ما تسمى الطفرات العفوية؟ إذا قمنا بترجمة المصطلح إلى لغة يمكن الوصول إليها ، فهذه أخطاء طبيعية تحدث في عملية تفاعل المادة الوراثية مع البيئة الداخلية و / أو الخارجية. عادة ما تكون هذه الطفرات عشوائية. يتم ملاحظتها في الجنس وخلايا الجسم الأخرى.

أسباب خارجية للطفرات

يمكن أن تحدث الطفرة التلقائية تحت تأثير المواد الكيميائية أو الإشعاع أو درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة أو الهواء المخلخل أو الضغط العالي. كل عام ، في المتوسط ​​، يمتص الشخص حوالي عُشر إشعاع الإشعاع المؤين ، وهو الخلفية الإشعاعية الطبيعية. يتضمن هذا الرقم إشعاع غاما من قلب الأرض ، والرياح الشمسية ، والنشاط الإشعاعي للعناصر التي تحدث في سمك قشرة الأرض والمذابة في الغلاف الجوي. تعتمد الجرعة المتلقاة أيضًا على مكان وجود الشخص. ربع الطفرات العفوية تحدث على وجه التحديد بسبب هذا العامل.
تلعب الأشعة فوق البنفسجية ، خلافًا للاعتقاد السائد ، دورًا ضئيلًا في حدوث انهيار الحمض النووي ، لأنها لا تستطيع اختراق أعماق جسم الإنسان. لكن غالبًا ما يعاني الجلد من التعرض المفرط للشمس (الورم الميلانيني وأنواع السرطان الأخرى). ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية والفيروسات وحيدة الخلية تتحور عند تعرضها لأشعة الشمس. يمكن أن تسبب درجات الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة أيضًا تغييرات في المادة الوراثية.

الأسباب الذاتية للطفرات

تظل الأسباب الرئيسية لحدوث الطفرة التلقائية عوامل داخلية. وتشمل هذه المنتجات الثانوية لعملية التمثيل الغذائي ، والأخطاء في عملية النسخ ، أو الإصلاح أو إعادة التركيب ، وغيرها.

فشل النسخ المتماثل:
- التحولات والانعكاسات التلقائية للقواعد النيتروجينية ؛
- الترتيب غير الصحيح للنيوكليوتيدات بسبب أخطاء في بوليميراز الحمض النووي ؛
- الاستبدال الكيميائي للنيوكليوتيدات ، على سبيل المثال ، الجوانين - السيتوزين إلى الأدينين - الجوانين.

أخطاء الاسترداد:
- الطفرات في الجينات المسؤولة عن إصلاح الأجزاء الفردية من سلسلة الحمض النووي بعد كسرها تحت تأثير العوامل الخارجية.

مشاكل إعادة التركيب:
- يؤدي الفشل في عمليات العبور أثناء الانقسام الاختزالي أو الانقسام الفتيلي إلى فقدان القواعد واستكمالها.

هذه هي العوامل الرئيسية التي تسبب الطفرات العفوية. قد تكون أسباب الفشل هي تنشيط جينات الطفرات ، وكذلك تحويل المركبات الكيميائية الآمنة إلى نواتج أيضية أكثر نشاطًا تؤثر على نواة الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عوامل هيكلية. يتضمن ذلك تكرار تسلسل النوكليوتيدات بالقرب من موقع إعادة ترتيب السلسلة ، ووجود أجزاء إضافية من الحمض النووي مماثلة في بنية الجين ، وكذلك عناصر متحركة للجينوم.

التسبب في الطفرات

تحدث الطفرة العفوية نتيجة لتأثير جميع العوامل المذكورة أعلاه ، والتي تؤثر معًا أو بشكل منفصل في فترة معينة من حياة الخلية. هناك ظاهرة مثل الانتهاك المنزلق لاقتران خيوط DNA الأم والابنة. نتيجة لذلك ، غالبًا ما تتشكل الحلقات من الببتيدات التي لم تكن قادرة على التوافق مع التسلسل بشكل كافٍ. بعد إزالة شظايا الحمض النووي الزائدة من حبلا الابنة ، يمكن قطع الحلقات (الحذف) ودمجها (الازدواج ، الإدراج). تظهر التغييرات ويتم إصلاحها في الدورات اللاحقة من انقسام الخلية.
يعتمد معدل وعدد الطفرات التي تحدث على البنية الأولية للحمض النووي. يعتقد بعض العلماء أن جميع تسلسلات الحمض النووي على الإطلاق تكون مطفرة إذا شكلت انحناءات.

الطفرات العفوية الأكثر شيوعًا

لماذا تظهر الطفرات العفوية في أغلب الأحيان في المادة الجينية؟ أمثلة على هذه الظروف هي فقدان القواعد النيتروجينية وإزالة الأحماض الأمينية. تعتبر بقايا السيتوزين حساسة بشكل خاص لهم. لقد ثبت اليوم أن أكثر من نصف الفقاريات لديها طفرة في مخلفات السيتوزين. بعد نزع الأمين ، يتغير ميثيل سيتوزين إلى الثايمين. النسخ الإضافي لهذا القسم يكرر الخطأ أو يحذفه أو يضاعف ويتحول إلى جزء جديد. سبب آخر للطفرات العفوية المتكررة هو وجود عدد كبير من الجينات الكاذبة. وبسبب هذا ، يمكن أن تتشكل عمليات إعادة التركيب المتماثلة غير المتساوية أثناء الانقسام الاختزالي. والنتيجة هي إعادة ترتيب الجينات والانعطافات ومضاعفة متواليات النوكليوتيدات الفردية.

نموذج البلمرة للطفرات

وفقًا لهذا النموذج ، تنشأ الطفرات التلقائية نتيجة لأخطاء عشوائية في الجزيئات التي تصنع الحمض النووي. لأول مرة ، قدم Bresler مثل هذا النموذج. اقترح أن الطفرات تظهر نتيجة لحقيقة أن البوليميرات في بعض الحالات تدخل نيوكليوتيدات غير مكملة في التسلسل. بعد سنوات ، وبعد اختبارات وتجارب مطولة ، تمت الموافقة على وجهة النظر هذه وقبولها في العالم العلمي. تم حتى استنتاج أنماط معينة تسمح للعلماء بالتحكم في الطفرات وتوجيهها عن طريق تعريض أقسام معينة من الحمض النووي للأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، على سبيل المثال ، وجد أن الأدينين غالبًا ما يكون مضمنًا مقابل الثلاثي التالف.

نموذج Tautomeric للطفرات

اقترح واطسون وكريك نظرية أخرى تشرح الطفرات التلقائية والاصطناعية (مكتشف بنية الحمض النووي). واقترحوا أن الطفرات تستند إلى قدرة بعض قواعد الحمض النووي على التحول إلى أشكال صخرية تغير طريقة اتصال القواعد.
منذ نشرها ، تم تطوير الفرضية بنشاط. تم اكتشاف أشكال جديدة من النيوكليوتيدات بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية. أعطى هذا العلماء فرصًا جديدة للبحث. لا يزال العلم الحديث يناقش دور الأشكال الحشو في الطفرات التلقائية وتأثيرها على عدد الطفرات المحددة.

نماذج أخرى

يمكن حدوث طفرة عفوية عندما يكون التعرف على الأحماض النووية بواسطة بوليميرات الحمض النووي ضعيفًا. أوضح بولتاييف والمؤلفون المشاركون الآلية التي تضمن الامتثال لمبدأ التكامل في تركيب جزيئات الدنا الوليدة. جعل هذا النموذج من الممكن دراسة الانتظام في ظهور الطفرات العفوية. أوضح العلماء اكتشافهم من خلال حقيقة أن السبب الرئيسي للتغيير في بنية الحمض النووي هو تخليق أزواج غير متعارف عليها من النيوكليوتيدات. اقترحوا أن استبدال القاعدة يحدث من خلال نزع أمين مقاطع الحمض النووي. هذا يؤدي إلى تغيير في السيتوزين إلى الثايمين أو اليوراسيل. بسبب هذه الطفرات ، يتم تشكيل أزواج من النيوكليوتيدات غير المتوافقة. لذلك ، أثناء النسخ المتماثل التالي ، يحدث انتقال (استبدال نقطة لقواعد النوكليوتيدات).

تصنيف الطفرة: عفوية

هناك تصنيفات مختلفة للطفرات ، اعتمادًا على المعيار الذي يكمن وراءها. هناك انقسام حسب طبيعة التغيير في وظيفة الجين: - ناقص الشكل (الأليلات الطافرة تصنع بروتينات أقل ، لكنها تشبه البروتينات الأصلية) ؛
- غير متبلور (فقد الجين وظائفه تمامًا) ؛
- مضاد الشكل (الجين المتحور يغير تماما السمة التي يمثلها) ؛
- نيومورفيك (تظهر علامات جديدة). لكن التصنيف الذي يقسم جميع الطفرات بما يتناسب مع بنية متغيرة هو أكثر شيوعًا. تخصيص: 1. الطفرات الجينية. وتشمل هذه تعدد الصبغيات ، أي تكوين الجينوم مع مجموعة ثلاثية أو أكثر من الكروموسومات ، وعدم توازن الصبغيات ، وعدد الكروموسومات في الجينوم ليس مضاعفًا للعدد الأحادي.
2. الطفرات الصبغية. لوحظت عمليات إعادة ترتيب كبيرة لأقسام فردية من الكروموسومات. هناك فقدان للمعلومات (حذف) ، ومضاعفة (ازدواجية) ، وتغير في اتجاه تسلسل النوكليوتيدات (الانقلاب) ، وكذلك قلب أقسام الكروموسوم إلى مكان آخر (الانتقال).
3. طفرة جينية. الطفرة الأكثر شيوعًا في سلسلة الحمض النووي ، يتم استبدال العديد من القواعد النيتروجينية العشوائية.

عواقب الطفرات

الطفرات العفوية هي أسباب الأورام وأمراض التخزين واختلال وظائف الأعضاء والأنسجة لدى الإنسان والحيوان. إذا كانت الخلية المتحولة موجودة في كائن حي كبير متعدد الخلايا ، فمع درجة عالية من الاحتمال سيتم تدميرها عن طريق إثارة موت الخلايا المبرمج (موت الخلية المبرمج). يتحكم الجسم في عملية الحفاظ على المادة الوراثية ، وبمساعدة جهاز المناعة ، يتخلص من جميع الخلايا التالفة المحتملة. في حالة واحدة من بين مئات الآلاف ، لا تملك الخلايا اللمفاوية التائية الوقت للتعرف على البنية المصابة ، وتؤدي إلى استنساخ الخلايا التي تحتوي أيضًا على الجين المتحور. تكتل الخلايا له بالفعل وظائف أخرى ، وينتج مواد سامة ويؤثر سلبًا على الحالة العامة للجسم. إذا لم تحدث الطفرة في الخلية الجسدية ، ولكن في الخلية الجرثومية ، فسيتم ملاحظة التغييرات في الأحفاد. تبين أنها أمراض خلقية للأعضاء وتشوهات واضطرابات التمثيل الغذائي وأمراض التخزين.

الطفرات العفوية:

في بعض الحالات ، يمكن أن تكون الطفرات التي بدت سابقًا عديمة الفائدة مفيدة للتكيف مع الظروف المعيشية الجديدة. هذا يمثل الطفرة كمقياس للانتقاء الطبيعي. يتم تمويه الحيوانات والطيور والحشرات حسب منطقة إقامتهم لحماية أنفسهم من الحيوانات المفترسة. ولكن إذا تغير موطنها ، فبمساعدة الطفرات ، تحاول الطبيعة حماية الأنواع من الانقراض. في ظل الظروف الجديدة ، يبقى الأصلح على قيد الحياة ويمرر هذه القدرة إلى الآخرين. يمكن أن تحدث الطفرة في المناطق غير النشطة من الجينوم ، ومن ثم لا يتم ملاحظة أي تغييرات مرئية في النمط الظاهري. من الممكن تحديد "الكسر" فقط بمساعدة دراسات محددة. من الضروري دراسة أصل الحيوانات وأنواعها ذات الصلة وخرائطها الجينية.

مشكلة عفوية الطفرات

في الأربعينيات من القرن الماضي ، كانت هناك نظرية مفادها أن الطفرات ناتجة فقط عن تأثير العوامل الخارجية وتساعد على التكيف معها. من أجل اختبار هذه النظرية ، تم تطوير طريقة اختبار وتكرار خاصة. يتمثل الإجراء في حقيقة أن كمية صغيرة من البكتيريا من نفس النوع قد تم زرعها في أنابيب اختبار ، وبعد عدة لقاحات ، تمت إضافة المضادات الحيوية إليها. نجت بعض الكائنات الحية الدقيقة وتم نقلها إلى وسط جديد. أظهرت مقارنة البكتيريا من أنابيب اختبار مختلفة أن المقاومة نشأت بشكل تلقائي ، قبل وبعد التلامس مع المضاد الحيوي. تضمنت طريقة التكرار نقل الكائنات الحية الدقيقة إلى قطعة قماش ناعمة ثم نقلها إلى عدة وسائط نظيفة. تمت زراعة المستعمرات الجديدة ومعالجتها بمضاد حيوي. نتيجة لذلك ، نجت البكتيريا الموجودة في نفس الأجزاء من الوسط في أنابيب اختبار مختلفة.

تاريخ النشر: 05/22/17

الطفرات العفوية وأسبابها.

يوجد في أي مجموعة أفراد يعانون من طفرات عفوية ، أي التي نشأت من دون سبب واضح. أي جين بتردد أو آخر ينتقل تلقائيًا إلى حالة متحولة. مثال: تردد موضع المهق في الفئران هو 3 * 10 -5. أسباب تحريض الطفرات العفوية غير واضحة:

1. لفترة طويلة كان يعتقد أن هذه هي خلفية الإشعاع المؤين الطبيعي. أظهرت حسابات ذبابة الفاكهة أن إشعاع الخلفية الطبيعي مسؤول عن 0.1٪ من الطفرات العفوية. على الرغم من زيادة متوسط ​​العمر المتوقع ، يتراكم التعرض للخلفية الطبيعية. في البشر ، يمكن أن يُعزى 0.1 إلى 4٪ من الطفرات العفوية إلى الخلفية الطبيعية للإشعاع.

2. قد يكون سبب آخر هو التلف العرضي للكروموسومات أثناء عمليات التمثيل الغذائي الطبيعية التي تحدث في الخلية.

من المفترض أن الطفرات العفوية قد تكون نتيجة أخطاء عشوائية في عمل الآليات الجزيئية.

3. يمكن أن يكون سبب الطفرات العفوية هو حركة العناصر المتحركة عبر الجينوم ، والتي يمكن إدخالها في أي جين وتسبب طفرة. 80٪ من الطفرات العفوية من هذا النوع.

القدرة على التحور التحولية، يتأثر بشدة بالنمط الجيني. حتى داخل نفس النوع ، قد يكون للخطوط المختلفة وراثيًا قابلية تحور مختلفة. يكون هذا ملحوظًا بشكل خاص عندما يكون هناك جين متحور في الخط ، مما يزيد من تواتر الطفرات الجينية لدى الأفراد الذين يحملون هذا الجين.

من الضروري التمييز بين الترددات:

1. تعداد السكان ، وهو ما يعادل تواتر الطفرة إذا مات الطافرة بسرعة أو كان عقيمًا. في هذه الفئة من السكان ، توجد الطفرات فقط من جديد. إذا تركت الطفرات ذرية ، فإن تردد السكان = تردد الطفرة + الفصل.

2. تردد الطفرة.

الطفرات المستحثة- هذه هي عملية حدوث الطفرات تحت تأثير العوامل الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية الموجهة. درس ميلر في عام 1927 تأثير الأشعة السينية على العمليات الطفرية في ذبابة الفاكهة. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تم اكتشاف الطفرات الكيميائية. أظهر ساخاروف ولوباشوف وسميرنوف أن حمض الأسيتيك والأمونيا قادران على تحفيز الخلايا المميتة المتنحية في الكروموسوم. تسمى هذه العوامل بالطفرات أو العوامل المطفرة.

1. الطفرات الجسدية. المطفرات الجسدية:

- إشعاعات أيونية- الموجة (الأشعة السينية والأشعة الكونية) والجسيم العضلي (جسيمات بيتا ، البروتونات ، النيوترونات ، جسيمات ألفا)

بالمرور عبر المادة الحية ، تسحب الأشعة السينية γ والأشعة السينية الإلكترونات من الغلاف الخارجي للذرة أو الجزيء. لذلك ، الجسيمات المشحونة - ترتبط الإلكترونات بجسيمات مشحونة محايدًا. نتيجة لذلك ، يكتسب الجزيء المحايد شحنة تؤدي إلى مزيد من التحولات في المواد. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تقدم كل من تيموفيف-ريسوفسكي وديلبروك نظرية الهدف. وفقًا لذلك ، فإن الطفرات الناتجة عن الإشعاع ناتجة عن أحداث تأين مفردة تلحق الضرر بحساسية الهياكل (الهدف - الحمض النووي). لذلك ، فإن تواتر الطفرات المستحثة يعتمد على جرعة الإشعاع. لا يهم ما إذا كانت الجرعة تعطى مرة واحدة أو على أجزاء ، على الرغم من أن التأثير يكون أكثر وضوحًا بجرعة واحدة.

إن تواتر الطفرات الجينية وعمليات إعادة الترتيب الصغيرة للكروموسومات الناتجة عن الإشعاع المؤين يتناسب طرديًا مع جرعة الإشعاع. هذا موصوف بالمعادلة:

y هو إجمالي تكرار الطفرات المرصودة ،

k هو تواتر الطفرات العفوية ،

α - معامل التناسب - احتمال حدوث طفرة في كائن معين نتيجة للإشعاع بجرعة 1 رونتجن.

د هي الجرعة في رونتجن.

نظرًا لأن k صغير ، يمكن إهماله:

حقيقة أن تواتر الطفرات الجينية يعتمد خطيًا على جرعة الإشعاع أدى إلى افتراض أن كل طفرة هي نتيجة طفرة واحدة ، وهذا ينطبق أيضًا على إعادة الترتيب الصغيرة. ويفسر ذلك حقيقة أن كسرين يحدثان بالقرب من الكروموسوم ناتجا عن تأين واحد. إذا كان هذا صحيحًا ، فيجب ملاحظة اعتماد مختلف على جرعة الإشعاع في عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات الكبيرة. نظرًا لأن عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات الكبيرة هي نتيجة لانقطاعين أو أكثر عن بعضهما البعض ، فإن تواتر إعادة الترتيب هذه يجب أن يكون مساويًا لمربع جرعة الإشعاع. هذا صحيح في بعض الأحيان ، ولكن في كثير من الأحيان لا يتناسب تواتر التشعيع المستحث لعمليات إعادة الترتيب الكبيرة مع مربع الجرعة ، ولكن مع قيمة أصغر. أسباب ذلك غير واضحة. يُعتقد أن هذا يرجع إلى خصائص آليات ربط أطراف الأجزاء المشكلة. أو ، ربما ، يتم الاحتفاظ فقط بتلك الانحرافات الكبيرة التي لا تؤثر على قابلية الخلية للحياة ، أو تقللها قليلاً. تعكس نظرية الأهداف جوانب مهمة من الإشعاع المؤين. بعد ذلك ، وجد أن آليات الطفرات الإشعاعية أكثر تعقيدًا. يلعب الإشعاع دورًا رئيسيًا في حدوث الطفرات.

هناك حقائق تثبت أن الإشعاع المؤين يمكن أن يعمل بشكل غير مباشر على الجهاز الجيني. عندما تمر الجسيمات المؤينة عبر السيتوبلازم ، فإنها تشكل جذورًا قادرة على التفاعل مع المكونات الكيميائية للكروموسومات. تعتبر الجذور الحرة ذات أهمية كبيرة ، والتي تتشكل نتيجة التحلل الإشعاعي للماء.

H + OH \ u003d H 2 O

OH + OH \ u003d H 2 O 2

أظهرت التجارب أن تشعيع وسط مغذي سائل يجعله يسبب الطفرات الجينية للبكتيريا الموجودة فيه. إنها الجذور الحرة للبيروكسيد. إذا حدث في جو غني بالأكسجين ، فإن عدد الطفرات يكون أكبر منه في الغلاف الجوي الذي يفتقر إلى الأكسجين أو في جو غاز خامل. أعتقد أنه في وجود الأكسجين ، يزيد التشعيع من تكوين بيروكسيد الهيدروجين. إن الزيادة في تواتر الطفرات مع زيادة الجرعة ترتفع إلى حدود معينة ، والتي يتناقص فوقها تواتر الطفرات المكتشفة. هذا موضح:

عند الجرعات العالية جدًا ، يصل الضرر الذي يلحق بالجينات والكروموسومات إلى النقطة التي تصبح فيها الخلايا غير قابلة للحياة.

في حالة تلف الخلايا الجرثومية وقادرة على المشاركة في الإخصاب ، تموت البيضة الملقحة بسبب الانتهاكات الجسيمة للجهاز الوراثي - وهذا هو المهلك السائد. لذلك ، تموت الطفرة مع الكائن الحي. هذا يعني أن تواتر الطفرات في أحفاد الأفراد الذين تعرضوا للإشعاع ينخفض.

يزيد الإشعاع المؤين من تكرار إعادة ترتيب الكروموسوم إلى حد أكبر من تكرار الطفرات الجينية. لا تتحقق كل الأضرار التي تلحق بالجهاز الوراثي بسبب التشعيع في شكل طفرات. يتم تصحيح العديد منها بواسطة أنظمة إنزيمات تعويضية. تم اكتشاف ظاهرة الجبر أثناء تحريض إعادة ترتيب الكروموسومات الكبيرة مع الإشعاع المجزأ.

يتم تحديد التأثير الطفري للإشعاع من خلال مجموع كسور الإشعاع ولا يعتمد على التجزئة. هذا صحيح لعمليات إعادة البناء الصغيرة ، ولكن ليس لعمليات إعادة البناء الكبيرة التي تتطلب نقطتي فاصل أو أكثر.

1. إذا تم إعطاء الجرعة بأكملها دفعة واحدة ، فإن النهايات الانقسامية للكروموسومات المكسورة تكون موجودة في نفس الوقت في الخلايا. يمكن توصيل النهايات في أي مجموعة - الانعكاس والإزاحة والحذف.

2. إذا تم إعطاء الجرعة بعدة جرعات ، فإن بعض عمليات إعادة الترتيب التي حدثت سابقًا لديها وقت للتعافي قبل تأثير جزء جديد.

نتيجة لتجميع الجرعات ، وتقسيمها إلى كسور تعطي طفرات أصغر. النتيجة نفسها: إذا تم استبدال إشعاع قصير عالي الكثافة بجرعة مماثلة ممتدة مع مرور الوقت ، ولكن أقل شدة.

- إشعاع مؤين قوي(الأشعة فوق البنفسجية) - طول موجي أطول وطاقة أقل.

لا تؤين الأشعة فوق البنفسجية الذرات ، وبالتالي تثير قذائفها ، وبالتالي تفاعلات كيميائية مختلفة في هذه الخلايا و ، => طفرات.

تعتمد الخصائص المطفرة للأشعة فوق البنفسجية على الطول الموجي. معظم الطفرات مع الطول الموجي = 260 نانومتر. وكلما كان الطول الموجي أقصر ، قلت الخصائص المطفرة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الحمض النووي يمتص الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يبلغ 260 نانومتر. قوة اختراق الأشعة فوق البنفسجية صغيرة ، => لا يوجد تأثير على الخلايا الجرثومية ، وتتجلى خصائص الطفرات في الكائنات الحية السفلية. في البشر ، يعمل على الجلد.

- درجة الحرارة. يصيب أولئك الذين تعتمد درجة حرارة أجسامهم على البيئة. تؤدي زيادة درجة الحرارة لكل 10 درجات إلى زيادة تكرار الطفرات بمقدار 3-5 مرات. ينتج عن هذا طفرات جينية. يمكن أن تتم إعادة ترتيب الكروموسوم بهذه الطريقة عند الاقتراب من الحد الأعلى للتسامح.

2. المطفرات الكيميائية:

2.1. مركبات مؤلكلة، بمعنى آخر. المواد عالية الفعالية التي تحمل مجموعات الألكيل (الجذور الحرة). مثال: ثنائي ميثيل سلفات ، غاز الخردل ، ثنائي إيثيل كبريتات (بعضها عبارة عن مخلفات فائقة).

2.2. مواد مماثلة في التركيب الكيميائي ل ACO ،التي تم تضمينها في NC. مثال: 2-أمينوبورين ، كافيين.

2.3 أصباغ أكريدين.مثال: بروفلافين.

2.4 فريق من المواد التي تمت دراسة خصائصها الطفرية جيدًا ،لكنها تختلف في التركيب وآلية العمل الجزيئية. مثال: حمض النيتروز ، بيروكسيد الهيدروجين ، يوريتان ، فورمالديهايد.

ملامح الطفرات الكيميائية

1. لا علاقة مباشرة

2. يكون لها تأثير عتبة

3. خصوصية التأثيرات في الأنسجة المختلفة

4. كل مطفر كيميائي له طيف طفرة خاص به.

5. تتميز المطفرات الكيميائية بحدوث الانحرافات الكروماتيدية

6. للطفرات الكيميائية ، لوحظ تأثير متأخر (طويل الأمد) ، أي ليس بعد التعرض ، ولكن بعد 2-3 أجيال من الخلايا ، أسباب ذلك غير واضحة.

7. الخصوصية الإقليمية. يتأثر الهيتروكروماتين أكثر من كروماتين حقيقي.

8. إن التأثير المشترك للعديد من المطفرات المؤثرة ليس مضافًا دائمًا.

40. الطفرات العددية: تعدد الصبغيات ، اختلال الصيغة الصبغية ، أسبابها ، آليات التكوين.

يحدث تغيير في عدد الكروموسومات عند وجود أكثر من مجموعتين أحاديتين في الخلايا تعدد الصبغيات (1910 ستاسبرغر). مجموعة الكروموسومات أحادية الصيغة الصبغية هي المجموعة التي يوجد فيها واحد فقط من كل زوج من المتماثلات. الجينوم هو مجموعة أحادية العدد. يمكن أن تكون أسباب تعدد الصبغيات:

1. استنساخ الكروموسومات في خلية غير مقسمة ،

2. اندماج الخلايا الجسدية أو نواتها ،

3. انتهاك الانقسام الاختزالي ، مما يؤدي إلى تكوين الأمشاج مع عدد غير مخفض من الكروموسومات.

تسمى Polyploids التي تكرر نفس مجموعة الكروموسومات عدة مرات الصبغيات التلقائية ، أو الصبغيات التلقائية . وهكذا ، في سياق التطور ، تم تشكيل العديد من أنواع النباتات. تسمى Polyploids التي نشأت في أنواع هجينة متعددة الأنواع ، وبالتالي تحتوي على عدة تكرارات لمجموعتين مختلفتين من الكروموسومات اختلال الصيغة الصبغية . تغيير في عدد الكروموسومات الفردية - اختلال الصيغة الصبغية ، والسبب في ذلك هو عدم انفصال الكروموسومات الفردية في الانقسام الاختزالي.

2n-1 - أحادية الصبغي ،

2n + 1 - تثلث الصبغي ،

2n + 2 - تيتراسومي.

غالبًا ما تكون هذه المتغيرات قابلة للتطبيق في النباتات. في الحيوانات ، اختلال الصيغة الصبغية على الكروموسومات الجنسية قابلة للحياة. في البشر ، اختلال الصيغة الصبغية على الكروموسوم الجنسي ، وكذلك التثلث الصبغي 21 ، 13 ، 18 (إدوارد إس م) قابلة للحياة. بالنسبة لجميع الكروموسومات الأخرى ، فإن اختلال الصيغة الصبغية قاتل.

مع طفرات الكروموسومات ، تحدث عمليات إعادة ترتيب رئيسية لبنية الكروموسومات الفردية. في هذه الحالة ، هناك خسارة (حذف) أو مضاعفة لجزء (ازدواجية) من المادة الوراثية لكروموسوم واحد أو أكثر ، وتغير في اتجاه مقاطع الكروموسومات في الكروموسومات الفردية (الانقلاب) ، وكذلك نقل جزء من المادة الجينية من كروموسوم إلى آخر (إزفاء) (الحالة القصوى - اتحاد الكروموسومات الكاملة ، ما يسمى بالانتقال روبرتسونيان ، وهو متغير انتقالي من طفرة صبغية إلى طفرة جينية).

تنقسم الطفرات العددية للنمط النووي إلى تعدد الصبغيات ، اختلال الصيغة الصبغية ، تعدد الصبغيات.

يشير Heteroploidy إلى التغيير الكلي في عدد الكروموسومات فيما يتعلق بالمجموعة الكاملة ثنائية الصبغيات.

يحدث اختلال الصيغة الصبغية عندما يزداد عدد الكروموسومات في الخلية بمقدار واحد (تثلث الصبغي) أو أكثر (تعدد الصبغيات) أو يتم تقليله بمقدار واحد (أحادية الصبغي). يتم استخدام المصطلحين "hyperploidy" و "hypoploidy" أيضًا. أولهما يعني زيادة عدد الكروموسومات في الخلية ، والثاني - عدد أقل.

تعدد الصبغيات هو زيادة في عدد مجموعات الكروموسوم الكاملة بعدد زوجي أو فردي من المرات. يمكن أن تكون الخلايا متعددة الصيغ الصبغية ثلاثية الصيغ الصبغية ، ورباعية الصيغة الصبغية ، وخماسية الصيغة الصبغية ، وسداسي الصيغة الصبغية ، وما إلى ذلك.

29. الطفرات العفوية والمستحثة. المطفرة. الطفرات والتسرطن. الخطر الوراثي للتلوث البيئي. تدابير الحماية.

الطفرات العفوية.

تتميز الطفرات ، بالإضافة إلى الخصائص النوعية ، أيضًا بالطريقة

حادثة. عفوية (عشوائية) - الطفرات التي تحدث أثناء الوضع الطبيعي

الظروف المعيشية. تعتمد العملية العفوية على عوامل خارجية وداخلية

(بيولوجية ، كيميائية ، فيزيائية). تحدث الطفرات العفوية في

الإنسان في الأنسجة الجسدية والتوليدية. طريقة لتحديد العفوية

تعتمد الطفرات على حقيقة أن الأطفال لديهم سمة سائدة ، بالرغم من ذلك

والديه مفقود. أظهرت دراسة في الدنمارك ذلك

أن واحدًا تقريبًا من كل 24000 أمشاج يحمل طفرة سائدة. عالم

قام هالدين بحساب متوسط ​​احتمال حدوث طفرات عفوية ،

والتي تبين أنها تساوي 5 * 10-5 لكل جيل. عالم آخر كورت براون

اقترح طريقة مباشرة لتقييم مثل هذه الطفرات ، وهي: عدد الطفرات

مقسومًا على ضعف عدد الأفراد الذين تم فحصهم.

الطفرات المستحثة.

الطفرات المستحثة هي الإنتاج الاصطناعي للطفرات مع

باستخدام المطفرات ذات الطبيعة المختلفة. لأول مرة قدرة مؤينة

تم اكتشاف الإشعاع لإحداث طفرات بواسطة G.A. Nadson و G.S. فيليبوف.

ثم ، من خلال بحث مستفيض ، علم الأحياء الإشعاعي

الاعتماد على الطفرة. في عام 1927 ، العالم الأمريكي جوزيف مولر

لقد ثبت أن تواتر الطفرات يزداد مع زيادة جرعة التعرض.

في أواخر الأربعينيات ، تم اكتشاف وجود مطفرات كيميائية قوية ،

التي تسببت في أضرار جسيمة للحمض النووي البشري لمجموعة من

الفيروسات. أحد الأمثلة على تأثير المطفرات على البشر

endomitosis - ازدواجية الكروموسومات مع الانقسام اللاحق للوسط ، ولكن بدون

تباعد الكروموسومات.

المطفرات هي عوامل كيميائية وفيزيائية تسبب تغيرات وراثية - طفرات. تم الحصول على الطفرات الاصطناعية لأول مرة في عام 1925 من قبل ج. في عام 1927 ، حصل ج. مولر على طفرات في ذبابة الفاكهة بفعل الأشعة السينية. تم اكتشاف قدرة المواد الكيميائية على إحداث طفرات (بفعل اليود على ذبابة الفاكهة) بواسطة I. A.Rapoport. في الأفراد الذبابة التي تطورت من هذه اليرقات ، كان تواتر الطفرات أعلى عدة مرات من الحشرات الضابطة.

يمكن أن تكون المطفرات عوامل مختلفة تسبب تغيرات في بنية الجينات وبنية وعدد الكروموسومات. حسب الأصل ، يتم تصنيف المطفرات إلى داخلية ، تكونت خلال حياة الكائن الحي وعوامل خارجية - جميع العوامل الأخرى ، بما في ذلك الظروف البيئية.

وفقًا لطبيعة الحدوث ، يتم تصنيف المطفرات إلى فيزيائية وكيميائية وبيولوجية:

المطفرة الجسدية.

إشعاعات أيونية؛

الاضمحلال الإشعاعي؛

الأشعة فوق البنفسجية

انبعاث الراديو والمجالات الكهرومغناطيسية المحاكاة ؛

ارتفاع مفرط أو انخفاض درجة الحرارة.

المطفرة الكيميائية.

عوامل الأكسدة والاختزال (النترات والنتريت وأنواع الأكسجين التفاعلية) ؛

عوامل مؤلكلة (مثل يودواسيتاميد) ؛

مبيدات الآفات (مثل مبيدات الأعشاب ومبيدات الفطريات) ؛

بعض المضافات الغذائية (مثل الهيدروكربونات العطرية والسيكلامات) ؛

منتجات تكرير النفط؛

مادة متفاعلة؛

الأدوية (على سبيل المثال ، تثبيط الخلايا ، مستحضرات الزئبق ، مثبطات المناعة).

يمكن أيضًا تصنيف عدد من الفيروسات بشكل مشروط على أنها مطافرات كيميائية (العامل المسبب للطفرات للفيروسات هو أحماضها النووية - DNA أو RNA).

المطفرة البيولوجية.

تسلسل الحمض النووي المحدد هي الينقولات.

بعض الفيروسات (الحصبة والحصبة الألمانية والأنفلونزا) ؛

منتجات التمثيل الغذائي (منتجات أكسدة الدهون) ؛

مستضدات بعض الكائنات الحية الدقيقة.

التسرطن هو عملية فسيولوجية مرضية معقدة لأصل الورم وتطوره. تعتبر دراسة عملية التسرطن لحظة أساسية لفهم طبيعة الأورام ولإيجاد طرق جديدة وفعالة لعلاج أمراض الأورام. التسرطن عملية معقدة متعددة المراحل تؤدي إلى إعادة تنظيم الورم العميق لخلايا الجسم الطبيعية. من بين جميع نظريات السرطنة المقترحة حتى الآن ، تستحق نظرية الطفرات أكبر قدر من الاهتمام. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الأورام هي أمراض وراثية ، الركيزة الممرضة هي تلف المادة الوراثية للخلية (الطفرات النقطية ، الانحرافات الصبغية ، إلخ). يؤدي تلف مناطق معينة من الحمض النووي إلى تعطيل آليات التحكم في تكاثر الخلايا وتمايزها ، وفي النهاية إلى تكوين الورم. يحتوي الجهاز الجيني للخلايا على نظام معقد للتحكم في انقسام الخلايا ونموها وتمايزها. تمت دراسة نظامين تنظيميين لهما تأثير أساسي على عملية تكاثر الخلايا. الجينات الورمية الأولية هي مجموعة من جينات الخلايا الطبيعية التي لها تأثير محفز على عمليات انقسام الخلايا من خلال منتجات محددة من تعبيرها. يعد تحول الجين الورمي الأولي إلى جين الورم (الجين الذي يحدد خصائص الورم للخلايا) أحد آليات ظهور الخلايا السرطانية. يمكن أن يحدث هذا نتيجة لطفرة في الجين الورمي الأولي مع تغيير في بنية منتج معين للتعبير الجيني ، أو زيادة في مستوى التعبير عن الجين الورمي الأولي عندما يتغير تسلسله التنظيمي (طفرة نقطية) أو عندما يتم نقل الجين إلى منطقة مكتوبة بنشاط من الكروموسوم (انحرافات الكروموسومات). في الوقت الحالي ، تمت دراسة النشاط المسرطنة للجينات المسرطنة الأولية لمجموعة ras (HRAS ، KRAS2). في أمراض الأورام المختلفة ، يتم تسجيل زيادة كبيرة في نشاط هذه الجينات (سرطان البنكرياس ، وسرطان المثانة ، وما إلى ذلك). تم الكشف أيضًا عن التسبب في ورم الغدد الليمفاوية في بوركيت ، حيث يحدث تنشيط الجين الورمي الأولي MYC عندما يتم نقله إلى منطقة الكروموسومات التي تحتوي على جينات الغلوبولين المناعي المنسوخة بنشاط.

وظائف الجينات الكابحة معاكسة لوظائف الجينات المسرطنة الأولية. الجينات الكابتة لها تأثير مثبط على عمليات انقسام الخلايا والخروج من التمايز. لقد ثبت أنه في عدد من الحالات ، يؤدي تعطيل الجينات الكابتة مع اختفاء تأثيرها العدائي على الجينات المسرطنة الأولية إلى تطور بعض أمراض الأورام. وبالتالي ، فإن فقدان منطقة الكروموسوم التي تحتوي على الجينات الكابتة يؤدي إلى تطور أمراض مثل الورم الأرومي الشبكي ، ورم ويلمز ، إلخ.

وبالتالي ، فإن نظام الجينات الورمية الأولية والجينات الكابتة يشكل آلية معقدة للتحكم في معدل انقسام الخلايا ونموها وتمايزها. انتهاكات هذه الآلية ممكنة تحت تأثير العوامل البيئية وفيما يتعلق بعدم الاستقرار الجيني - وهي نظرية اقترحها كريستوف لينجور وبيرت فوجلشتاين. يجادل Peter Duesberg من جامعة كاليفورنيا في بيركلي بأن اختلال الصيغة الصبغية (تغيير في عدد الكروموسومات أو فقدان مناطقها) ، وهو عامل في زيادة عدم استقرار الجينوم ، يمكن أن يكون سبب تحول الورم في الخلية. وفقًا لبعض العلماء ، قد يكون سببًا آخر للأورام عيبًا خلقيًا أو مكتسبًا في أنظمة إصلاح الحمض النووي الخلوي. في الخلايا السليمة ، تستمر عملية تكرار الحمض النووي (المضاعفة) بدقة كبيرة بسبب عمل نظام خاص لتصحيح أخطاء ما بعد النسخ المتماثل. في الجينوم البشري ، تمت دراسة ما لا يقل عن 6 جينات تشارك في إصلاح الحمض النووي. يستلزم الضرر الذي يلحق بهذه الجينات اضطرابًا في وظيفة نظام الإصلاح بأكمله ، وبالتالي زيادة كبيرة في مستوى أخطاء ما بعد النسخ ، أي الطفرات.

النظرية الطفرية في التسرطن هي العقيدة التي بموجبها يكون سبب الأورام الخبيثة هو التغيرات الطفرية في جينوم الخلية. هذه النظرية مقبولة بشكل عام الآن. في الغالبية العظمى من الحالات ، تتطور الأورام الخبيثة من خلية ورمية واحدة ، أي أنها من أصل وحيدة النسيلة. وفقًا للمفاهيم الحديثة ، يمكن أن تحدث الطفرات التي تؤدي في النهاية إلى تطور الورم في كل من الجنس (حوالي 5 ٪ من جميع الحالات) وفي الخلايا الجسدية.

نجاحات علم الوراثة الحديثة تجعل من الممكن الاقتراب من دراسة حالة البيئة من وجهة نظر حماية الوراثة ، الجينات في المحيط الحيوي. يحظى هذا النهج باهتمام خاص في برنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) ، في أنشطة منظمة الصحة العالمية<ВОЗ) и ЮНЕСКО (в программе МАБ «Человек и биосфера», проект 12). По инициативе советских ученых было начато создание центра по генетическому мониторингу, в задачу которого входит и разработка доступных методов для оценки степени воздействия загрязнения окружающей среды на экосистемы и здоровье человека.

وفي الوقت نفسه ، فإن التغييرات في المحيط الحيوي ، التي حولها الإنسان ، تؤدي إلى ظهور عوامل لا يمكن السيطرة عليها تؤثر على مسار العمليات الجينية. من بينها الآثار الطفرية الناجمة عن التلوث البيئي ، والذي أصبح الآن منتشرًا بشكل متزايد.

إن الخطر الرئيسي للتلوث البيئي بالطفرات ، وفقًا لعلماء الوراثة ، هو أن الطفرات الناشئة حديثًا التي لا يتم "إعادة تدويرها" تطوريًا ستؤثر سلبًا على قابلية الحياة لأي كائن حي. وإذا كان الضرر الذي يلحق بالخلايا الجرثومية يمكن أن يؤدي إلى زيادة عدد ناقلات الجينات والكروموسومات الطافرة ، فعندها إذا تضررت جينات الخلايا الجسدية ، فمن الممكن زيادة عدد السرطانات. علاوة على ذلك ، هناك علاقة عميقة بين التأثيرات البيولوجية التي تبدو مختلفة.

على وجه الخصوص ، تؤثر المطفرات البيئية على حجم إعادة تركيب الجزيئات الوراثية ، والتي تعد أيضًا مصدرًا للتغيرات الوراثية. من الممكن أيضًا التأثير على عمل الجينات ، والتي يمكن أن تكون سببًا ، على سبيل المثال ، التشوهات المسخية (التشوهات) ، وأخيرًا ، من الممكن حدوث تلف في أنظمة الإنزيمات ، مما يؤدي إلى تغيير الخصائص الفسيولوجية المختلفة للجسم ، حتى النشاط للجهاز العصبي ، وبالتالي يؤثر على النفس. إن التكيف الجيني للسكان البشريين مع التلوث المتزايد للغلاف الحيوي بواسطة عوامل الطفرات أمر مستحيل بشكل أساسي. للقضاء على تأثير المطفرات أو الحد منه ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري تقييم الطفرات الوراثية لمختلف الملوثات في أنظمة الاختبار البيولوجية شديدة الحساسية ، بما في ذلك تلك التي يمكن أن تدخل المحيط الحيوي ، وإذا ثبت الخطر على البشر ، فاتخذ التدابير لمكافحتهم.

وبالتالي ، تنشأ مهمة الفرز - غربلة التلوث من أجل تحديد المطفرات ووضع تشريعات خاصة لتنظيم إطلاقها في البيئة. وبالتالي ، فإن السيطرة على العواقب الوراثية للتلوث في المجمع تحتوي على مهمتين: اختبار الطفرات الجينية للعوامل البيئية ذات الطبيعة المختلفة (الفرز) ومراقبة السكان. يتم أيضًا استخدام الطريقة الوراثية الخلوية لاختبار زراعة الأنسجة من النباتات والحيوانات والخلايا الليمفاوية البشرية. أيضا اختبار باستخدام الطريقة القاتلة السائدة (الكشف عن الطفرات التي تسبب موت الأجنة في المراحل الأولى من التطور) على الثدييات ، وخاصة على myi. أوه. أخيرًا ، يتم أيضًا استخدام الاختبار المباشر للطفرات في الخلايا الثديية والبشرية في كل من زراعة الأنسجة وفي الجسم الحي.

تشمل العوامل اللاأحيائية لأي نظام بيئي الإشعاع المؤين والملوثات. السمية البيئية والطفرات مفهومان مترابطان. يمكن أن يكون لنفس العوامل البيئية تأثيرات سامة ومطفرة. يظهر التأثير السام بعد فترة وجيزة من ملامسة العامل ، بعد مرور شهر على الأقل. يمكن التعبير عنها في شكل الحساسية ، وضعف جهاز المناعة ، التسمم ، تطور العصاب ، حدوث أمراض غير معروفة من قبل.

في كثير من الأحيان ، تتجلى سمية البيئة في شكل انحرافات مستقرة عن الحالة الفسيولوجية الطبيعية للجسم في عدد كبير من الأشخاص الذين يعملون في إنتاج خطير أو يعيشون في مناطق مجاورة للمؤسسة.

غالبًا ما تكون الملوثات عبارة عن نفايات ناتجة عن الإنتاج والنقل البري: ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والكربون والهيدروكربونات ومركبات النحاس والزنك والزئبق والرصاص.

يمكن أن تكون الملوثات أيضًا مواد كيميائية من صنع الإنسان ، مثل مبيدات الآفات المستخدمة لمكافحة آفات المحاصيل.

لا تظهر الطفرات البيئية على الفور بعد التعرض للعامل. يكمن خطر الطفرات على البشر في حقيقة أن اتصالهم المتكرر والمطول يؤدي إلى حدوث طفرات - تغييرات مستمرة في المادة الجينية. مع تراكم الطفرات ، تكتسب الخلية القدرة على الانقسام اللانهائي ويمكن أن تصبح أساسًا لتطوير مرض الأورام (الورم السرطاني).

إن ظهور الطفرات هو عملية طويلة ومعقدة ، لأن الخلايا لديها نظام دفاع موثوق يقاوم عملية الطفرات.

يعتمد تطور الطفرة على جرعة الطفرة ومدة تأثيرها ، وكذلك على عدد المرات التي يعمل فيها المطفر على الجسم ، أي. من إيقاع عمله. يمكن أن تمتد عملية تطور الطفرات لسنوات.

في المقام الأول من بين التأثيرات التي تسبب تغيرات عميقة في الجهاز الوراثي ، هو الإشعاع. من الأمثلة الجيدة على التأثير المطفر للبيئة تطور داء الإشعاع التدريجي ، الذي ينتهي بالموت لدى الأشخاص الذين تلقوا جرعة عالية من الإشعاع. مثل هذه الحالات نادرة. عادة ما تكون ناجمة عن حالات الطوارئ ، وانتهاك العمليات التكنولوجية.

يرتبط الانحلال الإشعاعي ، أو ظاهرة النشاط الإشعاعي ، بقدرة ذرات العناصر الكيميائية الفردية على إصدار الجسيمات التي تحمل الطاقة. السمة الرئيسية للإشعاع ، والتي تحدد درجة تأثيره على الجسم ، هي الجرعة. الجرعة هي كمية الطاقة المنقولة إلى الجسم. ومع ذلك ، بالنسبة لنفس الجرعة الممتصة ، يمكن أن يكون لأنواع مختلفة من الإشعاع تأثيرات بيولوجية مختلفة.

تحت تأثير الإشعاع المشع في الخلايا ، تتأين الذرات والجزيئات ، بما في ذلك جزيئات الماء ، مما يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات التحفيزية التي تؤدي إلى تغييرات وظيفية في الخلايا. تعمل الخلايا الأكثر حساسية للإشعاع على تجديد الأعضاء والأنسجة باستمرار: نخاع العظام ، والغدد التناسلية ، والطحال. تتعلق التغييرات بآليات الانقسام ، والمواد الوراثية في تكوين الكروماتين والكروموسومات ، وتنظيم عمليات التجديد وتخصص الخلية.

يتسبب الإشعاع كعامل مطفر في تلف الجهاز الوراثي للخلايا: جزيئات الحمض النووي ، والتغيرات في النمط النووي ككل. تؤدي الطفرات في الخلايا الجسدية للشخص المعرض إلى الإصابة بسرطان الدم أو الأورام الأخرى في مختلف الأعضاء. تظهر الطفرات في الخلايا الجرثومية في الأجيال اللاحقة: في الأطفال والأحفاد الأبعد لشخص تعرض للإشعاع. لا تعتمد العيوب الجينية كثيرًا على جرعة وتكرار التعرض. حتى الجرعات المنخفضة للغاية من الإشعاع يمكن أن تحفز الطفرات ، وبعبارة أخرى ، لا توجد جرعة حدية من الإشعاع.

يرجع خطر التعرض للإشعاع إلى حقيقة أن حواس الإنسان لا يمكنها التقاط أي نوع من أنواع الإشعاع. من الممكن إثبات حقيقة التلوث الإشعاعي للمنطقة فقط بالأدوات.

يتمثل خطر الإشعاع في المدافن القديمة التي يعود تاريخها إلى الوقت الذي لم تعط فيه مشاكل الإشعاع الاهتمام الواجب. يمكن أن تنشأ مواقف خطيرة أثناء التخلص من الوقود النووي المستهلك من محطات الطاقة النووية والغواصات النووية ، أثناء التخلص من النفايات المشعة التي تشكلت بعد تدمير الأسلحة النووية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من المؤسسات الصناعية والمؤسسات العلمية والطبية لديها نفايات مشعة.

إن الإشعاع المرتبط بتطوير الطاقة النووية ليس سوى جزء صغير ناتج عن الأنشطة البشرية. يمكن أن يؤدي استخدام الأشعة السينية في الطب ، وحرق الفحم ، والتعرض المطول للغرف المغلقة جيدًا إلى زيادة كبيرة في مستويات التعرض.

من المستحيل تجنب التعرض للإشعاع المؤين. نشأت الحياة على الأرض واستمرت في التطور في ظروف الإشعاع الطبيعي المستمر. بالإضافة إلى النويدات المشعة التقنية ، والإشعاع الكوني والإشعاع من المكونات المشعة الطبيعية المنتشرة في قشرة الأرض ، يساهم الهواء والأشياء الأخرى في إشعاع الخلفية للأرض.

لا تمتلك الخصائص المطفرة أنواعًا مختلفة من الإشعاع فحسب ، بل تمتلكها أيضًا العديد من المركبات الكيميائية: المواد الطبيعية غير العضوية (أكاسيد النيتروجين والنترات ومركبات الرصاص) والمركبات الطبيعية المعالجة (منتجات احتراق الفحم والنفط والخشب ومركبات المعادن الثقيلة) ، المنتجات الكيماوية غير الموجودة في الطبيعة (مبيدات الآفات ، بعض المضافات الغذائية ، النفايات الصناعية ، جزء من المركبات الاصطناعية).

أكاسيد النيتروجين (III) و (V) لها تأثير مطفر واضح في جو المدن ، والتي عند تفاعلها مع الرطوبة الجوية ، تشكل أحماض النيتروز والنتريك ، وكذلك الانبعاثات من محركات الديزل ؛ البنزوبيرين ، غبار الأسبستوس ، الديوكسينات - تتشكل أثناء الاحتراق غير المنضبط للنفايات المنزلية والصناعية الصلبة.

في تكوين الغلاف المائي ، يكون لأملاح المعادن الثقيلة (النيكل والمنغنيز) ومبيدات الآفات تأثير مطفر أكثر وضوحًا.

في التربة ، تشتمل المطفرات الكيميائية على أملاح المعادن الثقيلة والمركبات الفلزية العضوية ، التي تتلوث بها التربة على طول الطرق السريعة وفي مناطق مقالب القمامة. على سبيل المثال ، يعتبر الرصاص من أخطر ملوثات التربة بين المعادن. يمكن أن يتراكم في جسم الإنسان ، مسبباً تسمماً مزمناً ، يتجلى في إرهاق الجسم ، واختلال وظائف الكلى ، وضعف العضلات ، واضطرابات شديدة في الجهاز العصبي والدورة الدموية. يمكن أن يؤدي تناول النباتات والفطر والتوت المقطوف بالقرب من الطرق السريعة إلى الإصابة بالتسمم الغذائي ، وبعد بضع سنوات ، يمكن أن يظهر التأثير كطفرة.

على عكس الإشعاع المشع ، فإن المطفرات الكيميائية لها تأثير فقط عند الاتصال المباشر بخلايا الجسم. يمكن أن يصابوا بالجلد والأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي ، ويدخلون في الجهاز الهضمي مع الطعام ، ثم ينتقلون إلى الدم بالمغذيات.

تعتبر الطفرات هدفًا مهمًا للدراسة لعلماء الوراثة الخلوية والكيميائيين الحيوية. غالبًا ما تكون الطفرات أو الجينات أو الكروموسومات هي سبب الأمراض الوراثية. في ظل الظروف الطبيعية ، نادرًا ما تحدث عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات. غالبًا ما تكون الطفرات التي تسببها المواد الكيميائية أو المطفرات البيولوجية أو العوامل الفيزيائية مثل الإشعاع المؤين سببًا في التشوهات الخلقية والأورام الخبيثة.

معلومات عامة عن الطفرات

عرّف هيو دي فريس الطفرة على أنها تغيير مفاجئ في سمة موروثة. توجد هذه الظاهرة في جينوم جميع الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى البشر. في ظل الظروف العادية ، نادرًا ما تحدث الطفرات في الأحماض النووية ، بمعدل تكرار يبلغ حوالي 1 · 10 -4 - 1 · 10-10.

اعتمادًا على كمية المادة الجينية المتأثرة بالتغييرات ، تنقسم الطفرات إلى جينوم وكروموسومات وجين. ترتبط الجينومية بتغيير في عدد الكروموسومات (أحادية الصبغي ، تثلث الصبغي ، رباعي الصبغي) ؛ ترتبط الكروموسومات بالتغيرات في بنية الكروموسومات الفردية (الحذف ، الازدواجية ، النقل) ؛ تؤثر الطفرات الجينية على جين واحد. إذا أثرت الطفرة على زوج واحد فقط من النيوكليوتيدات ، فإنها تكون طفرة نقطية.

اعتمادًا على الأسباب التي تسببت فيها ، يتم تمييز الطفرات العفوية والمستحثة.

الطفرات العفوية

تحدث في الجسم تحت تأثير العوامل الداخلية. تعتبر الطفرات العفوية طبيعية ، ونادرًا ما تؤدي إلى عواقب وخيمة على الجسم. في أغلب الأحيان ، تحدث مثل هذه الترتيبات داخل نفس الجين ، المرتبطة باستبدال القواعد - البيورين من أجل البيورين (الانتقال) ، أو البيورين للبيريميدين (التحويل).

تحدث الطفرات العفوية بشكل أقل تكرارًا في الكروموسومات. عادة ، يتم تمثيل الطفرات العفوية للكروموسومات بالانتقالات (نقل جين واحد أو أكثر من كروموسوم إلى آخر) والانعكاسات (التغيرات في تسلسل الجينات في الكروموسوم).

إعادة الترتيب المستحثة

تحدث الطفرات المستحثة في خلايا الجسم تحت تأثير المواد الكيميائية أو الإشعاع أو مادة تكاثر الفيروس. تظهر مثل هذه الطفرات في كثير من الأحيان أكثر من الطفرات العفوية ولها عواقب أكثر خطورة. أنها تؤثر على الجينات الفردية ومجموعات الجينات ، مما يعوق تخليق البروتينات الفردية. غالبًا ما تؤثر الطفرات المستحثة عالميًا على الجينوم ، وتحت تأثير الطفرات تظهر الكروموسومات غير الطبيعية في الخلية: isochromosomes ، والكروموسومات الحلقية ، وثنائيات القسيم المركزي.

المطفرات ، بالإضافة إلى إعادة ترتيب الكروموسومات ، تسبب تلف الحمض النووي: فواصل مزدوجة الخيط ، وتشكيل روابط متقاطعة للحمض النووي.

أمثلة على المطفرات الكيميائية

تشمل المطفرات الكيميائية النترات ، والنتريت ، ونظائر القواعد النيتروجينية ، وحمض النيتروز ، والمبيدات الحشرية ، وهيدروكسيل أمين ، وبعض المضافات الغذائية.

يتسبب حمض النيتروز في تشقق المجموعة الأمينية من القواعد النيتروجينية واستبدالها بمجموعة أخرى. هذا يؤدي إلى طفرات نقطية. تحدث الطفرات المستحثة كيميائيًا أيضًا بسبب الهيدروكسيلامين.

تزيد النترات والنتريت بجرعات عالية من خطر الإصابة بالسرطان. تحفز بعض المضافات الغذائية تفاعلات أريل للأحماض النووية ، مما يؤدي إلى تعطيل عمليات النسخ والترجمة.

المطفرات الكيميائية متنوعة للغاية. غالبًا ما تكون هذه المواد هي التي تسبب الطفرات المستحثة في الكروموسومات.

تشمل المطفرات الفيزيائية الإشعاع المؤين ، الموجة القصيرة في المقام الأول ، والأشعة فوق البنفسجية. تبدأ الأشعة فوق البنفسجية العملية في الأغشية ، وتثير تكوين عيوب مختلفة في الحمض النووي.

تثير الأشعة السينية وأشعة جاما طفرات على مستوى الكروموسومات. هذه الخلايا غير قادرة على الانقسام ، تموت أثناء موت الخلايا المبرمج. يمكن أن تؤثر الطفرات المستحثة أيضًا على الجينات الفردية. على سبيل المثال ، يؤدي إعاقة الجينات الكابتة للورم إلى ظهور الأورام.

أمثلة على إعادة الترتيب المستحثة

من أمثلة الطفرات المستحثة الأمراض الوراثية المختلفة ، والتي تظهر غالبًا في المناطق المعرضة لعوامل مطفرة فيزيائية أو كيميائية. من المعروف ، على وجه الخصوص ، أنه في ولاية كيرالا الهندية ، حيث تتجاوز الجرعة السنوية الفعالة للإشعاع المؤين المعيار بمقدار 10 مرات ، يزداد تواتر ولادة الأطفال المصابين بمتلازمة داون (تثلث الصبغي على الكروموسوم الحادي والعشرين). في مقاطعة يانغجيانغ الصينية ، تم العثور على كمية كبيرة من المونازيت المشع في التربة. تتحلل العناصر غير المستقرة في تركيبته (السيريوم والثوريوم واليورانيوم) مع إطلاق كوانتا جاما. أدى تأثير إشعاع الموجات القصيرة على سكان المنطقة إلى حدوث عدد كبير من ولادات الأطفال المصابين بمتلازمة القط البكاء (حذف جزء كبير من الكروموسوم الثامن) ، فضلاً عن زيادة الإصابة بالسرطان. مثال آخر: في يناير 1987 ، تم تسجيل رقم قياسي لولادات الأطفال المصابين بمتلازمة داون في أوكرانيا ، المرتبط بحادث تشيرنوبيل. في الأشهر الثلاثة الأولى من الحمل ، يكون الجنين أكثر حساسية لتأثيرات الطفرات الفيزيائية والكيميائية ، لذا أدت جرعة هائلة من الإشعاع إلى زيادة تواتر تشوهات الكروموسومات.

يعد المهدئ ثاليدومايد ، الذي أنتج في ألمانيا في الخمسينيات من القرن الماضي ، من أكثر المواد الكيميائية التي تحدث طفرات سمعة سيئة في التاريخ. أدى تناول هذا الدواء إلى ولادة العديد من الأطفال الذين يعانون من مجموعة متنوعة من التشوهات الجينية.

يشيع استخدام طريقة الطفرات المستحثة من قبل العلماء لإيجاد أفضل الطرق لمكافحة أمراض المناعة الذاتية والتشوهات الجينية المرتبطة بفرط إفراز البروتين.

الاختلاف الطفري هو نتيجة الطفرات.

طفره(من اللاتينية "mutazio" - تغيير ، تغيير) - تغيير وراثي في ​​النمط الجيني (هذا تغيير في المادة الوراثية يؤدي إلى ظهور علامات جديدة للكائن الحي يمكن أن تنتقل إلى الجيل التالي. مصطلح "طفرة" تم إدخاله إلى العلم في عام 1901 من قبل عالم الوراثة الهولندي جي دي فرايز ، الذي وصف الطفرات العفوية في النباتات ، والطفرات هي تغيرات مستمرة تؤثر على كل من الكروموسومات وأجزائها والجينات الفردية ، وفي أغلب الأحيان تكون الطفرات صغيرة وانحرافات بالكاد ملحوظة عن القاعدة. .

دعا داروين التباين الوراثي غير محدد (فردي) ، مشددًا على طابعه العشوائي والنادر نسبيًا.

الطفرات هي مصدر للتنوع الجيني ، وتشكل احتياطيًا من التباين الوراثي.

تصنيف الطفرة

1. حسب طبيعة التجلّي:

المظاهر السائدة والمتنحية. غالبًا ما تقلل الطفرات من قابليتها للحياة أو الخصوبة. تسمى الطفرات التي تقلل بشكل حاد من قابليتها للحياة ، وتوقف التطور جزئيًا أو كليًا شبه قاتلةوتتعارض مع الحياة - قاتلة.

2 - حسب مكان حدوثها:

لا تؤثر الطفرة التي نشأت في الخلايا الجرثومية على خصائص كائن حي معين ، ولكنها تظهر فقط في الجيل التالي. تسمى هذه الطفرات توليدي.إذا تغيرت الجينات في الخلايا الجسدية ، تظهر مثل هذه الطفرات في هذا الكائن الحي ولا تنتقل إلى الأبناء أثناء التكاثر الجنسي. ولكن في حالة التكاثر اللاجنسي ، إذا تطور الكائن الحي من خلية أو مجموعة خلايا بها جين متغير - متحور - ، يمكن أن تنتقل الطفرات إلى الأبناء. تسمى هذه الطفرات جسدي.

3. حسب مستوى الحدوث:

الطفرات الجينية- تغيير في بنية جين واحد. هذا تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات: التسرب ، الإدراج ، الاستبدال ، إلخ. على سبيل المثال ، استبدال A بـ T. Causes - الانتهاكات أثناء مضاعفة (تكرار) DNA. أمثلة: فقر الدم المنجلي ، بيلة الفينيل كيتون.

الطفرات الصبغية- التغيير في بنية الكروموسومات: فقدان جزء ، مضاعفة جزء ، دوران جزء بمقدار 180 درجة ، نقل جزء إلى كروموسوم آخر (غير متماثل) ، إلخ. الأسباب - المخالفات أثناء العبور. مثال: متلازمة صرخة القطة.

الطفرات الجينية- تغير في عدد الكروموسومات. الأسباب - انتهاكات في تباعد الكروموسومات. اعتمادًا على طبيعة التغيير في عدد الكروموسومات ، هناك:

• تعدد الصبغيات- تغييرات متعددة (عدة مرات ، على سبيل المثال ، 12 ← 24). لا يحدث في الحيوانات ، في النباتات يؤدي إلى زيادة الحجم.
• اختلال الصيغة الصبغية- تغييرات على كروموسوم واحد أو اثنين. على سبيل المثال ، يؤدي كروموسوم واحد إضافي واحد وعشرون إلى متلازمة داون (بينما العدد الإجمالي للكروموسومات هو 47).

اعتمادًا على طبيعة التغيير في عدد الكروموسومات ، هناك:

الطفرات العفوية- تحدث في ظل ظروف الحياة الطبيعية ، وتعتمد على عوامل خارجية وداخلية ، وتحدث في الخلايا الجسدية والتوليدية .

الطفرات المستحثة -هذا هو الإنتاج الاصطناعي للطفرات باستخدام المطفرات ذات الطبيعة المختلفة. لأول مرة ، تم اكتشاف قدرة الإشعاع المؤين على إحداث طفرات بواسطة G.A. Nadson و G.S. فيليبوف. في عام 1927 ، أثبت العالم الأمريكي جوزيف مولر أن تكرار الطفرات يزداد مع زيادة جرعة التعرض. يعتقد العلماء أن حقيقة أن الطفرات وراثية تثير بعض المخاوف ، لأن هذا يمكن أن يزيد من خطر الإصابة بالسرطان. الجين الطافر يحمي الآسيويين من إدمان الكحول. لماذا تكون نسبة مدمني الكحول في البلدان الآسيوية أقل بكثير مما هي عليه في البلدان التي يكون فيها الجزء الرئيسي من السكان هو ما يسمى بالسكان البيض.

تسمى العوامل البيئية التي تسبب الطفرات – المطفرة.

يميز:

المطفرات الجسدية

- الأشعة المؤينة والأشعة فوق البنفسجية.

درجة حرارة عالية أو منخفضة بشكل مفرط ؛

المطفرات الكيميائية

النترات والنتريت والمبيدات والنيكوتين والميثانول والبنزبيرين.

بعض المضافات الغذائية ، مثل الهيدروكربونات العطرية ؛

منتجات تكرير النفط؛

مادة متفاعلة؛

الأدوية ومستحضرات الزئبق ومثبطات المناعة.

المطفرات البيولوجية

فيروسات معينة (الحصبة والحصبة الألمانية والإنفلونزا)

منتجات التمثيل الغذائي (منتجات أكسدة الدهون );

خصائص الطفرة:

• الطفرات وراثية ، أي تنتقل من جيل إلى جيل.
• تحدث الطفرات فجأة (بشكل عفوي) ، غير اتجاهي.
• الطفرات غير موجهة - يمكن لأي موضع أن يتحور ، مما يسبب تغيرات في كل من العلامات الثانوية والحيوية في أي اتجاه.
• يمكن أن تحدث نفس الطفرات بشكل متكرر.
• الطفرات فردية ، أي تحدث في الأفراد.
• يمكن أن تكون الطفرات مفيدة وضارة ومحايدة ؛ السائدة والمتنحية.

معنى الطفرات

إنها بمثابة احتياطي للتنوع الوراثي (يتم تخزينها في السكان في شكل متنحي كامن) ، فهي مادة للتطور.

سبب العديد من الأمراض والتشوهات الوراثية.

تزود الطفرات المستحثة بالمواد اللازمة للاختيار والاختيار الاصطناعي.

موتاجينيسيس- العمليات - التفاعلات في الجهاز الجيني للجسم البيولوجي ، والتي تحدث خلالها تغييرات في بنية الجينات ، والتي يتم توريثها. قد تؤثر هذه التغييرات على النيوكليوتيدات الفردية أو مجموعات منها ، مصحوبة في بعض الحالات بتغييرات في مورفولوجيا الكروموسوم. تؤدي التغييرات في نوكليوتيد واحد فقط ، وهو جزء من الثلاثي ، إلى تكوين حمض أميني آخر ، وهو جزء من البروتين ، ويمكن أن يؤدي إلى تغيير في الميزة المقابلة.

يمكن تقسيم الطفرات تقريبًا إلى من تلقاء نفسهاعندما تحدث الطفرات في ظل ظروف نمو "طبيعية" ، و الناجم عنبسبب استخدام المطفرات الفيزيائية أو الكيميائية.

الطفرات العفويةيعتمد على عوامل خارجية وداخلية (بيولوجية ، كيميائية ، فيزيائية). تحدث الطفرات العفوية عند البشر في الأنسجة الجسدية والتوليدية. تعتمد طريقة تحديد الطفرات التلقائية على حقيقة أن سمة سائدة تظهر عند الأطفال ، على الرغم من أن والديها لا يمتلكونها. أثناء الطفرات العفوية ، يمكن أن تحدث جميع أنواع التغييرات الوراثية التي لوحظت أثناء الطفرات المستحثة: استبدال الأدينين - الثايمين أو في كثير من الأحيان أزواج الجوانين والسيتوزين ، وعدم تطابق اثنين من البيورينات أو اثنين من البيريميدين ، والحذف ، والشوائب ، والتغيرات الأخرى. يتميز كل كائن بيولوجي بخلفية معينة من الطفرات التلقائية التي تؤثر على سمات وراثية معينة بترددات مختلفة.

الطفرات المستحثة- هذا اكتساب مصطنع للطفرات بمساعدة مطفرات ذات طبيعة مختلفة. لأول مرة ، تم اكتشاف قدرة الإشعاع المؤين على إحداث طفرات بواسطة G.A. Nadson و G.S. فيليبوف. بعد ذلك ، من خلال إجراء بحث مكثف ، تم إثبات الاعتماد البيولوجي الإشعاعي للطفرات. في عام 1927 ، أثبت العالم الأمريكي جوزيف مولر أن تكرار الطفرات يزداد مع زيادة جرعة التعرض. في أواخر الأربعينيات ، تم اكتشاف وجود مطفرات كيميائية قوية تسببت في أضرار جسيمة للحمض النووي البشري لعدد من الفيروسات. أحد الأمثلة على تأثير المطفرات على البشر هو التهاب بطانة الرحم - مضاعفة الكروموسومات مع الانقسام اللاحق للكروميرات ، ولكن بدون فصل الكروموسومات.