Генные мутации

Мутационные изменения генов могут происходить в одной точке (односайтовые мутации) либо в нескольких разных точках (многосайтовые мутации). Термин сайт в генетике обозначает определённое место (точку) в цепи молекулы ДНК. Современные методы молекулярной генетики позволили определить два основных процесса формирования генных мутаций – это замена нуклеотидов и сдвиг рамки считывания, каждый из которых имеет свои варианты.

Транзиции – при замене сохраняется месторасположение пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов (АТ- ГЦ, ГЦ – АТ и т. п.).

Трансверсии – при замене пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды меняются местами (АТ – ЦГ, АТ – ТА и т. п.).

Мутации вследствие сдвига рамки считывания встречаются более часто. Они проявляются в двух вариантах: инсерция (вставка) и делеция – утеря одного или нескольких нуклеотидов. Необходимо отметить, что вставка сдвигает рамку считывания в одном направлении, а делеция – в противоположном.

Механизм возникновения генных мутаций наиболее детально изучен у вирусов и бактерий. Согласно концепции американского генетика Р. фон Борстела генные мутации возникают в результате ошибок «трёх Р»: репликации, репарации и рекомбинации.

В процессе репликации возможна замена нуклеотидов вследствие некоторой неоднозначности принципа комплементарности. Азотистые основания нуклеотидов ДНК могут существовать в нескольких таутомерных формах. Таутомеризация – это изменение положения водорода в молекуле, меняющее её физические свойства.

Некоторые таутомеры нуклеотидов меняют способность формировать водородные связи с другими нуклеотидами. У аналогов нуклеотидов таутомерия происходит значительно чаще, чем у типичных форм, что объясняет их мутагенный эффект. Примером может служить аналог тимидмна 5-бромурацил, который способен в некоторых таутомерных формах вступать в связь с гуанином.

Большинство мутаций со сдвигом рамки считывания обнаружено в участках ДНК, состоящих из одинаковых нуклеотидов. Существует гипотеза возникновения этих мутаций вследствие диссоциации и неправильного восстановления нитей в данных участках.

Резкое увеличение количества мутаций при нарушении системы репарации и взаимосвязь мутационного и рекомбинационного процессов продемонстрированы в многочисленных исследованиях. Процессы репарации и рекомбинации мы рассмотрим ниже.