V. По характеру изменений в первичной структуре ДНК.

1. Точковые— замена или вставка пары азотистых оснований в ДНК, которая приводит к изме­нению одного кодона, когда повреждения ограничиваются одной парой нуклеотидов:

– вставки или выпадения одной пары нуклеотидов (мутации со сдвигом считывания);

– транзиции —замены одного пуринового основания на другое, или одного из пиримидиновых оснований на другое;

– трансверсии—одно из пиримидиновых оснований заменяется пуриновым или, наоборот.

Виды точковых мутаций по индуцируемым последствиям:

– мисценс–мутации — происходит изменение всех последующих кодонов, в результате вместо одной аминокислоты кодируется другая,

– нонсенс–мутации— образуется бессмысленный кодон, не кодиру­ющий ни одну из аминокислот.

2. Генные— изменения одного гена.

3. Хромосомные (геномные аберрации) — изменения нескольких генов:

– нехватки—выпадение части хромосомы:

· делеции — утрата нескольких пар нуклеотидов в середине хромосомы,

· дефишенсии — потеря концевого участка хромосомы;

– дупликации (повторения) — удвоение участка хромосомы;

– инверсии (перевороты) — отрыв участка хромосомы, поворот его на 180⁰ и прикрепление к месту отрыва;

– инсерции (вставки)—вставки коротких или протяженных последовательностей посторонней ДНК;

– транспозиции (перемещения, горизонтальный перенос генов)— перемещение группы нуклеотидов (IS–последовательностей или транспозонов) в пределах хромосомы из одного участка ДНК в другой или из репликона в репликон (из хромосомы в плазмиду и наоборот). Транспозиции могут вызывать делеции или инверсии генетического ма­териала, а при включении в новый участок ДНК — дупликации в 6–9 пар нуклеотидов.

Теоретически мутации могли бы привести к вымиранию бактериальной популяции, однако в любой живой клетке существуют биохимические механизмы, способные полностью или частично восстанавливать исходную структуру ДНК.

Механизмы восстановления повреждений ДНК

I. Репарации.

1. Световая репарация (фотореактивация)– репарационная система, осуществляющая реверсию поврежденной УФ–излучением ДНК к исходной структуре под действием дополнительного УФО.

При УФО фагов, бактерий и простейших наблюдается резкое снижение их жизнедеятельности. Однако их выживаемость резко повышается, если на них дополнительно воздействовать видимым светом. Оказалось, что под действием УФ–излучения в молекуле ДНК образуются димеры (химические связи между двумя пиримидиновыми основаниями одной цепочки), что препятствует считыванию информации. Видимый свет активирует ферменты, разрушающие димеры.

Световая репарация осуществляется несколькими ферментами:

– фотолиазой —расщепляет тиминовый димер и восстанавливает целостность соседних тиминовых оснований;

– О₆–метилтрансферазой — удаляет О₆–метильную группу из остатков гуанина после действия метилирующих агентов;

– ДНК–пурин инсертазой—осуществляет встраивание утерянного при мутации основания в апуриновый сайт;

– ДНК–гликозилазой—удаляет дефектные основания.

Все эти процессы происходят в один этап под действием конкретного фермента и безошибочно восстанавливают исходную структуру ДНК.

2. Темновая репарация — эксцизия (удаление) неправильно спаренных или поврежденных оснований из ДНК с последующим восстановлением исходной структуры. Темновая репарация осуществляется несколькими ферментами в две фазы:

а) дорепликативная (до удвоения молекулы ДНК):

– эндонуклеаза распознает место повреждения, расщепляет цепь ДНК вблизи дефекта;

– экзонуклеазаудаляет поврежденный фрагмент;

– ДНК–полимеразавосполняет дефект, проникает в брешь и встраивает в нее отсутствующие нуклеотиды на матрице второй сохранившейся нити ДНК;

б) пострепликативная (после удвоения молекулы ДНК):осуществляется путем рекомбинаций, при этом дефекты ДНК застраиваются фрагментами неповрежденных нуклеотидов. ДНК–лигаза сшивает вновь синтезированный участок с основной нитью ДНК.

Так как темновая репарация основана на ресинтезе нуклеотидной цепи на базе неповрежденной матрицы, она также является практически безошибочной.

II. Активация механизмов, обеспечивающих резистентность к повреждениям.Кроме механизмов исправления повреждений, клетки имеют возможность обойти вызванную повреждениями блокаду репликации ДНК, напр., путем репарации в процессе рекомбинации.

III. Обратная мутация (истинная реверсия) — измененный при первой мутации генотип точно восстанавливается второй мутацией, в результате восстанавливается и фенотип (напр., измененный при первой мутации триплет после второй мутации будет кодировать ту же аминокислоту, что и раньше).

IV. Супрессорная мутация — восстанавливается только фенотип, изменившийся в результате первой мутации, может быть:

– внутригенной (в исходном гене) — если при первой мутации произошла вставка или выпадение нуклеотидов в одном из участков ДНК, а в другом участке – мутация противоположного рода (выпадение или вставка), то правильность считывания информации восстанавливается;

– экстрагенной (в других участках хромосомы) — вторичная мутация, подавляющая выражение первичного мутационного изменения; происходит в генах-супрессорах, кодирующих синтез тРНК, что приводит к изменению тРНК, в результате чего в синтезируемый полипептид доставляется нужная аминокислота.