МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ
Розділ 1
БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
1.2. Молекулярно-генетичний і клітинний рівні організації життя
1.2.3. Спадковий апарат еукаріотичних клітин і його функціонування на молекулярному рівні
1.2.3.15. Зміни послідовності Нуклеотидів ДНК
Мутації гена здебільшого є наслідком зміни послідовності нуклеотидів ДНК. Структурна класифікація мутацій гена: 1) заміна одних азотних основ іншими (транспозиція); 2) зміна кількості нуклеотидних пар у структурі гена; 3) зміна порядку послідовності нуклеотидів
Заміна азотистих основ. Причинами таких мутацій є: а) помилки реплікації, б) вплив певних хімічних агентів.
Під впливом хімічних агентів може відбуватися порушення структури азотистої основи вже приєднаного нуклеотиду Наприклад, під впливом азотистої кислоти може відбуватися спонтанне дезамінування цитозину. В результаті цього цитозин перетворюється в урацил. Надалі у циклі реплікації урацил з’єднується з аденіном, що в наступному циклі приєднує тимідиновий нуклеотид (рис. 1.66).
Рис. 1.66. Виникнення мутації за механізмом заміни однієї азотистої основи іншою.
Ще однією причиною може бути помилкове включення в ланцюг ДНК, що утворюється, нуклеотиду зі зміненою основою або його аналога. Якщо це залишається невиправленим ферментами репарації, змінена основа включається в процес реплікації, що може призвести до заміни основної пари на іншу. Помилки реплікації виникають дуже рідко, тому що ДНК-полімерази мають здатність до контролю комплементарності та встановлення помилкових приєднань невідповідних нуклеотидів.
Таким чином, мутації за типом заміни азотистих основ виникають спочатку в одному із ланцюгів ДНК. Якщо вони не виправляються в ході репарації, то при наступних реплікаціях закріплюються в обох ланцюгах молекули. Наслідком цього є утворення нового триплету в генетичному коді ДНК. Це може позначитися на первинній структурі кодованого білка, його просторовій організації і функції. Зміни первинної структури пептиду не відбудеться в тому випадку, якщо новий триплет є синонімом колишнього, тобто буде кодувати ту ж амінокислоту. Наприклад, амінокислота лейцин кодується шістьма триплетами: УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ. Заміна одного з нуклеотидів у цих триплетах не змінить їх змісту. Цей приклад демонструє важливе значення надмірності генетичного коду. Однак у деяких випадках заміна однієї амінокислоти іншою призводить до серйозних наслідків. Наприклад, заміна глутамінової кислоти валіном у молекулі гемоглобіну змінює його структуру і функції. Внаслідок у людини розвивається хвороба – серпоподібноклітинна анемія.
Здебільшого заміна азотистих основ може призвести до появи нонсенс-кодонів, які не кодують амінокислот. Внаслідок цього буде спостерігатися передчасне переривання процесу синтезу. Вважається, що заміна азотистих основ призводить у 25 % випадків до утворення триплетів-синонімів, у 5 % випадків – до утворення нонсенс-кодонів і в 70 % – до виникнення генних мутацій.
Зміна кількості нуклеотидів у гені.
Цей вид мутацій відбувається в результаті випадання (делеції) або вставки однієї чи декількох пар нуклеотидів у молекулі ДНК (рис. 1.67). Такий тип мутацій зустрічається досить часто. Зазначена зміна відбувається внаслідок впливу на ДНК деяких хімічних агентів, радіоактивного опромінювання. Результатом цієї мутації є зрушення рамки зчитування інформації з генетичного коду. Наслідком цього є синтез поліпептидів із зміненою амінокислотною послідовністю, порушення структури і функцій білків, зміна фенотипу. Отже, якщо кількість встановлених або втрачених нуклеотидів кратна трьом, то зрушення рамки не відбувається. У цьому випадку в білку може з’явитися зайва амінокислота або їх буде на одну менше. Однією з причин мутацій, що призводять до зміни кількості нуклеотидів, є вставки або делеції в результаті активності рухливих генетичних елементів. Це певні нуклеотидні послідовності, вмонтовані в геноми багатьох організмів. Дані структури ДНК здатні спонтанно змінювати своє положення внаслідок помилок при рекомбінації.
Рис. 1.67. Виникнення мутації:
1-2 – внаслідок зміни кількості нуклеотидів; 3-4 – в результаті інверсії.
Зміна нуклеотидної послідовності гена (інверсія).
Цей тип мутації пов’язаний з поворотом певної ділянки ДНК на 180°. Такі порушення відбуваються внаслідок дії хімічних агентів і фізичних факторів на молекулярно-генетичні процеси реплікації і рекомбінації.
Наслідком цього є порушення нуклеотидної послідовності гена, що призводить до зміни первинної структури поліпептиду, порушення структури і функції білка і зміни фенотипу.
Розриви одного з ланцюгів можуть відбуватися під дією іонізуючої радіації, внаслідок ушкодження хімічних зв’язків між молекулами. Вони можуть відновлюватися ферментом лігазою.
Зшивання нуклеотидів, наприклад, двох поруч розташованих тимінів, відбувається під дією ультрафіолетового опромінення. Це призводить до помилок транскрипції.
(2 votes, average: 4,50 out of 5)