ДНҚ кездейсоқ мутациясы. Биология, 11 сынып, дидактикалық материал.

Өздігінен пайда болатын гендік мутациялардың жиілігі әр түрлі ағзаларда түрліше болып келеді, мысалы адамдарда ол 10~4—10 6 дәрежесіне тең. Егер адамдардың бір ұрпағының орташа тіршілік ұзақтығы 25—30 жыл, ал мутацияның орташа жиілігі 1х10~5 дәрежесіне тең, адамдардың генотипіндегі гендер саны 100000—110000 деп алсақ, онда адамдардың гаплоидтық хромосома санында (гаметаларда) әрбір ұрпақ сайын 1-10 жаңа мутация пайда болып отырады. Бұл көп пе аз ба? Жеке бір адамды алатын болсақ ол әрине аз, себебі адамдардың бір ұрпағында, яғни 25—30 жыл ішінде түзілетін гаметаларының тек 1—10-ында ғана мутация пайда болады. Ал егер бүкіл адамзатты, яғни тұтас адам популяцияларын алатын болсақ және адамдар гаметаларында не бары 2-ақ мутациядан пайда бодды десек, оңда мутациялардың жалпы саны 8×109 яғни 8 000 000 000 тең болады. Ал бұл әрине өте көп.Гендік мутациялар ағза белгілерінің түрліше өзгерулеріне алып келеді. Олар доминантты, жартылай доминантты, рецессивті болып келуі мүмкін. Мутантты гендер, қалыпты гендерге қарағанда, өздерінің өнімдерінің — ферменттерінің аз мөлшерде, немесе өте кеп мөлшерде синтезделуіне алып келуі мүмкін, немесе фермент мүлдем синтезделмеуі мүмкін. Яғни, мутация негізінде қалыпты ген өзінің мағынасын біржолата жойып нонсенс — (мағынасыз) кодонға, не оның мағынасы өзгеріп миссенс — кодонға айналуы мүмкін. Гендік мутациялардың ағзалар үшін зияңдылығы — олар тіршілік процесінің бұзылуына (патология), тіршілігінің төмендеуіне не көбею қабілетінің кемуіне алып келеді, яғни ағзалардың ортаға бейімделуін тәмендетеді. Кейде мутантты ген ағзалардың әліп қалуына да алып келеді (летальді мутациялар).Дегенмен, мутацияларды өте сирек және тосыннан (кенеттен) пайда болатын, белгілі бір бағытқа бағытталмаған құбылыс деп қарастыруымыз керек:1)  мутациялар ете сирек пайда болады, себебі олар репликациялану процесінде ДНҚ синтезінің қателігі күйінде пайда болуы мүмкін. Ал, ДНҚ синтезі қателіксіз жүреді. Тек 100 000 нуклеотидтен біреуі ғана қате синтезделуі мүмкін. Тіпті ДНҚ синтезінде қателік болған күннің өзінде, пайда болған қателік репарация тетіктері арқылы жөнделіп отырады;2)  мутациялардың өте сирек және кездейсоқ болатын тағы бір себебі — олардың нақтылы бір генде, нақтылы ұрпақта пайда болуболмауын күні бұрын болжау мүмкін емес;3)  мутациялар ағзалардың ортаға бейімделушілігін жоғарылатпайды, сондықтан да оларды белгілі бір бағытқа бағытталмаған дейміз.Ұзақ жылдар бойына хромосомалық және гендік мутациялардың пайда болу себептері белгісіз болып келеді. Сондықтан көптеген ғалымдар мутациялар, әсіресе өздігінен пайда болатын мутациялар, табиғатта сыртқы орта факторларының әсерінсіз пайда болады деген жалған көзқараста болып келді. Тек, гендік мутациялардың санының есебін анықтау әдістері қалыптасқаннан кейін ғана оларды әр түрлі мутагендік факторлар арқылы туғызуға мүмкін екендігі белгілі болды. Оларды физикалық, химиялық және биологиялық мутагендік факторлар деп бөледі.Физикалық радиациялық мутагенез дегеніміз — әр түрлі физикалық факторлардың — иондаушы сәулелердің, ультракүлгін сәулелерінің т.б. әсерінен пайда болатын мутациялар. Иондаушы сәулелердің мутацияларды туғыза алатындығын алғаш рет 1925 жылы орыс ғалымдары Г.Надсон және С.Филипповтар ашқан. 1927 жылы Г.Меллер рентген сәулелерінің әсерінен дрозофилаларда (жеміс шыбыны) кәптеген мутациялардың пайда болатыңдығын тәжірибе жасап анықтаған. Қазіргі кезде радиациялаушы сәулелердің мутагендік әсері көптеген биологиялық объекттерде дәлелденген.Радиациялаушы сәулелердің мутагендік механизмі түрліше болып келеді. Олар гендік, хромосомалык, геномдық мутацияларды туғыза алады.Кейбір химиялық заттардың мутагендік әсерінің болатындығын алғаш рет КСРО-да 1928 жылы Н.Мейсель, 1933 жылы В.Сахаров, 1934 жылы М.Лобашовтар ашқан болатын. Ең алғашқы күшті мутагенді (жасушаға жат ДНҚ) 1939 жылы С.Гершензон ашқан болатын. 1946 жылы генетик И.Рапопорт формалиннің және этилениминнің күшті мутагендік әсері бар екенін анықтады. Сол сияқты, осы жылдары ағылшын генетиктері Ш.Ауэрбах және Д.Робсон иприттің мутагендік әсер ететінін анықтаған.Қазіргі кезде жүздеген химиялық заттардың мутагеңдік әсерлері айқындалды. Олардың ішінде ауыл шаруашылығында жиі пайдаланатын гербицидтер, дефолианттар және инсектицидтер (ДДТ), кейбір дәрідәрмектер (әсіресе нитрофурондар), әр түрлі өнеркәсіпте пайдаланатын, не өнеркәсіпте бөлініп шығатын заттар, мысалы: тоқыма комбинаттарында пайдаланылатын — афоксид; жасанды шайырларды алуға пайдаланатын — формальдегид; қағаз шығаруға пайдаланатын — гидроксиламин; азық-түлік өнеркәсібінде шараптарды дайындауға пайдаланылатын — натрий бисульфиті; азоттық иприт, 5-бромурацил т.б. Барлық химиялық мутагендер гендік, хромосомалық және геномдық мутацияларды тудыра алады.Химиялық заттардың мутагеңдік механизмі әлі толық анықталған жоқ, дегенмен, олардың кейбіреулері жасушаның бөлінуі кезеңінде ахроматин жіпшелерін үзіп, олардың қызметін жояды, ал екінші біреулері, мысалы 5-бромурацил ДНҚ молекуласының репликациялануында азоттық негіздердің орнын ауыстырып траңзициялар мен трансверсияларды пайда етеді.Химиялық мутагендер, радиация сәулелері сияқты, мейоздың бұзылуына алып келіп, хромосомалардың дұрыс ажырасуын болдырмайды не хромосомалардың үзілуіне алып келеді. Кейбір химиялық мутагендер тікелей ДНҚ молекуласына әсер етпей, оның реплекациялану мехаизмі өзгертеді, осының салдарынан ДНҚ синтезінде қателіктер пайда болады. Ондай заттардың бірі – кофеин.

 Репарация – тірі ағзалар дың мутагендік факторлар әрекетіне байланысты ДНК молекуласында пай да болған бұзылуларды қайта қалпына келтіру қа сиеті. Репарация құбылы сы тек ДНК құрылысын дағы мутациялық бұзылу ларды жөндеуде емес, со нымен қатар тұқым қуал айтын аурулардың қалып тасуында, ерте қартаю процесінде, жасушалар дың ісіктік трансформа циясында (канцерогенез) т.б. маңызды рөл атқара ды.Жалпы, мутациялық өзгергіштік гендер мен хромосомалардағы тұрақ ты өзгерістер нәтижесінде қалыптасады да, генетика лық материалдың геном дық, хромосомалық және гендік (ДНК молекуласы) деңгейлеріндегі кез кел ген сандық және құрылыс тық бұзылуларға әкеледі. Осыған байланысты, яғни бұзылуларды қайта қал пына келтіру үшін ДНК репарациясы жұмыс істейді.

ДНҚ репарациясының типтері:

1. Жарықтық репарация немесе фотореактивация.

1.Қалыпты ДНҚ молекуласы-----Ультракүлгін жарығымен сәулелендіру-----2.Мутантты ДНҚ молекуласы-пиримидиндік димерлердің түзілуі-----Көзге көрінетін жарықтың әсері-----3.Фотолиаза ферментінің синтезі-----4.Димерлердің ажыратылуы-----5.ДНҚ құрылысының бастапқы қалпына қайта келуі.

2. Эксцизиялық немесе қараңғылық репарация- жасушадағы жарықтың қатысуынсыз ақ жоя алады. ДНҚ-ның бұзылған учаскесі арнайы ферменттер тобының қатынасуымен кесіп алынып тасталады, оның орнына қалыты нуклеотидтер жалғанады. Келесі сатылардан тұрады:

а)эндонуклеаза ферментінің көмегімен зақымдалған ДНҚ-ны анықтау; б)эндонуклеаза көмегімен зақымдалған аймақты кесіп алу; в)полимераза көмегімен жаңа тізбекті қалыпқа сай синтездеу; г)полинуклеотидлигаза ферментінің әсерінен жаңа түзілген ДНҚ аймағының қосылуы. Мұны эксцизиялық, яғни ”кесумен” жүретін деп атайды.

3. Репликациядан кейінгі репарация-егер фотореактивация және эксцизиялық репарация белгілі бір себептерге байланысты жүрмесе, онда тізбектегі зақымдалу дұрысталмайды және жаңа синтезделген тізбекте бос қуыс қалады. Бұл қуыс екінші зақымдалған ДНҚ тізбегінен синтезделген жаңа комплементарлы аймақпен толтырылады. Бір зақымдалмаған тізбек барлық уақытта қалып ретінде қажет.