Участок цепи белка вируса табачной мозаики состоит из следующих аминокислот: сер-гли-сер-иле-тре-про-сер. В результате воздействия на иРНК азотистой кислоты цитозин РНК превращается в гуанин. Определите изменения в строении белка вируса после воздействия на иРНК азотистой кислотой.

Фрагмент кодогенной цепи ДНК в норме имеет следующий порядок нуклеотидов: ААААЦЦААААТАЦТТАТАЦАА. Во время репликации четвертый аденин и пятый цитозин слева выпали из цепи. Как называется такой тип мутации. Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения нуклеотидов.

Участок ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок нуклеотидов: 5′ААААЦЦААААТАЦТТАТАЦАА 3′. Во время репликации триплет AЦЦ выпал из цепи. Определите, как изменится структура полипептидной цепи, кодируемая данным участком ДНК. Как называется такой тип мутаций?

Какие изменения произойдут в строении белка, если в кодирующем его участке ДНК: 5′ АААЦАААГААЦАААА 3′, между 10-м и 11-м нуклеотидами включить цитозин, между 13-м и 14-м тимин, а на конце добавить еще один аденин?

Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А ) состоит из следующих аминокислот: вал-гис-лей-тре-про-глу-глу-лизин. У больного с симптомомспленомегалии при умеренной анемии обнаружен следующий состав четвертого пептида: вал-гис-лей-тре-про-лиз-глу-лизин. Какие изменения произошли в структуре молекулы ДНК, кодирующей четвертый пептид гемоглобина, после мутации.

У человека, больного цистинурией (содержание в моче большего, чем в норме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты иРНК: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ЦАГ, ЦГУ, ААА. У здорового человека в моче обнаруживаются аланин, серин, глутаминовая кислота и глицин. Напишите триплеты иРНК, соответствующие аминокислотам, имеющимся в моче здорового человека.

Участок гена, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок оснований: 5′ ААГЦААЦЦАТТАГТААТГ 3′. Какие изменения произойдут в белке, если во время репликации в шестом кодоне появилась вставка Т между вторым и третьим нуклеотидами?

У больных серповидно-клеточной анемией в 6-м положении -цепи молекулы гемоглобина глутаминовая кислота замещена на валин. Чем отличается ДНК человека, больного серповидно-клеточной анемией, от здорового человека?

В нуклеотидной последовательности гена 5΄АААГТТАААЦТГАААГГЦ 3΄ происходит выпадение 5-го и 9-го нуклеотидов. Определите тип мутационного повреждения и структуру белка в норме и в результате возникших мутаций.

1. Геномные мутации Образцы решения задач

При решении подобных задач нужно указать, при слиянии каких гамет формируется зигота с данным кариотипом, затем показать механизм возникновения этих гамет в процессе мейоза.

Задача 1 : В клетках фибробластов эмбриона человека установлен кариотип

3А + ХХ. Объясните механизм возникновения такого кариотипа.

Решение:

Общее количество хромосом в кариотипе 3А + ХХ равно 22×3+2=68 хромосом. Зигота с кариотипом 3А + ХХ могла возникнуть при слиянии: нормальной яйцеклетки (А+Х) с аномальным сперматозоидом (2А+Х).

23 хр. 23 хр. 23 хр. 23 хр.

45 хр. 45 хр. 1 хр. 1 хр.

3А+ХХ = (А+Х) + (2А+Х)

Задача 2: Объясните механизм возникновения синдрома Дауна у мальчика (47,ХУ, 21+)

Генные мутации, задачи на генные мутации. Генная мутация-изменение нуклеотидной последовательности одного гена.

Типы генных мутаций:

1. Замена одного нуклеотида в гене на другой нуклеотид (миссенс мутация). Происходит из-за ошибки ДНК-полимеразы при репликации ДНК.

Последствия миссенс мутаций:

а) Миссенс мутация приводит к изменению первичной структуры и функции соответствующего белка, если образовавшейся в результате мутации кодон кодирует новую аминокислоту.

До мутации:

ДНК: АТГЦЦАААГГГА

иРНК: УАЦГГУУУЦЦЦУ

После мутации:

ДНК: АТГЦЦАААТ ГГА

иРНК: УАЦГГУУУА ЦЦУ

Лей Про

В результате мутации произошла замена одной аминокислоты, следовательно, первичная структура и функция белка изменились.

б) Миссенс мутация не приводит к изменению первичной структуры и функции соответствующего белка, если образовавшейся в результате мутации кодон кодирует ту же аминокислоту, что и исходный (из-за свойства вырожденности генетического кода).

До мутации:

ДНК: АТГЦЦАААГГГА

иРНК: УАЦГГУУУЦЦ

первичная стр-ра белка: Тир Гли Фен Про

После мутации:

ДНК: АТГЦЦАААА ГГА

иРНК: УАЦГГУУУУ ЦЦУ

первичная стр-ра белка: Тир Гли Фен Про

В результате мутации произошла замена Г на А в составе последовательности ДНК. Однако эта мутация не привела к изменению структуры и функции соответствующего белка, так как новый кодон УУУ кодирует ту же аминокислоту (Фен), что и исходный – УУЦ.

1. Выпадение или вставка одного или нескольких кодонов в составе нуклеотидной последовательности гена. Выпадение одного кодона происходит из-за ошибки ДНК-полимеразы при репликации ДНК и приводит к выпадению одной аминокислоты из первичной структуры белка. Соответственно, такая мутация приводит к изменению структуры и функции соответствующего белка.

До мутации:

ДНК: АТГЦЦАААГГГА

иРНК: УАЦГГУУУЦЦЦУ

первичная стр-ра белка: Тир Гли Фен Про

После мутации:

ДНК: АТГААГГГА

иРНК: УАЦУУЦЦЦУ

первичная стр-ра белка: Тир Фен Про

1. Вставка или выпадение одного или 2-х нуклеотидов (Мутация со смещением открытой рамки считывания). Происходит из-за ошибки ДНК-полимеразы при репликации ДНК. Данная мутация приводит к изменению всех аминокислот в первичной структуре белка, начиная с точки мутации. Это в большинстве случаев приводит к полному нарушению структуры и функции белка.

До мутации:

ДНК: АТГЦЦЦАТААГЦ

иРНК: УАЦГГГУАУУЦГ

В результате мутации произошла вставка 1 нуклеотида

После мутации:

ДНК: АТГГ ЦЦЦАТААГЦ

иРНК: УАЦЦ ГГГУАУУЦГ

первичная стр-ра белка: Тир Арг Вал Фен

1. Появление стоп-кодона в кодирующей части гена (нонсенс мутация). В результате, полипептидная цепь соответствующего белка становится короче, что приводит к значительному изменению первичной структуры и функции белка.

До мутации:

ДНК: АТГЦЦЦАТААГЦ

иРНК: УАЦГГГУАУУЦГ

первичная стр-ра белка: Тир Гли Тир Сер

Произошла замена Т на Ц в последовательности нуклеотидов соответствующего гена. В результате в кодирующей части мРНК возник стоп-кодон – УАГ, что привело к преждевременной остановке трансляции.

После мутации:

ДНК: АТГЦЦЦАЦ ААГЦ

иРНК: УАЦГГГУАГ УЦГ

первичная стр-ра белка: Тир Гли

Одна из задач ЕГЭ на тему «Генные мутации»

Задача 6

В результате генной мутации в полипептидной цепи соответствующего белка аминокислота Про заменилась на Цис . Последовательность иРНК до мутации: ГЦУУУЦЦЦЦГАЦУЦА . Определите аминокислотный состав молекулы нормального и мутированного белка, а также возможные последовательности нуклеотидов мутированной иРНК. Ответ поясните.

До мутации:

иРНК: ГЦУУУЦЦЦЦГАЦУЦА

белок: Ала Фен Про Асп Сер

Причиной замены третьей аминокислоты Про на Цис являлась генная мутация в нуклеотидной последовательности соответствующего гена, в результате которой произошло изменение триплета в составе мРНК, кодирующего третью аминокислоту. Исходя из свойства вырожденности генетического кода, аминокислота Цис может быть закодирована двумя возможными триплетами – УГУ , УГЦ . Соответственно, в результате мутации в иРНК мог появиться любой из этих триплетов. Вероятнее всего УГЦ , так как при этом должно замениться меньше всего нуклеотидов.

Варианты мутированной последовательности иРНК: ГЦУУУЦУГУГАЦУЦА; ГЦУУУЦУГЦГАЦУЦА

После мутации:

иРНК: ГЦУУУЦУГ ЦГАЦУЦА

белок: Ала Фен Цис Асп Сер

Ответ: последовательности иРНК с мутацией: ГЦУУУЦУГУГАЦУЦА; ГЦУУУЦУГЦГАЦУЦА.

Первичная структура нормального белка: Ала Фен Про Асп Сер

Первичная структура белка после мутации: Ала Фен Цис Асп Сер

Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки. Это приводит к разнообразию свойств и признаков у особей различной степени родства. Изменения фенотипа могут быть связаны либо с влиянием среды на экспрессию генов, либо с изменениями самого генетического материала. В зависимости от этого различают ненаследственную (модификационную) изменчивость и наследственную (генетическую) изменчивость.

Ненаследственная (модификационная) изменчивость

Ненаследственная изменчивость

• затрагивает только фенотип (генотип не изменяется);
• не передаётся по наследству;
• носит приспособительный характер к условиям среды.

В основе модификационной изменчивости лежит то обстоятельство, что наследуется не сам признак, а лишь способность к его развитию. В зависимости от условий среды признак может проявляться в различной степени. Границы варьирования (изменчивости) признака называют нормой реакции . Норма реакции зависит от генов, а условия среды определяют, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае.

Нормы реакции различных признаков неодинаковы. Как правило, качественные признаки обладают узкой нормой реакции (например, группа крови), количественные - широкой (например, рост и масса тела).
Дать объективную оценку изменчивому признаку можно, только проанализировав большое количество особей. Для оценки признака строят вариационную кривую и находят среднюю величину признака. Значения величины признака образуют непрерывный ряд вокруг средней величины. Наиболее часто встречаются особи со средними значениями развития признака, и чем больше признак отклоняется от среднего значения, тем меньше особей им обладают.
Как было отмечено, генотип - это не механический набор генов, то есть если есть ген, то обязательно должен развиться признак. От взаимодействия генов в генотипе и влияния окружающей среды зависят степень выраженности и частота проявления отдельных генов в фенотипе.

Экспрессивность - степень проявления варьирующего признака. Экспрессивность характеризует степень отклонения признака от его средней величины.

Пенетрантность - степень пробиваемости генов в признак.

Измеряется в процентном отношении числа особей, несущих данный признак, к числу особей, несущих ген, потенциально способный реализоваться в признак. Пенетрантность какого-либо гена может быть полной (100%), если данный признак отмечен у всех особей, и неполной, если он проявляется только у части популяции.

Наследственная (генотипическая) изменчивость

Наследственная изменчивость

• затрагивает генотип;
• передаётся по наследству;
• носит случайный характер.

Наследственная изменчивость бывает комбинативной и мутационной.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов в процессе полового размножения.
Источниками комбинативной изменчивости являются

1. независимое расхождение гомологичных хромосом в первомейотическом делении и их случайное сочетание при оплодотворении;
2. рекомбинация генов в результате кроссинговера.

Таким образом, в процессе комбинативной изменчивости молекулярная структура генов не изменяется, однако новые сочетания аллелей в генотипах приводят к появлению организмов с новыми фенотипами.
Мутационная изменчивость возникает в результате мутаций. Мутации - качественные или количественные изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям их генотипа.

Мутации характеризуются следующими свойствами :

• это внезапные скачкообразные изменения в наследственности;
• это стойкие изменения наследственного материала (передаются по наследству);
• это качественные (дискретные) изменения (не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины);
• это ненаправленные изменения (носят случайный характер);
• могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и нейтральными (безразличными для данных условий существования организма);
• могут повторяться (сходные мутации могут возникать неоднократно).

Существует несколько принципов классификации мутаций:

• по изменению генотипа: а) генные; б) хромосомные; в) геномные;
• по изменению фенотипа: а) морфологические; б) биохимические; в) физиологические; г) летальные и др.;
• по отношению к генеративному пути: а) соматические; б) генеративные;
• по проявлению мутации в гетерозиготе: а) доминантные; б) рецессивные;
• по локализации в клетке: а) ядерные, б) цитоплазматические;
• по причинам возникновения: а) спонтанные, б) индуцированные.

Генеративные мутации - мутации половых клеток (передаются при половом размножении). Соматические мутации - мутации соматических клеток (передаются при вегетативном размножении).
Генные (точковые) мутации связаны с изменением нуклеотидной последовательности ДНК одного гена. Существуют два механизма генных мутаций: замена одного нуклеотида на другой и выпадение или вставка одного из них. В результате происходит изменение в транскрипции РНК и синтезе белков, что обусловливает появление новых или изменённых признаков. Вставка и выпадение нуклеотидов приводят к более значительным последствиям, чем их замена, так как происходит сдвиг триплетов и изменяется не одна аминокислота, а вся дальнейшая последовательность аминокислот.

Хромосомные мутации связаны с перемещением участков хромосом. В изменении структуры хромосом могут быть задействованы участки одной хромосомы или разных, негомологичных, хромосом. Различают разные виды хромосомных мутаций:

Механизм хромосомных мутаций заключается в образовании при воздействии мутагенов разрывов хромосом с возможной утратой некоторых фрагментов и воссоединении частей хромосомы в ином порядке по сравнению с исходной хромосомой.
Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом. Различают полиплоидию и гетероплоидию. Полиплоидия - увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору (3n - триплоидия, 4n - тетраплоидия и т. д.). Причины полиплоидии могут быть различны: образование в процессе мейоза гамет с нередуцированным числом хромосом; слияние соматических клеток или их ядер; удвоение хромосом без последующего деления клеток. Полиплоидия часто встречается у растений и редко у животных. Гетероплоидия - изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору (2n-1 - моносомия; 2n+1 - трисомия; полисомия и др. по отдельным хромосомам). Причина гетероплоидии - нерасхождение отдельных гомологичных хромосом при гаметогенезе, в результате чего появляются гаметы, в которых некоторые хромосомы либо отсутствуют, либо представлены в двойном количестве. Изменение числа хромосом часто вызывает нарушение развития и даже летальность. Например, болезнь Дауна обусловлена наличием трёх хромосом 21 пары.

Мутагенные факторы

Мутагенные факторы можно разделить на две группы. С одной стороны, мутации могут происходить самопроизвольно вследствие ошибок в ходе репликации, репарации и рекомбинации ДНК. С другой стороны, они могут быть вызваны внешними причинами - мутагенами.
Мутагены - факторы внешней (окружающей) среды, вызывающие мутацию. Их делят на физические (ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, повышенная или пониженная температура), химические (бензопирен, азотистая кислота), биологические (некоторые вирусы).
В настоящее время в результате производственной деятельности человека усиливается загрязнение окружающей среды мутагенами. В результате растёт число мутаций как среди людей, так и среди других живых организмов. Подавляющее большинство мутаций носит вредный характер, то есть увеличивает заболеваемость и смертность.
Зачастую мутагены одновременно являются и канцерогенами - факторами, вызывающими развитие злокачественных опухолей.

Мутации

1. Какие клетки называют полиплоидными
А) содержащие больше двух наборов гомологичных хромосом
Б) полученные в результате гибридизации
В) содержащие многоаллельные гены
Г) полученные от скрещивания нескольких чистых линий

2. Поворот участка хромосомы на 180 градусов относится к мутациям
А) геномным
Б) генным
В) хромосомным
Г) точковым

3. Соматические мутации передаются потомству у
А) растений при вегетативном размножении
Б) животных при половом размножении
В) животных, размножающихся партеногенетически
Г) растений с двойным оплодотворением

4. Причины генных мутаций - это нарушения, происходящие при
А) редупликации ДНК
Б) биосинтезе углеводов
В) образовании АТФ
Г) синтезе аминокислот

5. Полиплоидные организмы возникают в результате
А) геномных мутаций
Б) модификационной изменчивости
В) генных мутаций
Г) комбинативной изменчивости

6. К какому виду мутаций относят изменение структуры ДНК в митохондриях
А) геномной
Б) хромосомной
В) цитоплазматической
Г) комбинативной

7. Получение селекционерами сортов полиплоидной пшеницы возможно благодаря мутации
А) цитоплазматической
Б) генной
В) хромосомной
Г) геномной

8. Выпадение участка хромосомы в отличие от перекреста хроматид в мейозе - это
А) конъюгация
Б) мутация
В) репликация
Г) кроссинговер

9. Пестролистность у ночной красавицы и львиного зева определяется изменчивостью
А) комбинативной
Б) хромосомной
В) цитоплазматической
Г) генетической

10. Полиплоидные сорта пшеницы - это результат изменчивости
А) хромосомной
Б) модификационной
В) генной
Г) геномной

12. Животное, в потомстве которого может появиться признак, обусловленный соматической мутацией
А) гидра
Б) волк
В) еж
Г) выдра

13. Изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК - это мутация
А) генная
Б) геномная
В) хромосомная
Г) аутосомная

14. Выпадение четырех нуклеотидов в ДНК - это
А) модификационное изменение
Б) генная мутация
В) хромосомная мутация
Г) геномная мутация

15. Полиплоидия - одна из форм изменчивости
А) модификационной
Б) мутационной
В) комбинативной
Г) соотносительной

16. Какая болезнь человека - результат генной мутации
А) синдром приобретенного иммунодефицита
Б) грипп
В) серповидноклеточная анемия
Г) гепатит

17. Болезнь Дауна связана с появлением лишней 21-й пары хромосом в генотипе человека, поэтому подобное изменение называют
А) соматической мутацией
Б) геномной мутацией
В) полиплоидией
Г) гетерозисом

18. Мутации, связанные с обменом участками негомологичных хромосом, относят к
А) хромосомным
Б) геномным
В) точковым
Г) генным

19. Изменчивость организмов, вызванная кратным увеличением наборов хромосом в клетках, - это
А) генная мутация
Б) полиплоидия
В) гетерозис
Г) точковая мутация

20. Повысить частоту мутаций в популяции можно
А) действием рентгеновских лучей на особей
Б) межвидовыми скрещиваниями
В) скрещиванием чистых линий
Г) скрещиванием гетерозиготных организмов

21. Рецессивные генные мутации изменяют
А) последовательность этапов индивидуального развития
Б) состав триплетов в участке ДНК
В) набор хромосом в соматических клетках
Г) строение аутосом

22. Соматические мутации
А) обусловлены изменением аутосом в половых клетках
Б) связаны с начледованием, сцепленным с полом
В) передаются потомству у растений при вегетативном размножении
Г) возникают в гаметах у животных

23. Синдром Дауна является результатом мутации
1) геномной
2) цитоплазматической
3) хромосомной
4) рецессивной

24. Рождение ребенка с синдромом Дауна – это пример проявления изменчивости
А) модификационной
Б) комбинативной
В) цитоплазматической
Г) геномной

25. Какие клетки называют полиплоидными?
А) имеющие кратно увеличенное число хромосом
Б) содержащие доминантные гены
В) полученные в результате гибридизации
Г) полученные от скрещивания чистых линий

26. Соматические мутации у человека
А) не наследуются потомством
Б) повышают интенсивность обмена веществ
В) служат основой адаптации
Г) возникают в гаметах

27. Соматические мутации у позвоночных животных
А) формируются в гаметах
Б) передаются следующему поколению
В) возникают в клетках органов тела
Г) обусловлены нарушением обмена веществ

28. Мутационная изменчивость обусловлена
А) рекомбинацией генов в гомологичных хромосомах
Б) изменением последовательности нуклеотидов в ДНК
В) изменением признака в пределах нормы реакции
Г) образованием гибридного потомства

Чем представлены мутации? Как они возникают?

Мутации - это устойчивые изменения структуры наследственного материала на любых уровнях его организации. Результатом мутаций становятся изменения признаков.

Термин введен в научный оборот голландским ботаником Хуго Де Фризом, который также является создателем мутационной теории - несмотря на прошедшие с той поры почти полтора века, его изыскания по-прежнему актуальны.

Передаются ли мутации в поколениях?

Мутации наследуются - иначе говоря, способны передаваться от предшествующих поколений к следующим.

Какова направленность мутаций?

Мутации не направлены. Какой угодно локус способен мутировать, и это ведет к изменениям как малозначимых признаков, так и тех, что являются жизненно важными. Мутациями называют качественные изменения. Они индивидуальны, то есть появляются у отдельных организмов. Одинаковые мутации могут появиться не единожды. Мутагенез - это процесс формирования мутаций. Факторы среды, способствующие мутагенезу, называют мутагенами.

Как различаются мутации по типу клеток организма, в которых они произошли?

По типу клеток принято различать мутации генеративные и соматические. Первый вид протекает в половых клетках и никак не способен влиять на признаки конкретного организма. Они проявятся лишь у представителей нового поколения. Мутации второго типа, соматические, протекают в соматических клетках и способны проявиться уже у этого организма.

Передаются ли потомству соматические мутации? Почему?

Этот вид мутаций не может передаться потомству в ходе полового размножения. Подобное явление обусловлено тем, что сами по себе соматические клетки очень редко передаются потомству.

Какие мутации могут передаваться у растений - соматические или генеративные? Почему?

А вот у растений соматические мутации могут передаться потомкам - правда, только путем бесполого вегетативного размножения: с помощью листьев, корней, побеговых черенков и др.

Какие три группы мутаций выделяют по адаптивному значению?

Различают следующие группы: полезные, вредные (или летальные, или полулетальные) и нейтральные мутации. В науке считается, что большинство мутаций вредны. Впрочем, полезные повышают жизнеспособность организма. Именно они обеспечили приобретение новых разнообразных признаков в ходе эволюции. Летальные мутации ведут к гибели, полулетальные понижают жизнеспособность, нейтральные же никак не воздействуют на общую жизнеспособность.

Может ли адаптивное значение мутаций изменяться под воздействием условий среды?

Одинаковые мутации в разных условиях могут приносить как вред, так и пользу. Известен пример с мутацией у африканцев серповидоклеточности в гетерозиготном состоянии (Аа) - этот сбой в организме, приводящий к аномалиям гемоглобина, одновременно защищает носителя от малярии.

Какие два вида мутаций выделяют по характеру проявления?

Различают доминантные и рецессивные мутации. В случае, когда доминантная мутация является опасной, организм может погибнуть еще на одной из первых стадий онтогенеза. Рецессивные мутации не могут проявиться у гетерозигот, вследствие чего они долго присутствуют в популяции в латентном состоянии.

Какое значение полезные мутации имеют для организмов?

Полезные рецессивные мутации создают резерв наследственной изменчивости. Если среда обитания меняется, носители данных мутаций способны получить превосходство в борьбе за выживание.

Какие виды мутаций выделяют в зависимости от того, установлен ли мутаген, приведший к мутации?

Основываясь на том, стало ли возможным обнаружение мутагена или нет, различают два вида мутаций: индуцированные и спонтанные. Как правило, спонтанные мутации происходят естественным путем, а индуцированные - искусственно вызваны.

Какие выделяются виды мутаций по критерию расположения в клетке?

По местонахождению в клетке выделяют ядерные и цитоплазматические мутации. Примеры цитоплазматических мутаций - пестролистность фиалки, мирабилиса или ночной красавицы, львиного зева (гены в хлоропластах), синтез дыхательных ферментов в клетке (гены в митохондриях).