Genotipski

1. Kombinativ

2. Mutacijski

Formiranje različitih vrsta varijabilnosti posljedica je interakcije između okoliša i genotipa.

Obilježja fenotipske varijabilnosti.

Fenotipska varijabilnost - promjene fenotipa koje nastaju pod utjecajem okolišnih uvjeta koji ne utječu na genotip, iako je stupanj njihove ozbiljnosti određen genotipom.

Ontogenetska varijabilnost - to je stalna promjena znakova u procesu razvoja pojedinca (ontogeneza vodozemaca, kukaca, razvoj morfofizioloških i mentalnih znakova u čovjeka).

Promjenjivost modifikacije - fenotipske promjene koje proizlaze iz utjecaja okolišnih čimbenika na tijelo.

Varijabilnost modifikacije određena je genotipom. Promjene se ne nasljeđuju i sezonske su i ekološke.

Sezonske izmjene - genetski uvjetovana promjena osobina kao posljedica sezonskih promjena klimatskih uvjeta.

Promjene okoliša - adaptivne promjene fenotipa kao odgovor na promjene uvjeta okoline. Fenotipski se manifestiraju u stupnju izraženosti osobine. Ekološke promjene utječu na kvantitativne (težina životinja, potomstvo) i kvalitativne (boja ljudske kože pod utjecajem UV zraka) znakove.

Svojstva moda:

Promjene se ne nasljeđuju.

Pojavljuju se postupno, imaju prijelazne oblike.

Modifikacije tvore neprekidne serije i grupirane su oko prosječne vrijednosti.

Nastaju usmjereno - pod utjecajem istog okolišnog čimbenika, skupina organizama se mijenja na sličan način.

Prilagodljivo ( prilagodljiva ) karakter imaju sve najčešće izmjene.

Dakle, povećanje broja eritrocita i sadržaja Hb u krvi životinja i ljudi u planinama predstavlja prilagodbu za bolje korištenje kisika. Opekline od sunca su prilagodba učincima pretjerane insolacije. Utvrđeno je da su adaptivne samo one promjene koje su uzrokovane uobičajenim promjenama prirodnih uvjeta. Nema adaptivnih promjena vrijednosti uzrokovanih raznim kemijskim i fizikalnim čimbenicima. Tako se izlaganjem kukuljice Drosophila povišenim temperaturama mogu dobiti jedinke s uvrnutim krilima, s isječcima na njima, što podsjeća na mutacije.

Promjene okoliša reverzibilan a s promjenom generacija, podložni promjenama u vanjskom okruženju, možda se neće pojaviti (fluktuacije u mliječnosti, promjena broja eritrocita i leukocita u bolestima ili promjenama životnih uvjeta). Ako se uvjeti ne mijenjaju u nizu generacija, tada je stupanj izraženosti osobine u potomstvu očuvan. Takve se izmjene nazivaju dugotrajnim. Kada se promijene uvjeti razvoja, dugoročne modifikacije se ne nasljeđuju. Pogrešno je mišljenje da je odgojem i vanjskim utjecajem moguće popraviti novu osobinu u potomstvu (primjer dresure pasa).

Nošene su modifikacije adekvatan karaktera, tj. stupanj manifestacije osobine izravno ovisi o vrsti i trajanju čimbenika. Dakle, poboljšanje uvjeta za stoku uzrokuje povećanje mase životinja.

Jedno od glavnih svojstava modifikacija je njihovo masovni karakter - isti čimbenik uzrokuje istu promjenu kod jedinki koje su genotipski slične. Granicu i ozbiljnost modifikacija kontrolira genotip.

Modifikacije imaju različite stupnjeve trajnosti: dugoročno i kratkoročno. Dakle, preplanulost u osobi nestaje nakon završetka djelovanja insolacije. Druge modifikacije koje su nastale u ranim fazama razvoja mogu se zadržati tijekom cijelog života (buckleged after rahitis).

Modifikacije su nedvosmislene za najprimitivnije i visoko organizirane organizme. Ove modifikacije uključuju fenotipske promjene povezane s prehranom. Promjene ne samo u količini, već iu kvaliteti hrane mogu uzrokovati sljedeće promjene: ljudski beri-beri, distrofija, rahitis. Najčešće ljudske modifikacije uključuju fenotipske znakove uzrokovane tjelesnom aktivnošću: povećanje volumena mišića kao rezultat treninga, povećanje opskrbe krvlju, negativne promjene u sjedilačkom načinu života.

Budući da se modifikacije ne nasljeđuju, važno ih je u medicinskoj praksi razlikovati od mutacija. Promjene koje se javljaju kod ljudi podložne su korekciji, dok mutacijske promjene uzrokuju neizlječive patologije.

Varijacije u ekspresiji gena nisu neograničene. Ograničeni su normalnom reakcijom tijela.

brzina reakcije - ovo je granica modifikacijske varijabilnosti osobine. Nasljeđuje se brzina reakcije, a ne same modifikacije, t.j. sposobnost razvoja osobine, a oblik njezine manifestacije ovisi o uvjetima okoline. Brzina reakcije je specifična kvantitativna i kvalitativna karakteristika genotipa. Postoje znakovi sa širokom stopom reakcije i uskom. Široki uključuje kvantitativne pokazatelje: masu životinja, prinos usjeva. Uska stopa reakcije očituje se u kvalitativnim znakovima: postotak sadržaja masti u mlijeku, sadržaj proteina u krvi osobe. Nedvosmislena brzina reakcije također je karakteristična za većinu kvalitativnih značajki - boju kose, oči.

Pod utjecajem nekih štetnih čimbenika s kojima se osoba ne susreće u procesu evolucije može doći do modifikacijske varijabilnosti koja je izvan norme reakcije. Javljaju se deformiteti ili anomalije koje se tzv morfozama. To su promjene morfoloških, biokemijskih, fizioloških karakteristika kod sisavaca. Na primjer, 4 srca, jedno oko, dvije glave; kod ljudi - odsutnost udova kod djece pri rođenju, crijevna opstrukcija, oticanje gornje usne. Uzrok ovakvih promjena su teratogeni: lijek talidomid, kinin, halucinogen LSD, lijekovi, alkohol. Morfoza dramatično mijenja novu osobinu, za razliku od modifikacija koje uzrokuju promjene u ozbiljnosti osobine. Morfoze se mogu pojaviti tijekom kritičnih razdoblja ontogeneze i nisu adaptivne prirode.

Fenotipski, morfoze su slične mutacijama i u takvim slučajevima se nazivaju fenokopije. Mehanizam fenokopije je kršenje provedbe nasljednih informacija. Nastaju zbog supresije funkcije određenih gena. Po svojoj manifestaciji nalikuju funkciji poznatih gena, ali se ne nasljeđuju.

Genotipska varijabilnost. Vrijednost kombinativne varijabilnosti u osiguravanju genetskog polimorfizma čovječanstva.

Genotipska varijabilnost - varijabilnost organizma zbog promjene genetskog materijala stanice ili kombinacije gena u genotipu, što može dovesti do pojave novih osobina ili do njihove nove kombinacije.

Varijabilnost koja se javlja pri križanju, kao rezultat različitih kombinacija gena, njihove međusobne interakcije, naziva se kombinativan. U ovom slučaju, struktura gena se ne mijenja.

Mehanizmi za pojavu kombinativne varijabilnosti:

prijelaz preko;

neovisna divergencija kromosoma u mejozi;

nasumična kombinacija gameta tijekom oplodnje.

Varijabilnost kombinacije nasljeđuje se prema Mendelovim pravilima. Na ispoljavanje osobina u kombinativnoj varijabilnosti utječe interakcija gena iz jednog i različitih alelnih parova, više alela, pleiotropni učinak gena, povezanost gena, penetrantnost, ekspresivnost gena itd.

Zbog kombinirane varijabilnosti, postoji široka raznolikost nasljednih osobina u ljudi.

Na očitovanje kombinativne varijabilnosti kod ljudi utječe sustav križanja ili sustav brakova: inbreeding i outbreeding.

Inbreeding - krvnokrvni brak. Može biti blizu različitog stupnja, ovisno o stupnju srodstva onih koji stupaju u brak. Brak braće sa sestrama ili roditelja s djecom naziva se prvim stupnjem srodstva. Manje bliski - između rođaka i sestara, nećaka sa stričevima ili tetkama.

Prva važna genetska posljedica inbreedinga je povećanje homozigotnosti potomstva sa svakom generacijom za sve neovisno naslijeđene gene.

Drugi je razlaganje populacije na niz genetski različitih linija. Varijabilnost samooplodne populacije će se povećati, dok će se varijabilnost svake izolirane linije smanjiti.

Inbreeding često dovodi do slabljenja, pa čak i degeneracije potomstva. Kod ljudi je inbreeding općenito štetan. To povećava rizik od bolesti i prerane smrti potomstva. Ali poznati su primjeri dugotrajnog bliskog srodstva, koji nisu popraćeni štetnim posljedicama, na primjer, genealogija egipatskih faraona.

Budući da je varijabilnost bilo koje vrste organizama u bilo kojem trenutku konačna vrijednost, jasno je da broj predaka u bilo kojoj generaciji treba premašiti broj vrste, što je nemoguće. To implicira da je među precima bilo brakova u različitim stupnjevima srodstva, zbog čega je stvarni broj različitih predaka smanjen. To se može pokazati na primjeru osobe.

Osoba ima u prosjeku 4 generacije po stoljeću. Dakle, prije 30 generacija, t.j. oko 1200. godine nove ere. svatko od nas trebao je imati 1.073.741.824 predaka. Zapravo, tada broj nije dosegao milijardu.Moramo zaključiti da je u rodovniku svake osobe bilo mnogo brakova među rođacima, iako uglavnom toliko udaljenih da nisu sumnjali u njihovu vezu.

Zapravo su se takvi brakovi događali mnogo češće nego što proizlazi iz gornjeg razmatranja, budući da. veći dio svoje povijesti čovječanstvo je postojalo u obliku izoliranih naroda i plemenskih skupina.

Stoga je bratstvo svih ljudi doista prava genetska činjenica.

Outbreeding - nepovezani brak. Nesrodne osobe su osobe koje nemaju zajedničke pretke u 4-6 generacija.

Outbreeding povećava heterozigotnost potomstva, kombinira alele u hibridima koji su postojali odvojeno u roditelja. Štetni recesivni geni koji se nalaze kod roditelja u homozigotnom stanju potiskuju se u potomaka koji su za njih heterozigotni. Kombinacija svih gena u genomu hibrida se povećava i, sukladno tome, kombinativna varijabilnost će se široko manifestirati.

Kombinativna varijabilnost u obitelji odnosi se i na normalne i na patološke gene koji mogu biti prisutni u genotipu supružnika. Prilikom rješavanja problema medicinskih i genetskih aspekata obitelji potrebno je točno utvrditi vrstu nasljeđivanja bolesti - autosomno dominantno, autosomno recesivno ili spolno vezano, inače će prognoza biti netočna. Ako oba roditelja imaju recesivni abnormalni gen u heterozigotnom stanju, vjerojatnost da dijete ima bolest je 25%.

Učestalost Downovog sindroma u djece rođene od majki od 35 godina - 0,33%, 40 godina i više - 1,24%.

mutacijska varijabilnost. Teorija H. De Vriesa. Klasifikacija i karakteristike mutacija.

Mutacijska varijabilnost - ovo je vrsta varijabilnosti u kojoj dolazi do nagle, povremene promjene u nasljednoj osobini. mutacije - to su iznenadne trajne promjene u genetskom aparatu, uključujući i prijelaz gena iz jednog alelnog stanja u drugo, i razne promjene u strukturi gena, broju i strukturi kromosoma i citoplazmatskih plazmogena.

Termin mutacija prvi je predložio H. de Vries u svom djelu Mutation Theory (1901-1903). Glavne odredbe ove teorije:

Mutacije se javljaju iznenada, novi oblici su prilično stabilni.

Mutacije su kvalitativne promjene.

Mutacije mogu biti korisne ili štetne.

Iste mutacije se mogu ponavljati.

Sve su mutacije podijeljene u skupine (tablica 9). Primarna uloga pripada generativne mutacije koji se javlja u zametnim stanicama. Generativne mutacije koje uzrokuju promjenu karakteristika i svojstava organizma mogu se otkriti ako gameta koja nosi mutantni gen sudjeluje u stvaranju zigota. Ako je mutacija dominantna, tada se nova osobina ili svojstvo pojavljuje čak i kod heterozigotne jedinke koja potječe iz ove gamete. Ako je mutacija recesivna, onda se može pojaviti tek nakon nekoliko generacija kada prijeđe u homozigotno stanje. Primjer generativne dominantne mutacije kod ljudi je pojava mjehura na koži stopala, katarakte oka, brahifalangije (kratki prsti s insuficijencijom falanga). Primjer spontane recesivne generativne mutacije u ljudi je hemofilija u pojedinim obiteljima.

Tablica 9 - Klasifikacija mutacija

Somatske mutacije po svojoj prirodi ne razlikuju se od generativnih, ali je njihova evolucijska vrijednost drugačija i određena je vrstom reprodukcije organizma. Somatske mutacije igraju ulogu u organizmima s aseksualnim razmnožavanjem. Dakle, u vegetativno razmnožavajućim biljkama voća i bobica, somatska mutacija može dovesti do biljaka s novim mutantnim svojstvom. Nasljeđivanje somatskih mutacija trenutno je od posebne važnosti u vezi s proučavanjem uzroka raka kod ljudi. Pretpostavlja se da se kod malignih tumora transformacija normalne stanice u stanicu raka događa prema vrsti somatskih mutacija.

Genske ili točkaste mutacije - to su citološki nevidljive promjene u kromosomima. Genske mutacije mogu biti dominantne ili recesivne. Molekularni mehanizmi genskih mutacija očituju se u promjeni reda nukleotidnih parova u molekuli nukleinske kiseline na pojedinim mjestima. Bit lokalnih intragenih promjena može se svesti na četiri vrste nukleotidnih preuređivanja:

Zamjena parovi baza u molekuli DNK:

a) Prijelaz: zamjena purinskih baza purinskim bazama ili pirimidinskih baza pirimidinskim bazama;

b) Transverzija: zamjena purinskih baza za pirimidinske baze i obrnuto.

brisanje (gubitak) jednog para ili skupine baza u molekuli DNA;

Umetnuti jedan par ili skupina baza u molekuli DNA;

umnožavanje – ponavljanje nukleotidnog para;

Permutacija pozicije nukleotida unutar gena.

Promjene u molekularnoj strukturi gena dovode do novih oblika otpisivanja genetskih informacija iz njega, što je neophodno za odvijanje biokemijskih procesa u stanici, te dovode do pojave novih svojstava u stanici i organizmu u cjelini. . Očito su točkaste mutacije najvažnije za evoluciju.

Prema utjecaju na prirodu kodiranih polipeptida, točkaste mutacije se mogu predstaviti u tri klase:

Missense mutacije - nastaju kada se nukleotid zamijeni unutar kodona i uzrokuje supstituciju jedne netočne aminokiseline na određenom mjestu u polipeptidnom lancu. Fiziološka uloga proteina se mijenja, što stvara polje za prirodnu selekciju. Ovo je glavna klasa točkastih, intragenih mutacija koje se pojavljuju u prirodnoj mutagenezi pod utjecajem zračenja i kemijskih mutagena.

Besmislene mutacije - pojava terminalnih kodona unutar gena zbog promjena pojedinih nukleotida unutar kodona. Kao rezultat toga, proces prevođenja je prekinut na mjestu pojave terminalnog kodona. Gen je u stanju kodirati samo fragmente polipeptida do točke gdje se pojavi terminalni kodon.

Mutacije pomaka okvira čitanje nastaju kada se unutar gena dogode insercije i delecije. U tom slučaju, nakon modificiranog mjesta, mijenja se cjelokupni semantički sadržaj gena. To je uzrokovano novom kombinacijom nukleotida u tripletima, budući da trojke nakon ispadanja ili umetanja dobivaju novi sastav zbog pomaka za jedan nukleotidni par. Kao rezultat, cijeli polipeptidni lanac dobiva druge pogrešne aminokiseline nakon mjesta točkaste mutacije.

Kromosomski preustroj nastaju kao posljedica rupture dijelova kromosoma i njihovih rekombinacija. razlikovati:

Nedostaci i brisanja - nedostatak krajnjeg i srednjeg dijela kromosoma;

Duplikacije - udvostručavanje ili umnožavanje određenih dijelova kromosoma;

Inverzije - promjena u linearnom rasporedu gena u kromosomu zbog okretanja pojedinih dijelova kromosoma za 180˚.

Interkromosomski preustroj povezana s izmjenom regija između nehomolognih kromosoma. Takve promjene se nazivaju translokacije.

Genomski mutacije utječu na genom stanice i uzrokuju promjenu broja kromosoma u genomu. To može biti posljedica povećanja ili smanjenja broja haploidnih skupova ili pojedinačnih kromosoma. Genomske mutacije su poliploidija i aneuploidija.

poliploidija - genomska mutacija, koja se sastoji u povećanju broja kromosoma, višestrukih od haploida. Stanice s različitim brojem haploidnih skupova kromosoma nazivaju se: 3n - triploidi, 4n - tetraploidi itd. Poliploidija dovodi do promjene karakteristika organizma: povećanja plodnosti, veličine stanice i biomase. Koristi se u oplemenjivanju biljaka. Poliploidija je poznata i kod životinja, na primjer, kod cilijata, svilenih buba i vodozemaca.

aneuploidija - promjena broja kromosoma koja nije višekratnik haploidnog skupa: 2n+1; 2n-1; 2n-2; 2n+2. Kod ljudi takve mutacije uzrokuju patologije: sindrom trisomije na X kromosomu, trisomija na 21. kromosomu (Downova bolest), monosomija na X kromosomu itd. Fenomen aneuploidije pokazuje da kršenje broja kromosoma dovodi do promjene strukture i smanjenja vitalnosti organizma.

Citoplazmatske mutacije - to je promjena plazmogena, što dovodi do promjene znakova i svojstava organizma. Takve su mutacije stabilne i prenose se s generacije na generaciju, kao što je gubitak citokrom oksidaze u mitohondrijima kvasca.

Prema adaptivnoj vrijednosti, mutacije se dijele na: koristan, štetno(smrtonosni i polusmrtonosni) i neutralan. Ova podjela je uvjetna. Gotovo su kontinuirani prijelazi između korisnih i smrtonosnih mutacija zbog ekspresivnosti gena. Primjer smrtonosnih i subletalnih mutacija kod ljudi je epiloja (sindrom karakteriziran proliferacijom kože, mentalnom retardacijom) i epilepsija, kao i prisutnost tumora srca, bubrega, kongenitalna ihtioza, amaurotski idiotizam (taloženje masne tvari u središnji živčani sustav, praćen degeneracijom medule, sljepoćom), talasemija itd.

Spontane mutacije javljaju se prirodno bez posebne izloženosti neuobičajenim agensima. Proces mutacije karakterizira uglavnom učestalost pojavljivanja mutacija. Određena učestalost pojave mutacija karakteristična je za svaku vrstu organizma. Neke vrste imaju veću mutacijsku varijabilnost od drugih. Utvrđene zakonitosti u učestalosti spontanih mutacija svode se na sljedeće odredbe:

različiti geni u istom genotipu mutiraju različitim frekvencijama (postoje promjenjivi i stabilni geni);

slični geni u različitim genotipovima mutiraju različitom brzinom.

Svaki gen relativno rijetko mutira, ali od tada broj gena u genotipu je velik, tada je ukupna učestalost mutacija svih gena prilično visoka. Tako je kod ljudi učestalost pojave mutacija u populaciji 4·10 -4 za talasemiju, 2,8·10 -5 za albinizam i 3,2·10 -5 za hemofiliju.

Na učestalost spontane mutageneze mogu utjecati specifični geni - mutatorski geni , što može dramatično promijeniti promjenjivost organizma. Takvi su geni otkriveni u Drosophila, kukuruzu, Escherichia coli, kvascu i drugim organizmima. Pretpostavlja se da mutatorski geni mijenjaju svojstva DNA polimeraze, čiji utjecaj dovodi do masovne mutacije.

Na spontanu mutagenezu utječu fiziološko i biokemijsko stanje stanice. Tako se pokazalo da se u procesu starenja učestalost mutacija značajno povećava. Među mogućim uzrocima spontane mutacije je nakupljanje u genotipu mutacija koje blokiraju biosintezu određenih tvari, uslijed čega će doći do prekomjernog nakupljanja prekursora takvih tvari koje mogu imati mutagena svojstva. Određenu ulogu u spontanoj mutaciji osobe može imati prirodno zračenje, zbog čega se može pripisati od 1/4 do 1/10 spontanih mutacija kod ljudi.

Na temelju proučavanja spontanih mutacija unutar populacija jedne vrste i pri usporedbi populacija različitih vrsta, N. I. Vavilov je formulirao zakon homolognih nizova nasljedna varijabilnost: "Vrste i rodovi koji su genetski bliski karakterizirani su sličnim nizovima nasljedne varijabilnosti s takvom pravilnošću da se, znajući broj oblika unutar jedne vrste, može predvidjeti nalaz paralelnih oblika u drugim vrstama i rodovima."Što su rodovi bliži u općem sustavu, to je potpunija sličnost varijabilnosti u njihovim serijama. Glavna stvar u zakonu homolognih nizova bio je novi pristup razumijevanju principa mutacija u prirodi. Pokazalo se da je nasljedna varijabilnost povijesno utvrđena pojava. Mutacije su slučajne kada se uzimaju pojedinačno. Međutim, općenito, u svjetlu zakona homolognih nizova, oni postaju prirodni fenomen u sustavu vrsta.

Mutacije, koje idu kao slučajno u različitim smjerovima, kada se kombiniraju, otkrivaju zajednički zakon.

inducirani proces mutacije pojava nasljednih promjena pod utjecajem posebnog utjecaja čimbenika vanjske i unutarnje sredine.

Mehanizmi za nastanak mutacija. Mutageneza i karcinogeneza. Genetska opasnost od onečišćenja okoliša mutagenima.

Svi čimbenici mutageneze mogu se podijeliti u tri vrste: fizikalne, kemijske i biološke.

Među fizički čimbenici najveće važnosti su ionizirajuće zračenje. Ionizirajuće zračenje dijeli se na:

elektromagnetski (val), to uključuje x-zrake valne duljine od 0,005 do 2 nm, gama zrake i kozmičke zrake;

korpuskularno zračenje - beta čestice (elektroni i pozitroni), protoni, neutroni (brzi i toplinski), alfa čestice (jezgre atoma helija) itd. Prolazeći kroz živu tvar, ionizirajuće zračenje izbacuje elektrone iz vanjske ljuske atoma i molekula, što dovodi do njihovih kemijskih transformacija.

Različite životinje karakterizira različita osjetljivost na ionizirajuće zračenje, koja se kreće od 700 rendgena za ljude do stotina tisuća i milijuna rendgena za bakterije i viruse. Ionizirajuće zračenje prvenstveno uzrokuje promjene u genetskom aparatu stanice. Pokazalo se da je jezgra stanice 100 tisuća puta osjetljivija na zračenje od citoplazme. Nezrele zametne stanice (spermatogonije) mnogo su osjetljivije na zračenje od zrelih (spermatozoida). Kromosomska DNK je najosjetljivija na djelovanje zračenja. Promjene u razvoju izražene su u genskim mutacijama i preuređenjima kromosoma.

Pokazalo se da učestalost mutacija ovisi o ukupnoj dozi zračenja i izravno je proporcionalna dozi zračenja.

Ionizirajuće zračenje utječe na genetski aparat ne samo izravno, već i neizravno. Oni uzrokuju radiolizu vode. Nastali radikali (H + , OH -) djeluju štetno.

U jake fizičke mutagene spadaju ultraljubičaste zrake (valne duljine do 400 nm), koje ne ioniziraju atome, već samo pobuđuju njihove elektronske ljuske. Kao rezultat, u stanicama se razvijaju kemijske reakcije koje mogu dovesti do mutacije. Učestalost mutacija raste s povećanjem valne duljine do 240-280 nm (odgovara apsorpcijskom spektru DNA). UV zrake uzrokuju genske i kromosomske preraspodjele, ali u puno manjoj količini od ionizirajućeg zračenja.

Mnogo slabiji fizički mutagen je povišena temperatura. Povećanje temperature za 10 povećava stopu mutacije za 3-5 puta. U ovom slučaju, mutacije gena javljaju se uglavnom u nižim organizmima. Ovaj čimbenik ne utječe na toplokrvne životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom i ljude.

Kemijski mutageni Postoji mnogo različitih tvari i njihov se popis stalno ažurira. Najjači kemijski mutageni su:

alkilirajući spojevi: dimetil sulfat; iperit i njegovi derivati ​​- etilenimin, nitrozoalkil-nitrometil, nitrozoetilurea itd. Ponekad su te tvari supermutageni i karcinogeni.

Druga skupina kemijskih mutagena su analozi dušične baze (5-bromuracil, 5-bromodeoksiurodin, 8-azoguanin, 2‑aminopurin, kofein, itd.).

Treću grupu čine akridinske boje (akridin žuta, narančasta, proflavin).

Četvrta grupa je drugačiji prema građi tvari: dušična kiselina, hidroksilamin, razni peroksidi, uretan, formaldehid.

Kemijski mutageni mogu inducirati i genske i kromosomske mutacije. Oni uzrokuju više genskih mutacija od ionizirajućeg zračenja i UV zraka.

DO biološki mutageni uključuju određene vrste virusa. Pokazalo se da većina ljudskih, životinjskih i biljnih virusa inducira mutacije u Drosophila. Pretpostavlja se da molekule DNA virusa predstavljaju mutageni element. Sposobnost virusa da izazivaju mutacije pronađena je kod bakterija i aktinomiceta.

Očigledno su svi mutageni, i fizički i kemijski, u načelu univerzalni; može uzrokovati mutacije u bilo kojem obliku života. Za sve poznate mutagene ne postoji niži prag za njihovu mutagenu aktivnost.

Mutacije uzrokuju urođene deformitete i nasljedne ljudske bolesti. Stoga je hitan zadatak zaštititi ljude od djelovanja mutagena. Od velike važnosti u tom pogledu bila je zabrana atmosferskog testiranja nuklearnog oružja. Vrlo je važno poštivati ​​mjere zaštite ljudi od zračenja u nuklearnoj industriji, pri radu s izotopima, rendgenskim zrakama. Određenu ulogu mogu imati i antimutageni – tvari koje smanjuju djelovanje mutagena (cisteamin, kinakrin, neki sulfonamidi, derivati ​​propionske i galne kiseline).

Popravak genetskog materijala. Mutacije povezane s oštećenim popravkom i njihova uloga u ljudskoj patologiji.

Ne ostvaruju se sva oštećenja genetskog aparata uzrokovana mutagenima u obliku mutacija. Mnogi od njih se ispravljaju uz pomoć posebnih enzima za popravak.

Popravak predstavlja evolucijski razvijene uređaje koji povećavaju otpornost genetske informacije na buku i njezinu stabilnost u nizu generacija. Mehanizam popravka temelji se na činjenici da svaka molekula DNA sadrži dva kompletna skupa genetskih informacija snimljenih u komplementarnim polinukleotidnim lancima. To osigurava očuvanje neiskvarenih informacija u jednoj niti, čak i ako je druga oštećena, te će ispraviti nedostatak preko neoštećene niti.

Trenutno su poznata tri mehanizma reparacije: fotoreaktivacija, tamni popravak, popravak nakon replikacije.

Fotoreaktivacija sastoji se u eliminaciji vidljivom svjetlošću timinskih dimera, koji se posebno često javljaju u DNK pod utjecajem UV zraka. Zamjena se provodi posebnim fotoreaktivirajućim enzimom, čije molekule nemaju afinitet za intaktnu DNK, ali prepoznaju timinske dimere i vežu se na njih odmah nakon njihovog nastanka. Ovaj kompleks ostaje stabilan sve dok nije izložen vidljivoj svjetlosti. Vidljivo svjetlo aktivira molekulu enzima, odvaja se od timinskog dimera i istovremeno ga razdvaja na dva odvojena timina, vraćajući izvornu strukturu DNK.

Mračna popravka ne zahtijeva svjetlo. Sposoban je popraviti širok raspon oštećenja DNK. Tamni popravak odvija se u nekoliko faza uz sudjelovanje nekoliko enzima:

molekule endonukleaze stalno ispitivati ​​molekulu DNK, identificirajući oštećenje, enzim reže lanac DNK u blizini;

Endo- ili egzonukleaza pravi drugi rez na ovoj niti, izrezujući oštećeno područje;

Egzonukleaza značajno proširuje nastali jaz, odsijecajući desetke ili stotine nukleotida;

polimeraza stvara prazninu u skladu s redoslijedom nukleotida u drugom (netaknutom) lancu DNK.

Svjetli i tamni popravci promatraju se prije nego što dođe do replikacije oštećenih molekula. Ako se oštećene molekule ne repliciraju, molekule kćeri mogu proći postreplikativni popravak. Njegov mehanizam još nije jasan. Pretpostavlja se da se uz njega mogu izgraditi praznine u DNK defektima fragmentima uzetim iz netaknutih molekula.

Od najveće su važnosti genetske razlike u aktivnosti enzima za popravak. Slične razlike postoje i kod ljudi. Osoba ima poznatu bolest pigmentna kseroderma . Koža takvih osoba osjetljiva je na sunčeve zrake te se pri njihovom intenzivnom izlaganju prekriva velikim pigmentiranim mrljama, ulcerira i može degenerirati u rak kože. Xeroderma pigmentosa uzrokovana je mutacijom koja remeti mehanizam popravka oštećenja uzrokovanih u DNK stanica kože UV zrakama sunčeve svjetlosti.

Fenomen popravka DNK raširen je od bakterija do ljudi i od velike je važnosti za održavanje stabilnosti genetskih informacija koje se prenose s generacije na generaciju.

Varijabilnost (u genetici) je svojstvo živog organizma da reagira na učinke vanjskog ili unutarnjeg okoliša stjecanjem nove biološke osobine.

Ovisno o uzrocima, prirodi i prirodi promjena, varijabilnost se razlikuje između nasljedne (mutacijske ili genotipske) i nenasljedne (fenotipske ili modifikacije).

U središtu nasljedne varijabilnosti su promjene u genetskom aparatu na bilo kojoj razini njegove organizacije - gen, kromosom (vidi), genom. Nastala promjena kopira se i reproducira s generacije na generaciju.

Nasljedna ili genotipska varijabilnost dijeli se na kombinativnu i mutacijsku.

Kombinativna varijabilnost povezana je s dobivanjem novih kombinacija gena u genotipu (vidi. Nasljednost), što se postiže kao rezultat dva procesa: 1) neovisna divergencija kromosoma tijekom mejoze (vidi) i njihova slučajna kombinacija tijekom oplodnje (vidi); 2) rekombinacija gena zbog križanja; sami nasljedni čimbenici (geni) se ne mijenjaju, ali nove njihove međusobne kombinacije dovode do pojave organizama s novim fenotipom.

Mutacijska varijabilnost rezultat je iznenadnih nasljednih promjena u genetskom materijalu – mutacija koje po svojoj prirodi nisu povezane s procesima cijepanja ili rekombinacije.

Mutacija se može pojaviti u bilo kojem genu, bilo kojoj stanici, u bilo kojoj fazi razvoja. Istodobno, sposobnost pojedinih staničnih gena da mutiraju (mutabilnost) različita je za različite stanice. Osim toga, iste promjene genotipova mogu se različito manifestirati u različitim stanicama. Mutacija nastaje ili u normalnim uvjetima postojanja (spontane mutacije), ili pod utjecajem posebnih uvjeta, kao što su zračenje, fizikalni, kemijski i drugi agensi (inducirane mutacije). Uzročnik koji uzrokuje mutaciju naziva se mutagen, a modificirani organizam naziva se mutant.

Proces mutacije s jednakom vjerojatnošću može se odvijati u bilo kojem smjeru - od izvornog (divljeg) do mutanta i od mutanta do divljeg. U potonjem slučaju govori se o leđnim ili pravim leđnim mutacijama. Pojava povratnih mutacija ocjenjuje se obnavljanjem (reverzijom) fenotipa. Ipak, obnova izvornog fenotipa nije apsolutni pokazatelj reverzije genotipa, jer može biti posljedica i mutacije u potpuno drugom lokusu (presjeku) genetskog materijala. Takve se mutacije nazivaju supresorskim.

Sve promjene u genetskom materijalu dijele se na genske i kromosomske.

Genetske, ili točkaste, mutacije ograničene su na jedan gen i uzrokovane su zamjenom jedne baze (vidi) drugom, njihovim preuređivanjem ili gubitkom.

Kromosomske mutacije utječu na promjenu broja kromosoma ili njihove strukture. Potonje se može ograničiti na granice jednog - delecija ili duplikacija (tj. gubitak ili udvostručenje dijela kromosoma), inverzija (preokretanje dijela kromosoma za 180º), umetanje (preuređenje gena) ili može uhvatiti nehomologne kromosome - translokacije (promjena vezne skupine gena zbog izmjene regija između nehomolognih kromosoma).

Promjene u broju kromosoma obično nastaju kao posljedica kršenja normalnih procesa mejoze i izražavaju se u povećanju ili smanjenju broja kompletnih kromosoma (poliploidija, haploidija) ili broja pojedinačnih kromosoma skupa. (heteroploidija, aneuploidija). Ponekad se te promjene nazivaju općim pojmom "genomske mutacije".

Evolucijski značaj mutacija u različitim stanicama nije isti i ovisi o vrsti organizma. S ove točke gledišta, kod jedinki koje se razmnožavaju spolno, mutacije su generativne (mutacije stanica reproduktivnog sustava) i somatske. Mutacija somatske stanice, ako za nju nije detaljna, reproducirat će se u generaciji i dovest će do stvaranja staničnih sustava koji se sastoje od normalnih i mutantnih stanica (tzv. mozaici); broj mutiranih stanica bit će proporcionalan broju dioba nakon mutacije.

Ovaj mehanizam je također primjenjiv na generativne mutacije. Posljedično, što se ranije u odnosu na uvjete razvoja dogodi mutacija, to će značajniji biti broj promijenjenih gameta - odnosno jajašaca - i vjerojatnije je da će mutantni spol sudjelovati u oplodnji. Somatske mutacije se ne prenose na gamete i nestaju smrću organizma. Dakle, ako somatska mutacija (sa stajališta njenog nasljeđivanja) nije važna za spolno razmnožavajuće organizme, onda je značaj generativnih mutacija u nastanku nasljedne patologije ogroman. Za organizme koji se razmnožavaju aseksualno, podjela na somatske i generativne mutacije nije bitna.

Nenasljedna varijabilnost nije povezana s promjenom genotipa i promatra se kao promjena morfoloških, fizioloških i biokemijskih karakteristika organizma tijekom razvoja organizma (ontogenetska varijabilnost, fenotipska varijabilnost) ili kao rezultat variranja okoliša. uvjeti (varijabilnost modifikacije). Međutim, u oba slučaja sve promjene kontrolira genotip. U prvom slučaju - vrijeme i redoslijed nastanka promjena, u drugom - granice tih promjena ().

Specifična fenotipska ili modifikacijska promjena nije naslijeđena, dok je sposobnost genotipa da odgovori na odgovarajuću promjenu okoliša nasljedna.

Dakle, ako je uloga nenasljednih promjena u evoluciji divljeg svijeta ograničena, tada je nasljedna varijabilnost, bez obzira na njenu vrstu, poslužila kao glavni početni mehanizam, u kombinaciji s umjetnom i prirodnom selekcijom, što je dovelo do nastanka cjelokupnog raznolikost oblika divljih životinja.

Varijacija u biologiji je pojava individualnih razlika između jedinki iste vrste. Zbog varijabilnosti populacija postaje heterogena, a vrsta ima veće šanse da se prilagodi promjenjivim uvjetima okoliša.

U znanosti poput biologije, naslijeđe i varijacije idu ruku pod ruku. Postoje dvije vrste varijabilnosti:

• Nenasljedan (modifikacija, fenotip).
• Nasljedno (mutacijsko, genotipsko).

Nenasljedna varijabilnost

Modifikacijska varijabilnost u biologiji je sposobnost jednog živog organizma (fenotipa) da se prilagodi čimbenicima okoliša unutar svog genotipa. Zbog ovog svojstva pojedinci se prilagođavaju promjenama klime i drugim uvjetima postojanja. leži u osnovi procesa prilagodbe koji se odvijaju u bilo kojem organizmu. Dakle, kod bezkrvnih životinja, s poboljšanjem uvjeta zatočeništva, povećava se produktivnost: prinos mlijeka, proizvodnja jaja i tako dalje. A životinje dovedene u planinske krajeve rastu premale i imaju dobro razvijenu poddlaku. Promjene okolišnih čimbenika i uzrok varijabilnosti. Primjeri ovog procesa lako se mogu pronaći u svakodnevnom životu: ljudska koža postaje tamna pod utjecajem ultraljubičastih zraka, mišići se razvijaju kao posljedica fizičkog napora, biljke koje se uzgajaju u zasjenjenim mjestima i na svjetlu imaju različite oblike listova, a zečevi mijenjaju dlaku boja zimi i ljeti.

Nenasljednu varijabilnost karakteriziraju sljedeća svojstva:

• grupni karakter promjena;
• ne nasljeđuje potomstvo;
• promjena svojstva unutar genotipa;
• omjer stupnja promjene s intenzitetom utjecaja vanjskog čimbenika.

nasljedna varijabilnost

U biologiji, nasljedna ili genotipska varijabilnost je proces kojim se mijenja genom organizma. Zahvaljujući njoj, jedinka stječe značajke koje su prije bile neobične za njezinu vrstu. Prema Darwinu, genotipska varijacija je glavni pokretač evolucije. Postoje sljedeće vrste nasljedne varijabilnosti:

• mutacijski;
• kombinativan.

Nastaje kao rezultat izmjene gena tijekom spolnog razmnožavanja. Istodobno, osobine roditelja se na različite načine kombiniraju u nizu generacija, povećavajući raznolikost organizama u populaciji. Kombinativna varijabilnost pokorava se pravilima Mendelovog nasljeđivanja.

Primjer takve varijabilnosti je inbreeding i outbreeding (usko povezano i nepovezano križanje). Kada se osobine pojedinog proizvođača žele fiksirati u pasmini životinja, tada se koristi inbreeding. Tako potomstvo postaje ujednačenije i jača kvalitete osnivača linije. Inbreeding dovodi do ispoljavanja recesivnih gena i može dovesti do degeneracije linije. Kako bi se povećala održivost potomstva, koristi se outbreeding - nepovezano križanje. Istodobno se povećava heterozigotnost potomstva i povećava raznolikost unutar populacije, a posljedično se povećava otpornost jedinki na štetne učinke okolišnih čimbenika.

Mutacije se, pak, dijele na:

• genomski;
• kromosomski;
• genetski;
• citoplazmatski.

Promjene koje utječu na spolne stanice su naslijeđene. Mutacije u mogu se prenijeti na potomstvo ako se jedinka razmnožava vegetativno (biljke, gljive). Mutacije mogu biti korisne, neutralne ili štetne.

Genomske mutacije

Varijacije u biologiji putem genomskih mutacija mogu biti dvije vrste:

• Poliploidija - mutacija koja se često nalazi u biljkama. To je uzrokovano višestrukim povećanjem ukupnog broja kromosoma u jezgri, nastaje u procesu kršenja njihove divergencije na polove stanice tijekom diobe. Poliploidni hibridi imaju široku primjenu u poljoprivredi - u biljnoj proizvodnji postoji više od 500 poliploida (luk, heljda, šećerna repa, rotkvica, metvica, grožđe i drugi).
• Aneuploidija je povećanje ili smanjenje broja kromosoma u pojedinim parovima. Ovu vrstu mutacije karakterizira niska održivost pojedinca. Široko rasprostranjena mutacija kod ljudi – jedna u 21. paru – uzrokuje Downov sindrom.

Kromosomske mutacije

Promjenjivost u biologiji s obzirom na način pojavljuje se kada se promijeni struktura samih kromosoma: gubitak terminalnog dijela, ponavljanje skupa gena, rotacija jednog fragmenta, prijenos kromosomskog segmenta na drugo mjesto ili na drugi kromosom. Takve mutacije često nastaju pod utjecajem zračenja i kemijskog onečišćenja okoliša.

Genske mutacije

Značajan dio ovih mutacija se ne pojavljuje izvana, jer je recesivno svojstvo. Genske mutacije uzrokovane su promjenom slijeda nukleotida – pojedinačnih gena – i dovode do pojave proteinskih molekula s novim svojstvima.

Mutacije gena kod ljudi uzrokuju manifestaciju nekih nasljednih bolesti - anemije srpastih stanica, hemofilije.

Citoplazmatske mutacije

Citoplazmatske mutacije povezane su s promjenama u strukturama stanične citoplazme koja sadrži molekule DNA. To su mitohondriji i plastidi. Takve se mutacije prenose kroz majčinu liniju, budući da zigota prima svu citoplazmu iz majčinog jajašca. Primjer citoplazmatske mutacije koja je uzrokovala varijabilnost u biologiji je pernastost biljaka, koja je uzrokovana promjenama u kloroplastima.

Sve mutacije imaju sljedeća svojstva:

• Pojavljuju se iznenada.
• Prenosi se nasljedstvom.
• Oni nemaju nikakav smjer. Mutacije mogu biti podvrgnute i beznačajnom području i vitalnom znaku.
• Javljaju se kod pojedinaca, odnosno pojedinaca.
• U svojoj manifestaciji mutacije mogu biti recesivne ili dominantne.
• Ista se mutacija može ponoviti.

Svaka mutacija je uzrokovana određenim uzrocima. U većini slučajeva ne može se točno odrediti. U eksperimentalnim uvjetima za dobivanje mutacija koristi se usmjereni čimbenik vanjske okoline – izlaganje zračenju i slično.