Mutacione gjenomike. Mutacionet janë mutacione gjenetike, kromozomale dhe gjenomike të Biologjisë

Ndryshimet në organizimin gjenomik

Mekanizmat e rikombinimit të materialit trashëgues të diskutuar më sipër (kalimi, divergjenca e kromozomeve homologe dhe sjellja e pavarur e kromozomeve johomologe në anafazën I të mejozës, fekondimi), kur ato ndodhin natyrshëm, shkaktojnë ndryshueshmëri kombinative, por nuk ndryshojnë strukturën e përgjithshme të gjenomit si karakteristikë e specieve. Bilanci evolucionar në dozat e gjeneve individuale në një specie të caktuar dhe shpërndarja e këtyre gjeneve midis grupeve lidhëse mbeten një karakteristikë e qëndrueshme e gjenomit të çdo specie. Megjithatë, si në nivelet gjenetike dhe kromozomike të organizimit të materialit trashëgues, ashtu edhe në nivelin gjenomik, ai është i aftë të përvetësojë ndryshime mutacionale. Këto ndryshime mund të përdoren si material evolucionar. Në të njëjtën kohë, ritmi i përshpejtuar i procesit evolucionar i vërejtur në faza të caktuara të zhvillimit historik, si rregull, shkaktohet jo aq shumë nga akumulimi i mutacioneve të gjeneve, por nga ndryshime të rëndësishme në strukturën e të gjithë gjenomit. Këto të fundit përfshijnë ndryshime në raportin e dozimit të gjeneve të ndryshme dhe ndryshime në përbërjen e grupeve të lidhjes brenda gjenomit.

Shkaku i ndryshimeve strukturore në gjenom mund të jetë një ndërprerje e atyre proceseve që normalisht sigurojnë stabilitetin e tij, kryesisht proceset që ndodhin në mejozë.

Kështu, një shkelje e kryqëzimit, që çon në shkëmbimin e seksioneve të pabarabarta të ADN-së midis kromatideve, mund të çojë në humbjen ose dyfishimin e një sekuence të caktuar nukleotide në to. Nëse kjo ndikon në strukturën e një gjeni individual, atëherë një mutacion gjenit mund të ndodhë me një ndryshim në numrin e nukleotideve në të (shih seksionin 3.4.2.3). Nëse, për shkak të shkëmbimit të pabarabartë, preket një rajon i kromatidit që përmban disa gjene, doza e këtyre gjeneve në gjenom ndryshon. Ai ose humb disa gjene (ndarja), ose këto gjene përfundojnë në gjenom në sasi të dyfishtë (dyfishim). Një ndryshim në raportin e dozës së gjeneve individuale vërehet gjithashtu me lloje të ndryshme të rirregullimeve kromozomale, jo domosdoshmërisht të shoqëruara me kryqëzim të pabarabartë (shih seksionin 3.5.3.3).

Shkelja e divergjencës së bivalentëve në anafazën I të mejozës shkakton një ndryshim në numrin e kromozomeve në grupin haploid të gameteve. Mosndarja e një bivalenti individual çon në shfaqjen e një gamete të cilës i mungon ky kromozom dhe një tjetre që ka këtë grup lidhjeje në sasi të dyfishtë (Fig. 3.76). Fekondimi i gameteve të tilla nga qelizat germinale normale çon në shfaqjen e individëve në kariotipin e të cilëve ndryshon numri i përgjithshëm i kromozomeve për shkak të një ulje (monosomi) ose rritje (trizomi) të numrit të kromozomeve individuale. Çrregullimet në strukturën e gjenomit, që konsistojnë në ndryshime në numrin e kromozomeve individuale, quhen aneuploidi.

Oriz. 3.76. Shkelja e divergjencës së bivalentëve individualë ( 1 , 2, 3 ) në mejozë

si shkak i aneuploidisë:

A - metafaza 1 e mejozës; B - formimi i gameteve jonormale si rezultat i shkeljes së divergjencës së bivalentit të tretë në anafazën I të mejozës; NË - fekondimi i gameteve jonormale nga gamete normale të seksit tjetër; G - formimi i zigoteve me një kariotip aneuploid (monosomia ose trizomia në kromozomin e tretë, respektivisht sipër dhe poshtë)

Në rast se dëmtohet në përgjithësi mekanizmi i shpërndarjes së kromozomeve homologe ndërmjet poleve të boshtit (gjë që vërehet kur shkatërrohet), qeliza mbetet e pandarë. Ai hyn në ndarjen e dytë të mejozës jo si haploid, por si diploid. Prej tij formohen gametet diploide. Fekondimi i gameteve të tilla çon në formimin e organizmave triploid. Një rritje në numrin e grupeve të kromozomeve në kariotipin e zigotit quhet poliploidi.

Ndryshime të tilla strukturore në materialin trashëgues janë mjaft të zakonshme në natyrë në bimë, gjë që siguron ritme relativisht të shpejta të specieve në to. Poliploidizimi me shkatërrim artificial të boshtit me ndihmën e kolkicinës përdoret gjerësisht në mbarështim për zhvillimin e varieteteve të reja bimore.

Ndryshimet strukturore në gjenom mund të shprehen në një shpërndarje të ndryshme të gjeneve midis grupeve të lidhjes. Kur kromozome individuale lidhen sipas llojit të zhvendosjes Robertsonian ose, anasjelltas, dy kromozome të pavarura formohen nga një kromozom, kjo çon në një ndryshim në numrin e grupeve të lidhjes në gjenom (shih seksionin 3.5.3.3). Me zhvendosje reciproke midis kromozomeve johomologe ose me inversione, vendndodhja e gjeneve individuale ndryshon, gjë që shpesh ndikon në natyrën e funksionimit të tyre ( efekti i pozicionit).

Çdo ndryshim mutacional në materialin trashëgues të gameteve - mutacionet gjeneruese - bëhen pronë e gjeneratës së ardhshme nëse gametë të tilla marrin pjesë në fekondim. Prandaj, devijimet gjatë mitozës ose mejozës në qelizat pararendëse të gameteve kanë një rëndësi të madhe evolucionare. Nëse në qelizat somatike ndodhin mutacione të çdo rangu (gjeni, kromozomi ose gjenomik), mutacione somatike - ato transmetohen vetëm tek pasardhësit e këtyre qelizave, d.m.th. mos shkoni përtej kufijve të organizmit të caktuar. Përjashtim bëjnë mutacionet somatike që lindin në qelizat e organeve të riprodhimit vegjetativ, nga të cilat ato transmetohen në një brez të ri organizmash. Një nga shkaqet e mutacioneve somatike janë mitozat patologjike. Nëse ecuria normale e mitozës prishet (mos-ndërlidhja e kromatideve të kromozomeve individuale, mitozat multipolare, etj.), Qelizat bija marrin një program jonormal të trashëguar dhe zhvillimi i tyre i mëtejshëm devijon nga norma. Mitozat patologjike vërehen shpesh në qelizat e tumorit malinj.

Kështu, pavarësisht nga ekzistenca e mekanizmave që sigurojnë qëndrueshmërinë e strukturës së gjenomit, ndryshime të rëndësishme evolucionarisht mund të shfaqen në këtë nivel të organizimit të materialit trashëgues. Ata janë në gjendje të ofrojnë një kërcim mjaft të mprehtë në zhvillimin historik të natyrës së gjallë.

Ashtu si në shumicën e specieve, programi i zhvillimit trashëgues, i regjistruar në molekulat e ADN-së duke përdorur kodin universal të trefishtë, është i organizuar te njerëzit kryesisht në kariotipin e tij. Kompleti kromozomik i specieve Homo sapiens përbëhet nga 23 çifte kromozomesh që përmbajnë 30-40 mijë gjene. Studimi i strukturës së kariotipit dhe kromozomeve individuale duke përdorur teknika të ngjyrosjes diferenciale (selektive) tregoi se modeli i shpërndarjes së bojës në kromozome të ndryshme është i ngjashëm te njerëzit dhe majmunët - shimpanzetë dhe gorillat, të cilët kanë 24 palë kromozome. Kjo ngjashmëri çoi në përfundimin se një nga kromozomet e mëdhenj të kariotipit njerëzor u shfaq me sa duket si rezultat i shkrirjes së dy kromozomeve akrocentrike të një paraardhësi të ngjashëm me majmunin (shih seksionin 3.5.3.3).

Studimi i proceseve të mutagjenezës ka zbuluar se gjenet individuale njerëzore mund të ndryshojnë strukturën e tyre me një frekuencë të krahasueshme me atë të organizmave të tjerë të gjallë (10 -5 -10 -6 për gjen për brez). Vërtetë, për shkak të socialitetit, një person krijon gjatë aktiviteteve të tij një mjedis të ri me doza më të larta dhe një gamë më të gjerë mutagjenesh, të cilat nuk mund të mos ndikojnë në intensitetin e procesit të mutacionit në materialin trashëgues jo vetëm të njerëzimit, por edhe të tjerëve. lloje të organizmave të gjallë.

Nga mutacionet e shumta të hemoglobinës, shumica janë mjaft të rralla dhe vetëm disa prej tyre janë më të zakonshme se të tjerët, për shembull, HbS, HbC, HBE. Shumica e varianteve të hemoglobinës (rreth 350) ndryshojnë në zëvendësimet e aminoacideve të vetme, të cilat shkaktohen nga mutacionet e gjeneve të shoqëruara me zëvendësimet e bazës në sekuencat nukleotide të familjes α- ose β-globinës. Shumë zëvendësime të aminoacideve nuk ndikojnë ndjeshëm në funksionin e hemoglobinës dhe nuk çojnë në manifestime patologjike. Si rregull, këto janë zëvendësime në rajonet e jashtme të zinxhirëve polipeptidikë të tetramerit.

Zëvendësimet e aminoacideve që prishin strukturën normale të zinxhirit spirale shpesh shkaktojnë paqëndrueshmëri të hemoglobinës. Zëvendësimet në vendet ku zinxhirët α dhe β kontaktojnë me njëri-tjetrin ndikojnë në afinitetin e hemoglobinës për oksigjenin. Çrregullimet në funksionet e hemoglobinës, si rezultat i ndryshimeve të tilla në strukturën e gjeneve të α- dhe β-globinës, çojnë në shfaqjen e sëmundjeve që mund të ndahen në katër grupe kryesore.

1. Anemia hemolitike. Ato manifestohen në zbërthimin e qelizave të kuqe të gjakut, në varësi të paqëndrueshmërisë së hemoglobinës (janë përshkruar rreth 100 variante të hemoglobinave të paqëndrueshme me mutacione në gjenin e zinxhirit β).

2. Methemoglobinemia. Ato shkaktohen nga oksidimi i përshpejtuar i hekurit hekuri në hekur hekuri dhe formimi i hemoglobinës M (pesë mutacione të tilla janë të njohura në gjenet e zinxhirëve α- dhe β, të përbërë nga zëvendësimi i një baze).

3. Eritrocitoza. Ai konsiston në formimin e një numri më të madh të rruazave të kuqe të gjakut se zakonisht, që është për shkak të rritjes së afinitetit të hemoglobinës për oksigjenin, i cili është i vështirë për t'u çliruar në inde (dihen rreth 30 mutacione të tilla).

4. Anemia drapërocitare. Ai konsiston në zëvendësimin e hemoglobinës HbA me HbS, e cila karakterizohet nga tretshmëria dhe kristalizimi në kushte hipoksi, që çon në ndryshimin e formës së rruazave të kuqe të gjakut dhe manifestohet me një shumëllojshmëri fenotipike simptomash (shih Fig. 3.21).

Sëmundjet e tre grupeve të para trashëgohen në mënyrë dominuese, kështu që heterozigotët për gjenin mutant vuajnë nga shëndeti i dëmtuar. Trashëgimia e anemisë drapërocitare në kushte normale është recesive, por në kushtet e hipoksisë së rëndë, për shembull, kur ndodhen në një lartësi mbi 3000 m mbi nivelin e detit, heterozigotët HbA HbS gjithashtu vuajnë nga anemia.

Format mutante të përshkruara të hemoglobinës lindin si rezultat i ndryshimeve në strukturën e gjeneve sipas llojit të zëvendësimit të bazës. Mutacionet e një natyre të ndryshme çojnë në shfaqjen e aleleve të globinës, duke shkaktuar lloje të tjera të patologjisë. Kështu, ndërprerja e procesit të rikombinimit midis gjeneve alelike (kalim i pabarabartë) çon në një ndryshim në numrin e nukleotideve në to. Pasoja e kësaj mund të jetë një ndryshim në kornizën e leximit. Një rezultat i shpeshtë i ndryshimeve të tilla strukturore në gjene është shtypja e sintezës së një ose një zinxhiri tjetër të hemoglobinës, duke çuar në zhvillimin e kushteve patologjike të njohura kolektivisht si talasemia.

Ndarja e një nukleotidi në treshen e 139-të të gjenit të α-globinës, e përbërë nga 141 treshe, çon në një zhvendosje në kornizën e leximit dhe leximin e kodonit të ndalimit të 142-të në një kornizë të re. Në këtë rast, zinxhiri α-globinës zgjatet me pesë aminoacide shtesë. Hemoglobina Vayne karakterizohet nga kjo veçori e zinxhirëve α. Kur ndarja ndodhet më afër skajit 5", produkti aktiv nuk sintetizohet dhe forma të ndryshme zhvillohen të α-, β- dhe γ-talasemive.

Disa variante të hemoglobinës lindin si rezultat i dyfishimeve. Kështu, hemoglobina Grady mbart një dyfishim të 116-118 mbetjeve të aminoacideve në zinxhirin γ. Në hemoglobinën Cranston, shtrirja e zinxhirit p në 158 mbetje aminoacide është rezultat i dyfishimit të sekuencës AG pas trefishit të 144-të dhe zhvendosjes së mëvonshme të kornizës me impregnim të kodonit terminal.

Sa më sipër tregon se devijimet e ndryshme në strukturën e ADN-së të gjeneve të globinës çojnë në zëvendësimin e aminoacideve ose zgjatjen e zinxhirëve polipeptidikë. Kjo është arsyeja e formimit të shumë varianteve të hemoglobinës, të cilat përcaktojnë zhvillimin e sëmundjeve njerëzore që trashëgohen gjatë një sërë brezash.

Jo më pak interes janë mekanizmat e zhvillimit të sëmundjeve të ndryshme njerëzore, të cilat bazohen në mutacione gjenetike që çojnë në sintezën e proteinave enzimë me aktivitet të zvogëluar ose në shtypjen e tij. Kjo prish proceset e katalizuara nga këto enzima në qelizat e trupit. Një shembull i dëmtimit metabolik të përcaktuar në mënyrë trashëgimore në trupin e njeriut është fenilketonuria, duke u zhvilluar si rezultat i prishjes së proceseve metabolike të aminoacidit fenilalaninë dhe akumulimit të produkteve të ndërmjetme toksike në organizëm.

Oriz. 4.1. Skema e shkurtër e metabolizmit të fenilalaninës:

A - enzima e fenilalaninës hidroksilazë, një defekt i trashëguar i së cilës çon në zhvillimin e fenilketonurisë

Me një defekt në enzimën phenylalanine hydroxylase, fenilalanina nuk shndërrohet në tirozinë (Fig. 4.1) dhe grumbullohet në gjakun e pacientëve në përqendrime të larta (deri në 0.5-0.6 g/l në vend të 0.003-0.04 g/l normalisht). Kjo çon në shndërrimin e pjesshëm të fenilalaninës në acide fenilacetike dhe fenillaktike, akumulimi i të cilave, së bashku me një përqendrim të shtuar të vetë fenilalaninës, ka një efekt toksik në trurin e fëmijës. Si rezultat, fëmijët përjetojnë shkallë të ndryshme të prapambetjes mendore. Metabolizmi i dëmtuar i fenilalaninës shoqërohet gjithashtu me sintezën e dëmtuar të pigmentit të melaninës, prandaj pacientët përjetojnë pigmentim të dobët të flokëve dhe irisit të syve. Për më tepër, një përqendrim i lartë i fenilalaninës ka një efekt frenues në një numër sistemesh enzimë të përfshirë në transformimin e aminoacideve të tjera: pacientët zhvillojnë një sindromë konvulsive dhe vonesa në zhvillimin intelektual rritet. Fenilketonuria trashëgohet në mënyrë recesive.

Kështu, shembujt e diskutuar më sipër demonstrojnë të gjithë spektrin e veprimit të mekanizmave gjenetikë molekularë që sigurojnë formimin e proteinave në trupin e njeriut, si ato që funksionojnë normalisht ashtu edhe ato përgjegjëse për zhvillimin e kushteve të ndryshme patologjike. Nga sa u tha për hemoglobinën, rezulton se, së pari, formimi i proteinës kryesore funksionale të eritrociteve është nën kontrollin gjenetik dhe së dyti, formimi i formës tetramerike të kësaj proteine, me të cilën shoqërohet aktiviteti i saj fiziologjik, kërkon ndërveprimi i gjeneve jo-alelike të α- dhe β-globinave .

Kontrolli specifik i pjesës joproteinike të molekulës së hemoglobinës gjithashtu ndodh dhe kryhet në mënyrë të pavarur, përmes gjeneve të enzimave të nevojshme për sintezën e hemit. Karakteristikat e manifestimit të simptomave patologjike në bartësit e aleleve mutante tregojnë ekzistencën e marrëdhënieve të caktuara midis tyre dhe aleleve normale. Kështu, aleli i qelizave drapër në kombinim me alelin normal të 3-globinës (HbA HbS) shfaqet në kushte normale si recesive.Aleli mutant i gjenit që përcakton sintezën e enzimës fenilalanine hidroksilazë sillet në të njëjtën mënyrë. manifestimi i ndërveprimit ndërmjet aleleve mutant dhe normale bazohet në llojin e dominimit. Ky i fundit është formimi në trup i një proteine ​​me veti normale te heterozigotët. Mungesa e një alele normale në gjenotipin e një organizmi homozigot për mutantin. aleli çon në zhvillimin e një gjendjeje patologjike të shkaktuar nga një shkelje e aktivitetit funksional të proteinës përkatëse.

Një grup i veçantë i gjendjeve patologjike trashëgimore te njerëzit janë sëmundjet e shkaktuara nga mutacionet në ADN mitokondriale (mgDNA).

Biosinteza e proteinave mitokondriale është nën kontrollin e dy sistemeve gjenetike: gjeneve bërthamore dhe mitokondriale. Shumica e proteinave kodohen nga ADN-ja bërthamore, sintetizohen në citoplazmë dhe më pas transportohen në mitokondri. Së bashku me këtë, molekula rrethore e ADN-së e organelës përmban gjene që janë përgjegjëse për sintezën e tyre të proteinave, si dhe tARN dhe rRNA të përfshirë në të. Gjenomi bërthamor përmban një numër të konsiderueshëm gjenesh që sigurojnë funksionimin e ADN-së mitokondriale. Besohet se mutacionet e disa gjeneve bërthamore çojnë në ndarje të seksioneve të mëdha të ADN-së mitokondriale. Si rezultat, sinteza e proteinave të veta, të cilat përfshijnë enzimat e zinxhirëve të frymëmarrjes, është ndërprerë dhe funksioni i frymëmarrjes i mitokondrive është ndërprerë.

Më shumë se 100 sëmundje janë përshkruar te njerëzit që shkaktohen nga ndryshimet në strukturën e mtADN-së (shih 6.4.1.4).

Shpesh, rirregullimet kromozomike shfaqen si rezultat i ekspozimit ndaj faktorëve të jashtëm në qeliza. Faktorë të tillë përfshijnë, për shembull, rrezatimin jonizues, i cili shkakton thyerje të kromozomeve dhe ndryshime të mëvonshme në strukturën e tyre. Tek njerëzit, janë përshkruar edhe rastet e paqëndrueshmërisë së kromozomeve të përcaktuara në mënyrë trashëgimore dhe mbindjeshmërisë së tyre ndaj veprimit të agjentëve të natyrave të ndryshme, që çojnë në thyerje kromozomale. Kjo vërehet në aneminë Fanconi, sindromën e Bloom, ataksi-telangiektazi dhe xeroderma pigmentosum. Kështu, në xeroderma pigmentosum, ndjeshmëria e lartë ndaj dritës ultravjollcë, e shoqëruar me rritjen e brishtësisë së kromozomeve, shoqërohet me një çrregullim të trashëguar të riparimit të ADN-së.

Një ndryshim në numrin e kromozomeve, si rregull, është rezultat i një ndërprerjeje në rrjedhën normale të ndarjes qelizore, e cila çon në formimin e qelizave somatike aneuploide dhe poliploide ose gamete me një numër jonormal të kromozomeve.

Dëmtimi i mekanizmave të trashëgimisë që funksionojnë në nivel qelizor çon në rezultate të ndryshme në shkallën e organizmit. Kështu, mutacionet në qelizat somatike të trupit (mutacionet somatike) mund të çojnë në sëmundje të ndryshme të një individi, por pa i transmetuar ato tek pasardhësit gjatë riprodhimit seksual. Shkeljet e programit trashëgues në qelizat germinale (mutacionet gjeneruese), pa u shfaqur në fenotipin e një organizmi të caktuar, çojnë në shfaqjen e pasardhësve mutant. Rrjedhimisht, riprodhimi i saktë i disa karakteristikave trashëgimore në një numër brezash të qelizave të trupit ndihmon në ruajtjen e shëndetit të një individi të caktuar. Çelësi për shfaqjen e pasardhësve të shëndetshëm trashëgimor është, para së gjithash, ekuilibri i gjenomit të gameteve prindërore, që përmbajnë alele të favorshme të gjeneve. Nëse ka alele të gjeneve "të pafavorshme" në gjenomën e gametës së njërit prej prindërve, efekti i tyre mund të zvogëlohet si rezultat i ndërveprimit me alelet normale të prindit tjetër.

Informacioni trashëgues i një qelize regjistrohet në formën e një sekuence nukleotide të ADN-së. Ekzistojnë mekanizma për të mbrojtur ADN-në nga ndikimet e jashtme për të shmangur dëmtimin e informacionit gjenetik, por shkelje të tilla ndodhin rregullisht, quhen mutacionet.

Mutacionet- ndryshimet që kanë ndodhur në informacionin gjenetik të një qelize; këto ndryshime mund të kenë shkallë të ndryshme dhe ndahen në lloje.

Llojet e mutacioneve

Mutacione gjenomike- ndryshimet në lidhje me numrin e kromozomeve të plota në gjenom.

Mutacionet kromozomale- ndryshimet që prekin zonat brenda një kromozomi.

Mutacionet e gjeneve- ndryshimet që ndodhin brenda një gjeni.

Si rezultat i mutacioneve gjenomike, numri i kromozomeve brenda gjenomit ndryshon. Kjo është për shkak të ndërprerjes së funksionit të boshtit, kështu që kromozomet homologe nuk ndryshojnë në pole të ndryshme të qelizës.

Si rezultat, një qelizë fiton dy herë më shumë kromozome sesa duhet (Fig. 1):

Oriz. 1. Mutacioni gjenomik

Grupi haploid i kromozomeve mbetet i njëjtë, vetëm numri i grupeve të kromozomeve homologe (2n) ndryshon.

Në natyrë, mutacione të tilla shpesh janë të fiksuara tek pasardhësit; ato gjenden më shpesh tek bimët, si dhe tek kërpudhat dhe algat (Fig. 2).

Oriz. 2. Bimët e larta, kërpudhat, algat

Organizma të tillë quhen poliploide; bimët poliploide mund të përmbajnë nga tre deri në njëqind grupe haploide. Ndryshe nga shumica e mutacioneve, poliploidia më së shpeshti i sjell përfitim trupit; individët poliploide janë më të mëdhenj se zakonisht. Shumë varietete të bimëve të kultivuara janë poliploide (Fig. 3).

Oriz. 3. Bimë kulture poliploide

Njerëzit mund të shkaktojnë poliploidinë artificialisht duke i ekspozuar bimët ndaj kolkicinës (Fig. 4).

Oriz. 4. Kolchicina

Kolchicina shkatërron fijet e boshtit dhe çon në formimin e gjenomave poliploide.

Ndonjëherë gjatë ndarjes, mosndarja në mejozë mund të ndodhë jo për të gjithë, por vetëm për disa kromozome; mutacione të tilla quhen aneuploid. Për shembull, një person karakterizohet nga trisomia 21 e mutacionit: në këtë rast, çifti i njëzet e parë i kromozomeve nuk ndryshon, si rezultat, fëmija nuk merr dy kromozome të njëzet e një, por tre. Kjo çon në zhvillimin e sindromës Down (Fig. 5), si rezultat i së cilës fëmija është me aftësi të kufizuara mendore dhe fizike dhe steril.

Oriz. 5. Sindroma Down

Një lloj mutacioni gjenomik është gjithashtu ndarja e një kromozomi në dy dhe shkrirja e dy kromozomeve në një.

Mutacionet kromozomale ndahen në lloje:

- fshirje- humbja e një seksioni kromozomi (Fig. 6).

Oriz. 6. Fshirja

- dyfishim- dyfishimi i disa pjesëve të kromozomeve (Fig. 7).

Oriz. 7. Dyfishim

- përmbysja- rrotullimi i një seksioni kromozomi me 180 0, si rezultat i të cilit gjenet në këtë seksion janë të vendosura në sekuencë të kundërt në krahasim me normën (Fig. 8).

Oriz. 8. Inversion

- zhvendosje- lëvizja e ndonjë pjese të kromozomit në një vend tjetër (Fig. 9).

Oriz. 9. Translokimi

Me fshirjet dhe dyfishimet, sasia totale e materialit gjenetik ndryshon; shkalla e manifestimit fenotipik të këtyre mutacioneve varet nga madhësia e zonave të ndryshuara, si dhe nga rëndësia e gjeneve në këto zona.

Me përmbysjet dhe zhvendosjet, sasia e materialit gjenetik nuk ndryshon, ndryshon vetëm vendndodhja e tij. Mutacione të tilla janë të nevojshme në aspektin evolucionar, pasi mutantët shpesh nuk mund të ndërthuren më me individët origjinalë.

Bibliografi

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologji, klasa e 11-të. Biologji e përgjithshme. Niveli i profilit. - Botimi i 5-të, stereotip. - Bustard, 2010.
2. Belyaev D.K. Biologji e përgjithshme. Një nivel bazë të. - Botimi i 11-të, stereotip. - M.: Arsimi, 2012.
3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologji e përgjithshme, klasa 10-11. - M.: Bustard, 2005.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologjia 10-11 klasa. Biologji e përgjithshme. Një nivel bazë të. - Botimi i 6-të, shto. - Bustard, 2010.

1. Portali në internet "genetics.prep74.ru" ()
2. Portali në internet "shporiforall.ru" ()
3. Portali në internet "licey.net" ()

Detyre shtepie

1. Ku janë mutacionet gjenomike më të zakonshme?
2. Çfarë janë organizmat poliploide?
3. Në cilat lloje të mutacioneve kromozomale ndahen?

Mutacionet gjenomike janë ndryshime në gjenom - grupi haploid i kromozomeve. Midis mutacioneve gjenomike, dallohen disa varietete.

Rirregullimet Robertsoniane janë shkrirje dhe ndarje të kromozomeve në rajonin e centromerit. Ata janë emëruar pas V. Robertson, i cili propozoi hipotezën e tij për mekanizmin e mutacioneve të tilla. Fuzionet centrike ("Translokacionet Robertsonian") janë bashkime të dy kromozomeve akrocentrike jo-homologe për të formuar një kromozom nënmetacentrik. Kur ndahet, përkundrazi, një kromozom nënmetacentrik ndahet në dy kromozome akrocentrike. Në këtë rast, duhet të formohet një centromer i ri, përndryshe kromozomi pa centromerin do të humbasë gjatë mitozës.

Rirregullimet Robertsoniane çojnë në ndryshime në numrin e kromozomeve në kariotip pa ndikuar në sasinë totale të materialit gjenetik në qelizë. Të dy variantet e rirregullimeve janë të pranishme në natyrë, por zhvendosjet Robertsonian janë shumë më të zakonshme. Ato janë një nga rrugët kryesore të evolucionit të kariotipit.

Aneuploidia është një ndryshim në numrin e kromozomeve që nuk është shumëfish i grupit haploid. Si rregull, ai përfaqëson shtimin ose humbjen e 1 - 2 kromozomeve të grupit diploid. Në kafshë, aneuploidia zakonisht rezulton në anomali të rënda ose vdekje. Megjithatë, në bimë, trisomia (prania e 3 kromozomeve homologe) mund të shërbejë si një faktor i diversitetit gjenetik. Shkaku i aneuploidisë është mosndarja e kromozomeve në mejozë dhe formimi i gameteve të çekuilibruara.

Sindroma Down (DS) është një nga një numër shumë i kufizuar i sëmundjeve të trashëguara, fenotipi i së cilës është i njohur edhe nga jo-specialistët. “Famja” e saj është rezultat i faktit se, së pari, incidenca e diabetit është mjaft e lartë dhe, së dyti, fenotipi i kësaj sëmundjeje është lehtësisht i dallueshëm: pacientët me diabet karakterizohen nga tipare karakteristike të jashtme, shprehje të fytyrës dhe prapambetje mendore.

Përshkrimet e para klinike dhe shkencore të diabetit u shfaqën në mesin e shekullit të kaluar dhe përkufizimi i saktë i tij u dha në 1866 nga J. Down, i cili përshkroi disa pacientë të tillë. Hipotezat se diabeti kontrollohet gjenetikisht u formuluan në fillim të shekullit të 20-të. Nga vitet 1930, u sugjerua se kjo sëmundje zhvillohet si rezultat i aberracionit të kromozomeve (devijimet strukturore në grupin e kromozomeve), i cili shkaktohet nga mosndarja e tyre gjatë procesit të mejozës. Në vitin 1959, u zbulua se diabeti shkaktohet nga trisomia e kromozomit 21, d.m.th. prania në qelizat e tre, dhe jo dy, si zakonisht, kromozomeve. Sot dihet se afërsisht 1 në 600 të porsalindur është bartës i kësaj anomalie. Përveç kësaj, sipas vlerësimeve moderne, afërsisht 1 në 150 vezë të fekonduara të njeriut është bartës i trizomisë 21 (shumica e vezëve me trizomi vdesin). Pacientët me diabet përbëjnë rreth 25% të të gjithë njerëzve me vonesë mendore, duke formuar grupin më të madh etiologjikisht homogjen të njerëzve me vonesë mendore.

Mekanizmi gjenetik i diabetit është një ilustrim i fenomenit të aberracioneve kromozomale. Ato tashmë janë diskutuar në kapitullin. I. Le të përsërisim shkurt atë që u tha atje. Gjatë formimit të qelizave seksuale - gameteve - të 23 çiftet e kromozomeve ndahen, dhe secila gametë bëhet bartëse e një kromozomi nga çdo çift. Kur një spermë fekondon një vezë, çiftet e kromozomeve rivendosen dhe në çdo çift një kromozom vjen nga nëna, i dyti nga babai. Pavarësisht nga procesi i mirëfunksionimit të formimit të gameteve, në të ndodhin gabime, dhe më pas ndarja e çifteve të kromozomeve prishet - shfaqet një gametë që përmban jo një kromozom, por një palë prej tyre. Kjo shkelje quhet mosndarja e kromozomeve. Kur një gametë e tillë shkrihet me një gametë normale gjatë fekondimit, formohet një qelizë me tre kromozome identike; një dukuri e ngjashme quhet trizomia. Mosndarja e kromozomeve është shkaku kryesor i aborteve spontane gjatë javëve të para të jetës së fetusit. Sidoqoftë, ekziston një probabilitet që një embrion me një komplement kromozomik jonormal të vazhdojë të zhvillohet.

Arsyeja e saktë e mosndarjes nuk dihet. Një korrelacion i besueshëm i trizomisë 21 është mosha e nënës: sipas studimeve, 56% e nënave mbi 35 vjeç kanë fetuse me trizomi 21 dhe në raste të tilla, afërsisht 90% e grave të diagnostikuara zgjedhin të ndërpresin shtatzëninë. Duke qenë se DM shfaqet "i ri" në çdo gjeneratë (mosndarja është një ngjarje e vetme, gjasat për të cilat rriten me moshën e nënës), DM nuk mund të konsiderohet si një sëmundje e transmetueshme nga trashëgimia.

Mutacionet gjenomike janë ato që çojnë në një ndryshim në numrin e kromozomeve në kariotip.

Llojet e mutacioneve gjenomike:

1) Polyploidy - një rritje në numrin e kromozomeve që është një shumëfish i atij haploid. Ka mejotike dhe somatike. Me autopoliploidinë, i njëjti gjenom përsëritet; me aloploidi, ka dy ose më shumë gjenome të ndryshme në një qelizë.

2) Haploidia – reduktimi i numrit të kromozomeve në grupin haploid.

3) Aneuploidia është një ndryshim në numrin e kromozomeve vetëm individuale.

Aneuploidia, ose heteroploidia, ndodh për shkak të një ndryshimi në numrin e kromozomeve që nuk është shumëfish i grupit haploid. Si rezultat i mosndarjes së kromozomeve gjatë gametogjenezës, mund të lindin qeliza germinale me kromozome shtesë, dhe më pas, pas shkrirjes së mëvonshme me gametet normale haploide, ato formojnë zigota 2n+1, ose trisomikë, në një kromozom specifik. Nëse ka një kromozom më pak në gametë, atëherë fekondimi i mëvonshëm do të çojë në formimin e një zigoti 2n-1, ose monozomik, në një nga kromozomet. Shpesh tek kafshët dhe njerëzit, një kromozom shtesë shkakton depresion të zhvillimit dhe vdekshmëri. Për shembull, një kromozom X shtesë ose kromozom i 21-të tek njerëzit shkakton anomali të rënda. ANEUPLOIDIA(nga greqishtja një- grimca negative, be- mirë, mjaft, - ploos- të shumëfishta dhe eidos- specie), heteroploidia, një fenomen në të cilin qelizat e një organizmi përmbajnë një numër të ndryshuar kromozomesh që nuk është shumëfish i grupit haploid. Mungesa e një kromozomi në grupin kromozom të një diploidi quhet monozomi dhe mungesa e dy kromozomeve homologe quhet nullizomi; Prania e një kromozomi homolog shtesë quhet trizomi. Organizmat me ndryshime të tilla në numrin e kromozomeve quhen përkatësisht monosomikë, nullisomikë dhe trisomikë. Mekanizmi kryesor për shfaqjen e aneuploidisë është mosndarja dhe humbja e kromozomeve individuale në mitozë dhe mejozë. Për shkak të një çekuilibri të kromozomeve, aneuploidia çon në një ulje të qëndrueshmërisë dhe shpesh në vdekjen e aneuploideve, veçanërisht te kafshët (aneuploidia qëndron në themel të një sërë sëmundjesh kromozomale). Në analizën gjenetike, duke përdorur aneuploidinë (kryqëzimi i mutantëve me aneuploide në kromozome të caktuara), përcaktohet se në cilin grup lidhës ndodhet gjeni në studim.

Aneuploidia (heteropolyploidia) është një ndryshim në numrin e kromozomeve në qeliza që nuk është shumëfish i numrit kryesor të kromozomeve. Ka disa lloje të aneuploidisë. Në monosomia humbet një nga kromozomet e grupit diploid (2 n- 1). Në polisomia kariotipit i shtohen një ose më shumë kromozome. Një rast i veçantë i polisomisë është trizomia (2n+ 1), kur në vend të dy homologëve janë tre. Në nullisomi të dy homologët e çdo çifti kromozomesh mungojnë (2 n – 2).

Tek njerëzit, aneuploidia çon në zhvillimin e sëmundjeve të rënda trashëgimore. Disa prej tyre shoqërohen me ndryshime në numrin e kromozomeve seksuale (shih Kapitullin 17). Megjithatë, ka sëmundje të tjera:

– Trizomia në kromozomin 21 (kariotipi 47, + 21 ); sindromi Down; Frekuenca e të porsalindurve është 1:700. Zhvillimi i ngadaltë fizik dhe mendor, distanca e gjerë midis vrimave të hundës, ura e gjerë e hundës, zhvillimi i palosjes së qepallës (epicanthus), goja gjysmë e hapur. Në gjysmën e rasteve ka shqetësime në strukturën e zemrës dhe enëve të gjakut. Zakonisht sistemi imunitar zvogëlohet. Jetëgjatësia mesatare është 9-15 vjet.

– Trizomia në kromozomin 13 (kariotipi 47, + 13 ); sindromi Patau. Frekuenca e të porsalindurve është 1:5000.

– Trizomia në kromozomin 18 (kariotipi 47, + 18 ); sindromi Edwards. Frekuenca tek të sapolindurit është 1:10,000.

Nga natyra e manifestimit në gjendjen heterozigote – dominuese (shfaqet në gjendje heterozigote) dhe recesive (shfaqet vetëm në gjendje homozigote).

Në varësi të arsyes – spontane (pa arsye të dukshme) dhe i nxitur (të shkaktuara nga veprimi i drejtuar i ndonjë faktori).

Në varësi të vendndodhjes në qelizë – bërthamore Dhe citoplazmatike .

Lidhur me mundesine e trashegimise – gjeneruese (në qelizën riprodhuese) dhe somatike (që lind në një qelizë trupore somatike). Mutacionet somatike në speciet riprodhuese seksuale nuk janë të trashëguara. Por për një individ të caktuar ata nuk janë indiferentë (për shembull, shenjat e lindjes, njollat ​​në iris, një tumor kanceroz).

Funksionale (në varësi të rezultatit) – e dobishme, e dëmshme (duke përfshirë vdekjeprurëse) dhe neutral (indiferent) .

Nga natyra e ndryshimeve të gjenomit – gjenetike (ndryshim në strukturën e gjeneve), kromozomale (ndryshim në strukturën e kromozomeve) Dhe gjenomike (ndryshim në numrin e kromozomeve).

Mutacionet e gjeneve

Mutacionet e gjeneve bazohen në ndryshimet në strukturën e molekulës së ADN-së. Të gjithë ata mund të kombinohen në tre grupe.

Zëvendësimi i një baze azotike me një tjetër. Për shembull, gjatë deaminimit (citozina shndërrohet në timinë) ose kur një nukleotid inkorporohet gabimisht gjatë replikimit të ADN-së.

Një zhvendosje e kornizës së leximit është rezultat i fshirjes ose futjes së një nukleotidi në zinxhirin e sintetizuar.

AAA CGT AAC fen - ala - lei

AAA ACG TAA fen – cis – ile

vargu kodogjen i polipeptidit të ADN-së

Një ndryshim në rendin e nukleotideve brenda një gjeni (kur një seksion i një zinxhiri të ADN-së rrotullohet me 180 0).

Mutacionet kromozomale

Mutacionet e kromozomeve bazohen në ndryshimet në strukturën e kromozomeve. Ato ndahen në brenda- Dhe ndërkromozomale .

Intrakromozomale:

a) kundërshtim – shkëputja e seksionit terminal të kromozomit;

b) fshirje – humbja e seksionit të mesëm të kromozomit;

V) dyfishim - dyfishimi i një rajoni kromozomik;

G ) përmbysja – rrotullimi i një seksioni kromozomi me 180 o. Përmbysja mund të jetë pericentrike (kap centromerin) dhe paracentrike (brenda një sup).

Ndërkromozomale:

A)zhvendosje – bazohet në ndarjen e një seksioni të një kromozomi dhe lidhjen e tij me një kromozom tjetër. Llojet e zhvendosjeve: reciproke (këmbimi i ndërsjellë i shpatullave) dhe Robertsonian – ndarja qendrore ose shkrirja e kromozomeve individuale.

Besohet se gjatë transformimit të një majmuni (shimpanze) në një njeri, ndodhi një shkrirje e dy kromozomeve akrocentrike në një metacentrik.

b)transpozim – Lëvizja e seksioneve të vogla të materialit gjenetik si brenda një kromozomi ashtu edhe në të gjithë kariotipin.

Mutacione gjenomike

Ajo bazohet në një ndryshim në numrin e kromozomeve. Ekzistojnë dy lloje të mutacioneve të tilla:

poliploidi - një rritje në numrin e kromozomeve me një sasi që është shumëfish i grupit haploid;

aneuploidi – një rritje në numrin e kromozomeve me një sasi që nuk është shumëfish i grupit haploid. Kur trizomia ka një kromozom shtesë (grup 2 n + 1 ), në monosomia mungon një kromozom (i caktuar 2 n – 1 ), në Nulizomi i gjithë çifti i kromozomeve mungon ( 2 n – 2 ).

Poliploidia është e përhapur në botën bimore. Kështu, ekzistojnë tre lloje të grurit ( 2 n, 4 n, 6 n), Ku n = 7 . Krizantemat kanë grupe nga 2 n përpara 22 n (n = 9 ). Shembuj të ngjashëm mund të gjenden në të gjitha bimët, si të egra ashtu edhe të kultivuara. Prandaj, besohet se evolucioni i bimëve ndoqi rrugën e poliploidizimit. Poliploidia përdoret gjerësisht në punën e mbarështimit (bimët poliploide kanë fruta më të mëdhenj dhe më shumë fara).

Në botën e kafshëve, poliploidia është një fenomen i rrallë. Organizmat poliploide gjenden te ciliatet dhe peshqit.

Tek njerëzit, lindja e triploideve është vërtetuar, por ato nuk janë të zbatueshme (ekzistojnë nga disa minuta në disa orë).

Mutacionet gjenomike dhe kromozomale te njerëzit janë në themel të një grupi sëmundjesh që janë quajtur sëmundje kromozomale.