СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Международный государственный экологический институт имени
А. Д. Сахарова БГУ»
Факультет экологической медицины
Специальность «Медицинская экология» Кафедра иммунологии
Контрольная работа
По дисциплине
« Радиационная генетика »
Вариант №7
На тему: «Общность происхождения точковых и хромосомных мутаций»
Выполнил
Студент 4 курса
Группы А82МЕЭ2
Муравейко Дина Михайловна
Оценка __________
Дата_____________
Подпись преподавателя_____________
Общность происхождения точковых и хромосомных мутаций
Мутация – это изменения генотипа, происходящие под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутации получил название мутагенеза [2].
Перед последующим делением клетки измененная хромосома воспроизводит копию самой себя, т. е. происшедшие в ней изменения передаются хромосомам последующих поколений клеток. Таким путем наследуется мутировавший ген; он приобретает постоянный характер. Организм, в котором проявляются признаки мутировавшего гена, принято называть мутантом. Если же мутация произошла в половой клетке, то развивающийся организм будет иметь новые наследственные признаки. Огромное количество генов, имеющихся у организмов каждого вида, — результат мутаций, многие из которых произошли под влиянием естественного радиоактивного фона [3].
|
|
|
Естественный темп появления мутаций часто очень мал, поэтому обычно мутация происходит в одной клетке и затрагивает один ген. Большая часть мутаций абсолютно безопасна, потому что совсем не затрагивает фенотип. Относительная небольшая фракция мутаций вызывает изменения в строении РНК и/или белка, и тогда есть шанс, что мутация повлияет на функционирование клетки. Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки. Если внутри- и внеклеточные защитные механизмы не распознали мутацию, то мутантный ген передаётся всем потомкам клетки и, чаще всего, приводит к тому, что все эти клетки начинают функционировать иначе. Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке, но существуют факторы, способные заметно увеличить частоту мутаций. Наиболее распространённые из них – воздействие на клетку вредных веществ, микроорганизмов или излучения, в том числе естественного радиационного фона [2].
Различают следующие виды мутаций:
- генные или точковые (изменение молекулярной структуры генов, возникающие в результате замен, вставок или выпадения нуклеотидов);
|
|
|
- хромосомные (структурные изменения хромосом, возникающие вследствие перемещения или выпадения значительных по протяженности частей хромосом);
- геномные (изменение числа хромосом) [2].
Данные мутации возникают путем:
- транслокации – перемещения участка хромосомы;
- дубликации – удвоения, утроения и т. д. отдельных участков хромосом;
- нехватки, или делеции, — потери участка хромосомы;
- инверсии — когда оторвавшийся участок хромосомы включается в ту же хромосому, но в перевернутом виде.
Все виды хромосомных мутаций, связанных с нарушением структуры хромосом, называют хромосомными аберрациями. Геномные мутации, или мутации кариотипа, — это мутации, связанные с изменением числа хромосом.
Характер мутаций, вызываемых ионизирующим излучением, тот же, что и при действии других факторов, например химических веществ, ультрафиолетового облучения, и они не отличаются от самопроизвольных естественных мутаций. Под действием ионизирующего излучения возникают в основном два вида мутаций: генные (точковые) и хромосомные (хромосомные аберрации).
В некоторых случаях при хромосомных перестройках может произойти восстановление хромосомы, например при разрыве отделившиеся концы могут соединиться и восстановить целостность хромосомы.
|
|
|
Частота мутаций при воздействии радиации имеет зависимость от видовой и индивидуальной радиочувствительности объекта и вида ионизирующего излучения, главным образом от величины линейной потери энергии (ЛПЭ) [3].
Общность происхождения точковых и хромосомных мутаций заключается в следующем:
1) Фосфодиэфирные межуглеродные разрывы не могут быть вызваны неионизирующими излучениями и химическими мутагенами. Для них характерны лишь реакции, в результате которых происходят потери и модификации оснований. При этом, данными мутагенами образуются такие же структурные перестройки хромосом, как и ионизирующие излучения.
2) При введении в пиримидиновое ядро заместителей Br, Cl и при включении в ДНК БДУ возникают спонтанные и увеличивается выход индуцированных УФ и рентгеновским излучением аберраций хромосом. При этом радиочувствительность хроматид взаимосвязана со степенью замещения тимидина ДНК на БДУ. При замещении более чем на 60% количество разрывов в облученных хроматидах в 3 раза выше, чем при отсутствии замещения. Установлено, что в бромурацильной ДНК под действием УФ и рентгеновского излучения цепочка реакций начинается с диссоциации атома брома, затем происходят свободнорадикальные превращения сахарного остатка, что приводит в конечном итоге к одиночному разрыву сахарофосфатного остоваи образованию структурных мутаций.
|
|
|
3) Химический распад оснований в ДНК, например дезаминирование, может выступать причиной разрыва водородных связей. Кроме того, «стопка» оснований может рассыпаться и без разрыва полинуклеотидной цепи в тех местах, где межплоскостное взаимодействие оснований нарушается вследствие потери или модификации одного из нуклеотидов. Эти факты указывают на то, что разрывы нитей ДНК могут быть следствием нестабильности цепи, создавшейся в результате потери или модификации нуклеотидов.
4) К аналогичному выводу приводят и данные о реплицирующейся нестабильности хромосом, при которой возникновение разрывов хромосом происходит спустя десятки клеточных поколений после облучения. Следовательно, в данном случае наблюдается репликация предмутационных потенциальных изменений, которые приводят к аберрациям хромосом. Из чего следует, что в качестве молекулярной сущности таковых потенциальных изменений могут выступать изменения нуклеотидной последовательности в ДНК, в связи с тем, что в ДНК может реплицироваться что-либо другое.
5) Ионизирующая радиация может быть причиной активации транспозируемых элементов, которые ранее находились в неактивном состоянии. Транспозоны, изменяющие порядок расположения нуклеотидов, повышают темп образования как точковых, так и хромосомных мутаций. Транслокация транспозонов сопровождается крупными делециями и инверсиями.
6) Определенные индуцированные повреждения ДНК-межнитевые сшивки типа димеров тимина – выступают в качестве причины образования аберраций хромосом [1, 4].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что при действии облучения на ДНК первичные реакции начинаются с повреждения азотистых оснований. Часть из них (возможно, нерепарабельные или нерепарированные по разным причинам) фиксируются в виде точковых мутаций. Другие могут быть основой для появления структурных мутации хромосом.
Мутационные замены аминокислот бывают двух типов:
1) не нарушающие α- или β-спиральную конформацию;
2) приводящие к их повреждению разной тяжести: разрушению N- или С-концов, переходу из α- в β-спиральную конформацию и наоборот или разлому исходной вторичной структуры с образованием двух новых.
Возможно, мутационные изменения первого типа, не нарушающие конформации хроматина, не подвергаются воздействию репарационных ферментов и дают начало точковым мутациям, а повреждения второго типа приводят путем различных взаимодействий друг с другом и ферментами репарации к образованию хромосомных перестроек.
В 1980 г. была выдвинута гипотеза, согласно которой в основе инициации хромосомных перестроек лежат нарушения оснований ДНК. Эта гипотеза – итог многолетних исследований механизмов образования аберраций хромосом, в ходе которых было установлено, что при действии репарационных ферментов на поврежденные основания ДНК образуются одиночные разрывы хромосом, которые в свою очередь ферментативно преобразуются в двойные разрывы, дающие начало структурным мутациям [1].
Хромосомные абберации (перестройки) являются классическим примером лучевого поражения клеток. Их появление было обнаружено уже на заре радиобиологических исследований, их количество соответствует дозе облучения
Появление аберраций отражает образование разрывов молекулы ДНК и дефекты её репарации. Разрывы приводят к фрагментации хромосомы. Под фрагментом понимают ту часть хромосомы, которая не связана с центромерой. Этот фрагмент не притягивается к полюсу деления, иными словами, - к месту, где будет формироваться ядро будущей дочерней клетки. Фрагменты хорошо видны во время метафазы и особенно анафазы, когда все хромосомы притянуты нитями веретена к полюсам деления, а фрагменты остаются посередине клетки. После завершения деления клетки, т.е. в интерфазе, фрагменты проявляются как микроядра - участки конденсированной ДНК, в то время как почти вся остальная ДНК переходит в деконденсированное состояние.
Возникающие в клетке аберрации подразделяют на хромосомные и хроматидные. Хромосомные аберрации возникают в случае, когда клетка подверглась облучению в предсинтетической стадии цикла или в S-периоде, но до начала удвоения определённого участка своего генома.
При неверном воссоединении оторванных друг от друга фрагментов ДНК такое нарушение воспроизводится во время репликации. Итогом является образование дицентриков - хромосом, имеющих две центромеры, что может сопровождаться появлением ацентрических фрагментов, хорошо видных при сравнении метафазных пластинок облученных и необлученных лимфоцитов. Обмен фрагментами между хромосомами проявляется в виде реципрокных транслокаций.
Хроматидные аберрации возникают в клетке, облученной уже после завершения репликации всей ДНК или того её участка, разрыв которого приведёт к формированию аберрации. Разрыв одной из хроматид проявится в виде её укорочения и образования ацентрического фрагмента, который будет виден при мета- или анафазном анализе. Разрыв обеих хроматид может проявиться различным образом - образованием двух фрагментов, их слиянием в один или соединением сестринских хроматид. Кольцевые хромосомы, не содержащие центромер, появляются в результате внутриплечевого обмена, происходящего на фоне так называемой интерстициальной делеции (вырезания участка хромосомы внутри плеча с последующим соединением концов интерстициального фрагмента) [5].
Примерно 2 % всех повреждений ДНК инициируют хромосомные аберрации. Поскольку в ядре 1% всей ДНК представлено якорной ДНК, предполагается, что молекулярные изменения именно в якорной ДНК являются причиной хромосомного мутагенеза, а повреждения в других участках не приводят к нарушению структурной целостности хромосомы [1].
Молекулярные аспекты проблемы «горячих точек» в мутагенезе рассматриваются в работе, в которой указывается, что мутации типа замены пар оснований и типа сдвига рамки считывания часто обнаруживаются в участках ДНК с повторами и в асимметричных сайтах квазипалиндромов. Повторы одного или нескольких нуклеотидов являются предпосылкой для смещенного встраивания комплементарных нитей ДНК с образованием свободных от водородных связей петель. Квазипалиндромы имеют крестообразную структуру, в которой сайты асимметрии также создают петли. Мутации, по мнению автора, возникают по местам петель в результате либо эксцизионной репарации, либо аберрантной репликации.
Таким образом, индуцированные облучением точковые мутации формируются в более короткий промежуток времени и в меньшей степени, чем хромосомные перестройки, зависят от различных внутриклеточных процессов, в том числе и репарационных. К тому же в формировании перестроек хромосом существенную роль играет и белок как составная часть хромосомы, что несомненно влияет на репарацию предмутационных изменений.
Сформированные мутации в зависимости от своего функционального значения приводят или к изменению генотипа, или к гибели клетки.
Следовательно, если первичные повреждения азотистых оснований не подвергаются воздействию репарационных ферментов (из-за нерепарабельности или недоступности повреждений для этих ферментов), то они фиксируются в виде точковых мутаций. Если же системы восстановления узнают измененное основание и взаимодействуют с ним, то повреждение либо восстанавливается к норме, либо дает начало образованию хромосомной перестройки.
Однако нельзя забывать, что всё это справедливо только для эукариот, имеющих ДНК, сложно упакованную в составе интерфазных хромосом, и только для ионизирующих излучений, способных повреждать нуклеотидные основания ДНК, не повреждая его надмолекулярной структуры [1, 4].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Моссэ, И.Б. Радиация и наследственность. / И.Б. Моссэ. – Мн.: Университетское, 1990. – 201с.
2. Осняч, В.С. Основы радиобиологии [Электронный ресурс]. – 2009. – Режим доступа: https://docplayer.ru/62383068-Osnovy-radiobiologii-wiki-uchebnik-v-s-osnyach.html. - Дата доступа: 23.04.2021.
3. Радиобиология: Учебник / Под ред. Н.П. Лысенко и В.В. Пака. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. – 572 с
4. Моссэ, И.Б. Радиационная генетика: курс лекций / И.Б. Моссэ. – Электронный учебник, 2013 г.
5. Ярмоненко, С.П. Радиобиология человека и животных / С.П. Ярмоненко, А.А. Вайнсон; под ред. С.П. Ярмоненко. – М.: Высш. шк., 2004. – 549 с.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 41; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!