Kendiliğinden mutasyonlar, oluşma mekanizmaları. Uyarılmış mutasyonlar Kendiliğinden mutasyon örnekleri
Kendiliğinden mutasyon
Mutasyonlar.
Tüm canlı organizmalar gibi virüsler de kalıtım ve değişkenlik ile karakterize edilir. Hayvan virüslerinin genetiğine ilişkin ilk araştırmalar, öncelikle viral mutantların toplanmasını ve ardından genetik ve fizyolojik karakterizasyonunu içeriyordu. Son zamanlarda viral mutantlar, enfekte olmuş bir hücrede meydana gelen genetik ve biyokimyasal olayları incelemek için özel araçlar olarak kullanılmıştır. Hayvan virüsleriyle yapılan bu tür çalışmalar genellikle prokaryotik sistemler üzerindeki benzer çalışmaların gerisinde kalmıştır.
Bazı virüsler, bilinen herhangi bir mutajenin yokluğunda pasajlandığında önemli oranda mutant üretir. Bu spontan mutasyonlar viral genomlarda birikir ve viral evrim sırasında seçici baskıya maruz kalan fenotipik varyasyona yol açar.
DNA genomlarındaki spontan mutajenez oranı, RNA genomlarına (dahil edilen her nükleotid için 10-3 - 10-4) kıyasla önemli ölçüde daha düşüktür (dahil edilen her nükleotid için 10-8 - 10-11). Spontan mutasyonların daha yüksek bir sıklığı, RNA genomlarının replikasyonunun düşük doğruluğu ile ilişkilidir; bu muhtemelen, DNA replika eden enzimlerin karakteristiği olan RNA replikazlarındaki düzeltici aktivite eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Çoğu zaman, retrovirüslerde, kendi kendini düzeltemeyen ters transkripsiyondaki başarısızlıkların daha yüksek sıklığı ile ilişkili olan spontan mutasyonlar gözlenir.
Dolayısıyla, DNA virüslerinin genomları nispeten stabil olsa da, RNA virüsleri için aynı şey söylenemez.Ne yazık ki genetikçiler için, bir takım faktörler genom popülasyonundaki dengesizliği teşvik eder ve bu faktörler sıklıkla popülasyonda mutantların birikmesine katkıda bulunur. . Kendiliğinden mutajenez nedeniyle virüs popülasyonunun homojenliğini korumak zordur. Bu zorluğun üstesinden gelmek için virüsler periyodik olarak yeniden klonlanır, ancak mutantlar sıklıkla hem plak oluşumu hem de virüs büyümesi sırasında ortaya çıkar, dolayısıyla genetik olarak homojen yüksek titreli virüs preparatları elde etmek zor olabilir.
Virüslerde indüklenen mutasyonlar, in vivo ve in vitro etkili olanlar olarak ikiye ayrılan çeşitli kimyasal ve fiziksel mutajenlerin etkisiyle elde edilir.
Hayvan virüsü araştırmalarında izole edilen mutantların çoğu, mutajenlerle tedavi edilen vahşi tip popülasyonlardan türetilmiştir. Mutajenler genellikle bir popülasyondaki mutasyonların sıklığını arttırmak için kullanılır, ardından mutantlar uygun seçici basınç kullanılarak taranır. Mutajenlerin kullanımıyla ilgili temel problem uygun dozun seçilmesidir. Genel olarak yabani tipten yalnızca bir mutasyonla farklılık gösteren mutantların elde edilmesi arzu edilir. Bunu yapmak için, istenen fenotipte yeterli mutasyon sıklığını veren en düşük mutajen dozunda seçim gerçekleştirilir.
Hayvan virüs sistemlerinde birçok farklı mutajen kullanılmıştır, ancak bunların hepsi mutajenez mekanizması tarafından tanımlanan az sayıda sınıfa girmektedir.
Genellikle in vitro mutajenler olarak adlandırılan bir mutajen sınıfı, viral partikülde bulunan nükleik asidi kimyasal olarak değiştirerek etki gösterir. Nitröz asit, bazları, özellikle de adenin'i, sonraki replikasyon sırasında sitozin ile eşleşen hipoksantin oluşturmak üzere deamine eder. Nitröz asidin adenin üzerindeki etkisinin bir sonucu olarak AT çiftinden GC çiftine bir geçiş meydana gelir. Nitröz asit ayrıca sitozini deamine ederek CG->-TA geçişine yol açar. Bir diğer in vitro mutajen ise hidroksilamindir; spesifik olarak sadece sitozin ile reaksiyona girer ve CG->-TA geçişine neden olur. İn vitro mutajenlerin geniş bir sınıfı, bazlarda birçok pozisyonda etki gösteren alkilleyici ajanlarla temsil edilir. Alkilleyici maddeler (nitrozoguanidin, etanmetan sülfonat ve metilmetan sülfonat) güçlü mutajenlerdir.
İkinci sınıf, eylemleri için metabolik olarak aktif bir nükleik asit gerektiren in vivo mutajenleri içerir.
Bir grup in vivo mutajen, normal eşleşme kurallarına göre sentez sırasında nükleik asit içerisine katılan baz analoglarını içerir. Bu analoglar bir kez açıldığında, farklı bazlarla eşleşmelerine yol açan tautomerik geçişlere maruz kalabilir, böylece geçişlere ve dönüşümlere neden olabilir. Sıklıkla kullanılan analoglar 2-aminopurin, 5-bromodeoksiüridin ve 5-azasitidindir.
Bir başka in vivo mutajen grubu, bir baz yığınına girerek sonraki nükleik asit replikasyonu sırasında eklemeler veya silmelerle sonuçlanan aralayıcı ajanları içerir.
Birleştirici maddelerin örnekleri, proflavin gibi akridin boyalarıdır.
Ultraviyole ışık da bazen mutajen olarak kullanılır. Ultraviyole etkisinin ana ürünleri pirimidin dimerleridir. DNA'da pirimidin dimerleri eksize edilir. RNA için ultraviyole mutajenezinin mekanizması bilinmemektedir.
Çoğu mutasyon, vahşi türe dönme (geri dönme) özelliğine sahiptir. Her mutasyonun, doğru bir şekilde ölçülebilen karakteristik bir tersine dönme frekansı vardır.
Viral mutasyonların sınıflandırılması.
Viral mutasyonlar fenotip ve genotipteki değişikliklere göre sınıflandırılır. Fenotipik belirtilere dayanarak virüs mutasyonları dört gruba ayrılır:
· Fenotipik belirtileri olmayan mutasyonlar.
· Ölümcül mutasyonlar, yani. Hayati proteinlerin sentezini veya fonksiyonunu tamamen bozarak üreme yeteneğinin kaybına yol açar. Bir mutasyon, örneğin viral polimeraz gibi virüse özgü hayati bir proteinin sentezini veya işlevini bozarsa öldürücüdür.
· Koşullu öldürücü mutasyonlar, ör. Belirli bir proteini sentezleme yeteneğinin kaybına neden olan veya yalnızca belirli koşullar altında işlevini bozan mutasyonlar. Bazı durumlarda, virüse özgü protein belirli optimal koşullar altında işlevlerini koruduğu ve izin verilmeyen koşullar altında bu yeteneğini kaybettiği için mutasyonlar koşullu olarak öldürücüdür. Bu tür mutasyonların tipik bir örneği, virüsün yüksek sıcaklıklarda (39-42 ° C) üreme yeteneğini kaybettiği, normal büyüme sıcaklıklarında (36-37 ° C) bu yeteneği koruduğu sıcaklığa duyarlı (ts) mutasyonlardır.
· Fenotipik bir tezahürü olan mutasyonlar, örneğin, bir agar kaplaması altındaki plakların boyutunda veya termostabilitede değişiklikler, konakçı spektrumunda değişiklikler, inhibitörlere ve kemoterapiye direnç.
İlk kez, dış etkenlerin etkisi altında kalıtsal değişkenlik sıklığında bir artış, 1925'te Sovyet mikrobiyologları G.A. tarafından keşfedildi. Nadson ve G.S. Filippov. Kalıtsal formların çeşitliliğinde bir artış gözlemlediler. salip pantolon- alt mantarlarda “radyum ışınlarına” maruz kaldıktan sonra.
1927'de G. Möller, X ışınlarının Drosophila'daki mutasyon süreci üzerindeki etkisini bildirdi. Bazı bileşikler (iyot, asetik asit, amonyak), L kromozomunda resesif öldürücüleri tetikleme yeteneğine sahiptir. 1939'da S.M. Gershenzon, Drosophila'da eksojen DNA'nın güçlü mutajenik etkisini keşfetti. Güçlü kimyasal mutajenler 1946'da keşfedildi. I.A. Rapoport (etilenimin) SSCB'de ve İngiltere'de S. Auerbach ve J. Robson (nitrojen hardalı).
O zamandan beri, mutajenik faktörlerin cephaneliği çeşitli kimyasal bileşikleri içermektedir: DNA'ya doğrudan katılan baz analogları, nitröz asit veya hidroksilamin gibi ajanlar, modifiye edici bazlar, DNA'yı alkilleyen bileşikler (etil metansülfonat, metil metansülfonat, vb.) ), DNA bazları (akridinler ve türevleri) arasına giren bileşikler vb.
Mutajenlerin yanı sıra antimutajen maddeler de bulundu.
Mutasyon sürecinin hızını değiştirme yeteneği, kendiliğinden mutasyonların nedenlerini aydınlatmak için belirleyici bir teşvik görevi gördü. Kendiliğinden mutasyonların nedenlerini açıklamaya yönelik ilk girişimlerden biri, bunların aslında radyoaktivitenin doğal bir arka planı tarafından tetiklendiği varsayımına dayanıyordu. Ancak bu yöntemin Drosophila'daki tüm spontan mutasyonların yalnızca %0,1'inin oluşumunu açıklayabildiği ortaya çıktı. Kendiliğinden mutasyonların ana nedeninin atomların termal hareketi olduğu yönündeki hipotez de doğrulanmadı. Hücre ve organizmanın metabolik ürünlerinin eyleminin bir sonucu olarak spontan mutasyonları açıklamaya yönelik girişimlerde bulunulmuştur.
Kendiliğinden mutasyonların nedenlerine ilişkin modern bakış açısı 1960'lı yıllarda oluşmuştur. Genlerin üreme, onarım ve rekombinasyon mekanizmalarının incelenmesi ve bu süreçlerden sorumlu enzim sistemlerinin keşfi sayesinde. Gen mutasyonlarını, DNA şablon enzimlerinin işleyişindeki hatalar olarak açıklama eğilimi olmuştur. Bu hipotez artık genel olarak kabul edilmektedir. Hipotezin çekiciliği aynı zamanda, genetik bilgi taşıyıcılarının normal üremesinde dış faktörlerin müdahalesinin bir sonucu olarak indüklenen mutasyon sürecini dikkate almamıza izin vermesi gerçeğinde de yatmaktadır; yani. spontan nedenlerin birleşik bir açıklamasını sağlar. ve mutasyonları tetikledi. Mutasyon süreci teorisinin gelişimi, genetik kontrolüne ilişkin çalışmalardan büyük ölçüde etkilenmiştir. Mutasyonları hem kendiliğinden hem de indüklenmiş mutasyonların sıklığını artırabilen veya azaltabilen genler keşfedilmiştir. Böylece indüklenmiş ve spontan mutasyon süreçlerinin ortak nedenlerinin varlığı doğrulanmıştır.
Mutasyon değişikliklerinin mekanizmasının (gen mutasyonları ve kromozomal anormallikler) ilk açıklaması 1935'te N.V. Timofeev-Resovsky, K. Zimmer ve M. Delbrück, başta Drosophila olmak üzere yüksek organizmalarda radyasyon mutajenezinin analizine dayanmaktadır. Mutasyonun, karmaşık bir gen molekülündeki atomların anında yeniden düzenlenmesinin sonucu olduğu düşünülüyordu. Böyle bir yeniden yapılanmanın nedeninin, bir kuantum veya iyonlaştırıcı parçacığın gene doğrudan girişi (giriş ilkesi) veya atomların rastgele titreşimleri olduğu düşünülüyordu. İyonlaştırıcı radyasyonun sonuçlarının etkisinin daha sonra keşfedilmesi, mutasyonların, doğrudan bir enerji kuantumunun veya iyonlaştırıcı parçacığın bir genden geçtiği anda değil, zaman içinde devam eden bir sürecin sonucu olarak ortaya çıktığını gösterdi.
Doğal- Bunlar deneycinin müdahalesine gerek kalmadan kendiliğinden meydana gelen mutasyonlardır.
Uyarılmış– bunlar çeşitli faktörler kullanılarak yapay olarak oluşturulan mutasyonlardır mutajenez.
Genel olarak mutasyon oluşum sürecine denir mutajenez, ve mutasyonlara neden olan faktörler mutajenler.
Mutajenik faktörler bölünmüştür fiziksel,kimyasal Ve biyolojik.
Kendiliğinden mutasyon oranı bir gen oluşturur, her organizmanın her geni için farklıdır.
Kendiliğinden mutasyonların nedenleri tamamen açık değil. Daha önce bunların neden olduğu düşünülüyordu iyonlaştırıcı radyasyonun doğal arka planı. Ancak durumun böyle olmadığı ortaya çıktı. Örneğin Drosophila'da doğal arka plan radyasyonu spontan mutasyonların %0,1'inden fazlasına neden olmaz.
İLE yaş doğal arka plan radyasyonuna maruz kalmanın sonuçları biriktirmek, ve insanlarda spontan mutasyonların %10 ila 25'i bundan kaynaklanmaktadır.
İkinci neden kendiliğinden mutasyonlar Kromozomlara ve genlere kazara zarar verilmesi hücre bölünmesi ve DNA replikasyonu sırasında rastgele hatalar Moleküler mekanizmaların işleyişinde.
Üçüncü sebep kendiliğinden mutasyonlar hareketli genoma göre mobil elemanlar herhangi bir geni istila edebilir ve onda mutasyona neden olabilir.
Amerikalı genetikçi M. Green, kendiliğinden keşfedilen mutasyonların yaklaşık %80'inin hareketli elementlerin hareketi sonucu ortaya çıktığını gösterdi.
Uyarılmış mutasyonlar ilk keşfedilen 1925'te. G.A. Nadson Ve G.S. Filippov SSCB'de. Küf kültürlerini X ışınlarıyla ışınladılar. Mukordoğuş ve kültürün "yalnızca birbirinden değil, aynı zamanda orijinal (normal) biçimden de farklı olan iki biçime veya ırka" bölünmesiyle karşılaştı. Mutantların stabil olduğu ortaya çıktı, çünkü birbirini izleyen sekiz alt kültürden sonra edinilen özelliklerini korudular. Makaleleri yalnızca Rusça yayınlandı ve çalışmada X ışınlarının etkisini niceliksel olarak değerlendirmek için herhangi bir yöntem kullanılmadı, bu nedenle çok az fark edildi.
İÇİNDE 1927 G. G.Möller X ışınlarının Drosophila'daki mutasyon süreci üzerindeki etkisini bildirdi ve önerdi Sayısal metot X kromozomundaki resesif ölümcül mutasyonların hesaba katılması ( CIA) bir klasik haline geldi.
1946'da Möller, radyasyon mutajenezinin keşfi nedeniyle Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Artık pratik olarak tespit edilmiştir her türlü radyasyon(her türden iyonlaştırıcı radyasyon dahil - , , ; UV ışınları, kızılötesi ışınlar) mutasyonlara neden olur. Arandılar fiziksel mutajenler.
Temelmekanizmalar onların hareketleri:
1) genlerin ve kromozomların yapısının bozulması nedeniyle doğrudan eylem DNA ve protein molekülleri üzerinde;
2) eğitim serbest radikaller DNA ile kimyasal etkileşime giren;
3) iplik kopmaları iğler;
4) eğitim dimerler(timin).
30'lu yıllarda açıldı kimyasal mutajenez Drosophila'da: V.V. Saharov (1932 ), M. E. Lobashev Ve F. A. Smirnov (1934 ) gibi bazı bileşiklerin olduğunu gösterdi iyot, asetik asit, amonyak X kromozomunda resesif öldürücü mutasyonları tetikleme yeteneğine sahiptirler.
İÇİNDE 1939 G. Sergei Mihayloviç Gershenzon(S.S. Chetverikov'un öğrencisi) güçlü bir şey keşfetti Ekzojen DNA'nın mutajenik etkisi Drosophila'da. N.K.'nin fikirlerinin etkisi altında. Kromozomun dev bir molekül olduğunu söyleyen Koltsov, S.M. Gershenzon, DNA'nın böyle bir molekül olduğu varsayımını test etmeye karar verdi. Timustan DNA izole etti ve bunu Drosophila larvalarının yemeğine ekledi. 15 bin kontrol sineği arasında (yani gıdada DNA bulunmayan) tek bir mutasyon bile yoktu ve deneyde 13 bin sinek arasında 13 mutant bulundu.
İÇİNDE 1941 Charlotte Auerbach Ve J. Robson bunu gösterdi nitrojen hardalı Drosophila'da mutasyonlara neden olur. Bu kimyasal savaş ajanıyla yapılan çalışmanın sonuçları, II. Dünya Savaşı'nın sona ermesinden sonra ancak 1946'da yayınlandı. Aynısı 1946 G. Raporport(Joseph Abramovich) SSCB'de mutajenik aktivite gösterdi formaldehit.
Şu anda kimyasal mutajenler katmak:
A) doğal organik ve inorganik maddeler;
b) endüstriyel ürünler doğal bileşiklerin işlenmesi– kömür, petrol;
V) sentetik maddeler daha önce doğada bulunmayan (böcek ilaçları, böcek ilaçları vb.);
bazısı metabolitler insan ve hayvan bedenleri.
Kimyasal mutajenler esas olarak sebep genetik mutasyonlar ve DNA replikasyonu sırasında etki eder.
Eylemlerinin mekanizmaları:
1) baz yapısının modifikasyonu (hidroksilasyon, deaminasyon, alkilasyon);
2) azotlu bazların analoglarıyla değiştirilmesi;
3) nükleik asit öncüllerinin sentezinin inhibisyonu.
Son yıllarda sözde süpermutajenler:
1)baz analogları;
2) bağlantılar, DNA alkilleyici(etil metansülfonat, metil metansülfonat, vb.);
3) bağlantılar, araya giren DNA bazları (akridinler ve türevleri) arasında.
Süpermutajenler mutasyonların sıklığını 2-3 kat artırır.
İLE biyolojik mutajenler ilgili olmak:
A) virüsler(kızamıkçık, kızamık vb.);
B) viral olmayan bulaşıcı ajanlar(bakteri, riketsiya, protozoa, helmintler);
V) mobil genetikelementler.
Eylemlerinin mekanizmaları:
1) virüslerin ve mobil elemanların genomları, konakçı hücrelerin DNA'sına entegre edilir;
Uyarılmış mutajenez 20. yüzyılın 20'li yıllarının sonlarından itibaren yeni tür, ırk ve çeşitlerin seleksiyonunda kullanılmaya başlanmıştır. En büyük başarı, antibiyotik ve diğer biyolojik olarak aktif maddeler üreten bakteri ve mantar türlerinin seçiminde elde edilmiştir.
Böylece aktiviteyi artırmayı başardık antibiyotik üreticileri 10-20 kat arttı, bu da uygun antibiyotiklerin üretimini önemli ölçüde artırmayı ve maliyetlerini keskin bir şekilde azaltmayı mümkün kıldı. Işıldayan mantarın aktivitesi - B vitamini üreticisi 12 6 kat artmayı başardı ve bakteri üreticisinin aktivitesi amino asitler lizin- 300-400 kez.
Mutasyonları Kullanmak buğdayda cücelik 60-70'lerde tahıl mahsullerinin verimini keskin bir şekilde artırmaya izin verildi, buna " yeşil devrim" Cüce buğday çeşitleri, yatmaya dayanıklı, kısaltılmış, kalın bir gövdeye sahiptir; daha büyük bir başaktan gelen artan yüke dayanabilir. Bu çeşitlerin kullanılması, verimi önemli ölçüde artırmayı mümkün kılmıştır (bazı ülkelerde birkaç kez).
Amerikalı bir yetiştirici ve genetikçi, "yeşil devrimin" yazarı olarak kabul ediliyor N. Borlauga 1944 yılında 30 yaşındayken Meksika'ya yerleşip çalışmaya başladı. Yüksek verimli bitki çeşitlerinin yetiştirilmesindeki başarısı nedeniyle 1970 yılında Nobel Barış Ödülü'ne layık görüldü.
Hangi mutasyonlara spontan denir? Terimi erişilebilir dile çevirirsek, bunlar genetik materyalin iç ve/veya dış çevre ile etkileşimi sırasında ortaya çıkan doğal hatalardır. Bu tür mutasyonlar genellikle rastgeledir. Vücudun üreme ve diğer hücrelerinde görülürler.
Mutasyonların ekzojen nedenleri
Kimyasalların, radyasyonun, yüksek veya düşük sıcaklıkların, seyreltilmiş havanın veya yüksek basıncın etkisi altında kendiliğinden mutasyon meydana gelebilir. Ortalama olarak her yıl bir kişi, doğal arka plan radyasyonunu oluşturan iyonlaştırıcı radyasyonun yaklaşık onda biri kadarını emer. Bu sayı, Dünya'nın çekirdeğinden gelen gama radyasyonunu, güneş rüzgarını ve yer kabuğunun derinliklerinde bulunan ve atmosferde çözünmüş elementlerin radyoaktivitesini içerir. Alınan doz aynı zamanda kişinin tam olarak nerede bulunduğuna da bağlıdır. Tüm spontan mutasyonların dörtte biri tam olarak bu faktör nedeniyle meydana gelir.
Ultraviyole radyasyon, sanılanın aksine insan vücudunun derinliklerine nüfuz edemediğinden DNA hasarına neden olmada küçük bir rol oynar. Ancak cilt sıklıkla aşırı güneş ışığına maruz kalmaktan (melanom ve diğer kanser türleri) muzdariptir. Ancak tek hücreli organizmalar ve virüsler güneş ışığına maruz kaldıklarında mutasyona uğrarlar. Çok yüksek veya düşük sıcaklıklar da genetik materyalde değişikliklere neden olabilir.
Mutasyonların endojen nedenleri
Kendiliğinden bir mutasyonun meydana gelebilmesinin ana nedenleri endojen faktörler olmaya devam etmektedir. Bunlar arasında metabolik yan ürünler, replikasyon, onarım veya rekombinasyon sürecindeki hatalar ve diğerleri yer alır.
- azotlu bazların kendiliğinden geçişleri ve ters çevrilmeleri;
- DNA polimerazlarındaki hatalar nedeniyle nükleotidlerin yanlış düzenlenmesi;
- nükleotidlerin, örneğin guanin-sitozinin, adenin-guanin ile kimyasal olarak değiştirilmesi.
- DNA zincirinin ayrı bölümlerinin dış faktörlerin etkisi altında kırıldıktan sonra onarılmasından sorumlu genlerdeki mutasyonlar.
- Mayoz veya mitoz sırasındaki geçiş süreçlerindeki başarısızlıklar, bazların kaybına ve tamamlanmasına yol açar.
Bunlar spontan mutasyonlara neden olan ana faktörlerdir. Başarısızlıkların nedenleri arasında mutatör genlerin aktivasyonunun yanı sıra güvenli kimyasal bileşiklerin hücre çekirdeğini etkileyen daha aktif metabolitlere dönüştürülmesi yer alabilir. Ayrıca yapısal faktörler de var. Bunlar, zincirin yeniden düzenlendiği yerin yakınındaki nükleotid dizisinin tekrarlarını, yapı olarak gene benzer ek DNA bölümlerinin varlığını ve genomun hareketli elemanlarını içerir.
Mutasyonun patogenezi
Kendiliğinden mutasyon, hücre yaşamının belirli bir döneminde yukarıda sayılan tüm faktörlerin birlikte veya ayrı ayrı etki etmesi sonucu ortaya çıkar. Kız ve anne DNA iplikçiklerinin eşleşmesinde kayan bozulma gibi bir olgu vardır. Bu genellikle diziye yeterince entegre olamayan peptid halkalarının oluşmasıyla sonuçlanır. Fazla DNA bölümlerinin yavru iplikten çıkarılmasından sonra, ilmekler ya rezeke edilebilir (silmeler) ya da yerleştirilebilir (kopyalamalar, eklemeler). Ortaya çıkan değişiklikler, sonraki hücre bölünmesi döngülerinde birleştirilir.
Oluşan mutasyonların hızı ve sayısı DNA'nın birincil yapısına bağlıdır. Bazı bilim adamları, kıvrımlar oluşturdukları takdirde kesinlikle tüm DNA dizilerinin mutajenik olduğuna inanmaktadır.
En yaygın spontan mutasyonlar
Kendiliğinden mutasyonlar neden çoğunlukla genetik materyalde ortaya çıkıyor? Bu tür koşulların örnekleri nitrojenli bazların kaybı ve amino asitlerin uzaklaştırılmasıdır. Sitozin kalıntılarının bunlara karşı özellikle duyarlı olduğu düşünülmektedir. Günümüzde omurgalıların yarıdan fazlasında sitozin kalıntılarında mutasyon olduğu kanıtlanmıştır. Deaminasyondan sonra metilsitozin timine dönüşür. Bu bölümün daha fazla kopyalanması, hatayı tekrarlar veya siler veya ikiye katlayarak yeni bir parçaya dönüştürür. Kendiliğinden mutasyonların sık görülmesinin bir başka nedeninin de çok sayıda psödogen olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle mayoz bölünme sürecinde düzensiz homolog rekombinasyonlar oluşabilir. Bunun sonucu genlerdeki yeniden düzenlemeler, rotasyonlar ve bireysel nükleotid dizilerinin kopyalanmasıdır.
Mutagenezin polimeraz modeli
Bu modele göre, DNA'yı sentezleyen moleküllerdeki rastgele hatalar sonucunda kendiliğinden mutasyonlar ortaya çıkar. İlk defa böyle bir model Bresler tarafından sunuldu. Mutasyonların, bazı durumlarda polimerazların diziye tamamlayıcı olmayan nükleotidler eklemesi sonucu ortaya çıktığını öne sürdü. Yıllar sonra, uzun test ve deneylerden sonra bu bakış açısı bilim dünyasında onaylandı ve kabul edildi. Bilim adamlarının, DNA'nın belirli bölümlerini ultraviyole ışığa maruz bırakarak mutasyonları kontrol etmesine ve yönlendirmesine olanak tanıyan belirli modeller bile ortaya çıkarıldı. Örneğin, adeninin çoğunlukla hasarlı üçlünün karşısına yerleştirildiğini buldular.
Mutagenezin totomerik modeli
Kendiliğinden ve yapay mutasyonları açıklayan bir başka teori, DNA'nın yapısını keşfeden Watson ve Crick tarafından önerildi. Mutagenezin, bazı DNA bazlarının, bazların bir araya gelme şeklini değiştiren tautomerik formlara dönüşme yeteneğine dayandığını öne sürdüler.
Yayınlandıktan sonra hipotez aktif olarak geliştirildi. Ultraviyole ışınlamanın ardından yeni nükleotid formları keşfedildi. Bu, bilim adamlarına yeni araştırma fırsatları verdi. Modern bilim hala totomerik formların spontan mutajenezdeki rolünü ve bunun tanımlanan mutasyonların sayısı üzerindeki etkisini tartışmaktadır.
Diğer modeller
Nükleik asitlerin DNA polimerazlar tarafından tanınması bozulduğunda spontan mutasyon mümkündür. Poltaev ve ortak yazarlar, yavru DNA moleküllerinin sentezi sırasında tamamlayıcılık ilkesine uyumu sağlayan mekanizmayı açıkladılar. Bu model, kendiliğinden mutajenez modellerinin incelenmesini mümkün kıldı. Bilim insanları keşiflerini, DNA yapısındaki değişikliklerin ana nedeninin kanonik olmayan nükleotid çiftlerinin sentezi olduğunu söyleyerek açıkladılar. Baz taramasının DNA bölümlerinin deaminasyonu yoluyla gerçekleştiğini öne sürdüler. Bu, sitozinden timin veya urasile geçişle sonuçlanır. Bu tür mutasyonlar nedeniyle uyumsuz nükleotid çiftleri oluşur. Bu nedenle bir sonraki replikasyon sırasında bir geçiş meydana gelir (nükleotid bazlarının nokta değişimi).
Mutasyonların sınıflandırılması: kendiliğinden
Mutasyonların altında hangi spesifik kriterin yattığına bağlı olarak farklı sınıflandırmalar vardır. Gen fonksiyonundaki değişimin niteliğine göre bir bölünme vardır: - hipomorfik (mutasyona uğramış aleller daha az protein sentezler, ancak orijinaline benzerler);
- amorf (gen işlevlerini tamamen kaybetmiştir);
- antimorfik (mutasyona uğramış gen, temsil ettiği özelliği tamamen değiştirir);
- neomorfik (yeni işaretler ortaya çıkıyor). Ancak daha yaygın bir sınıflandırma, tüm mutasyonları değişken yapıya göre orantılı olarak bölen sınıflandırmadır. Şunlar vardır: 1. Genomik mutasyonlar. Bunlar arasında poliploidi, yani üçlü veya daha fazla kromozom setine sahip bir genomun oluşumu ve anöploidi (genomdaki kromozom sayısı haploid olanın katı değildir) yer alır.
2. Kromozomal mutasyonlar. Bireysel kromozom bölümlerinin önemli yeniden düzenlemeleri gözlenir. Bilgi kaybı (silme), ikiye katlanma (çoğaltma), nükleotid dizilerinin yönünde değişiklik (inversiyon) ve ayrıca kromozom bölümlerinin başka bir konuma tersine çevrilmesi (translokasyon) meydana gelir.
3. Gen mutasyonu. En yaygın mutasyon. DNA zincirinde birkaç rastgele azotlu baz değiştirilir.
Mutasyonların sonuçları
Kendiliğinden oluşan mutasyonlar, insan ve hayvanlarda tümörlerin, depo hastalıklarının, organ ve doku fonksiyon bozukluklarının nedenleridir. Mutasyona uğramış bir hücre büyük, çok hücreli bir organizmada bulunursa, yüksek olasılıkla apoptozu (programlanmış hücre ölümü) tetikleyerek yok edilecektir. Vücut, genetik materyalin korunması sürecini kontrol eder ve bağışıklık sisteminin yardımıyla olası hasar görmüş hücrelerden kurtulur. Yüzbinlerce vakadan birinde, T lenfositlerinin etkilenen yapıyı tanımaya vakti yoktur ve bu durum, mutasyona uğramış geni de içeren bir hücre klonunun oluşmasına neden olur. Hücre kümesinin başka işlevleri de vardır, toksik maddeler üretir ve vücudun genel durumunu olumsuz etkiler. Mutasyon somatik hücrede değil üreme hücresinde meydana gelmişse, o zaman torunlarda değişiklikler gözlenecektir. Bunlar doğuştan organ patolojileri, şekil bozuklukları, metabolik bozukluklar ve depo hastalıkları olarak ortaya çıkıyor.
Kendiliğinden mutasyonlar:
Bazı durumlarda daha önce işe yaramaz gibi görünen mutasyonlar, yeni yaşam koşullarına uyum sağlamada faydalı olabiliyor. Bu, mutasyonu doğal seçilimin ölçüsü olarak tanıtıyor. Hayvanlar, kuşlar ve böcekler, kendilerini yırtıcılardan korumak için bulundukları bölgeye uygun kamuflaj renkleri giyerler. Ancak yaşam alanları değişirse doğa, mutasyonların yardımıyla türleri yok olmaktan korumaya çalışır. Yeni koşullarda en güçlü olanlar hayatta kalır ve bu yeteneği başkalarına aktarır. Mutasyon, genomun aktif olmayan bölgelerinde meydana gelebilir ve ardından fenotipte gözle görülür hiçbir değişiklik gözlenmez. Bir “arıza” ancak spesifik çalışmaların yardımıyla tespit edilebilir. Bu, hayvanların kökenini ve ilgili türlerini incelemek ve genetik haritalarını derlemek için gereklidir.
Mutasyonların kendiliğindenliği sorunu
Geçen yüzyılın kırklı yıllarında, mutasyonların yalnızca dış faktörlerin etkisinden kaynaklandığı ve bunlara uyum sağlamaya yardımcı olduğu teorisi vardı. Bu teoriyi test etmek için özel bir test ve tekrarlama yöntemi geliştirildi. Prosedür, test tüplerine az miktarda bir tür bakteri ekilmesi ve birkaç aşılamadan sonra bunlara antibiyotiklerin eklenmesiydi. Bazı mikroorganizmalar hayatta kaldı ve yeni bir ortama aktarıldı. Farklı test tüplerinden alınan bakterilerin karşılaştırılması, direncin antibiyotikle temastan önce ve sonra kendiliğinden ortaya çıktığını gösterdi. Tekrarlama yöntemi, mikroorganizmaları yünlü kumaşa aktarmak ve ardından bunları birkaç temiz ortama aktarmaktı. Yeni koloniler kültürlendi ve antibiyotikle tedavi edildi. Sonuç olarak besiyerinin aynı bölgelerinde bulunan bakteriler farklı test tüplerinde hayatta kaldı.
Mutasyon süreci, mutasyonların sıklığı ve gen mutasyonunun yönü ile karakterize edilir.
Mutasyonların sıklığı, her hayvan, bitki ve mikroorganizma türünün tanımlayıcı özelliklerinden biridir: bazı türler diğerlerinden daha yüksek mutasyonel değişkenliğe sahiptir. Bu farklılıklar genel ve özel öneme sahip birçok faktörün etkisinden kaynaklanmaktadır: türün genotipik yapısı, çevre koşullarına uyum derecesi, dağılım yeri, doğal faktörlerin gücü vb. Ne kadar korunursa korunsun Organizma dış ortamın etkisinden kaynaklanmaktadır, içinde meydana gelen süreçler, metabolizma ile ilişkili kimyasal süreçler, kendiliğinden mutasyonel değişkenliğin nedeni olabilir. Bu terimin altında mutasyonların spesifik nedenleri hakkındaki bilgisizliğimizi gizliyoruz.
Şu anda, nesil başına mutasyonların sıklığı konusunda hala tam bir anlayış yoktur. Bu, mutasyonların hem fenotipik görünüm hem de genetik belirleme açısından son derece çeşitli olması ve bunları kaydetme yöntemlerinin kusurlu olmasıyla açıklanmaktadır; Yalnızca bireysel lokusların değişkenliğiyle ilgili olarak az çok doğru bir değerlendirme yapılabilir. Kural olarak, bir alelik çiftin üyelerinden yalnızca biri aynı anda mutasyona uğrar; bu da mutasyonun nadirliğiyle açıklanır; her iki üyenin aynı anda mutasyona uğraması pek olası olmayan bir olaydır.
Kendiliğinden mutasyon sıklığının yerleşik genel kalıpları aşağıdaki noktalara indirgenmektedir:
- aynı genotipteki farklı genler farklı frekanslarda mutasyona uğrar;
- Farklı genotiplerdeki benzer genler farklı oranlarda mutasyona uğrar.
Bu iki hüküm tablolarla gösterilmiştir.
Bunlardan ilki mısır örneğini kullanarak farklı genlerin mutasyon sıklığını gösterir, ikincisi farklı hayvan, bitki ve insan türlerindeki genlerin mutasyonunu ve mısırda aynı genlerin farklı genotiplerle farklı hatlarda mutasyonunu karşılaştırır.
Yani farklı genler farklı frekanslarda mutasyona uğrar, yani değişken ve kararlı genler vardır. Her gen nispeten nadiren mutasyona uğrar, ancak bir genotipteki genlerin sayısı çok fazla olabileceğinden, çeşitli genlerin toplam mutasyon sıklığının oldukça yüksek olduğu ortaya çıkar. Drosophila için bu hesaplama, nesil başına yaklaşık 100 gamet başına bir mutasyonu göstermektedir. Bununla birlikte, bu tür hesaplamalar henüz çok doğru değildir, çünkü bir lokustaki tek bir değişikliği, kromozomlardaki karmaşık küçük yeniden yapılanmalardan ayırmak aslında imkansızdır; Ayrıca aynı hücre içindeki farklı kromozomlarda eş zamanlı mutasyonların tespit edilmesi oldukça zordur.
Olayın nadirliğine (gen mutasyonu) dayanarak, mutasyonun genellikle lokuslardan yalnızca birinde gözlendiğini de açıklamak gerekir. Genetik, homolog kromozomlardaki iki alelin eşzamanlı mutasyonuna ilişkin tek bir güvenilir gerçeği bilmiyor. Ancak bunun bizzat mutasyon mekanizmasıyla açıklanması da mümkündür.
Spontan gen mutasyonlarının nedenleri açık olmaktan uzaktır. Farklı mutasyon oranlarına neden olan ana nedenlerden biri genotipin kendisidir. İki mısır soyundaki aynı Rr geni, farklı şekillerde r r'ye mutasyona uğrar: birinde - 6,2 sıklıkta, diğerinde - 10.000 gamet başına 18,2 sıklıkta. Ayrıca Drosophila'nın farklı hatlarında ölümcül mutasyonların sıklığının farklı olduğu da tespit edilmiştir.
Seçim yoluyla, farklı spontane değişkenliklere sahip çizgiler yaratmak mümkündür. Bu, diğer genlerin mutasyon hızını etkileyen özel genlerin (mutatörlerin) varlığıyla desteklenmektedir. Örneğin mısırda, kromozom IX'un kısa kolunun sol ucuna yakın bir yerde, kromozom III'ün uzun kolunda yer alan A lokusunun değişkenliğini etkileyen Dt lokusu vardır. Ancak Dt lokusunun ne olduğu hala tam olarak belli değil. Belki de bir tür kromozomal yeniden düzenlemedir.
Genotipin, bireysel bir genin kendiliğinden mutasyona uğraması üzerindeki etkisi, hibridizasyon sırasında da ortaya çıkar. Hibrit organizmalarda aynı lokustaki mutasyon sıklığının orijinal formlara göre daha yüksek olduğuna dair göstergeler vardır.
Spontan mutasyon süreci aynı zamanda hücrelerdeki fizyolojik durum ve biyokimyasal değişikliklerden de kaynaklanmaktadır.
Örneğin, M. S. Navashin ve G. Stubbe, tohumların birkaç yıl saklandığında yaşlanma süreci sırasında, özellikle kromozomal yeniden düzenlemeler gibi mutasyonların sıklığının önemli ölçüde arttığını gösterdi. Dişilerin seminal kaplarında spermin depolanması sırasında Drosophila'da meydana gelen ölümcül mutasyonların sıklığı ile ilgili olarak benzer bir fenomen gözlemlenmektedir. Bu gibi gerçekler, kendiliğinden gen mutasyonunun, hücrede dış koşullarla ilişkili fizyolojik ve biyokimyasal değişikliklere bağlı olduğunu göstermektedir.
Kendiliğinden mutasyonun olası nedenlerinden biri, belirli maddelerin biyosentezini engelleyen mutasyonların genotipte birikmesi olabilir, bunun sonucunda gen değişikliklerini etkileyebilecek bu tür maddelerin öncüllerinin aşırı birikmesi söz konusu olacaktır. Bu hipotez deneysel testlere uygundur.
Bir hata bulursanız lütfen metnin bir kısmını vurgulayın ve tıklayın. Ctrl+Enter.
