мутация: мутантният кодон кодира сигнала за прекратяване на синтеза на полипептидна верига, като поема функцията STOP кодон. Следователно, различен протеин се получава от нормалния, с модифицираната функция, което води до модификация на функцията на клетката, в която съответният протеин се активира.
Тези мутации могат да предизвикат синтеза на неактивни протеини, незначителни или с намалена функция протеини или модифицирани протеини, което от своя страна ще промени активността на клетката, в която се намират.