Лабораторного заняття № 4 з дисципліни «Генетична інженерія»

1. Тема заняття: «Молекулярні механізми мутації»

2. Мета проведення заняття: вивчити механізми мутації генів.

 

2.1 Після виконаної роботи студент повинен

знати: Що таке мутація, класифікація мутацій залежно від розміру сегментів геному, мутації спонтані та індуковані, точкові

вміти:виявляти наслідки точкових мутацій, категорії мутації за ефектом впливу на експресію генів.

3.План семінарського заняття:

Мутації – це успадковані зміни структури геному. Оскільки основу будь-якого геному складають нуклеїнові кислоти – ДНК або РНК, то під дією мутацій відбувається, насамперед, зміна структури геномних нуклеїнових кислот. Процес виникнення мутацій, заснований на різних механізмах, називають мутагенезом. Залежно від факторів, що викликають мутації, останні прийнято поділяти на спонтанні й індуковані.

У класифікації, заснованій на розмірах сегментів геному, що піддаються перетворенням, мутації поділяють на геномні, хромосомні й генні.

При геномних мутаціях в організмі-мутанті відбувається раптова зміна числа хромосом, кратна цілому геному. Якщо через 2n позначити число хромосом у вихідному диплоїдному геномі, то в результаті геномної мутації, називаної поліплоїдізацією, відбувається утворення поліплоїдних організмів, геном яких представлений 4n, 6n і т.ін. хромосомами. Залежно від походження хромосом у поліплоїдах розрізняють алополіплоїдію, у результаті якої відбувається об'єднання при гібридизації цілих неспоріднених геномів, і аутополіплоїдію, для якої характерно адекватне збільшення числа хромосом власного геному, кратне 2n, відбуваються також зміна числа окремих хромосом у геномі (анеуплоїдія).

При хромосомних мутаціях здійснюються перебудови структури окремих хромосом. Останні одержали назву хромосомних аберацій. У цьому випадку спостерігаються втрата (делеції) або подвоєння частини (дуплікації) генетичного матеріалу однієї або декількох хромосом, зміна орієнтації сегментів хромосом в окремих хромосомах (інверсії), а також перенос частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу (транслокації) (крайній випадок – об'єднання цілих хромосом).

На генному рівні зміни первинної структури ДНК генів під дією мутацій менш значні, ніж при хромосомних мутаціях, однак генні мутації зустрічаються більш часто. Внаслідок генних мутацій відбуваються заміни, делеції й вставки одного або декількох нуклеотидів, транслокації, дуплікації й інверсії різних частин гена. У тому випадку, коли під дією мутації змінюється лише один нуклеотид, говорять про точкові мутації. Оскільки до складу ДНК входять азотисті основи тільки двох типів – пурини й піримідини, всі точкові мутації із заміною основ поділяють на два класи: транзиції (заміна пурину на пурин або піримідину на піримідин) і трансверсії (заміна пурину на піримідин або навпаки).

Завдяки в иродженості генетичного коду існує три генетичних наслідки точкових мутацій: збереження смислу кодона (синонімічна заміна нуклеотиду, тобто нейтральна мутація), зміна смислу кодона, що приводить до заміни амінокислоти у відповідному місці поліпептидного ланцюга (міссенс-мутація) або утворення безглуздого кодона з передчасною термінацією (нонсенс-мутація). У генетичному коді є три безглуздих кодони: амбер –UAG, охр – UAA і опал – UGA. Відповідно до цього отримують назву й мутації, що приводять до утворення безглуздих триплетів (наприклад амбер-мутація).

За впливом на експресію генів мутації розділяють на дві категорії: мутації типу замін пар основ і типу зсуву рамки зчитування (frameshift). Останні являють собою делеції або вставки нуклеотидів, число яких некратне трьом, що пов'язане із триплетністю генетичного коду. Розрізняють також, так звану, мовчазну мутацію, коли не здійснюється експресія гену, в структурі якого відбулися зміни. Мутації в ділянці гена не є підставою для припинення процесу реалізації інформації. Первинну мутацію іноді називають прямою мутацією, а мутацію, що відновлює вихідну структуру гена, – зворотною мутацією, або реверсією.

Повернення до вихідного фенотипу мутантного організму внаслідок відновлення функції мутантного гена нерідко відбувається не за рахунок дійсної реверсії, а внаслідок мутації в іншій частині того ж самого гена або навіть іншого неалельного гена. У цьому випадку зворотну мутацію називають супресорною. Генетичні механізми, завдяки яким відбувається супресія мутантного фенотипу, досить різноманітні.