Мейоз и его генетическая сущность

Самостоятельное значение имеет вопрос о регуляции активности генов в период эмбрионального развития. Считают, что в ходе дифференцировки гены действуют в разное время, что выражается в транскрипции в разных дифференцированных клетках разных мРНК, т. е. имеет место репрессия и дерепрессия генов. Например, количество генов, транскрибируемых в РНК в бластоцитах морского ежа, равно 10%, в клетках печени крыс — тоже 10%, а в клетках тимуса крупного рогатого скота — 15%. Предполагают, что в контроле транскрипционного статуса генов принимают участие негистоновые белки. В пользу этого предположения свидетельствуют следующие данные. Когда хроматин клеток в фазе транскрибируется в системе in vitro, то синтезируется только гистоновая мРНК, а вслед за нею и гистоны. Напротив, когда используют хроматин клеток из G1-фазы, то никакой гистоновой мРНК не синтезируется. Когда же негистоновые белки удаляются из хроматина G1-фазы и замещаются негис-тоновыми хромосомными белками, синтезированными в фазе S, то после транскрипции такого хроматина in vitro синтезируется гистоновая мРНК. Больше того, когда негистоновые белки происходят из G1-фазы клеток, а ДНК и гистоны из S-фазы клеток, никакой гистоновой мРНК не синтезируется. Эти результаты показывают, что содержащиеся в хроматине негистоновые белки определяют возможность транскрипции генов, кодирующих гистоны. Поэтому считают, что негистоновые хромосомные белки могут играть важную роль в регуляции и экспрессии генов у эукариот.

Имеющиеся данные позволяют считать, что в регуляции транскрипции у животных принимают участие белковые и стероидные гормоны. Белковый (инсулин) и стероидные (эстрогон и тестостерон) гормоны представляют собой две сигнальные системы, используемые в межклеточных коммуникациях. У высших животных гормоны синтезируются в специализированных секреторных клетках. Освобождаясь в кровяное русло, они поступают в ткани, поскольку молекулы белковых гормонов имеют относительно крупные размеры, то они не проникают в клетки. Поэтому их эффекты обеспечиваются белками-рецепторами, локализованными в мембранах клеток-мишеней, и внутриклеточными уровнями циклического АМФ (цАМФ). Напротив, стероидные гормоны являются малыми молекулами, вследствие чего легко проникают в клетки через мембраны. Оказавшись внутри клеток, они связываются со специфическими рецепторными белками, которые имеются в цитоплазме только клеток-мишеней. Как считают, комплексы гормон + белковый рецептор, концентрируясь в ядрах клеток-мишеней, активирует транскрипцию специфических генов через взаимодействие с определенными негистоновыми белками, которые связываются с промоторными районами специфических генов. Следовательно, связывание комплекса гормон + белок (белковый рецептор) с негистоновыми белками освобождает промоторные районы для движения РНК-полимеразы. Обобщая данные о генетическом контроле эмбрионального периода в онтогенезе организмов, можно заключить, что его ход контролируется дифференциальным включением и выключением действия генов в разных клетках (тканях) путем их дерепрессии и репрессии.

32.Мутационная  изменчивость у организмов, классификация  мутаций .

Виды мутаций: генные, хромосомные, геномные.

По изменению генетического материала мутации подразделяются на геномные, хромосомные и генные.

• Геномные мутации обусловлены изменениями количества хромосом, в связи с их нерасхождением при митозе или мейозе.
• Полиплоидия - увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору (3n, 4n, 5n ...):

 

• автоплоидия (увеличение числа хромосом одного генома);
• аллоплоидия (увеличение числа хромосом двух разных  геномов в одном организме, например, капустно-редечный гибрид);

Многие культурные растения полиплоиды (пшеница, рожь, свекла) - они имеют крупные листья, цветы, плоды и семена.

Полиплоидия для животных и человека летальна.

• Гетероплоидия - увеличение или уменьшение числа хромосом некратное гаплоидному набору:
• трисомия (2n+1) - синдром Дауна (по 21 паре хромосом);
• моносомия (2n-1) - синдром Шерешевского-Тернера (Х0);
• нуллисомия (2n-2) – особи нежизнеспособны.
• Хромосомные мутации - изменения структуры хромосом:

а)  внутрихромосомные:

• потеря участка хромосомы (делеция),
• удвоение фрагмента хромосомы (дупликация),
• поворот части хромосомы на 1800 (инверсия),

б) межхромосомные:

• перенос части одной хромосомы на негомологичную (транслокация).

Пример: синдром кошачьего крика (потеря участка 5-ой хромосомы).

• Генные мутации связаны с изменением структуры ДНК:
• добавление нуклеотидов,      приводят к сдвигу рамки
• выпадение нуклеотидов,       генетического кода
• замена нуклеотидов:

1.однотипная – пуриновое основание на пуриновое, или пиримидиновое на пиримидиновое;

2.разнотипная – пуриновое основание на пиримидиновое.

Пример: дальтонизм, гемофилия, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия.

Причиной генных мутаций является  нарушение нуклеотидной последовательности в и-РНК при транскрипции, что вызывает в свою очередь изменение последовательности аминокислот в полипептидной цепи (при трансляции). В результате – изменение белка и признака.

По причинам, их вызвавшим, мутации подразделяются на спонтанные и индуцированные.

Впервые индуцированные мутации были получены Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым (1925) при облучении грибов радием и Г. Меллером (1927) при облучении мух дрозофил R-лучами.

Спонтанные мутации - исходный материал для естественного отбора, а индуцированные - для искусственного. Элементарной единицей эволюции является популяция. В популяциях могут возникать доминантные и рецессивные мутации:

• если возникает доминантная мутация, то она сразу же имеет фенотипическое проявление и подвергается действию естественного отбора
• если возникает рецессивная мутация, то она долгое время не имеет фенотипического проявления, т. к. подавляется доминантным геном. И только после того, как в браке гетерозигот образуется рецессивная гомозигота, мутация начинает проявляться фенотипически и подвергается действию естественного отбора.

Мутации, способствующие приспособлению организма, поддерживаются и закрепляются естественным отбором, а мутации, снижающие приспособленность, - элиминируются (устраняются).

Индуцированные мутации широко используются в селекции для выведения новых пород животных и сортов растений.

Мутагенными называются факторы, которые многократно повышают частоту мутационного процесса.

Классификация мутагенных факторов:

• физические (рентгеновское и ионизирующее излучения, температура, УФЛ),
• химические (формалин, нитриты, нитраты, аналоги азотистых оснований, иприт, лекарства, алкоголь, никотин),
• биологические (вирусы, бактерии, токсины паразитов).

Эти факторы вызывают разнообразные изменения генетического материала:

• разрывы в молекулах ДНК,
• сшивки в молекулах ДНК,
• разрушают нити веретена деления,
• нарушают процесс кроссинговера,
• приводят к образованию в организме свободных радикалов.

 В последнее время  в н/х широко применяются различные химические соединения и радиоактивные вещества, которые являются мутагенами:

• в с/х - минеральные удобрения, инсектициды, пестициды,
• в промышленности - формалин, аммиак, кислоты, щелочи.

Они загрязняют гидро-, лито- и атмосферу, циркулируя в них, а также многократно повышают частоту мутационного процесса.

Т. к. большинство мутаций являются вредными, то складывается крайне неблагоприятная обстановка в популяциях человека - увеличивается аллергизация населения, отмечается рост злокачественных опухолей и наследственных заболеваний человека. 

Широкое использование радиоактивных веществ в мирных целях (для получения энергии на электростанциях, для диагностических и лечебных целей в медицине) иногда приводит к загрязнению окружающей среды радионуклидами, имеющими большие периоды полураспада (авария на ЧАЭС).

Мутагенным действием обладают некоторые продукты сжигания угля и нефти.

В настоящее время разрабатываются следующие меры по предупреждению загрязнения окружающей среды:

1. создание безотходных технологий и замкнутого цикла производства на промышленных предприятиях,
2. создание высокоэффективных очистных сооружений,
3. проверка продуктов на мутагенность,
4. разумное использование природных ресурсов.

Н а с л е д с т в е н н ы е  б о л е з н и  ч е л о в е к а.  Г е н н ы е  б о л е з н и

Связаны с изменением активности или полной блокадой некоторых ферментов. Результат – нарушения обмена веществ.

Н а р у ш е н и е  а м и н о к и с л о т н о г о  о б м е н а:

Альбинизм : молочный цвет кожи, очень светлые волосы, отсутствует пигмент в радужной оболочке глаза, повышенная чувствительность к солнечному свету.

Причина – дефект фермента тирозиназы, в результате – тирозин не превращается в меланин.

Фенилкетонурия: нарушения высшей нервной деятельности, умственная отсталость, микроцефалия.

Причина – дефект фермента фенилаланингидроксилазы – ФА не превращается в тирозин и накапливается в организме, превращаясь в фенилпировиноградную кислоту(ФПВК), ктр. является нейротропным ядом.

Дальтонизм: мутация генов, кодирующих красный, зеленый и синий пигменты (неразличение красного и зеленого цвета )..

Гемофилия: мутация гена, кодирующего белок, необходимый для свертывания крови (несвертывание крови ).

Х р о м о с о м н ы е   б о л е з н и – связаны с изменением числа (геномные) или структуры хромосом(хромосомные) .

Синдром Дауна (лишняя 21 хромосома): маленький нос с широкой плоской переносицей, раскосые глаза с эпикантусом, деформированные ушные раковины, полуоткрытый рот, низкий рост, умственная отсталость (частота рождения 1:500-700).

Синдром Кляйнфельтера (мужчины с генотипом ХХУ): евнуховидный тип сложения, недоразвитие первичных и вторичных половых признаков, психическое недоразвитие.

Синдром Шерешевского-Тернера (женщины с генотипом Х0): низкорослые, с крыловидной складкой на короткой шее, недоразвитие вторичных половых признаков, бесплодие, умственная отсталость.

Синдром “кошачьего крика” – связан с потерей концевого участка 5 хромосомы: специфический плач, умственное и физическое недоразвитие, микроцефалия, эпикант

Мутацией (лат. mutatio—перемена) называется изменение, обусловленное реорганизацией воспроизводящих структур, изменением ее генетического аппарата. Этим мутации резко отличаются от модификаций, не затрагивающих генотипа особи. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, что иногда резко отличает организм от исходной формы.

Растениеводам и животноводам такие изменения были известны давно. Ряд наследственных изменений описал Дарвин в труде «Изменение домашних животных и культурных растений» (1868). Мутационной изменчивости посвятил свои работы С. И. Коржинский (1899) и Г. де Фриз (1901). Последнему принадлежит термин «мутация».

В настоящее время известны мутации у всех классов животных, растений и вирусов. Существует много мутаций и у человека. Именно мутациями обусловлен полиморфизм человеческих популяций: различная пигментация кожи, волос, окраска глаз, форма носа, ушей, подбородка и т. д. В результате мутаций появляются и наследственные аномалии в строении тела, и наследственные болезни человека. С мутационной изменчивостью связана эволюция— процесс образования новых видов, сортов и пород. По характеру изменений генетического аппарата различают мутации, обусловленные: а) изменением числа хромосом (геномные) б) изменением структуры хромосом (хромосомные аберрации); в) изменением молекулярной структуры гена (генные, или точковые мутации).

Геномная изменчивость. Гаплоидный набор хромосом, а также совокупность генов, находящихся в гаплоидном наборе хромосом, названы геномом. Мутации, связанные с изменением числа хромосом, получили название геномных. К ним относятся полиплоидия и гетероплоидия (анэуплоидия).

Полиплоидия. Это увеличение диплоидного числа хромосом путем добавления целых хромосомных наборов в результате нарушения мейоза. Вспомним, что половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом (л), а для