Виды мутаций, причины, примеры. Генная мутация, как происходит мутация Что такое мутация в биологии определение

Мутациями называются спонтанные изменения в структуре ДНК живых организмов, ведущие к возникновению всевозможных отклонений в росте и развитии. Итак, рассмотрим, что такое мутация, причины ее возникновения и существующие в Стоит также обратить внимание на влияние изменений генотипа на природу.

Ученые заявляют, что мутации существовали всегда и присутствуют в организмах абсолютно всех живых существ на планете, более того, их может наблюдаться до нескольких сотен в одном организме. Проявление же их и степень выраженности зависят от того, какими причинами они были спровоцированы и какая генетическая цепочка пострадала.

Причины мутаций

Причины мутаций могут быть самыми разнообразными, и возникнуть они могут не только естественным путем, но и искусственно, в лабораторных условиях. Ученые-генетики выделяют следующие факторы возникновения изменений:

2) генные мутации - изменения в последовательности построения нуклеотидов при образовании новых цепочек ДНК (фенилкетонурия).

Значение мутаций

В большинстве случаев они наносят вред всему организму, поскольку мешают его нормальному росту и развитию, и иногда приводят к смерти. Полезные мутации не встречаются никогда, даже если они наделяют сверхспособностями. Они становятся предпосылкой для активного действия и влияют на селекцию живых организмов, приводя к появлению новых видов или вырождению. Таким образом, отвечая на вопрос: «Что такое мутация?» - стоит отметить, что это малейшие изменения в структуре ДНК, нарушающие развитие и жизнедеятельность всего организма.

Вкратце о мутации и ее связи с эволюцией

У каждого человека есть желание быть кем-то особенным, уникальной личностью с уникальными способностями, поражающими окружающих своей силой и необходимостью. Создаются фильмы, такие как «Люди Х», о мутантах, в которых произошел скачек эволюции. Такие фильмы еще больше подпитывают человеческую жажду уникальности и превосходства. Но что опасного в том, чтобы мечтать об уникальных способностях, «подаренных эволюцией»? Сама идея, что мутации – это естественный скачек эволюции, в корне является заблуждением. Давайте рассмотрим вкратце, что такое мутация, и какие последствия она несет за собой.

Что такое мутация? Основное определение.

Мутация» является переменой или видоизменением в цепочке ДНК. Мутации бывают приносящими вред, или предположительно хорошими, но все без исключения имеют ввиду определенные изменения в ряде букв генома, а точнее в ряде базовых пар генома. Отдельно замеченная мутация может выглядеть как простая перемена букв, к примеру, Т вместо С, добавление в ряд дополнительных букв, или изъятие (делеция) нескольких букв. Обычные не сложные мутации наблюдаются чаще всего. Реже встречаются мутации сложные, где дублируется целый ген, а еще реже мутации, в которых происходит глобальная перестановка миллионов базовых пар в плече хромосомы.

Что такое мутация? Причина генетических различий между людьми?

Сложно поверить, что все существующие на сегодняшний день генетические вариации между людьми произведены мутациями. Существует большая разница между случайной мутацией и «осознанно задуманной вариацией». Большие группы людей имеют различие в геноме на одну букву. Это говорит о том, что разнообразие среди людей, задумано Разумной Личностью. А вот частое появление сложных глобальных уникальных делеций в разных группах людей везде в мире доказывает быстроту вырождения или искажения генома по причине мутаций. Но вот вопрос, способны ли мутации создавать новую информацию?

Что такое мутация? Создание новой информации?

В Теории эволюции прописано обязательное требование, чтобы существовал некий процесс производства принципиально новой информации, которая ранее не существовала. Но изучив геном, мы наблюдаем аж четыре измерения и переполнение мета-информацией, что абсолютно исключает потенциальные изменения.

Также, неодарвинистские идеи, проталкивают мысль, что только мутационные изменения приводят к развитию приспособленности живых существ к внешним обстоятельствам. Но в жизни мы видим множество примеров, которые не только не подтверждают эту идею, но и противоречат ей. Чаще всего мутации лишают организм сильных сторон и сокращают шансы на выживание или полноценную жизнь.

Что какое мутация? Приобретенный иммунитет?

Эволюционисты не редко апеллируют к такому понятию, как приобретенный иммунитет. Они считают его примером развития «новых» генов (качеств), которые приобретаются в результате мутации. Но видоизменения ДНК по причине приобретенного иммунитета появляются запрограммированным способом и только в ограниченной подсистеме клеток, входящих в состав иммунной системы, также эти изменения не передаются по наследству. Это говорит о Разумном Замысле, а не случайных эволюционных процессах.

Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора. отличия от модификаций

Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.

Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.

Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.

Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.

Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47).

Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.

Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры).

Если рассматривать связь между размножением клеток и их созреванием, то все гены соматических клеток можно разделить на три большие группы:

Гены, управляющие размножением, или аутосинтетические гены (АС-гены);

Гены, регулирующие специфическую активность клеток (движение, выделение, раздражимость, переваривание инородных тел), или гетеросинтетические гены (ГС-гены);

Гены, несущие информацию для самосохранения (СС-гены), например гены, регулирующие дыхание клетки.

Эти названия указывают, что обмен веществ клеток АС-типа направлен только на воспроизведение себе подобных, а специализированная активность ГС-клеток направлена на поддержание всего организма. В молодых клетках прежде всего проявляется активность АС- и СС-генов, а ГС-гены находятся в “дремлющем” состоянии. Созревание всегда определяется каким-либо индуктором (фактором). В ходе дифференцировки понемногу активируются ГС-гены и начинается синтез специализированных белков. В клетках средней степени зрелости еще активны АС-гены и уже проявляется активность ГС-генов. Иными словами, для одновременного размножения и роста клеток необходима активность специфических веществ. В то же время в работу включается новый регулирующий ген (регулятор), который определяет синтез внутриклеточного ингибитора. Этот ингибитор связывается с АС-генами, блокируя их. Постепенно размножение, регулируемое АС-генами, прекращается, и зрелые тупиковые клетки более не способны к делению.

Соматические мутации - это изменения наследственного характера в соматических клетках, возникающих на разных этапах развития особи. Они часто не передаются по наследству, а остаются, пока живет организм потерпевший мутационное воздействие. В этом случае они будут наследоваться только в определенном клоне клеток, который произошел от мутантной клетки. Известно, что мутации генов соматических клеток в некоторых случаях могут стать причиной возникновения рака. Мутации, возникающие в соматических тканях, получили название соматических мутаций. Соматические клетки составляют популяцию, образованную при бесполом размножении (делении) клеток. Соматические мутации обуславливают генотипическое разнообразие тканей, часто не передаются по наследству и ограниченные тем индивидуумом, в которого они возникли. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только при доминантных генах или при рецессивных, но в гомозиготном состоянии. Чем раньше в эмбриогенезе человека возникла мутация, тем больший участок соматических клеток отклоняется от нормы. Злокачественный рост вызывается канцерогенами, среди которых наиболее негативные - проникающая радиация и активные химические соединения (вещества), и хотя соматические мутации не наследуются, они снижают репродуктивные возможности организма, в котором возникли.

Канцерогенез - это механизм реализации внешних и внутренних факторов, которые служат причиной трансформации нормальной клетки в раковую, оказывают содействие росту и распространению злокачественного новообразования. Канцерогенез содержит в себе две разных группы процессов: повреждения и репарация этих повреждений (патогенные и саногенные). Эти процессы можно разместить схематично на трех уровнях- клетка, орган, организм, понимая, что от самого начала все процессы взаимосвязанные, а не последовательные. Процесс развития злокачественной опухоли, начатое разными факторами, в принципе подобный и потому с некоторым обобщением можно говорить про монопатогенетичнисть рака.

Механизм канцерогенеза на клеточному равные многоступенчатый, то есть основной фазы канцерогенеза (инициация, промоция) имеют еще "подфазы", которые зависят от качественных характеристик самых канцерогенов и от особенностей отдельных клеток, в частности фаз их клеточного цикла. Механизмы химического и физического канцерогенеза как основных инициаторов рака можно описать в упрощенной, схематизированной форме, выделяя только основные компоненты. Считается, что пороговых (допустимых) концентраций как химических, так и лучевых канцерогенов нет и определить их невозможно. Причиной этого есть наличие огромного количества канцерогенов в окружающей среде и потребность учитывать их синергическое действие.

Все канцерогенные вещества по происхождению могут быть разделены на две большие группы - экзогенные и эндогенные. Экзогенные канцерогены. К экзогенным относят канцерогенные вещества, находящиеся во внешней среде. Появление опухолей у лиц определенных профессий отмечали еще в XVIII веке. В настоящее время установлено, что самые различные химические вещества из разных классов соединений - углеводородов, аминоазосоединений, аминов, флюоренов и др. - могут вызывать опухоли. Учение об эндогенных канцерогенах получило экспериментальные доказательства в работах Л. М. Шабада и соавт. по обнаружению канцерогенной активности в бензольных экстрактах из печени умерших от рака людей. Это учение обогатилось конкретным содержанием в связи с обнаружением канцерогенной активности у ароматических производных триптофана, метоксииндолов, метаболитов тирозина и, соответственно, обнаружением извращенного обмена ароматических аминокислот у больных разными вариантами опухолей.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ 5 УЖАСНЫХ мутаций человека, которые ШОКИРОВАЛИ ученых

✪ Виды мутаций. Генные мутации

✪ 10 СУМАСШЕДШИХ МУТАЦИЙ ЧЕЛОВЕКА

✪ Виды мутаций. Геномные и хромосомные мутации

✪ Урок биологии №53. Мутации. Виды мутаций.

Субтитры

Ник Вуйчич родился с редким наследственным заболеванием под названием синдром Тетра-Амелия. У мальчика отсутствовали полноценные руки и ноги, но имелась одна частичная стопа с двумя сросшимися пальцами; это позволило мальчику после хирургического разделения пальцев научиться ходить, плавать, кататься на скейте, работать на компьютере и писать. Переживая по поводу инвалидности в детстве, он научился жить со своим недостатком, делясь своим опытом с окружающими и став всемирно известным мотивационным спикером. В 2012 году Ник Вуйчич женился. И впоследствии у пары родились 2 абсолютно здоровых сына. В 2015 году в Египте родился младенец с одним глазом посередине лба. Врачи сказали, что новорожденный мальчик страдает от циклопии - необычного заболевания, название которого происходит от одноглазых гигантов из греческой мифологии. Заболевание стало следствием радиационного облучения в утробе матери. Циклопия является одним из самых редких форм врожденных дефектов. Дети, рожденные с этим заболеванием, зачастую умирают вскоре после рождения, так как они часто имеют и другие серьезные дефекты, в том числе повреждения сердца и других органов. В США в штате Айова живет Айзек Браун, у которого выявлено очень необычное заболевание. Суть этой болезни заключается в том, что ребенок не чувствует боли. По причине этого, родители Айзека вынуждены постоянно следить за своим сыном, чтобы не допустить серьезных травм ребенка. Способность мальчика не ощущать боль является следствием редкого генетического заболевания. Конечно же, мальчик при травмах испытывает боль, только эти ощущения в несколько раз слабее, чем у всех людей. Сломав ногу, Айзек понял, что с его ногой просто что-то не так, поскольку он не может как обычно ходить, но боли не было. Помимо того, что малыш не ощущает боль, у него при обследовании обнаружили ангидроз, то есть отсутствует способность регулирования температуры собственного тела. В настоящее время специалисты изучают образцы ДНК мальчика, в надежде найти дефект в генах и разработать методы лечения подобного недуга. У маленькой американки по имени Габби Уильямс редкое состояние организма. Она будет оставаться вечно молодой. Сейчас ей 11 лет и она весит 5 килограмм. При этом у нее лицо и тело ребенка. Ее странное отклонение окрестили реальной историей Бенджамина Баттона, ведь девочка стареет на год за четыре прожитых. И это - удивительное явление, над которым ломают умы десятки специалистов. Когда она родилась, то была фиолетовой и слепая. Тесты показали, что у нее была аномалия головного мозга и ее зрительный нерв был поврежден. У нее два порока сердца, волчья пасть, и аномальный глотательный рефлекс, поэтому она может есть только через трубку в носу. Также девочка совершенно немая. Малышка умеет только плакать или иногда улыбаться. Отклонений в ДНК нет, но Габби почти не стареет в сравнении с другими людьми и в чем причина - никто не знает. Хавьер Ботет страдает от редкого генетического недуга, известного как Синдром Марфана. Люди с этой болезнью отличаются высоким ростом, худобой, имеют удлиненные конечности и пальцы. Их кости не только вытянуты, но обладают еще и удивительной гибкостью. Стоит заметить, что без лечения и ухода, страдающие от Синдрома Марфана редко доживают до сорока лет. Хавьер Ботет при 2-метровом росте весит всего 45 кг. Эти специфические внешние данные, особенности физического строения и генетической системы помогли Ботет стать "своим" в фильмах ужасов. Он сыграл ужасающе худого зомби из трилогии "Репортаж", а также жутких призраков в фильмах "Мама", "Багровый пик" и "Заклятие 2".

Причины мутаций

Мутации делятся на спонтанные и индуцированные . Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды с частотой около 10 − 9 {\displaystyle 10^{-9}} - 10 − 12 {\displaystyle 10^{-12}} на нуклеотид за клеточную генерацию организма.

Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома , возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды .

Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке. Основные процессы, приводящие к возникновению мутаций - репликация ДНК , нарушения репарации ДНК , транскрипции и генетическая рекомбинация .

Связь мутаций с репликацией ДНК

Многие спонтанные химические изменения нуклеотидов приводят к мутациям, которые возникают при репликации . Например, из-за дезаминирования цитозина напротив гуанина в цепь ДНК может включаться урацил (образуется пара У-Г вместо канонической пары Ц-Г). При репликации ДНК напротив урацила в новую цепь включается аденин , образуется пара У-А, а при следующей репликации она заменяется на пару Т-А, то есть происходит транзиция (точечная замена пиримидина на другой пиримидин или пурина на другой пурин).

Связь мутаций с рекомбинацией ДНК

Из процессов, связанных с рекомбинацией, наиболее часто приводит к мутациям неравный кроссинговер . Он происходит обычно в тех случаях, когда в хромосоме имеется несколько дуплицированных копий исходного гена, сохранивших похожую последовательность нуклеотидов. В результате неравного кроссинговера в одной из рекомбинантных хромосом происходит дупликация , а в другой - делеция .

Связь мутаций с репарацией ДНК

Таутомерная модель мутагенеза

Предполагается, что одной из причин образования мутаций замены основания является дезаминирование 5-метилцитозина , что может вызывать транзиции от цитозина к тимину. Из-за дезаминирования цитозина напротив него в цепь ДНК может включаться урацил (образуется пара У-Г вместо канонической пары Ц-Г). При репликации ДНК напротив урацила в новую цепь включается аденин, образуется пара У-А, а при следующей репликации она заменяется на пару Т-А, то есть происходит транзиция (точечная замена пиримидина на другой пиримидин или пурина на другой пурин).

Классификации мутаций

Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. Мёллер предложил делить мутации по характеру изменения функционирования гена на гипоморфные (измененные аллели действуют в том же направлении, что и аллели дикого типа; синтезируется лишь меньше белкового продукта), аморфные (мутация выглядит, как полная потеря функции гена, например, мутация white у Drosophila), антиморфные (мутантный признак изменяется, например, окраска зерна кукурузы меняется с пурпурной на бурую) и неоморфные .

В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций:

• геномные ;
• хромосомные ;
• генные .

Точечная мутация, или единственная замена оснований, - тип мутации в ДНК или РНК, для которой характерна замена одного азотистого основания другим. Термин также применяется и в отношении парных замен нуклеотидов. Термин точечная мутация включает так же инсерции и делеции одного или нескольких нуклеотидов. Выделяют несколько типов точечных мутаций.

Встречаются также сложные мутации. Это такие изменения ДНК, когда один её участок заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава .

Точечные мутации могут появляться напротив таких повреждений молекулы ДНК, которые способны останавливать синтез ДНК. Например, напротив циклобутановых пиримидиновых димеров. Такие мутации называются мишенными мутациями (от слова «мишень») . Циклобутановые пиримидиновые димеры вызывают как мишенные мутации замены оснований , так и мишенные мутации сдвига рамки .

Иногда точечные мутации образуются на, так называемых, неповрежденных участках ДНК, часто в небольшой окрестности от фотодимеров. Такие мутации называются немишенными мутациями замены оснований или немишенными мутациями сдвига рамки .

Точечные мутации образуются не всегда сразу же после воздействия мутагена. Иногда они появляются после десятков циклов репликаций. Это явление носит название задерживающихся мутаций . При нестабильности генома, главной причине образования злокачественных опухолей, резко возрастает количество немишенных и задерживающихся мутаций .

Возможны четыре генетических последствия точковых мутаций: 1) сохранение смысла кодона из-за вырожденности генетического кода (синонимическая замена нуклеотида), 2) изменение смысла кодона, приводящее к замене аминокислоты в соответствующем месте полипептидной цепи (миссенс-мутация), 3) образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нонсенс-мутация). В генетическом коде имеются три бессмысленных кодона: амбер - UAG, охр - UAA и опал - UGA (в соответствии с этим получают название и мутации, приводящие к образованию бессмысленных триплетов - например амбер-мутация), 4) обратная замена (стоп-кодона на смысловой кодон).

По влиянию на экспрессию генов мутации разделяют на две категории: мутации типа замен пар оснований и типа сдвига рамки считывания (frameshift) . Последние представляют собой делеции или вставки нуклеотидов, число которых не кратно трём, что связано с триплетностью генетического кода.

Первичную мутацию иногда называют прямой мутацией , а мутацию, восстанавливающую исходную структуру гена, - обратной мутацией , или реверсией. Возврат к исходному фенотипу у мутантного организма вследствие восстановления функции мутантного гена нередко происходит не за счет истинной реверсии, а вследствие мутации в другой части того же самого гена или даже другого неаллельного гена. В этом случае возвратную мутацию называют супрессорной. Генетические механизмы, благодаря которым происходит супрессия мутантного фенотипа, весьма разнообразны.

Почковые мутации (спорты) - стойкие соматические мутации происходящие в клетках точек роста растений. Приводят к клоновой изменчивости . При вегетативном размножении сохраняются. Многие сорта культурных растений являются почковыми мутациями .

Последствия мутаций для клетки и организма

Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки (в частности, к программируемой смерти клетки, - апоптозу). Если внутри- и внеклеточные защитные механизмы не распознали мутацию и клетка прошла деление, то мутантный ген передастся всем потомкам клетки и, чаще всего, приводит к тому, что все эти клетки начинают функционировать иначе.

Кроме того, закономерно различается частота мутирования разных генов и разных участков внутри одного гена. Также известно, что высшие организмы используют «целенаправленные» (то есть происходящие в определенных участках ДНК) мутации в механизмах

Окружающая среда играет не последнюю роль в формировании организмов. Несмотря на то, что репликация ДНК происходит с феноменальной точностью, время от времени происходит сбой программы, или мутация. Причиной сбоя может быть наследственная дисфункция ДНК, однако, часто это проявление возможного влияние окружающего мира.

Следует иметь в виду, что вся классификация мутаций в достаточной степени условна и зависит во многом от того, в каких условиях происходит жизнедеятельность конкретного организма.

Скажем, некоторые насекомые мутировали и приобрели иммунитет к действию ДДТ и прочим инсектицидам до того, как впервые встретились с их разрушительным воздействием на популяцию. Следовательно, сначала их мутация была нейтральной, не воздействующей на организм и способ жизнедеятельности. Но после того как эта мутация помогла насекомым выжить в критических условиях, она стала полезной.

Сторонники мутационной теории эволюции считают сами мутации явлениями случайными. При этом высоко оценивая «естественный отбор», в чьи функции входит оценка мутационных изменений и пресечение развития вредных мутаций организма.

Особую роль в развитии отдельного вида играют такие хромосомные и геномные мутации как полиплоидия (увеличение числа хромосом) и дупликации (изменения некоторых участков хромосом). Они создают некий генетический резерв вида, обеспечивая эволюционному процессу свободу маневра, увеличивая количество генов с абсолютно новыми свойствами.

Видео по теме

Мутации могут быть генными, хромосомными или геномными. Все они в той или иной степени затрагивают генотип и сказываются на жизни организма или последующих поколений. Значительно повышают вероятность мутаций мутагенные факторы.

Генные мутации

Наиболее часто встречаются генные, или точечные, мутации. Они представляют собой замену в пределах одного гена на другой, «неправильный» нуклеотид. Такое бывает, когда во время редупликации ДНК перед делением клетки вместо комплементарного азотистого основания (аденин – тимин, гуанин – цитозин) к нуклеотиду «подстраивается» неправильное сочетание (например, аденин – цитозин или тимин – гуанин). Так появляются мутации, которые передаются следующим поколениям клеток, а если речь идет о половых клетках – гаметах – то и следующему поколению организмов. В большинстве случаев генные мутации приводят к неблагоприятным изменениям, ведь «испорченные» гены кодируют белки с искаженной структурой, которые не смогут выполнять свои функции в организме.

Хромосомные мутации

Когда затрагивает несколько генов в пределах хромосомы, такую называют хромосомной. Это может быть отрыв концевой части хромосомы (утрата), «вырезание» срединного фрагмента (делеция), удвоение участка (дупликация), разворачивание фрагмента на 180˚ (инверсия). При транслокации, являющейся также одним из видов хромосомных мутаций, участок хромосомы прикрепляется к другой, негомологичной ей.

Почему возникают хромосомные мутации

Хромосомные мутации обычно возникают в процессе деления клеток. При неравном кроссинговере, к примеру, одна из гомологичных хромосом может лишиться вообще каких-либо генов, а другая – приобрести «лишние».

Какие из хромосомных мутаций наиболее опасны

Самые опасные из хромосомных мутаций – делеция и утрата. Утрата концевой части 21-й хромосомы вызывает у человека развитие острого лейкоза – белокровия, что приводит к смертельному исходу. Последствия делеции варьируются от смерти и тяжелых наследственных заболеваний до отсутствия нарушений вообще (если утрачивается фрагмент, не несущий информации о свойствах организма).

Геномные мутации

Наиболее «масштабными» являются геномные мутации, когда в генотипе отсутствует какая-либо хромосома или наоборот присутствует лишняя. Такое может произойти при неправильном расхождении (или нерасхождении) хромосом при образовании гамет в мейозе. Так, нерасхождение 21-й хромосомы в яйцеклетке женщины в случае ее оплодотворения вызывает у ребенка синдром Дауна.