Γονιδιωματικές μεταλλάξεις. Οι μεταλλάξεις είναι γονιδιακές, χρωμοσωμικές και γονιδιωματικές μεταλλάξεις Βιολογίας

Αλλαγές στη γονιδιωματική οργάνωση

Οι μηχανισμοί ανασυνδυασμού κληρονομικού υλικού που συζητήθηκαν παραπάνω (διασταύρωση, απόκλιση ομόλογων χρωμοσωμάτων και ανεξάρτητη συμπεριφορά μη ομόλογων χρωμοσωμάτων στην ανάφαση Ι της μείωσης, γονιμοποίηση), όταν συμβαίνουν φυσικά, προκαλούν συνδυαστική μεταβλητότητα, αλλά δεν αλλάζουν τη συνολική δομή του γονιδιώματος ως χαρακτηριστικό είδος. Η εξελικτική ισορροπία στις δόσεις των μεμονωμένων γονιδίων σε ένα δεδομένο είδος και η κατανομή αυτών των γονιδίων μεταξύ των ομάδων σύνδεσης παραμένουν ένα σταθερό χαρακτηριστικό του γονιδιώματος κάθε είδους. Ωστόσο, τόσο σε γονιδιακό και χρωμοσωμικό επίπεδο οργάνωσης του κληρονομικού υλικού, όσο και σε γονιδιωματικό επίπεδο, είναι ικανό να αποκτήσει μεταλλαγμένες αλλαγές. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εξελικτικό υλικό. Ταυτόχρονα, ο επιταχυνόμενος ρυθμός της εξελικτικής διαδικασίας που παρατηρείται σε ορισμένα στάδια της ιστορικής ανάπτυξης, κατά κανόνα, προκαλείται όχι τόσο από τη συσσώρευση γονιδιακών μεταλλάξεων, αλλά από σημαντικές αλλαγές στη δομή ολόκληρου του γονιδιώματος. Οι τελευταίες περιλαμβάνουν αλλαγές στην αναλογία δοσολογίας διαφόρων γονιδίων και αλλαγές στη σύνθεση των ομάδων σύνδεσης εντός του γονιδιώματος.

Η αιτία των δομικών αλλαγών στο γονιδίωμα μπορεί να είναι μια διαταραχή εκείνων των διεργασιών που κανονικά εξασφαλίζουν τη σταθερότητά του, κυρίως των διεργασιών που συμβαίνουν στη μείωση.

Έτσι, μια παραβίαση της διασταύρωσης, που οδηγεί στην ανταλλαγή άνισων τμημάτων DNA μεταξύ χρωματιδών, μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια ή τον διπλασιασμό μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων σε αυτά. Εάν αυτό επηρεάζει τη δομή ενός μεμονωμένου γονιδίου, τότε μια γονιδιακή μετάλλαξη μπορεί να συμβεί με μια αλλαγή στον αριθμό των νουκλεοτιδίων σε αυτό (βλ. ενότητα 3.4.2.3). Εάν, λόγω άνισης ανταλλαγής, επηρεαστεί μια περιοχή της χρωματίδας που περιέχει πολλά γονίδια, η δοσολογία αυτών των γονιδίων στο γονιδίωμα αλλάζει. Είτε χάνει κάποια γονίδια (διαίρεση), είτε αυτά τα γονίδια καταλήγουν στο γονιδίωμα σε διπλή ποσότητα (διπλασιασμός). Μια αλλαγή στην αναλογία δοσολογίας μεμονωμένων γονιδίων παρατηρείται επίσης με διαφορετικούς τύπους χρωμοσωμικών ανακατατάξεων, που δεν συνδέονται απαραίτητα με άνιση διασταύρωση (βλ. Ενότητα 3.5.3.3).

Η παραβίαση της απόκλισης των δισθενών στην ανάφαση Ι της μείωσης προκαλεί αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων στο απλοειδές σύνολο γαμετών. Η μη αποσύνδεση ενός μεμονωμένου δισθενούς οδηγεί στην εμφάνιση ενός γαμετή χωρίς αυτό το χρωμόσωμα και ενός άλλου που έχει αυτήν την ομάδα σύνδεσης σε διπλή ποσότητα (Εικ. 3.76). Η γονιμοποίηση τέτοιων γαμετών από φυσιολογικά γεννητικά κύτταρα οδηγεί στην εμφάνιση ατόμων στον καρυότυπο των οποίων ο συνολικός αριθμός των χρωμοσωμάτων μεταβάλλεται λόγω μείωσης (μονοσωμία) ή αύξησης (τρισωμία) του αριθμού των μεμονωμένων χρωμοσωμάτων. Οι διαταραχές στη δομή του γονιδιώματος, που συνίστανται σε αλλαγές στον αριθμό των μεμονωμένων χρωμοσωμάτων, ονομάζονται ανευπλοειδία.

Ρύζι. 3.76. Παραβίαση της απόκλισης μεμονωμένων δισθενών ( 1 , 2, 3 ) σε μείωση

ως αιτία ανευπλοειδίας:

ΕΝΑ -μετάφαση 1 της μείωσης; Β -ο σχηματισμός μη φυσιολογικών γαμετών ως αποτέλεσμα παραβίασης της απόκλισης του 3ου δισθενούς στην ανάφαση Ι της μείωσης. ΣΕ -γονιμοποίηση μη φυσιολογικών γαμετών από φυσιολογικούς γαμέτες του άλλου φύλου. G -σχηματισμός ζυγωτών με ανευπλοειδή καρυότυπο (μονοσωμία ή τρισωμία στο 3ο χρωμόσωμα, πάνω και κάτω, αντίστοιχα)

Σε περίπτωση που γενικά καταστραφεί ο μηχανισμός κατανομής των ομόλογων χρωμοσωμάτων μεταξύ των πόλων της ατράκτου (πράγμα που παρατηρείται όταν καταστρέφεται), το κύτταρο παραμένει αδιαίρετο. Εισέρχεται στη δεύτερη διαίρεση της μείωσης όχι ως απλοειδές, αλλά ως διπλοειδές. Από αυτό σχηματίζονται διπλοειδή γαμέτες. Η γονιμοποίηση τέτοιων γαμετών οδηγεί στο σχηματισμό τριπλοειδών οργανισμών. Η αύξηση του αριθμού των σετ χρωμοσωμάτων στον καρυότυπο του ζυγώτη ονομάζεται πολυπλοειδία.

Τέτοιες δομικές αλλαγές στο κληρονομικό υλικό είναι αρκετά συνηθισμένες στη φύση στα φυτά, γεγονός που εξασφαλίζει σχετικά γρήγορους ρυθμούς ειδογένεσης σε αυτά. Η πολυπλοειδοποίηση με τεχνητή καταστροφή της ατράκτου με τη βοήθεια κολχικίνης χρησιμοποιείται ευρέως στην αναπαραγωγή για την ανάπτυξη νέων φυτικών ποικιλιών.

Οι δομικές αλλαγές στο γονιδίωμα μπορούν να εκφραστούν σε διαφορετική κατανομή γονιδίων μεταξύ των ομάδων σύνδεσης. Όταν μεμονωμένα χρωμοσώματα συνδέονται σύμφωνα με τον τύπο μετατόπισης Robertsonian ή, αντίθετα, σχηματίζονται δύο ανεξάρτητα χρωμοσώματα από ένα χρωμόσωμα, αυτό οδηγεί σε αλλαγή στον αριθμό των ομάδων σύνδεσης στο γονιδίωμα (βλ. ενότητα 3.5.3.3). Με αμοιβαίες μετατοπίσεις μεταξύ μη ομόλογων χρωμοσωμάτων ή με αναστροφές, η θέση των μεμονωμένων γονιδίων αλλάζει, γεγονός που συχνά επηρεάζει τη φύση της λειτουργίας τους ( εφέ θέσης).

Οποιεσδήποτε αλλαγές μετάλλαξης στο κληρονομικό υλικό των γαμετών - γενετικές μεταλλάξεις -γίνονται ιδιοκτησία της επόμενης γενιάς εάν τέτοιοι γαμέτες συμμετέχουν στη γονιμοποίηση. Ως εκ τούτου, οι αποκλίσεις κατά τη διάρκεια της μίτωσης ή της μείωσης στα πρόδρομα κύτταρα γαμετών έχουν μεγάλη εξελικτική σημασία. Εάν εμφανιστούν μεταλλάξεις οποιασδήποτε τάξης (γονίδιο, χρωμοσωμικό ή γονιδιωματικό) σε σωματικά κύτταρα - σωματικές μεταλλάξεις -μεταδίδονται μόνο στους απογόνους αυτών των κυττάρων, δηλ. μην υπερβείτε τα όρια του συγκεκριμένου οργανισμού. Εξαίρεση αποτελούν οι σωματικές μεταλλάξεις που προκύπτουν στα κύτταρα των οργάνων της βλαστικής αναπαραγωγής, από τις οποίες μεταδίδονται σε μια νέα γενιά οργανισμών. Μία από τις αιτίες των σωματικών μεταλλάξεων είναι οι παθολογικές μιτώσεις. Εάν διαταραχθεί η φυσιολογική πορεία της μίτωσης (μη αποσύνδεση χρωματιδίων μεμονωμένων χρωμοσωμάτων, πολυπολικές μιτώσεις κ.λπ.), τα θυγατρικά κύτταρα λαμβάνουν ένα μη φυσιολογικό κληρονομικό πρόγραμμα και η περαιτέρω ανάπτυξή τους αποκλίνει από τον κανόνα. Παθολογικές μιτώσεις παρατηρούνται συχνά σε κύτταρα κακοήθους όγκου.

Έτσι, παρά την ύπαρξη μηχανισμών που διασφαλίζουν τη σταθερότητα της δομής του γονιδιώματος, μπορεί να εμφανιστούν εξελικτικά σημαντικές αλλαγές σε αυτό το επίπεδο οργάνωσης του κληρονομικού υλικού. Είναι ικανά να προσφέρουν ένα αρκετά απότομο άλμα στην ιστορική εξέλιξη της ζωντανής φύσης.

Όπως στα περισσότερα είδη, το πρόγραμμα κληρονομικής ανάπτυξης, που καταγράφεται σε μόρια DNA χρησιμοποιώντας τον παγκόσμιο κώδικα τριπλέτας, οργανώνεται στον άνθρωπο κυρίως στον καρυότυπο του. Σύνολο χρωμοσωμάτων του είδους Homo sapiensαποτελείται από 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων που περιέχουν 30-40 χιλιάδες γονίδια. Η μελέτη της δομής του καρυότυπου και των μεμονωμένων χρωμοσωμάτων χρησιμοποιώντας τεχνικές διαφορικής (επιλεκτικής) χρώσης έδειξε ότι το σχέδιο κατανομής της χρωστικής σε διαφορετικά χρωμοσώματα είναι παρόμοιο στους ανθρώπους και στους πιθήκους - χιμπατζήδες και γορίλες, που έχουν 24 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Αυτή η ομοιότητα οδήγησε στο συμπέρασμα ότι ένα από τα μεγάλα χρωμοσώματα του ανθρώπινου καρυότυπου εμφανίστηκε προφανώς ως αποτέλεσμα της σύντηξης δύο ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων ενός προγόνου που μοιάζει με πίθηκο (βλ. ενότητα 3.5.3.3).

Η μελέτη των διαδικασιών μεταλλαξιογένεσης αποκάλυψε ότι μεμονωμένα ανθρώπινα γονίδια μπορούν να αλλάξουν τη δομή τους με συχνότητα συγκρίσιμη με αυτή άλλων ζωντανών οργανισμών (10 -5 -10 -6 ανά γονίδιο ανά γενιά). Είναι αλήθεια ότι λόγω της κοινωνικότητας, ένα άτομο δημιουργεί κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων του ένα νέο περιβάλλον με υψηλότερες δόσεις και ένα ευρύτερο φάσμα μεταλλαξιγόνων, που δεν μπορεί παρά να επηρεάσει την ένταση της διαδικασίας μετάλλαξης στο κληρονομικό υλικό όχι μόνο της ανθρωπότητας, αλλά και άλλων είδη ζωντανών οργανισμών.

Από τις πολυάριθμες μεταλλάξεις της αιμοσφαιρίνης, οι περισσότερες είναι αρκετά σπάνιες και μόνο μερικές από αυτές είναι πιο συχνές από άλλες, για παράδειγμα, HbS, HbC, HBE. Οι περισσότερες από τις παραλλαγές αιμοσφαιρίνης (περίπου 350) διαφέρουν σε υποκαταστάσεις μεμονωμένων αμινοξέων, οι οποίες προκαλούνται από γονιδιακές μεταλλάξεις που σχετίζονται με υποκαταστάσεις βάσεων στις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων της οικογένειας α- ή β-σφαιρίνης. Πολλές υποκαταστάσεις αμινοξέων δεν επηρεάζουν σημαντικά τη λειτουργία της αιμοσφαιρίνης και δεν οδηγούν σε παθολογικές εκδηλώσεις. Κατά κανόνα, πρόκειται για υποκαταστάσεις στις προς τα έξω περιοχές των πολυπεπτιδικών αλυσίδων του τετραμερούς.

Οι υποκαταστάσεις αμινοξέων που διαταράσσουν τη φυσιολογική δομή της ελικοειδούς αλυσίδας συχνά προκαλούν αστάθεια της αιμοσφαιρίνης. Οι υποκαταστάσεις στα σημεία όπου οι α και β αλυσίδες έρχονται σε επαφή μεταξύ τους επηρεάζουν τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο. Οι διαταραχές στις λειτουργίες της αιμοσφαιρίνης, που προκύπτουν από τέτοιες αλλαγές στη δομή των γονιδίων α- και β-σφαιρίνης, οδηγούν στην εμφάνιση ασθενειών που μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κύριες ομάδες.

1. Αιμολυτική αναιμία.Εκδηλώνονται στη διάσπαση των ερυθρών αιμοσφαιρίων, ανάλογα με την αστάθεια της αιμοσφαιρίνης (έχουν περιγραφεί περίπου 100 παραλλαγές ασταθών αιμοσφαιρινών με μεταλλάξεις στο γονίδιο της β-αλυσίδας).

2. Μεθαιμοσφαιριναιμία.Προκαλούνται από την επιταχυνόμενη οξείδωση του δισθενούς σιδήρου σε σίδηρο σιδήρου και το σχηματισμό αιμοσφαιρίνης Μ (πέντε τέτοιες μεταλλάξεις είναι γνωστές στα γονίδια των α- και β-αλυσίδων, που αποτελούνται από την αντικατάσταση μιας βάσης).

3. Ερυθροκυττάρωση.Συνίσταται στο σχηματισμό μεγαλύτερου αριθμού ερυθρών αιμοσφαιρίων από το συνηθισμένο, γεγονός που οφείλεται στην αυξημένη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο, το οποίο είναι δύσκολο να απελευθερωθεί στους ιστούς (περίπου 30 τέτοιες μεταλλάξεις είναι γνωστές).

4. Δρεπανοκυτταρική αναιμία.Συνίσταται στην αντικατάσταση της αιμοσφαιρίνης HbA με HbS, η οποία χαρακτηρίζεται από διαλυτότητα και κρυστάλλωση σε υποξικές συνθήκες, η οποία οδηγεί σε αλλαγή του σχήματος των ερυθρών αιμοσφαιρίων και εκδηλώνεται με μια φαινοτυπική ποικιλία συμπτωμάτων (βλ. Εικ. 3.21).

Οι ασθένειες των τριών πρώτων ομάδων κληρονομούνται με κυρίαρχο τρόπο, έτσι ώστε οι ετεροζυγώτες για το μεταλλαγμένο γονίδιο να υποφέρουν από εξασθενημένη υγεία. Η κληρονομικότητα της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας υπό κανονικές συνθήκες είναι υπολειπόμενη, αλλά υπό συνθήκες σοβαρής υποξίας, για παράδειγμα, όταν βρίσκονται σε υψόμετρο πάνω από 3000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, οι ετεροζυγώτες HbA HbS υποφέρουν επίσης από αναιμία.

Οι περιγραφόμενες μεταλλαγμένες μορφές αιμοσφαιρίνης προκύπτουν ως αποτέλεσμα αλλαγών στη γονιδιακή δομή ανά τύπο υποκατάστασης βάσης. Μεταλλάξεις διαφορετικής φύσης οδηγούν στην εμφάνιση αλληλόμορφων σφαιρίνης, προκαλώντας άλλους τύπους παθολογίας. Έτσι, η διακοπή της διαδικασίας ανασυνδυασμού μεταξύ των αλληλόμορφων γονιδίων (άνιση διασταύρωση) οδηγεί σε αλλαγή στον αριθμό των νουκλεοτιδίων σε αυτά. Η συνέπεια αυτού μπορεί να είναι μια μετατόπιση στο πλαίσιο ανάγνωσης. Ένα συχνό αποτέλεσμα τέτοιων δομικών αλλαγών στα γονίδια είναι η καταστολή της σύνθεσης μιας ή άλλης αλυσίδας αιμοσφαιρίνης, που οδηγεί στην ανάπτυξη παθολογικών καταστάσεων γνωστών συλλογικά ως θαλασσαιμία.

Η διαίρεση ενός νουκλεοτιδίου στην 139η τριάδα του γονιδίου της α-σφαιρίνης, που αποτελείται από 141 τριπλέτες, οδηγεί σε μετατόπιση του πλαισίου ανάγνωσης και ανάγνωση του 142ου κωδικονίου τερματισμού σε ένα νέο πλαίσιο. Σε αυτή την περίπτωση, η αλυσίδα α-σφαιρίνης επιμηκύνεται από πέντε επιπλέον αμινοξέα Η αιμοσφαιρίνη Vayne χαρακτηρίζεται από αυτό το χαρακτηριστικό των α-αλυσίδων Όταν η διαίρεση βρίσκεται πιο κοντά στο άκρο 5", το ενεργό προϊόν δεν συντίθεται αναπτύσσονται α-, β- και γ-θαλασσαιμίες.

Ορισμένες παραλλαγές αιμοσφαιρίνης προκύπτουν ως αποτέλεσμα διπλασιασμού. Έτσι, η αιμοσφαιρίνη Grady φέρει διπλασιασμό 116-118 υπολειμμάτων αμινοξέων στην γ αλυσίδα. Στην αιμοσφαιρίνη Cranston, η επέκταση της αλυσίδας p σε 158 υπολείμματα αμινοξέων είναι το αποτέλεσμα του διπλασιασμού της αλληλουχίας AG μετά την 144η τριάδα και της επακόλουθης μετατόπισης πλαισίου με εμποτισμό του τερματικού κωδικονίου.

Τα παραπάνω υποδεικνύουν ότι διάφορες αποκλίσεις στη δομή του DNA των γονιδίων της σφαιρίνης οδηγούν σε αντικατάσταση αμινοξέων ή επιμήκυνση πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Αυτός είναι ο λόγος για τον σχηματισμό πολλών παραλλαγών της αιμοσφαιρίνης, οι οποίες καθορίζουν την ανάπτυξη ανθρώπινων ασθενειών που κληρονομούνται σε πολλές γενιές.

Όχι λιγότερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι μηχανισμοί ανάπτυξης διαφόρων ανθρώπινων ασθενειών, οι οποίοι βασίζονται σε γονιδιακές μεταλλάξεις που οδηγούν στη σύνθεση ενζυμικών πρωτεϊνών με μειωμένη δραστηριότητα ή στην καταστολή της. Αυτό διαταράσσει τις διαδικασίες που καταλύονται από αυτά τα ένζυμα στα κύτταρα του σώματος. Ένα παράδειγμα κληρονομικά καθορισμένης μεταβολικής βλάβης στο ανθρώπινο σώμα είναι φαινυλκετονουρία,που αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα της διακοπής των μεταβολικών διεργασιών του αμινοξέος φαινυλαλανίνη και της συσσώρευσης τοξικών ενδιάμεσων προϊόντων στον οργανισμό.

Ρύζι. 4.1. Σύντομο σχήμα μεταβολισμού φαινυλαλανίνης:

ΕΝΑ -το ένζυμο υδροξυλάση της φαινυλαλανίνης, ένα κληρονομικό ελάττωμα του οποίου οδηγεί στην ανάπτυξη φαινυλκετονουρίας

Με ελάττωμα στο ένζυμο υδροξυλάση της φαινυλαλανίνης, η φαινυλαλανίνη δεν μετατρέπεται σε τυροσίνη (Εικ. 4.1) και συσσωρεύεται στο αίμα των ασθενών σε υψηλές συγκεντρώσεις (έως 0,5-0,6 g/l αντί για 0,003-0,04 g/l κανονικά). Αυτό οδηγεί στη μερική μετατροπή της φαινυλαλανίνης σε φαινυλοξικό και φαινυλλακτικό οξύ, η συσσώρευση των οποίων, μαζί με την αυξημένη συγκέντρωση της ίδιας της φαινυλαλανίνης, έχει τοξική επίδραση στον εγκέφαλο του παιδιού. Ως αποτέλεσμα, τα παιδιά παρουσιάζουν ποικίλου βαθμού νοητική υστέρηση. Ο διαταραγμένος μεταβολισμός της φαινυλαλανίνης συνοδεύεται επίσης από διαταραχή της σύνθεσης της χρωστικής μελανίνης, γι' αυτό οι ασθενείς εμφανίζουν ασθενή μελάγχρωση των μαλλιών και της ίριδας των ματιών. Επιπλέον, μια υψηλή συγκέντρωση φαινυλαλανίνης έχει ανασταλτική επίδραση σε έναν αριθμό ενζυμικών συστημάτων που εμπλέκονται στον μετασχηματισμό άλλων αμινοξέων: οι ασθενείς αναπτύσσουν σπασμωδικό σύνδρομο και η καθυστέρηση στην πνευματική ανάπτυξη αυξάνεται. Η φαινυλκετονουρία κληρονομείται με υπολειπόμενο τρόπο.

Έτσι, τα παραδείγματα που συζητήθηκαν παραπάνω καταδεικνύουν ολόκληρο το φάσμα δράσης των μοριακών γενετικών μηχανισμών που διασφαλίζουν το σχηματισμό πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα, τόσο που λειτουργούν κανονικά όσο και εκείνων που είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη διαφόρων παθολογικών καταστάσεων. Από όσα ειπώθηκαν για την αιμοσφαιρίνη, προκύπτει ότι, πρώτον, ο σχηματισμός της κύριας λειτουργικής πρωτεΐνης των ερυθροκυττάρων βρίσκεται υπό γενετικό έλεγχο και, δεύτερον, ο σχηματισμός της τετραμερούς μορφής αυτής της πρωτεΐνης, με την οποία συνδέεται η φυσιολογική της δραστηριότητα, απαιτεί η αλληλεπίδραση των μη αλληλικών γονιδίων των α- και β-σφαιρινών.

Ο ειδικός έλεγχος του μη πρωτεϊνικού τμήματος του μορίου της αιμοσφαιρίνης λαμβάνει επίσης χώρα και πραγματοποιείται ανεξάρτητα, μέσω των γονιδίων των ενζύμων που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση της αίμης. Τα χαρακτηριστικά της εκδήλωσης παθολογικών συμπτωμάτων σε φορείς μεταλλαγμένων αλληλόμορφων υποδεικνύουν την ύπαρξη ορισμένων σχέσεων μεταξύ αυτών και των φυσιολογικών αλληλόμορφων. Έτσι, το δρεπανοκυτταρικό αλληλόμορφο σε συνδυασμό με το φυσιολογικό αλληλόμορφο της 3-σφαιρίνης (HbA HbS) εκδηλώνεται υπό κανονικές συνθήκες ως υπολειπόμενο Η εκδήλωση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του μεταλλαγμένου και του φυσιολογικού αλληλόμορφου βασίζεται στον τύπο της κυριαρχίας. Το τελευταίο είναι ο σχηματισμός στο σώμα μιας πρωτεΐνης με φυσιολογικές ιδιότητες στους ετεροζυγώτες Το αλληλόμορφο οδηγεί στην ανάπτυξη μιας παθολογικής κατάστασης που προκαλείται από παραβίαση της λειτουργικής δραστηριότητας της αντίστοιχης πρωτεΐνης.

Μια ειδική ομάδα κληρονομικών παθολογικών καταστάσεων στον άνθρωπο είναι οι ασθένειες που προκαλούνται από μεταλλάξεις στο μιτοχονδριακό DNA (mgDNA).

Η βιοσύνθεση των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών βρίσκεται υπό τον έλεγχο δύο γενετικών συστημάτων: των πυρηνικών και των μιτοχονδριακών γονιδίων. Οι περισσότερες πρωτεΐνες κωδικοποιούνται από το πυρηνικό DNA, συντίθενται στο κυτταρόπλασμα και στη συνέχεια μεταφέρονται στα μιτοχόνδρια. Μαζί με αυτό, το κυκλικό μόριο DNA του οργανιδίου περιέχει γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη δική τους σύνθεση πρωτεϊνών, καθώς και το tRNA και το rRNA που εμπλέκονται σε αυτό. Το πυρηνικό γονιδίωμα περιέχει σημαντικό αριθμό γονιδίων που διασφαλίζουν τη λειτουργία του μιτοχονδριακού DNA. Πιστεύεται ότι οι μεταλλάξεις ορισμένων πυρηνικών γονιδίων οδηγούν σε διαιρέσεις μεγάλων τμημάτων του μιτοχονδριακού DNA. Ως αποτέλεσμα, η σύνθεση των δικών του πρωτεϊνών, που περιλαμβάνουν ένζυμα των αναπνευστικών αλυσίδων, διαταράσσεται και η αναπνευστική λειτουργία των μιτοχονδρίων διαταράσσεται.

Περισσότερες από 100 ασθένειες έχουν περιγραφεί στον άνθρωπο που προκαλούνται από αλλαγές στη δομή του mtDNA (βλ. 6.4.1.4).

Συχνά, οι χρωμοσωμικές αναδιατάξεις εμφανίζονται ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε εξωτερικούς παράγοντες στα κύτταρα. Τέτοιοι παράγοντες περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, την ιονίζουσα ακτινοβολία, η οποία προκαλεί σπασίματα χρωμοσωμάτων και επακόλουθες αλλαγές στη δομή τους. Στον άνθρωπο, έχουν επίσης περιγραφεί περιπτώσεις κληρονομικά προσδιορισμένης χρωμοσωμικής αστάθειας και υπερευαισθησίας τους στη δράση παραγόντων διαφόρων φύσεων, που οδηγούν σε χρωμοσωμικές θραύσεις. Αυτό παρατηρείται στην αναιμία Fanconi, στο σύνδρομο Bloom, στην αταξία-τελαγγειεκτασία και στη μελαγχρωστική ξηροδερμία. Έτσι, στο xeroderma pigmentosum, η υψηλή ευαισθησία στο υπεριώδες φως, που συνοδεύεται από αυξημένη ευθραυστότητα των χρωμοσωμάτων, σχετίζεται με κληρονομική διαταραχή της επιδιόρθωσης του DNA.

Μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων, κατά κανόνα, είναι αποτέλεσμα διαταραχής της κανονικής πορείας της κυτταρικής διαίρεσης, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ανευπλοειδών και πολυπλοειδών σωματικών κυττάρων ή γαμετών με μη φυσιολογικό αριθμό χρωμοσωμάτων.

Η βλάβη στους μηχανισμούς κληρονομικότητας που λειτουργούν σε κυτταρικό επίπεδο οδηγεί σε διαφορετικά αποτελέσματα στην κλίμακα του οργανισμού. Έτσι, οι μεταλλάξεις στα σωματικά κύτταρα του σώματος (σωματικές μεταλλάξεις) μπορούν να οδηγήσουν σε διάφορες ασθένειες ενός ατόμου, χωρίς όμως να τις μεταδώσουν στους απογόνους κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Παραβιάσεις του κληρονομικού προγράμματος στα γεννητικά κύτταρα (γεννητικές μεταλλάξεις), χωρίς να εμφανίζονται στον φαινότυπο ενός δεδομένου οργανισμού, οδηγούν στην εμφάνιση μεταλλαγμένων απογόνων. Κατά συνέπεια, η ακριβής αναπαραγωγή ορισμένων κληρονομικών χαρακτηριστικών σε πολλές γενιές κυττάρων του σώματος βοηθά στη διατήρηση της υγείας ενός δεδομένου ατόμου. Το κλειδί για την εμφάνιση κληρονομικά υγιών απογόνων είναι, πρώτα απ 'όλα, η ισορροπία του γονιδιώματος των γονικών γαμετών, που περιέχουν ευνοϊκά γονιδιακά αλληλόμορφα. Εάν υπάρχουν «μη ευνοϊκά» γονιδιακά αλληλόμορφα στο γονιδίωμα του γαμετή ενός από τους γονείς, η επίδρασή τους μπορεί να μειωθεί ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με τα φυσιολογικά αλληλόμορφα του άλλου γονέα.

Οι κληρονομικές πληροφορίες ενός κυττάρου καταγράφονται με τη μορφή νουκλεοτιδικής αλληλουχίας DNA. Υπάρχουν μηχανισμοί για την προστασία του DNA από εξωτερικές επιρροές για την αποφυγή βλάβης στη γενετική πληροφορία, αλλά τέτοιες παραβιάσεις συμβαίνουν τακτικά, ονομάζονται μεταλλάξεις.

Μεταλλάξεις- αλλαγές που έχουν συμβεί στις γενετικές πληροφορίες ενός κυττάρου, αυτές οι αλλαγές μπορούν να έχουν διαφορετικές κλίμακες και να χωρίζονται σε τύπους.

Τύποι μεταλλάξεων

Γονιδιωματικές μεταλλάξεις- αλλαγές σχετικά με τον αριθμό των ολόκληρων χρωμοσωμάτων στο γονιδίωμα.

Χρωμοσωμικές μεταλλάξεις- αλλαγές που επηρεάζουν περιοχές μέσα σε ένα χρωμόσωμα.

Γονιδιακές μεταλλάξεις- αλλαγές που συμβαίνουν σε ένα γονίδιο.

Ως αποτέλεσμα γονιδιωματικών μεταλλάξεων, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μέσα στο γονιδίωμα αλλάζει. Αυτό οφείλεται σε διαταραχή της λειτουργίας της ατράκτου, επομένως τα ομόλογα χρωμοσώματα δεν αποκλίνουν σε διαφορετικούς πόλους του κυττάρου.

Ως αποτέλεσμα, ένα κύτταρο αποκτά διπλάσια χρωμοσώματα από όσα θα έπρεπε (Εικ. 1):

Ρύζι. 1. Γονιδιακή μετάλλαξη

Το απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων παραμένει το ίδιο, αλλάζει μόνο ο αριθμός των συνόλων ομόλογων χρωμοσωμάτων (2n).

Στη φύση, τέτοιες μεταλλάξεις είναι συχνά σταθερές στους απογόνους, τις περισσότερες φορές βρίσκονται σε φυτά, καθώς και σε μύκητες και φύκια (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Ανώτερα φυτά, μύκητες, φύκια

Αυτοί οι οργανισμοί ονομάζονται πολυπλοειδή φυτά μπορούν να περιέχουν από τρία έως εκατό απλοειδή σύνολα. Σε αντίθεση με τις περισσότερες μεταλλάξεις, η πολυπλοειδία συνήθως ωφελεί τον οργανισμό. Πολλές καλλιεργούμενες ποικιλίες φυτών είναι πολυπλοειδείς (Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Πολυπλοειδείς καλλιέργειες

Οι άνθρωποι μπορούν να προκαλέσουν πολυπλοειδία τεχνητά εκθέτοντας τα φυτά στην κολχικίνη (Εικ. 4).

Ρύζι. 4. Κολχικίνη

Η κολχικίνη καταστρέφει τους κλώνους της ατράκτου και οδηγεί στο σχηματισμό πολυπλοειδών γονιδιωμάτων.

Μερικές φορές κατά τη διαίρεση, η μη διάσπαση στη μείωση μπορεί να συμβεί όχι σε όλα, αλλά μόνο σε ορισμένα χρωμοσώματα ονομάζονται τέτοιες μεταλλάξεις ανευπλοειδές. Για παράδειγμα, ένα άτομο χαρακτηρίζεται από την τρισωμία μετάλλαξης 21: στην περίπτωση αυτή, το εικοστό πρώτο ζεύγος χρωμοσωμάτων δεν αποκλίνει, με αποτέλεσμα το παιδί να λαμβάνει όχι δύο εικοστό πρώτο χρωμοσώματα, αλλά τρία. Αυτό οδηγεί στην ανάπτυξη του συνδρόμου Down (Εικ. 5), με αποτέλεσμα το παιδί να είναι διανοητικά και σωματικά ανάπηρο και στείρο.

Ρύζι. 5. Σύνδρομο Down

Ένας τύπος γονιδιωματικής μετάλλαξης είναι επίσης η διαίρεση ενός χρωμοσώματος σε δύο και η σύντηξη δύο χρωμοσωμάτων σε ένα.

Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις χωρίζονται σε τύπους:

- διαγραφή- απώλεια τμήματος χρωμοσώματος (Εικ. 6).

Ρύζι. 6. Διαγραφή

- αναπαραγωγή σε πανομοιότυπο- διπλασιασμός κάποιου μέρους των χρωμοσωμάτων (Εικ. 7).

Ρύζι. 7. Διπλασιασμός

- αντιστροφή- περιστροφή ενός τμήματος χρωμοσώματος κατά 180 0, με αποτέλεσμα τα γονίδια σε αυτό το τμήμα να βρίσκονται στην αντίστροφη αλληλουχία σε σύγκριση με τον κανόνα (Εικ. 8).

Ρύζι. 8. Αναστροφή

- μετατόπιση- μετακίνηση οποιουδήποτε τμήματος του χρωμοσώματος σε άλλο σημείο (Εικ. 9).

Ρύζι. 9. Μετατόπιση

Με τις διαγραφές και τους διπλασιασμούς, η συνολική ποσότητα του γενετικού υλικού αλλάζει, ο βαθμός φαινοτυπικής εκδήλωσης αυτών των μεταλλάξεων εξαρτάται από το μέγεθος των αλλαγμένων περιοχών, καθώς και από το πόσο σημαντικά είναι τα γονίδια σε αυτές τις περιοχές.

Με τις αναστροφές και τις μετατοπίσεις δεν αλλάζει η ποσότητα του γενετικού υλικού, αλλάζει μόνο η θέση του. Τέτοιες μεταλλάξεις είναι απαραίτητες εξελικτικά, αφού τα μεταλλαγμένα συχνά δεν μπορούν πλέον να διασταυρωθούν με τα αρχικά άτομα.

Βιβλιογραφία

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Βιολογία, 11η τάξη. Γενική βιολογία. Επίπεδο προφίλ. - 5η έκδοση, στερεότυπη. - Bustard, 2010.
2. Belyaev D.K. Γενική βιολογία. Ένα βασικό επίπεδο. - 11η έκδοση, στερεότυπη. - Μ.: Εκπαίδευση, 2012.
3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Γενική βιολογία, τάξεις 10-11. - M.: Bustard, 2005.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Βιολογία 10-11 τάξη. Γενική βιολογία. Ένα βασικό επίπεδο. - 6η έκδ., πρόσθ. - Bustard, 2010.

1. Διαδικτυακή πύλη "genetics.prep74.ru" ()
2. Διαδικτυακή πύλη "shporiforall.ru" ()
3. Διαδικτυακή πύλη "licey.net" ()

Εργασία για το σπίτι

1. Πού είναι πιο συχνές οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις;
2. Τι είναι οι πολυπλοειδείς οργανισμοί;
3. Σε ποιους τύπους χρωμοσωμικών μεταλλάξεων χωρίζονται;

Οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις είναι αλλαγές στο γονιδίωμα - το απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων. Μεταξύ των γονιδιωματικών μεταλλάξεων, διακρίνονται διάφορες ποικιλίες.

Οι αναδιατάξεις Robertson είναι συντήξεις και διαιρέσεις χρωμοσωμάτων στην περιοχή του κεντρομερούς. Ονομάζονται από τον V. Robertson, ο οποίος πρότεινε την υπόθεσή του για τον μηχανισμό τέτοιων μεταλλάξεων. Οι κεντρικές συντήξεις («Robertsonian translocations») είναι συντήξεις δύο μη ομόλογων ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων για να σχηματίσουν ένα υπομετακεντρικό χρωμόσωμα. Κατά τη διαίρεση, αντίθετα, ένα υπομετακεντρικό χρωμόσωμα χωρίζεται σε δύο ακροκεντρικά χρωμοσώματα. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να σχηματιστεί ένα νέο κεντρομερίδιο, διαφορετικά το χρωμόσωμα χωρίς το κεντρομερές θα χαθεί κατά τη μίτωση.

Οι αναδιατάξεις Robertson οδηγούν σε αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων στον καρυότυπο χωρίς να επηρεάζεται η συνολική ποσότητα γενετικού υλικού στο κύτταρο. Και οι δύο τύποι ανακατατάξεων υπάρχουν στη φύση, αλλά οι μετατοπίσεις Robertson είναι πολύ πιο συνηθισμένες. Αποτελούν ένα από τα κύρια μονοπάτια εξέλιξης του καρυότυπου.

Η ανευπλοειδία είναι μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων που δεν είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς αριθμού. Κατά κανόνα, αντιπροσωπεύει την προσθήκη ή απώλεια 1 - 2 χρωμοσωμάτων του διπλοειδούς συνόλου. Στα ζώα, η ανευπλοειδία συνήθως οδηγεί σε σοβαρές ανωμαλίες ή θάνατο. Ωστόσο, στα φυτά, η τρισωμία (η παρουσία 3 ομόλογων χρωμοσωμάτων) μπορεί να χρησιμεύσει ως παράγοντας γενετικής ποικιλότητας. Η αιτία της ανευπλοειδίας είναι η μη αποσύνδεση των χρωμοσωμάτων στη μείωση και ο σχηματισμός μη ισορροπημένων γαμετών.

Το σύνδρομο Down (ΣΣ) είναι ένα από τα πολύ περιορισμένα κληρονομικά νοσήματα, ο φαινότυπος του οποίου είναι πολύ γνωστός ακόμη και σε μη ειδικούς. Η «φήμη» της είναι αποτέλεσμα του γεγονότος ότι, πρώτον, η συχνότητα του διαβήτη είναι αρκετά υψηλή και, δεύτερον, ο φαινότυπος αυτής της ασθένειας είναι εύκολα αναγνωρίσιμος: οι ασθενείς με διαβήτη χαρακτηρίζονται από χαρακτηριστικά εξωτερικά χαρακτηριστικά, έκφραση του προσώπου και νοητική υστέρηση.

Οι πρώτες κλινικές και επιστημονικές περιγραφές του διαβήτη εμφανίστηκαν στα μέσα του περασμένου αιώνα και ο ακριβής ορισμός του δόθηκε το 1866 από τον J. Down, ο οποίος περιέγραψε αρκετούς τέτοιους ασθενείς. Οι υποθέσεις ότι ο διαβήτης ελέγχεται γενετικά διατυπώθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα. Μέχρι τη δεκαετία του 1930, προτάθηκε ότι αυτή η ασθένεια αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα χρωμοσωμικής εκτροπής (δομικές αποκλίσεις στο σύνολο των χρωμοσωμάτων), η οποία προκαλείται από τη μη διασύνδεσή τους κατά τη διαδικασία της μείωσης. Το 1959, ανακαλύφθηκε ότι ο διαβήτης προκαλείται από τρισωμία του χρωμοσώματος 21, δηλ. η παρουσία στα κύτταρα τριών, και όχι δύο, ως συνήθως, χρωμοσωμάτων. Σήμερα είναι γνωστό ότι περίπου 1 στα 600 νεογνά είναι φορέας αυτής της ανωμαλίας. Επιπλέον, σύμφωνα με σύγχρονες εκτιμήσεις, περίπου 1 στα 150 γονιμοποιημένα ανθρώπινα ωάρια είναι φορέας της τρισωμίας 21 (τα περισσότερα ωάρια με τρισωμία πεθαίνουν). Οι ασθενείς με διαβήτη αποτελούν περίπου το 25% του συνόλου των νοητικά καθυστερημένων ατόμων, αποτελώντας τη μεγαλύτερη ομοιογενή αιτιολογικά ομάδα ατόμων με νοητική υστέρηση.

Ο γενετικός μηχανισμός του διαβήτη είναι μια απεικόνιση του φαινομένου των χρωμοσωμικών ανωμαλιών. Έχουν ήδη συζητηθεί στο Κεφ. Ι. Ας επαναλάβουμε εν συντομία όσα ειπώθηκαν εκεί. Κατά τον σχηματισμό των σεξουαλικών κυττάρων - γαμετών - χωρίζονται και τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, και κάθε γαμίτης γίνεται φορέας ενός χρωμοσώματος από κάθε ζευγάρι. Όταν ένα σπέρμα γονιμοποιεί ένα ωάριο, τα ζεύγη χρωμοσωμάτων αποκαθίστανται και σε κάθε ζευγάρι ένα χρωμόσωμα προέρχεται από τη μητέρα και το δεύτερο από τον πατέρα. Παρά την εύρυθμη διαδικασία σχηματισμού γαμετών, συμβαίνουν σφάλματα σε αυτό και στη συνέχεια διαταράσσεται ο διαχωρισμός των ζευγών χρωμοσωμάτων - εμφανίζεται ένας γαμέτης που δεν περιέχει ένα χρωμόσωμα, αλλά ένα ζευγάρι από αυτά. Αυτή η παράβαση ονομάζεται μη αποσύνδεση χρωμοσωμάτων.Όταν ένας τέτοιος γαμέτης συγχωνεύεται με έναν κανονικό γαμετή κατά τη διάρκεια της γονιμοποίησης, σχηματίζεται ένα κύτταρο με τρία ίδια χρωμοσώματα. ένα παρόμοιο φαινόμενο ονομάζεται τρισωμία. Η μη διασύνδεση των χρωμοσωμάτων είναι η κύρια αιτία αυθόρμητων αμβλώσεων κατά τις πρώτες εβδομάδες της εμβρυϊκής ζωής. Ωστόσο, υπάρχει κάποια πιθανότητα ότι ένα έμβρυο με ανώμαλο χρωμοσωμικό συμπλήρωμα θα συνεχίσει να αναπτύσσεται.

Η ακριβής αιτία της μη διάσπασης είναι άγνωστη. Ένας αξιόπιστος συσχετισμός της τρισωμίας 21 είναι η ηλικία της μητέρας: σύμφωνα με μελέτες, το 56% των μητέρων άνω των 35 ετών έχουν έμβρυα με τρισωμία 21 και σε τέτοιες περιπτώσεις, περίπου το 90% των διαγνωσμένων γυναικών επιλέγουν να τερματίσουν την εγκυμοσύνη τους. Δεδομένου ότι το ΣΔ εμφανίζεται «καινούργιο» σε κάθε γενιά (η μη διάσπαση είναι ένα μεμονωμένο συμβάν, η πιθανότητα του οποίου αυξάνεται με την ηλικία της μητέρας), το ΣΔ δεν μπορεί να θεωρηθεί ως ασθένεια που μεταδίδεται κληρονομικά.

Οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις είναι αυτές που οδηγούν σε αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων στον καρυότυπο.

Τύποι γονιδιωματικών μεταλλάξεων:

1) Πολυπλοειδία - αύξηση του αριθμού των χρωμοσωμάτων που είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς. Υπάρχουν μειοτικά και σωματικά. Με την αυτοπολυπλοειδία, το ίδιο γονιδίωμα επαναλαμβάνεται με την αλλοπλοειδία, υπάρχουν δύο ή περισσότερα διαφορετικά γονιδιώματα σε ένα κύτταρο.

2) Απλοειδία – μείωση του αριθμού των χρωμοσωμάτων στο απλοειδές σύνολο.

3) Ανευπλοειδία είναι μια αλλαγή στον αριθμό μόνο μεμονωμένων χρωμοσωμάτων.

Η ανευπλοειδία, ή ετεροπλοειδία, εμφανίζεται λόγω μιας αλλαγής στον αριθμό των χρωμοσωμάτων που δεν είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς συνόλου. Ως αποτέλεσμα της μη αποσύνδεσης των χρωμοσωμάτων κατά τη γαμετογένεση, μπορεί να προκύψουν γεννητικά κύτταρα με επιπλέον χρωμοσώματα και στη συνέχεια, κατά την επακόλουθη σύντηξη με κανονικούς απλοειδείς γαμέτες, σχηματίζουν 2n+1 ζυγώτες ή τρισωμικά, σε ένα συγκεκριμένο χρωμόσωμα. Εάν υπάρχει ένα λιγότερο χρωμόσωμα στον γαμετή, τότε η επακόλουθη γονιμοποίηση θα οδηγήσει στον σχηματισμό ενός ζυγώτη 2n-1, ή μονοσωμικού, σε οποιοδήποτε από τα χρωμοσώματα. Συχνά σε ζώα και ανθρώπους, ένα επιπλέον χρωμόσωμα προκαλεί αναπτυξιακή κατάθλιψη και θνησιμότητα. Για παράδειγμα, ένα επιπλέον χρωμόσωμα Χ ή 21ο χρωμόσωμα στον άνθρωπο προκαλεί σοβαρές ανωμαλίες. ΑΝΕΥΠΛΟΙΔΙΑ(από τα ελληνικά ένα- αρνητικό σωματίδιο, ΕΕ- καλά, αρκετά, - ploos- πολλαπλά και είδος- είδη), ετεροπλοειδία, φαινόμενο κατά το οποίο τα κύτταρα ενός οργανισμού περιέχουν έναν τροποποιημένο αριθμό χρωμοσωμάτων που δεν είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς συνόλου. Η απουσία ενός χρωμοσώματος στο χρωμοσωμικό σύνολο ενός διπλοειδούς ονομάζεται μονοσωμία και η απουσία δύο ομόλογων χρωμοσωμάτων ονομάζεται μηδενική. Η παρουσία ενός επιπλέον ομόλογου χρωμοσώματος ονομάζεται τρισωμία. Οι οργανισμοί με τέτοιες αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων ονομάζονται μονοσωμικοί, μηδενικοί και τρισωμικοί, αντίστοιχα. Ο κύριος μηχανισμός για την εμφάνιση της ανευπλοειδίας είναι η μη διάσπαση και η απώλεια μεμονωμένων χρωμοσωμάτων στη μίτωση και τη μείωση. Λόγω της ανισορροπίας των χρωμοσωμάτων, η ανευπλοειδία οδηγεί σε μείωση της βιωσιμότητας και συχνά στο θάνατο των ανευπλοειδών, ειδικά στα ζώα (η ανευπλοειδία βρίσκεται κάτω από μια σειρά από χρωμοσωμικές ασθένειες). Στη γενετική ανάλυση, χρησιμοποιώντας ανευπλοειδία (διασταύρωση μεταλλαγμάτων με ανευπλοειδή σε ορισμένα χρωμοσώματα), προσδιορίζεται σε ποια ομάδα σύνδεσης βρίσκεται το υπό μελέτη γονίδιο.

Η ανευπλοειδία (ετεροπολυπλοειδία) είναι μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων στα κύτταρα που δεν είναι πολλαπλάσιο του κύριου αριθμού χρωμοσωμάτων. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ανευπλοειδίας. Στο μονοσωμίαένα από τα χρωμοσώματα του διπλοειδούς συνόλου χάνεται (2 n- 1). Στο πολυσωμίαένα ή περισσότερα χρωμοσώματα προστίθενται στον καρυότυπο. Μια ειδική περίπτωση πολυσωμίας είναι τρισωμία (2n+ 1), όταν αντί για δύο ομόλογα υπάρχουν τρία. Στο μηδενισμόςκαι τα δύο ομόλογα οποιουδήποτε ζεύγους χρωμοσωμάτων απουσιάζουν (2 n – 2).

Στον άνθρωπο, η ανευπλοειδία οδηγεί στην ανάπτυξη σοβαρών κληρονομικών ασθενειών. Μερικά από αυτά συνδέονται με αλλαγές στον αριθμό των φυλετικών χρωμοσωμάτων (βλ. Κεφάλαιο 17). Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες ασθένειες:

– Τρισωμία στο χρωμόσωμα 21 (καρυότυπος 47, + 21 ) Σύνδρομο Down; Η συχνότητα στα νεογνά είναι 1:700. Αργή σωματική και πνευματική ανάπτυξη, μεγάλη απόσταση μεταξύ των ρουθουνιών, φαρδιά γέφυρα της μύτης, ανάπτυξη βλεφαροπτύχωσης (επίκανθος), μισάνοιχτο στόμα. Στις μισές περιπτώσεις, υπάρχουν διαταραχές στη δομή της καρδιάς και των αιμοφόρων αγγείων. Συνήθως το ανοσοποιητικό σύστημα είναι μειωμένο. Ο μέσος όρος ζωής είναι 9-15 χρόνια.

– Τρισωμία στο χρωμόσωμα 13 (καρυότυπος 47, + 13 ) Σύνδρομο Patau. Η συχνότητα στα νεογνά είναι 1:5.000.

– Τρισωμία στο χρωμόσωμα 18 (καρυότυπος 47, + 18 ) σύνδρομο Edwards. Η συχνότητα μεταξύ των νεογνών είναι 1:10.000.

Από τη φύση της εκδήλωσης στην ετερόζυγη κατάσταση – κυρίαρχο (εκδηλώνεται σε ετερόζυγη κατάσταση) και υποχωρητικός (εμφανίζονται μόνο στην ομόζυγη κατάσταση).

Ανάλογα με τον λόγο – αυθόρμητος (χωρίς προφανή λόγο) και που προκαλείται (που προκαλείται από την κατευθυνόμενη δράση κάποιου παράγοντα).

Ανάλογα με τη θέση στο κελί – πυρηνικός Και κυτταροπλασματική .

Σχετικά με τη δυνατότητα κληρονομιάς – γεννητικός (στο αναπαραγωγικό κύτταρο) και σωματικός (που προκύπτει σε ένα σωματικό σωματικό κύτταρο). Οι σωματικές μεταλλάξεις σε σεξουαλικά αναπαραγόμενα είδη δεν κληρονομούνται. Αλλά για ένα δεδομένο άτομο δεν είναι αδιάφορα (για παράδειγμα, σημάδια εκ γενετής, κηλίδες στην ίριδα, ένας καρκινικός όγκος).

Λειτουργικό (ανάλογα με το αποτέλεσμα) – χρήσιμος, επιβλαβής (συμπεριλαμβανομένου του θανατηφόρου) και ουδέτερο (αδιάφορο) .

Από τη φύση των αλλαγών του γονιδιώματος – γενετική (αλλαγή στη γονιδιακή δομή), χρωμοσωμική (αλλαγή στη δομή των χρωμοσωμάτων) Και γονιδιωματικό (αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων).

Γονιδιακές μεταλλάξεις

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις βασίζονται σε αλλαγές στη δομή του μορίου του DNA. Όλα αυτά μπορούν να συνδυαστούν σε τρεις ομάδες.

Αντικατάσταση μιας αζωτούχου βάσης με μια άλλη. Για παράδειγμα, κατά την απαμίνωση (η κυτοσίνη μετατρέπεται σε θυμίνη) ή όταν ένα νουκλεοτίδιο ενσωματώνεται κατά λάθος κατά την αντιγραφή του DNA.

Μια μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης είναι αποτέλεσμα της διαγραφής ή της εισαγωγής ενός νουκλεοτιδίου στην αλυσίδα που συντίθεται.

AAA CGT AAC fen - ala - lei

AAA ACG TAA fen – cis – ile

κωδικογονική αλυσίδα πολυπεπτιδίου DNA

Μια αλλαγή στη σειρά των νουκλεοτιδίων μέσα σε ένα γονίδιο (όταν ένα τμήμα μιας αλυσίδας DNA περιστρέφεται κατά 180 0).

Χρωμοσωμικές μεταλλάξεις

Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις βασίζονται σε αλλαγές στη δομή των χρωμοσωμάτων. Χωρίζονται σε μέσα- Και διαχρωμοσωμική .

Ενδοχρωμοσωμικά:

α) ανυπακοή – αποκόλληση του τερματικού τμήματος του χρωμοσώματος.

β) διαγραφή – απώλεια του μεσαίου τμήματος του χρωμοσώματος.

V) αναπαραγωγή σε πανομοιότυπο – διπλασιασμός μιας χρωμοσωμικής περιοχής.

σολ ) αντιστροφή – περιστροφή τμήματος χρωμοσώματος κατά 180 o. Η αναστροφή μπορεί να είναι περικεντρική (συλλαμβάνει το κεντρομερίδιο) και παρακεντρικός (εντός ενός ώμου).

Διαχρωμοσωμική:

ΕΝΑ)μετατόπιση – βασίζεται στον διαχωρισμό ενός τμήματος ενός χρωμοσώματος και στην προσκόλλησή του σε ένα άλλο χρωμόσωμα. Τύποι μετατοπίσεων: αμοιβαίος (αμοιβαία ανταλλαγή ώμων) και Ρομπέρτσονιαν – κεντρικός διαχωρισμός ή σύντηξη μεμονωμένων χρωμοσωμάτων.

Πιστεύεται ότι κατά τη μετατροπή ενός πιθήκου (χιμπατζή) σε άνθρωπο, έγινε σύντηξη δύο ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων σε ένα μετακεντρικό.

σι)μετάθεση – μετακίνηση μικρών τμημάτων γενετικού υλικού τόσο εντός ενός χρωμοσώματος όσο και σε ολόκληρο τον καρυότυπο.

Γονιδιωματικές μεταλλάξεις

Βασίζεται σε μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. Υπάρχουν δύο τύποι τέτοιων μεταλλάξεων:

πολυπλοειδία - μια αύξηση στον αριθμό των χρωμοσωμάτων κατά μια ποσότητα που είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς συνόλου.

ανευπλοειδία – αύξηση του αριθμού των χρωμοσωμάτων κατά ποσότητα που δεν είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς συνόλου. Οταν τρισωμίαυπάρχει ένα επιπλέον χρωμόσωμα (σετ 2 n + 1 ), στο μονοσωμίαλείπει ένα χρωμόσωμα (σετ 2 n – 1 ), στο Νουλισωμίαλείπει ολόκληρο το ζεύγος χρωμοσωμάτων ( 2 n – 2 ).

Η πολυπλοειδία είναι ευρέως διαδεδομένη στον φυτικό κόσμο. Έτσι, υπάρχουν τρία είδη σιταριού ( 2 n, 4 n, 6 n), Οπου n = 7 . Τα χρυσάνθεμα έχουν σετ από 2 n πριν 22 n (n = 9 ). Παρόμοια παραδείγματα μπορούν να βρεθούν σε όλα τα φυτά, τόσο άγρια ​​όσο και καλλιεργημένα. Ως εκ τούτου, πιστεύεται ότι η εξέλιξη των φυτών ακολούθησε τον δρόμο της πολυπλοειδοποίησης. Η πολυπλοειδία χρησιμοποιείται ευρέως στις εργασίες αναπαραγωγής (τα πολυπλοειδή φυτά έχουν μεγαλύτερους καρπούς και περισσότερους σπόρους).

Στον κόσμο των ζώων, η πολυπλοειδία είναι ένα σπάνιο φαινόμενο. Οι πολυπλοειδείς οργανισμοί βρίσκονται σε βλεφαρίδες και ψάρια.

Στους ανθρώπους έχει εδραιωθεί η γέννηση τριπλοειδών, αλλά δεν είναι βιώσιμα (υπάρχουν από αρκετά λεπτά έως αρκετές ώρες).

Οι γονιδιωματικές και χρωμοσωμικές μεταλλάξεις στον άνθρωπο αποτελούν τη βάση μιας ομάδας ασθενειών που έχουν ονομαστεί χρωμοσωμικές ασθένειες.