Генні мутації
Мутації цього, зазвичай, зачіпають одиничні гени і утворюються найчастіше. З ними пов'язана більшість змін морфологічних, біохімічних та фізіологічних ознак організму.
Залежно від напрямку зміни ознаки розрізняють п'ять типів генних мутацій (за Г. Меллером, 1928):гіперморфні -що призводять до посилення дії гена за рахунок збільшення синтезованого під його контролем продукту;гіпоморфні -що послаблюють дію гена за рахунок зменшення кількості біохімічного продукту, що кодується аллелю дикого типу;неоморфні -що ведуть до утворення мутантної алелі, що кодує синтез продукту, що відрізняється від продукту, що синтезується під контролем відповідного гена дикого типу і не взаємодіє з ним;аморфні -інактивуючі дію гена;антиморфні -протилежні за дією алелів дикого типу.
Оскільки генні мутації нерідко слабо змінюють різні ознаки організму, їх належать до “малих” мутацій. Останні створюють основу для еволюційної пластичності видів у природних умовах і є матеріалом для селекційної роботи, спрямованої на отримання та відбір корисних мутацій, для створення нових сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів з потрібними комбінаціями спадкових ознак.
Для ідентифікації та вивчення мутацій різних типів використовують декілька методів. Методгібридологічного аналізудозволяє стежити за розщепленням та рекомбінацією маркерів і тим самим порівняно легко розрізнити хромосоми (ядерні) та позахромосомні (цитоплазматичні) мутації. У еукаріотів перші підпорядковуються закономірностям спадкування при моногібридному схрещуванні, оскільки вони проходять через стадію мейозу. У прокаріотів, позбавлених мейозу, успадкування разом звідомими зчепленими хромосомними або цитоплазматичними генами є показником відповідної локалізації мутацій.Цитогенетичний метод, заснований на дослідженні будови хромосом під світловим мікроскопом, дозволяє виявити мутації, пов'язані з великими хромосомними перебудовами.Біохімічний методдає можливість у ряді випадків безпосередньо простежити за змінами в послідовностях нуклеотидів у межах окремих генів і порівняти їх зі змінами у складі та структурі продуктів, що ними кодуються.
Усі названі та інших методів дозволяють досліджувати частоту освіти і природу мутацій, провести їх ідентифікацію.
Молекулярний механізм генних мутацій
Розрізняють два основних типи внутрішньогенних мутаційних змін:заміну основімутації зі зсувом рамки, пов'язані з випаданням або вставкою однієї або кількох основ.
Мутації, що зачіпають лише одну пару підстав і призводять до її заміни іншу, подвоєння або делеції, називаютьточковими.
Заміна основ виникає такими шляхами:
1. Заміна одного пурину на інший пурин або піримідину на інший піримідин. Ці заміни називаютьсятранзиціями. Можливо 4 типи транзицій: АГ, ТЦ.
2. Заміни пурину на піримідин і навпаки. Такі заміни, які називаютьтрансверсіями, можуть бути 8 типів: АТ, АЦ, ГЦ, ГТ. Тип заміни основ може залежати від особливостей мутагенного впливу, що зумовило індукцію мутації, а також від того, яка послідовність нуклеотидів оточує основу, що змінюється.
Мутації заміни підстав призводять до появи двох типів мутантних кодонів в іРНК - зі зміненим змістом (міссенс) і безглуздого (нонсенс). Результатом міссенс-мутації, що веде дозміни кодуючих триплетів, може бути заміна однієї амінокислоти в поліпептиді на іншу, однак, оскільки код має вироджений характер, не всяка мутація в кодоні призводить до заміни амінокислоти. Крім того, не всяка заміна амінокислоти відіб'ється на функціональній активності білка. Отже, в обох випадках мутація залишиться не виявленою. Це пояснює, чому частоти мутацій в даному гені і мутантів по ньому можуть не збігатися. Тим не менш, у ряді випадків міссенс-мутація може мати серйозні наслідки для організму. Прикладом мутації такого типу може бути поява гемоглобіну S при серповидно-клітинної анемії у людини. Відомо, що гемоглобін S - один з варіантів нормального гемоглобіну А, що складається з двох ідентичних -ланцюгів і двох ідентичних -ланцюгів. Особи, гомозиготні по мутантній алелі, що кодує синтез аномального -ланцюга, страждають на тяжку форму гемолітичної анемії. В умовах нестачі кисню гемоглобін S утворює кристалоподібні зчеплення, що порушують морфологію еритроцитів. Вони подовжуються, набуваючи серповидної форми. Такі аномальні клітини можуть закупорити дрібні судини і тим самим припинити доступ кисню різним тканинам. Порівняння амінокислотних послідовностей -ланцюгів гемоглобінів А і S показало, що різниця між ними визначається заміною лише однієї амінокислоти. У -ланцюзі гемоглобіну А шостою амінокислотою, рахуючи від NН2-кінця, є негативно заряджена глутамінова кислота, а в тому ж положенні -ланцюга гемоглобіну S знаходиться нейтральний валін. Така заміна пов'язана з міссенс-мутацією типу трансверсії ТААТ, що призводить до заміщення тиміну на аденін в триплеті, розташованому в ланцюгу ДНК, що транскрибується. В результаті наступної реплікації пара ТА змінюється на АТ, а у відповідному кодонізамість аденіну утворюється урацил. Кодон ГА (пурін) кодує глутамінову кислоту, кодон ГУ (пурін)-валін.
За характером впливу активність ферментів розрізняють кілька типів міссенс-мутацій. Мутації, що призводять до утворення менш активних ферментів або знижують рівень їх синтезу, називаютьрозтікаютьсяаболіковими(від англ. leaky - пропускає, нещільний). Деякі міссенс-мутації призводять до продукції ферментів з нормальною активністю в одних (пермісивних), але слабоактивних в інших (непермісивних) умовах. До подібних мутацій відносяться всі описані вище умовно летальні мутації в генах, що кодують життєво важливу функцію, наприклад, реплікацію ДНК.
Відмінна особливість міссенс-мутацій - їх здатність до внутрішньогенної (міжнальної)комплементації, що призводить до утворення функціонально активного ферменту у разі комбінації даної мутації з деякими іншими міссенс-мутаціями в тому ж гені. Нарешті ферменти, інактивовані в результаті міссенс-мутації, можуть зберігати свою імунологічну специфічність і вступати в перехресну імунологічну реакцію з нормальним ферментом. Перелічені особливості міссенс-мутацій дозволяють відрізнити їхню відмінність від генних мутацій інших типів.
До типу "нонсенс" відносять мутації, що призводять до заміни пар основ, при якій кодон, що визначає якусь амінокислоту, перетворюється на один з нонсенс-кодонів, що не транслюються на рибосомах. Прояв такого кодону над кінці структурного гена, а всередині нього, призводить до передчасної термінації трансляції, тобто. до обриву поліпептидного ланцюга. Така термінація, зазвичай, супроводжується повним виключенням функції ферменту.