Апоптозом называют механизм программируемой и регулируемой гибели клеток. Механизм апоптоза включается, в частности, при повреждениях систем репарации ДНК и накоплении повреждений ДНК. Эти изменения активируют ряд специфических протеаз в клетке, которые, в свою очередь, активируют эндонуклеазы.
Мутациями в широком смысле называют весьма разнообразные изменения генома. Эти изменения могут затрагивать один-единственный нуклеотид ДНК (точечные мутации) или более протяженный фрагмент, целые гены, хромосомы (хромосомные аномалии) и даже весь геном (полиплоидия). Нередко мутациями называют только те изменения ДНК, которые проявляются фенотипически; иногда к мутациям относят любые наследуемые изменения ДНК. Мутацией обозначают как процесс возникновения изменений в геноме (мутагенез), так и результат этого процесса.
Точечные мутации можно обнаружить с помощью ДНК-зондов или ПЦР, и это применяется для диагностики некоторых наследственных болезней. Представлена схема диагностики серповидноклеточной анемии с применением ДНК-зонда. Зонд комплементарен области ДНК, содержащей шестой кодон гена р-глобина S.
Мутации могут быть нейтральными, полезными или вредными. К нейтральным относятся, в частности, такие мутации, когда замена аминокислотного остатка в белке не сказывается на его функции. Так может быть при замене одной аминокислоты на другую, сходную по свойствам — по размерам боковой группы, по заряду, по гидрофобности (эквивалентная замена).
Мутации в отличие от репарируемых повреждений ДНК — сравнительно редкие события. При расчете на единичный ген одна из каждых 100 000-1 000 000 гамет содержит вновь возникшую мутацию. Однако для генотипа в целом мутация — явление совсем не редкое: если принять число генов у человека равным 50 ООО, то получается, что значительная часть гамет имеет новую мутацию. Большая часть мутаций резко нарушает жизнеспособность клетки: в результате мутаций гибнет до 80 % гамет на самых ранних стадиях развития.
Филогенез характеризуется усложнением генома, которое проявляется в увеличении количества и разнообразия генов и, соответственно, белков. Геном кишечной палочки содержит 3,8»106 н. п. Средний белок построен примерно из 500 аминокислотных остатков; следовательно, размер среднего гена — около 1500 н. п. Таким образом, в клетке кишечной палочки ДНК хватило бы для кодирования примерно 4000 белков. Однако часть ДНК не входит в состав структурных генов, а выполняет регуляторные функции в оперонах, поэтому число разных белков в клетке кишечной палочки равно примерно 3000.
У разных особей возникают варианты (мутации) разных генов или варианты одного и того же гена. Варианты генов, образующиеся у отдельных особей, могут постепенно распространяться в популяции в результате наследования, если они не летальны. Так формируется генотипическая неоднородность популяции, которая ведет и к фенотипической неоднородности. На молекулярном уровне фено-типическая неоднородность проявляется как полиморфизм белков — существование разных форм белка, выполняющих одинаковые или очень сходные функции (изобелки). Чаще всего изучают полиморфизм ферментов (т. е. наличие изофер-ментов), поскольку их гораздо легче обнаружить, чем другие белки, по катализируемой ими реакции.
Гемоглобины А (2а2(3), F (2а2у), А2 (2а25) есть в эритроцитах почти всех людей. Гены этих белков не аллельны, они занимают разные локусы. Эти гены возникли в результате дупликации гена-предшественника и мутационной дивергенции копий. Но в крови некоторых людей обнаруживаются (обычно редко) другие гемоглобины, являющиеся продуктами аллельных генов. В частности, известно много аллельных вариантов гемоглобина А. Один из вариантов — это HbS, который отличается от НЬА лишь одной аминокислотой в шестом положении (3-цепи (замена (36Glu -+ Val).
Хорошо изучены различия людей по групповой принадлежности крови. Наиболее известна система АВО, имеющая важное значение для практики переливания крови. На наружной поверхности плазматической мембраны созревающих эритроцитов имеется олигосахарид, начинающийся с такой последовательности моносахаридов: фукоза-галактоза-Ы-ацетилглюкозамин-К. Олигосахарид ковалентно связан с липидом, входящим в структуру мембраны. При созревании эритроцита олигосахарид увеличивается на один моносахаридный остаток.
В настоящее время известно множество белков, для которых найдены аллельные формы. Для их обнаружения требуются массовые обследования, поэтому применяют несложные методы, позволяющие быстро провести анализ большого числа образцов. Наиболее часто используют электрофорез. Применение других методов (ДНК-зонды, полимеразная цепная реакция и др.) открывает все новые варианты, не обнаруживаемые методом электрофореза.
