4.3.Гетероплоидия и хромосомные перестройки
Хромосомные перестройки - тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют следующие виды хромосомных перестроек: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с существенными отклонениями от нормы.
Хромосомные перестройки играют роль в эволюционном процессе и видообразовании[1], в нарушении фертильности, в онкологических[2] и врождённых наследственных заболеваниях человека.
Первые цитологические наблюдения хромосомных перестроек были сделаны на политенных хромосомах слюнных желез дрозофилы. Лишь спустя некоторое время хромосомные перестройки были показаны на митотических хромосомах
4.4.Сущность генных мутаций и причины их возникновения
Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций; следовательно, существуют гены-мутаторы и гены-антимутаторы.
В то же время, частота спонтанных мутаций зависит и от состояния клетки (организма). Например, в условиях стресса частота мутаций может повышаться.
Индуцированные мутации возникают под действием мутагенов.
4.5 Процесс возникновения мутаций. Репарация мутаций
В 1925 году Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов наблюдали широкий спектр мутаций у грибов, вызванных воздействием лучами радия. Широкий интерес у биологов вызвали сообщения Г. Меллера, обнаружившего мутационное действие рентгеновых лучей у дрозофилы. В дальнейшем у нее при облучении стали получать самые разнообразные мутации, что способствовало изучению строения генетического материала, взаимодействия мутантных генов и др. В начале 30х годов Сахаров, Лобашов открыли мутагенное действие отдельных химических веществ. Рапопорт в России и Ауэрбах в Англии обнаружили химические соединения с сильным мутагенным действием. В ряде работ, начало которых положено Гершензоном, показана возможность индуцирования генных и хромосомных мутаций у животных биологическими агентами, среди которых вирусы, бактерии и другие объекты.
Повреждения в ДНК, возникающие спонтанно или индуцированно, не всегда реализуются в виде мутаций. Часть из них устраняется или исправляется с помощью специальных репарирующих ферментов, содержащихся в клетках. Основные механизмы репарации:
1. фоторепарация. Процесс протекает под влиянием видимого света и фотореактивирующего фермента.
2. Репарация в молекуле ДНК путем механизма «вырезание - застройка» (темновая репарация)
3. Эксцизионная репарация (пререпликативная)
4. Репарация однонитевых разрывов в ДНК при действии лигаз
5. Пострепликативная, или рекомбинационная, репарация
Наиболее изучены первые два механизма репарации. Так, механизм фоторепарации заключается в устранении видимым светом димеров тимина, часто возникающих под действием ультрафиолетовых лучей. Это происходит с помощью особого фотореактивирующего фермента. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от димера тимина и разъединяет его на два отдельных тимина.Так восстанавливается нормальная структура ДНК.
Темновая репарация протекает с помощью нескольких ферментов, под действием которых последовательно происходят надрезание, выщепление, расширение бреши, репаративная репликация и сшивание концов молекулы ДНК. Эти два механизма репарации устраняют дефекты в ДНК в основном до стадии репликации.
Изучен механизм удаления (эксцизии) измененных участков ДНК у мутантов с дефектами систем репарации.
Процесс пострепликативной репарации выражен не только после облучения ультрафиолетовыми лучами, но и после воздействия химическими мутагенами.
Спонтанные и индуцированные мутации фиксируются в клетках в случаях повреждений в системах репарирующих ферментов. Первичные мутационные повреждения систем репарации и связанных с ними систем репликации и рекомбинации, возникшие в результате ошибок ферментов, получили название ошибок репараций. Этот источник составляет существенную долю спонтанных первичных повреждений. Многие мутагены действуют не прямо на ДНК, а через компоненты систем репарации, репликации и рекомбинации.