Точечные мутации – результат влияния внешней среды на геном

ДНК – удивительно устойчивая молекула. Недавно, часть ДНК, полученной от 2400 летней мумии, была изолирована и в ней исследована последовательность нуклеотидов. И, тем не менее, ДНК в хромосомах может изменять нуклеотидную последовательность под влиянием химических соединений, высокой температуры или радиации. Изменения в структуре ДНК могут также происходить спонтанно. Можно выделить повреждения ДНК четырех типов:

А. Повреждения, затрагивающие единичные нуклеотиды

Б. Повреждения, затрагивающие пары нуклеотидов.

В. Разрыв цепей

Г. Поперечные сшивки.

Отдельные примеры таких повреждений приведены в таблице 8.9.

Такие изменения постоянно восстанавливаются целым рядом различных процессов репарации. Однако иногда изменившуюся последовательность нуклеотидов в ДНК не удается восстановить к ее первоначальному состоянию; тогда возникает мутация. Мутация обычно происходит на одной из двух цепей ДНК. Для проявления мутации, клетка должна разделится с образованием одной дочерней клетки несущей мутацию.

Раз личают несколько типов мутации. Замены одной пары оснований называются точечными мутациями. Если в результате такой замены возникает бессмысленный кодон, мутацию называют нонсенс мутацией, если образуется кодон для другой аминокислоты - миссенс мутацией. Миссенс мутация, которая приводит к утрате функции гена полностью, называется ноль (пустой) мутацией. Однако, многие миссенс-мутации оказывают более тонкие эффекты на функцию гена.

Например, они могут изменять функцию белка таким способом, что белок становится активным только при некоторых температурах. Такие чувствительные к температуре мутации - ценные инструменты, для изучения эффектов некоторых продуктов гена на организм. Есть два вида точечных мутаций. Если пуриновое основание заменено другим пуриновым, или пиримидиновое другим пиримидиновым, мутацию называют транзицией. Замена пурина пиримидином, или наоборот, называют трансверсией.

Потеря одной или более пар нуклеотидов называется делецией. Вставка или делеция любого числа пар нуклеотидов, которое не кратно трем, вызывает изменение в рамке считывания генетического кода. Такие мутации, поэтому, называют мутациями сдвига рамки считывания. Мутация сдвига рамки часто генерируют бессмысленный кодон в рамке считывания, вызывая тем самым преждевременное завершение синтеза белка.

Рекомбинация ДНК. Рекомбинация ДНК относится к явлению, при котором две родительских цепи ДНК подвергаются сплайсингу, обмениваясь частями их соответствующих цепей. Этот процесс приводит к образованию новых молекул ДНК, которые содержат смешанную генетическую информацию от каждой родительской цепи. Существует 3 главных формы генетической рекомбинации. Это - гомологичная рекомбинация, сайтспецифическая рекомбинация и транспозиция.

Гомологичнаярекомбинация - процесс генетического обмена, который происходит между любыми двумя молекулами ДНК, которые обладают областью (или областями) гомологичных последовательностей ДНК. Эта форма рекомбинации часто происходит, когда сестринские хроматиды соединяются во время мейоза. Процесс гомологичной рекомбинации между материнскими и отцовскими хромосомами придает генетическое разнообразие организму. Гомологичная рекомбинация вовлекает в обмен большие области хромосом.

Сайтспецифическаярекомбинация включает обмен между небольшими областями последовательности ДНК (приблизительно 20 - 200 пар оснований) и требует узнавания специфических последовательностей белками, вовлекаемыми в процесс рекомбинации. Сайт специфическая рекомбинации используется, прежде всего, для изменения программ генов, экспрессируемых на определенных стадиях развития. Наиболее изученная сайтспецифическая рекомбинация у человека происходит при переустройстве генов иммуноглобулинов в В-лимфоцитах в ответ на презентацию антигенов. Это приводит к образованию чрезвычайно большого числа вариантов антител. Типичная молекула антитела состоит из тяжелых и легких цепей. Гены этих пептидных цепей модифицируются при участии механизма сайтспецифической рекомбинации. Результатом такой модификации становится образование приблизительно 3000 различных комбинаций легких цепей и приблизительно 5000 комбинаций тяжелых цепей. Учитывая механизм сборки молекул иммуноглобулинов, возникает возможность образования свыше 10 000 000 различных молекул антител.

Транспозиция ДНК - уникальная форма рекомбинации, при которой специальные подвижные генетические элементы могут перемещаться от одной области в другую в пределах одной хромосомы или на другую хромосому. Поскольку существует вероятность нарушения жизненно важных генов при транспозиции, этот процесс должен тщательно регулироваться. Однако точный механизм такой регуляции остается слабо изученным.

Транспозиция происходит чаще у бактерий и дрожжей чем у человека. Впервые о возможности транспозиции в человеческом геноме стало известно после обнаружения в геноме процессированных генов. Эти гены были комплементарны иРНК, кодируемой нормальными генами. Они содержали поли(A) хвосты и в них отсутствовали участки, комплементарные интронам нормального гена. Такие специфические формы генов возникли, по-видимому, путем обратной транскрипции, подобно генам ретровирусов с последующим включением их в геном путем транспозиции. Большинство таких процессированных генов функционально неактивны, поэтому они получили название псевдогены.

Некоторые перестройки генетического материала могут быть восстановлены.

Репаративные механизмы, которые использует клетка для поддержания стабильности информации, заложенной в ДНК универсальны - функциональная, а иногда и структурная гомология элементов, образующих эти механизмы, прослеживается от бактерий до человека.

Рис.8.29. Общие принципы репаративного синтеза ДНК.

 

Чем сложнее клетка, тем большее количество структурных и регуляторных генов и их продуктов участвуют в процессах репарации ДНК, хотя принципиальная схема конкретного процесса, как правило, остается неизменной.

Ключевой частью всех репаративных систем является распознавание дефекта в структуре ДНК, который затем или сразу восстанавливается или маркируется специфическими белками.

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |

Поиск по сайту:

---