Молекулярные механизмы мутаций. Восстановление повреждений ДНК

ТГМА

Тверская государственная  медицинская академия

Кафедра «общей биологии и генетики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Молекулярные  механизмы мутаций. Восстановление повреждений ДНК.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студентки 1 курса

Лечебного факультета

Группы 108

Шегебаевой Карины

Преподаватель:

Ильяшенко Н. В.

2013

Оглавление

Введение 3

Молекулярные механизмы мутаций 5

Причины мутаций: 5

Таблица генетического кода 7

Репарация повреждений ДНК. 8

Заключение 10

Список литературы: 11

 

 

Введение

Современные представления  о мутациях сложились к началу XX столетия. Например, российский ботаник Сергей Иванович Коржинский в 1899 г. разработал эволюционную теорию гетерогенезиса (способ происхождения новых видов не путем накопления мелких изменений, а резким скачком; при этом вся организация вновь нарождающегося вида является построенной по новому образцу, более или менее резко отличающемуся от организации исходного вида), основанную на представлениях о ведущей роли дискретных (прерывистых) изменений.

Однако наиболее известной  стала мутационная теория голландского ботаника Хьюго (Гуго) Де Фриза (1901 г.):

1. Мутации возникают внезапно, без всяких переходов.
2. Мутантные формы вполне устойчивы.
3. Мутации характеризуются дискретностью (прерывистостью); это качественные изменения, которые не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды).
4. Мутации возникают в разных направлениях, они могут быть вредными и полезными.
5. Успех в выявлении мутаций зависит от числа проанализированных особей.
6. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

 

  

Параллельно было установлено, что мутагены при определенных условий оказывают канцерогенное и тератогенное действие. Канцерогены – это факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний; тератогены – это факторы, провоцирующие развитие различных аномалий, уродств. Наряду стератами – уродствами – часто встречаются  морфозы – изменения, которые не ведут к утрате органом его функций.

Отличить мутагенное действие от тератогенного сравнительно легко: тераты (уродства) являются модификациями, они предсказуемы (направлены) и  не сохраняются в последующих  поколениях. Например, серая окраска  тела у дрозофилы – это нормальный признак. В то же время известна мутация yellow – желтое тело. Эту мутацию легко получить искусственно, обрабатывая родительских особей различными мутагенами (заметим, что разные мутагены могут давать одинаковый фенотипический эффект). Если личинкам дрозофилы добавлять в корм азотнокислое серебро, то все эти личинки разовьются в мух с желтым телом. Но, если от этих желтых мух получить потомство и выращивать его на обычной питательной среде, то все потомки вновь станут серыми. Таким образом, в данном случае «пожелтение» тела мух – это не мутация, а модификация, или фенокопия (модификация, по фенотипу копирующая мутацию). 

Молекулярные механизмы мутаций

Под воздействием различных  физико-химических факторов в молекулах  ДНК могут происходить нарушения  структурной организации. Такие  изменения, если они затрагивают  функционально активных генов, приводящих к нарушениям метаболизма или  функций (признаков). Если эти изменения  не вызывают гибели организма или  клетки, они передаются потомкам. Таким  образом, молекулярными механизмами и генными мутациями называются стабильные изменения химической структуры генов, повторяющиеся в следующих циклах репликации и оказываются у потомков в виде новых вариантов признаков. Все разновидности мутаций связаны с изменением последовательности нуклеотидов генов.

Причины мутаций:

1. Ошибки репликации. Многие спонтанные химические изменения нуклеотидов приводят к мутациям, которые возникают при репликации (синтез дочерней молекулы ДНК). Например, 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
2. Ошибки рекомбинации. 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.
3. Ошибки репарации. Спонтанные повреждения ДНК встречаются довольно часто, такие события имеют место в каждой клетке. Для устранения последствий подобных повреждений имеется специальные репарационные механизмы (например, ошибочный участок ДНК вырезается и на этом месте восстанавливается исходный). Мутации возникают лишь тогда, когда репарационный механизм по каким-то причинам не работает или не справляется с устранением повреждений. Мутации, возникающие в генах, кодирующих белки, ответственные за репарацию, могут приводить к многократному повышению (мутаторный эффект) или понижению (антимутаторный эффект) частоты мутирования других генов. Так, мутации генов многих ферментов системы эксцизионной репарации приводят к резкому повышению частоты соматических мутаций у человека, а это, в свою очередь, приводит к развитию пигментной ксеродермы и злокачественных опухолей покровов.
4. Химические мутагены. Многие химические вещества могут изменять структуру ДНК. Например, аналоги азотистых оснований, включаясь в ДНК,  могут останавливать репликацию или нарушать комплементарность цепей; формальдегид (НСОН) может "Сшивать" между собой ДНК,  РНК,  белки;  гидроксиламин (NH2OH) - специфически реагирует с цитозином,  а его дериваты вместо гуанина связывают аденин; азотистое кислота (HN02) окисляет и повреждает азотистую основу ДНК.
5. Физические мутагены. В частности,  ультрафиолетовое излучения (200-400 нм) вызывает образование димеров тимина,  что нарушает структуру ДНК.  В результате останавливается транскрипция,  нарушается репликация.  Ионизирующая радиация (рентгеновские лучи, у-лучи) нарушают структуру пуриновых оснований и фосфодиефирни связи ДНК.
6. Биологические мутагены  (например, вирусы, обладают способностью встраивать свой ген в ДНК клетки-хозяина и изменять исходную структуру генетического материала).
7. Спонтанные изменения  (без видимых причин).  Например,  спонтанное дезаминирование цитозина и образование при этом урацила приводит к нарушению комплементарности и замены одной пары оснований на другую. 
   

 

	У	Ц	А	Г
У	Фен	Сер	Тир	Цис
	Фен	Сер	Тир	Цис
	Лей	Сер	-	-
	Лей	Сер	-	Трп
Ц	Лей	Про	Гис	Арг
	Лей	Про	Гис	Арг
	Лей	Про	Глн	Арг
	Лей	Про	Глн	Арг
А	Иле	Тре	Асп	Сер
	Иле	Тре	Асп	Сер
	Иле	Тре	Лиз	Арг
	Мет	Тре	Лиз	Арг
г	Вал	Ала	Асп	Гли
	Вал	Ала	Асп	Гли
	Вал	Ала	Глу	Гли
	Вал	Ала	Глу	Гли

Таблица генетического кода 

Таблица генетического кода 

Репарация повреждений ДНК.

Многие повреждения ДНК, которые могли бы реализоваться  в виде мутаций, не становятся таковыми, а исправляются особыми репарирующими механизмами клетки, представляющими эволюционно выработанные приспособления, повышающие помехоустойчивость генетической информации и ее стабильность в ряду поколений. Принцип работы этих механизмов основан на том, что каждая молекула ДНК содержит два полных набора генетической информации, записанной в комплементарных друг другу полинуклеотидных нитях ее двойной спирали: это обеспечивает сохранение неискаженной информации в одной нити, даже если другая повреждена, и дает возможность использовать неповрежденную нить в качестве образца при исправлении возникшего дефекта.

В настоящее время известно несколько механизмов репарации  повреждений ДНК. Все они имеют ферментативную природу и исправляют только однонитевые повреждения. Наиболее хорошо изучены три таких механизма, на которых мы и остановимся, а именно фотореактивация, темновая репарация и пострепликативная репарация. Явление фотореактивации заключается в устранении видимым светом димеров тимина, особенно часто возникающих в ДНК под влиянием ультрафиолетовых лучей. Это осуществляется особым фотореактивирующим ферментом, молекулы которого не обладают сродством с неповрежденной ДНК, но опознают димеры тимина и связываются с ними сразу после их образования. Даже если поврежденные молекулы успеют реплицироваться, то это не всегда дает начало мутациям, так как дефекты синтезированных при репликации дочерних молекул могут подвергнуться пострепликативной репарации. Комплекс, состоящий из димера тимина и молекулы фермента, остается стабильным до тех пор, пока не подвергнется действию видимого света. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от димера тимина и одновременно разъединяет его на два отдельных тимина, восстанавливая этим исходную нормальную структуру ДНК.

Более сложен механизм темновой репарации, не требующей света. Этот механизм способен исправлять очень разнообразные  повреждения ДНК, возникающие спонтанно или вызванные действием разных физических и химических мутагенов (димеры пиримидинов, наличие неправильных пар оснований, однонитевые разрывы и др.). Темновая репарация протекает в несколько этапов и при участии нескольких ферментов 
Явление репарации ДНК распространено очень широко, от бактерий до высших растений, животных и человека и несомненно имеет важное значение для сохранения стабильности передаваемой из поколения в поколение генетической информации.  

Заключение

Таким образом, мутации –  это качественные изменения генетического  материала, приводящие к изменению  тех или иных признаков организма.

Многочисленными исследованиями доказано, что мутации не носят адаптивный характер, они случайны, не направлены. Только в ходе эволюции, в ходе отбора оценивается «полезность», «нейтральность»  или «вредность» мутаций в  определенных условиях. 

Список литературы:

1. http://nashaucheba.ru
2. http://ru.wikipedia.org
3. http://www.fesmu.ru
4. http://biohimija.ru
5. http://estnauki.ru/biology
6. http://lrb.jinr.ru

 

Шегебаева Карина 108 гр. Лечебный ф-т

 

Шегебаева Карина 108 гр. Лечебный ф-т