Factori de mutație. Ce este un factor mutagen și de ce este periculos? Factorii care pot provoca mutația sunt numiți

Factorii care cauzează mutații

la nivelul genelor

În condiții naturale, o mutație apare sub influența factorilor de mediu externi și interni și este desemnată prin termenul „mutații naturale (sau spontane).

Cauza mutațiilor genice, sau așa-numitele punctuale, este înlocuirea unei baze azotate în molecula D.N.K. la altul, pierderea, inserarea sau rearanjarea bazelor azotate în molecula D.N.K. Rezultă că atunci când o genă suferă mutații, o persoană poate dezvolta stări patologice, a căror patogeneză este diferită.

Factorii care provoacă mutații la nivel de gene au fost influențați de mediu (gută, unele forme de diabet). Astfel de boli apar mai des cu expunerea constantă la factori de mediu nefavorabili sau nocivi (tulburări de dietă etc.). O mutație genetică poate duce la o întrerupere a sintezei proteinelor care îndeplinesc funcții plastice. Cauza probabilă a unor astfel de boli este sindromul Ehlers-Danlos.

Sunt studiate boli bazate pe mecanisme insuficiente de refacere a moleculei alterate de D.N.K.

Sunt cunoscute o serie de mutații ale genelor care controlează sinteza factorilor de coagulare a sângelui.

Mutațiile genelor pot cauza perturbarea transportului diferiților compuși prin membranele celulare. Ele sunt asociate cu disfuncția mecanismelor membranare și cu defecte ale unor sisteme.

Dacă o mutație la nivel de genă are loc sub influența diverșilor factori fizici, chimici, biologici, atunci aceasta se numește mutageneză.

Baza mutației este deteriorarea primară a moleculei D.N.K.

În practică, trebuie dezvoltate metode de stabilire a gradului de risc, fie în familii individuale, fie prin screening-ul tuturor părinților. Acest lucru va schimba scopul geneticii medicale de la un serviciu de consiliere genetică pe o bază retrospectivă la un serviciu de avertizare genetică pe o bază prospectivă. Poate apărea o nouă atitudine față de responsabilitatea părinților pentru reproducerea descendenților, care, împreună cu...

Produs proteic; mutațiile la nivelul situsului de poliadenilare reduc nivelul de transcripție (tipic pentru afro-americanii care suferă de talasemie; pentru detalii despre hemoglobinopatii, vezi Partea P, Genetica medicală). Astfel, mutațiile în regiunile regulatoare 5" și 3" netraduse ale genelor provoacă modificări cantitative în produșii corespunzători și se manifestă fenotipic (clinic) în funcție de...

Existența este selecție naturală. Darwin a folosit acest termen pentru a descrie „păstrarea diferențelor și schimbărilor individuale favorabile și eliminarea celor dăunătoare”. Lupta pentru existență și selecția naturală bazată pe variabilitatea ereditară sunt, după Darwin, principalele forțe motrice (factori) în evoluția lumii organice. Abaterile ereditare individuale, lupta pentru existență și...

Indiferent cum se modifică fenotipul unui organism ca răspuns la influențele mediului, modificările sale nu pot duce la modificări ale genelor pe care acest organism le va transmite generației următoare. 1.4 Rolul mutațiilor cromozomiale și genomice în evoluție Toate caracteristicile de mai sus sunt valabile pentru toate tipurile de mutații - gene, cromozomiale și genomice. Cu toate acestea, mutații genomice și cromozomiale precum poliploidia (...

Factorii care cauzează mutații. Factorii care provoacă (induc) mutații pot fi o mare varietate de influențe ale mediului: temperatura, radiațiile ultraviolete, radiațiile (atât naturale, cât și artificiale), acțiunile diferiților compuși chimici - mutageni. Mutagenii sunt agenți de mediu care provoacă anumite modificări ale genotipului - mutație, iar procesul de formare a mutației în sine se numește mutageneză.

Mutageneza radioactivă a început să fie studiată în anii 20 ai secolului nostru. În 1925, oamenii de știință sovietici G.S. Filippov și G.A. Nadson, pentru prima dată în istoria geneticii, au folosit razele X pentru a obține mutații în drojdie. Un an mai târziu, cercetătorul american G. Meller (mai târziu de două ori laureat al Premiului Nobel), care a lucrat multă vreme la Moscova la institutul condus de N.K.Koltsov, a folosit același mutagen pe Drosophila.

Mutageneza chimică a fost studiată pentru prima dată de către colaboratorul lui N.K. Koltsov, V.V. Saharov, în 1931, pe Drosophila, când ouăle sale au fost expuse la iod, iar mai târziu de M.E. Lobashov.

Mutagenii chimici includ o mare varietate de substanțe (compuși alchilanți, peroxid de hidrogen, aldehide și cetone, acid azotic și analogii săi, diverși antimetaboliți, săruri ale metalelor grele, coloranți cu proprietăți de bază, substanțe aromatice), insecticide (din latinescul insecta - insecte). , cida - killer), erbicide (apoi lat. herba - iarbă), droguri, alcool, nicotină, unele substanțe medicinale și multe altele.

Factorii activi genetic pot fi împărțiți în 3 categorii: fizici, chimici și biologici.

Factori fizici. Acestea includ diferite tipuri de radiații ionizante și radiații ultraviolete. Un studiu al efectului radiațiilor asupra procesului de mutație a arătat că în acest caz nu există o doză-prag și chiar și cele mai mici doze cresc probabilitatea apariției mutațiilor în populație. O creștere a frecvenței mutațiilor este periculoasă nu atât în sens individual, cât din punctul de vedere al creșterii încărcăturii genetice a populației. De exemplu, iradierea unuia dintre soți cu o doză în intervalul de dublare a frecvenței mutațiilor (1,0 - 1,5 Gy) crește ușor riscul de a avea un copil bolnav (de la un nivel de 4 - 5% la un nivel de 5). - 6%). Dacă populația unei întregi regiuni primește aceeași doză, numărul bolilor ereditare din populație se va dubla într-o generație.

Factori chimici. Chimizarea agriculturii și a altor domenii ale activității umane, dezvoltarea industriei chimice a condus la sinteza unui flux imens de substanțe (însumând de la 3,5 la 4,3 milioane), inclusiv cele care nu existaseră niciodată în biosferă de milioane de ani de evoluția anterioară. Aceasta înseamnă, în primul rând, indegradabilitatea și astfel conservarea pe termen lung a substanțelor străine care pătrund în mediu. Ceea ce inițial a fost considerat o realizare în lupta împotriva dăunătorilor s-a transformat ulterior într-o problemă complexă. Utilizarea pe scară largă în anii 40-60 a insecticidului DDT, care aparține clasei de hidrocarburi clorurate, a dus la răspândirea acestuia pe tot globul, până la gheața Antarcticii.

Majoritatea pesticidelor sunt foarte rezistente la degradarea chimică și biologică și au un nivel ridicat de toxicitate.

Factori biologici. Alături de mutagenii fizici și chimici, unii factori de natură biologică au și activitate genetică. Mecanismele efectului mutagen al acestor factori au fost studiate în cel mai mic detaliu. La sfârșitul anilor 30, S. și M. Gershenzon au început cercetările asupra mutagenezei la Drosophila sub influența ADN-ului exogen și a virusurilor. De atunci, a fost stabilit efectul mutagen al multor infecții virale la oameni. Aberațiile cromozomiale din celulele somatice sunt cauzate de virusurile variolei, rujeolei, varicelei, oreionului, gripei, hepatitei etc.

Mai multe despre subiectul Factorii care cauzează mutații ale aparatului ereditar:

MUTAȚIILE CA CAUZĂ A BOLILOR CONGENITALE ȘI EREDITARICE
PREVALENȚA MUTAȚIILOR ASOCIATE CU FORME EREDITARICE DE CANCER DE SÂN ÎN PRINTUL LOCUȚILOR DIN NOVOSIBIRSK

Factorii care cauzează mutații

la nivelul genelor

În condiții naturale, mutația apare sub influența factorilor

mediu extern și intern și este desemnată prin termenul „natural (sau

mutații spontane".

Cauza mutațiilor genice, sau așa-numitele punctuale, este înlocuirea

o bază azotată în molecula D.N.K. la altul, pierdere, inserare,

sau rearanjarea bazelor azotate în molecula D.N.K. Rezultă că gena

mutante la om pot dezvolta stări patologice, patogeneză

care este diferit.

Factorii care cauzează mutații la nivel de genă au fost influențați de

influențe relevante ale mediului (gută, unele forme

diabetul zaharat). Astfel de boli sunt mai probabil să apară cu constantă

expunerea la factori de mediu negativi sau nocivi

(tulburări de dietă etc.). O mutație genetică poate duce la

perturbarea sintezei proteinelor care îndeplinesc funcții plastice. Probabil

Cauza unor astfel de boli este sindromul Ehlers-Danlos.

Boli bazate pe

insuficienta mecanismelor de refacere a moleculei alterate de D.N.K.

Mutația genetică poate duce la dezvoltarea bolilor imunodeficienței

(aplazia timusului combinată cu agammaglobulinemie). Motiv

structura anormală a hemoglobinei este înlocuirea unui reziduu în moleculă

acid glutamic la un reziduu de valină.

Sunt cunoscute o serie de mutații ale genelor care controlează sinteza factorilor

coagularea sângelui.

Mutațiile genelor pot cauza perturbarea transportului diferitelor

conexiuni prin membranele celulare. Ele sunt asociate cu disfuncții

mecanisme membranare şi cu defecte în unele sisteme.

Dacă o mutație la nivel de genă are loc sub influența diferitelor...

factori chimici, biologici, aceasta se numește mutageneză.

Baza mutației este deteriorarea primară a moleculei D.N.K.

Factori mutageni - factori care cauzează mutația.

Factorii de natură fizică, chimică și biologică au un efect mutagen.

Substanțele chimice care provoacă mutații includ substanțe organice și anorganice, cum ar fi acizi, alcaline, peroxizi, săruri metalice, formaldehidă, pesticide, defolianți, erbicide, colchicină etc.

Acțiunea factorilor chimici: îmbunătățește procesele de mutație, provoacă mutații punctuale care induc rearanjamente cromozomiale și provoacă întreruperea replicării ADN-ului. Unii mutageni pot provoca perturbarea meiozei, ceea ce duce la nedisjuncția cromozomilor.

Factori fizici: radiații ionizante, dezintegrare radioactivă, radiații ultraviolete, radiații electromagnetice, căldură și frig extreme.

Acțiunea factorilor fizici: Radiațiile cu raze X, având o capacitate mare de penetrare, determină formarea de radicali liberi ai apei, care descompun acizii nucleici, provocând rearanjamente genetice și cromozomiale. Radiația ultravioletă duce la formarea de dimeri de timidină, care provoacă întreruperea replicării ADN-ului.

Factori biologici: virusuri (rujeola, rubeola, gripa), produse metabolice (produse de oxidare a lipidelor), antigeni de microorganisme./

Acțiunea factorilor biologici: cresc rata mutațiilor celulare prin suprimarea activității sistemelor de reparare.

3. Mutații genetice și cromozomiale, caracteristicile acestora.

Mutații (punctuale) ale genelor- sunt modificări ale numărului și/sau secvenței de nucleotide din structura ADN-ului (inserții, deleții, mișcări, substituții de nucleotide) în cadrul genelor individuale, care conduc la o modificare a cantității sau calității produselor proteice corespondente. Substituțiile de bază duc la apariția a trei tipuri de codoni mutanți: cu semnificație schimbată (mutații missens), cu semnificație neschimbată (mutații neutre) și codoni fără sens sau stop (mutații nonsens).

Există trei grupuri de astfel de schimbări. Mutațiile primului grup constau în înlocuirea unor baze cu altele (aproximativ 20% din modificările genice care apar spontan). Al doilea grup de mutații este cauzat de o schimbare a cadrului de citire care are loc atunci când numărul de perechi de nucleotide din genă se modifică. Al treilea grup este mutațiile asociate cu o schimbare în ordinea secvențelor de nucleotide în cadrul unei gene.

Mutații după tipul de înlocuire a bazelor azotate apar din următoarele motive. În primul rând, o modificare a structurii unei baze incluse deja în spirala ADN poate să apară accidental sau sub influența agenților chimici. Dacă o astfel de formă alterată a bazei rămâne nedetectată de enzimele de reparare, atunci în timpul următorului ciclu de replicare se poate atașa o altă nucleotidă.

Un alt motiv pentru substituția bazei poate fi includerea eronată în lanțul de ADN sintetizat a unei nucleotide care poartă o formă modificată chimic a bazei sau a analogului acesteia. Astfel, o modificare a structurii ADN-ului prin substituția bazei are loc înainte sau în timpul replicării, inițial într-un lanț polinucleotidic. Dacă astfel de modificări nu sunt corectate în timpul reparării, atunci în timpul replicării ulterioare ele devin proprietatea ambelor catene de ADN. Consecința înlocuirii unei perechi de nucleotide complementare cu alta este formarea unui nou triplet în secvența de nucleotide ADN, diferit de cel precedent. În acest caz, noul triplet poate codifica același aminoacid (un triplet „sinonim”), un alt aminoacid sau să nu codifice niciun aminoacid (un triplet fără sens). În primul caz, nu apar modificări, în al doilea, structura și proprietățile proteinei corespunzătoare se modifică. În funcție de natura și locația înlocuirii care are loc, proprietățile specifice ale proteinei se modifică în grade diferite, în unele cazuri semnificativ. Se știe că înlocuirea nucleotidelor într-un triplet duce la formarea de tripleți sinonimi în 25% din cazuri, tripleți fără sens în 2-3% și mutații genice adevărate în 75-70% din cazuri.

Mutații cromozomiale(sau aberatii) – modificări ale structurii cromozomilor.La nivel cromozomial de organizare, materialul ereditar are toate caracteristicile substratului de ereditate și variabilitate, inclusiv capacitatea de a dobândi modificări care pot fi transmise unei noi generații. Sub influența diferitelor influențe, structura fizico-chimică și morfologică a cromozomilor se poate modifica. Modificările în structura cromozomilor, de regulă, se bazează pe o încălcare inițială a integrității sale - pauze, care sunt însoțite de diverse rearanjamente, numite mutații cromozomiale sau aberații. Ruperele cromozomilor apar în mod natural în timpul încrucișării, când sunt însoțite de schimbul de secțiuni corespunzătoare între cromozomii omologi. Perturbarea încrucișării, în care cromozomii fac schimb de material genetic inegal, duce la apariția unor noi grupuri de legătură, în care secțiunile individuale cad - ștergere - sau dubla - dublare. Cu astfel de rearanjamente, numărul de gene din grupul de legături se modifică. Rupele cromozomilor pot apărea și sub influența diverșilor factori externi, cel mai adesea fizici (de exemplu, radiații ionizante), anumitor compuși chimici și viruși. Încălcarea integrității cromozomilor poate fi însoțită de o rotație a secțiunii sale situate între pauze cu 180° - inversare. Un fragment de cromozom separat de acesta în timpul unei pauze se poate atașa de un alt cromozom - translocare. Adesea, doi cromozomi neomologi deteriorați schimbă reciproc secțiuni detașate - translocare reciprocă. Este posibil să atașați un fragment la propriul cromozom, dar în alt loc - transpunere. O categorie specială de mutații cromozomiale sunt aberațiile asociate cu fuziunea sau separarea cromozomilor, atunci când două structuri non-omoloage se combină într-una singură - translocarea Robertsoniană, sau un cromozom formează doi cromozomi independenți. Cu astfel de mutații, se modifică nu numai morfologia cromozomilor, ci și numărul lor în cariotip. Aceasta din urmă poate fi considerată o mutație genomică. Cauza mutațiilor genomice poate fi, de asemenea, o întrerupere a proceselor care apar în meioză. Încălcarea divergenței bivalenților în anafază duce la apariția gameților cu număr diferit de cromozomi. Fertilizarea unor astfel de gameți de către celulele germinale normale duce la o modificare a numărului total de cromozomi din cariotip datorită scăderii (monozomiei) sau creșterii (trisomiei) a numărului de cromozomi individuali. Astfel de încălcări ale structurii genomului se numesc aneuploidie. Dacă mecanismul de distribuție al cromozomilor omologi este deteriorat, celula rămâne nedivizată și apoi se formează gameți diploizi. Fertilizarea unor astfel de gameți duce la formarea zigoților triploizi, adică are loc o creștere a numărului de seturi de cromozomi - poliploidie. Orice modificări mutaționale în materialul ereditar al gameților - mutații generative - devin proprietatea următoarei generații dacă astfel de gameți sunt implicați în fertilizare.

Există multe boli metabolice moștenite. Exemplele includ tulburări ale metabolismului porfirinei (boala Gunther, protoporfiria eritropoietică, coproporfiria etc.). Acestea sunt boli care se manifestă după expunerea la razele UV prin afectarea pielii și a țesuturilor mai profunde, un conținut crescut de proporfine și coproporfirine în eritrocite. Ei apar printre frații și surorile aceleiași generații.

În condiții naturale, o mutație apare sub influența factorilor de mediu externi și interni și este desemnată prin termenul „mutații naturale (sau spontane).

Cauza mutațiilor genelor, sau așa-numitele punctuale, este înlocuirea unei baze azotate în molecula de ADN. la altul, pierderea, inserarea sau rearanjarea bazelor azotate într-o moleculă de ADN. Rezultă că atunci când o genă suferă mutații, o persoană poate dezvolta stări patologice, a căror patogeneză este diferită.

O mutație genetică poate duce la dezvoltarea bolilor de imunodeficiență (aplazie timică combinată cu agammaglobulinemie). Motivul pentru structura anormală a hemoglobinei este înlocuirea unui reziduu de acid glutamic din moleculă cu un reziduu de valină. Sunt cunoscute o serie de mutații ale genelor care controlează sinteza factorilor de coagulare a sângelui. Mutațiile genelor pot cauza perturbarea transportului diferiților compuși prin membranele celulare. Ele sunt asociate cu disfuncția mecanismelor membranare și cu defecte ale unor sisteme.

Dacă o mutație la nivel de genă are loc sub influența diverșilor factori fizici, chimici, biologici, atunci aceasta se numește mutageneză. Baza mutației este deteriorarea primară a moleculei de ADN.

Mutageni

Mutagenii (din grecescul γεννάω - eu nasc) sunt factori chimici și fizici care provoacă modificări ereditare - mutații. Mutațiile artificiale au fost obținute pentru prima dată în 1925 de G. A. Nadsen și G. S. Filippov în drojdie prin acțiunea radiației cu radiu; în 1927, G. Möller a obţinut mutaţii la Drosophila prin expunerea la raze X. Capacitatea substanțelor chimice de a provoca mutații (prin efectul iodului asupra Drosophila) a fost descoperită de I. A. Rapoport. La muștele care s-au dezvoltat din aceste larve, frecvența mutațiilor a fost de câteva ori mai mare decât la insectele martor.

Clasificare

Mutagenii pot fi diverși factori care provoacă modificări ale structurii genelor, structurii și numărului de cromozomi. Pe baza originii lor, mutagenii sunt clasificați în endogeni, formați în timpul vieții corpului și exogeni - toți ceilalți factori, inclusiv condițiile de mediu.

Pe baza naturii apariției lor, mutagenii sunt clasificați în fizice, chimice și biologice:

1. Mutageni fizici

radiații ionizante;
dezintegrare radioactivă;
radiații ultraviolete;
emisii radio și câmpuri electromagnetice simulate;
temperatură excesiv de ridicată sau scăzută.

2. Mutageni chimici

Agenți oxidanți și reducători (nitrați, nitriți, specii reactive de oxigen);
agenţi de alchilare (de exemplu iodoacetamidă);
pesticide (de exemplu erbicide, fungicide);
unii aditivi alimentari (de exemplu, hidrocarburi aromatice, ciclamați);
produse petroliere;
solventi organici;
medicamente (de exemplu, citostatice, preparate cu mercur, imunosupresoare).
O serie de virusuri pot fi, de asemenea, clasificate ca mutageni chimici (factorul mutagen al virusurilor este acizii lor nucleici - ADN sau ARN)

3. Mutageni biologici

Secvențele de ADN specifice sunt transpozoni;
unele virusuri (rujeola, rubeola, virusul gripal);
produse metabolice (produse de oxidare a lipidelor);
antigenele unor microorganisme.