Задание 29.биология 10-11 класс. Изучите лекцию « Причины

Задание 29.биология 10-11 класс.
Изучите лекцию « Причины возникновения мутаций. Искусственный мутагенез»
Естественный мутационный процесс. В предыдущих лекциях мы рассмотрели основные типы
мутаций и пути их возникновения. Каковы же причины мутационного процесса? Они связаны с
нарушением основных генетических процессов, протекающих в клетке: репликации, е.
воспроизведения молекул ДНК, рекомбинации и деления. Как хромосомные, так и генные мутации
представляют собой в конечном счете изменение структуры ДНК: замену одних нуклеотидов
другими, выпадение или вставку нуклеотидов или изменение их положения. Далеко не каждое
возникающее повреждение ДНК непременно реализуется в мутацию, часто происходит его
исправление с помощью особых ферментов. Этот процесс называют репарацией. Однако, сколь
точно бы ни осуществлялись генетические процессы и как бы эффективны ни были ферментативные
системы исправления возникающих повреждений ДНК, мутационный процесс — неотъемлемая
характеристика любого живого организма.
Условия среды, в которых живут те или иные организмы, могут оказывать существенное влияние на
скорость мутационного процесса. Факторы, вызывающие возникновение мутаций, называют
мутагенными или просто мутагенами.
Мутагенные факторы среды. В настоящее время достаточно хорошо изучены факторы среды,
оказывающие наиболее мощное мутагенное действие, т. е. приводящие к появлению мутаций
(мутагенезу).
Впервые повышение частоты наследственной изменчивости под влиянием внешних агентов
обнаружили в 1925 г. отечественные микробиологи Г- А. Надсон и Г. С. Филиппов. Прямое
экспериментальное доказательство мутагенного действия рентгеновских лучей представил в конце
20-х гг. XX в, выдающийся американский генетик Г. Мёллер, работавший несколько лет в нашей
стране. Он создал точные методы учета вновь возникающих мутаций.
Выделяют три основные группы мутагенов: физические, химические и биологические. Самым
эффективным физическим мутагеном является ионизирующе излучение — рентгеновские лучи,
гамма-лучи, ядерные частицы. Проходя сквозь клетки, они на своем пути ионизируют атомы и
молекулы, что заставляет тех активно вступать в «незапланированные» химические реакции. Это
может привести к повреждению ДНК. Количество возникающих повреждений зависит от дозы
радиации и прямо пропорционально ей. Ионизирующее излучение высоких энергий значительно
увеличивает частоту хромосомных мутаций, точковых мутаций возникает относительно меньше.
Однако «мягкое» (невысокой мощности) гамма-излучение, почти не повреждая структуру хромосом,
может вызывать генные мутации. Поэтому его используют в селекции и биотехнологии для
искусственного получения мутаций у растений и микроорганизмов.
К физическим мутагенам относят также ультрафиолетовое излучение, что было установлено
отечественными генетиками в начале 20-х гг. XX в.
Так как через покровные ткани УФ-излучение проникает только на несколько микрометров, его
влияние на частоту генеративных мутаций невелико. Однако для человека интенсивное
ультрафиолетовое облучение представляет опасность, поскольку отсутствие шерстного покрова
делает клетки кожи легко уязвимыми. Возникающие соматические мутации могут стать причиной
интенсивного старения клеток кожи, и даже развития злокачественной опухоли.
Еще более слабым мутагенным эффектом обладает повышенная температура, которая для
теплокровных животных и человека почти не имеет существенного значения вследствие постоянства
температуры их тела.
Вторую группу факторов представляют химические мутагены, которые очень разнообразны
по своей структуре и механизму мутагенного действия. Тем не менее, все они непосредственно или
через образование промежуточных соединений взаимодействуют с ДНК, вызывая нарушение ее
структуры. Мутагенными могут быть и нормально присутствующие в клетке агенты, например
кислород, особенно в форме пероксидов. Митохондрии, используя кислород для окислительного
фосфорилирования, одновременно и защищают клетки от его вредного действия. Различные группы
химических мутагенов могут отличаться по спектру вызываемых мутаций. Одни из них похожи по
своему эффекту на радиацию и вызывают нарушения структуры хромосом. Их так и называют —
радиомиметики, т. е. имитирующие радиацию. Другие могут не вызывать хромосомных перестроек,
но быть причиной большого количества точковых мутаций. Такие мутагены обычно
взаимодействуют с азотистыми основаниями в составе ДНК, химически изменяя их, что приводит к
нарушению комплементарности и включению неправильных нуклеотидов во время репликации.
Есть также мутагены, разрушающие микротрубочки в клетках, что приводит к тому, что во время
митоза или мейоза хромосомы не могут разойтись к полюсам клетки и остаются вместе. Это
приводит к возникновению полиплоидных клеток.
Крупный вклад в изучение химических мутагенов внесли отечественные исследователи И. А.
Рапопорт и В. В. Сахаров.
Третью группу факторов представляют биологические мутагены: молекулы ДНК и вирусы.
Установлено, что целый ряд хорошо изученных мутаций у животных и растений — результат
действия вирусов.
Мутагены усиливают интенсивность естественного мутационного процесса в 10—100 раз, а
наиболее мощные из них — в тысячи раз.
Говоря об общих свойствах мутагенов, следует указать на следующие:
•
универсальность, т. е. способность вызывать мутации во всех живых организмах;
•
отсутствие нижнего порога мутационного действия, т. е. способность вызывать мутации
при действии в любых малых дозах;
•
ненаправленность возникающих мутаций.
Экспериментальное получение мутаций. Открытие мутагенных факторов, изучение их свойств
создали предпосылку для их практического использования в селекционной практике. Именно
благодаря методу искусственного мутагенеза были созданы многие ценные сорта растений, штаммы
микроорганизмов.
В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию методов направленного
взаимодействия химических и физических факторов на определенные гены. Искусственное
получение полезных мутаций имеет большое практическое значение для селекции растений,
животных и микроорганизмов.
Опасность загрязнения среды мутагенами. Многие мутации вызывают у человека и животных
отклонения от нормального развития и появление разнообразных уродств, они же причина многих
тяжелых наследственных заболеваний. Поэтому сохранение естественного уровня мутационного
процесса и охрана среды обитания человека от действия мутагенных факторов — задача большой
важности. Осознание этой проблемы стало причиной заключения международного договора о
прекращении испытаний ядерного оружия в воздухе, на земле и в воде. Однако не меньшую
опасность представляет загрязнение среды химическими мутагенами. Огромное количество
мутагенных молекул синтезировано человеком в результате развития химической промышленности.
Мутагенами являются многие красители, мономеры пластмасс вещества для борьбы с сорняками,
вредными насекомыми, грызунами. Загрязнение среды обитания мутагенами опасно не только для
человека, но и для всего живого. Поэтому в настоящее время в странах с развитой
промышленностью существуют специальные службы для проверки любого выпускаемого вещества
на мутагенность. Без такой проверки не дается разрешение на его производство. Ограничение
применения мутагенов и оздоровление среды обитания — условия, необходимые для эффективной
защиты генома человека.
Ответьте на вопросы.
29-1.Какие факторы среды могут оказать наибольшее мутагенное действие?
29-2.Почему деятельность человека увеличивает мутагенное действие среды?
29-3.Как используют мутагены в селекции микроорганизмов, растений и животных?