Механизмы мутаций - ИЗМЕНЧИВОСТЬ - ГЕНЕТИКА И ОНТОГЕНЕЗ

Выделим некоторые важные механизмы, ведущие к изменению генетической информации.

I. Изменение информации в ДНК. Может появиться тогда, когда нуклеотидное основание в момент репликации вместо обычных соединений А — Т и Г — Ц возможны сочетания А — Ц. А — Г и Т — Г, Т — Ц, их называют редкими таутомерными формами, возникающими под действием энергии ионизирующего излучения, ультрафиолетового воздействия и других факторов. Отсюда следует, что если основание в момент репликации ДНК находится в таутомерной форме, то последовательность расположения оснований в новообразовавшейся цепи ДНК будет другой (рис. 2.8). Такое отклонение передается другим, новым цепям ДНК, образующимся при следующих репликациях. Все это вызывает прочные изменения в генетической информации, передаваемой ДНК.

Рис. 2.8. Механизм возникновения генных мутаций по Уотсону—Крику

2. Изменение информации на уровне хромосомы. Может возникнуть при неравном кроссинговере. Обычно обмен участками между хроматидами гомологичных хромосом осуществляется при разрывах в строго идентичных, тождественных местах. Благодаря этому при перекрестке происходит обмен равными участками хромосом с равным количеством генов. Но в некоторых случаях возможны разрывы не в тождественных (несимметричных) точках, в силу чего хроматиды обмениваются неравными участками. Вследствие такого неравного обмена локус гена в одной из гомологичных хромосом может удвоиться или утроиться, а в противоположной хромосоме — образоваться его нехватка. Возникает хромосомная мутация.

3. Изменение информации на геномном уровне. Нарушение нормального течения митоза и неправильное распределение хромосом между дочерними клетками приводит к возникновению клеток с несбалансированными кариотипами. Патологический митоз — один из способов возникновения геномных мутаций (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Нарушение полового развития у человека, возникающее в результате нерасхождения Х-хромосом в процессе овогенеза

Антимутационные механизмы. Наиболее изменчивыми являются механизмы репарации, или коррекции, молекулярных нарушений структуры ДНК. Выделяют три основных механизма репарации, хорошо изученных на микроорганизмах.

1. Фотореактивация. Сине-фиолетовый цвет увеличивает вероятность выживания бактерий, облученных до этого ультрафиолетовым светом. Летальный эффект ультрафиолетового облучения объясняется образованием тиминовых димеров (Т — Т) в цепочке ДНК, препятствующих ее репликации. Фотореактивирующий фермент эти димеры расщепляет и восстанавливает таким образом правильную структуру ДНК.

2. Эксцизионная репарация. На первом этапе эндонуклеаза опознает димер (Т — Т) и разрезает рядом с ним поврежденную цепь ДНК. Образуются свободные концы ДНК. Полимераза осуществляет ресинтез удаленного фрагмент цени, используя в качестве матрицы неповрежденную сестринскую цепь. Затем вновь синтезируемый фрагмент “сшивается” со старой цепью.

3. Пострепликативная репарация. Функционирует в синтетический период митотического цикла. В процессе удвоения ДНК тимидиновые димеры (Т — Т) не редуплицируются и на их месте образуется брешь. Недостающие фрагменты достраиваются с использованием в качестве матрицы нормальной молекулы ДНК. Это позволяет “обойти” поврежденный участок и избежать наследования первичного мутационного изменения дочерними клетками.