Файл: Реферат Биология Направление подготовки Промышленная биотехнология Тема Мутуализм бактерий Студент группы Б1212219. 03. 01пб Дорошенко Лада Алексеевна Проверил.docx
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 44
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
.
Спонтанные мутации - это естественный (или спонтанный) фон, величина которого колеблется в зависимости от типа мутации и вида микробной популяции. Они появляются в микробных популяциях in vitro и in vivo (в естественных биотопах организма человека) под влиянием самых разнообразных причин и событий, (например ошибок в работе репарирующих ферментов, или ДНК-полимеразы во время репликации ДНК). Мутации происходят в результате ошибочного включения в синтезируемую дочернюю цепь вместо одного азотистого основания другого, некомплементарного, имеющегося в родительской цепи, например вместо аденина, комплементарного тимину, гуанина или цитозина.
Причиной изменения естественного фона могут быть инсертационные мутации (англ. insertion — вставка), которые возникают при встраивании в хромосому микробной клетки Is-последовательностей, транспозонов и плазмид. При этом фенотип мутации зависит от места их интеграции: если она происходит вблизи промотора, то нарушается функция регуляторного гена, а вблизи структурного гена — синтез закодированного в нем продукта. При наличии у бактерий генов-мутаторов частота мутаций увеличивается в 100 и более раз.
Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке.
По количеству мутировавших генов различают генные и хромосомные мутации. Первые затрагивают один ген и чаще всего являются точковыми, вторые распространяются на несколько генов.
Точковые мутации – это замена или вставка пары азотистых оснований в ДНК, которая приводит к изменению одного кодона, вследствие чего вместо одной аминокислоты кодируется другая либо образуется бессмысленный кодон, не кодирующий ни одну из аминокислот.
Последние называют нонсенс-мутациями (изменения кодирующей последовательности ДНК, приводящие к образованию стоп-кодона, вследствие чего синтезируется белок, в котором отсутствует какая-то часть его последовательности).
Как сказано выше, индуцированные мутации появляются под влиянием внешних фактоpoв, которые называются «мутагены».
Мутагены бывают:
Такие мутагены еще называют радиационными. Обычно приводит к образованию пиримидиновых димеров. УФ-, рентгеновские лучи и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы как летальное (подавляющее жизнедеятельность), так и мутагенное воздействие.
Некоторые химические вещества (мутагены) значительно повышают частоту мутирования до одной мутантной клетки на 103—104 клеток. К таким веществам относят аналоги азотистых оснований (например, бромурацил), включающиеся в молекулу ДНК и вызывающие вставку некорректного основания при репликации
ДНК-транспозоны представляют собой последовательности ДНК, иногда называемые "прыгающими генами", которые могут перемещаться и интегрироваться в разные места в геноме. Они являются транспозируемыми элементами класса II (TES), которые перемещаются через промежуточное звено ДНК.
Транспозонный мутагенез, или транспозиционный мутагенез, представляет собой биологический процесс, который позволяет переносить гены в хромосому организма-хозяина, прерывая или изменяя функцию существующего гена в хромосоме и вызывая мутацию. Транспозонный мутагенез намного эффективнее химического мутагенеза, с более высокой частотой мутаций и меньшей вероятностью гибели организма.
Аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, например 2-аминопурин, 5-бромурацил, включаются в нуклеотиды, а следовательно, и в ДНК, но при этом они значительно чаще в силу таутомерных превращений спариваются с «неправильными» партнерами, в результате вызывая замену пурина другим пурином (А-Г) или пиримидина другимпиримидином (Т-Ц). Замена пурина другим пурином, а пиримидина другим пиримидином называется «транзиция».
Азотистая кислота и ее аналоги вызывают дезаминирование азотистых оснований, результатом чего являются ошибки при спаривании и, как следствие, возникновение транзиции.
Аденин в результате дезаминирования превращается в гипоксантин, который спаривается с цитозином, что приводит к возникновению транзиции АТ-ГЦ.
Гуанин же при дезаминировании превращается в ксантин, который по-прежнему спаривается с цитозином; таким образом, дезаминирование гуанина не сопровождается мутацией.
Акридин и профлавин внедряются между соседними основаниями цепи ДНК
, величивая расстояние между ними. Это пространственное изменение при репликации может привести как к утрате нуклеотида, так и к включению дополнительной нуклеотидной пары, что приводит к сдвигу рамки считывания тРНК. Начиная с того места, где произошло выпадение или включение нуклеотида, информация считывается неправильно.
Ультрафиолетовое облучение затрагивает преимущественно пирмидиновые основания, при этом два соседних остатка тимина ДНК могут оказаться ковалентно связанными.
На бактериях, подвергнутых ультрафиолетовому облучению, было показано, что повреждения, вызванные облучением в бактериальных ДНК, могут частично исправляться благодаря наличию репарационных систем. Один тип репарации протекает на свету. Он связан с деятельностью фотореактивирующегося фермента, который расщепляет тиминовый димер. При темновой репарации дефектные участки цепи ДНК удаляются и образовавшаяся брешь достраивается с помощью ДНК-полимеразы на матрице сохранившейся цепи и соединяется с цепью лигазой.
Мутации могут индуцировать следующие события:
Модификация оснований включает химическое изменение азотистого основания в кодирующей последовательности, что приводит к изменению кодона. В результате вместо одной аминокислоты кодируется другая либо возникает бессмысленный кодон.
Вставка либо делеция какого-либо оснований (аналогов оснований) в ДНК приводит к фреймшифт-мутациям (мутации со сдвигом рамки считывания), что вызывает изменение позиции рамки считывания триплетного кодона, и, таким образом, изменение всех последующих кодонов.
Деформации спирали ДНК (структурные искажения ДНК) образуются в результате индуцированной УФ-излучением димеризации расположенных близко нуклеотидов (особенно тимина). Образовавшееся циклобутановое кольцо нарушает симметрию ДНК и препятствует правильной репликации. Репликация может быть нарушена также при образовании поперечных межцепочечных сшивок ДНК. Б зависимости от синтеза «правильных» или «неправильных» полипептидов при считывании мРНК, отразившей изменения ДНК (то есть в зависимости от сохранения смысловой функции образующегося полипептида), различают несколько видов мутаций.
«Молчащие» мутации (мутации «без изменения смысла
», то есть не вызывающие изменения аминокислотной последовательности белка). Их появление возможно вследствие вырожденности генетического кода. Получившийся в результате мутирования триплет кодирует ту же самую аминокислоту, что и исходный триплет, поэтому синтезируемый белок остаётся без изменений.
Миссенс-мутации (мутации «с изменением смысла») возникают при условии, что изменения кодирующей последовательности приводят к появлению в полипептиде иной аминокислоты. Получающийся изменённый белок может быть функциональным или нефункциональным в зависимости от значимости затронутой мутацией области.
Нонсенс-мутации («антисмысловые», «бессмысленные» мутации) приводят к образованию одного из трёх кодонов-терминаторов (УАГ, УАА, УГА), вызывающих преждевременное окончание синтеза полипептидной цепи. Когда рибосома достигает такого кодона, процесс элонгации полипептидной цепи заканчивается, и высвобождается неполный пептид (вероятно, такое действие терминальных кодонов обусловлено отсутствием тРНК, связывающихся с данными кодонами). Эта мутация приводит либо к синтезу очень коротких нефункциональных белков, либо к полному прекращению синтеза белка
Подводя итоги хочется подчеркнуть, что мутуализм наступает на смену паразитизму в процессе эволюции экосистем в сторону огромной зрелости; и он особенно важен в том случае, когда ограничены некоторые ресурсы среды (например, на не плодородной почве); в такой ситуации взаимная кооперация может обеспечить весьма существенное селективное преимущество.
Мутуализм (облигатный симбиоз) - одна из форм положительного взаимодействия организмов двух видов, при которой оба организма находятся в полной зависимости друг от друга.
Спонтанные мутации
Спонтанные мутации - это естественный (или спонтанный) фон, величина которого колеблется в зависимости от типа мутации и вида микробной популяции. Они появляются в микробных популяциях in vitro и in vivo (в естественных биотопах организма человека) под влиянием самых разнообразных причин и событий, (например ошибок в работе репарирующих ферментов, или ДНК-полимеразы во время репликации ДНК). Мутации происходят в результате ошибочного включения в синтезируемую дочернюю цепь вместо одного азотистого основания другого, некомплементарного, имеющегося в родительской цепи, например вместо аденина, комплементарного тимину, гуанина или цитозина.
Причиной изменения естественного фона могут быть инсертационные мутации (англ. insertion — вставка), которые возникают при встраивании в хромосому микробной клетки Is-последовательностей, транспозонов и плазмид. При этом фенотип мутации зависит от места их интеграции: если она происходит вблизи промотора, то нарушается функция регуляторного гена, а вблизи структурного гена — синтез закодированного в нем продукта. При наличии у бактерий генов-мутаторов частота мутаций увеличивается в 100 и более раз.
Индуцированные мутации
-
Индуцированные мутации- это наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.
Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке.
-
Индуцированными называют мутации, которые получают в эксперименте под влиянием каких-либо мутагенов.
По количеству мутировавших генов различают генные и хромосомные мутации. Первые затрагивают один ген и чаще всего являются точковыми, вторые распространяются на несколько генов.
Точковые мутации – это замена или вставка пары азотистых оснований в ДНК, которая приводит к изменению одного кодона, вследствие чего вместо одной аминокислоты кодируется другая либо образуется бессмысленный кодон, не кодирующий ни одну из аминокислот.
Последние называют нонсенс-мутациями (изменения кодирующей последовательности ДНК, приводящие к образованию стоп-кодона, вследствие чего синтезируется белок, в котором отсутствует какая-то часть его последовательности).
Как сказано выше, индуцированные мутации появляются под влиянием внешних фактоpoв, которые называются «мутагены».
Мутагены бывают:
-
Физическими (ультрафиолетовые лучи, ϒ-радиация);
Такие мутагены еще называют радиационными. Обычно приводит к образованию пиримидиновых димеров. УФ-, рентгеновские лучи и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы как летальное (подавляющее жизнедеятельность), так и мутагенное воздействие.
-
Химическими (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований)
Некоторые химические вещества (мутагены) значительно повышают частоту мутирования до одной мутантной клетки на 103—104 клеток. К таким веществам относят аналоги азотистых оснований (например, бромурацил), включающиеся в молекулу ДНК и вызывающие вставку некорректного основания при репликации
-
Биологическими (транспозоны).
ДНК-транспозоны представляют собой последовательности ДНК, иногда называемые "прыгающими генами", которые могут перемещаться и интегрироваться в разные места в геноме. Они являются транспозируемыми элементами класса II (TES), которые перемещаются через промежуточное звено ДНК.
Транспозонный мутагенез, или транспозиционный мутагенез, представляет собой биологический процесс, который позволяет переносить гены в хромосому организма-хозяина, прерывая или изменяя функцию существующего гена в хромосоме и вызывая мутацию. Транспозонный мутагенез намного эффективнее химического мутагенеза, с более высокой частотой мутаций и меньшей вероятностью гибели организма.
Аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, например 2-аминопурин, 5-бромурацил, включаются в нуклеотиды, а следовательно, и в ДНК, но при этом они значительно чаще в силу таутомерных превращений спариваются с «неправильными» партнерами, в результате вызывая замену пурина другим пурином (А-Г) или пиримидина другимпиримидином (Т-Ц). Замена пурина другим пурином, а пиримидина другим пиримидином называется «транзиция».
Азотистая кислота и ее аналоги вызывают дезаминирование азотистых оснований, результатом чего являются ошибки при спаривании и, как следствие, возникновение транзиции.
Аденин в результате дезаминирования превращается в гипоксантин, который спаривается с цитозином, что приводит к возникновению транзиции АТ-ГЦ.
Гуанин же при дезаминировании превращается в ксантин, который по-прежнему спаривается с цитозином; таким образом, дезаминирование гуанина не сопровождается мутацией.
Акридин и профлавин внедряются между соседними основаниями цепи ДНК
, величивая расстояние между ними. Это пространственное изменение при репликации может привести как к утрате нуклеотида, так и к включению дополнительной нуклеотидной пары, что приводит к сдвигу рамки считывания тРНК. Начиная с того места, где произошло выпадение или включение нуклеотида, информация считывается неправильно.
Ультрафиолетовое облучение затрагивает преимущественно пирмидиновые основания, при этом два соседних остатка тимина ДНК могут оказаться ковалентно связанными.
На бактериях, подвергнутых ультрафиолетовому облучению, было показано, что повреждения, вызванные облучением в бактериальных ДНК, могут частично исправляться благодаря наличию репарационных систем. Один тип репарации протекает на свету. Он связан с деятельностью фотореактивирующегося фермента, который расщепляет тиминовый димер. При темновой репарации дефектные участки цепи ДНК удаляются и образовавшаяся брешь достраивается с помощью ДНК-полимеразы на матрице сохранившейся цепи и соединяется с цепью лигазой.
Типы мутаций
Мутации могут индуцировать следующие события:
-
модификации оснований (изменения отдельных нуклеотидов), -
вставки (включение дополнительных оснований), -
делении (потеря одного основания или группы оснований) -
деформации спирали ДНК.
Модификация оснований включает химическое изменение азотистого основания в кодирующей последовательности, что приводит к изменению кодона. В результате вместо одной аминокислоты кодируется другая либо возникает бессмысленный кодон.
Вставка либо делеция какого-либо оснований (аналогов оснований) в ДНК приводит к фреймшифт-мутациям (мутации со сдвигом рамки считывания), что вызывает изменение позиции рамки считывания триплетного кодона, и, таким образом, изменение всех последующих кодонов.
Деформации спирали ДНК (структурные искажения ДНК) образуются в результате индуцированной УФ-излучением димеризации расположенных близко нуклеотидов (особенно тимина). Образовавшееся циклобутановое кольцо нарушает симметрию ДНК и препятствует правильной репликации. Репликация может быть нарушена также при образовании поперечных межцепочечных сшивок ДНК. Б зависимости от синтеза «правильных» или «неправильных» полипептидов при считывании мРНК, отразившей изменения ДНК (то есть в зависимости от сохранения смысловой функции образующегося полипептида), различают несколько видов мутаций.
«Молчащие» мутации (мутации «без изменения смысла
», то есть не вызывающие изменения аминокислотной последовательности белка). Их появление возможно вследствие вырожденности генетического кода. Получившийся в результате мутирования триплет кодирует ту же самую аминокислоту, что и исходный триплет, поэтому синтезируемый белок остаётся без изменений.
Миссенс-мутации (мутации «с изменением смысла») возникают при условии, что изменения кодирующей последовательности приводят к появлению в полипептиде иной аминокислоты. Получающийся изменённый белок может быть функциональным или нефункциональным в зависимости от значимости затронутой мутацией области.
Нонсенс-мутации («антисмысловые», «бессмысленные» мутации) приводят к образованию одного из трёх кодонов-терминаторов (УАГ, УАА, УГА), вызывающих преждевременное окончание синтеза полипептидной цепи. Когда рибосома достигает такого кодона, процесс элонгации полипептидной цепи заканчивается, и высвобождается неполный пептид (вероятно, такое действие терминальных кодонов обусловлено отсутствием тРНК, связывающихся с данными кодонами). Эта мутация приводит либо к синтезу очень коротких нефункциональных белков, либо к полному прекращению синтеза белка
Заключение
Подводя итоги хочется подчеркнуть, что мутуализм наступает на смену паразитизму в процессе эволюции экосистем в сторону огромной зрелости; и он особенно важен в том случае, когда ограничены некоторые ресурсы среды (например, на не плодородной почве); в такой ситуации взаимная кооперация может обеспечить весьма существенное селективное преимущество.
Мутуализм (облигатный симбиоз) - одна из форм положительного взаимодействия организмов двух видов, при которой оба организма находятся в полной зависимости друг от друга.
Список используемой литературы
-
Зверев В.В., Бойченко М.Н. «Медицинская микробиология, вирусология, иммунология», ГЭОТАР-МЕДИА, 2019 -
Мудрецова-Висс К.А., Дедюхина В.П. «Микробиология, санитария и гигиена», ИНФРА-М, 2014 -
Берендсен Р.Л. , Питерс С.М.Дж. и Баккер П.А.М. Микробиом ризосферы и здоровье растений . Тенденции Растениевод, 2012 -
Детлефсен , Л. , Макфолл-Нгаи , М. и Релман , Д.А. Экологический и эволюционный взгляд на мутуализм человека и микробов и болезни . Природа, 2007 -
Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология, иммунология», Медицинское Информационное Агенство, 2005 -
Б. Гуттман, А. Гриффитс, Д. Судзуки, «Генетика. Руководство для начинающих», ФАИР-ПРЕСС, 2004 -
https://ru.wikipedia.org -
https://studopedia.ru