Радиационный мутагенез реферат по генетике

Радиационный мутагенез — враг или друг?

Многие учёные долгие годы думали, что радиация это полезный для человека продукт, поэтому многие производители без страха добавляли содержащие ее элементы в разнообразные женские декоративные средства, краски, и даже еду. Но насколько же заблуждались люди того времени, считая радиацию другом, который вряд ли сможет принести вред. Уже значительно позже с развитием более современных технологий учёные наконец-то осознали ужасную ошибку в своих убеждениях. На самом деле радиация оказалась не только смертельно опасной, она действовала, как настоящий враг, медленно и верно убивая людей. Сама радиация неслышима и невидима, он не имеет вкуса и запаха, но при этом убивает медленно и верно, вызывая разнообразные мутации от того она кажется ещё ужасней.

Основное воздействие радиации на живой организм и её последствия в виде радиационного мутагенеза были тщательно изучены первыми советскими учёными Филипповым и Иадсоном, именно они проводили исследования и наблюдали радиационный мутагенез на дрожжах после воздействия на них радиевых лучей. После этого исследования уже другой учёный из Америки смог провести опыт и доказать, насколько губительны рентгеновские лучи, которые привели к радиационному мутагенезу у мухи дрозофилы, а затем и у других организмов, над которыми проводились опыты.

Вследствие этих опытов было установлено, что радиационный мутагенез может приводить не только к мутациям одной особи, но и передаваться из поколения в поколение, а значит его воздействие намного губительней, чем представлялось ранее. Чтобы получить разнообразные искусственные мутации и как следует изучить их, учёные применяют гамма-лучи, в качестве источника обычно используется радиоактивный кобальт. Однако с развитием науки и, соответственно, технологий для радиационного мутагенеза стали использовать нейтроны, которые намного эффективней радиоактивного кобальта.

Именно нейтроны позволяют добиться в радиационном мутагенезе наибольшей проникающей способности, а значит, учёные могут произвести необходимые разрывы хромосом и толчковые мутации. Почему же многие учёные особенно тщательно стараются изучить радиационный мутагенез? Тут есть несколько причин, почему же стоит более подробно изучить мутации, возникающие при воздействии нейтронов и гамма-лучей на живые организмы не только людей, но и животных, а также растений.

Во-первых, уже доказано, что воздействие радиации особенно при атомных взрывах может приводить к радиационному мутагенезу и последующим мутация на генном уровне. А во-вторых, если применять правильные методы радиационного мутагенеза, можно добиться не плохих результатов в виде полезных мутаций для сельскохозяйственных растений. Такие попытки делались ещё при советском союзе, и надо сказать, что эти опыты были успешны, ведь учёным удалось вывести, не только устойчивые к болезням сорта пшеницы, но и наиболее урожайные виды.

Воздействие радиации и радиационный мутагенез могут вызывать не только генные мутации, но и структурные хромосомные перестройки всех видов. Эти изменения, приводящие к разрывам хромосом, происходят, вследствие воздействия различный излучений которым подвергается живой организм. В результате этого в различных тканях происходят необратимые процессы, из-за которых одни атомы теряют электроны, в то время как другие присоединяют их к себе, образуя положительные и отрицательные ионы.

Сейчас уже хорошо доказано, что эта связь может носить и не прямой характер, по всей видимости, энергия излучения может вызывать в среде, окружающей хромосому, какие-то химические изменения, которые, собственно, и приводят к генным мутациям и структурным перестройкам в ряде хромосом. Например, грибы даже не нужно облучать, чтобы увидеть, как на них действует радиационный мутагенез, достаточно вырастить их на облучённой земле. Радиоактивное воздействие само по себе опасно, однако, наибольшую опасность при облучении представляет образование свободных радикалов, которые могут расщеплять не только нуклеиновые кислоты, но и многие органические вещества в живом организме.

Несмотря на положительные тенденции в радиационном мутагенезе, людям всё же не стоит забывать, что перед ними не игрушка, а серьёзная и очень страшная вещь, которая без должного внимания может привести к ужасным последствиям, от которых может пострадать не только сам человек, но и вся окружающая природа. Именно по этой причине опыты с радиационным мутагенезом и радиоактивным излучением в целом должны проводиться под строгим контролем, только в таком случае можно не беспокоиться о вреде радиации, смело совершенствуя свои знания и проводя многие полезные опыты на благо всего человечества.

9-10. Мутационная и модификационная изменчивость

Задание 1. Выберите правильный ответ из предложенных.

1. Впервые мутагенный эффект рентгеновского излучения был открыт:

2. Какое из перечисленных веществ не является мутагеном:

• а) ДНК;
• б) аскорбиновая кислота;
• в) колхицин;
• г) азотная кислота

3. При возникновении прямой мутации иногда впоследствии наблюдается возврат к исходному состоянию. Это явление называется:

• а) репарация;
• б) редукция;
• в) реверсия;
• г) рестрикция

4. К разряду генных мутаций относятся:

• а) синдром Дауна;
• б) синдром Клайнфельтера;
• в) синдром кошачьего крика;
• г) синдром Морфана

5. Мутация, приводящая к синтезу измененного белка, называется:

• а) nonsence-мутация;
• б) missence-мутация;
• в) samesence-мутация;
• г) транзиция

6. Поворот участка хромосомы на 180° называется:

• а) инсерция;
• б) инверсия;
• в) трансверсия;
• г) транзиция

7. Межхромосомная перестройка носит название:

• а) трансформация;
• б) транспозиция;
• в) транслокация;
• г) трансдукция

8. Кратное увеличение одного и того же набора хромосом носит название:

1. а) эуплоидия;
2. б) анеуплоидия;
3. в) автополиплоидия;
4. г) аллополиплоидия

9. Особи, образующиеся в результате удвоения набора хромосом у межвидовых гибридов, называются:

• а) полиплоиды;
• б) амфидиплоиды;
• в) триплоиды;
• г) тетраплоиды

10. Организм с одной лишней хромосомой в наборе носит название:

Задание 2. Заполните пропуски в предложенных утверждениях.

1. Для эволюции бoльшее значение имеют . мутации.

2. В основе мутаций лежат . структуры ДНК или хромосом.

3. Мутации являются . для естественного отбора.

4. Большинство спонтанных мутаций являются . и . .

5. Болезнь фенилкетонурия является результатом . мутации.

6. Генетический эффект от утраты части хромосомы зависит от размера . участка.

7. Чем выше уровень организации организма, тем . эффект делеций.

8. Инверсии нарушают порядок расположения . в хромосоме.

9. Инверсии часто называют . перекреста.

10. Дупликации приводят к . признака, контролируемого дуплицированным геном.

11. Мутация в дуплицированном гене может привести к появлению нового . .

12. Транслокация — это обмен участками между . хромосомами.

13. У некоторых организмов транслокации являются эффективным фактором . .

14. С инверсиями и транслокациями связан эффект . генов.

15. Модификациями называют . изменения признаков.

16. Модификационная изменчивость, как правило, носит . характер.

17. Модификации, имитирующие мутации, называются . .

18. Норма реакции — это . модификационной изменчивости.

Задание 3. Укажите, какие из предложенных утверждений правильные.

1. Мутировать могут только гены дикого типа.

2. Альбинизм относится к разряду биохимических мутаций.

3. Рентгеновские лучи обладают универсальным мутагенным эффектом.

4. Генные мутации не могут вызывать серьезных нарушений в развитии организма.

5. Не всякое изменение в структуре гена обязательно проявляется на уровне фенотипа.

6. Потеря хромосомы всегда приводит к гибели особи.

7. Хромосомные перестройки могут быть механизмом видообразования.

8. Соматические мутации не имеют эволюционного значения.

9. Модификационная изменчивость названа Ч. Дарвином неопределенной.

10. Норма реакции зависит от внешних условий.

11. Воздействие одного и того же модифицирующего фактора вызывает одинаковую реакцию у всех организмов.

12. Модификационные изменения не наследуются.

13. Модификации могут приводить к появлению нового признака.

14. Адаптивные модификации называются морфозами.

ВОСПРИЯТИЕ РАДИАЦИИ

В начале ХХ века Г. де Фриз сформулировал мутационную теорию, а в 1925 году советские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие рентгеновских лучей. Тем самым они показали, что после облучения возникают разнообразные радиорасы, свойства которых воспроизводятся в потомстве. В 1927 году Г. Мёллер в опытах на дрозофиле убедительно доказал, что ионизирующее излучение способно индуцировать мутации. Позже И. А. Рапопорт и Ш. Ауэрбах открыли явление мутагенеза под влиянием химических веществ. В начале ХХ века датский генетик В. Л. Иогансен сформулировал понятия «генотип» и «фенотип» как совокупности наследственных задатков и их проявлений соответственно. Советский биолог И. И. Шмальгаузен ввел термин «норма реакции генотипа», в пределах которой может варьироваться ответ на изменение среды. Генетиками Б. Л. Астауровым и Н. В. Тимофеевым-Ресовским в 1920–1930-е годы были разработаны представления о комплексной обусловленности признаков организма взаимодействием генотипических, внутриорганизменных и внешнесредовых факторов.

Относительно растений следует отметить, что их восприятие радиации количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает эффекты подавления развития, снижения урожайности, а также частичную или полную гибель. Разные сельскохозяйственные культуры имеют различную радиочувствительность.

2.1 Влияние ионизирующего облучения на живой организм

при действии физических мутагенов возникают так же, как и при действии
мутагенов химических. Вначале возникает первичное повреждение . Если оно не будет полностью исправлено в
результате ,
то при последующем репликативном синтезе будут возникать .
Специфика
(процесса возникновения )
при действии физических факторов связана с характером первичных повреждений , вызываемых ими.

Ионизирующее
излучение
– это поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного
излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и
возбуждению атомов или молекул среды.

Ионизирующее
излучение может вызвать мутации – внезапные естественные или вызванные
искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к
изменению тех или иных признаков организма.

Есть мутации спонтанные,
возникающие под влиянием природных факторов внешней среды или в результате
биохимических изменений в самом организме, и индуцированные, возникающие
под воздействием мутагенных факторов, например, ионизирующего излучения
химических веществ.

Мутации могут
быть прямыми, если их проявление приводит к отклонению от признаков так
называемого дикого типа и обратными, если они приводят к восстановлению
дикого типа.

Мутации в
половых клетках – генеративные – передаются следующим поколениям; мутации в
любых других клетках организма – соматические – наследуются только дочерними
клетками и оказывают воздействие лишь на тот организм, в котором возникли.

Ядерные
мутации затрагивают хромосомы ядра, цитоплазматические – генетический материал,
заключенный в цитоплазматических органоидах клетки – митохондриях, пластидах.

В зависимости
от характера изменений в генетическом материале различают точечные мутации,
геномные мутации и хромосомные аберрации (перестройки). Точечные мутации
представляют собой результат изменения последовательности нуклеотидов в
молекуле ДНК, являющейся носителем генетической информации и связаны с
добавлением, выпадением или перестановкой оснований в ДНК. Геномные мутации
связаны с изменением числа хромосом в клетке, кратным одинарному набору
хромосом, а также увеличением или уменьшением числа отдельных хромосом.

Радиоактивные
вещества могут воздействовать на организм человека внешне и внутренне. Внешнее
облучение характеризуется воздействием ионизирующего излучения извне и обусловлено
различной проникающей способностью частиц. Внутреннее облучение связано с
попаданием радиоактивного вещества внутрь человеческого организма с пищей, с
вдыхаемым воздухом или через открытую рану.

Воздействие
радиоактивного излучения на организм человека зависит от многих факторов и
определяется:

— скоростью
радиоактивного распада радионуклида;

— скоростью
выведения РВ из организма;

— типом
радиоактивного излучения;

Острые
последствия проявляются в первые несколько дней (недель) после облучения.
Отдаленные последствия – последствия, которые развиваются не сразу после
облучения, а спустя некоторое время.

Острая
лучевая болезнь возникает после тотального однократного внешнего равномерного
облучения. Между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью
жизни существует строгая зависимость.

При воздействии ионизирующего излучения в дозах, не вызывающих
острую или хроническую лучевую болезнь, происходит изменениях в основных
регуляторных системах организма и функциональные изменения деятельности
основных физиологических систем чаще всего носят полисиндромный характер. Это
проявляется в развитии донозологических состояний, переходящих с ростом дозы к
клинической патологии.

В структуре неврологической заболеваемости особое место занимает
синдром вегетативной дистонии, повышения тревожности как устойчивой личностной
черты, отмечается ускорение перехода психофизиологических расстройств в стойкие
психосоматические.

При
дополнительном воздействии других неблагоприятных факторов существует вероятность
роста общесоматических заболеваний. Радиационный фактор выступает лишь как одно
из условий этого роста.

Рентгеновское излучение и его воздействие на живые организмы

Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение, которое обладает высокой проникающей способностью и способно проникать вещество, в том числе и в организмы живых существ. Благодаря своим свойствам, рентгеновское излучение нашло широкое применение в биологии для исследования внутренних структур организмов.

Однако рентгеновское излучение может оказывать негативное воздействие на живые организмы, особенно при длительном или интенсивном облучении. Основными механизмами воздействия рентгеновского излучения на живые ткани являются ионизация и возбуждение атомов и молекул. При взаимодействии рентгеновских фотонов с молекулами в организме происходят неконтролируемые процессы разрыва химических связей и образования радикалов, что может привести к повреждению ДНК и другим структурам клеток.

Несмотря на потенциальный вред, рентгеновское излучение всё ещё активно используется в медицине и научных исследованиях. Для минимизации рисков облучения живых организмов используются специальные методы и протоколы, которые позволяют ограничить дозу излучения и защитить окружающую среду.

Важным моментом при использовании рентгеновского излучения в биологических исследованиях является выбор оптимальной дозы для получения достоверных результатов без нежелательного эффекта на исследуемых организмах

Перед проведением эксперимента важно тщательно оценить риски и применять все необходимые меры предосторожности, чтобы обеспечить безопасность как для исследуемых организмов, так и для исследователей

В современной биологии рентгеновское излучение применяется для анализа внутренних структур организмов, таких как кости, внутренние органы, нервная система и другие. Метод рентгеновской дифракции позволяет исследовать кристаллическую структуру белков и других макромолекул, что имеет большое значение для понимания их свойств и функций. Кроме того, рентгеновская томография применяется для получения трехмерных изображений объектов на основе данных о прохождении рентгеновского излучения через них.

Таким образом, рентгеновское излучение в биологии является мощным инструментом для исследования внутренних структур организмов. Однако его применение должно сопровождаться аккуратным подходом и соблюдением мер безопасности для предотвращения негативных последствий воздействия излучения.

ОПРЕДЕЛИТЬ ВОЗДЕЙСТВИЕ

В целях изучения влияния цезия-137 на изменение генетических признаков пшеницы и ячменя специалистами были проведены научные исследования. Согласно известным данным, под воздействием облучения данного радиоактивного нуклида химического элемента с атомным номером 55 и массовым числом 137 у растений проявляются торможение и задержка роста, снижение продуктивности, уменьшение репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов. Однако его влияние может вызывать в том числе полезные мутации.

В лаборатории технических услуг Агентства по химической, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАН Таджикистана семена двух сортов пшеницы (Краснодарская-99, Истаравшан) и одного сорта ячменя (Ченад-345) в течение шести часов замачивались в дистиллированной воде. Первая половина семенного материала служила контролем, то есть не обрабатывалась, вторая — подвергалась гамма-излучению. Его источником служил цезий-137 с энергией Е = 661,7 кэВ. Время процедуры составило 10 часов, поглощенная доза — 2 Гр. Контрольные и необработанные семена пшеницы и ячменя по 50 штук в каждом варианте высевались 8 февраля 2021 года на опытном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана, расположенного на высоте 840 м над уровнем моря в пригороде Душанбе. Способ внесения — рядковый. Растения размещались на естественном почвенном фоне, без удобрений, с проведением трехразового вегетационного полива. Уборка урожая контрольных и опытных экземпляров проводилась 6 июля 2021 года. Среди облученной популяции пшеницы Краснодарская-99 было зарегистрировано одно растение, которое имело морфологические и хозяйственно ценные признаки, несхожие с исходным сортом.

Рентгеновская кристаллография: изучение структуры биологических молекул

Рентгеновская кристаллография представляет собой мощный метод исследования структуры биологических молекул, позволяющий получить детальную информацию о их атомарной организации. Этот метод основан на использовании рентгеновского излучения и применяется в различных областях биологии, включая белковую химию, фармакологию, молекулярную биологию и биофизику.

Для проведения исследований рентгеновской кристаллографии необходимо получить кристалл биологической молекулы. Кристаллическая структура позволяет получить рентгеновскую дифракционную картину, из которой можно восстановить трехмерное расположение атомов в молекуле.

Процесс получения кристалла является сложным и требует оптимизации различных условий, таких как pH раствора, температура, концентрация белка и добавления химикатов, способствующих образованию кристалла. Один из главных вызовов в рентгеновской кристаллографии — получение больших и хорошо ограниченных кристаллов, так как размер и качество кристалла существенно влияют на результаты исследований.

Полученный кристалл подвергается рентгеновскому облучению, и рассеянное рентгеновское излучение регистрируется на детекторе. Рассеянные рентгеновские лучи образуют дифракционные кольца на детекторе, которые содержат информацию о положении атомов в структуре кристалла.

Следующим шагом является анализ дифракционных данных и определение расположения атомов. Для этого используется метод решения фазовой проблемы — определение фаз сигнала рассеянного рентгеновского излучения. Существуют различные методы решения фазовой проблемы, включая методы множественного решения, фазовых сдвигов и непрерывной прогонки.

Полученная структура молекулы может быть представлена в виде трехмерной модели, которая позволяет исследовать взаимодействие молекулы с другими молекулами или лекарственными препаратами. Это позволяет улучшить понимание биологических процессов, разработать новые лекарственные препараты и улучшить существующие методы лечения.

Рентгеновская кристаллография является одним из ключевых методов исследования структуры биологических молекул и играет важную роль в развитии биологических наук и медицины. Она позволяет увидеть невидимое и раскрыть тайны внутреннего строения живых организмов.

ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Как показали наблюдения, необработанные семена пшеницы и ячменя в среднем взошли раньше на 4–6 дней, чем опытные. Также у экспериментальных растений фиксировалось более позднее вступление в фазы развития — кущения, колошения, цветения и созревания. В целом разница доходила до 5–10 суток относительно контроля. Помимо этого, облучение привело к уменьшению всхожести семян. Например, под его воздействием по сорту Краснодарская-99 снижение составило 25% по сравнению с контрольными цифрами, Истаравшан — 20%, Ченад-345 — 16%. Под влиянием гамма-излучения также наблюдалось изменение ряда морфологических признаков в первом поколении М1. В частности, оно привело к уменьшению высоты растений в среднем на 20 см, или на 31,4%, по сравнению с контрольными экземплярами по сортам Краснодарская-99 и Истаравшан. Кроме того, было зафиксировано сокращение количества зерен в колосе по этим двум сортам на 2,7 штуки, или на 10,3%, относительно контроля.

Однако при этом облучение семян перед посевом привело к увеличению других показателей: массы 1000 зерен и одного колоса, выхода сырья от общей массы растений по сравнению с контрольными значениями. Под воздействием цезия-137 эти параметры возросли на 23,7, 9,3 и 48,9% соответственно в среднем по пшенице. Помимо этого, при облучении посевного материала ячменя Ченад-345 наблюдалось увеличение высоты стебля на 5,5 см, или 13,1%, количества зерен в колосе — на 0,52 штуки, или на 2,2%, а также выхода семян с общей биомассы — на 7,32%. Однако масса 1000 зерен и одного колоса, взошедших после обработки, оказалась незначительно меньше по сравнению с контрольными цифрами — на 1,7 и 3,7% соответственно. В среднем по сортам пшеницы и ячменя облучение перед посевом ингибировало проявление таких параметров, как высота растений и количество зерен в колосе, по сравнению с контролем на 17,66 и 6,07% соответственно. Наряду с этим отмечалась стимуляция выхода зерна от общей биомассы — на 16,9%, массы 1000 зерен — 25,25%, расчетной урожайности — 20,76%.