Все виды генных и хромосомных мутаций ДНК являются необратимым изменением в генетическом материале живого организма.
Все виды мутаций копируются во время репликации ДНК и передаются от родительских клеток к дочерним.
Таким образом, все типы мутаций ДНК являются наследуемыми. Тем не менее, не все типы мутаций передаются от одного поколения живых организмов к другому.
Соматические мутации и мутации половых клеток
Для передачи потомству мутации должны влиять на генетическую информацию половых клеток.
Половые клетки или гоноциты представляют собой репродуктивные клетки организма и мутации, которые изменяют ДНК этих клеток, передаются из поколения в поколение.
Различные типы мутаций ДНК, которые появляются в течение жизни и происходят в клетках отличных от половых, называются соматическими мутациями.
Соматические мутации не наследуются будущими поколениями.
Различные виды генных и хромосомных мутаций
В зависимости от того, какие изменения происходят с ДНК, все типы мутаций можно разделить на две основные группы:
- генные мутации;
- хромосомные мутации.
Основное различие между генными и хромосомными мутациями состоит в уровне, на котором происходят изменения.
Все виды генных мутаций представляют собой небольшие изменения, влияющие на нуклеотидную последовательность одного гена. Двумя основными типами генных мутаций являются точечные мутации и мутации с изменением рамки считывания.
Различные виды хромосомных мутаций являются существенными изменениями генетического материала организма. Они изменяют либо количество, либо структуру хромосом. К хромосомным мутациям относятся делеции, дупликации, инсерции, инверсии и транслокации.
Точечные мутации нуклеиновых кислот
Точечные мутации представляют собой химические изменения в нуклеотидных последовательностях, которые изменяют только один или несколько нуклеотидов.
Типы точечных мутуций
Три типа точечных мутаций, происходящих в кодирующей белок области гена, классифицируют по тому влиянию которое они оказывают на синтезируемый белок:
Молчащие мутации (Silent mutations):
Молчащие мутации не влияют на метаболизм клетки, поскольку изменение нуклеотидов кодона не приводит к изменению аминокислот белка.
Миссенсе мутации (Missense mutations):
Эти типы точечных мутаций вызывают нуклеотидные изменения, которые приводят к замене одной аминокислоты на другую. Результатом этого типа генных мутаций может быть измененый, но все еще функциональный белок.
Нонсенс-мутации (Nonsense mutations):
Нонсенс-мутации кодируют преждевременные стоп-кодоны. В результате ген неспособен кодировать какой-либо функциональный полипептидный продукт.
Мутация сдвига рамки считывания
Точечными мутациями со сдвигом рамки считывания являются вставки или делеции одного или двух нуклеотидов в последовательности кодонов.
Виды хромосомных мутаций
Различные виды хромосомных мутаций включают в себя перестройки генетического наследственного материала, которые влияют на ряд генов расположенных на одной или разных хромосомах.
Пять типов хромосомных мутаций:
- Делеции (удаление): удаление большой хромосомной области, приводящей к потере генов в этом регионе.
- Дупликации (или амплификации): приводят к множественным копиям хромосомной области, увеличивая число генов, расположенных в этом регионе. Некоторые гены могут быть продублированы полностью.
- Инсерции (вставки): добавление материала из одной хромосомы в негомологичную хромосому.
- Инверсии: изменение ориентации хромосомного сегмента.
- Транслокации: обмен генетическим материалом между негомологичными хромосомами.
Транспозоны - это короткие нити ДНК, способные перемещаться из одного места в другое внутри генетического материала клетки.
Причины возникновения мутаций ДНК (физические и химические мутагены)
Причины возникновения мутаций можно разделить на два типа:
- спонтанные мутации;
- индуцированные мутации.
Спонтанные мутации - мутации в результате молекулярных взаимодействий, которые происходят естественным образом внутри клетки.
Индуцированные мутации вызываются различными причинами находящимися вне клетки, индуцируются.
Мутагенные факторы или мутагены - вещества или события, которые увеличивают скорость мутаций в организме.
Две основные категории мутагенов:
- Физические мутагены
излучения с высокой энергией
Ионизирующие излучения (Рентген, гамма-лучи и альфа-частицы вызывают разрушение ДНК)
Ультрафиолетовое излучение (длина волны выше 260 нм может поглощаться азотистыми основаниями ДНК, продуцируя димеры пиримидина, что может вызвать ошибки репликации).
- Химические мутагены
молекулы, которые могут проникать в клеточное ядро и вызывать мутации.
Активные формы кислорода (ROS)
Ароматические амины и амиды могут вызывать канцерогенез
Бром
Бензол увеличивает риск развития рака
Тест Эймса на мутагенность (Ames test)
Тест Эймса (Ames test) - это тест, который измеряет мутагенный потенциал химических соединений.
В этом тесте используется мутантный штамм бактерий, который не способен синтезировать аминокислоту - гистидин.
Суспензию мутантных бактерий обрабатывают химическим веществом и затем помещают на среду, в которой отсутствует гистидин.
Только те бактерии, которые претерпели обратную мутацию, то есть вторую мутацию, которая восстанавливает их способность синтезировать гистидин, могут продолжать рости и размножаться.
Чем больше мутаций происходят под действием химического вещества, тем больше вероятность того, что произойдет обратная мутация. Таким образом, количество колоний бактерий, которые появляются на среде без гистидина, показывает, насколько силен мутагенный эффект химиката.
Большинство химических мутагенов являются канцерогенными.
