Milliseid mutatsioone nimetatakse spontaanseteks? Kui tõlgime termini juurdepääsetavasse keelde, siis on need loomulikud vead, mis tekivad geneetilise materjali interaktsiooni protsessis sise- ja / või väliskeskkonnaga. Sellised mutatsioonid on tavaliselt juhuslikud. Neid täheldatakse suguelundites ja teistes keharakkudes.
Mutatsioonide eksogeensed põhjused
Spontaansed mutatsioonid võivad toimuda kemikaalide, kiirguse, kõrge või madala temperatuuri, õhupuuduse või kõrge rõhu mõjul.
Igal aastal neelab inimene keskmiselt umbes kümnendiku radist ioniseerivast kiirgusest, mis moodustab loodusliku kiirgusfooni. See arv sisaldab Maa tuuma gammakiirgust, päikesetuult ja maakoore paksusest leitud ja atmosfääris lahustunud elementide radioaktiivsust. Saadud annus sõltub ka inimese asukohast. Veerand kõigist spontaansetest mutatsioonidest toimub selle teguri tõttu.
UV-kiirgus mängib vastupidiselt levinud arvamusele väikest rolliDNA lagunemise esinemine, kuna see ei suuda inimkehasse piisav alt sügavale tungida. Kuid nahk kannatab sageli liigse päikese käes (melanoom ja muud vähid). Üherakulised organismid ja viirused aga muteeruvad päikesevalguse käes.
Liiga kõrge või madal temperatuur võib samuti põhjustada muutusi geneetilises materjalis.
Mutatsioonide endogeensed põhjused
Peamised põhjused, miks spontaansed mutatsioonid võivad tekkida, jäävad endogeenseteks teguriteks. Nende hulka kuuluvad metaboolsed kõrvalsaadused, vead replikatsiooni, parandamise või rekombinatsiooni protsessis ja muud.
-
Rõrked replikatsioonil:
- lämmastikaluste spontaansed üleminekud ja inversioonid;
- nukleotiidide vale sisestamine vigade tõttu DNA polümeraasides;- nukleotiidide keemiline asendamine, näiteks guaniin-tsütosiin adeniin-guaniiniks.
- Taastamisvead:-mutatsioonid geenides, mis vastutavad DNA ahela üksikute osade parandamise eest pärast nende katkemist välistegurite mõjul.
- Probleemid rekombinatsiooniga:- ristumised meioosi või mitoosi ajal põhjustavad aluste kadumist ja valmimist.
Need on peamised tegurid, mis põhjustavad spontaanseid mutatsioone. Ebaõnnestumise põhjused võivad peituda nii mutaatorgeenide aktiveerumises kui ka ohutute keemiliste ühendite muutumises aktiivsemateks metaboliitideks, mis mõjutavad raku tuuma. Lisaks on olemas ka struktuursed tegurid. Nende hulka kuuluvad nukleotiidjärjestuse kordused saidi lähedalahela ümberkorraldused, geeniga sarnase struktuuriga täiendavate DNA lõikude olemasolu, samuti genoomi liikuvad elemendid.
Mutatsiooni patogenees
Spontaansed mutatsioonid tekivad kõigi ülalnimetatud tegurite mõjul, mis raku teatud eluperioodil koos või eraldi toimivad. On olemas selline nähtus nagu tütre ja ema DNA ahelate sidumise libisev rikkumine. Selle tulemusena moodustuvad silmused sageli peptiididest, mis ei ole suutnud järjestusse piisav alt mahtuda. Pärast liigsete DNA fragmentide eemaldamist tütarahelast saab silmuseid nii resekteerida (deletsioonid) kui ka sisse ehitada (duplikatsioonid, insertsioonid). Ilmunud muutused fikseeritakse järgmistes rakkude jagunemise tsüklites.
Tekkivate mutatsioonide kiirus ja arv sõltub DNA esmasest struktuurist. Mõned teadlased usuvad, et absoluutselt kõik DNA järjestused on mutageensed, kui need moodustavad painde.
Kõige tavalisemad spontaansed mutatsioonid
Milline on geneetilise materjali spontaansete mutatsioonide kõige levinum ilming? Selliste tingimuste näideteks on lämmastikualuste kadu ja aminohapete eemaldamine. Tsütosiini jääke peetakse nende suhtes eriti tundlikeks.
On tõestatud, et tänapäeval on enam kui pooltel selgroogsetel tsütosiinijääkide mutatsioon. Pärast deamineerimist muutub metüültsütosiin tümiiniks. Selle jaotise hilisem kopeerimine kordab viga või kustutab selle või kahekordistab jamuteerub uueks fragmendiks.
Teine sagedaste spontaansete mutatsioonide põhjus on suur hulk pseudogeene. Seetõttu võivad meioosi ajal tekkida ebavõrdsed homoloogsed rekombinatsioonid. Selle tulemuseks on geenide ümberkorraldused, üksikute nukleotiidjärjestuste pöörded ja kahekordistumised.
Mutageneesi polümeraasi mudel
Selle mudeli järgi tekivad spontaansed mutatsioonid juhuslike vigade tagajärjel DNA-d sünteesivates molekulides. Esimest korda esitles sellist mudelit Bresler. Ta tegi ettepaneku, et mutatsioonid tekivad seetõttu, et polümeraasid sisestavad mõnel juhul järjestusse mittekomplementaarseid nukleotiide.
Aastaid hiljem, pärast pikki katseid ja katseid, kiideti see seisukoht teadusmaailmas heaks ja aktsepteeriti. On isegi tuletatud teatud mustreid, mis võimaldavad teadlastel mutatsioone kontrollida ja suunata, jättes teatud DNA osad ultraviolettvalgusele. Näiteks leiti, et adeniin on kõige sagedamini kahjustatud kolmiku vastas.
Mutageneesi tautomeerne mudel
Teise teooria, mis selgitab spontaanseid ja kunstlikke mutatsioone, pakkusid välja Watson ja Crick (DNA struktuuri avastajad). Nad väitsid, et mutagenees põhineb mõnede DNA aluste võimel muutuda tautomeerseteks vormideks, mis muudavad aluste ühendamise viisi.
Pärast avaldamist arendati hüpoteesi aktiivselt. Pärast seda avastati uued nukleotiidide vormidkiiritades neid ultraviolettvalgusega. See andis teadlastele uued võimalused uurimistööks. Kaasaegne teadus vaidleb endiselt tautomeersete vormide rolli üle spontaanses mutageneesis ja selle mõju üle avastatud mutatsioonide arvule.
Muud mudelid
Spontaansed mutatsioonid on võimalikud, rikkudes nukleiinhapete äratundmist DNA polümeraaside poolt. Poltajev ja kaasautorid selgitasid välja mehhanismi, mis tagab tütar-DNA molekulide sünteesil komplementaarsuse põhimõtte järgimise. See mudel võimaldas uurida spontaanse mutageneesi ilmnemise seaduspärasusi. Teadlased selgitasid oma avastust sellega, et DNA struktuuri muutumise peamine põhjus on mittekanooniliste nukleotiidipaaride süntees.
Nad väitsid, et aluse asendus toimub DNA segmentide deaminatsiooni tõttu. See viib tsütosiini muutumiseni tümiiniks või uratsiiliks. Selliste mutatsioonide tõttu moodustuvad kokkusobimatute nukleotiidide paarid. Seetõttu toimub järgmise replikatsiooni ajal üleminek (nukleotiidsete aluste punkt-asendamine).
Mutatsioonide klassifikatsioon: spontaanne
Sõltuv alt nende aluseks olevast kriteeriumist on mutatsioonide klassifikatsioonid erinevad. Vastav alt geeni funktsiooni muutuse olemusele on jaotus:
- hüpomorfne (muteerunud alleelid sünteesivad vähem valke, kuid need on originaalidega sarnased);
- amorfne (geen on täielikult kaotanud oma funktsioonid);
- antimorfne (muteerunud geen muudab täielikult seda tunnust, mis tähistab);- neomorfne (ilmuvad uued märgid).
Aga levinum klassifikatsioon, mis jagab kõik mutatsioonid proportsionaalselt muutujagastruktuur. Esiletõstmine:
1. Genoomsed mutatsioonid. Nende hulka kuuluvad polüploidsus, st kolmekordse või enama kromosoomikomplektiga genoomi moodustumine ja aneuploidsus, kromosoomide arv genoomis ei ole haploidse arvu kordne.
2. Kromosomaalsed mutatsioonid. Täheldatakse kromosoomide üksikute osade olulisi ümberkorraldusi. Esineb informatsiooni kadu (deletsioon), selle kahekordistumine (dubleerimine), nukleotiidjärjestuste suuna muutumine (inversioon), samuti kromosoomilõikude ülekandumine teise kohta (translokatsioon).3. Geenimutatsioon. Kõige tavalisem mutatsioon. DNA ahelas on asendatud mitu juhuslikku lämmastiku alust.
Mutatsioonide tagajärjed
Spontaansed mutatsioonid põhjustavad inimestel ja loomadel kasvajaid, säilitushaigusi ning elundite ja kudede talitlushäireid. Kui muteerunud rakk paikneb suures hulkrakses organismis, siis suure tõenäosusega see hävib apoptoosi (programmeeritud rakusurma) vallandades. Organism kontrollib geneetilise materjali säilitamise protsessi ja vabaneb immuunsüsteemi abiga kõigist võimalikest kahjustatud rakkudest.
Ühel juhul sadadest tuhandetest ei ole T-lümfotsüütidel aega kahjustatud struktuuri ära tunda ja see tekitab rakkude klooni, mis sisaldab ka muteerunud geeni. Rakkude konglomeraat täidab juba muid funktsioone, toodab toksilisi aineid ja mõjutab negatiivselt organismi üldist seisundit.
Kui mutatsioon ei toimunud somaatilises, vaid idurakus, siis täheldatakse muutusi järglastel. Nemad onavalduvad kaasasündinud elundite patoloogiate, deformatsioonide, ainevahetushäirete ja ladestushaigustena.
Spontaansed mutatsioonid: tähendus
Mõnel juhul võivad varem kasutuna näinud mutatsioonid olla kasulikud uute elutingimustega kohanemisel. See esindab mutatsiooni kui loodusliku valiku mõõdikut. Loomad, linnud ja putukad on maskeeritud vastav alt nende elukohale, et kaitsta end kiskjate eest. Kui aga nende elupaik muutub, siis mutatsioonide abil püüab loodus liike kaitsta väljasuremise eest. Uutes tingimustes jäävad tugevamad ellu ja annavad selle võime teistele edasi.
Mutatsioon võib toimuda genoomi mitteaktiivsetes piirkondades ja siis ei täheldata fenotüübis nähtavaid muutusi. "Purrutamist" on võimalik tuvastada ainult spetsiifiliste uuringute abil. See on vajalik sugulasloomaliikide päritolu uurimiseks ja nende geneetiliste kaartide koostamiseks.
Mutatsioonide spontaansuse probleem
Eelmise sajandi 40ndatel kehtis teooria, et mutatsioonid on põhjustatud üksnes välistegurite mõjust ja aitavad nendega kohaneda. Selle teooria testimiseks töötati välja spetsiaalne testimise ja kordamise meetod.
Protseduur seisnes selles, et katseklaasidesse külvati väike kogus sama liigi baktereid ja pärast mitut nakatamist lisati neile antibiootikume. Mõned mikroorganismid jäid ellu ja viidi üle uude söötmesse. Erinevatest torudest pärit bakterite võrdlus näitas, et tekkis resistentsusspontaanselt, nii enne kui ka pärast kokkupuudet antibiootikumidega.
Kordusmeetod seisnes selles, et mikroorganismid kanti üle pehmele riidele ja seejärel kanti samaaegselt mitmele puhtale kandjale. Uusi kolooniaid kasvatati ja töödeldi antibiootikumiga. Selle tulemusena jäid söötme samades osades asuvad bakterid erinevates katseklaasides ellu.
