Vilka mutationer kallas spontana? Om vi översätter termen till ett tillgängligt språk, är dessa naturliga fel som uppstår i processen för interaktion av genetiskt material med den inre och / eller yttre miljön. Sådana mutationer är vanligtvis slumpmässiga. De observeras i könsorganen och andra celler i kroppen.
Exogena orsaker till mutationer
Spontan mutation kan uppstå under påverkan av kemikalier, strålning, höga eller låga temperaturer, förtärd luft eller högt tryck.
Varje år absorberar en person i genomsnitt cirka en tiondel av en rad joniserande strålning som utgör den naturliga strålningsbakgrunden. Detta antal inkluderar gammastrålning från jordens kärna, solvinden och radioaktiviteten hos element som finns i jordskorpans tjocklek och lösta i atmosfären. Dosen som erhålls beror också på var personen befinner sig. En fjärdedel av alla spontana mutationer sker på grund av denna faktor.
UV-strålning, i motsats till vad många tror, spelar en mindre roll iförekomsten av DNA-nedbrytningar, eftersom det inte kan tränga tillräckligt djupt in i människokroppen. Men huden lider ofta av överdriven solexponering (melanom och andra cancerformer). Encelliga organismer och virus muterar dock när de utsätts för solljus.
För höga eller låga temperaturer kan också orsaka förändringar i det genetiska materialet.
Endogena orsaker till mutationer
De huvudsakliga orsakerna till att spontan mutation kan inträffa är fortfarande endogena faktorer. Dessa inkluderar metaboliska biprodukter, fel i processen för replikering, reparation eller rekombination och andra.
-
Feil i replikering:
- spontana övergångar och inversioner av kvävebaser;
- felaktig insättning av nukleotider på grund av fel i DNA-polymeraser;- kemisk ersättning av nukleotider t.ex. guanin-cytosin till adenin-guanin.
- Återställningsfel:-mutationer i generna som ansvarar för reparationen av enskilda delar av DNA-kedjan efter att de går sönder under påverkan av yttre faktorer.
- Problem med rekombination:- misslyckanden i övergångsprocesserna under meios eller mitos leder till förlust och komplettering av baser.
Dessa är huvudfaktorerna som orsakar spontana mutationer. Orsakerna till misslyckanden kan ligga i aktiveringen av mutatorgener, samt omvandlingen av säkra kemiska föreningar till mer aktiva metaboliter som påverkar cellkärnan. Dessutom finns det också strukturella faktorer. Dessa inkluderar upprepningar av nukleotidsekvensen nära ställetkedjeomarrangemang, närvaron av ytterligare DNA-sektioner som liknar genens struktur, såväl som mobila element i genomet.
Mutationspatogenes
Spontan mutation uppstår på grund av inverkan av alla ovanstående faktorer som verkar tillsammans eller separat under en viss period av cellens liv. Det finns ett sådant fenomen som en glidande kränkning av parningen av dotterns och moderns DNA-strängar. Som ett resultat bildas slingor ofta av peptider som inte har kunnat passa in i sekvensen på ett adekvat sätt. Efter avlägsnande av överskott av DNA-fragment från dottersträngen kan slingorna både resekeras (deletioner) och byggas in (dupliceringar, insertioner). Förändringarna som har dykt upp fixas i nästa celldelningscykler.
Hastigheten och antalet mutationer som uppstår beror på DNA:s primära struktur. Vissa forskare tror att absolut alla DNA-sekvenser är mutagena om de bildar böjar.
De vanligaste spontana mutationerna
Vilken är den vanligaste manifestationen av spontana mutationer i arvsmassan? Exempel på sådana tillstånd är förlusten av kväveh altiga baser och avlägsnandet av aminosyror. Cytosinrester anses vara särskilt känsliga för dem.
Det har bevisats att idag har mer än hälften av ryggradsdjuren en mutation av cytosinrester. Efter deaminering ändras metylcytosin till tymin. Efterföljande kopiering av detta avsnitt upprepar felet eller tar bort det, eller fördubblar ochmuterar till ett nytt fragment.
En annan orsak till frekventa spontana mutationer är ett stort antal pseudogener. På grund av detta kan ojämlika homologa rekombinationer bildas under meios. Detta resulterar i omarrangemang i gener, vändningar och fördubblingar av individuella nukleotidsekvenser.
Polymerasmodell för mutagenes
Enligt denna modell uppstår spontana mutationer som ett resultat av slumpmässiga fel i molekylerna som syntetiserar DNA. För första gången presenterades en sådan modell av Bresler. Han föreslog att mutationer uppstår på grund av det faktum att polymeraser i vissa fall infogar icke-komplementära nukleotider i sekvensen.
År senare, efter långa tester och experiment, godkändes och accepterades denna synpunkt i den vetenskapliga världen. Vissa mönster har till och med härletts som gör det möjligt för forskare att kontrollera och styra mutationer genom att exponera vissa delar av DNA för ultraviolett ljus. Så till exempel fann man att adenin oftast är inbäddat mittemot den skadade tripletten.
Tautomer modell för mutagenes
En annan teori som förklarar spontana och artificiella mutationer föreslogs av Watson och Crick (upptäckarna av DNA-strukturen). De föreslog att mutagenes är baserad på förmågan hos vissa DNA-baser att förvandlas till tautomera former som förändrar hur baserna är anslutna.
Efter publicering utvecklades hypotesen aktivt. Nya former av nukleotider upptäcktes efterbestrålar dem med ultraviolett ljus. Detta gav forskarna nya möjligheter till forskning. Modern vetenskap diskuterar fortfarande tautomera formers roll vid spontan mutagenes och dess inverkan på antalet upptäckta mutationer.
Andra modeller
Spontan mutation är möjlig i strid med DNA-polymerasernas igenkänning av nukleinsyror. Poltaev och medförfattare klargjorde mekanismen som säkerställer överensstämmelse med principen om komplementaritet i syntesen av dotter-DNA-molekyler. Denna modell gjorde det möjligt att studera regelbundenheterna av uppkomsten av spontan mutagenes. Forskare förklarade sin upptäckt med det faktum att huvudorsaken till förändringen i DNA:s struktur är syntesen av icke-kanoniska nukleotidpar.
De föreslog att bassubstitution sker på grund av deaminering av DNA-segment. Detta leder till en förändring av cytosin till tymin eller uracil. På grund av sådana mutationer bildas par av inkompatibla nukleotider. Under nästa replikering sker därför en övergång (punktsersättning av nukleotidbaser).
Klassificering av mutationer: spontan
Det finns olika klassificeringar av mutationer beroende på vilket kriterium som ligger till grund för dem. Det finns en uppdelning efter arten av förändringen i genens funktion:
- hypomorf (muterade alleler syntetiserar färre proteiner, men de liknar de ursprungliga);
- amorf (genen har helt förlorat sina funktioner);
- antimorf (den muterad gen förändrar helt den egenskapen, som representerar);- neomorf (nya tecken dyker upp).
Men en vanligare klassificering som delar upp alla mutationer i proportion till variabelnstrukturera. Höjdpunkt:
1. Genomiska mutationer. Dessa inkluderar polyploidi, det vill säga bildandet av ett genom med en trippel eller fler uppsättning kromosomer, och aneuploidi, antalet kromosomer i genomet är inte en multipel av det haploida talet.
2. Kromosomala mutationer. Signifikanta omarrangemang av enskilda sektioner av kromosomer observeras. Det sker en förlust av information (deletion), dess fördubbling (duplicering), en förändring i riktningen av nukleotidsekvenser (inversion), såväl som överföring av kromosomsektioner till en annan plats (translokation).3. Genmutation. Den vanligaste mutationen. I DNA-kedjan ersätts flera slumpmässiga kvävebaser.
Konsekvenser av mutationer
Spontana mutationer är orsakerna till tumörer, lagringssjukdomar, dysfunktioner hos organ och vävnader hos människor och djur. Om en muterad cell finns i en stor flercellig organism, kommer den med en hög grad av sannolikhet att förstöras genom att utlösa apoptos (programmerad celldöd). Kroppen styr processen att bevara arvsmassan och gör med hjälp av immunförsvaret av med alla möjliga skadade celler.
I ett fall av hundratusentals hinner inte T-lymfocyter känna igen den påverkade strukturen, och det ger upphov till en klon av celler som också innehåller den muterade genen. Cellkonglomeratet har redan andra funktioner, producerar giftiga ämnen och påverkar kroppens allmänna tillstånd negativt.
Om mutationen inte inträffade i den somatiska, utan i könscellen, kommer förändringarna att observeras hos ättlingarna. Dom ärmanifesteras av medfödda organpatologier, missbildningar, metabola störningar och lagringssjukdomar.
Spontana mutationer: betydelse
I vissa fall kan tidigare till synes värdelösa mutationer vara användbara för att anpassa sig till nya livsvillkor. Detta representerar mutation som ett mått på naturligt urval. Djur, fåglar och insekter kamoufleras enligt deras uppehållsområde för att skydda sig mot rovdjur. Men om deras livsmiljö förändras, försöker naturen med hjälp av mutationer skydda arten från utrotning. Under nya förhållanden överlever de starkaste och överför denna förmåga till andra.
Mutation kan förekomma i inaktiva regioner av genomet, och då observeras inga synliga förändringar i fenotypen. Det är möjligt att upptäcka "brott" endast med hjälp av specifika studier. Detta är nödvändigt för att studera ursprunget för besläktade djurarter och göra upp deras genetiska kartor.
Problemet med mutationers spontanitet
På 40-talet av förra seklet fanns en teori om att mutationer enbart orsakas av påverkan av yttre faktorer och hjälper till att anpassa sig till dem. För att testa denna teori utvecklades en speciell test- och upprepningsmetod.
Proceduren bestod i att en liten mängd bakterier av samma art såddes på provrör och efter flera inokulationer tillsattes antibiotika till dem. Några av mikroorganismerna överlevde och överfördes till ett nytt medium. Jämförelse av bakterier från olika rör visade att resistens uppstodspontant, både före och efter exponering för antibiotika.
Metoden för upprepning var att mikroorganismer överfördes till en fleecy trasa och sedan överfördes samtidigt till flera rena medier. Nya kolonier odlades och behandlades med ett antibiotikum. Som ett resultat överlevde bakterier som fanns i samma delar av mediet i olika provrör.
