Штучний мутагенез.

Випадання

Заміни

Генні, або точкові мутації

Генні мутації – стійкі зміни окремих генів. Становлять саму більшу й найбільш важливу частину мутацій (головна причина мінливості). Виникають внаслідок перестановки, випадання, вставки чи заміни окремих нуклеотидів в полінуклеотидному ряду.

Генні мутації по генотипу діляться:

- домінантні;

- рецесивні;

- с утворенням серії множинних алелей.

По фенотипу:

- напівлетальними;

- летальними;

- нейтральними;

- корисними (рідко).

За характером змін послідовності нуклеотидів генні мутації поділяють на:

1. Заміни (транзиції, трансверсії, місенсмутації, нонсенсмутації);

2. Випадання (вставки);

3. Перестановки.

Транзиції – це заміни однієї пуринової основи на іншу: А↔G, або однієї піримідинової на іншу: Т↔С.

Трансверсії – заміни пуринової на піримідинову, або навпаки: А↔Т, С↔G, А↔С, Т↔G.

Можливі такі наслідки цих змін:

1. Нейтральні мутації – смислове значення кодона не змінюється, бо в результаті утворюється триплет, який кодує одну й ту ж саму АК, тобто фенотип відновлюється, а генотип – ні.

2. Місенсмутації – внаслідок зміни нуклеотиду викривлюється зміст триплету, і на цьому місці стає інша АК.

3. Нонсенсмутації – виникають внаслідок значущої заміни одного нуклеотиду в кодоні, внаслідок чого виникає один з термінуючих кодонів: UAA, UAG, UGA. Замість значущого кодону виникає стоп-кодон і синтез обривається. Часто ці мутації мають летальні наслідки.

Внаслідок випадання відбувається зсув рамки зчитування. Залежить від:

- місця, якщо на початку, то ефект є більш суттєвим;

- від частини полінуклеотида, яка буде пошкоджена, якщо пошкоджений активний центр фермента – то більш суттєві пошкодження.

Цитоплазматичні мутації (ЦПМ):

-стабільні;

-передаються з покоління в покоління;

-важко виявляються, тому що однойменні органели (структури) зустрічаються у великій кількості.

Основні типи змін:

1. Втрата структур - необоротні зміни. Приклад. Втрата пластид у м/о.

2. Зміна структур. Приклад. Утворення дрібних дріжджів.

Цитоплазматичні мутації можуть бути:

-домінантними:

-рецесивними.

Частота виникнення ЦПМ мала. Прояв зворотніх ЦПМ не вивчений.

В 1925 р. Надсон і Філіпов показали вплив канаміцину на спадкову мінливість грибів.

В 1927р. Меллер показав вплив рентгенівських променів на спадковість у дрозофіли.

Експериментальний мутагенез – виникнення спадкових змін під впливом спрямованого впливу факторів зовнішнього й внутрішнього середовища.

Спонтанні мутації - виникнення спадкових змін без зовнішніх і внутрішніх спеціально спрямованих впливів.

Фактори впливу (мутагени) – це чинники, які здатні проникати в соматичні або зародкові клітини живих організмів і викликати мутації. Мутаген повинен легко проникати в клітину, при цьому життєздатність клітини повинна зберігатися, легко досягати ядра і впливати на структуру хромосом, або на процеси, що відбуваються в них.

Мутагени поділяються на:

1. Фізичні мутагени;

2. Хімічні мутагени;

3. Біологічні мутагени.

Фізичні мутагени:

1. Іонізуюче випромінювання (і.в.):

Електромагнітне

- рентненівске (р/г);

- гамма-промені (γ-випромінювання);

- космічні промені.

1.2. Корпускулярні:

- α -частки;

- β-частки;

- нейтрони.

Найбільш застосовні:

- р/г промені й γ -випромінювання. Вони перетворюють нейтрально заряджені атоми, молекули в заряджені частки, що веде до подальшого перетворення речовин до складу яких вони входять.

Вимір доз : 1 рентген; 1 радій.

У різних форм живих істот різна чутливість до іонізуючого випромінювання: від 10² до 10⁶р., людина – 700 р.

Ядро більш чутливіше до дії іонізуючого випромінювання в 10⁵ разів, чим цитоплазма.

Значний вплив і.в. на:

- інтерфазу клітинного розподілу на стадії подвоєння;

- незрілі статеві клітини.

Глибина поразки залежить від генотипу: ссавці менш стійкі, чим комахи.

Частота виникнення мутацій залежить від дози радіації (сумарного значення). Властивість адитивності.

де k - частота спонтанних мутацій; d - доза [Р]; α - імовірність виникнення мутацій у даного об'єкта в результаті опромінення його дозою 1 Рентгенів.

т. я.

В 1936 р. Тимофеєв-Ресовський сформулював теорію мішеней:

Іонізуюче випромінювання безпосередньо впливає на гени й хромосоми. Гени мутують незворотньо.

При проходженні і.в. через цитоплазму виникає велика кількість вільних радикалів, які можуть реагувати з хімічними компонентами хромосом - непрямий вплив.

Велике значення мають іони: Н⁺, ОН⁻, які утворяться в результаті електролізу води (радіаліз). У результаті їхньої взаємодії утворюються Н₂, Н₂О, Н₂О₂. Останній негативно впливає на генотип.

Кисневий ефект: при опроміненні і.в. в атмосфері багатій на О₂ відбувається більша кількість мутацій.

Зростання частоти мутацій зі збільшенням дози радіації відбувається до певної межі вище якого частота знижується в результаті летальності.

Іонізуюче випромінювання як правило збільшує частоту хромосомних аберацій, у меншому ступені на хромосомні мутації. Причому викликають великі аберації (з подвійним розривом):

-інверсії;

-транслокації.

1.2. У/ф-промені характеризуються: λ до 400 н.м. У/ф промені з різною довжиною хвилі дуже відрізняються за своїми мутагенними властивостями. Найбільший мутагенний ефект λ=260 н.м. Так як λ достатьо велика, то проникаюча здатність у/ф-променів мала. Вони не іонізують атоми, а тільки збуджують і викликають різні хімічні мутації. Мутагенний вплив проявляє на віруси, бактерії, тому що досить легко досягає генетичного апарата. У ссавців вони затримуються поверхневими структурами. У/ф-промені викликають генні мутації й рідше - хромосомні аберації.

Зміни ДНК під впливом у/ф-променів:

- утворення димерів тиміна;

- гідратація цитозина й урацила;

- розрив водневих зв'язків;

- розрив зшивок Днк-білок;

- зсув рамки зчитування;

- перетворення цитозина на урацил.

При у/ф-випромінюванні відсутній кисневий ефект.

Залежність від дози.

При малих дозах опромінення спочатку спостерігається лінійна залежність і частота мутацій збільшується пропорційно дозі, потім вплив знижується й далі частота мутацій падає.

При у/ф-випромінюванні спостерігається явище фотореактивації - довгохвильові промені частково придушують мутагенний вплив променів короткохвильової частини у/ф-випромінювання. При цьому активується світлом фермент фотоліаза, який виправляє дефекти, що виникли в ДНК в результаті дії у/ф.

Довгохвильові промені у/ф-випромінювання придушують іонізуюче випромінювання, тому що активують дію ферменту – цитохромоксидази, що інактивує Н₂О₂, який утворюється при дії іонізуючого випромінювання.