Причины которые могут вызвать мутации
Содержание статьи
Причины возникновения мутаций и их свойства — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).
Термин «мутация» предложил голландский учёный Г. де Фриз в (1901) году.
Мутации — скачкообразные устойчивые внезапные изменения генетического материала, передающиеся по наследству.
Свойства мутаций:
возникают внезапно;
наследуются;
не имеют направленного характера, их нельзя предсказать;
могут быть полезными или вредными для организма;
сходные мутации могут возникать неоднократно.
Причины мутаций
Мутации возникают постоянно у всех живых организмов под воздействием мутагенных факторов.
Мутагенные факторы — факторы внешней и внутренней среды, способные вызывать мутации.
К физическим факторам относят ионизирующее излучение, ультрафиолетовое излучение, повышенную температуру. Под их воздействием происходит повреждение молекул ДНК, что приводит к появлению мутаций.
Химические факторы — это вещества, под действием которых изменяется наследственный материал. Мутагенное действие обнаружено у формальдегида, колхицина, соединений свинца и ртути, некоторых ядохимикатов, компонентов табачного дыма и т. д.
Биологические факторы — живые организмы. Установлено, что мутагенным действием обладают вирусы, а также токсины плесневых грибов.
1. Различают спонтанные и индуцированные мутации.
Спонтанные мутации возникают под действием естественных мутагенных факторов среды без вмешательства человека. Они увеличивают разнообразие живых организмов и создают материал для естественного отбора.
Индуцированные мутации возникают при направленном воздействии на организм мутагенных факторов. Применение мутагенных воздействий позволяет увеличить количество мутаций в сотни раз. Так, использование селекционерами химических мутагенов позволило получить полиплоидные формы растений, которые отличаются устойчивостью к неблагоприятным условиям и большей продуктивностью.
2. Мутации могут возникать в соматических или половых клетках.
Соматические мутации возникают в любых клетках, кроме гамет. Они затрагивают часть организма (например, разная окраска лепестков в одном цветке, разный цвет глаз у человека и животных).
Такие мутации не наследуются при половом размножении, но передаются при вегетативном. Широко используются в селекции растений для выведения новых сортов.
Генеративные мутации возникают в первичных половых клетках или в гаметах, передаются по наследству при половом размножении (например, гемофилия, синдром Дауна у человека).
3. По влиянию на жизнеспособность особей выделяют следующие виды мутаций:
- летальные (приводят к гибели мутантов);
- полулетальные (снижают жизнеспособность организма, вызывают наследственные заболевания, сокращают продолжительность жизни);
- нейтральные (изменяют признак, но не оказывают влияния на жизнеспособность организма);
- полезные (повышают жизнеспособность организма).
4. Мутации бывают доминантными и рецессивными.
Доминантные мутации проявляются сразу и подвергаются действию естественного отбора (полезные сохраняются, вредные убираются).
Большинство мутаций рецессивно, и проявиться они могут только в гомозиготном состоянии. Вероятность такого события мала, поэтому рецессивные мутации долгое время накапливаются в популяции в скрытом виде.
Источник
Что вызывает мутации, причины и проявления (4 фото + видео)
23 июня 2017
Автор: nlo-mir
Чудеса науки
При спонтанно происходящих изменениях в ДНК, вызывающих в живых организмах различные патологии развития и роста, говорят о мутациях. Чтобы понять их сущность, необходимо больше узнать о причинах, приводящих к ним.
Генетики утверждают, что мутации свойственны всем организмам планеты без исключения (живым) и о том, что они существовали вечно, причем у одного организма их может быть несколько сотен. Однако различаются они степенью выраженности и характером проявления, которые определяют провоцирующие их факторы, а также затронутая генная цепочка.
Причины, вызывающие мутации
Они бывают естественными и искусственными, т.е. вызванными в лабораторных условиях.
Наиболее частые факторы, приводящие к подобным изменениям с точки зрения генетиков, следующие:
излучение ионизирующее и рентгеновские лучи. Воздействуя на организм, радиоактивное излучение сопровождается изменением в атомах заряда электронов. Это вызывает сбой в нормальном протекании процессов физико-химических и химико-биологических;
очень высокая температура часто становится причиной изменений в случае, когда превышается порог чувствительности конкретного индивидуума;
когда клетки делятся, могут возникать задержки, а также слишком быстрое их разрастание, что также становится толчком к негативным изменениям;
«дефекты», возникающие в ДНК, при которых возвратить атом в первоначальное состояние не представляется возможным даже после восстановления.
Разновидности
На данный момент известно более тридцати видов отклонений в генофонде организма живого и генотипе, которые вызывают мутации. Одни достаточно безопасны и никак не проявляются внешне, т.е. не приводят к внутренним и внешним уродствам, поэтому живой организм не чувствует дискомфорта. Другие, напротив, сопровождаются сильнейшим дискомфортом.
Классификация
Чтобы разобраться в том, что собой представляют мутации, следует ознакомиться с мутагенной классификацией, сгруппированной в соответствие с вызывающими дефекты причинами:
генетические и соматические, различающиеся типологией клеток, подвергшихся изменениям. Соматическая характерна для клеток млекопитающих. Их передать можно исключительно по наследству (к примеру, различный цвет глаз). Ее формирование происходит в материнской утробе. Генетическая мутация характерна для растений и беспозвоночных. Вызывают ее негативные факторы окружающей среды. Примером проявления являются грибы, появляющиеся на деревьях и пр.;
ядерные относятся к мутациям по месторасположению клеток, подвергшихся изменениям. Лечению такие варианты не поддаются, поскольку под непосредственное влияние попадают сами ДНК. Второй вид мутации – цитоплазматическая (или атавизмы). Он воздействует на любые жидкости, взаимодействующие с клеточным ядром и сами клетки. Подобные мутации излечимы;
явные (естественные) и индуцированные (искусственные). Возникновение первых внезапно и без видимых причин. Вторые связаны со сбоем физических или химических процессов;
генные и геномные, различающиеся своей выраженностью. В первом варианте изменения касаются нарушений, изменяющих последовательность нуклеотидного построения во вновьобразованных ДНК-цепочках (в качестве примера рассматривать можно фенилкетонурию).
Во втором случае происходит изменение в количественном хромосомном наборе, а в качестве примера выступает болезнь Дауна, Коновалова-Вильсона и пр.
Значение
Вред мутаций для организма неоспорим, поскольку это не просто отражается на нормальном его развитии, но нередко приводит к летальному исходу. Полезными мутации быть не могут. Это касается и случаев появления сверхспособностей. Они всегда являются предпосылками для естественного отбора, приводят к появлению новых видов организмов (живых) или же к полному вымиранию.
Теперь понятно, что процессы, затрагивают структуру ДНК, приводя к незначительным или смертельно опасным нарушениям, влияют на нормальное развитие и жизнедеятельность организма.
Вам понравилась статья:
Вы уже голосовали
Источник
Интересные и малоизвестные факты о мутациях
Многих супергероев объединяет одно — в их теле произошла мутация, наделившая их суперспособностями. Воплощенная в фильмах и комиксах вселенная, при всем ее очаровании, имеет один «побочный эффект» — из-за нее у многих людей сформировалось ошибочное представление о том, что такое мутации, и к чему они могут привести.
Во время загрузки произошла ошибка.
Такие разные
Все клетки человека можно разделить на две большие категории: соматические и половые. Из соматических состоят все органы. Если в такой клетке произойдет мутация, она останется в теле носителя и не передастся потомству. Половые клетки образуются в женских яичниках и мужских яичках, они нужны для продолжения рода. Если ошибка произойдет в ДНК сперматозоида или яйцеклетки, ребенок унаследует ее. Хорошо это или плохо — зависит от функции гена и характера мутации.
Хорошие, плохие и другие
Чаще всего происходят негативные и нейтральные мутации. В первом случае изменение в гене нарушает некую важную функцию организма. Негативные половые мутации опасны прерыванием беременности, пороками развития и некоторыми болезнями у детей. При негативных мутациях в соматических клетках у человека развиваются те или иные болезни, например, рак.
Нейтральные мутации не приводят ни к положительным, ни к отрицательным эффектам. Человек не получит из-за них никаких суперспособностей, но и не будет болеть, не умрет раньше времени.
Однако с нейтральными мутациями не все так просто. Их можно сравнить с небольшим пятном ржавчины на корпусе автомобиля. Это пятно не влияет на работу мотора и аккумулятора, не сказывается на скорости и комфорте для пассажиров. А теперь представим, что такие «пятна» накапливаются из поколения в поколение. Нейтральная мутация незаметна на уровне организма, но она меняет геном. Если она произошла в половых клетках, носитель передаст ее некоторым своим потомкам. Нейтральные мутации могут распространяться среди большого количества людей и, теоретически, по прошествии длительного времени, способны стать причиной вымирания.
Третья разновидность мутаций — положительные, то есть такие, которые дают человеку некоторые преимущества. Например, в Италии есть люди с мутацией гена, кодирующего аполипопротеин AI — белок который удаляет из крови холестерин и растворяет атеросклеротические бляшки. Мутантный белок эффективнее выполняет свои функции, его носители лучше защищены от сердечно-сосудистых болезней — бича современного общества.
Другой пример — изменения в гене LRP5, который влияет на плотность костной ткани. В нем встречается как негативная мутация, повышающая склонность к остеопорозу, так и позитивная, которая, напротив, укрепляет кости, защищает их от травматических переломов и возрастной потери прочности.
Впервые такую мутацию случайно обнаружили у молодого человека, который попал в серьезную автокатастрофу, но не получил ни одного перелома. Так работает эволюция: в генах случайным образом возникают мутации, которые либо дают некие преимущества, либо ухудшают способность выживать и размножаться. Что хорошо, а что нужно отбраковать, решает естественный отбор. Человек смог обмануть эту жестокую систему с помощью науки и медицины — но лишь отчасти.
2000 мутаций на одну клетку
Клетки человеческого тела регулярно делятся — за счет этого обновляются ткани. По некоторым данным, за всю жизнь в нашем теле происходят десятки квадриллионов (единица с 15 нулями) клеточных делений. Каждый раз должен быть скопирован весь генетический код, который включает 30 тысяч генов и 3 миллиарда «букв» — азотистых оснований.
В клетках есть специальные молекулярные механизмы, которые предотвращают, находят и исправляют «опечатки» в генах. Они работают с высокой точностью — вероятность ошибки составляет 1 на 10 миллиардов пар азотистых оснований. И все же ошибки происходят. Современная наука рассматривает постепенное накопление мутаций как естественный и неизбежный процесс по мере роста и старения организма.
Pixabay.com / CC0
Насколько велики масштабы? С каким «мутационным багажом» встречает старость среднестатистический человек? Ответить на этот вопрос в 2018 году попытались исследователи из Кембриджского университета. Они изучили образцы слизистой оболочки пищевода у девяти здоровых людей в возрасте 20–75 лет. Под микроскопом все клетки слизистой оболочки выглядели как нормальные. Но при изучении их генома ученых ждало неожиданное открытие. У двадцатилетних людей на каждую клетку приходилось по 100 мутаций, а у людей более старшего возраста — в среднем по 2000. Некоторые связаны с повышенным риском рака.
Некоторые мутации дают клеткам преимущества: они быстрее размножаются, лучше выживают. Такие мутантные клетки постепенно вытесняют нормальные и образуют собственные «государства» на слизистой оболочке.
Если такая картина наблюдается в одном только пищеводе, то сколько же мутаций носит человек во всем организме? На этот вопрос еще предстоит ответить.
Какие болезни вызывают соматические мутации?
О наследственных болезнях, связанных с изменениями в генах половых клеток, знают многие. Синдром Дауна, Тернера-Шерешевского, Кляйнфельтера, фенилкетонурия, — эти слова постоянно на слуху, особенно у людей, планирующих ребенка, и у беременных.
Соматические мутации тоже могут вызывать серьезные болезни. Масштабы последствий зависят от того, когда произошла соматическая мутация.
Например, если повреждены гены в одной из клеток эмбриона в первые недели беременности, будут затронуты многие ткани. С соматическими мутациями связаны такие врожденные пороки развития, как кисты почек и печени, фиброзная дисплазия (когда участок кости замещается соединительной тканью), сосудистые опухоли мозговой оболочки и лица (энцефалотригеминальный ангиоматоз), аневризмы (расширение участка артерии и ослабление ее стенки) головного мозга. Некоторые из этих нарушений проявляются сразу после рождения, а некоторые человек может долго носить в своем теле как «бомбу замедленного действия». Например, многие люди с аневризмами сосудов мозга не знают, что у них есть эта патология. Однажды аневризма может разорваться, это приводит к кровоизлиянию и зачастую к инвалидности или гибели.
Болезнь Дауна тоже бывает связана с соматической мутацией. Лишняя хромосома может появиться в теле зародыша на ранних стадиях развития. Возникает мозаицизм — состояние, когда часть клеток организма имеет нормальный набор хромосом, а другая часть — одну дополнительную. Обычно такая форма синдрома Дауна проявляется более легкими симптомами.
Мутации и рак
Жизнь каждой клетки в теле человека проходит строго по расписанию, благодаря многочисленным молекулярным сигналам. С помощью специальных веществ клетка получает информацию, какие гены нужно активировать, какие вещества и в каких количествах производить, когда пора размножаться и умирать. Чтобы клетка вела себя послушно, в ней должны правильно работать гены. Если в некоторых из них происходят изменения, клетка может стать раковой.
Два типа генов работают в клетках организма, как педали «газ» и «тормоз» в автомобиле. Газ — это протоонкогены. Они кодируют белки, активирующие клеточный рост. Если в протоонкогене происходит мутация, или увеличивается количество его копий, он превращается в онкоген. Клетка начинает размножаться бесконтрольно. Педаль «тормоз» представлена генами-супрессорами опухоли. Белки, которые они кодируют, замедляют размножение клеток, чинят ДНК или приказывают дефектной клетке совершить самоубийство. При различных дефектах гены-супрессоры перестают нормально выполнять свои функции, и это способствует развитию рака.
Подобные мутации могут быть и наследственными, но чаще всего онкозаболевания возникают из-за соматических мутаций, которые накапливаются в течение жизни и не передаются потомству. Причины бывают разными: вредные химические вещества (канцерогены), ультрафиолетовое излучение, некоторые вирусы, радиация, случайные ошибки при копировании ДНК.
Мутации, которые приводят к раку, очень многообразны — это одна из главных проблем в борьбе со злокачественными опухолями.
Иммунитет и аутоиммунные болезни
Без мутаций невозможна нормальная работа иммунной системы. Организм человека и животных использует искусственные мутации, чтобы создавать новые клоны иммунных клеток. Когда организм сталкивается с незнакомым патогеном, среди этих клонов находится такой, который может распознать и уничтожить нового врага. Лимфоциты, которые хорошо показали себя в бою, сохраняются — формируется иммунологическая память. Если «чужие» решатся на повторную атаку, организм встретит их во всеоружии .
Некоторые изменения в генах приводят к тому, что иммунитет начинает воспринимать в качестве чужаков собственные ткани организма. Так возникают аутоиммунные заболевания.
Pixabay.com / CC0
Известно, что мутации накапливаются с возрастом. В случае с онкологическими заболеваниями все логично: риск рака наиболее высок у пожилых людей. Например, американские ученые установили, что средний возраст онкологических больных в США составляет 67 лет. Аутоиммунными патологиями, напротив, преимущественно страдают люди молодого и среднего возраста. Дело в том, что тут вмешивается другой фактор: с возрастом организм производит меньше иммунных клеток, поэтому вероятность ошибок уменьшается
Взаимосвязь между соматическими мутациями и аутоиммунными болезнями сложна, многое пока неизвестно. Ученые продолжают заниматься этой проблемой.
Как насчет суперспособностей?
Генетика в пух и прах разбивает представления о мутациях как о том, что помогает отращивать лишнюю пару рук, приобретать испепеляющий взгляд или другие суперспособности.
Во-первых, организм — это сложная система. Изменение одного гена приводит к многочисленным последствиям, чаще всего разрушительным. Чтобы человек получил лишнюю часть тела или полезную функцию, должно удачно сойтись слишком много факторов. Мутация должна произойти сразу во многих клетках, причем, очень удачно. В реальности вероятность такого «везения» стремится к нулю.
Нельзя получить новое полезное свойство, изменив всего один ген. Потому что все свойства организма человека контролируются многими генами, взаимоотношения между ними зачастую непростые.
Например, человек рождается правшой или левшой в зависимости от эффектов 40 разных генов.
Чтобы превратиться, скажем, в спайдермена, нужно внедрить в хромосомы гены, кодирующие белки, из которых состоит паутина, а еще гены, благодаря которым под кожей вырастут паутинные железы, нервы и мышцы, с помощью которых этими железами можно будет управлять. Все эти чужеродные последовательности ДНК должны органично вписаться в «родной» геном. Не говоря уже о том, что возникновение этих многих условно полезных мутаций в один момент — явление на грани невозможного. У эволюции на подобные трансформации уходят миллионы лет. Радиоактивному пауку такое явно не под силу, сколько бы он вас ни кусал.
Одним словом, супергерои и суперзлодеи из комиксов реальному миру в обозримом будущем не грозят. Возможно, это и к лучшему.
Читайте также:
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Источник