Дәріс құрылымы
Тақырыбы:Сомалық және генеративтік мутациялар.
Мақсаты: . Мутагенездің молекулярлы механизмі теориясының жалпы қағидалары және репарация жүйесінің жұмысы.
Дәріс жоспары:
1. Өзгергіштік түрлерінің жіктелуі. Модификациялық өзгергіштік.
2. Спонтанды және индуцирленген мутагенез.
:Сомалық және генеративтік мутациялар
Дәріс тезистері
Өзгергіштік тұқымқуалайтын және тұқымқуаламайтын болып 2-ге бөлінеді. Тұқымқуалайтын немесе модификациялық өзгергіштік сыртқы орта факторларына тәуелді (тіршілік ортасының халі мен қоректеріне байланысты). Мысалы, көптеген адамдар ультракүлгін сәулеге күйеді, тек қана альбиностар күнге күймейді. Егер қоршаған орта факторлары жойылса, модификациялық өзгергіштік қайтымды.
Тұқымқулайтын өзгергіштік комбинативті және мутационды болып бөлінеді.
Мутация – бұл құрылым бұзылысы (нуклеотидті тізбек) және генетикалық материал санының өзгерісі.
Спонтанды мутация дегеніміз өзіндік түзілетін белгінің бағыты болмайды. Түзілу жиілігі өте төмен, мутацияға тұрақты гендер болады. Сонымен қатар мутация түзгіш гендер, басқа гендер мутациясының жиілігін жоғарлататын гендер болады. Мұндай гендер мутатор деп аталады.
Қайта түзілген мутация de novo деп аталады. Экзонды, физикалық, химиялық, биологиялық факторларға тәуелді индуцирленген мутация болады.
Қалыпты геннен патологиялық процестерге бейімді тік мутация деп аталады, ал патологиядан қалыпты халге бейімделу қайтымды мутация деп аталады. Сомалақ клеткалардағы мутация сомалық деп аталады, және олардың кейбіреулері ісік ауруының жетілуіне алып келеді. Жыныс клеткасындағы мутация герминативті деп аталады. Олар гаметогенез уақытында, сомалық мутация негізінде түзіліп ұрпақтан ұрпаққа беріліп, тұқымқуалау ауруының негізі болып табылады.
Мутациялық процесс 4 негзгі түрмен көрсетіледі: гендер мутациясы, хромосомның құрылымды мутациясы, хромосом санының мутациясы, алмасқан немесе мобильді элементтер мутациясы.
Индуцирленген мутация физикалық, химиялық және биологиялық факторлардың әсеріне байланысты түзіледі. Бұл факторлар мутагендер немесе мутагенді деп аталады. Мутагендер саны өте көп. Сонымен қатар комутаген, антимутаген және десмутагендер кездесіп отырады.
Комутаген — өзіндік мутагенді әсері болмайды, бірақта басқа факторлардың мутагенді эффектісін күшейтіп отырады. Комутагендерге органикалық емес (кадмий, никель хлориді, калий, селен т.б. жатады), органикалық табиғатқа (верапамиль ) және биогенді түріне (никотин, темекі түтіні конденсаттары, кофеин) жатады.
Десмутагендер дегеніміз – бұл факторлар клеткаға дейін мутагендер әсерін төмендетіп мутация саны мен жиілігін төмендетеді. Десмутагендерге витаминдер, несеп қышқылы, сутегі пероксиді – мутагені, ферменттер, жоғары молекулалы өнімдер, мысалы: капуста экстрактісі, көк бұрыш, лапух жатады.
Антимутагендер бұл заттар клеткада мутагендер әсерін төмендедетін өнімдер. Оларға кейбір тұздар, кобальт хлориді, витаминдер (аскорбин қышқылы), және репарация жүйесінің ферменттері, яғни қайта қалпына келу жатады.
Индуцирленген мутагенезде мөлшер, қоршаған орта температурасы, комутагендер, десмутагендер және антимутагендердің өзіндік әсеріне, мутагендердің бір-бірімен өзіндік әсері (егер олардың табиғаты әр түрлі болса) үлкен маңызды болады.
Мутагенді факторлар табиғаты:
Мутагенездің физикалық факторына – ионды сәулемен зақымдалу түрлері, яғни гамма, рентген және ультракүлгін сәулелерімен зақымдалу жатады.
Химиялық мутагенез факторларына органикалық, органикалық емес және биогенді қосылыстар жатады.
Органикалық емсе мутагендердің 8 топтары белгілі. Мысалы: оларға литий, кадмий, азот, фосфор және т.б. жатады. Органикалық мутагендерге гетероциклді қосылыстар, күрделі қосылыстар, көмірсутектер жатады.
Биогенді мутагендер өз алдына бөлек топ астына жатады. Оларға алколоидтар, флавоноидтар, токсинді саңырауқұлақтар, кейбір антибиотиктер жатады (Қазақстандық авторлар Шигаева және әріптертері).
Химиялық мутагендер нағыз немесе тік және тік емес (промутагендер) болып бөлінеді. Нағыз мутагендер мутация туғызады. Промутагендер организмдегі метоболизмдік белсенділіктен кейін мутагенді қасиетке ие болады, мысалы, микроорганизмдер мен бактерияға кофеин мутаген болып саналса және комутагенді қасиетке ие болса, ал адамдарда кофеиннің мутагенді эффектісі бауырдағы микросомальді ферменттермен төмендетіледі.
Биологиялық мутагендер – бұл вирустардың РНҚ-сы мен ДНҚ-сы, вирусты емес паразитарлы агенттер (микоплазмалар, бактериялар), паразиттердің метаболизмдік өнімдері (токсоплазма, мысық сорғышы, трихинелла) және транспозондар.
Транспозондар – мобильді элементтермен байланысқан мутагендер түрі. Транспозондар көлемі жүзден бірнеше мың нуклеотидтерге созылады. Мобильді элементтер бір ДНК бөлігінен екінші ДНК бөлігіне клетка көлемінде өте алады. Бұл процестер транспозиция деп аталады. Транспозондар арқылы түзілген мутагендердің 3 түрі белгілі:
1. Құрылымдық гендерге орналасқан нуклеотидтер тізбегінде өзгерістер түзіледі.
2. Транспозиция нәтижесінде түзілген ДНК үзілсе, қатемен тігіледі.
3. Транспозондар алмасқан кезде көрші нуклеотидтер тізбегіне әсері өтеді.
Кейде транспозондарда репликация жүріп, көшірмесін көрші хромосомаларға береді де өздері орнында қалады. Биологиялық мутагендер (вирустар мен транспозонда) құрылымдық мутация типін түзеді.
Физикалық және кейбір химиялық мутагендер клеткалық циклдің барлық фазаларында хромосомаларға әсер етеді. G1 фазасындағы хромосомаға әсер еткенде, олар құрылымдық мутация типін күшейтеді. S және G2 фазасындағы хромосомаға әсер еткенде, олар хроматид мутациясын туғызады. Мұндай мутагендер жиынтығы S – тәуелсіз мутагендер депаталады. Оларға барлық ионды сәулеге ұшырау типтері мен кейбір химиялық қосылыс типтері – блеомицин жатады.
Кейбір мутагендер тек хроматидті мутацияны туғызып, S және G2 фазасына әсер етеді. Мұндай мутагендер S –тәуелді деп аталады. Оларға ультракүлгінді сәулелену, әр түрлі алкінді қосылыстар және т.б. жатады.
Физикалық факторлар зақымдалудың 3 типін түзеді: жалғыз үзіліс, екі үзіліс, негіздің зақымдалуы. Үзіліс негізінен хромосомды үзілістен туады.
Химиялық факторлар негізді зақымдайды: ДНК – белокты тігу, жіпаралық тігу, негіздің химиялық модификациясы. Кейбір химиялық мутагендер екі және жалғыз үзілісті түзеді.
Мутагенез механизмі.
Черутти (1982 ж.) жіктелуі бойынша мутагенез механизмі келесі типтерге бөлінеді:
1. Тік немесе кодталынған; ДНК негізінің модификациясымен байланысты.
2. Тік емес немесе кодталынбаған.
Кодталынбаған тип ДНК мутагенімен емес, репликация жүйесі немесе ферментті репарациямен байланысты және үзілу, тігілуді туғызады. Кодталынған тип химиялық мутагендерден түзіледі, ал кодталынбаған –иондық сәулеге ұшырау, ультракүлгін сәулеге ұшырау, т.б. байланысты түзіледі.
Мутацияның пайда болу механизмдері әртүрлі, мутаген табиғатына, сыртқы және ішкі орта факторларына, ағзаның қорғаныс жүйе жағдайына және де репарайия жүйесіне де байланысты. Сондықтан, осы процессті, мысалы ретінде химиялық және физикалық табиғаты мутагендерін қарастырамыз:
1 этап – мутагендер кдлетка мембранасымен байланысты, клетка ішіне тасымалданады.
2 этап – клетканың қорғаныш механизмдерін қосады, яғни мутагеннің белсенді метаболизміне алып келеді,
3 этап – мутагендер ДНК-мен қосылып алғашқы зақымдалуды туғызады және репарация жүйесі қосылады. Репарация жүйесі алғашғы зақымдалуды жояды немесе мутацияның түзілуіне алып келеді.
Мутацияның репарациясы. Егер мутация нуклеотидтің зақымдалуына әкелсе, онда зақымдалған жер сәйкес ферменттермен танылады, сосын алып тасталынады, комплементарлы принцип бойынша бастапқы нуклеотид қалпына келеді және тігіледі. Егер ДНҚ –ның үлкен бөлігін зақымдалу қамтыса, онда танылғаннан кейін толығымен қиып тасталынады, ал сосын бастапқы тізбек қалпына қайта келеді және тігіледі. 80 процентке дейінгі мутация репарацияланады.
Клеткада репарация жүйесінің 2 типі белгілі: конститутивті және индуцибелді. Конститутивті жүйе – клеткада әр уақытта болатын белок.
Индуцибелді жүйе – клеткада сыртқы факторларға байланысты белок және ферменттер түзіледі. Репарация жүйесі жұмысының эффективтілігі клеткалық цикл фазаларына байланысты. Конститутивті жүйе репарациясының, репликативтіге дейін этабында жұмыс істейтін (эксцизионды репарация) және репликативтен кейінгі этабы бар.
Репликативтіге дейінгі репарация этабында: 1) зақымдалуды тану; 2) зақымдалған жіпті қию; 3) зақымдалуды үзу; 4) ДНК ресинтезі; 5) ДНК жібін тігу.
Бұл процестер ферменттермен бақыланып, бірнеше гендермен реттеледі. Аталынған репарация кезінде ДНК-ның бөліктерінде жіптер қалпына келеді, себебі ДНК рекомбинациясы жүреді. Бұл процесс бір ген – rex А генімен бақыланады.
Индуцибелді репарация жүйесінің 2 типі белгілі: SOS – жауап және адаптивті жауап. Бактерияларда SOS – жауап табылды.
SOS – жауап -15 генмен бақыланады және SOS регулон деп аталады. Бұл комплекс белок – репрессормен бөгелген. Қолайсыз халде белок синтезі жүріп, репрессорды бұзады және SOS – жауап қосылады. SOS – репарация қатемен жұмыс істейді және мутация жиілігін жоғарылатып, яғни бактерия популяциясындағы генетикалық өзгергіштікке байланысты клетка тіршілігін күшейтеді.
Адаптивті жауап. Алғаш рет бактерия, ашытқы да, жоғары эукариоттарда анықталынды. Бұл процесте мутагеннің аз мөлшері әсер еткенде репарация жүйесі белсенді болады, ал жоғары мөлшерде репарация жүйесі жұмыс істеп, зақымдалуды жояды. Адаптивті жауап бір ген ada – генмен реттеледі. Адаптивті жауап химиялық мутагендер әсерімен сипатталынады.
Әдебиет:
Негізгі
1. Стамбеков С.Ж., Петухов В.Л. Молекулалық биология. Оқулық/ҚР. Новосибирск: Семей МУ, 2003. –216 бет.
2. Әбилаев С.А. Молекулалық биология және генетика. Шымкент.2008, 424 б
3. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Н. Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов, Москва: Наука, 2003,544 с.
4. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки, Руководство для врачей. Пер с англ. М.: БИНОМ – Пресс,2003- 272 с.
5. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., Медицина,2003.
6. Генетика. Учебник для ВУЗов / Под ред. Академика РАМН В.И. Иванова. – М.: ИКЦ «Академкнига»,2006.-638 с.:ил.
Қосымша:
1. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Пер. с англ. –М.,Мир, 1994 -520 с.
2. Казымет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. – Астана,2006,2007.
3. Медицинская биология и генетика/ Под.редакцией Куандыкова Е.У., Алматы,2004
Бақылау сұрақтары:
1. Комутагендер, десмутагендер және антимутагендерге жалпы сипаттама.
2. Физикалық, химиялық және биологиялық мутагендерге сипаттама.
3. S –тәуелді және S- тәуелсіз мутагендер.
4. Мутагенез этаптары. Конституциондық және индуцибельдік репарация жүйесіне сипаттама.