Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.3. Онтогенетический уровень организации жизни

1.3.2. Основы генетики человека

1.3.2.27. Мутационная изменчивость в человека

Термин "мутация" ввел Г. де Фриз (1901) для характеристики случайных генетических изменений в Oenotera lamarkiana.

Различают спонтанный и индуцированный мутационные процессы. Индуцированный мутационный процесс - это возникновение наследственных изменений под влиянием направленного воздействия факторов внешнего и внутреннего среды. Возникновения мутаций без установленных причин принято называть спонтанным мутационным процессом.

Мутационная изменчивость обусловлена как воздействием на организм факторов внешней среды, так и его физиологическим состоянию. Частота возникновения мутаций зависит от:

• генотипа организма;

• фазы онтогенеза;

• пола;

• стадии гаметогенеза;

• митотического и мейотического циклов хромосом;

• химического строения отдельных участков хромосом и др.

Свойства мутаций:

• мутации возникают внезапно, скачкообразно;

• мутации наследуются, т.е. передаются от поколения к поколению;

• ненаправленные мутации - испытывать мутации может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков;

• одни и те же мутации могут возникать повторно;

• по проявлению мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными.

Классификация мутаций.

Мутации можно объединить в группы - классифицировать по характеру проявления, по месту или уровню их возникновения.

Мутации по характеру проявления - бывают доминантными и рецессивными. Большинство из них рецессивны и не проявляются у гетерозигот. Как правило, мутации вредны, поскольку нарушают четко сбалансированную систему биохимических превращений. Доминантные мутации проявляются сразу в гомо и гетерозиготного организма, в основном такие особи нежизнеспособны и погибают на ранних стадиях онтогенеза.

Мутации часто снижают жизнестойкость или плодовитость. Мутации, которые резко влияют на жизнеспособность, частично или полностью останавливают развитие, называются напівлетальними, а несовместимые с жизнью - летальными. У человека к таким мутациям относится рецессивный ген гемофилии.

Мутации по месту возникновения. Мутации, возникающие в соматических тканях, получивших название соматических мутаций. Соматические клетки составляют популяцию, образованную при бесполом размножении (деление клеток). Соматические мутации обуславливают генотипическое разнообразие тканей, часто не передаются по наследству и ограничены тем индивидуумом, в котором они возникли. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только за доминантными генами или рецессивными, но в гомозиготном состоянии. Чем раньше в эмбриогенезе человека возникла мутация, тем больше участок соматических клеток отклоняется от нормы. И наоборот, чем позже в процессе развития организм подвергается мутационному воздействию, тем меньше участок ткани, которая образуется из мутационной клетки. Например, окраска радужной оболочки глаза - белый или карий сегменты на голубой радужке - обусловленные соматической мутацией. Считают, что следствием соматических мутаций является раковое перерождение. Злокачественный рост вызывается канцерогенами, среди которых наиболее негативные - проникающая радиация и активные химические соединения (вещества).

И хотя соматические мутации не наследуются, они снижают репродуктивные возможности организма, в котором возникли.

Мутации, возникающие в гаметах или в клетках, из которых они образуются, получили название генеративных, или терминальных мутаций. Чем раньше в половых клетках возникает мутация, тем большей будет доля половых клеток, которые будут нести новую мутацию. Верхняя граница доли клеток, которые будут содержать индуцированную или спонтанную мутацию, составляет 50 процентов.

Существует мнение, что наибольшее количество мутаций в половых клетках возникает в овоцитах. Поскольку сперматогонии подвергаются постоянного разделения, то среди них может происходить отбор против мутаций, предопределяют вредный эффект, и частота мутаций снижается до времени половой зрелости. Женщина, наоборот, рождается почти со всеми мутантными изменениями, в линии половых клеток нет параллельного митотического отбора. Овоцити не только не испытывают митоза, они остаются малоактивними протяжении десятилетий, пока не станут яйцеклетками. За этот период овоцити стареют, становятся непропорционально чувствительными к спонтанной мутации.

На половые клетки наибольшее влияние вызывают цезий-137, стронций-90 и углерод-14.

Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколениям. Доминантные мутации появляются уже в первом поколении, а рецессивные - только во втором и последующих поколениях, с переходом в гомозиготний состояние.

Мутации по характеру изменения наследственного материала:

1. Изменения, обусловленные заменой одного или нескольких нуклеотидов в пределах одного гена, называют генными или точечными мутациями. Они обусловливают изменения как в строении белков, так и функциональной активности белковой молекулы (см. раздел 1.2.3.7).

2. Изменения структуры хромосом называют хромосомными мутациями или аберрациями. Такие мутации могут возникнуть в результате утраты части хромосомы (делеция), удвоение части хромосомы (дупликации), отрыва и поворота части хромосоме на 180° (инверсия) (рис. 1.135). Если изменение затрагивает жизненно важных участков гена, то такая мутация приведет к смерти. Так, утрата небольшого участка 21-й хромосомы у человека вызывает тяжелое заболевание крови - острый лейкоз. В отдельных случаях оторванный участок хромосомы может присоединиться к негомологичной хромосомы (транслокация), что приведет к новой комбинации генов и их взаимодействия.

Рис. 1.135. Хромосомные мутации.

3. Изменения кариотипа, кратные или некратные гаплоидному числу хромосом называют геномными мутациями. Вследствие нарушения расхождения пары гомологичных хромосом во время мейоза в одной из образованных гамет содержится на одну хромосому меньше, а в другой на одну хромосому больше, чем за нормального гаплоидного набора. Слияние такой аномальной гаметы с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образование зиготы с меньшим или большим количеством хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для этого вида.