Классификация мутаций

18.11.2014

По влиянию на организм мутации могут быть морфологические, физиологические, биохимические, а по фенотипическому проявлению как доминантные, так и рецессивные.
Процесс возникновения мутации называют мутагенезом: фактор, вызывающий мутацию — мутагеном; измененный в результате мутации ген — мутантным. Мутации, появляющиеся в естественных условиях, называют спонтанными, а полученные искусственно — индуцированными. И те и другие могут возникать в половых и соматических клетках. Мутации в половых клетках передаются по наследству, а соматические мутации не наследуются. Мутант — организм, у которого произошла мутация.
Мутации по влиянию на жизнеспособность организма могут быть полезными, нейтральными и вредными (вызываемые летальными и полулегальными генами). В большинстве случаев мутации вредны, так как нарушают генетический баланс организма, но в то же время они могут быть полезными для человека. Например, известны полезные мутации, вызывающие различные расцветки смушек у каракульских овец или окрас меха у норок, лисиц, песцов, соболей и т. д. Такие мутации обнаружены также у различных видов растений и микроорганизмов.
Мутации могут быть прямыми и обратными. Прямые мутации бывают, как правило, рецессивными (А→а), обратные мутации частично или полностью восстанавливают первоначальную активность гена (а→А). Например, у дрозофилы ген красной окраски глаз (доминантный ген) может мутировать в рецессивный ген (белая окраска глаз), а последний в результате обратной мутации превращается в ген красной окраски глаз.
По характеру изменения генетического аппарата клетки мутации подразделяют на хромосомные и генные.
Хромосомные мутации. Количественные изменения в хромосомном составе клеток называют геномными мутациями (полиплоидия и гетероплоидия). Полиплоидией называется увеличение гаплоидных наборов хромосом в клетках организма. Полиплоидные организмы могут быть триплоидными (3n), тетраплоидными (4n) и т. д. Полиплоидные клетки имеют более крупные размеры. У полиплоидных растений больше вегетативной массы, что увеличивает их урожайность. У человека и животных полиплоидные организмы нежизнеспособны и гибнут на ранних стадиях развития. Полиплоидия может возникнуть при оплодотворении яйцеклетки с гаплоидным набором хромосом двумя или более спермиями.
Гетероплоидия (анеуплоидия) — это изменение числа хромосом организма, некратного гаплоидному набору, что является следствием уменьшения или увеличения на одну или несколько хромосом. Потеря лаже одной хромосомы снижает жизнеспособность организма или может вызвать его гибель. К различным нарушениям приводит и добавление к диплоидному набору одной или нескольких хромосом. Если число хромосом в клетке увеличено на одну хромосому (2n+1), такой гетероплоид принято называть трисомиком; больше на две хромосомы (2n+2) — тетрасомиком: меньше на одну хромосому (2n-1) — моносомиком: меньше на дне хромосомы (2n-2) — нуллисомиком. У человека трисомия по 21-й паре хромосом представляет одну из самых частых хромосомных болезней — болезнь Дауна. Среди умственно отсталых детей она занимает около 10 %. Такой кариотип записывают как 47, XY, 21+.
У животных также обнаружены отклонения от диплоидного набора хромосом, что влечет снижение жизнеспособности или приводит к бесплодию. Например, кот с черепаховым окрасом имеет половые хромосомы (XXY), он полностью бесплоден (рис. 5.1). У куриных эмбрионов обнаружены триплоиды (половые хромосомы ZZW), тетраплоиды (ZZWW).

Классификация мутаций

У крупного рогатого скота описаны грисомии по 18, 19 и 23-й аутосомам. Фенотип таких особей характеризуется укорочением костей верхней челюсти, карликовостью, половой неполноценностью.
Абберации — структурные изменения хромосом. Эта группа мутаций связана с изменением формы, размеров хромосом, утратой или добавлением отдельных участков хромосом:
- транслокация — перемещение части хромосомы в другое место, обмен частями негомологичных хромосом, слияние хромосом:
- инверсия — разворот участка хромосом на 180°.
- делеция — потеря участка хромосомы;
- дупликация — удвоение участка хромосомы.
Все эти перестройки хромосом, как правило, снижают жизнеспособность и плодовитость животных.
Человечество знает много примеров воздействия на организм, например атомные бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки ВВС США, авария на Чернобыльской АЭС, в результате которых возникали структурные изменения хромосом у человека и животных.
Генные мутации. Они возникают в связи с изменением структуры ДНК: замена одних нуклеотидов на другие; вставка нуклеотидов в ДНК или потеря их; перенос пар оснований в другое место ДНК и г. д. Примером генной мутации может служить серповидноклеточная анемия у человека. Гемоглобин А (нормальный) отличается от гемоглобина 5(анормальный) только одной аминокислотой (вместо глутамина валин). Физиологический эффект мутации — развитие острой анемии и снижение концентрации О2, переносимого кровью; физическая слабость; нарушение деятельности сердца и т. д.
Мутации генов обусловливают изменение свойств ферментов, а в некоторых случаях утрачивается ферментативная активность. В результате сохранения генных мутаций в популяции человека наблюдается различная реакция на пищевые продукты. У некоторых людей отмечена непереносимость молока, так как в желудочно-кишечном тракте не вырабатывается фермент лактаза, расщепляющая молочный сахар — лактозу. Нерасщепленная лактоза служит хорошим субстратом для гнилостной микрофлоры.
У человека имеется большая группа наследственных болезней, которые сопровождаются атипичными реакциями на лекарства. При наследственной метгемоглобинемии в крови повышена концентрация окисленного производного гемоглобина — метгемоглобина (до 30 % вместо 1 % в норме), который не способен выполнять функцию дыхательного фермента. Одним из следствий указанного врожденного признака является выраженная устойчивость такого человека к действию синильной кислоты и ее солей. Такие люди без особых последствии выдерживают дозу цианида калия, в 40 раз превышающую смертельную.