Las mutaciones son cambios en el ADN de una célula. Ocurren bajo la influencia de la radiación ultravioleta, radiación (rayos X), etc. Se heredan y sirven como material para la selección natural.
Mutaciones genéticas - cambio en la estructura de un gen. Se trata de un cambio en la secuencia de nucleótidos: eliminación, inserción, sustitución, etc. Por ejemplo, reemplazar A por T. Las razones son violaciones durante la duplicación (replicación) del ADN. Ejemplos: anemia falciforme, fenilcetonuria.
Mutaciones cromosómicas- cambio en la estructura de los cromosomas: pérdida de una sección, duplicación de una sección, rotación de una sección 180 grados, transferencia de una sección a otro cromosoma (no homólogo), etc. Las razones son violaciones durante el cruce. Ejemplo: síndrome del gato llorón.
Mutaciones genómicas- cambio en el número de cromosomas. Las causas son alteraciones en la divergencia de los cromosomas.
- Poliploidía- múltiples cambios (varias veces, por ejemplo, 12 → 24). No ocurre en animales; en plantas conduce a un aumento de tamaño.
- aneuploidía- cambios en uno o dos cromosomas. Por ejemplo, un cromosoma vigésimo primero adicional conduce al síndrome de Down (y total cromosomas - 47).
Mutaciones citoplasmáticas- cambios en el ADN de mitocondrias y plastidios. Se transmiten únicamente a través de la línea femenina, porque Las mitocondrias y los plastidios de los espermatozoides no ingresan al cigoto. Un ejemplo en plantas es la variegación.
Somático- mutaciones en células somáticas (células del cuerpo; puede haber cuatro de los tipos anteriores). Durante la reproducción sexual no se heredan. Transmitido durante la propagación vegetativa en plantas, brotación y fragmentación en celentéreos (hidra).
Los conceptos siguientes, excepto dos, se utilizan para describir las consecuencias de una violación de la disposición de los nucleótidos en la región del ADN que controla la síntesis de proteínas. Defina estos dos conceptos que “se caen” de lista general, y anota los números bajo los cuales se indican.
1) violación de la estructura primaria del polipéptido
2) divergencia cromosómica
3) cambio en las funciones de las proteínas
4) mutación genética
5) cruzar
Respuesta
Elige el que más te convenga opción correcta. Los organismos poliploides surgen de
1) mutaciones genómicas
3) mutaciones genéticas
4) variabilidad combinativa
Respuesta
Establecer una correspondencia entre la característica de variabilidad y su tipo: 1) citoplasmática, 2) combinativa
A) ocurre durante la segregación cromosómica independiente en la meiosis
B) ocurre como resultado de mutaciones en el ADN mitocondrial
B) ocurre como resultado del cruce de cromosomas
D) se manifiesta como resultado de mutaciones en el ADN plástido
D) ocurre cuando los gametos se encuentran por casualidad
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. El síndrome de Down es el resultado de una mutación.
1) genómico
2) citoplasmático
3) cromosómico
4) recesivo
Respuesta
1. Establecer una correspondencia entre las características de la mutación y su tipo: 1) genética, 2) cromosómica, 3) genómica
A) cambio en la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN
B) cambio en la estructura cromosómica
B) cambio en el número de cromosomas en el núcleo
D) poliploidía
D) cambio en la secuencia de ubicación del gen
Respuesta
2. Establecer una correspondencia entre las características y tipos de mutaciones: 1) genética, 2) genómica, 3) cromosómica. Escribe los números 1-3 en el orden correspondiente a las letras.
A) eliminación de una sección cromosómica
B) cambio en la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN
B) aumento múltiple conjunto haploide cromosomas
D) aneuploidía
D) cambio en la secuencia de genes en un cromosoma
E) pérdida de un nucleótido
Respuesta
Elija tres opciones. ¿Por qué se caracteriza una mutación genómica?
1) cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN
2) pérdida de un cromosoma en el conjunto diploide
3) un aumento múltiple en el número de cromosomas
4) cambios en la estructura de las proteínas sintetizadas
5) duplicar una sección de cromosomas
6) cambio en la cantidad de cromosomas en el cariotipo
Respuesta
1. A continuación se muestra una lista de características de variabilidad. Todos menos dos se utilizan para describir las características de la variación genómica. Encuentre dos características que "se salgan" de la serie general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) limitado por la norma de reacción del rasgo
2) el número de cromosomas aumenta y es múltiplo del haploide
3) aparece un cromosoma X adicional
4) tiene un carácter grupal
5) se observa pérdida del cromosoma Y
Respuesta
2. Todas las características siguientes, excepto dos, se utilizan para describir mutaciones genómicas. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) violación de la divergencia de cromosomas homólogos durante la división celular
2) destrucción del huso de fisión
3) conjugación de cromosomas homólogos
4) cambio en la cantidad de cromosomas
5) aumento del número de nucleótidos en los genes
Respuesta
3. Todas las características siguientes, excepto dos, se utilizan para describir mutaciones genómicas. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) cambio en la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN
2) aumento múltiple en el conjunto de cromosomas
3) reducción del número de cromosomas
4) duplicación de una sección cromosómica
5) no disyunción de cromosomas homólogos
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. Las mutaciones genéticas recesivas cambian
1) secuencia de etapas del desarrollo individual
2) composición de tripletes en una sección de ADN
3) conjunto de cromosomas en células somáticas
4) estructura de los autosomas
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. La variabilidad citoplasmática se debe al hecho de que
1) se altera la división meiótica
2) El ADN mitocondrial puede mutar
3) aparecen nuevos alelos en los autosomas
4) se forman gametos que son incapaces de fertilizar
Respuesta
1. A continuación se muestra una lista de características de variabilidad. Todos menos dos se utilizan para describir las características de la variación cromosómica. Encuentre dos características que "se salgan" de la serie general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) pérdida de una sección cromosómica
2) rotación de una sección de cromosomas en 180 grados
3) reducción del número de cromosomas en el cariotipo
4) la aparición de un cromosoma X adicional
5) transferencia de una sección cromosómica a un cromosoma no homólogo
Respuesta
2. Todos los signos siguientes, excepto dos, se utilizan para describir una mutación cromosómica. Identifique dos términos que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) el número de cromosomas aumentó en 1-2
2) un nucleótido en el ADN se reemplaza por otro
3) una sección de un cromosoma se transfiere a otro
4) hubo una pérdida de una sección cromosómica
5) una sección del cromosoma se gira 180°
Respuesta
3. Todas menos dos de las características siguientes se utilizan para describir la variación cromosómica. Encuentre dos características que "se salgan" de la serie general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) multiplicación de una sección de cromosoma varias veces
2) la aparición de un autosoma adicional
3) cambio en la secuencia de nucleótidos
4) pérdida de la porción terminal del cromosoma
5) rotación del gen en el cromosoma 180 grados
Respuesta
NOS FORMAMOS
1) duplicación de la misma sección cromosómica
2) reducción del número de cromosomas en las células germinales
3) aumento del número de cromosomas en las células somáticas
Elija una, la opción más correcta. ¿Qué tipo de mutaciones son cambios en la estructura del ADN en las mitocondrias?
1) genómico
2) cromosómico
3) citoplasmático
4) combinativo
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. La variedad de la belleza nocturna y la boca de dragón está determinada por la variabilidad.
1) combinativo
2) cromosómico
3) citoplasmático
4) genético
Respuesta
1. A continuación se muestra una lista de características de variabilidad. Todos menos dos de ellos se utilizan para describir las características de la variación genética. Encuentre dos características que "se salgan" de la serie general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) debido a la combinación de gametos durante la fertilización
2) causado por un cambio en la secuencia de nucleótidos en el triplete
3) se forma durante la recombinación de genes durante el cruce
4) caracterizado por cambios dentro del gen
5) formado cuando cambia la secuencia de nucleótidos
Respuesta
2. Todas menos dos de las características siguientes son causas de mutación genética. Identifique estos dos conceptos que “se caen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) conjugación de cromosomas homólogos e intercambio de genes entre ellos
2) reemplazar un nucleótido en el ADN por otro
3) cambio en la secuencia de conexiones de nucleótidos
4) la aparición de un cromosoma extra en el genotipo
5) pérdida de un triplete en la región del ADN que codifica la estructura primaria de la proteína
Respuesta
3. Todas las características siguientes, excepto dos, se utilizan para describir mutaciones genéticas. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) reemplazo de un par de nucleótidos
2) la aparición de un codón de parada dentro del gen
3) duplicar el número de nucleótidos individuales en el ADN
4) aumento en el número de cromosomas
5) pérdida de una sección cromosómica
Respuesta
4. Todas las características siguientes, excepto dos, se utilizan para describir mutaciones genéticas. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) agregar un triplete al ADN
2) aumento en el número de autosomas
3) cambio en la secuencia de nucleótidos en el ADN
4) pérdida de nucleótidos individuales en el ADN
5) aumento múltiple en el número de cromosomas
Respuesta
5. Todas las características siguientes, excepto dos, son típicas de las mutaciones genéticas. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) la aparición de formas poliploides
2) duplicación aleatoria de nucleótidos en un gen
3) pérdida de un triplete durante la replicación
4) formación de nuevos alelos de un gen
5) violación de la divergencia de cromosomas homólogos en la meiosis
Respuesta
FORMACIÓN 6:
1) una sección de un cromosoma se transfiere a otro
2) ocurre durante la replicación del ADN
3) se pierde una parte de un cromosoma
Elija una, la opción más correcta. Las variedades de trigo poliploides son el resultado de la variabilidad.
1) cromosómico
2) modificación
3) genético
4) genómico
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. Los obtentores pueden obtener variedades de trigo poliploides gracias a una mutación
1) citoplasmático
2) genético
3) cromosómico
4) genómico
Respuesta
Establecer una correspondencia entre características y mutaciones: 1) genómicas, 2) cromosómicas. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) aumento múltiple en el número de cromosomas
B) rotar una sección de un cromosoma 180 grados
B) intercambio de secciones de cromosomas no homólogos
D) pérdida de la parte central del cromosoma
D) duplicación de una sección cromosómica
E) cambio múltiple en el número de cromosomas
Respuesta
Elija una, la opción más correcta. Como resultado se produce la aparición de diferentes alelos de un mismo gen.
1) división celular indirecta
2) variabilidad de modificación
3) proceso de mutación
4) variabilidad combinativa
Respuesta
Todos menos dos de los términos que se enumeran a continuación se utilizan para clasificar mutaciones según cambios en el material genético. Identifique dos términos que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) genómico
2) generativo
3) cromosómico
4) espontáneo
5) genético
Respuesta
Establecer una correspondencia entre los tipos de mutaciones y sus características y ejemplos: 1) genómica, 2) cromosómica. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
A) pérdida o aparición de cromosomas adicionales como resultado de un trastorno de la meiosis
B) conducir a la alteración del funcionamiento de los genes
C) un ejemplo es la poliploidía en protozoos y plantas
D) duplicación o pérdida de una sección cromosómica
D) un ejemplo sorprendente es el síndrome de Down
Respuesta
Establecer una correspondencia entre las categorías de enfermedades hereditarias y sus ejemplos: 1) genética, 2) cromosómica. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
a) hemofilia
b) albinismo
b) daltonismo
D) síndrome del “llanto del gato”
D) fenilcetonuria
Respuesta
Encuentre tres errores en el texto dado e indique el número de oraciones con errores.(1) Las mutaciones son cambios permanentes que ocurren aleatoriamente en el genotipo. (2) Las mutaciones genéticas son el resultado de “errores” que ocurren durante la duplicación de las moléculas de ADN. (3) Las mutaciones genómicas son aquellas que provocan cambios en la estructura de los cromosomas. (4) Muchas plantas cultivadas son poliploides. (5) Las células poliploides contienen de uno a tres cromosomas adicionales. (6) Las plantas poliploides se caracterizan por un crecimiento más vigoroso y de mayor tamaño. (7) La poliploidía se utiliza ampliamente tanto en la cría de plantas como de animales.
Respuesta
Analice la tabla “Tipos de variabilidad”. Para cada celda indicada por una letra, seleccione el concepto correspondiente o el ejemplo correspondiente de la lista proporcionada.
1) somático
2) genético
3) sustitución de un nucleótido por otro
4) duplicación de genes en una sección de un cromosoma
5) adición o pérdida de nucleótidos
6) hemofilia
7) daltonismo
8) trisomía en el conjunto de cromosomas
Respuesta
© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019
Esperar el nacimiento de un hijo es el momento más maravilloso para los padres, pero también el más aterrador. A muchas personas les preocupa que el bebé nazca con alguna discapacidad, física o mental.
La ciencia no se detiene; es posible controlar al bebé para detectar anomalías en el desarrollo en las primeras etapas del embarazo. Casi todas estas pruebas pueden mostrar si todo es normal en el niño.
¿Por qué sucede que los mismos padres pueden dar a luz a niños completamente diferentes: un niño sano y un niño con discapacidad? Esto está determinado por los genes. El nacimiento de un bebé subdesarrollado o de un niño con discapacidad física se ve afectado por mutaciones genéticas asociadas con cambios en la estructura del ADN. Hablemos de esto con más detalle. Veamos cómo sucede esto, qué mutaciones genéticas existen y sus causas.
¿Qué son las mutaciones?
Las mutaciones son un cambio fisiológico y biológico en la estructura del ADN celular. La causa puede ser la radiación (durante el embarazo no se pueden tomar radiografías para detectar lesiones y fracturas), los rayos ultravioleta (exposición prolongada al sol durante el embarazo o estar en una habitación con lámparas de luz ultravioleta encendidas). Además, estas mutaciones pueden heredarse de los antepasados. Todos ellos se dividen en tipos.
Mutaciones genéticas con cambios en la estructura de los cromosomas o su número.
Se trata de mutaciones en las que se modifica la estructura y el número de cromosomas. Las regiones cromosómicas pueden desaparecer o duplicarse, pasar a una zona no homóloga o desviarse ciento ochenta grados de la norma.
Las razones de la aparición de tal mutación son una violación del cruce.
Las mutaciones genéticas están asociadas con cambios en la estructura de los cromosomas o en su número y son la causa. trastornos graves y enfermedades en el bebé. Estas enfermedades son incurables.
Tipos de mutaciones cromosómicas
En total, existen dos tipos de mutaciones cromosómicas principales: numéricas y estructurales. La aneuploidía es un tipo de número de cromosomas, es decir, cuando las mutaciones genéticas se asocian con un cambio en el número de cromosomas. Se trata de la aparición de uno o varios de estos últimos, o la pérdida de alguno de ellos.
Las mutaciones genéticas están asociadas con cambios en la estructura cuando los cromosomas se rompen y luego se reúnen, alterando la configuración normal.
Tipos de cromosomas numéricos
Según la cantidad de cromosomas, las mutaciones se dividen en aneuploidías, es decir, tipos. Veamos los principales y descubramos la diferencia.
- trisomía
La trisomía es la aparición de un cromosoma extra en el cariotipo. La ocurrencia más común es la aparición del cromosoma veintiuno. Provoca el síndrome de Down o, como también se llama a esta enfermedad, trisomía del cromosoma veintiuno.
El síndrome de Patau se detecta en el cromosoma 13 y se diagnostica en el cromosoma 18. Todas estas son trisomías autosómicas. Otras trisomías no son viables; mueren en el útero y se pierden durante los abortos espontáneos. Aquellos individuos que desarrollan cromosomas sexuales adicionales (X, Y) son viables. Manifestación clínica Hay muy pocas mutaciones de este tipo.
Las mutaciones genéticas asociadas con cambios en el número surgen según ciertas razones. La trisomía puede ocurrir con mayor frecuencia durante la divergencia en la anafase (meiosis 1). El resultado de esta discrepancia es que ambos cromosomas acaban en una sola de las dos células hijas, la segunda queda vacía.
Con menor frecuencia, puede ocurrir no disyunción cromosómica. Este fenómeno se denomina trastorno en la divergencia de las cromátidas hermanas. Ocurre en la meiosis 2. Este es exactamente el caso cuando dos cromosomas completamente idénticos se asientan en un gameto, dando lugar a un cigoto trisómico. La no disyunción ocurre en primeras etapas el proceso de triturar un óvulo que ha sido fertilizado. Así, surge un clon de células mutantes, que puede cubrir una parte mayor o menor del tejido. A veces se manifiesta clínicamente.
Mucha gente asocia el cromosoma veintiuno con la edad de una mujer embarazada, pero este factor depende de hoy no tiene una confirmación clara. Se desconocen las razones por las que los cromosomas no se separan.
- monosomía
La monosomía es la ausencia de cualquier autosoma. Si esto sucede, en la mayoría de los casos el feto no puede llegar a término; nacimiento prematuro en primeras etapas. La excepción es la monosomía debida al cromosoma veintiuno. La razón por la que ocurre la monosomía puede ser la no disyunción cromosómica o la pérdida de un cromosoma durante su camino hacia la célula en anafase.
En los cromosomas sexuales, la monosomía conduce a la formación de un feto con cariotipo XO. La manifestación clínica de este cariotipo es el síndrome de Turner. En el ochenta por ciento de cada cien casos, la aparición de monosomía en el cromosoma X se produce debido a una violación de la meiosis del padre del niño. Esto se debe a la no disyunción de los cromosomas X e Y. Básicamente, un feto con cariotipo XO muere en el útero.
Según los cromosomas sexuales, la trisomía se divide en tres tipos: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. es la trisomía 47 XXY. Con tal cariotipo, las posibilidades de tener un hijo son del cincuenta por ciento. La causa de este síndrome puede ser la falta de disyunción de los cromosomas X o la falta de disyunción de la espermatogénesis X e Y. El segundo y tercer cariotipo pueden ocurrir sólo en una de cada mil mujeres embarazadas, prácticamente no aparecen y en la mayoría de los casos son descubiertos por los especialistas de forma totalmente accidental.
- poliploidía
Se trata de mutaciones genéticas asociadas con cambios en el conjunto haploide de cromosomas. Estos conjuntos se pueden triplicar o cuadriplicar. La triploidía suele diagnosticarse sólo después de que se ha producido un aborto espontáneo. Hubo varios casos en los que la madre logró tener un bebé así, pero todos murieron antes de cumplir un mes. Los mecanismos de las mutaciones genéticas en el caso de los triplodios están determinados por la completa divergencia y no divergencia de todos los conjuntos de cromosomas de las células germinales femeninas o masculinas. El mecanismo también puede ser la doble fertilización de un óvulo. En este caso, se produce la degeneración de la placenta. Esta degeneración se llama mola hidatidiforme. Como regla general, tales cambios conducen al desarrollo de trastornos mentales y fisiológicos en el bebé y a la interrupción del embarazo.
¿Qué mutaciones genéticas están asociadas con cambios en la estructura cromosómica?
Los cambios estructurales en los cromosomas son consecuencia de la rotura (destrucción) de los cromosomas. Como resultado, estos cromosomas se conectan, alterando su apariencia anterior. Estas modificaciones pueden ser desequilibradas o equilibradas. Los equilibrados no tienen exceso ni deficiencia de material, y por tanto no se manifiestan. Solo pueden aparecer en los casos en que había un gen en el sitio de destrucción del cromosoma que es funcionalmente importante. Ud. conjunto equilibrado Pueden aparecer gametos desequilibrados. Como resultado, la fertilización de un óvulo con dicho gameto puede provocar la aparición de un feto con un conjunto de cromosomas desequilibrado. Con este conjunto, el feto se desarrolla. linea entera Aparecen defectos de desarrollo, tipos graves de patología.
Tipos de modificaciones estructurales
Las mutaciones genéticas ocurren en el nivel de formación de gametos. Es imposible impedir este proceso, del mismo modo que es imposible saber de antemano si puede ocurrir. Existen varios tipos de modificaciones estructurales.
- eliminaciones
Este cambio se debe a la pérdida de parte de un cromosoma. Después de tal ruptura, el cromosoma se acorta y su parte cortada se pierde durante una mayor división celular. Las deleciones intersticiales se producen cuando un cromosoma se rompe en varios lugares a la vez. Estos cromosomas suelen crear un feto no viable. Pero también hay casos en que los bebés sobrevivieron, pero debido a este conjunto de cromosomas desarrollaron el síndrome de Wolf-Hirschhorn, el “llanto de un gato”.
- duplicaciones
Estas mutaciones genéticas ocurren en el nivel de organización de secciones dobles de ADN. En general, la duplicación no puede provocar patologías como las deleciones.
- translocaciones
La translocación ocurre debido a la transferencia de material genético de un cromosoma a otro. Si se produce una rotura simultáneamente en varios cromosomas y estos intercambian segmentos, esto se convierte en la causa de una translocación recíproca. El cariotipo de tal translocación tiene sólo cuarenta y seis cromosomas. La translocación en sí se revela sólo mediante un análisis y estudio detallado del cromosoma.
Cambio en la secuencia de nucleótidos.
Las mutaciones genéticas se asocian con cambios en la secuencia de nucleótidos cuando se expresan en modificaciones en las estructuras de determinadas secciones del ADN. Según las consecuencias, tales mutaciones se dividen en dos tipos: sin cambio del marco de lectura y con cambio. Para saber exactamente las causas de los cambios en las secciones de ADN, es necesario considerar cada tipo por separado.
Mutación sin cambio de marco
Estas mutaciones genéticas están asociadas con cambios y reemplazos de pares de nucleótidos en la estructura del ADN. Con tales sustituciones, la longitud del ADN no se pierde, pero los aminoácidos pueden perderse y reemplazarse. Existe la posibilidad de que se conserve la estructura de la proteína, esto servirá. Consideremos en detalle ambas opciones de desarrollo: con y sin sustitución de aminoácidos.
Mutación por sustitución de aminoácidos
El reemplazo de un residuo de aminoácido en polipéptidos se llama mutaciones sin sentido. Hay cuatro cadenas en la molécula de hemoglobina humana: dos "a" (está ubicada en el cromosoma decimosexto) y dos "b" (codificadas en el cromosoma undécimo). Si "b" es una cadena normal y contiene ciento cuarenta y seis residuos de aminoácidos y el sexto es glutamina, entonces la hemoglobina será normal. En este caso, el ácido glutámico debería estar codificado por el triplete GAA. Si, debido a una mutación, GAA se reemplaza por GTA, en lugar de ácido glutámico, se forma valina en la molécula de hemoglobina. Así, en lugar de la hemoglobina HbA normal, aparecerá otra hemoglobina HbS. Por lo tanto, reemplazar un aminoácido y un nucleótido causará una enfermedad grave y grave: la anemia falciforme.
Esta enfermedad se manifiesta por el hecho de que los glóbulos rojos adquieren forma de hoz. De esta forma, no pueden suministrar oxígeno adecuadamente. si está encendido nivel celular los homocigotos tienen la fórmula HbS/HbS, esto provoca la muerte del niño en el mismo NIñez temprana. Si la fórmula es HbA/HbS, entonces los glóbulos rojos tienen una forma débil de cambio. Un cambio tan débil tiene una cualidad útil: la resistencia del cuerpo a la malaria. En aquellos países donde existe el mismo peligro de contraer malaria que en Siberia de resfriado, este cambio tiene una cualidad beneficiosa.
Mutación sin sustitución de aminoácidos.
Las sustituciones de nucleótidos sin intercambio de aminoácidos se denominan mutaciones sísmicas. Si en la sección de ADN que codifica la cadena "b" se reemplaza GAA por GAG, entonces, debido a su exceso, no se puede reemplazar el ácido glutámico. La estructura de la cadena no cambiará, no habrá modificaciones en los glóbulos rojos.
Mutaciones de cambio de marco
Estas mutaciones genéticas están asociadas con cambios en la longitud del ADN. La longitud puede acortarse o alargarse dependiendo de la pérdida o adición de pares de nucleótidos. Así, toda la estructura de la proteína cambiará por completo.
Puede ocurrir supresión intragénica. Este fenómeno ocurre cuando hay dos mutaciones que se compensan entre sí. Este es el momento de la adición de un par de nucleótidos después de que uno se haya perdido, y viceversa.
Mutaciones sin sentido
Este grupo especial mutaciones. Ocurre raramente e implica la aparición de codones de terminación. Esto puede suceder tanto cuando se pierden como cuando se agregan pares de nucleótidos. Cuando aparecen codones de parada, la síntesis de polipéptidos se detiene por completo. Así es como se pueden formar alelos nulos. Ninguna de las proteínas igualará esto.
Existe algo llamado supresión intergénica. Este es un fenómeno en el que las mutaciones en algunos genes suprimen las mutaciones en otros.
¿Se detectan cambios durante el embarazo?
En la mayoría de los casos, se pueden determinar las mutaciones genéticas asociadas con cambios en el número de cromosomas. Para saber si el feto tiene patologías y defectos de desarrollo, se prescriben exámenes de detección en las primeras semanas de embarazo (de diez a trece semanas). Se trata de una serie de exámenes sencillos: extracción de sangre de un dedo y una vena, ecografía. En examen de ultrasonido el feto se examina de acuerdo con los parámetros de todas las extremidades, la nariz y la cabeza. Estos parámetros, cuando son muy contrarios a las normas, indican que el bebé tiene defectos de desarrollo. Este diagnóstico se confirma o refuta según los resultados de un análisis de sangre.
Además, las mujeres embarazadas, cuyos bebés pueden desarrollar mutaciones a nivel genético que se heredan, también están bajo estrecha supervisión médica. Es decir, se trata de aquellas mujeres en cuyos familiares hubo casos de nacimiento de un niño con discapacidad psíquica o física identificada como síndrome de Down, síndrome de Patau y otras enfermedades genéticas.
Las mutaciones genéticas ocurren a nivel molecular y generalmente afectan a uno o más nucleótidos dentro de un gen individual. Este tipo de mutación se puede dividir en dos grandes grupos. El primero de ellos provoca un cambio del marco de lectura. El segundo grupo incluye mutaciones genéticas asociadas con sustituciones de pares de bases. Estas últimas no representan más del 20% de las mutaciones espontáneas, el 80% restante de las mutaciones se producen como resultado de diversas deleciones e inserciones.
Mutaciones de cambio de marco representan inserciones o eliminaciones de uno o más pares de nucleótidos. Dependiendo de la ubicación de la infracción, cambia uno u otro número de codones. En consecuencia, pueden aparecer aminoácidos adicionales en la proteína o puede cambiar su secuencia. La mayoría de mutaciones de este tipo se encuentran en moléculas de ADN que constan de bases idénticas.
Tipos de reemplazo de base vaniya :
Transiciones Consiste en sustituir una purina por una base púrica o una pirimidina por una base pirimidina.
Transversiones, en el que la base purínica se cambia a una base pirimidina o viceversa.
La importancia de las mutaciones genéticas para la viabilidad de un organismo varía. Los distintos cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN se manifiestan de forma diferente en el fenotipo. Algunas "mutaciones silenciosas" no tienen ningún efecto sobre la estructura o función de las proteínas. Un ejemplo de tal mutación es una sustitución de nucleótidos que no conduce a una sustitución de aminoácidos.
Por significado funcional Se identifican mutaciones genéticas:
llevando a la pérdida completa de la función;
como resultado de lo cual se producen cambios cuantitativos en el ARNm y los productos proteicos primarios;
dominante-negativo, cambiando las propiedades de las moléculas de proteínas de tal manera que tienen un efecto dañino sobre el funcionamiento de las células.
Los efectos más dañinos son causados por los llamados no mutaciones sensoriales , asociado con la aparición de codones terminadores que detienen la síntesis de proteínas. Además, cuanto más cerca estén las mutaciones del extremo 5" del gen (al inicio de la transcripción), más cortas serán las moléculas de proteína. Deleciones o inserciones (inserciones) que no son múltiplos de tres nucleótidos y, por tanto, provocan una Un cambio en el marco de lectura también puede conducir a la interrupción prematura de la síntesis de proteínas o a la formación de una proteína sin sentido que se degrada rápidamente.
Mutaciones sin sentido asociado con el reemplazo de nucleótidos en la parte codificante del gen. Fenotípicamente se manifiesta como una sustitución de un aminoácido en una proteína. Dependiendo de la naturaleza de los aminoácidos y del significado funcional de la zona dañada, se observa una pérdida total o parcial de la actividad funcional de la proteína.
Mutaciones de empalme afectan sitios en la unión de exones e intrones y se acompañan de la escisión de un exón y la formación de una proteína eliminada, o de la escisión de una región intrónica y la traducción de una proteína alterada sin significado. Como regla general, estas mutaciones causan enfermedades graves.
Mutaciones regulatorias asociado con un trastorno cuantitativo en las regiones reguladoras del gen. No provocan cambios en la estructura y función de las proteínas. La manifestación fenotípica de tales mutaciones está determinada por el nivel umbral de concentración de proteínas en el que aún se conserva su función.
Mutaciones dinámicas o mutaciones. expansión representan un aumento patológico en el número de repeticiones de trinucleótidos localizadas en las partes codificantes y reguladoras del gen. Muchas secuencias de trinucleótidos se caracterizan por un alto nivel de variabilidad poblacional. Una violación fenotípica ocurre cuando se excede un cierto nivel crítico en el número de repeticiones.
Mutaciones cromosómicas
Este tipo de mutación combina anomalías cromosómicas asociadas con cambios en las estructuras cromosómicas (aberraciones cromosómicas).
Las aberraciones cromosómicas se pueden clasificar mediante varios enfoques. Dependiendo de en qué punto del ciclo celular, antes o después de la replicación cromosómica, se produjeron reordenamientos, se distinguen las aberraciones. cromosómico Y cromátida tipos. Las aberraciones de tipo cromosómico ocurren en la etapa presintética: fase G 1, cuando el cromosoma está representado por una estructura monocatenaria. Las aberraciones de tipo cromátida ocurren después de la replicación cromosómica en las fases S y G 2 y afectan la estructura de una de las cromátidas. Como resultado, el cromosoma en la etapa de metafase contiene una cromátida alterada y otra normal.
Si el reordenamiento se produjo después de la replicación y afectó a ambas cromátidas, isocromátida aberración. Morfológicamente es indistinguible de las aberraciones de tipo cromosómico, aunque por origen pertenecen al tipo cromátida. Entre las aberraciones de tipos cromosómicos y cromátidos se encuentran simple Y intercambio aberraciones. Se basan en violaciones de uno o más cromosomas. Las aberraciones simples (fragmentos (deleciones)) surgen como resultado de una simple rotura cromosómica. En cada caso, se forman 2 tipos de fragmentos: céntricos y acéntricos. Hay deleciones o fragmentos terminales (finales) e intersticiales (secciones intermedias de los cromosomas).
Las aberraciones cambiarias son muy diversas. Se basan en el intercambio de secciones cromosómicas (o cromátidas) entre diferentes cromosomas (intercambio intercromosómico) o dentro de un cromosoma (intercambio intracromosómico) durante la redistribución del material genético. Los reordenamientos cambiarios son de dos tipos: simétricos y asimétricos. Los intercambios asimétricos conducen a la formación de cromosomas policéntricos y fragmentos acéntricos. En los intercambios simétricos, los fragmentos acéntricos se combinan con los céntricos, como resultado de lo cual los cromosomas involucrados en la aberración del intercambio permanecen monocéntricos.
Los intercambios intracromosómicos pueden ocurrir tanto dentro de uno (intercambio intrabrazo) como entre ambos brazos del cromosoma (intercambio entre brazos). Además, los intercambios pueden ser simples o complejos cuando en el proceso intervienen varios cromosomas. Como resultado, pueden formarse configuraciones cromosómicas inusuales y bastante complejas. Cualquier intercambio (simétrico y asimétrico, intercromosómico e intracromosómico) puede ser completo (recíproco nombre) o incompleto (no recíproco nombre) . Con un intercambio completo, todas las áreas dañadas están conectadas, y con un intercambio incompleto, algunas de ellas pueden quedar con un área dañada abierta.
Mutaciones genómicas
Las mutaciones genómicas cambian la cantidad de cromosomas. Estos cambios suelen ocurrir cuando se altera la distribución de los cromosomas entre las células hijas.
Hay dos tipos principales de mutaciones genómicas:
Poliploidía y monoploidía.
Aneuploidía.
En poliploidía el número de conjuntos de cromosomas no homólogos en el cariotipo difiere de dos (Zn; 4n, etc.). Este es el resultado de alteraciones en el ciclo mitótico, cuando se produce la duplicación de cromosomas sin división posterior del núcleo y la célula. Una de las razones de este fenómeno puede ser la endomitosis, en la que el aparato acromático de la célula se bloquea y la membrana nuclear se conserva durante todo el ciclo mitótico. Un tipo de endomitosis es la endoreduplicación, la reduplicación de cromosomas que ocurre fuera de la división celular. Durante la endoreduplicación se repiten dos períodos S sucesivos del ciclo mitótico. Como resultado, en la mitosis posterior se observará un conjunto doble (tetraploide) de cromosomas. Estas mutaciones suelen provocar la muerte fetal durante la embriogénesis. La triploidía se encuentra en el 4% y la tetraploidía en aproximadamente el 1% de todos los abortos espontáneos. Los individuos con tales cariotipos se caracterizan por numerosos defectos de desarrollo, que incluyen un físico asimétrico, demencia y hermafroditismo. Los embriones tetraploides mueren en las primeras etapas del embarazo, mientras que los embriones con células triploides ocasionalmente sobreviven, pero solo si contienen simultáneamente células con un cariotipo normal junto con células triploides. El síndrome de triploidía (69, XXY) se descubrió por primera vez en humanos en los años 60. Siglo XX En la literatura se han descrito alrededor de 60 casos de triploidía en niños. Su esperanza de vida máxima fue de 7 días.
aneuploidía - una disminución o aumento haploide múltiple en el número de cromosomas (2n+1; 2n+2; 2n-1, etc.) - se produce como resultado de un comportamiento anormal de los cromosomas homólogos en la meiosis o de las cromátidas hermanas en la mitosis.
Si los cromosomas no divergen en una de las etapas de la gametogénesis, pueden aparecer cromosomas adicionales en las células germinales. Como resultado, tras la fusión posterior con gametos haploides normales, los cigotos 2n +1 - o trisomía en cualquiera de los cromosomas. Si hay un cromosoma menos en el gameto, durante la fertilización posterior se forma un cigoto 2 n - 1, o monosómico uno de los cromosomas. La no disyunción puede afectar a más de un par de cromosomas, lo que lleva a una trisomía o monosomía en varios cromosomas. A menudo, los cromosomas adicionales causan depresión en el desarrollo o la muerte del individuo que los porta.
TEMA No. 6 Tipos de herencia en humanos
personajes mendelianos
Todos los organismos eucariotas se caracterizan por patrones generales de herencia de caracteres descubiertos por G. Mendel. Para estudiarlos es necesario recordar los términos y conceptos básicos utilizados en genética. El principal postulado de Mendel, que demostró en sus famosos experimentos con guisantes, es que cada rasgo está determinado por un par de inclinaciones hereditarias, más tarde llamadas genes alélicos. Con el desarrollo de la teoría cromosómica de la herencia, quedó claro que los genes alélicos están ubicados en los mismos loci de los cromosomas homólogos y codifican el mismo rasgo. Un par de genes alélicos pueden ser iguales (AA) o (aa), luego dicen que el individuo es homocigoto para este rasgo. Si los genes alélicos del par son diferentes (Aa), entonces el individuo es heterocigoto para este rasgo. El conjunto de genes de un organismo determinado se denomina genotipo. Es cierto que a menudo se entiende por genotipo uno o más pares de genes alélicos que son responsables del mismo rasgo. El conjunto de características de un organismo determinado se denomina fenotipo; el fenotipo se forma como resultado de la interacción del genotipo con el entorno externo.
G. Mendel introdujo los conceptos de genes dominantes y recesivos. Al alelo que determina el fenotipo lo llamó heterocigoto dominante. Por ejemplo, el gen A en heterocigoto Aa . Al otro alelo, que no se manifiesta en el estado heterocigoto, lo llamó recesivo. En nuestro caso, este es el gen a.
Los patrones básicos de herencia de caracteres según Mendel (la ley de uniformidad de los híbridos de primera generación, la división en clases fenotípicas de los híbridos de segunda generación y la combinación independiente de genes) se realizan gracias a la existencia de la ley de pureza de los gametos. La esencia de este último es que un par de genes alélicos que determina uno o otra señal: a) nunca se mezcla; b) durante el proceso de gametogénesis, diverge en diferentes gametos, es decir, en cada uno de ellos acaba un gen de un par de alelos. Citológicamente, esto está garantizado por la meiosis: los genes alélicos se encuentran en cromosomas homólogos, que en la anafase de la meiosis divergen hacia diferentes polos y terminan en diferentes gametos.
La genética humana se basa en principios generales derivados inicialmente de estudios en plantas y animales. Como ellos, los humanos tenemos pensamientos mendelianos, es decir. rasgos heredados según las leyes establecidas por G. Mendel. Los humanos, al igual que otros eucariotas, nos caracterizamos por todo tipo de herencia: autosómica dominante, autosómica recesiva, herencia de rasgos ligados a los cromosomas sexuales y por la interacción de genes no alélicos. G. Mendel también desarrolló el principal método de genética: la hibridación. Se basa en el cruce de individuos de una misma especie con características alternativas y el análisis cuantitativo de las clases fenotípicas resultantes. Naturalmente, este método no se puede utilizar en genética humana.
Primera descripción dominante autosómico La herencia de anomalías en humanos fue dada en 1905 por Farabi. El pedigrí se compiló para una familia con dedos cortos (braquidactilia). Los pacientes tienen falanges acortadas y parcialmente reducidas de los dedos de manos y pies; además, como resultado del acortamiento de las extremidades, se caracterizan por una baja estatura. El rasgo se transmite de uno de los padres a aproximadamente la mitad de los niños, independientemente del sexo. El análisis de los pedigríes de otras familias indica que la braquidactilia está ausente entre los descendientes de padres que no son portadores de este gen. Dado que un rasgo no puede existir en forma latente, es dominante. Y sus manifestaciones, independientemente del género, permiten concluir que no está ligada al género. Con base en lo anterior, podemos concluir que la braquidactilia está determinada por un gen ubicado en los autosomas y es una patología dominante.
El uso del método genealógico hizo posible identificar características dominantes no ligadas al sexo en los humanos. Estos son ojos oscuros, cabello rizado, puente de la nariz con joroba, nariz recta (la punta de la nariz parece recta), hoyuelo en el mentón, calvicie temprana en los hombres, diestro, capacidad de rodar. la lengua en forma de tubo, un rizo blanco sobre la frente, "labio de Habsburgo" - mandíbula inferior estrecho, protuberante, labio inferior caído y boca entreabierta. Algunos signos patológicos de una persona también se heredan según el tipo autosómico dominante: polidactilia o polidactilia (cuando hay de 6 a 9 dedos en una mano o pie), sindactilia (fusión de tejidos blandos o óseos de las falanges de dos o más dedos), braquidactilia (subdesarrollo de las falanges distales de los dedos, lo que lleva a dedos cortos), aracnodactilia (dedos en forma de “araña” muy alargados, uno de los síntomas del síndrome de Marfan), algunas formas de miopía. La mayoría de los portadores de una anomalía autosómica dominante son heterocigotos. A veces sucede que dos portadores de la misma anomalía dominante se casan y tienen hijos. Entonces una cuarta parte de ellos serán homocigotos para el alelo dominante mutante (AA) . Muchos casos de práctica médica indican que los homocigotos para anomalías dominantes se ven más gravemente afectados que los heterocigotos. Por ejemplo, en un matrimonio entre dos portadores de braquidactilia nació un niño que no sólo carecía de dedos de manos y pies, sino que además presentaba múltiples deformidades esqueléticas. Murió a la edad de un año. Otro niño de esta familia era heterocigoto y tenía los síntomas habituales de braquidactilia.
Autosómica recesiva Los rasgos mendelianos en humanos están determinados por genes localizados en autosomas y pueden aparecer en la descendencia de un matrimonio de dos heterocigotos, dos homocigotos recesivos o un heterocigoto y un homocigoto recesivo. Las investigaciones muestran que la mayoría de los matrimonios, entre cuya descendencia se observan enfermedades recesivas, se producen entre heterocigotos fenotípicamente normales (Aa x AA) . Los descendientes de tal matrimonio tienen genotipos AA, Aa y ah se presentará en una proporción de 1:2:1 y el niño tiene un 25% de posibilidades de verse afectado. El tipo autosómico recesivo hereda cabello suave y liso, nariz chata, ojos claros, piel fina y primer grupo sanguíneo Rh negativo, muchas enfermedades metabólicas: fenilcetonuria, galactosemia, histidinimia, etc., así como xeroderma pigmentoso.
El xeroderma pigmentoso, una de las enfermedades recesivas, ha atraído hace relativamente poco tiempo la atención de los biólogos moleculares. Esta patología se produce por la incapacidad de las células de la piel del paciente para reparar el daño en el ADN provocado por la radiación ultravioleta. Como resultado, se desarrolla inflamación de la piel, especialmente en la cara, seguida de atrofia. Finalmente, se desarrolla cáncer de piel, que provoca la muerte si no se trata. En pacientes con una enfermedad recesiva rara, el grado de consanguinidad entre los padres suele ser mucho mayor que el promedio de la población. Como regla general, los padres heredan este gen de un ancestro común y son heterocigotos. La gran mayoría de los pacientes con enfermedades autosómicas recesivas son hijos de dos heterocigotos.
Además de los tipos de herencia autosómico dominante y autosómico recesivo, también se detecta dominancia incompleta en humanos. , codominancia y sobredominancia.
Dominancia incompleta asociado con la manifestación intermedia del rasgo en el estado heterocigoto de los alelos (Aa) . Por ejemplo, una nariz grande está determinada por dos alelos AA, nariz pequeña - alelos aa, nariz normal de tamaño mediano - Aa . Según el tipo de dominancia incompleta, una persona hereda la protuberancia de los labios y el tamaño de la boca y los ojos, la distancia entre los ojos.
codominancia- Se trata de una interacción de genes alélicos en la que dos genes dominantes se encuentran en un estado heterocigoto y trabajan juntos simultáneamente, es decir, cada alelo determina su propio rasgo. Es más conveniente considerar la codominancia usando el ejemplo de herencia de grupos sanguíneos.
Los grupos sanguíneos del sistema AB0 están determinados por tres alelos: A, B y 0. Además, los alelos A y B son dominantes y el alelo 0 es recesivo. La combinación por pares de estos tres alelos en el genotipo da cuatro grupos sanguíneos. Los genes alélicos que determinan los grupos sanguíneos se encuentran en el noveno par de cromosomas humanos y se denominan en consecuencia: I A, I b y I °. El primer grupo sanguíneo está determinado por la presencia de dos alelos recesivos I° I° en el genotipo. Fenotípicamente, esto se manifiesta por la presencia de anticuerpos alfa y beta en el suero sanguíneo. El segundo grupo sanguíneo puede estar determinado por dos alelos dominantes I A I A, si una persona es homocigota, o por los alelos I A I°, si es heterocigota. Fenotípicamente, el segundo grupo sanguíneo se manifiesta por la presencia de antígenos del grupo A en la superficie de los glóbulos rojos y la presencia de anticuerpos beta en el suero sanguíneo. El tercer grupo está determinado por el funcionamiento del alelo B. Y en este caso, el genotipo puede ser heterocigoto (I en I°) u homocigoto (I en I in). Fenotípicamente, en personas con el tercer grupo sanguíneo, los antígenos B se detectan en la superficie de los eritrocitos y las fracciones de proteínas sanguíneas contienen anticuerpos alfa. Las personas con el cuarto grupo sanguíneo combinan dos alelos dominantes AB (I A I b) en su genotipo, y ambos funcionan: la superficie de los eritrocitos transporta ambos antígenos (A y B), y el suero sanguíneo no contiene alfa y beta para evitar aglutinación de las proteínas séricas correspondientes. Así, las personas con el cuarto grupo sanguíneo son ejemplos de codominancia, ya que tienen dos genes alélicos dominantes trabajando simultáneamente.
Fenómeno sobredominio debido al hecho de que en algunos casos los genes dominantes son más pronunciados en un estado heterocigoto que en un estado homocigoto. Este concepto se correlaciona con el efecto de la heterosis y está asociado con rasgos tan complejos como la viabilidad, la esperanza de vida general, etc.
Así, en el ser humano, como en otros eucariotas, se conocen todo tipo de interacciones de genes alélicos y una gran cantidad de rasgos mendelianos determinados por estas interacciones. Utilizando las leyes mendelianas de la herencia, es posible calcular la probabilidad de tener hijos con determinadas características del modelo.
El enfoque metodológico más conveniente para analizar la herencia de rasgos en varias generaciones es el método genealógico, basado en la construcción de genealogías.
Interacción genética
Hasta ahora, hemos considerado sólo rasgos controlados monogénicamente. Sin embargo, la expresión fenotípica de un gen suele verse influenciada por otros genes. A menudo, los rasgos se forman con la participación de varios genes, cuya interacción se refleja en el fenotipo.
Un ejemplo de interacción compleja de genes son los patrones de herencia del sistema del factor Rh: Rh más (Rh +) y Rh menos (Rh-). En 1939, al examinar el suero sanguíneo de una mujer que dio a luz a un feto muerto y que tenía antecedentes de transfusión con el grupo sanguíneo compatible con ABO de su marido, se descubrieron anticuerpos especiales similares a los obtenidos al inmunizar animales de experimentación con rhesus. eritrocitos de mono. Los anticuerpos detectados en la paciente se denominaron anticuerpos Rh y su tipo de sangre se denominó Rh negativo. El grupo sanguíneo Rh positivo está determinado por la presencia en la superficie de los glóbulos rojos de un grupo especial de antígenos codificados por genes estructurales que transportan información sobre los polipéptidos de membrana. Los genes que determinan el factor Rh se encuentran en el primer par de cromosomas humanos. El grupo sanguíneo Rh positivo es dominante, el grupo sanguíneo Rh negativo es recesivo. Las personas Rh positivas pueden ser heterocigotas (Rh+/Rh-) u homocigotas (Rh+/Rh+). Rh negativo - sólo homocigoto (Rh-/Rh-).
Más tarde resultó que los antígenos y anticuerpos del factor Rh tienen una estructura compleja y constan de tres componentes. Convencionalmente, los antígenos Rh se designan con las letras del alfabeto latino C, D, E. A partir del análisis de datos genéticos sobre la herencia del factor Rh en familias y poblaciones, se formuló la hipótesis de que cada componente del factor Rh es determinado por su gen, que estos genes están unidos entre sí en un locus y tienen un operador o promotor común que regula su expresión cuantitativa. Dado que los antígenos se designan con las letras C, D, E, las mismas letras minúsculas indican los genes responsables de la síntesis del componente correspondiente.
Los estudios genéticos en familias muestran la posibilidad de cruce entre tres genes en el locus del factor Rh en heterocigotos. Los estudios de población han revelado una variedad de fenotipos: CDE, CDe, cDE, cDe, CdE, Cde, cde, cde. Las interacciones entre los genes que determinan el factor Rh son complejas. Aparentemente, el factor principal que determina el antígeno Rh es el antígeno D. Es mucho más inmunogénico que los antígenos C y E. Se detecta un factor Rh negativo en personas con genotipo d/d, uno positivo, en personas con DD y D genotipos /d. En los heterocigotos CDe/Cde y Cde/cDe con una combinación de genes Cde en el locus Rh, la expresión del factor D cambia, lo que da como resultado la formación del fenotipo D u con una reacción débil en respuesta a la introducción de antígenos Rh positivos. . En consecuencia, el trabajo de los genes en el locus Rh se puede regular cuantitativamente y la manifestación fenotípica del factor Rh en personas Rh positivas puede ser diferente: mayor o menor.
La incompatibilidad del factor Rh del feto y la madre puede provocar el desarrollo de patología en el feto o un aborto espontáneo espontáneo en las primeras etapas del embarazo. Utilizando métodos especiales y sensibles se pudo comprobar que durante el parto aproximadamente 1 ml de sangre fetal puede entrar en el torrente sanguíneo de la madre. Si la madre es Rh negativa y el feto es Rh positivo, después del primer nacimiento la madre estará sensibilizada a los antígenos Rh positivos. Durante embarazos posteriores con un feto Rh incompatible, el título de anticuerpos anti-Rh en su sangre puede aumentar drásticamente y, bajo la influencia de su efecto destructivo, el feto desarrolla un cuadro clínico característico de patología hemolítica, expresado en anemia, ictericia o hidropesía.
En genética clásica, los más estudiados son tres tipos de interacción de genes no alélicos: epistasis, complementariedad y polimerización. Determinan muchas de las características heredadas de una persona.
Epistasis- este es un tipo de interacción de genes no alélicos en el que un par de genes alélicos suprime la acción del otro par. Hay epistasis dominantes y recesivas. La epistasis dominante se manifiesta en el hecho de que el alelo dominante en homocigotos (AA) o heterocigoto (Aa) La condición suprime la manifestación de otro par de alelos. En la epistasis recesiva, el gen inhibidor se encuentra en un estado homocigoto recesivo (aa) no permite que el gen epistatizado se manifieste. El gen supresor se llama supresor o inhibidor y el gen suprimido se llama hipostático. Este tipo de interacción es más típica de los genes implicados en la regulación de la ontogénesis y del sistema inmunológico humano.
Un ejemplo de epistasis recesiva en humanos es el “fenómeno de Bombay”. En la India se describió una familia en la que los padres tenían el segundo (A0) y el primero (00) grupo sanguíneo, y sus hijos tenían el cuarto (AB) y el primero (00). Para que un niño de una familia así tenga el grupo sanguíneo AB, la madre debe tener el grupo sanguíneo B, pero no el 0. Posteriormente se descubrió que en el sistema del grupo sanguíneo AB0 hay genes modificadores recesivos que, en el estado homocigótico, suprime la expresión de antígenos en la superficie de los glóbulos rojos. Por ejemplo, una persona con el tercer grupo sanguíneo debería tener un antígeno del grupo B en la superficie de los eritrocitos, pero el gen supresor epistático en el estado homocigoto recesivo (h/h) suprime la acción del gen B, de modo que los antígenos correspondientes no se forman y se manifiesta fenotípicamente el grupo sanguíneo 0. El locus del gen supresor no está vinculado al locus AB0. Los genes supresores se heredan independientemente de los genes que determinan los grupos sanguíneos ABO. El fenómeno de Bombay tiene una frecuencia de 1 entre 13.000 entre los hindúes de habla maharati que viven en las cercanías de Bombay. También es común en forma aislada en la Isla de la Reunión. Aparentemente, el síntoma está determinado por una violación de una de las enzimas involucradas en la síntesis de antígenos.
Complementariedad- este es un tipo de interacción en la que varios genes no alélicos son responsables de un rasgo, y combinación diferente Los alelos dominantes y recesivos en sus pares cambian la manifestación fenotípica del rasgo. Pero en todos los casos, cuando los genes están ubicados en diferentes pares de cromosomas, las divisiones se basan en las leyes digitales establecidas por Mendel.
Entonces, para que una persona tenga una audición normal, es necesaria la actividad coordinada de varios pares de genes, cada uno de los cuales puede estar representado por alelos dominantes o recesivos. La audición normal se desarrolla sólo si cada uno de estos genes tiene al menos un alelo dominante en el conjunto diploide de cromosomas. Si al menos un par de alelos está representado por un homocigoto recesivo, entonces la persona será sorda. Expliquemos esto con un ejemplo sencillo. Supongamos que la audición normal está determinada por un par de genes. En este caso, las personas con audición normal tienen los genotipos AABB, AABb, AaBB, AaBb. La sordera hereditaria está determinada por los genotipos: aabb, Aabb, AAbb, aaBb, aaBB. . Utilizando las leyes de Mendel para el cruce dihíbrido, es fácil calcular que padres sordos (aaBB x AAbb) pueden tener hijos con audición normal (AaBb), y padres con audición normal con la combinación adecuada de genotipos AaBb x AaBb con una alta probabilidad (más de 40%) - niños sordos.
Polimería- el condicionamiento de un determinado rasgo por varios pares de genes no alélicos que tienen el mismo efecto. Estos genes se denominan genes poliméricos. Si el número de alelos dominantes afecta el grado de expresión de un rasgo, el polímero se denomina acumulativo. Cuanto más alelos dominantes, más intensamente se expresa el rasgo. Según el tipo de polimerización acumulativa, se suelen heredar rasgos que pueden expresarse cuantitativamente: color de piel, color de cabello, altura.
El color de la piel y el cabello humanos, así como el color del iris de los ojos, lo proporciona el pigmento melanina. Al formar el color del tegumento, protege al cuerpo de la exposición a los rayos ultravioleta. Hay dos tipos de melaninas: eumelanina (negra y marrón oscura) y feumelanina (amarilla y roja). La melanina se sintetiza en las células a partir del aminoácido tirosina en varias etapas. La regulación de la síntesis se produce de muchas formas y depende, en particular, de la tasa de división celular. Cuando la mitosis celular se acelera, se forma feumelanina en la base del cabello y cuando se ralentiza, se forma eumelanina. Se han descrito algunas formas de degeneración maligna de las células epiteliales de la piel, acompañadas de acumulación de melanina (melanoma).
Todos los colores de cabello, a excepción del rojo, forman una serie continua de oscuro a claro (correspondiente a una disminución de la concentración de melanina) y se heredan poligénicamente según el tipo de polímero acumulativo. Se cree que estas diferencias se deben a cambios puramente cuantitativos en el contenido de eumelanina. El color del pelo rojo depende de la presencia de feumelanina. El color del cabello suele cambiar con la edad y se estabiliza con el inicio de la pubertad.
El color del iris está determinado por varios factores. Depende, por un lado, de la presencia de gránulos de melanina y, por otro, de la naturaleza del reflejo de la luz. Los colores negro y marrón son causados por numerosas células pigmentarias en la capa anterior del iris. En ojos de color claro, el contenido de pigmento es mucho menor. El predominio del color azul en la luz reflejada por la capa anterior del iris, que no contiene pigmento, se explica por un efecto óptico. El diferente contenido de pigmento determina toda la gama de colores de ojos.
La pigmentación de la piel humana también se hereda por el tipo de polímero acumulativo. Según estudios genéticos de familias cuyos miembros tienen diferentes intensidades de pigmentación de la piel, se supone que tres o cuatro pares de genes determinan el color de la piel humana.
El reconocimiento del principio de interacción genética sugiere que todos los genes están de alguna manera interconectados en su acción. Si un gen influye en el funcionamiento de otros genes, entonces puede influir en la manifestación no sólo de uno, sino también de varios rasgos. Esta acción múltiple de un gen se llama pleiotropía. El ejemplo más sorprendente del efecto pleiotrópico de un gen en humanos es el síndrome de Marfan, la patología autosómica dominante ya mencionada. La aracnodactilia (dedos en araña) es uno de los síntomas del síndrome de Marfan. Otros síntomas incluyen estatura alta debido al alargamiento extremo de las extremidades, hipermovilidad de las articulaciones que provoca miopía, subluxación del cristalino y aneurismas aórticos. El síndrome ocurre con igual frecuencia en hombres y mujeres. La base de estos síntomas es un defecto del desarrollo. tejido conectivo, que ocurre en las primeras etapas de la ontogénesis y conduce a múltiples manifestaciones fenotípicas.
Muchas patologías hereditarias tienen un efecto pleiotrópico. Los genes proporcionan ciertas etapas del metabolismo. Los productos de las reacciones metabólicas, a su vez, regulan y posiblemente controlan otras reacciones metabólicas. Por lo tanto, las alteraciones metabólicas en una etapa afectarán a las posteriores, de modo que la alteración de la expresión de un gen afectará a varios rasgos elementales.
Herencia y medio ambiente
La manifestación fenotípica de un rasgo está determinada por los genes responsables de ese rasgo, la interacción de quienes los determinan con otros genes y condiciones. ambiente externo. En consecuencia, el grado de expresión fenotípica de un rasgo determinista ( expresividad) puede cambiar: fortalecerse o debilitarse. Para muchos rasgos dominantes, es característico que el gen se manifieste en todos los heterocigotos, pero en diversos grados. Muchas enfermedades dominantes muestran una variabilidad individual significativa tanto en la edad de aparición como en la gravedad de la manifestación, tanto dentro de la misma familia como entre familias.
En algunos casos, es posible que un rasgo no se exprese fenotípicamente en absoluto, a pesar de la predeterminación genotípica. La frecuencia de manifestación fenotípica de un gen determinado entre sus portadores se denomina penetrancia y se expresa como porcentaje. La penetrancia es completa si el rasgo se manifiesta en todos los portadores de un gen determinado (100%), e incompleta si el rasgo se manifiesta solo en algunos portadores. En el caso de penetrancia incompleta, a veces se salta una generación durante la transmisión de un rasgo, aunque el individuo privado de él, a juzgar por el pedigrí, debería ser heterocigoto. La penetrancia es un concepto estadístico. La estimación de su valor depende a menudo de los métodos de encuesta utilizados.
Genética del sexo
De los 46 cromosomas (23 pares) del cariotipo humano, 22 pares son iguales en hombres y mujeres (autosomas), y un par, llamado par sexual, difiere en diferentes sexos: en mujeres - XX, en hombres - XY. Los cromosomas sexuales están presentes en cada célula somática de un individuo. Cuando los gametos se forman durante la meiosis, los cromosomas sexuales homólogos se separan en diferentes células sexuales. En consecuencia, cada óvulo, además de 22 autosomas, lleva un cromosoma sexual X. Todos los espermatozoides también tienen un conjunto haploide de cromosomas, de los cuales 22 son autosomas y uno es un cromosoma sexual. La mitad de los espermatozoides contiene el cromosoma X, la otra mitad contiene el cromosoma Y.
Dado que los cromosomas sexuales femeninos son idénticos y todos los óvulos llevan el cromosoma X, el sexo femenino en los humanos se llama homogamético. El sexo masculino, debido a la diferencia de cromosomas sexuales (X o Y) en los espermatozoides, se denomina heterogamético.
El sexo de una persona se determina en el momento de la fertilización. Una mujer tiene un tipo de gameto, X, un hombre, dos tipos de gametos: X e Y y, según las leyes de la meiosis, se forman en proporciones iguales. Durante la fertilización, se combinan los conjuntos de cromosomas de los gametos. Recuerde que el cigoto contiene 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales. Si el óvulo es fertilizado por un espermatozoide con un cromosoma X, entonces el cigoto tendrá un par de cromosomas sexuales XX y se convertirá en una niña. Si la fertilización fue realizada por un espermatozoide con un cromosoma Y, entonces el conjunto de cromosomas sexuales en el cigoto es XY. Tal cigoto dará lugar al cuerpo masculino. Por tanto, el sexo del feto lo determina un hombre que es heterogamético en los cromosomas sexuales. La proporción de sexos al nacer, según las estadísticas, es de aproximadamente 1:1.
La determinación cromosómica del sexo no es el único nivel de diferenciación sexual. Un papel importante en este proceso en los seres humanos lo desempeña la regulación hormonal, que se produce con la ayuda de hormonas sexuales sintetizadas por las gónadas.
La formación de los órganos genitales humanos comienza en un embrión de cinco semanas. Las células primarias del tracto germinal migran a los rudimentos de las gónadas desde el saco vitelino, que, al multiplicarse por mitosis, se diferencian en gonias y se convierten en precursoras de gametos. En embriones de ambos sexos, la migración se produce por igual. Si hay un cromosoma Y en las células de los primordios de las gónadas, entonces los testículos comienzan a desarrollarse y el comienzo de la diferenciación se asocia con el funcionamiento de la región eucromatica del cromosoma Y. Si el cromosoma Y está ausente, se desarrollan los ovarios, lo que corresponde al tipo femenino.
El hombre es bisexual por naturaleza. Los rudimentos del sistema reproductivo son los mismos en embriones de ambos sexos. Si se suprime la actividad del cromosoma Y, los rudimentos de los órganos genitales se desarrollan según el tipo femenino. En ausencia total Todos los elementos de la formación del sexo masculino forman los órganos genitales femeninos.
El tipo de caracteres sexuales secundarios está determinado por la diferenciación de las gónadas. Los órganos reproductores se forman a partir de los canales de Müller y Wolff. En las mujeres, los conductos de Müller se desarrollan en trompas de Falopio y el útero, y las atrofias wolffianas. En los hombres, los canales de Wolff se convierten en conductos seminales y vesículas seminales. Bajo la influencia de la gonadotropina coriónica de la madre, las células de Leydig situadas en los testículos embrionarios sintetizan hormonas esteroides (testosterona), que intervienen en la regulación del desarrollo del individuo según el tipo masculino. Al mismo tiempo, en los testículos, en las células de Sertoli, se sintetiza una hormona que inhibe la diferenciación de los conductos de Müller. Los machos normales se desarrollan sólo si todas las hormonas que actúan sobre los rudimentos de los órganos genitales externos e internos se "activan" en tiempo específico en un lugar determinado.
Actualmente, se han descrito alrededor de 20 defectos genéticos diferentes que, con un cariotipo normal (XY) en los cromosomas sexuales, conducen a una diferenciación alterada de las características sexuales externas e internas (hermafroditismo). Estas mutaciones están asociadas con una violación de: a) la síntesis de hormonas sexuales; b) susceptibilidad del receptor a ellos; c) el trabajo de las enzimas implicadas en la síntesis de factores reguladores, etc.
Herencia de rasgos ligados al sexo.
Los cromosomas X e Y son homólogos porque tienen regiones homólogas comunes donde se localizan los genes alélicos. Sin embargo, a pesar de la homología de los loci individuales, estos cromosomas difieren en morfología. De hecho, además de las áreas comunes, portan un gran conjunto de genes diferentes. El cromosoma X contiene genes que no están en el cromosoma Y, y varios genes del cromosoma Y están ausentes en el cromosoma X. Por tanto, en los hombres, algunos genes de los cromosomas sexuales no tienen un segundo alelo en el cromosoma homólogo. En este caso, el rasgo no está determinado por un par de genes alélicos, como ocurre en el rasgo mendeliano habitual, sino por un solo alelo. Este estado del gen se denomina hemicigoto y los rasgos cuyo desarrollo es causado por un solo alelo ubicado en uno de los cromosomas sexuales alternativos se denominan ligados al sexo. Se desarrolla predominantemente en uno de los dos sexos y se hereda de forma diferente en hombres y mujeres.
Los rasgos vinculados al cromosoma X pueden ser recesivos o dominantes. Los recesivos incluyen: hemofilia, daltonismo (incapacidad para distinguir entre los colores rojo y verde), atrofia. nervio óptico y miopatía de Duchenne. Los dominantes incluyen el raquitismo, que no puede tratarse con vitamina D, y esmalte oscuro dientes.
Consideremos la herencia ligada al cromosoma X usando el ejemplo del gen recesivo de la hemofilia. En un hombre, el gen de la hemofilia, localizado en el cromosoma X, no tiene un alelo en el cromosoma Y, es decir, está en estado hemicigoto. Por tanto, a pesar de que el rasgo es recesivo, en los hombres se manifiesta:
NORTE- gen de coagulación sanguínea normal
h - gen de la hemofilia;
X h Y - hombre con hemofilia;
X N Y - el hombre está sano.
En las mujeres, el rasgo está determinado por un par de genes alélicos en los cromosomas sexuales XX, por lo que la hemofilia solo puede manifestarse en un estado homocigoto:
X N X N - la mujer está sana.
X N X h - mujer heterocigota, portadora del gen de la hemofilia, sana,
X h X h es una mujer con hemofilia.
Las leyes de transmisión de rasgos vinculados a los cromosomas X fueron estudiadas por primera vez por T. Morgan.
Además de los rasgos ligados al cromosoma X, los hombres tienen rasgos ligados al cromosoma Y. Se les llama holándricos. Los genes que los determinan están localizados en aquellas regiones de los cromosomas Y que no tienen análogos en los cromosomas X. Los rasgos holandricos también están determinados por un solo alelo y, dado que sus genes se encuentran solo en el cromosoma Y, se detectan en los hombres y se transmiten de padre a hijo, o mejor dicho, a todos los hijos. Los signos holándricos incluyen: orejas peludas, membranas entre los dedos de los pies, ictiosis (la piel tiene estrías profundas y se asemeja a escamas de pez).
Las regiones homólogas de los cromosomas X e Y contienen genes alélicos que tienen la misma probabilidad de encontrarse en hombres y mujeres.
Los signos que identifican incluyen daltonismo general (falta de visión de los colores) y xeroderma pigmentoso. Ambos rasgos son recesivos. Los rasgos asociados con genes alélicos ubicados en los cromosomas X e Y se heredan según las leyes mendelianas clásicas.
Herencia limitada y controlada por el sexo
Las características humanas, cuya herencia está de alguna manera relacionada con el género, se dividen en varias categorías.
Una de las categorías es signos, oglimitado por género. Su desarrollo está determinado por genes ubicados en los autosomas de ambos sexos, pero que se manifiestan solo en un sexo. Por ejemplo, los genes que determinan el ancho de la pelvis de una mujer están localizados en autosomas, heredados tanto del padre como de la madre, pero aparecen sólo en las mujeres. Lo mismo se aplica a la edad de la pubertad en las niñas. Entre caracteristicas masculinas, limitado por género, se puede llamar la cantidad y distribución del vello en el cuerpo.
Otra categoría incluye Reconocidoki controlado por género, o dependiente del género. El desarrollo de las características somáticas está determinado por genes ubicados en los autosomas, se manifiestan en hombres y mujeres, pero de diferentes maneras. Por ejemplo, en los hombres, la calvicie temprana es un rasgo dominante; se manifiesta tanto en homocigotos dominantes (Aa) como en heterocigotos (Aa). En las mujeres, este rasgo es recesivo; aparece sólo en homocigotos recesivos (aa) . Por tanto, hay muchos más hombres calvos que mujeres. Otro ejemplo es la gota, cuya penetrancia es mayor en los hombres: 80% versus 12% en las mujeres. Esto significa que los hombres tienen más probabilidades de sufrir gota. La expresividad de los rasgos controlados por el género está determinada por las hormonas sexuales. Por ejemplo, el tipo de voz para cantar (bajo, barítono, tenor, soprano, mezzosoprano y contralto) está controlado por la constitución sexual. A partir de la pubertad, el rasgo está influenciado por las hormonas sexuales.
Enlace genético y mapas cromosómicos.
La teoría cromosómica de la herencia fue formulada y probada experimentalmente por T. Morgan y sus colegas. Según esta teoría, los genes se encuentran en los cromosomas y están dispuestos linealmente sobre ellos. Los genes localizados en el mismo cromosoma se denominan ligados; se heredan juntos y forman un grupo de ligamiento. El número de grupos de enlace corresponde al número de pares de cromosomas homólogos. Los humanos tenemos 46 cromosomas: 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales (XX o XY), por lo tanto, las mujeres tienen 23 grupos de ligamiento y los hombres 24, ya que los cromosomas sexuales masculinos (XY) no son completamente homólogos entre sí. Cada uno de los cromosomas sexuales masculinos tiene genes característicos únicamente del cromosoma X y únicamente del cromosoma Y, que corresponden a los grupos de enlace de los cromosomas X e Y.
Los genes ubicados en el mismo cromosoma y que forman un grupo de enlace no están absolutamente vinculados. En el cigoteno, la profase de la primera división meiótica, los cromosomas homólogos se fusionan para formar bivalentes, luego, en el paquiteno, se produce un intercambio de regiones entre las cromátidas de los cromosomas homólogos. El cruce es un proceso obligatorio. Ocurre en cada par de cromosomas homólogos. Cuanto más separados están los genes en un cromosoma, más a menudo se produce el cruce entre ellos. Gracias a este proceso, aumenta la diversidad de combinaciones de genes en los gametos. Por ejemplo, un par de cromosomas homólogos contiene genes vinculados AB y ab. En la profase de la meiosis, los cromosomas homólogos se conjugan y forman un bivalente: AB ab
Si no se produce el cruce entre los genes A y B, como resultado de la meiosis se forman dos tipos de gametos no cruzados: AB y ab. Si se produce el cruce, se obtendrán gametos cruzados: Ab y B, es decir, los grupos de enlace cambiarán. Cuanto más distantes están los genes A y B entre sí, mayor es la probabilidad de formación y, en consecuencia, aumenta el número de gametos cruzados.
Si los genes de un cromosoma grande están ubicados a una distancia suficiente entre sí y durante la meiosis se producen numerosos cruces entre ellos, entonces se pueden heredar de forma independiente.
El descubrimiento del entrecruzamiento permitió a T. Morgan y al personal de su escuela desarrollar el principio de construcción de mapas genéticos de cromosomas en las dos primeras décadas del siglo XX. Utilizaron el fenómeno de ligamiento para determinar la localización de genes ubicados en el mismo cromosoma y crear mapas genéticos de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. En los mapas genéticos, los genes se ubican linealmente uno tras otro a cierta distancia. La distancia entre genes se determina en porcentaje de entrecruzamiento o en morganidos (el 1% de entrecruzamiento equivale a un morganido).
Para construir mapas genéticos en plantas y animales se realizan análisis de cruces, en los que basta con calcular el porcentaje de individuos formados como resultado del cruce y construir un mapa genético a partir de tres genes vinculados. En los seres humanos, el análisis de ligamiento genético utilizando métodos clásicos es imposible, ya que los matrimonios experimentales son imposibles. Por lo tanto, para estudiar grupos de ligamiento y mapear cromosomas humanos, se utilizan otros métodos, principalmente genealógicos, basados en el análisis de genealogías.
TEMA No. 7 Enfermedades humanas hereditarias.
El problema de la salud humana y la genética están estrechamente relacionados. Los científicos genéticos están tratando de responder a la pregunta de por qué algunas personas son susceptibles a diversas enfermedades, mientras que otras permanecen sanas en estas condiciones o incluso en peores. Esto se debe principalmente a la herencia de cada persona, es decir. propiedades de sus genes contenidos en los cromosomas.
En los últimos años, ha habido un rápido ritmo de desarrollo en la genética humana y la genética médica. Esto se explica por muchas razones y, sobre todo, por un fuerte aumento de la participación de la patología hereditaria en la estructura de morbilidad y mortalidad de la población. Las estadísticas muestran que de cada 1000 recién nacidos, entre 35 y 40 son diagnosticados con diversos tipos de enfermedades hereditarias, y en la mortalidad de niños menores de 5 años, las enfermedades cromosómicas representan el 2-3%, las enfermedades genéticas, el 8-10%, las multifactoriales. enfermedades - 35-40%. Cada año en nuestro país nacen 180 mil niños con enfermedades hereditarias. Más de la mitad de ellos tienen defectos congénitos, unos 35 mil. - enfermedades cromosómicas y más de 35 mil - enfermedades genéticas. Cabe señalar que el número de enfermedades hereditarias en humanos crece cada año y se observan nuevas formas de patología hereditaria. En 1956, había 700 formas conocidas de enfermedades hereditarias, y en 1986 el número había aumentado a 2000. En 1992, el número de enfermedades y rasgos hereditarios conocidos había aumentado a 5710.
Todas las enfermedades hereditarias se dividen en tres grupos:
Genético (monogénico: la patología se basa en un par de genes alélicos)
Cromosómico
Enfermedades con predisposición hereditaria (multifactoriales).
Enfermedades genéticas humanas
Las enfermedades genéticas son un gran grupo de enfermedades que resultan del daño del ADN a nivel genético.
La frecuencia general de enfermedades genéticas en la población es del 1-2%. Convencionalmente, la frecuencia de las enfermedades genéticas se considera alta si ocurre con una frecuencia de 1 caso por cada 10.000 recién nacidos, en promedio, 1 por cada 10.000-40.000, y luego baja.
Las formas monogénicas de enfermedades genéticas se heredan de acuerdo con las leyes de G. Mendel. Según el tipo de herencia, se dividen en autosómica dominante, autosómica recesiva y ligadas a los cromosomas X o Y.
La mayoría de las patologías genéticas son causadas por mutaciones en genes estructurales que realizan su función mediante la síntesis de polipéptidos: proteínas. Cualquier mutación genética provoca un cambio en la estructura o cantidad de la proteína.
La aparición de cualquier enfermedad genética está asociada con el efecto primario del alelo mutante. El esquema básico de enfermedades genéticas incluye una serie de vínculos:
organismo.
alelo mutante;
producto primario modificado;
cadena de procesos bioquímicos posteriores de la célula;
Como resultado de una mutación genética a nivel molecular, son posibles las siguientes opciones:
síntesis de proteínas anormales;
producción de una cantidad excesiva de producto genético;
falta de producción de producto primario;
producción de una cantidad reducida de producto primario normal.
Sin terminar a nivel molecular en enlaces primarios, la patogénesis de las enfermedades genéticas continúa a nivel celular. En diversas enfermedades, el punto de aplicación de la acción de un gen mutante puede ser estructuras celulares individuales: lisosomas, membranas, mitocondrias u órganos humanos. Las manifestaciones clínicas de las enfermedades genéticas, la gravedad y la velocidad de su desarrollo dependen de las características del genotipo del organismo (genes modificadores, dosis del gen, duración de la acción del gen mutante, homocigosidad y heterocigosidad, etc.), la edad del paciente, el entorno. condiciones (nutrición, enfriamiento, estrés, exceso de trabajo) y otros factores.
Una característica de las enfermedades genéticas (como en general de todas las hereditarias) es su heterogeneidad. Esto significa que la misma manifestación fenotípica de una enfermedad puede ser causada por mutaciones en diferentes genes o por diferentes mutaciones dentro de un mismo gen.
Las enfermedades genéticas en humanos incluyen numerosas enfermedades metabólicas. Pueden estar asociados con trastornos metabólicos de carbohidratos, lípidos, esteroides, purinas y pirimidinas, bilirrubina, metales, etc. Aún no existe una clasificación unificada de enfermedades metabólicas hereditarias. El grupo científico de la OMS propuso la siguiente clasificación:
1) enfermedades del metabolismo de los aminoácidos (fenilcetonuria, alcaptonuria, etc.);
trastornos hereditarios del metabolismo de los carbohidratos (galugosemia, glucógeno
enfermedad, etc.);
enfermedades asociadas con trastornos del metabolismo de los lípidos (enfermedad de Niemann)
Pick, enfermedad de Gaucher, etc.);
trastornos hereditarios del metabolismo de los esteroides;
enfermedades hereditarias del metabolismo de las purinas y pirimidinas (gota,
síndrome de Lesch-Nayan, etc.);
6) enfermedades de los trastornos metabólicos del tejido conectivo (enfermedad de Marfan,
mucopolisacaridosis, etc.);
7) trastornos hereditarios del hemo y la porfirina (hemoglobinopatías, etc.);
enfermedades asociadas con trastornos metabólicos en los glóbulos rojos (hemolíticos
anemia, etc.);
trastornos hereditarios del metabolismo de la bilirrubina;
enfermedades hereditarias del metabolismo de los metales (enfermedad de Konovalov-Wilson
síndromes hereditarios de malabsorción en el tracto digestivo
tracto (fibrosis quística, intolerancia a la lactosa, etc.).
Consideremos las enfermedades genéticas más comunes y actualmente más estudiadas genéticamente.
Los genomas de los organismos vivos son relativamente estables, lo cual es necesario para preservar la estructura de la especie y la continuidad del desarrollo. Para mantener la estabilidad en la célula funcionan. varios sistemas reparaciones que corrijan violaciones en la estructura del ADN. Sin embargo, si los cambios en la estructura del ADN no se mantuvieran en absoluto, las especies no podrían adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes y evolucionar. Al crear potencial evolutivo, es decir. En el nivel requerido de variabilidad hereditaria, el papel principal corresponde a las mutaciones.
El término " mutación"G. de Vries en su obra clásica" Teoría de la mutación(1901-1903) designó el fenómeno de cambios espasmódicos e intermitentes en una característica. Señaló un número características de la variabilidad mutacional:
- una mutación es un estado cualitativamente nuevo de un rasgo;
- las formas mutantes son constantes;
- las mismas mutaciones pueden ocurrir repetidamente;
- las mutaciones pueden ser beneficiosas o perjudiciales;
- La detección de mutaciones depende del número de individuos analizados.
La base para la aparición de una mutación es un cambio en la estructura del ADN o de los cromosomas, por lo que las mutaciones se heredan en generaciones posteriores. La variabilidad mutacional es universal; ocurre en todos los animales, superiores y plantas inferiores, bacterias y virus.
Convencionalmente, el proceso de mutación se divide en espontáneo e inducido. El primero ocurre bajo la influencia de factores naturales (externos o internos), el segundo, con un efecto específico en la célula. La frecuencia de mutagénesis espontánea es muy baja. En los humanos, se encuentra en el rango de 10 -5 - 10 -3 por gen por generación. En términos del genoma, esto significa que cada uno de nosotros tiene, en promedio, un gen que nuestros padres no tenían.
La mayoría de las mutaciones son recesivas, lo cual es muy importante porque... las mutaciones violan la norma establecida (tipo salvaje) y, por lo tanto, son dañinas. Sin embargo, la naturaleza recesiva de los alelos mutantes les permite largo tiempo persisten en una población en un estado heterocigoto y se manifiestan como resultado de la variabilidad combinativa. Si la mutación resultante tiene un efecto beneficioso sobre el desarrollo del organismo, persistirá. seleccion natural y difundirse entre los individuos de la población.
Según la naturaleza de la acción del gen mutante. Las mutaciones se dividen en 3 tipos:
- morfológico,
- fisiológico,
- bioquímico.
Mutaciones morfológicas cambiar la formación de órganos y procesos de crecimiento en animales y plantas. Un ejemplo de este tipo de cambio son las mutaciones en el color de los ojos, la forma de las alas, el color del cuerpo y la forma de las cerdas en Drosophila; patas cortas en ovejas, enanismo en plantas, dedos cortos (braquidactilia) en humanos, etc.
Mutaciones fisiológicas Suelen reducir la viabilidad de los individuos, entre ellos hay muchas mutaciones letales y semiletales. Ejemplos de mutaciones fisiológicas son las mutaciones respiratorias en las levaduras, las mutaciones de la clorofila en las plantas y la hemofilia en los humanos.
A mutaciones bioquímicas incluyen aquellos que suprimen o interrumpen la síntesis de ciertos sustancias químicas, generalmente como resultado de la ausencia de una enzima necesaria. Este tipo incluye mutaciones auxotróficas de bacterias, que determinan la incapacidad de la célula para sintetizar cualquier sustancia (por ejemplo, un aminoácido). Estos organismos sólo pueden vivir en presencia de esta sustancia en el medio ambiente. En los seres humanos, el resultado de una mutación bioquímica es una enfermedad hereditaria grave: la fenilcetonuria, causada por la ausencia de una enzima que sintetiza tirosina a partir de fenilalanina, como resultado de lo cual la fenilalanina se acumula en la sangre. Si la presencia de este defecto no se detecta a tiempo y la fenilalanina no se excluye de la dieta de los recién nacidos, el cuerpo se enfrenta a la muerte debido a un grave deterioro del desarrollo del cerebro.
Las mutaciones pueden ser generativo Y somático. Los primeros surgen en las células germinales, los segundos en las células del cuerpo. Su valor evolutivo es diferente y está asociado al método de reproducción.
mutaciones generativas puede ocurrir en etapas diferentes desarrollo de células germinales. Cuanto antes surjan, mayor será el número de gametos que los portarán y, por tanto, aumentará la posibilidad de su transmisión a la descendencia. Una situación similar ocurre en el caso de una mutación somática. Cuanto antes ocurra, más células lo transportarán. Los individuos con áreas alteradas del cuerpo se llaman mosaicos o quimeras. Por ejemplo, en Drosophila, se observa mosaicismo en el color de los ojos: sobre un fondo rojo, aparecen manchas blancas (facetas desprovistas de pigmento) como resultado de una mutación.
En los organismos que se reproducen sólo sexualmente, mutaciones somáticas no representan ningún valor ni para la evolución ni para la selección, porque no se heredan. En plantas que pueden reproducirse vegetativamente, las mutaciones somáticas pueden convertirse en material de selección. Por ejemplo, mutaciones de yemas que producen brotes alterados (deportivos). De tal deporte I.V. Michurin, mediante el método de injerto, obtuvo una nueva variedad de manzano, Antonovka de 600 gramos.
Las mutaciones son diversas no sólo en su manifestación fenotípica, sino también según los cambios que se producen en el genotipo. hay mutaciones genético, cromosómico Y genómico.
Mutaciones genéticas
Mutaciones genéticas cambiar la estructura de genes individuales. Entre ellos, una parte importante son mutaciones puntuales, en el que el cambio afecta a un par de nucleótidos. Muy a menudo, las mutaciones puntuales implican una sustitución de nucleótidos. Hay dos tipos de tales mutaciones: transiciones y transversiones. Durante las transiciones en un par de nucleótidos, la purina se reemplaza por purina o la pirimidina por pirimidina, es decir la orientación espacial de las bases no cambia. En las transversiones, una purina se reemplaza por una pirimidina o una pirimidina por una purina, lo que cambia la orientación espacial de las bases.
Por la naturaleza de la influencia de la sustitución de bases en la estructura de la proteína codificada por el gen. Hay tres clases de mutaciones: mutaciones sin sentido, mutaciones sin sentido y mutaciones con mismo sentido.
Mutaciones faltantes cambia el significado del codón, lo que conduce a la aparición de un aminoácido incorrecto en la proteína. Esto puede tener consecuencias muy graves. Por ejemplo, una enfermedad hereditaria grave, la anemia falciforme, una forma de anemia, es causada por la sustitución de un solo aminoácido en una de las cadenas de hemoglobina.
Mutación sin sentido es la aparición (como resultado del reemplazo de una base) de un codón terminador dentro de un gen. Si el sistema de ambigüedad de traducción no está activado (ver arriba), el proceso de síntesis de proteínas se interrumpirá y el gen solo podrá sintetizar un fragmento del polipéptido (proteína abortiva).
En mutaciones del mismo sentido la sustitución de una base da como resultado la aparición de un codón sinónimo. En este caso, no hay cambios en el código genético y se sintetiza proteína normal.
Además de las sustituciones de nucleótidos, las mutaciones puntuales pueden deberse a la inserción o eliminación de un único par de nucleótidos. Estas violaciones conducen a un cambio en el marco de lectura; en consecuencia, el codigo genetico y se sintetiza la proteína modificada.
Las mutaciones genéticas incluyen la duplicación y la pérdida de pequeñas secciones del gen, así como inserciones- inserciones de material genético adicional, cuya fuente suele ser elementos genéticos móviles. Las mutaciones genéticas son la razón de la existencia. pseudogenes— copias inactivas de genes funcionales que carecen de expresión, es decir no se forma ninguna proteína funcional. En los pseudogenes, las mutaciones pueden acumularse. El proceso de desarrollo tumoral está asociado con la activación de pseudogenes.
Existen dos motivos principales para la aparición de mutaciones genéticas: errores durante los procesos de replicación, recombinación y reparación del ADN (errores de las tres P) y la acción de factores mutagénicos. Un ejemplo de errores en el funcionamiento de los sistemas enzimáticos durante los procesos anteriores es el emparejamiento de bases no canónico. Se observa cuando se incluyen bases menores en la molécula de ADN, análogas a las ordinarias. Por ejemplo, en lugar de timina se puede incluir bromuracilo, que se combina bastante fácilmente con la guanina. Debido a esto, el par AT es reemplazado por GC.
Bajo la influencia de mutágenos, puede ocurrir la transformación de una base en otra. Por ejemplo, el ácido nitroso convierte la citosina en uracilo mediante desaminación. EN próximo ciclo Durante la replicación, se empareja con adenina y el par GC original es reemplazado por AT.
Mutaciones cromosómicas
Se producen cambios más graves en el material genético cuando mutaciones cromosómicas. Se llaman aberraciones cromosómicas o reordenamientos cromosómicos. Los reordenamientos pueden afectar a un cromosoma (intracromosómico) o a varios (intercromosómico).
Los reordenamientos intracromosómicos pueden ser de tres tipos: pérdida (falta) de una sección cromosómica; duplicación de una sección cromosómica (duplicación); Rotación de una sección cromosómica de 180° (inversión). Los reordenamientos intercromosómicos incluyen translocaciones- movimiento de una sección de un cromosoma a otro cromosoma no homólogo.
La pérdida de una parte interna de un cromosoma que no afecta a los telómeros se llama eliminaciones, y la pérdida de la sección final es desafío. La sección desprendida del cromosoma, si carece de centrómero, se pierde. Ambos tipos de deficiencias pueden identificarse por el patrón de conjugación de cromosomas homólogos en la meiosis. En el caso de una deleción terminal, un homólogo es más corto que el otro. En escasez interna el homólogo normal forma un bucle contra la región del homólogo perdido.
Las deficiencias conllevan la pérdida de parte de la información genética, por lo que son perjudiciales para el organismo. El grado de daño depende del tamaño del área perdida y de su composición genética. Los homocigotos para las deficiencias rara vez son viables. Ud. organismos inferiores el efecto de la escasez es menos notorio que el de las más altas. Los bacteriófagos pueden perder una parte importante de su genoma, reemplazando la sección perdida con ADN extraño y, al mismo tiempo, conservar su actividad funcional. En las clases altas, incluso la heterocigosidad para las deficiencias tiene sus límites. Así, en Drosophila, la pérdida de una región que comprende más de 50 discos por uno de los homólogos tiene un efecto letal, a pesar de que el segundo homólogo es normal.
Una persona tiene una serie de deficiencias asociadas con enfermedades hereditarias: forma grave de leucemia (cromosoma 21), síndrome del llanto del gato en recién nacidos (cromosoma 5), etc.
Las deficiencias se pueden utilizar para el mapeo genético al vincular la pérdida de una región específica de un cromosoma con características morfológicas individuos.
Duplicación Se llama duplicación de cualquier parte de un cromosoma de un conjunto de cromosomas normal. Como regla general, las duplicaciones conducen a un aumento de un rasgo controlado por un gen localizado en esta región. Por ejemplo, duplicar el gen en Drosophila Bar, que provoca una reducción del número de facetas del ojo, conduce a una disminución adicional de su número.
Las duplicaciones se detectan fácilmente citológicamente mediante la alteración del patrón estructural de los cromosomas gigantes, y genéticamente pueden identificarse por la ausencia de un fenotipo recesivo durante el cruce.
inversión- girar una sección 180° - cambia el orden de los genes en el cromosoma. Este es un tipo muy común de mutación cromosómica. Especialmente muchos de ellos se encontraron en los genomas de Drosophila, Chironomus y Tradescantia. Hay dos tipos de inversiones: paracéntricas y pericéntricas. Los primeros afectan sólo a un brazo del cromosoma, sin tocar la región centromérica y sin cambiar la forma de los cromosomas. Las inversiones pericéntricas involucran la región del centrómero, que incluye partes de ambos brazos del cromosoma y, por lo tanto, pueden cambiar significativamente la forma del cromosoma (si las rupturas ocurren a diferentes distancias del centrómero).
En la profase de la meiosis, la inversión heterocigótica se puede detectar mediante un bucle característico, con la ayuda del cual se restablece la complementariedad de las regiones normales e invertidas de dos homólogos. Si ocurre un solo cruce en el área de inversión, conduce a la formación de cromosomas anormales: dicéntrico(con dos centrómeros) y acéntrico(sin centrómero). Si el área invertida tiene una extensión significativa, entonces puede ocurrir un doble entrecruzamiento, como resultado de lo cual se forman productos viables. En presencia de inversiones dobles en una región del cromosoma, el entrecruzamiento generalmente se suprime y, por lo tanto, se denominan "supresores de cruce" y se designan con la letra C. Esta característica de las inversiones se utiliza cuando análisis genético, por ejemplo, al tener en cuenta la frecuencia de las mutaciones (métodos de contabilidad cuantitativa de las mutaciones de G. Möller).
Reordenamientos intercromosómicos: las translocaciones, si tienen la naturaleza de un intercambio mutuo de secciones entre cromosomas no homólogos, se denominan recíproco. Si la rotura afecta a un cromosoma y la sección desgarrada está unida a otro cromosoma, entonces esto es: translocación no recíproca. Los cromosomas resultantes funcionarán normalmente durante la división celular si cada uno de ellos tiene un centrómero. La heterocigosidad para las translocaciones cambia en gran medida el proceso de conjugación en la meiosis, porque La atracción homóloga no la experimentan dos cromosomas, sino cuatro. En lugar de bivalentes, se forman cuadrivalentes, que pueden tener diferentes configuraciones en forma de cruces, anillos, etc. Su divergencia incorrecta conduce a menudo a la formación de gametos no viables.
Con las translocaciones homocigotas, los cromosomas se comportan normalmente y se forman nuevos grupos de enlace. Si se conservan mediante selección, surgen nuevas razas cromosómicas. Así, las translocaciones pueden ser un factor eficaz en la especiación, como es el caso de algunas especies de animales (escorpiones, cucarachas) y plantas (datura, peonía, onagra). En la especie Paeonia californica, todos los cromosomas participan en el proceso de translocación y en la meiosis se forma un único complejo de conjugación: 5 pares de cromosomas forman un anillo (conjugación de un extremo a otro).
En el marco de la clasificación formal, existen:Mutaciones genómicas: cambios en la cantidad de cromosomas;
mutaciones cromosómicas – reordenamiento de la estructura de los cromosomas individuales;
mutaciones genéticas – y/o secuencias componentes genes (nucleótidos) en la estructura del ADN, cuya consecuencia es un cambio en la cantidad y calidad de los productos proteicos correspondientes.
Las mutaciones genéticas ocurren por sustitución, eliminación (pérdida), translocación (movimiento), duplicación (duplicación), inversión (cambio) de nucleótidos dentro de genes individuales. En el caso de que hablemos de transformaciones dentro de un nucleótido, el término utilizado es mutación puntual.
Tales transformaciones de nucleótidos provocan la aparición de tres códigos mutantes:
Con un significado cambiado (mutación sin sentido), cuando en el polipéptido codificado por este gen, un aminoácido es reemplazado por otro;
con significado sin cambios (mutaciones neutrales): la sustitución de nucleótidos no va acompañada de la sustitución de aminoácidos y no tiene un efecto notable sobre la estructura o función de la proteína correspondiente;
sin sentido (mutaciones sin sentido), que pueden provocar la terminación de la cadena polipeptídica y tener el mayor efecto dañino.
Mutaciones en diferentes partes del gen.
Si consideramos un gen desde el punto de vista de su organización estructural y funcional, entonces las deleciones, inserciones, sustituciones y movimientos de nucleótidos que ocurren en él se pueden dividir en dos grupos:1. mutaciones en las regiones reguladoras del gen (en la parte promotora y en el sitio de poliadenilación), que provocan cambios cuantitativos en los productos correspondientes y se manifiestan clínicamente dependiendo del nivel máximo de proteínas, pero su función aún se conserva;
2. mutaciones en las regiones codificantes del gen:
en los exones – provocan la terminación prematura de la síntesis de proteínas;
en los intrones, pueden generar nuevos sitios de empalme, que en última instancia reemplazan a los originales (normales);
en los sitios de empalme (en la unión de exones e intrones): conducen a la traducción de proteínas sin sentido.
Para eliminar las consecuencias de este tipo de daños, existen mecanismos especiales de reparación. Cuya esencia es eliminar la sección errónea de ADN y luego restaurar la original en este lugar. Sólo si el mecanismo de reparación no funciona o no puede hacer frente al daño se produce una mutación.