Мутации. Структура гена, общая характеристика генома человека

Июль 22, 2022

Главная
Биология
Мутации. Структура гена, общая характеристика генома человека

Содержание

2. Терминология Геномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется в зависимости от того,
3. Структура гена, общая характеристика генома человека Структура бета-глобинового гена человека Структурная организация нуклеотидных последовательностей (генов) в
4. Современное состояние теории гена 1) ген(цистрон) – функциональная неделимая еденица наследственного материала (ДНК у организмов и
5. Генные мутации. Причины, примеры , классификация Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются: муковисцидоз, гемохроматоз, адрено-генитальный синдром, фенилкетонурия,
7. Другие типы мутаций делеции (от лат. deletio - уничтожение), когда происходит утрата сегмента ДНК размером от
8. Хромосомные мутации
9. Геномные и хромосомные мутации Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числа хромосом в
10. Схема нерасхождения хромосом Схемы наиболее частых хромосомных аберраций: Делеции: 1 - концевая; 2 - интерстициальная. Инверсии:
11. Межхромосомные мутации Межхромосомные мутации, или мутации перестройки — обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Такие мутации получили
12. Неравный кроссинговер или генная конверсия – может быть причиной мутаций в тех генах, для которых известны
13. Мутации сайта сплайсинга Нарушают вырезание интронов из первичного транскрипта мРНК во время ее созревания. Эти мутации
14. Динамические мутации Увеличение числа повторов – тринуклеотидных, 5-ти, 12-ти (наследственные невралгические заболевания: хорея Гентингтона) Наследуется как
15. Функциональные эффекты мутаций Фенотипический эффект – утрата/приобретение функции 1. Большинство аутосомно-рецессивных заболеваний являются следствием утраты функции
16. Наследственные болезни обмена веществ 22 подкласса в зависимости от пораженного метаболического пути Подклассы/частота: Аминоацидопатии 31% Органические
17. Терминология Алле́ли (от греч. ἀλλήλων — друг друга, взаимно) — различные формы (значения) одного и того
19. Скачать презентацию

Слайд 2

Терминология
Геномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется

в зависимости от того, от какого родителя поступили аллели. Наследование признаков, определяемых импринтируемыми генами, происходит не по Менделю. Импринтинг осуществляется посредством метилирования ДНК в промоторах, в результате чего транскрипция гена блокируется. Обычно импринтируемые гены образуют кластеры в геноме.
Плейотропи́я (от греч. πλείων — «больше» и греч. τρέπειν — «поворачивать, превращать») — явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Таким образом, новая мутация в гене может оказать влияние на некоторые или все связанные с этим геном признаки. Этот эффект может вызвать проблемы при селективном отборе, когда при отборе по одному из признаков лидирует один из аллелей гена, а при отборе по другим признакам — другой аллель этого же гена.

Слайд 3

Структура гена, общая характеристика генома человека
Структура бета-глобинового гена человека
Структурная организация нуклеотидных

последовательностей (генов) в ДНК

Примерно:
2% - гены кодирующие а-ты
73% - однокопийные гены некодирующие
25% - повторяющиеся элементы:
- Диспергированные последовательности ДНК
(мобильные генетические элементы
вставочные элементы SINE, LINE)
- Сателлитные ДНК
(а-Сателлитная; микросателлитные – STR и VNTR)

Микро- и макросателитные ДНК используют:
1. Для диагностики генных болезней;
2. В судебно-медицинской экспертизе для идентификации личностей;
3. Для установления отцовства и в других ситуациях.

Слайд 4

Современное состояние теории гена
1) ген(цистрон) – функциональная неделимая еденица наследственного материала

(ДНК у организмов и РНК у некоторых вирусов), определяющая проявление наследственного признака или свойства организма.
2) Большинство генов существует в виде двух или большего числа альтернативных (взаимоисключающих) вариантов аллелей. Все аллели данного гена локализуются в одной и той же хромосоме в определенном ее участке, которую назвали локусом.
3) Внутри гена могут происходить изменения в виде мутаций и рекомбинаций; минимальные размеры мутона равны одной паре нуклеотидов.
4) Существуют структурные и регуляторные гены.
5) Структурные гены несут информацию о последовательности аминокислот в определенном полипептиде и нуклеотидов в рРНК, тРНК
6) Регуляторные гены контролируют и направляют роботу структурных генов.
7) Ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка, он является матрицей для синтеза различных видов РНК, которые непосредственно принимают участие в синтезе белка.
8) Существует соответствие (колиннеарность) между расположением триплетов из нуклеотидов в структурных генах и порядком аминокислот в молекуле полипептида.
9) Большинство мутаций гена не проявляются в фенотипе, так как молекулы ДНК способны к репарации (востановлению своей нативной структуры)
10) Генотип являет собой систему, которая состоит из дискретных единиц – генов.
11) Фенотическое проявление гена зависит от генотипической среды, в которой находится ген, влияние факторов внешней и внутренней среды.

Слайд 5

Генные мутации. Причины, примеры , классификация
Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются: муковисцидоз,

гемохроматоз, адрено-генитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна-Беккера и ряд других заболеваний. Клинически они проявляются признаками нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме.
Мутация может заключаться: 1) в замене основания в кодоне - миссенсмутация (от англ, mis - ложный, неправильный + лат. sensus - смысл) - замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в белке;
2) в таком изменении кодона, которое приведет к остановке считывания - нонсенсмутация (от лат. non - нет + sensus - смысл) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к образованию стоп-кодона и прекращению трансляции;
3) нарушении считывания информации - сдвиге рамки считывания, называемом фреймшифтом (от англ. frame - рамка + shift: - сдвиг, перемещение), когда молекулярные изменения приводят к изменению триплетов в процессе трансляции полипептидной цепи

Слайд 6

Слайд 7

Другие типы мутаций
делеции (от лат. deletio - уничтожение), когда происходит утрата сегмента

ДНК размером от одного нуклеотида до гена;
дупликации (от лат. duplicatio - удвоение), т.е. удвоение или повторное дублирование сегмента ДНК от одного нуклеотида до целых генов;
инверсии (от лат. inversio - перевертывание), т.е. поворот на 180° сегмента ДНК размерами от двух нукпеотидов до фрагмента, включающего несколько генов;
инсерции (от лат. insertio - прикрепление), т.е. вставка фрагментов ДНК размером от одного нуклеотида до целого гена.
«Молчащие» мутации

Слайд 8

Хромосомные мутации

Слайд 9

Геномные и хромосомные мутации
Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия)

числа хромосом в диплоидном наборе, некратное гаплоидному (2n + 1, 2n - 1 и т.д.).
Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (3n, 4n, 5n и т.д.).
У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидии являются летальными мутациями.
К наиболее частым геномным мутациям относятся:
трисомия — наличие трех гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, при синдроме Дауна, по 18-й паре при синдроме Эдвардса, по 13-й паре при синдроме Патау; по половым хромосомам: XXX, ХХY, ХYY);
моносомия - наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная моносомия у человека, совместимая с жизнью, - моносомия по Х-хромосоме - приводит (к синдрому Шерешевского-Тернера (45, Х0).
Причиной, приводящей к анеуплоидии, является нерасхождение хромосом во время клеточного деления при образовании половых клеток или утрата хромосом в результате анафазного отставания, когда во время движения к полюсу одна из гомологичных хромосом может отстать от всех других негомологичных хромосом. Термин «нерасхождение» означает отсутствие разделения хромосом или хроматид в мейозе или митозе. Утрата хромосом может приводить к мозаицизму, при котором имеется одна эуплоидная (нормальная) клеточная линия, а другая — моносомная.

Слайд 10

Схема нерасхождения хромосом
Схемы наиболее частых хромосомных аберраций: Делеции: 1 - концевая; 2

- интерстициальная.
Инверсии: 1 - перицентрическая (с захватом центромеры); 2 - парацентрическая (в пределах одного плеча хромосомы)

Слайд 11

Межхромосомные мутации
Межхромосомные мутации, или мутации перестройки — обмен фрагментами между негомологичными хромосомами.

Такие мутации получили название транслокации.
- реципрокная транслокация, когда две хромосомы обмениваются своими фрагментами;
- нереципрокная транслокация, когда фрагмент одной хромосомы транспортируется на другую;
- «центрическое» слияние (робертсоновская транслокация) - соединение двух акроцентрических хромосом в районе их центромер с потерей коротких плеч.
При поперечном разрыве хроматид через центромеры «сестринские» хроматиды становятся «зеркальными» плечами двух разных хромосом, содержащих одинаковые наборы генов. Такие хромосомы называют изохромосомами. Как внутрихромосомные (делеции, инверсии и дупликации), так и межхромосомные (транслокации) аберрации и изохромосомы связаны с физическими изменениями структуры хромосом, в том числе с механическими разломами.

Слайд 12

Неравный кроссинговер или генная конверсия – может быть причиной мутаций в

тех генах,
для которых известны высокогомологичные копии в геноме - псевдогены.

Пример неравного кроссинговера

Слайд 13

Мутации сайта сплайсинга
Нарушают вырезание интронов из первичного транскрипта мРНК во время

ее созревания.
Эти мутации наблюдаются на границах интронов и экзонов. Мутации сайта сплайсинга возникают либо в ГТ-последовательности, характерной для донорского 5'-сайта, либо в АГ-последовательности, характерной для акцепторного 3'-сайта сплайсинга, либо в консенсусных последовательностях, которые прилежат к донорскому или акцепторному сайтам. Мутации сайта сплайсинга, изменяя сайт сплайсинга, нарушают вырезание интронов из первичного транскрипта мРНК, так что вырезается либо часть следующего экзона вплоть до той последовательности в экзоне, которая похожа на обычный сайт сплайсинга (криптический сайт сплайсинга), либо весь следующий экзон. В то же время в зрелую мРНК может включаться часть или даже весь интрон

Пример: муковисцидоз

Слайд 14

Динамические мутации
Увеличение числа повторов – тринуклеотидных, 5-ти, 12-ти (наследственные невралгические заболевания:

хорея Гентингтона)
Наследуется как в поколения, так и при делении соматических клеток
После преодоления критического порога – расширяются зоны повторов

Слайд 15

Функциональные эффекты мутаций
Фенотипический эффект – утрата/приобретение функции
1. Большинство аутосомно-рецессивных заболеваний являются

следствием утраты функции мутантного гена (уменьшение активности – синтеза или стабильности)
* нулевой аллель – если функция белка полностью отсутствует
Проявляют на молекулярном, биохимическом и фенотипическом уровне
2. Доминантно-негативные мутации (нарушение структуры коллагена) эффект в гетерозиготе.
3. Доминантные (избыточная продукция миелина) избыточная экспрессия гена

Слайд 16

Наследственные болезни обмена веществ
22 подкласса в зависимости от пораженного метаболического пути
Подклассы/частота:
Аминоацидопатии

31%
Органические ацидурии 27%
Дефекты цикла мочевины 21%
Дефекты дыхательной цепи митохондрий 12%
Гликогенозы 8%
Дефекты митохондриального в-окисления 8%
Пероксисомные заболевания 4%

Слайд 17

Терминология
Алле́ли (от греч. ἀλλήλων — друг друга, взаимно) — различные формы

(значения) одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака. В диплоидном организме может быть два одинаковых аллеля одного гена, в этом случае организм называется гомозиготным, или два разных, что приводит к гетерозиготному организму. Термин «аллель» предложен В. Иогансеном (1909 г.).
Генотип – комбинация аллелей гена или локуса у конкретного организма. в отличие от понятия генофонд, характеризует особь, а не вид. Процесс определения генотипа называют генотипированием. Генотип вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма.
Частоты аллелей и генотипов - Закон Харди-Вайнберга.
В популяции бесконечно большого размера, в которой не действует естественный отбор, не идёт мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо гену (в случае, если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению:

Мутации. Структура гена, общая характеристика генома человека

Содержание

ТерминологияГеномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется

Структура гена, общая характеристика генома человекаСтруктура бета-глобинового гена человекаСтруктурная организация нуклеотидных

Современное состояние теории гена1) ген(цистрон) – функциональная неделимая еденица наследственного материала

Генные мутации. Причины, примеры , классификацияНаиболее частыми моногенными заболеваниями являются: муковисцидоз,

Другие типы мутацийделеции (от лат. deletio - уничтожение), когда происходит утрата сегмента

Хромосомные мутации

Геномные и хромосомные мутацииАнеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия)

Схема нерасхождения хромосомСхемы наиболее частых хромосомных аберраций: Делеции: 1 - концевая; 2

Межхромосомные мутацииМежхромосомные мутации, или мутации перестройки — обмен фрагментами между негомологичными хромосомами.