Что это такое хромосомная и геномная мутация

Причины

Для возникновения генетического дефекта необходим разрыв нити ДНК в двух местах. Отломленный фрагмент может вращаться, перемещаться или исчезать. В клеточном ядре работает система репарации (восстановления) ДНК – специальные белки «сшивают» поврежденные участки.

При этом сшиваемый фрагмент может быть возвращен не на свое место или располагаться в измененном положении. Следовательно, хромосомные мутации – это ошибки в работе систем восстановления генетического материала.

Доказано влияние биологических, химических и физических факторов на генетический аппарат человека. Некоторые аберрации возникают в результате воздействия определенных факторов окружающей среды. Однако большинство развивается независимо от природы мутагена.

Важно! Редко удается обнаружить непосредственные причины хромосомных мутаций, поэтому чаще говорят о факторах риска.

Биологические факторы

Нуклеотидные последовательности не являются чем-то стационарным и неизменным. В основе эволюции лежат мутации. Их возникновение связано со свойствами наследственного аппарата клеток организма или с влиянием паразитических организмов, способных влиять на ДНК.

Транспозоны – это фрагменты нуклеиновых кислот, которые способны перемещаться и копироваться. Большинство из них не кодируют белки. Поэтому их перемещения не оказывают влияние на метаболизм организма. Некоторые несут информацию о специфических аминокислотных последовательностях, что в случае изменений приводит к изменению свойств белка. Последствиями перемещений таких транспозонов могут быть заболевания, например:

• нейрофиброматоз I типа;
• гемофилия, связанная со снижением активности VIII фактора свёртывания;
• рак.

Считается, что вследствие мобильности транспозонов у живых организмов впервые возникла система специфического иммунитета, которая обеспечивает образование антител к вирусам, бактериям и другим болезнетворным организмам.

Это интересно! Урок биологии: сколько пар хромосом у нормального человека

Вирусы способны интегрировать (встраивать) свои гены в ДНК человека. Этим обеспечивается сохранение их жизни, так как система репликации макроорганизма создает множество копий вируса, которые в дальнейшем покидают первичное место расположения и заражают окружающие ткани. Некоторые вирусы (например, папилломавирус, вирусы кори, гриппа) вызывают повреждения ДНК, нарушают координацию работы наследственного аппарата.

Транспозоны

Химические факторы

Многие химические вещества способны повреждать последовательность нуклеиновых кислот в ДНК. Химические мутагены очень распространены: они используются в бытовой химии, пищевой промышленности, производстве, медицине. К наиболее агрессивным мутагенным соединениям относятся:

• колхицин,
• нитраты и нитриты,
• пестициды (альдрины, гексахлоран),
• пищевые добавки (ароматизаторы, усилители вкуса, красители),
• растворители и лакокрасочные изделия,
• медикаменты (цитостатики, иммунодепрессанты).

Обратите внимание! Одним из наиболее известных фактов влияния химических веществ на генетический аппарат является история использования талидомида беременными. Так называется препарат, который привел к формированию врожденных уродств развития почти у 12 тыс. детей в 60-х годах XX столетия.

Жертвы талидомида

Физические факторы

На строение наследственного аппарата оказывают влияние разнообразные физические факторы, механизм повреждающего действия которых не до конца понятен. Считается, что под влиянием этих факторов возникают разрывы между отдельными нуклеиновыми кислотами. Появляются ошибки в последовательности аминокислот, а в дальнейшем изменения свойств белков. К основным физическим мутагенам относятся:

• ионизирующая радиация (рентгеновское и гамма-излучение),
• продукты распада радиоактивных веществ (альфа-, бета-, гамма-, рентгеновское излучение),
• ультрафиолетовые лучи,
• экстремально низкие или высокие температуры.

Важно отметить, что любая хромосомная мутация может возникать под воздействием света видимого спектра. Это наблюдается у лиц со склонностью к фотосенсибилизации, на фоне приема некоторых лекарственных препаратов (антибиотики, мочегонные, антиаритмические, антидепрессанты) или при некоторых заболеваниях (псориаз, системная красная волчанка, острые вирусные заболевания).

Это интересно! Из чего состоит нуклеотид и что это такое; Как генетические процессы влияют на популяции.

Хромосомная мутация

Виды хромосомных мутаций

Существует несколько принципов классификации мутаций. Наиболее распространенной является классификация, основанная на уровне поражения наследственного аппарата:

• генные;
• хромосомные;
• геномные.

Виды мутаций

Данный принцип классификации условный, потому что при мутациях часто наблюдаются изменения на уровне генов и генома одновременно. Но для удобства выделяют только три вида.

Генный вид аберраций наиболее распространен. В том случае, если происходит изменение нормальной последовательности пар нуклеотидов в цепи ДНК, говорят о генных мутациях. Если произошло изменение лишь в одной паре, то это называется точечной перестройкой гена. В результате происходит изменение первичной структуры кодируемого белка. Довольно часто это не приводит к значительным нарушениям его функции. Но могут быть более серьёзные последствия хромосомных мутаций, когда развиваются заболевания.

Это интересно! Урок биологии: молекула АТФ – что это такое

Хромосомные мутации встречаются реже, однако в результате происходят более значительные изменения генетической информации. Примером хромосомной мутации может служить вариант синдрома Дауна, при котором происходит перенос участка 21-й на другие хромосомы (14, 15, 22 или Y).

Геномные мутации – наиболее крупные изменения наследственного аппарата, приводящие к изменению числа хромосом. В том случае, если происходит увеличение набора генома, говорят о полиплоидизации. В результате образуются клетки, которые содержат более двух наборов генетического материала. Когда изменяется количество отдельных хромосом, говорят об анеуплоидии. Есть несколько вариантов данного состояния:

• нуллисомия – в геноме полностью исчезает один тип хромосом (2n-2);
• моносомия – недостаток одной хромосомы (2n-1);
• трисомия – появление дополнительной гомологичной хромосомы (2n+1).

В здоровых клетках встречаются мутации, которые приводят к изменению числа хромосом. Нейроны головного и спинного мозга неспособны к делению. Однако отличаются высокой степенью пластичности (особенно это касается нервных клеток коры головного мозга). Они полиплоидны, что обеспечивает высокую интенсивность процессов трансляции.

Полезное видео: геномные и хромосомные мутации

Классификация аберраций

Хромосомные перестройки

Делеция – утрата участка хромосомы или гена. Чаще всего происходит потеря относительно небольших фрагментов, поэтому после рождения наблюдаются отклонения различной выраженности.

При исчезновении фрагментов значительной протяжённостью плод становится нежизнеспособным. Утрата участка хромосомы или гена, расположенного на конечной части, называется терминальной делецией. В центральной части – интеркалярной.

Синдром Лежена возникает при терминальной делеции длинного плеча пятой хромосомы. При этом синдроме наблюдаются нарушения функции дыхательной и сердечно-сосудистой систем, отставание в психомоторном развитии, широко расставленные глаза и специфическое изменение строения гортани. В связи с этим меняется голос. Крик напоминает мяуканье кота (отсюда второе название – синдром кошачьего крика).

Это интересно! Биология: какие органические вещества и соединения входят в состав клетки

Под дупликацией подразумевается удвоение участка хромосомы или гена. Независимо от количества копий подобные аберрации принято называть дупликацией. Возможны удвоения в пределах одной хромосомы и копирование участков на другие.

В норме удвоение участка хромосом, отвечающих за синтез рибосомальной РНК, наблюдается во всех тканях. Этот феномен назван избыточностью генов. В данном случае каких-либо отклонений в здоровье не наблюдается.

Инверсия – это поворот участка гена на 180°. Данный тип аберраций считается благоприятным, и многие его варианты рассматриваются как вариант нормы. Обусловлено это тем, что при инверсии не происходит утраты наследственной информации, и она никак не искажается.

Транслокация – перенос фрагмента ДНК с одной цепи на другую. Не стоит путать с межхромосомной дупликацией, при которой оригинал гена сохраняется на своем месте, а его копия появляется в другом. При транслокации происходит полный перенос генетического материала. Большая часть транслокаций протекает бессимптомно, но возможны патологические состояния.

Важно! При одновременном обмене участками между 9-й и 22-й хромосомами возникают изменения в работе красного костного мозга. В подавляющем большинстве случаев это становится причиной хронического миелобластного лейкоза.

Полезное видео: классификация мутаций

Вывод

Хромосомные мутации – сложная проблема современной биологии и медицины. Изучение этой темы позволит глубже понять эволюцию и происхождение человека, научиться лечить наследственные заболевания и улучшать качество жизни людям с врожденной патологией.