Profesor de divisas atg Wan

La mutación se refiere a cambios en el material genético. En términos generales, las mutaciones se pueden dividir en dos categorías: aberraciones cromosómicas y mutaciones genéticas. La mutación en sentido estricto generalmente se refiere a la mutación genética, que se refiere a cambios en la estructura genética causados ​​por la sustitución, adición y eliminación de pares de bases en la molécula de ADN, incluidas las mutaciones puntuales causadas por cambios en una sola base, o la eliminación. , duplicación e inserción de múltiples bases. Las mutaciones se pueden dividir en cuatro tipos: mutaciones por sustitución de bases, mutaciones por desplazamiento del marco de lectura, mutaciones de código completo, desajustes cromosómicos e intercambios asimétricos.

(1) Mutación por sustitución de bases: Una mutación causada por la sustitución de una base por otra base se denomina mutación por sustitución de bases. Por ejemplo, el par de bases GC en la molécula de ADN se reemplaza por CG, AT o TA, y el par de bases AT se reemplaza por TA, GC o CG. El proceso de sustitución de bases solo cambia el codón de la base reemplazada, es decir, cada sustitución de bases solo cambia un codón y no involucra otros codones. Según el impacto de la sustitución de bases en la cadena polipeptídica en la secuencia de aminoácidos, las mutaciones se pueden dividir en cuatro tipos: mutaciones sinónimas, mutaciones sin sentido, mutaciones sin sentido y mutaciones con código de parada.

① Mutación sinónima: Debido a la degeneración de los codones, una sustitución de una sola base puede cambiar solo un codón específico en el ARNm, pero no afecta el aminoácido codificado por él. Por ejemplo, si la tercera G de GCG en la cadena plantilla de la molécula de ADN se reemplaza por A para convertirse en GCA, el codón CGC correspondiente en el ARNm se transcribirá en CGU. Dado que CGC y CGU son codones para arginina, la cadena polipeptídica recién formada no cambia en la secuencia ni en el número de aminoácidos. Estas mutaciones se denominan mutaciones sinónimas.

(2) Mutación sin sentido: significa que la sustitución de bases en la molécula de ADN no solo cambia el código genético específico en el ARNm, sino que también hace que un aminoácido en la cadena polipeptídica recién sintetizada sea reemplazado por otro. Esta situación se llama mutación sin sentido. Las mutaciones sin sentido a menudo conducen a anomalías en las proteínas.

③ Mutación sin sentido: Cuando una sustitución de una sola base da como resultado la aparición de un código de terminación (UAG, UAA, UGA), la cadena polipeptídica terminará su síntesis prematuramente y la mayoría de las proteínas producidas perderán actividad. o funciones normales. Este tipo de mutación se llama mutación sin sentido. Por ejemplo, cuando la G de ATG en la cadena plantilla de la molécula de ADN se reemplaza por T, el codón en el ARNm correspondiente cambia de UAC a UAA, por lo que la traducción se detiene aquí y la cadena peptídica se acorta.

④Mutación del codón de parada: cuando un codón de parada en una molécula de ADN se muta a un codón que codifica un aminoácido, la síntesis de la cadena polipeptídica no terminará normalmente y la cadena peptídica continuará extendiéndose hasta que encuentra el siguiente codón de parada, formando así una cadena peptídica anormal extendida. Esta mutación se llama mutación del codón de parada y es una mutación de extensión.

Además, inhibe mutaciones genéticas. Si se mutan diferentes bases en diferentes posiciones de un gen, lo que hace que una mutación inhiba el efecto genético de otra mutación, esta mutación se denomina mutación del gen supresor.

(2) Mutación de cambio de marco

La mutación de cambio de marco se refiere a la inserción o eliminación de 1, 2 o incluso más bases en la cadena de ADN (pero no 3 bases pueden ser múltiplos enteros de 3 ), lo que resulta en cambios correspondientes en la secuencia y composición de codones después de la inserción o eliminación de sitios de bases. Debido al desplazamiento del codón original, el codón de parada suele aparecer más tarde o más temprano, lo que provoca el alargamiento o acortamiento de la cadena peptídica recién sintetizada.

(3) Mutación de código completo: Si se insertan o eliminan uno o varios codones entre los codones de la cadena de ADN, la cadena peptídica sintetizada aumentará o disminuirá uno o varios aminoácidos, pero "cero"” o la secuencia de aminoácidos antes y después del sitio eliminado permanece sin cambios. Esta mutación es una mutación codificante completa, también conocida como inserción o eliminación de codones.

2. Factores y mecanismos que inducen mutaciones genéticas

(1) Factores mutagénicos físicos: diversos rayos, como rayos X, rayos γ, rayos α, rayos β, Los niños, etc. pueden inducir mutaciones genéticas. Cuando este tipo de radiación actúa sobre los organismos vivos, primero elimina electrones de las capas externas de los átomos o moléculas de diversas sustancias en las células, provocando la ionización y excitación de los átomos o moléculas de estas sustancias. Cuando los cromosomas o las moléculas de ADN de las células se excitan mediante la ionización por radiación, su estructura cambiará. Este es el efecto directo de la radiación ionizante. La radiación ionizante tiene un efecto acumulativo y la exposición prolongada a dosis bajas tiene los mismos efectos mutagénicos que la exposición breve a dosis altas.

(2) Factores mutagénicos químicos: Ciertos químicos pueden causar mutaciones genéticas en los organismos al igual que la radiación.

Hay tres tipos: uno es un mutágeno que puede cambiar la estructura química del ADN, como nitrito, agente alquilante, etc.; el otro es un análogo de base, cuya estructura molecular es muy similar a las bases de la molécula de ADN. Cuando se copia la molécula de ADN, estos análogos de bases se pueden agregar a la molécula de ADN como componentes del ADN, provocando mutaciones genéticas. Los análogos de bases comunes incluyen 5-bromouracilo, 2-aminopurina, etc. También existe un compuesto de acridina que puede insertarse en la estructura de las moléculas de ADN, provocando errores en la replicación o transcripción de las moléculas de ADN y provocando mutaciones.

(3) Factores mutagénicos virales: Después de ingresar a la célula huésped, ciertos virus pueden interferir con la replicación normal del ADN de la célula huésped y también pueden causar mutaciones genéticas.

3. Características y significado de las mutaciones genéticas

(1) La universalidad se refiere a la ubicuidad de las mutaciones genéticas en el mundo biológico. La diversidad de genes conduce a la diversidad de tipos, estructuras y rasgos de los organismos biológicos en la naturaleza, y los genes pueden mutar bajo ciertas condiciones. Entre ellas, las mutaciones genéticas en condiciones naturales se denominan mutaciones naturales y las mutaciones genéticas inducidas en condiciones artificiales se denominan mutaciones inducidas.

(2) Aleatoriedad: las mutaciones genéticas ocurren en el proceso de replicación del ADN, y la mayoría de los organismos tienen ADN. Durante el proceso de desarrollo individual, la división celular y la replicación del ADN ocurren en cualquier momento. , la replicación del ADN ocurrirá en cualquier momento. Todas las mutaciones pueden ocurrir. Si una mutación genética ocurre en células somáticas, no se puede transmitir a la descendencia. Si ocurre en las células germinales, se puede transmitir directamente a la descendencia mediante la fertilización.

(3) Un mismo gen puede sufrir mutaciones en diferentes direcciones, produciendo una serie de alelos diferentes, es decir, múltiples alelos. Cuando un gen muta, puede volver a mutar a su gen original.

(4) Baja frecuencia Debido a que la estructura molecular del ADN en los organismos es relativamente estable y la replicación del ADN generalmente sigue estrictamente el principio de emparejamiento de bases complementarias, la probabilidad de mutación genética es muy baja.

(5) Hace más daño que bien, porque cualquier ser vivo es producto de una selección natural a largo plazo, y ha alcanzado un alto grado de coordinación con las condiciones ambientales si se produce una mutación genética, esta relación puede destruirse, a menudo hasta el punto de ser biológicamente perjudicial para la supervivencia.

Importancia: Las mutaciones genéticas son de gran importancia para la evolución biológica. Es la fuente fundamental de variación biológica y proporciona las últimas materias primas para la evolución biológica. Porque sin la mutación genética no habría alelos ni recombinación genética. La causa interna de la evolución biológica es la herencia y la variación.

4. La recombinación genética y su significado

A grandes rasgos, cualquier proceso de intercambio genético que provoque cambios en el genotipo se denomina recombinación genética. La recombinación genética en un sentido estricto sólo se refiere al intercambio de genes que implica rotura y recombinación dentro de moléculas de ADN. Durante la meiosis, los eucariotas forman varios gametos mediante la combinación libre de cromosomas no homólogos, y la combinación de gametos masculinos y femeninos produce descendencia con diferentes genotipos. Aunque este proceso de recombinación también puede conducir a cambios en el genotipo, no se incluye en el sentido estricto de recombinación genética porque no implica rotura ni recombinación dentro de la molécula de ADN.

Importancia: Es una de las razones importantes de la diversidad biológica; proporciona una fuente extremadamente rica de variación biológica y es de gran importancia para la evolución biológica.

5. Comparación de recombinación genética y mutación genética

Mutación genética, la esencia de la recombinación genética

La estructura molecular del gen ha cambiado y han surgido nuevos genes. Se produce la recombinación de diferentes genes con nuevos rasgos. En lugar de crear nuevos genes, se crean nuevos genotipos y se sabe cuándo y por qué se recombinan sus rasgos. Durante la replicación de las moléculas de ADN durante la interfase de la división celular, debido a la sustitución, adición o deleción de pares de bases provocadas por factores físicos y químicos externos o factores fisiológicos propios, durante la primera división meiótica, las cromátidas no hermanas de los cromosomas homólogos A se produce un intercambio cruzado. Además de los cambios drásticos en las condiciones externas y la interacción de factores internos en las condiciones de libre combinación de genes en cromosomas no homólogos, la hibridación entre diferentes individuos es la fuente fundamental de variación biológica en el proceso de reproducción sexual, la materia prima para La evolución biológica y la Un factor importante en la variación, pueden desarrollarse nuevas variedades superiores mediante la recombinación de rasgos cruzados. La frecuencia de las mutaciones puede ser baja, pero son comunes en la reproducción sexual. 6. Las variaciones estructurales cromosómicas y sus tipos incluyen deleciones, duplicaciones, inversiones y translocaciones. La deleción se refiere a la eliminación de una sección de un cromosoma y sus genes, ya sea en el medio o en la parte superior. Los efectos genéticos causados ​​por las deleciones varían según el tamaño del fragmento eliminado y la etapa de desarrollo de la célula. En el desarrollo individual, cuanto antes se produzca la eliminación, mayor será el impacto, mayor será el impacto en el individuo, lo que conducirá a la muerte del individuo y afectará la vitalidad del individuo.

En genética humana, las deleciones cromosómicas suelen causar enfermedades genéticas más graves, como el síndrome de Mew. El fenómeno de mutación causado por la adición de segmentos idénticos a cromosomas duplicados se llama duplicación. Pero si la parte repetida es demasiado grande, también afectará la vitalidad del individuo e incluso provocará la muerte del individuo. Por ejemplo, la mutación de Drosophila de ojos ovalados normales a ojos en forma de bastón es el resultado de la duplicación de un determinado segmento del cromosoma X. Después de que el cromosoma invertido se rompe en dos puntos, produce tres segmentos. El segmento medio se invierte 180° y se vuelve a unir a los otros dos segmentos, provocando una mutación, lo que se llama inversión. Por ejemplo, hay tres genes en el cromosoma 3 de Drosophila, y la secuencia es ojo escarlata-ojo de melocotón-vena delta (ST-P-DL) la secuencia de estos tres genes en otra mosca de la fruta es ST-DL-P; Esta inversión por sí sola constituye la diferencia entre las dos especies. La translocación se refiere a la transferencia de un segmento de un cromosoma a otro cromosoma no homólogo, provocando mutaciones. Si dos cromosomas no homólogos intercambian segmentos entre sí, se denomina translocación recíproca y es relativamente común. El efecto genético de la translocación recíproca es principalmente producir algunos gametos anormales, lo que reducirá la fertilidad de los gametos o producirá descendencia con enfermedades genéticas. Por ejemplo, la leucemia mieloide crónica es causada por la translocación de los cromosomas humanos 22 y 14. La translocación juega un papel importante en la evolución biológica. Por ejemplo, entre las plantas con semillas de 17 familias y 29 géneros, existen tipos de mutaciones causadas por translocaciones. Casi 100 variedades de Datura son el resultado de diferentes translocaciones cromosómicas.

① Un genoma no contiene cromosomas homólogos; (2) Los cromosomas contenidos en un genoma son diferentes en forma, tamaño y función; ③ Un genoma contiene un conjunto completo de genes que controlan un rasgo biológico; no se puede repetir.

(2) Comparación entre haploidía y poliploidía

El concepto de haploidía-poliploidía: los individuos con el número de cromosomas gametos de esta especie en células somáticas son producidos por óvulos fertilizados. Durante el desarrollo, los individuos con tres o más conjuntos de cromosomas en las células del cuerpo se forman naturalmente debido al desarrollo de óvulos no fertilizados. Debido a cambios drásticos en las condiciones naturales, el proceso de mitosis se bloquea y el número de cromosomas en el núcleo se duplica. La meiosis produce células germinales con el doble de cromosomas, que luego forman cigotos mediante la fertilización y se convierten en poliploides. Otra cultura de desmantelamiento mediante método de inducción artificial. Las semillas germinadas o las plántulas tratadas con colchicina se caracterizan por tener plantas más débiles, tallos muy estériles, hojas, frutos y semillas relativamente grandes, un mayor contenido de azúcar, proteínas y otros nutrientes, pero se reducen el retraso en el desarrollo y la mala tasa de formación de semillas. Cuando se trata con colchicina, el número de cromosomas se duplica y se pueden obtener rápidamente plantas puras, se pueden acortar los años de reproducción, se puede mejorar la eficiencia de la reproducción y se pueden seleccionar nuevas variedades poliploides, como la sandía triploide sin semillas y el triticale octoploide. . esperar. (3) Autopoliploidía y alopoliploidía.

La autopoliploidía se refiere al conjunto de cromosomas añadidos a células somáticas de una misma especie, es decir, se duplican los cromosomas originales (como el arroz tetraploide, la sandía sin semillas, etc.). La alopoliploidía se refiere a la poliploidía (). como el trigo hexaploide común, el triticale octoploide, etc.) formados por diferentes cromosomas en células somáticas de diferentes especies o incluso de diferentes géneros.

(4) Comparación entre variedades poliploides y haploides.

①Cría poliploide:

②Cría haploide:

③Comparación:

Cría haploide entre poliploidía El principio de la cría deportiva es duplicar los cromosomas. y reducir los cromosomas dos veces, y luego obtener 9 dedos puros. ) Métodos comúnmente utilizados: después de tratar las anteras retiradas de semillas y plántulas germinadas con colchicina, los cromosomas se inducen artificialmente a duplicarse, lo que tiene las ventajas de órganos grandes, mayor rendimiento y contenido nutricional, y años de reproducción significativamente más cortos. Desventajas: Funciona en plantas, pero es difícil realizar la técnica en animales. Trabajar con mestizajes es complejo. 8.

Cuando la colchicina actúa sobre las células en división, puede formar un huso, evitando que los cromosomas se muevan hacia los polos de la célula, duplicando así el número de cromosomas en la célula. Las células con un número duplicado de cromosomas continúan. divide, pueden convertirse en plantas poliploides en el futuro. Este experimento utiliza baja temperatura para inducir cambios en el número de cromosomas. El efecto de la baja temperatura es básicamente similar al de la colchicina. En comparación con la colchicina, las condiciones de baja temperatura son fáciles de crear y controlar, son económicas, inofensivas para el cuerpo humano y fáciles de operar. Sin embargo, utilizando un microscopio, sólo se puede observar un aumento en el número de cromosomas y el aumento específico es difícil de determinar.

9. Tipos y ejemplos de enfermedades genéticas

Ejemplos de tipos de enfermedades genéticas humanas se definen como: enfermedades genéticas de un solo gen, enfermedades genéticas dominantes, enfermedades genéticas recesivas como la enfermedad dominante. Polidactilia y sindactilia causada por genes, enfermedades genéticas poligénicas como el albinismo y la cetonuria controladas por más de dos pares de alelos, anomalías cromosómicas como la hipertensión esencial, enfermedades genéticas como las anomalías cromosómicas y el síndrome corporal 21 causado por anomalías cromosómicas.

10. Comparación de enfermedades congénitas, enfermedades familiares y enfermedades genéticas

Las enfermedades congénitas no son necesariamente enfermedades genéticas y las enfermedades adquiridas no son necesariamente enfermedades genéticas. Las llamadas enfermedades congénitas se refieren a deformidades o enfermedades que se han formado antes de la muerte. Cuando una malformación o enfermedad es causada por factores internos determinados genéticamente, y la anomalía cromosómica o el gen causante de la enfermedad se ha expresado o formado antes de que nazca el feto, la enfermedad congénita es ciertamente una enfermedad genética, como la sindactilia, la sordera congénita y albinismo, estupidez congénita, etc. Sin embargo, durante el desarrollo fetal, debido a la influencia accidental de factores ambientales, los órganos fetales se desarrollan anormalmente, lo que resulta en cambios en la forma y función, y también puede provocar malformaciones congénitas o defectos de nacimiento. Por ejemplo, si la madre se infecta con el virus de la rubéola en los primeros tres meses de embarazo, el feto tendrá una cardiopatía congénita. Esto no es causado por cambios en el material genético, sino por la interferencia de factores ambientales durante el desarrollo embrionario. Aunque es congénita, no es una enfermedad genética.

Enfermedad familiar significa que varios miembros de una familia padecen la misma enfermedad, es decir, hay antecedentes familiares de una determinada enfermedad. Entre las enfermedades genéticas, las enfermedades hereditarias dominantes suelen mostrar tendencias familiares obvias, como la polidactilia, múltiples pólipos en el colon, raquitismo resistente a la vitamina D, etc. Sin embargo, las enfermedades genéticas no necesariamente tienen antecedentes familiares. Por ejemplo, en el caso de las enfermedades genéticas recesivas, debido a que los padres del paciente son heterocigotos, el fenotipo es normal. En familias con este tipo de enfermedad genética, la probabilidad de desarrollar la enfermedad es menor, por lo que los casos en la familia suelen ser esporádicos y difíciles de manifestar. Una tendencia familiar. Si los parientes no están casados, la descendencia suele tener sólo unos pocos pacientes.

No todas las enfermedades familiares son enfermedades genéticas. Esto se debe a que muchos miembros de una misma familia pueden sufrir la misma enfermedad debido a los mismos factores ambientales. Por ejemplo, muchos miembros de una familia pueden desarrollar ceguera nocturna debido a la falta de vitamina A en su dieta.

11. Proyecto Genoma Humano y Salud Humana

(1) Genoma humano

Se refiere a toda la información genética que transportan las moléculas de ADN humano. El genoma haploide humano consta de 23 moléculas de ADN bicatenario con 3 × 109 pares de bases y aproximadamente 35.000 genes.

(2) Proyecto Genoma Humano (HGP)

Estudia el genoma humano y analiza la secuencia de desoxinucleótidos del genoma humano para descifrar todos los códigos genéticos y revelar todos los misterios de la vida.

(3) El objetivo principal del Proyecto Genoma Humano

Completar la secuenciación de 3×109 pares de bases del genoma humano y aclarar su ubicación, función, estructura, expresión, regulación y control. de todos los genes del cuerpo humano. Información completa sobre las mutaciones que causan enfermedades.

El contenido principal incluye dibujar cuatro mapas del genoma humano, a saber, el mapa genético, el mapa físico, el mapa de secuencia y el mapa de transcripción (los países que participan en este proyecto son Estados Unidos, Reino Unido , Japón, Francia, Alemania y China).

(4) Trabajo de investigación sobre el Proyecto Genoma Humano.

①Grupo del genoma humano. Por ejemplo, se puede dividir en 24 grupos según los diferentes cromosomas, y cada cromosoma se puede dividir en área del brazo largo, área del brazo corto, banda y subbanda.

② Marcar el genoma humano se refiere a encontrar unas secuencias de ADN específicas para cada cromosoma o regiones más pequeñas.

③ Secuenciar el ADN genómico clonado utilizando secuencias marcadoras conocidas.

④Clonar y determinar la secuencia completa del genoma humano.

⑤ Estudia la estructura, función, regulación de la expresión y otras propiedades de cada gen.

(5) China se ha sumado al Proyecto Genoma Humano.

En septiembre de 1999, el Centro del Genoma Humano del Instituto de Genética de la Academia China de Ciencias y el Centro Nacional del Genoma Humano Norte y Sur emprendieron la tarea de secuenciar a gran escala el 1% del genoma humano internacional. . Es decir, la tarea de secuenciar 30 millones de pares de bases en el brazo corto del cromosoma 3 desde D333610 hasta la región de 30 Mb de los telómeros.

Entre los muchos genes humanos, los que más preocupan a la gente son los genes relacionados con diversas enfermedades. Se estima que hay alrededor de 5.000 genes relacionados con enfermedades humanas, y hasta ahora se han aislado y confirmado 1.500 genes relacionados con enfermedades humanas.

El gran avance para descifrar estos genes es obtener muestras de sangre de familias con enfermedades genéticas y luego analizarlas para determinar el ADN. Con el 22% de la población mundial y 56 grupos étnicos y 206 grupos étnicos, China es un país genéticamente diverso poco común. Debido al atraso económico y cultural, el aislamiento geográfico prolongado y los matrimonios mixtos estrechos, China tiene muchas familias con enfermedades genéticas. Quien obtenga primero las muestras de sangre de familias con enfermedades genéticas podrá obtener primero la patente y monopolizar el mercado futuro de este producto de bioingeniería. China es miembro del Proyecto Genoma Humano y disfruta de ventajas en materia de recursos, lo que traerá beneficios económicos ilimitados a la industria de bioingeniería de China, especialmente a la industria farmacéutica, en el futuro.

(6) La importancia de completar el Proyecto Genoma Humano

(1) Permitirá a las personas profundizar aún más su comprensión de sí mismas y tendrá un gran impacto en todas las ciencias de la vida y Incluso toda la sociedad humana.

②Una comprensión precisa del genoma humano ayudará a estudiar más profundamente la regulación de la expresión genética humana.

(3) La obtención de la secuencia genética humana completa ayudará a las personas a comprender la patogénesis de muchas enfermedades genéticas y cánceres, proporcionará una base teórica para el diagnóstico molecular y la terapia génica, y ayudará a las personas a comprender el proceso de desarrollo del cuerpo humano. , mejorar la salud humana.

④ Es de gran importancia para comprender mejor los mecanismos de crecimiento, diferenciación y ontogenia de las células humanas, así como la evolución de los organismos.

⑤La implementación del Proyecto Genoma Humano promoverá el desarrollo de organismos de alta tecnología y generará enormes beneficios económicos.