6322

Индуцированный мутационный процесс

Контрольная

Биология и генетика

Индуцированный мутационный процесс 1. Факторы индуцирующие мутации. 2. Действие ионизирующих излучений. 3. Влияние генотипа на частоту мутаций. 4. Действие химических веществ на мутагенез. 1. Факторы индуцирующие мутации Под индуцированным мутационн...

Русский

2013-01-03

51 KB

55 чел.

Индуцированный мутационный процесс

1. Факторы индуцирующие мутации.

2. Действие ионизирующих излучений.

3. Влияние генотипа на частоту мутаций.

4. Действие химических веществ на мутагенез.

1. Факторы индуцирующие мутации

Под индуцированным мутационным процессом понимают возникновение наследственных изменений под влиянием сцепленного воздействия факторов внешней и внутренней среды.

Первые исследования, относящиеся к изучению влияния различных факторов (мутагенов) на наследственную изменчивость появились в начале прошлого столетия. В настоящее время убедительно доказано влияние температуры, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, химических веществ и других реагентов на возникновение мутаций. Наибольший успех достигнут в изучении действия ионизирующих излучений.

2. Действие ионизирующих излучений

В России Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925г. впервые показано влияние лучей радия на наследственную изменчивость у грибов. Однако наиболее убедительное доказательство влияния рентгеновских лучей на наследственную изменчивость было получено Г. Меллером в 1927г. Было показано, что облучение увеличивает частоту возникновения мутаций в сотни раз по сравнению со спонтанной частотой. Позднее рядом исследователей было установлено влияние радиации на возникновение  мутаций растений - кукурузы, табака, ячменя, пшеницы.

Возник новый раздел  генетики - радиационная генетика. Исследованию влияния ионизирующих агентов на мутационный процесс уделяется большое внимание. Это определяется тем значением, которое ионизирующие излучения приобрели в жизни человека в последние десятилетия. 

Под влиянием даже незначительной дозы ионизации резко возрастает частота мутаций. Подавляющее большинство мутаций порождает различные наследственные уродства и болезни. Накапливаясь в поколениях, они могут привести к тяжелым отрицательным последствиям.

Вместе с тем ионизирующие излучения с большим успехом используются в селекции и медицине, они широко применяются для изучения мутационного процесса.

При исследовании действия ионизирующих излучений на клетку было показано, что ядро примерно в 100 000 раз чувствительнее к радиации, чем цитоплазма. Поражаемость ядра клетки ионизирующими излучениями, так же как и другими агентами, может быть обусловлена высокой чувствительностью хромосом. ДНК хромосом является одним из самых чувствительных компонентов клетки. Меньшая чувствительность цитоплазмы может быть обусловлена наличием в ней множественных одноименных структур, заменяющих друг друга.

После облучения в клетках наблюдается самые разнообразные обратимые и необратимые изменения: возникают клетки с гигантскими ядрами, многоядерные клетки, нарушается полярность при делении ядра, тормозится митотическая активность, происходит слипание хромосом или их фрагментация.

Нарушение нормального хода митоза под влиянием облучения может приводить к возникновению полиплоидных, гаплоидных или анеуплоидных клеток.

При облучении в большом количестве возникают летальные, полулетальные (понижающие жизнеспособность)  и другие мутации, вызывающие гибель зигот. Такие мутации могут быть доминантными и рецессивными.

На основании количественного учета мутаций была установлена зависимость частоты их возникновения от дозы облучения. Многочисленные опыты с дрозофилой, кукурузой, ячменем и другими объектами позволили сделать вывод, что частота генных мутаций возрастает прямо пропорционально дозе ионизирующего излучения.

Считается, что любая малая доза ионизирующей радиации может приводить к повышению частоты мутаций, т.е. говорят о беспороговом генетическом эффекте ионизирующей радиации.

Исследованиями установлено, что облучение в атмосфере чистого кислорода повышает частоту мутаций. Явление увеличения частоты мутаций при действии ионизирующей радиации в присутствии кислорода было названо «кислородным эффектом».

В настоящее время доказано мутагенное действие ультрафиолетовых лучей для многих организмов. Они могут вызывать все виды мутаций.

3. Влияние генотипа на частоту мутаций

Каждый организм данного вида на разных стадиях онтогенеза имеет различные адаптационные механизмы, которые могут контролировать действие внешних факторов через физиологический и генетический механизмы. Сменяющийся тип обмена веществ на разных стадиях онтогенеза и гаметогенеза может обуславливать различное состояние хромосом.

Генотип в определенной мере контролирует эффективность ионизирующих излучений в отношении появления мутаций и хромосомных перестроек.

Установлено, что радиочувствительность и способность к мутациям под влиянием ионизации различны у организмов разных генотипов, у разных форм, видов и даже родов. Эти различия легче выявляются при малых дозах.

Ю.Я. Керкис с сотрудниками цитогенетическими методами установили, что у морских свинок чувствительность хромосом к малым дозам радиации зависит от генотипа организма.

Зависимость мутагенного эффекта ионизирующей радиации от генотипа обусловлена не различным отношением хромосом к ионизации, а генами, которые определяют относительно различный химический состав ядра клетки, количество воды  и соответственно кислорода в ней, коллоидное состояние кариоплазмы и т.д.

Вызываемы генами различия в облучаемом субстрате дают различный выход радиохимических веществ, которые в значительной мере ответственны за мутагенный эффект ионизирующих изучений, т.е. генотип определяет характер вторичных процессов.

Не исключается роль генотипа в контроле первичного эффекта ионизации. Так, протяженность единичного гена, его химический состав могут вполне определять частоту возникновения в нем мутантных аллелей. Например, у дрожжей изучено два локуса, контролирующих синтез аденина (ad1 и ad2). При изучении частоты мутаций под влиянием рентгеновских и УФ-лучей установлено, что частота независимо возникающих мутаций в локусе (ad2) в 2 раза больше, чем в локусе (ad1).

Исследованиями Н.В. Тимофеева-Ресовского и др. было показано, что различные гены мутируют с разной частотой при одной и той же дозе облучения. Даже перемещение гена из одного района хромосомы в другой сопровождается изменением его мутабильности при действии ионизирующих агентов.

Следует иметь в виду, что спонтанная мутабильность не всегда положительно коррелирует с индуцированной.  Линия с высокой спонтанной мутабильностью при действии радиации может показать более низкую частоту мутаций, чем линия с низкой спонтанной мутабильностью.

4. Действие химических веществ на мутагенез

Изучение мутагенного эффекта химических агентов было начато давно. Первые экспериментальные работы, в которых был получен мутационный эффект под действием химических агентов, проведены в 1934г. В.В. Сахаровым и М.Е. Лобашовым. Лобашовым были предложены некоторые принципы выбора химических мутагенов, которые в дальнейшем получили подтверждение. Так, указывалось, что химическое вещество, используемое в качестве мутагена, должно обладать высокой проникающей способностью, свойством изменять коллоидное состояние хромосом и определенным действием на химический состав хромосом.

И.А. Раппопортом в России и Ш. Ауэрбах в Англии были найдены мощные химические мутагены. К числу их относятся: формалины, иприт, уретан, этиленимин и др. Сравнение действия этих веществ с действием рентгеновских лучей показало, что нет никаких принципиальных различий в характере вызываемых ими изменений - все они  вызывают как генные мутации, так и хромосомные перестройки.

После того, как была изучена молекулярная структура хромосом, действие химических мутагенов стали рассматривать исходя из химических процессов, происходящих в молекуле ДНК.

Некоторые ученые, все наиболее изученные химические мутагены разделяют на две крупные группы:

1) мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в процессе их репликации;

2) мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в фазе нереплицирующейся ДНК, т.е. «покоя», с последующей репликацией.

В настоящее время делается попытка классификации химических мутагенов по их структуре и действию. К первой группе относят высокоактивные химические вещества, которые могут переносить алкильные группы на другие молекулы. Сюда входят наиболее активные химические мутагены (иприт, формальдегид, этилметансульфанат и др.), которые по своему мутагенному эффекту сходны с ионизирующими излучениями. Такие вещества иногда называют радиомиметическими.

Ко второй группе относятся перекиси. Активными в них является свободные радикалы (ОН, Н, НО2). поэтому все факторы, способствующие образованию свободных радикалов, усиливают мутагенный эффект перекисей. К таким факторам относятся кислород, вода, УФ-лучи, видимый свет и т.д.

Механизм действия третьей группы - метаболит-аналогов заключается в замещении ими нормальных метаболитов в ходе обменных процессов в клетке. К этой группе относятся, например, различные производные пуриновых и пиримидиновых оснований - бромурацил, аминопурин, производные фолиевой кислоты, аминоптерин и др.

К последней, четвертой группе относятся вещества, принцип действия которых еще не ясен: это различные минеральные соли, алкалоиды, некоторые красители и др.

При изучении действия химических веществ обнаружено еще одно интересное явление, общее с влиянием ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей, а именно явление отсроченных мутаций. Оно заключается в том, что возникающие в момент воздействия химическим мутагеном мутации проявляются в зиготе не первого, а второго поколения в виде многочисленных гонадных мозаиков, половые клетки которых в отдельном участке гонады несут определенную мутацию. Явление отсроченных мутаций обнаружено у дрозофилы и кукурузы, однако до сих пор оно остается малоисследованным.

Считается, что мутагенный эффект могут дать агенты, обладающие одним из следующих свойств:

1) подавлять синтез предшественников нуклеиновых кислот - пуринов или пиримидинов.

2) включаться в ДНК или РНК как аналоги оснований, замещая природные. Например: 5-бромурацил и 5-хлорурацил могут замещать тимин в ДНК бактерий.

Изучение изолированного действия отдельных факторов внешней среды на наследственную изменчивость раскрывает лишь некоторые стороны их влияния на мутационный процесс. Исследования взаимодействия различных агентов создают возможность для более полного и всестороннего выяснения механизма возникновения мутаций.

Таким образом, общей причиной наследственной изменчивости, которая в свою очередь служит источником эволюции, направляемой естественным или искусственным отбором, является любое нарушение равновесия организма с комплексом факторов внешней среды. Мутационная изменчивость обусловлена как воздействием факторов внешней среды на организм, так и его физиологическим состоянием.

Частота возникновения мутаций и их тип зависят от:

1) Генотипа организма.

2) Фазы онтогенеза.

3) Пола.

4) Стадии гаметогенеза.

5) Митотического и мейотического циклов хромосом.

6) Химического строения отдельных участков хромосом и многих других факторов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54681. Будова та функції органів дихання 362 KB
  Цілі: сформувати в учнів поняття про дихання як процес необхідний для життя; устоновити взаемозвязок будови і функції органів дихання; зясувати як змінюеться повітря в дихальних шляхах; обгронтувати необхідність дихання носом; продовжувати формувати науковий світогляд на основі знань про еволюцію дихальної системи; розвивати вміння порівнювати аналізувати загальнувати;вдосконалювати вміння а навички роботи з текстом підручникамалюнками. Обладнання: таблиці Органи дихання таблиці з...
54682. Орієнтація на вулиці 44.5 KB
  So, you know a lot about London! But what is the difference in Road Safety in this country and what we must know to cross the street there? Right! You should first look right when you cross the street in London.
54683. Мій край – моя історія. Оріхів -місто серця мого 61.5 KB
  Нас зацікавила історія нашого міста району яким воно було у давнину коли одержало статус міста хто був першим головою міста На всі ці питання можна одержати відповідь із книжок Оріхів. Статус міста Оріхів одержав у 1801 році 19 лютого і став центром Мелітопольського повіту Таврійської губернії. В розпорядження міста була віддана земля 2602 десятини.
54685. Монополизм: сущность, формы, последствия. Естественная монополия 22.63 KB
  Рынок, где доминирует монополия, находится в резком контрасте со свободным рынком, на котором конкурирующие продавцы предлагают для продажи стандартизированный товар. Доступ других фирм на монополизированный рынок затруднен или невозможен, так как существуют барьеры, не позволяющие конкурентам войти в отрасль.
54686. Oберегu моєї оселі 123 KB
  Мета: Пропаганда літератури із народознавства, історії нашого народу, його мови, звичаїв, пробудити цікавість до народної символіки, прикмет, до невмирущих скарбів народу.
54687. Мереживо осінніх барв 252 KB
  Багату палітру кольорів дарує нам осінь коли природа одягається у розкішне вбрання. Яке розмаїття фарб Осінь міняє зелене вбрання на червоне золоте. Після спекотного літа після серпневих теплих днів настала золота осінь. Листя жовкне денеде: Панна осінь в гості йде.
54688. До нас у гості завітала Осінь 85 KB
  У святковій радісній атмосфері розширити збагатити та узагальнити знання дітей про пору року осінь викликати у дітей позитивні емоції від виконання пісень віршів осінньої тематики; розвивати увагу спостережливість музикальність артистизм; виховувати естетичні смаки дружні стосунки між дітьми любов до рідної природи бажання оберігати її. Дійові особи: Ведучі Осінь осінні Місяці Овочі Білочки Зайчики Лисичка Їжачок Жабка Ведмедик діти. Діти: Осінь.
54689. Свято Осені 45.5 KB
  Осінь – це пора, яку часто звуть чудовою, замріяною, золотою. Вона особливо м’яка, ніжна, як гарна мелодія. Слухаєш, спостерігаєш природу в перші осінні дні й відчуваєш всю її урочисту красу. У ній поєдналися чарівність барв теплого літечка з першими подихами наступних холодів зими.