Матричный синтез РНК. Транскрипция

Транскрипцией называют механизм, с помощью которого последовательность оснований в одном из цистронов цепи ДНК «переписывается» в комплементарную ей последовательность оснований мРНК.

На матрице двухцепочечных ДНК синтезируется подавляющее большинство РНК животных клеток, бактерий и ДНК-содержащих вирусов. На матрице двухцепочечных РНК образуются одноцепочечные РНК ряда вирусов.

Матричный синтез одноцепочечных РНК существенно отличается от редупликации ДНК и двухцепочечных РНК. Прежде всего он является консервативным, а не полуконсервативным: продукт синтеза не включает каких-либо компонентов матрицы. Кроме того, энзимы матричного синтеза РНК – РНК-полимеразы отличаются от ДНК-полимераз определённой специфичностью к разным матрицам и даже участкам матриц.

Консервативный характер синтеза и необходимость в ряде случаев реплицировать не обе цепочки матрицы, а лишь одну, и не на всём протяжении, а лишь на определённых участках её, привели к возникновению не только специальных механизмов узнавания начальной точки синтеза, но и систем «выбора цепи» для асимметричного синтеза, а также завершения (терминации) процесса.

Наконец, существенная особенность матричного синтеза РНК, отличающая его от репликации ДНК, состоит в том, что для начала процесса не нужен затравочный фрагмент второй полинуклеотидной цепочки. Синтез начинается с реакции между двумя мононуклеотидами. Поэтому для матричного синтеза РНК характерно наличие сложной стадии инициации, имеющей ряд существенных отличий от последующих реакций.

Общая схема матричного синтеза РНК представлена на рис.26. Первый нуклеотид входит в состав цепи без отщепления пирофосфата, а последующие, отщепляя пирофосфат, присоединяются к 3′-углеродному атому рибозы. Цепочка растёт в направлении 5′→3′, и в этом отношении процесс подобен матричному синтезу ДНК.

Процесс синтеза РНК, катализируемый РНК-полимеразой, делится на четыре стадии: 1) присоединение энзима к матрице; 2) инициация синтеза; 3) наращивание синтезируемой цепи РНК – элонгация; 4) завершение синтеза РНК – терминация.

Первая стадия обусловлена взаимодействием РНК-полимеразы с небольшими участками ДНК определённой структуры. РНК-полимераза узнаёт участок ДНК, относительно богатый АТ-парами и пиримидиновыми блоками и прочно с ним связывается. Данный участок называется промотором. В зоне, относительно богатой АТ-парами, прочность связи между цепями снижена и поэтому именно здесь предполагается временное расхождение цепей, необходимое для начала транскрипции.

 

Фрагмент одной из цепей ДНК

5 ′ 3′

 

 

С А Т С А Т С С РНК-полимераза

 

А G

НО 3′

Центр Р Р~ Р~ Р Центр

связывания Р связывания

субстрата Р 3′-ОН-группы

 

 

 

С А Т С А Т С С

 

А G

НО 3′

U Р Р~ Р~ Р

Р~ Р~ Р

 

 

 

 

С А Т С А Т С С

 

U А G

НО 3′

Р Р Р~ Р~ Р

Р

Р

 

 

 

Рисунок 26

Схема синтеза РНК на матрице ДНК – стадии инициации и элонгации.

 

Вторая стадия процесса – начало синтеза, инициация – достаточно чётко отграничена от стадии присоединения энзима к ДНК. В неё входит, во-первых, присоединение начального нуклеозидтрифосфата к первому центру энзима, который специализирован на взаимодействии с 3′-ОН-группой рибозила; во-вторых, присоединение второго нуклеозидтрифосфата к расположенному рядом второму центру энзима, который называют центром связывания субстрата, и. В-третьих, замыкание первой фосфодиэстерной связи с отщеплением пирофосфата.

Первый нуклеозидтрифосфат в цепи РНК отличается от последующих не только тем, что не отщепляет пирофосфат, но и тем, что он всегда или почти всегда содержит пурин – гуанин или аденин.

Третья стадия процесса – элонгация. Образовавшийся при инициации динуклеотид связан с матричной ДНК, в то время как связь с ним РНК-полимеразы ослабляется, ибо после замыкания фосфодиэстерного мостика исчезает С′₃—ОН-группа начального нуклеотида, взаимодействовавшая с центром 1, а второй нуклеотид после отщепления пирофосфата уже не является субстратом, на взаимодействии с которым специализирован центр 2. Поэтому центр 1 вступает в связь с С′₃—ОН-группой второго нуклеотида, для чего молекула РНК-полимеразы смещается вдоль цепи на расстояние, равное дистанции между соседними нуклеотидами. Это движение энзима в направлении роста полинуклеотидной цепи называется транслокацией. Далее, как это показано на рис.26, к центру 2 присоединяется следующая молекула субстрата, замыкается новый фосфодиэстерный мостик, и далее процесс продолжается за счёт многократного повторения таких же этапов. Скорость полимеризации при 37ºС равна примерно 30 нуклеотидов в 1с. Фермент продолжает присоединять нуклеотиды к растущей цепи РНК до тех пор, пока не встретит на своём пути ещё одну специфическую нуклеотидную последовательность в цепи ДНК, так называемый стоп-сигнал, или сигнал терминации траскрипции.

Последняя стадия матричного синтеза РНК – терминация, завершение роста цепочки и её отделение в конце цистрона или оперона. Достигнув точки терминации, РНК-полимераза отделяется и от матричной ДНК, и от новосинтезированной цепи РНК. Во время продвижения фермента вдоль матричной цепи на коротком её участке образуется двойная спираль РНК—ДНК. Однако она не столь стабильна, как спираль ДНК—ДНК. Поэтому последняя быстро восстанавливается, вытесняя РНК. Вследствие этого каждая цепь РНК отделяется от ДНК-матрицы в виде свободной одноцепочечной молекулы РНК.

Лекция №4.

Биосинтез белка. Трансляция генетической информации.

Синтез белка. Трансляция

Транспортные РНК

 

Роль главных агентов в процессе синтеза белка играют молекулы тРНК: к ним присоединяются аминокислоты перед полимеризацией, т.е. перед объединением в полипептиды. Присоединяясь к молекуле тРНК своим карбоксильным концом, аминокислоты активируются – переходят в богатую энергией форму, способную спонтанно образовать пептидную связь, что и приводит к синтезу полипептидов. Этот процесс активации – необходимый этап белкового синтеза, поскольку свободные аминокислоты не могут прямо присоединяться к полипептидной цепи. (Спонтанно способен идти лишь обратный процесс – гидролитический разрыв пептидных связей.)

В каком именно месте будет присоединена к растущей полипептидной цепи данная аминокислота, зависит не от самой аминокислоты, а от присоединившей её молекулы тРНК.

Существует специальный набор ферментов, так называемых аминоацил-тРНК-синтетаз, которые присоединяют аминокислоты к соответствующим молекулам тРНК. Для каждой из аминокислот имеется своя особая синтетаза. Реакция протекает в два этапа и приводит к образованию молекулы аминоацил-тРНК. Реакция образования аминоацил-тРНК обратима, так как энергия, освобождающаяся при отщеплении пирофосфата, практически не растрачивается, а резервируется при формировании эфирной связи между карбонилом аминокислоты и остатком ά-ортофосфата.

Молекулы тРНК играют роль конечных «адапторов», переводящих информацию, заключённую в нуклеотидной последовательности нуклеиновой кислоты, на язык белка.

Транспортные РНК относятся к категории относительно низкополимерных РНК клетки. Их молекулярный вес составляет всего лишь 25 – 28 тыс. дальтон. Единственная полинуклеотидная цепочка состоит из 75 – 85 нуклеотидов. Для нуклеотидного состава тРНК характерно преобладание гуанина и цитозина (суммарная молярная доля – около 60%).

Структура и свойства тРНК, во-первых, обеспечивают связывание остатка аминокислоты в форме, обладающей достаточным запасом энергии для последующего образования пептидной связи; во-вторых, определяют точную ориентацию аминокислотного остатка на рибосоме и, в-третьих, обеспечивают строгую специфичность и выбора, и включения в строящийся пептид транспортируемой аминокислоты.

Первая функция сама по себе не требует специфичности взаимодействия с активированными аминокислотами, и ей соответствует универсальный для всех тРНК 3′-концевой участок молекулы, так называемый акцепторный, который включает тринуклеотид ЦЦА. Именно 3′-ОН-группа концевого аденина замещается остатком аминокислоты.

Вторая функция требует жёсткости и ряда общих особенностей структуры всех тРНК. Высокая доля спирализованных участков, в которых преобладают наиболее прочные пары – ГЦ, обеспечивает необходимую жёсткость вторичной структуры молекулы (рис.27). В молекулах тРНК имеются четыре спирализованных участка (рис.27, А, Б, В, Г), три из которых (рис.27, Б, В, Г) увенчаны петлями из неспаренных нуклеотидов, и, кроме того, имеется центральная неспирализованная область. 3′- и 5′-концы полинуклеотидной цепочки объединены в наиболее значительный спирализованный участок (7 пар), завершающийся акцепторным олигонуклеотидом ЦЦА (рис.27, Д).

 

 

Рисунок 27

Схема строения тРНК

 

Противостоящая акцепторному концу петля содержит тринуклеотид – антикодон, который обеспечивает специфичность взаимодействия с мРНК (рис. 27, Е). Нуклеотиды, образующие антикодон, всегда расположены в середине петли.

Выполнение третьей функции возможно лишь при условии существования большого числа разновидностей тРНК.

Основная реакция в синтезе белка – это реакция, приводящая к образованию пептидной связи между карбоксильной группой на конце растущей полипептидной цепи и свободной аминогруппы аминокислоты. Белковая цепь синтезируется, следовательно, путём её постепенного наращивания от аминного конца к карбоксильному. На протяжении всего процесса растущий карбоксильный конец полипептидной цепи остаётся в активированном состоянии, будучи связан ковалентной связью с тРНК (в молекуле пептидил-тРНК). В процессе синтеза белка каждая добавляемая аминокислота несёт с собой энергию активации, необходимую не для её собственного присоединения, а для присоединения следующей аминокислоты.

В процессе трансляции нуклеотидная последовательность мРНК считывается группами по три нуклеотида по мере того, как считывающий «аппарат» перемещается вдоль молекулы мРНК в направлении 5′→3′. Каждая аминокислота соответствует определённому триплету нуклеотидов (кодону) в молекуле мРНК, который спаривается с последовательностью из трёх комплементарных нуклеотидов в антикодоновой петле молекулы тРНК. Выбор аминокислоты, присоединяемой в каждый данный момент к растущему концу полипептидной цепи, определяется кодоном.

 

 

Лекция №5.

Структура рибосом и трансляция.

 

Цель лекции: Ознакомить с ультраструктурой рибосом. Изучить основные этапы трансляции.

 

Структура рибосом

Рибосомы найдены во всех известных живых существах, кроме истинных вирусов и некоторых других особенно просто устроенных клеточных паразитов, которые в своём развитии используют рибосомы клетки-хозяина.

Рибосомы эукариот и прокариот сходны по своей структуре и функции. Каждая из них состоит из двух субчастиц – большой и малой, обратимо диссоциирующих после завершения синтеза одного полипептида (рис.28). В эукариотических рибосомах приблизительно половину их массы составляет РНК; малая субчастица состоит из одной молекулы рибосомной РНК (рРНК), связанной приблизительно с различными рибосомальными белками, а в большой субчастице свыше 40 различных рибосомных белков связано с тремя разными молекулами РНК. Прокариотические рибосомы несколько мельче и содержат меньшее число компонентов. В рибосомах обоих типов имеется бороздка, удерживающая растущую полипептидную цепь, и бороздка, удерживающая молекулу мРНК.

 

 

Рисунок 28

Структура рибосомы

 

На субчастицах рибосомы находится ряд участков и центров функциональной активности.

На краю контактной поверхности, которой малая субчастица обращена к большой, расположена зона связывания мРНК (рис.29). Рибосома способна присоединить у эукариот фрагмент мРНК длиной 30 – 35 нуклеотидных остатков. Особое значение имеет небольшой её участок, близкий по протяжённости к кодону, который полностью или частично совпадает с центром специфического связывания аминоацил-тРНК, обозначаемый далее как А_сп. . А_сп –центр функционирует совместно с очередным кодоном мРНК, помогая связыванию только той аминоацил-тРНК, которая обладает соответствующим антикодоном. Само по себе взаимодействие кодона с антикодоном, хотя и специфично, но недостаточно для прочной фиксации аминоацил-тРНК. А_сп –центр служит именно для повышения прочности её присоединения, причём это его действие не распространяется на аминоацил-тРНК с «чужими» антикодонами.

 

 

 

 

Рисунок 29

Рибосома бактерии, её субчастицы

 

На большой субчастице, опять-таки на поверхности, которой она обращена к малой субчастице, находится область связывания пептидил-тРНК (тРНК, присоединённая к растущему концу полипептидной цепи), поэтому его называют пептидил-тРНК-связывающим участком или П-участком.

Рядом с П-участком находится акцепторный участок, служащий для удержания только что прибывшей молекулы тРНК, нагруженной аминокислотой; его называют аминоацил-тРНК-связывающим участком или А_т-участком.

Внутри П- и А_т-участков и между ними нужно выделить ещё один участок – Т (иногда обозначаемый ПТЦ – пептидил-трансферазный центр), который и определяет собственно катализ реакции пептидила.

С большой субчастицей связана также транслоказная активность, обеспечивающая перемещение, уход новой пептидил-тРНК и сопряжённого с ней триплета мРНК из А-центра.

Функция рибосомы заключается в том, чтобы удерживать в нужном положении мРНК, тРНК и белковые факторы, участвующие в процессе трансляции, до тех пор, пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.

Рибосомы работают очень эффективно: в 1с одна бактериальная рибосома присоединяет к растущей полипептидной цепи 20 аминокислот, а человеческий организм за 1с производит 5×10¹⁴ молекул гемоглобина – белка с уникальной последовательностью 574 аминокислот.

 

Стадии трансляции

 

Первая стадия – инициация – начинается с присоединения мРНК к малой субчастице, не связанной с большой субчастицей (рис.30). Характерно, что для начала процесса необходима именно диссоциированная рибосома. Связывание мРНК происходит в присутствии ионов Мg в концентрациях, близких к физиологическим. При этом два первых транслируемых кодона мРНК оказываются обращёнными к большой субъединице рибосомы. Замечательно, что мРНК связывается не любым своим отрезком, а именно начальной своей областью, где располагаются кодоны АУГ и ГУГ, соответствующие формилметионину (Кодоны АУГ и ГУГ соответствуют формилметионину, когда находятся в начале мРНК. В других областях мРНК они кодируют метионин и валин соответственно). Первой аминокислотой полипептида, строящегося на рибосоме, всегда служит формилметионин:

 

Н₃С—S—СН₂

‌

СН₂

 

Н—С—N—СН

 

О Н СООН

 

Смысл того, что в первой (нулевой) аминокислоте синтезируемого полипептида аминогруппа блокирована, понятен. Формил стимулирует свойства отсутствующего пока пептидильного «хвоста», обеспечивая связь с П-участком, и некоторые особенности пептидил-тРНК.

 

 

 

Рисунок 30

Стадия инициации

в биосинтезе белка

 

Элонгация начинается с присоединения аминоацил-тРНК. Её следует считать первой, так как формилметионил-тРНК – это не аминоацил-тРНК, и, кроме того, после завершения синтеза полипептида (а по некоторым данным ещё по ходу элонгации) формилметионин в большинстве случаев отщепляется. Реакция присоединения Аа-тРНК к рибосоме, подготовленной к элонгации (и далее в начале каждого нового цикла элонгации) оказалась весьма сложной и отнюдь не сводится к взаимодействию кодона в А_сп-центре с антикодоном. Каждый акт присоединения Аа-тРНК связан в естественных условиях с расщеплением одной молекулы ГТФ.

Процесс элонгации полипептидной цепи на рибосоме может рассматриваться как цикл, слагающийся из трёх отдельных этапов (рис.31). На 1-м этапе молекула аминоацил-тРНК связывается со свободным А_т-участком большой субъединицы рибосомы, примыкающим к занятому П-участку; связывание осуществляется путём спаривания нуклеотидов антикодона с тремя нуклеотидами мРНК, находящимися в А_сп –центре малой субъединицы. На 2-м этапе карбоксильный конец полипептидной цепи отделяется в П-участке от молекулы тРНК и образует пептидную связь с аминокислотой, присоединённой к молекуле тРНК в А_т-участке. Эта реакция катализируется пептидилтрансферазой. На 3-м этапе новая пептидил-тРНК переносится в П-участок рибосомы, в то время как рибосома продвигается вдоль молекулы мРНК ровно на три нуклеотида. Этот этап требует затраты энергии, которая выделяется при расщеплении ГТФ. Процесс транслокации, составляющей 3-й этап, включает в себя и возвращение свободной молекулы тРНК, отделившейся от полипептидной цепи в П-участке во время 2-го этапа, в цитоплазматический пул тРНК. Поэтому после завершения 3-го этапа незанятый А_т-участок может принять новую молекулу тРНК, нагруженную очередной аминокислотой, т.е. цикл может начаться снова (рис.31).

 

Б

 

 

Рисунок 31

Этапы элонгации в биосинтезе белка

 

В большей части клеток синтез белка – самый энергоёмкий из всех биосинтетических процессов. Образование каждой новой пептидной связи сопровождается расщеплением четырёх высокоэнергетических фосфатных связей. Две из них расходуются на то, чтобы нагрузить аминокислотой молекулу тРНК, а две – на сам синтез в двух циклических реакциях, протекающих на рибосоме: при связывании аминоацил-тРНК на 1-м этапе цикла и при транслокации рибосомы на 3-м этапе.

В процессе терминации особый белок, называемый фактором освобождения, связывается с любым стоп-кодоном (УАА, УАГ или УГА), достигшим Ат-участка рибосомы. Это связывание изменяет активность соседней пептидилтрансферазы. Фрагмент с такой изменённой активностью присоединяет теперь к пептидил-тРНК не свободную аминогруппу аминокислоты, а молекулу воды. Вследствие этого карбоксильный конец растущей полипептидной цепи отделяется от тРНК. А поскольку растущий полипептид удерживается на рибосоме только посредством его связи с молекулой тРНК, завершённая белковая цепь оказывается свободной и, отделившись от рибосомы, поступает в цитоплазму. Новосинтизерованные белки обычно становятся активными сразу же после отделения от рибосомы, поскольку в основном процесс укладки полипептидных цепей осуществляется во время их синтеза.

При физиологических условиях активно транслируемая мРНК находится в полирибосомах, или полисомах, образованных несколькими рибосомами, которые расположены на одной молекуле мРНК на расстоянии 80 нуклеотидов друг от друга.

 

Лекция №6.

 

Тонкое строение гена. Генетический контроль регуляции генной активности.

 

Структура и функции гена.

В настоящее время ген определяют как структурную единицу генетической информации, далее неделимую в функциональном отношении. Ген представлен участком молекулы ДНК (реже РНК). Понятие «ген» как дискретной единицы ввел В.Л.Иоганнсен (1909).

Первая успешная попытка конкретизации представлений о гене принадлежит Т.Х.Моргану, который один из своих классических трудов назвал «Теория гена» (1926). Представления школы Т.Х Моргана о гене можно представить следующим образом. Гены находятся в хромосомах и представляют собой далее неделимые единицы мутации, рекомбинации и функции. Ген – это:

1) Единица мутации, т.е. ген изменяется как целое;

2) Единица рекомбинации, т.е. кроссинговер никогда не наблюдали в пределах гена;

3) Единица функции, т.е. все мутации одного гена нарушают одну и ту же генетическую функцию, что выражается в их некомплементарности у особей F₁ при попарном скрещивании мутантов.

Лекция №7.

Генетический код.

 

Цель лекции: Изучить важнейшие свойства генетического кода.

Генетический код

Генетический код – это система расположения пар нуклеотидов в молекуле ДНК, контролирующая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка. Сами гены не принимают участия в синтезе белка. Посредником между геном и белком является информационная РНК. Ген – матрица для молекулы информационной РНК. Три нуклеотида в иРНК как и отрезок молекулы ДНК составляют триплет, или кодон. Каждый из них соответствует определённой аминокислоте, включающейся в синтезируемую полипептидную цепочку.

Главные черты генетического кода можно вкратце сформулировать следующим образом:

1. Кодом, определяющим включение аминокислоты в полипептидную цепь, служит триплет оснований в полинуклеотидной цепи ДНК.

2. Код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех организмов. У всех живых организмов имеются одни и те же 20 аминокислот и одни и те же пять азотистых оснований (А, Г, Т, Ц и У).

3. Код является вырожденным (множественным): данная аминокислота может кодироваться более чем одним триплетом. Вырожденным называют код, в котором число аминокислот меньше числа кодонов. Вырожденность кода нельзя рассматривать как излишество. Она имеет существенное значение для повышения устойчивости систем хранения и передачи генетической информации к различным повреждающим и мутационным последствиям, а также для регуляции синтеза белков. В общем наименьшее влияние на смысл кодона оказывают замена третьего основания, несколько большее – замены первого и наибольшее – замены второго основания.

4. Код неперекрывающийся: например, последовательность мРНК, начинающаяся с нуклеотидов АУГАГЦГЦА, не считывается как АУГ/УГА/ГАГ…(перекрывание по двум основаниям) или АУГ/ГАГ/ГЦГ… (перекрывание по одному основанию).

5. Код специфичен. Нет случаев, когда один и тот же кодон соответствовал бы более чем одной аминокислоте. Можно отметить лишь, что два кодона: один из валиновых – ГУГ и метиониновый – АУГ несут дополнительную нагрузку. Если они находятся в начале считываемой области иРНК, то к ним присоединяется тРНК, несущая формилметионин. Последний всегда стоит в начале строящейся полипептидной цепочки, а по завершении синтеза либо отщепляется целиком, либо отщепляет формильный остаток, превращаясь в обычный метионил. Таким образом, кодоны ГУГ и АУГ служат инициаторами синтеза пептидной цепочки. Если же они не стоят первыми, то не отличаются по функциям от других кодонов, обеспечивая включение валина и метионина соответственно.

6. Важнейшим свойством кода является его однонаправленность. Кодоны имеют смысл, указанный в таблице 5, лишь в том случае, если они транслируются при синтезе белка в одном направлении – от первого основания к последующим. Более того, структура кодовых триплетов такова, что каждый из них является олигонуклеотидом, в котором первое основание расположено у 5′-, а последнее – у 3′- конца. Иначе говоря, в составе и-РНК кодоны всегда направлены своим первым основанием к 5′-концу полинуклеотида.

7. Цистрон – это участок генетической нуклеиновой кислоты, кодирующий первичную структуру одной полипептидной цепи или одной молекулы РНК.

Таблица 5

Генетический код

 

5´-конец (первая буква в кодоне)	Вторая буква в кодоне	3´-конец (третья буква в кодоне)
U	C	A	G
U	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир ------ ------	Цис Цис ----- Трп	U C A G
C	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	U C A G
A	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	U C A G
G	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	U C A G

 

Лекция №8.

Молекулярные основы мутации. Эволюция НК.

 

Цель лекции: Изучить молекулярные механизмы и причины мутаций. Дать классификацию мутаций. Рассмотреть эволюцию нуклеиновых кислот.

 

Различают наследственную и ненаследственную изменчивость. Под наследственной понимают способность к изменениям самого генетического материала, а под ненаследственной – способность организмов реагировать на условия окружающей среды, изменяться в пределах нормы реакции, заданной генотипом.

Наследственную изменчивость в свою очередь подразделяют на комбинативную и мутационную. Комбинативная изменчивость представляет собой результат рекомбинации генов и перекомбинации хромосом, несущих различные аллели, и выражается в появлении разнообразия организмов – потомков, получивших новые комбинации дискретных единиц генетического материала, уже существовавших у родительских форм. В то же время мутационная изменчивость – это возникновение новых вариантов дискретных единиц генетического материала, прежде всего новых аллелей.

Выделяют также онтогенетическую изменчивость – это реализация нормы реакции организма во времени, в ходе его индивидуального развития. Онтогенетическая изменчивость перекрывается с наследственной и ненаследственной изменчивостью.

Теория мутаций зародилась в трудах Г.Де Фриза (1901 – 1903) и русского ботаника С.И.Коржинского. В соответствии с определением Г.Де Фриза: мутация представляет собой явления скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака.

Основные положения мутационной теории Г.Де Фриза:

1) Мутации возникают внезапно как дскретные изменения признаков.

2) Новые формы устойчивы.

3) В отличие от ненаследственных изменений мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа.

4) Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными.

5) Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

6) Сходные мутации могут возникать неоднократно.

 

Классификация мутаций.

Существует несколько принципов классификации:

А. По характеру изменения генома:

1. Геномные мутации – изменение числа хромосом.

2. Хромосомные мутации, или хромосомные перестройки, – изменение структуры хромосом.

3. Генные мутации – изменения генов.

Б. По проявлению в гетерозиготе:

1. Доминантные мутации.

2. Рецессивные мутации.

В. По уклонению от нормы или так называемого дикого типа:

1. Прямые мутации.

2. Реверсии.

Г. В зависимости от причин, вызывающихмутации:

1. Спонтанные, возникающие без видимой причины.

2. Индуцированные мутации.

Д. По локализации в клетке:

1. Ядерные.

2. Цитоплазматические (мутации неядерных генов).

Е. По отношению к возможности наследования:

1. Генеративные, происходящие в половых клетках.

2. Соматические, происходящие в соматических клетках.

 

В общем виде можно сказать, что мутации – это наследуемые изменения генетического материала.

Нонсенс-мутации – это мутации, затрагивающие одно основание, которые могут вызвать такую замену оснований в одном из триплетов, что образуются нонсенс-кодоны. В этом случае образуется мРНК, соответствующая всему цистрону, но трансляция этой мРНК оборвется на нонсенс-кодоне., и пептид окажется недостроенным.

Миссенс-мутации – это мутации, изменяющие смысл информации. При замене оснований происходит преобразование триплета в кодон другой аминокислоты.

Мутации со сдвигом рамки – это мутации, обусловленные вставкой или потерей нуклеотида.

 

Мутагены – это основные факторы, вызывающие мутации, классифицируются следующим образом: