Наверное, каждому знакомо такое слово, как мутаген. Это вещество, которое может иметь различную природу и отличаться интенсивностью воздействия. Также они могут наносить вред окружающей среде и человеку. Но их свойства нередко используют во благо в различных сферах жизнедеятельности.
Что такое мутаген
Каждый человек имеет свое представление о том, что это за вещество. Но в действительности мутаген - это фактор, который вызывает стойкую модификацию в структуре организма. Эти изменения обычно наследуются последующими поколениями.
Мутагенами являются некоторые кислоты, всевозможные соединения, препараты и даже определенные типы излучений. Также ими могут быть некоторые Мутаген - это универсальное определение факторов, которые могут вызывать мутацию у любого организма, начиная с бактерий и заканчивая растениями и человеком. От дозировки зависит интенсивность изменений.
Виды мутагенов
Сегодня известны три типа мутагенов: физический, химический и биологический. К первой категории принадлежат все Это рентгеновские и гамма-лучи, нейтроны, протоны, ультрафиолет. Интересно, что в некоторой степени стабильно высокая или низкая температура также оказывает влияние на изменения в структуре организма, правда, эти модифицирования менее интенсивны.
Другая категория - химические мутагены. К ним относятся чужеродные ДНК, алкилирующие соединения (диметилсульфат, иприт и др.), пестициды, акридиновые красители, формальдегид, некоторые алкалоиды и органические перекиси. Сюда же относятся и многие другие препараты, а также вещества, природа которых еще не исследована. Биологическими мутагенами могут быть вирусы, некоторые растения и генномодифицированные вещества.
Мутагены и человек: факторы риска
Ученые нередко используют мутагены на благо общества, например, ими пользуются селекционеры. Но гораздо сильнее их отрицательное влияние. Приобретая многие продукты, препараты, чистящие средства и бытовые приборы, человек подвергает себя воздействию мутагенов, нанося этим вред организму. Чаще всего это происходит незаметно для самого человека и проявляется лишь в следующем поколении. К сожалению, уже сегодня контакт с подобными веществами вызывает новые заболевания, хронические аллергические реакции и опухоли. Производители многих необходимых для товаров нередко вводят в их состав тот или иной мутаген. Это могут быть краски для волос, продукты питания, бытовая химия, производственные отходы и многое другое. Все эти вещества летают в воздухе, оседают на почву и поглощаются растениями, поступающими в пищу. Кроме того, мутагены окружающей среды оказывают влияние на животных и насекомых, меняя их повадки, делая более агрессивными и уязвимыми для болезней. Стоит отметить, что не было замечено таких перемен, которые пошли бы организму на пользу.
Продукты питания и мутагены
Сегодня в продуктовой промышленности есть разрешение на использование некоторых продуктов, которые содержат компоненты генетически модифицированной кукурузы, сои и Их можно встретить в сиропах, муке, масле, крахмале. Именно эти основы применяются в больших объемах для производства многих продуктов, начиная с питания, колбасы и заканчивая соусами. Возможно, на себе мы не заметим генетических перемен, вызванных подобным питанием, но их, очевидно, ощутят наши внуки.
В лабораториях всего мира продолжают проводиться опыты с животными, которые подвергаются влиянию этих мутагенов. Результаты исследований показывают, что со временем развивается бесплодие, а частота мутаций в следующих поколениях увеличивается в сотни раз. Также стоит отметить, что мутагены могут образоваться в некоторых испорченных продуктах. Например, в несвежей сметане, масле, яйцах образуются соединения, превращающиеся в мутаген. Если мясо готовится в собственном соку, также происходит этот процесс.
Меры безопасности
После того как мы узнали, что наш мир переполнен мутагенами, складывается впечатление, что мы просто бессильны. Но в действительности эта информация помогает быть более осторожными при выборе продуктов питания.
Кроме того, не нужно пренебрегать некоторыми рекомендациями. Никогда не питайтесь испорченными продуктами; при контакте с бытовой химией пользуйтесь маской и резиновыми перчатками; старайтесь отказываться от еды, содержащей красители и консерванты; сократите употребление сладостей. Используйте при готовке имбирь, петрушку, горчицу, баклажаны, лук, перец, кинзу, капусту, яблоки и зеленый чай - эти продукты смягчают воздействие мутагенов.
Доктор биологических наук С. ЗАРУБИН.
Почему взрывы атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки не привели к значительному росту наследственных отклонений? Больше всего мутагенов - веществ, повреждающих наследственность, - мы "съедаем" с пищей. Мыши, выросшие в стерильной среде, лишены иммунитета и беззащитны перед мутагенами. Табачный дым усиливает работу гена, ответственного за повреждение наследственного вещества клетки.
Знаменитая "габсбургская губа", наследовавшаяся в нескольких поколениях потомков австрийского королевского дома, - тоже результат мутации.
По сравнению со здоровыми людьми (1), у пациентов с заболеваниями легких (2) снижена работа системы защиты ДНК (белый столбик) и повышена чувствительность к мутациям (заштрихованный столбик).
Вскоре после того, как Антони ван Левенгук изобрел микроскоп, люди осознали: они живут в мире мельчайших живых существ - микробов. Только в одном человеческом организме их так много, что на каждую клетку приходится около десяти микробов. Среди них немало болезнетворных. Почему же человек не так уж часто болеет инфекционными заболеваниями? К счастью, у людей есть специальные механизмы, обеспечивающие защиту от микробов. Более того, выяснилось, что многие микроорганизмы необходимы для нормальной жизни и успешного развития каждого человека.
История открытия и исследования мутагенов - веществ, изменяющих наследственную природу клеток - очень похожа на историю взаимоотношений человека и микроорганизмов. Когда разработали методы обнаружения мутагенов, выяснилось, что они сопровождают людей повсюду: образуются при приготовлении пищи, входят в состав косметических и лекарственных средств, препаратов бытовой химии, обрушиваются на нас на улице в виде выхлопных газов автомобилей и промышленных выбросов, мы контактируем с ними на производстве. А уж как возрастает концентрация мутагенов в случаях аварий на химических комбинатах или атомных электростанциях, известно всем. Но после каждой аварии жизнь постепенно входит в колею. И даже ядерные бомбы, взорванные над Хиросимой и Нагасаки, не привели к заметному увеличению наследственных уродств у населения Японии.
Все это заставляет предположить, что в организме имеется особая система защиты наследственности, препятствующая чрезмерному увеличению частоты мутаций. Не будь ее, жизнь на Земле давно бы угасла.
Из чего же складывается эта система защиты?
Три уровня защиты
В каждом живом существе, от простейших до человека, работает особая система защиты генов. Она осуществляется на уровне клеток, организмов и популяций - природных сообществ.
На клеточном уровне работает система "починки" повреждений в генах. На уровне организма "выбраковку" клеток с мутацией осуществляет иммунная система. На уровне популяции включается иной механизм: особи с мутациями чаще всего погибают, выживают лишь те, которые обладают какими-то преимуществами.
Но прежде, чем начнется отсев, то есть вступит в действие "меч", организм выставляет вперед "щит": системы, которые не дают мутагенам проникнуть в организм. Эти системы задерживают передвижение мутагена и обезвреживают его до того, как он успевает "добраться" до молекул наследственности (ДНК).
Первый щит - кожа
Первыми встречают мутагены кожа или слизистые оболочки. В зависимости от своей химической структуры мутагены могут "просачиваться" между клетками кожи, проходить сквозь клетки глубокого слоя кожи - эпидермиса, потовые и сальные железы или через волосяные фолликулы. Поры кожи - специальные каналы, через которые кожа дышит - мало участвуют в этом процессе, так как их площадь очень невелика (10 -3 м 2).
Уже в глубоких слоях кожи часть мутагенов оседает, задерживается - благодаря тому, что они соединяются с белками клеток эпидермиса или с клетками жировой ткани. Такое связывание играет двоякую роль: с одной стороны, продвижение мутагенов приостанавливается, и их концентрация в крови нарастает не столь стремительно. Но с другой стороны, в коже создается депо мутагенов, откуда они в течение длительного времени могут переходить в кровь. Некоторые заболевания или стрессы приводят к внезапному выбросу из такого депо большого количества мутагенов, и тогда организм уже не в состоянии противостоять их мощному натиску.
Водорастворимые мутагены проходят через кожу с трудом, жирорастворимые - сравнительно легко. Известно, что растительные масла по-разному проникают сквозь кожу: быстрее всех "просачивается" касторовое, потом подсолнечное, скипидарное, эвкалиптовое, грушевое, лимонное, сосновое, лавандовое, коричное и, наконец, масло перечной мяты. Если мутагены растворяются в маслах или жирах, они минуют первый "щит" легче.
Скорость прохождения веществ через кожу зависит во многом от ее физиологического состояния. Проницаемость кожи резко повышается при увеличении температуры, изменении кислотности, увлажнении, при облучении, смазывании кожи раздражающими препаратами, усиливающими кровоток.
По-разному работает "пропускная система" и на разных участках кожи. В так называемых активных точках, широко используемых в восточной медицине как точки для иглоукалывания, - она наибольшая. Попав в такую зону, мутагены гораздо легче проникают в организм.
Второй щит - слизистая
Через дыхательные пути в организм поступают выбросы химических и других промышленных предприятий, выхлопные газы автомобилей, распыляемые над полями пестициды, табачный дым, бытовые препараты в виде аэрозолей и просто бытовая пыль. В них содержатся разного рода газообразные мутагены, которые уже в носу начинают взаимодействовать со слизистой оболочкой. Слизистая оболочка носа хорошо снабжается кровью. Поэтому часть мутагенов проникает в кровь сразу из слизистой, а часть их попадает в легкие и только оттуда - в кровь.
Основные же ворота поступления в организм большинства мутагенов - желудочно-кишечный тракт. Остатки пестицидов, которыми обрабатывали сельскохозяйственные растения, токсины грибков, развивающиеся на пищевых продуктах, вещества, образующиеся при тепловой обработке, соли тяжелых металлов - все это попадает в организм вместе с пищей.
Мутагены, растворяясь в слюне, взаимодействуют с ее компонентами. В некоторых случаях слюна человека их обезвреживает, а в других - усиливает вредное действие. Всасывание мутагенов, так же как и лекарственных препаратов, может происходить и через слизистую рта. При этом концентрации препарата, эффективно влияющие на организм, оказываются меньшими, чем при поступлении из желудка или кишечника. Так, таблетку нитроглицерина при болях в сердце кладут под язык, а не глотают, чтобы лекарство быстрее достигло цели.
Спасительные бактерии
Когда мутаген попадает в желудок, с ним начинают взаимодействовать желудочный сок, ферменты панкреатического и кишечного сока, а также желчь. Желчь с нормальным соотношением желчных кислот обладает антимутагенным действием, а вот изменение соотношения содержащихся в ней кислот зачастую усиливает вред от мутагенов. Различия в составе желчи у разных людей - одно из объяснений, почему мы по-разному реагируем на загрязнение окружающей среды: у одних желчь обезвреживает мутагены, у других, наоборот, облегчает их губительное действие.
Бактериальная флора кишечника также активизирует одни и обезвреживает другие мутагены. Это стало ясно, когда ученые исследовали искусственно полученных в лаборатории безмикробных животных. Такие животные рождаются с помощью кесарева сечения, чтобы не происходило заражения материнскими микробами во время прохождения плода по родовым путям. Сразу после рождения детенышей помещают в строго стерильные условия, где они и живут в дальнейшем. Животных поят стерильной водой и кормят стерильной пищей. Они получают все необходимое для жизни и полноценного развития, но лишены микробов. В результате вырастают слабые, нежизнеспособные существа. Многие системы организма у них недоразвиты.
Отсутствие естественной микрофлоры сказывается уже на развитии животных, но не только. Безмикробные крысы беззащитны и перед мутагенами: вместо того, чтобы избавляться от вредных веществ в организме, животные накапливают их. Исследователи обнаружили, что обычные крысы выделяют продукты обмена веществ вместе с мутагенами, а безмикробные крысы - только безвредные вещества.
По кровеносному руслу
Кровеносная и лимфатическая системы служат той "судоходной рекой", по которой мутагены доставляются к клеткам органов и тканей. Во время передвижения вредные вещества активно соединяются с веществами крови, чаще всего с белками - альбуминами. В результате концентрация мутагена в крови снижается. Но соединяясь с альбуминами, мутаген защищает себя от разрушения, и иногда в такой "связке" он быстрее проходит через оболочку внутрь клетки. Преодолев плазматическую мембрану клетки, мутаген оказывается в жидкой среде - цитоплазме, где вступает в различные химические реакции, которые приводят к снижению либо к повышению его активности.
Дело в том, что многие химические соединения поступают в организм человека в виде инертных веществ, промутагенов. Но под влиянием особых ферментов клетки происходит их активизация и превращение в активные мутагены. Ферменты, получившие название цитохромов Р-450, осуществляют превращение промутагенов в очень активные соединения, которые обладают способностью взаимодействовать с белками и нуклеиновыми кислотами клетки и повреждать их.
Цитохромы Р-450 играют важную роль в обмене многих лекарственных препаратов, мутагенов и канцерогенов. Иногда продукты превращения таких веществ в организме оказываются более токсичными, чем исходные продукты.
Активность цитохромов Р-450, как и всех других ферментных систем организма, регулируют гены, но активность ферментов зависит и от условий жизни. Большую роль играют курение, алкоголизм и другие токсикомании, а также то, какими косметическими и лекарственными препаратами пользуется человек. Многие вещества не только сами по себе вызывают мутации, но и определяют "поведение" мутагенов в окружении других химических соединений. Например, табачный дым усиливает активность одного из генов цитохрома Р-450. А фенобарбитал, входящий в состав многих лекарственных препаратов, влияет на сам цитохром Р-450. Широко применяемые в современной медицине лекарства, влияющие на уровень внутриклеточного кальция (например, верапамил), также изменяют чувствительность человека к мутагенам, активизируя цитохромы Р-450.
Внутри ядра
Мутаген становится по-настоящему опасен для организма после того, как он проник в ядро клетки, где хранится ее наследственное вещество. Сам мутаген, активные продукты его разрушения или возникшие под его влиянием свободные радикалы начинают повреждать ядерные структуры - как непосредственно ДНК, так и "обслуживающие" ее белки. Продоложив аналогию, мы можем сравнить мутаген со стрелой, которая наконец достигла цели и пробила брешь в доспехах. Но еще не все потеряно - при повреждении ДНК автоматически запускается служба ее защиты, так называемая система репарации.
Особые ферменты немедленно вырезают поврежденный участок, а на образовавшуюся брешь ставят "заплатку". Такая внутриклеточная "операция" сопровождается срочным синтезом ДНК, поставляющим материал для заплатки. У разных людей система репарации работает с неодинаковой эффективностью, что определяется специальными генами. Некоторые люди, например, страдают наследственными заболеваниями, связанными с дефектами в системе репарации ДНК. Наиболее известное среди них - пигментная ксеродерма. У больных повышена чувствительность к ультрафиолетовому излучению: при избытке солнечных лучей быстро появляются ожоги, приводящие к развитию рака кожи.
Не так давно доктор биологических наук Н. В. Умнова с соавторами показала, что у людей с хроническими воспалительными заболеваниями легких в иммунных клетках крови уровень репарации ДНК также снижен. Это свидетельствует об ослаблении системы защиты наследственности. Если такие люди лечатся антибиотиками, то число мутаций в их клетках возрастает.
Исследования доктора биологических наук Е. Ю. Москалевой с соавторами подтвердили, что пациенты с воспалительными заболеваниями, получавшие антибиотики, обладают повышенной чувствительностью ко многим химическим мутагенам, то есть составляют группу риска.
На скорость репарации у человека влияют неионизирующие и ионизирующие излучения, химическое загрязнение окружающей среды, а также состояние его иммунитета и тесно взаимосвязанной с ним гормональной системы гипоталамус-гипофиз-надпочечники. И, конечно, состояние его психики. Поэтому-то люди, имеющие различную наследственность и живущие в различных условиях, по-разному реагируют на одинаковую концентрацию загрязняющих веществ.
Завершив свой путь внутри организма, мутагены выделяются с каловыми массами или с мочой. Некоторые продукты необратимо связываются с мутагенами в кишечнике и не дают им всасываться в кровь. К таким продуктам относят отруби (в особенности кукурузные) и разнообразные пищевые волокна, содержащиеся в капусте, моркови, свекле и других овощах. Они существенно ослабляют действие многих мутагенов.
С мочой выделяются водорастворимые продукты обмена. Если у человека нарушена выделительная функция почек, то это замедляет выделение мутагенных продуктов, что делает его более уязвимым. В этом случае могут помочь мочегонные средства, которые действуют в качестве антимутагенов и очищают организм.
Иммунная система и мутагены
Иммунная система по-разному взаимодействует с другими системами, вовлеченными в превращения мутагенов внутри организма. Так, повышение активности цитохромов Р-450 приводит к снижению иммунитета. У людей с ослабленным иммунитетом действие мутагенов приводит к выбросу активных веществ - свободных радикалов, которые одновременно способствуют возникновению новых мутаций и снижают иммунитет. Порочный круг замыкается. Поэтому люди с пониженной активностью иммунной системы входят и в группу риска по чувствительности к мутагенам.
Установлено, что у людей с резко сниженным иммунитетом, например у больных спидом, повышается частота мутаций.
СПИД - наиболее грозная и поэтому наиболее известная форма иммунодефицита, которая, к счастью, пока встречается еще довольно редко. Другие же формы иммунодефицита связаны с загрязнением окружающей среды ионизирующими и неионизирующими излучениями, а также с разнообразными химическими мутагенами. В журналистских кругах возникло даже такое понятие, как "химический СПИД".
Лавинообразному нарастанию мутаций в условиях химического загрязнения противостоит механизм, открытый отечественными учеными доктором медицинских наук И. Е. Ковалевым и кандидатом медицинских наук О. Ю. Полевой. Ученые установили: загрязнение организма, с одной стороны, усиливает активность системы цитохрома Р-450, а с другой - "запускает" выработку свободных радикалов. Однако, когда определенный уровень концентрации свободных радикалов уже достигнут, они начинают повреждать различные "детали" клетки, в том числе и те, которые ответственны за выработку цитохромов Р-450. В результате активность цитохромов падает, и выработка свободных радикалов уменьшается, все возвращается на круги своя.
Как известно, главная роль в регуляции всех функций организма принадлежит нервной системе. Поэтому логично предположить, что и она влияет на активность процессов мутагенеза. Это подтверждается исследованиями доктора медицинских наук А. Д. Дурнева и его коллег, которые изучали антимутагенное действие некоторых транквилизаторов. Оказалось, что у детей, которые по медицинским показаниям принимали сильный мутаген - диоксидин, успокаивающие препараты существенно уменьшали появление мутаций. Транквилизаторы, по мнению ученых, снижают уровень свободных радикалов в организме. Однако в лаборатории доктора медицинских наук Ю. А. Ревазовой наблюдали другую закономерность: умеренный стресс у экспериментальных животных снижал частоту мутаций. Так что зависимость мутаций от стресса не так проста, как кажется на первый взгляд.
В современной литературе все чаще употребляют термин "экология человека", правда, вкладывают в него различный смысл. На наш взгляд, чрезвычайно важно рассматривать человека как постоянно существующее сообщество макроорганизма с населяющими его микроорганизмами, тесно взаимодействующее с окружающей средой. Мутагены, влияющие на человека, каким-то образом изменяют и живущие внутри него микроорганизмы. А от этого влияния воздействие мутагена тоже может усиливаться и ослабляться.
Мутаген может вызвать мутации как в клетках макроорганизма, так и в клетках микроорганизмов. Микроорганизмы же своей жизнедеятельностью так изменяют иммунологические и обменные процессы в макроорганизме, что это существенно сказывается на процессах мутагенеза. Все взаимосвязано, все организовано в единую стройную систему. Если рассматривать человеческий организм как маленькую вселенную, то вспоминаются слова Т. Элиота: "Не тронь цветок, чтоб не качнуть звезду и не обрушить мирозданье..."
Из истории мутагенов
В начале ХХ века многие генетики стали высказывать предположения о том, что можно искусственно вызывать изменения в наследственном аппарате - мутации. Американский ученый Меллер, удостоенный Нобелевской премии в 1937 году, показал, что рентгеновское излучение увеличивает частоту мутаций у плодовой мушки дрозофилы. В сороковые годы И. А. Рапопорт в нашей стране и Ш. Ауэрбах в Великобритании открыли, что мутагенным действием обладают и многие химические соединения.
Известно, что мутации могут возникать как в половых клетках, так и в клетках тела - соматических. Значимость соматических и половых мутаций для организма и его потомков различна.
Мутации в соматических клетках могут быть уничтожены иммунными силами организма или с помощью "клеточного самоубийства", апоптоза (см. "Наука и жизнь" № 12, 1996 г.). Но иногда такие мутации сохраняются, что приводит либо к появлению мозаицизма (например, у человека один глаз голубой, а другой карий), либо к развитию опухолей. Такие мутации играют важную роль в жизни одной особи, но безразличны для потомков.
Напротив, мутация, возникшая в половой клетке, как правило, проходит бесследно для ее владельца. Но она может привести к бесплодию или врожденным уродствам и сокращению продолжительности жизни его потомков.
Ваше здоровье
КАК ОБЕЗВРЕДИТЬ МУТАГЕНЫ
Употребляйте больше натуральных продуктов, избегайте мясных консервов, копченостей, сладостей, соков и газированной воды с синтетическими красителями.
Ешьте больше капусты, зелени, круп, хлеба с отрубями.
Если у вас есть признаки дисбактериоза, принимайте бифидумбактерин, лактобактерин и другие препараты с "полезными" бактериями. Они обеспечат вам надежную защиту от мутагенов.
Если у вас не в порядке печень, регулярно пейте желчегонные сборы.
Поменьше употребляйте бытовой химии. С моющими средствами работайте в перчатках.
Не откладывайте в "долгий ящик" лечение хронических воспалительных заболеваний, это ослабляет ваш иммунитет и открывает дорогу мутагенам.
Не принимайте без совета с врачом незнакомые лекарственные препараты, особенно антибиотики.
Словарик
Мутагены - химические вещества, вызывающие изменения в наследственном веществе (мутации).
Антимутагены - вещества, подавляющие действие мутагенов.
Мутагенез - процесс появления мутаций.
Промутагены - неактивные вещества, которые в результате химических реакций в организме могут превратиться в мутагены.
Репарация - исправление повреждений в наследственном веществе.
Геном - совокупность всех генов организма.
Ядро - клеточная структура, в которой хранится наследственное вещество.
См. в номере на ту же тему
Мутагены (от лат. mutatio - изменение и греч. -genes-рождающий, рожденный), химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения - мутации.
Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре генов, структуре и количествехромосом.
Действие мутагенов, рассеянных в окружающей среде, вызывает увеличение частоты возникновения мутаций, что ведет к росту так называемого генетического груза, выражающегося в увеличении наследственной патологии, а также частоты онкологических заболеваний.
Мутагенез - возникновение мутаций – внезапных качественных изменений генетической информации. Термин «мутация» был предложен голландским ученым де Фрисом (Н. de Vries) в 1901 г.
Мишенью действия мутагенов в клеткеявляются главным образомДНКи, возможно, некоторыебелки. К последним относят в основномбелки, играющие структурную роль в организациигеномаили принимающие участие врепликации(самовоспроизведениимолекулынуклеиновых кислот),рекомбинации(перераспределении генетического материала родителей в потомстве) илирепарации(восстановленииповрежденной структурыДНК).
Для устранения первичных повреждений генетических структур, вызванных мутагенами, в клетке существует ряд систем восстановления, или репарации, генетических повреждений. В настоящее время таких систем насчитывается более десяти. Однако в ходе репарации часть первичных повреждений может остаться и привести к возникновению мутаций
Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации
Первые физические мутагены, открытые учеными,- это разные виды излучений: ионизирующее излучение, радиоактивный распад, ультрафиолетовое излучение.
Первичный эффект ионизирующих и ультрафиолетовых излучений заключается в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК. Ультрафиолетсильно поглощается тканями и вызывает мутации лишь в поверхностно расположенных клетках многоклеточных животных, однако на одноклеточных он действует эффективно. Мутагенное действие ультрафиолета было установлено в 1931 г.А.Н. Промптовым.
Другими физическими мутагенами являются частицы разной природы, имеющие высокую энергию: это альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ и нейтронное излучение.В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два параметра: величина энергии воздействующей частицы и способность биологического материала поглощать эту энергию.
Повреждения ДНК могут быть двух типов: двунитевые и однонитевые разрывы.
Мутации может вызывать также высокая или низкая температура. В 1928 г. Меллер показал, что повышение температуры на 10 градусов по С повышает частоту мутаций у дрозофил в 2-3 раза.
Зная способ действия этих мутагенов, можно было предположить, что они должны действовать на ДНК любых организмов. И действительно, вскоре было обнаружено, что например, рентгеновские лучи вызывают мутации у самых разных животных, растений и микроорганизмов.
Выяснено, что мутации, вызванные излучениями, могут затрагивать любые признаки организма, так как квант излучения или частица с высокой энергией чисто случайно может повредить любой участок ДНК. Число возникающих мутаций тем больше, чем выше интенсивность излучения, то есть чем больше квантов или частиц попало в клетку в единицу времени.
Также было показано, что физические факторы вызывают те же мутации, которые возникают и при спонтанном мутагенезе.
У высших живых существ есть вещества, ослабляющие действие излучения – фотопротекторы, а многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они усиливают процессы, вызванные радиацией и эти вещества опасны для животных.
Физические мутагены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчивость. Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели мутантных организмов.
2. Влияние физических мутагенов на живые клетки
2.1 Влияние ионизирующего облучения на живой организм
Мутациипри действии физических мутагенов возникают так же, как и при действии мутагенов химических. Вначале возникает первичное повреждениеДНК. Если оно не будет полностью исправлено в результатерепарации, то при последующем репликативном синтезеДНКбудут возникатьмутации. Спецификамутагенеза(процесса возникновениямутаций) при действии физических факторов связана с характером первичных поврежденийгенома, 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.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели урока.
1. Развивать личностные УУД через формирование понятия “мутаген”, “мутагенез”, “спонтанный мутагенез”, “индуцированный мутагенез”, расширение знаний учащихся о типах мутагенов и их влиянии на организмы. Показать опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, обосновать необходимость обеспечения генетической безопасности человека.
2. Развивать регулятивные и познавательные УУД через умения управлять познавательной и учебной деятельностью посредством самостоятельной постановки проблемы и путей ее разрешения, структурирования изучаемого материала, работы с дополнительной литературой, умения выступать с сообщениями, ставить вопросы, проводить оппонирование.
3. Развивать коммуникативные УУД, обеспечивающие возможности сотрудничества: умения слышать, слушать и понимать партнера, контролировать действия друг друга, правильно выражать свои мысли в речи, уважать в общении и сотрудничестве партнера и самого себя.
3. Воспитательные
Методические цели: показать методические приемы формирования коммуникативных УУД у учащихся на уроках биологии (Приложение 5).
Материальное обеспечение урока: презентация, ИАД, раздаточный материал, сообщения учащихся.
Методы работы: словесный, проблемный, частично-поисковый, применение ранее полученных знаний, творческий подход к учебной деятельности в использовании дополнительной литературы, контроль знаний.
Форма урока: семинарское занятие.
Проведение урока
Есть бытие, но именем каким
его назвать? Ни сон оно, ни бденье;
Сознанье ли болезненной мечты
Иль дерзкого ума соображенье…
Е.А. Баратынский
Сегодня мы с вами продолжаем разговор о наследственной изменчивости. Давайте вспомним, что мы уже знаем по этому вопросу. (Типы наследственной изменчивости, типы мутаций и их проявление).
Тема нашего сегодняшнего урока “Мутагены и их влияние на живую природу и человека” (слайд № 1). Для сегодняшнего семинарского занятия вы получили 5 вопросов опережающего задания и должны были разделиться на группы и подготовить дополнительный материал по ним. Каждая группа получит возможность выступить, ответить на вопросы и послушать оппонента (слайд № 2).
Перед тем, как начать работу, я хочу предложить вам небольшой слайд-фильм, посмотрите его внимательно, и сформулируйте проблему, а в конце урока предложите пути ее разрешения.
Учащиеся смотрят слайд-фильм (слайды № 3–13), обсуждают свои эмоции и формулируют проблему.
(Почему возникают такие уродства у человека и можно ли повлиять на этот процесс?).
Для того, чтобы ответить на наш вопрос, поработаем сначала с новым материалом, обсудим вопросы, предложенные вам на самоподготовку. Работать будем по схеме, оценка работы при помощи жетонов (Приложение 1 , , , ).
Мутагены и их типы (1 группа выступает, оппонирует 2 группа, вопросы по желанию)
Учащиеся слушают выступление, выполняют в рабочих тетрадях задания № 1, 3, 6.
Мутагены – факторы, вызывающие возникновение мутаций(слайд № 14).
Классификация по природе воздействующих факторов (слайд № 15) :
1. Физические – различные типы излучений, температура.
2. Химические.
3. Биологические.
По происхождению:
1. Спонтанные – действуют в нормальных природных условиях без видимых причин.
2. Индуцированные – искусственно инициируются человеком для своих целей.
(Слайд № 16). Факторы, вызывающие самопроизвольный (спонтанный) мутагенный эффект, подразделяют на внешние, или экзогенные, и внутренние, или эндогенные. К экзогенным факторам спонтанного мутагенеза относят естественный радиационный фон, а также действие на соматические или половые клетки организма высоких или низких температур.
Известно, что среди растительных организмов высокогорных или арктических районов часто встречаются полиплоидные формы, возникающие как следствие спонтанных мутаций генома. Это связано с резкими перепадами температур в период вегетации, а в горах - с сильной УФ-радиацией. Экспериментально доказано, что резкое повышение температуры окружающей среды на каждые 10 °С в пять раз увеличивает частоту мутаций. Неслучайно высокогорья являются центрами происхождения многих видов растений, вошедших в культуру как полиплоиды.
К числу экзогенных мутагенов относят воздействие на соматические или половые клетки организма различных химических соединений. Особенно сильными мутагенами для человека являются наркотические вещества, никотин, алкоголь. Они вызывают самопроизвольные мутации, ошибки процессов репликации и рекомбинации ДНК, повреждение генов и хромосом. При этом спонтанно возникают все возможные типы генных, хромосомных, геномных и цитоплазматических мутаций, часто опасных для жизнедеятельности организма.
Источником многих самопроизвольных мутаций являются эндогенные факторы - некоторые химические соединения, возникающие в организме спонтанно в процессе обмена веществ и вызывающие ошибки процессов репликации, рекомбинации ДНК, изменяющие месторасположение или структуру генетических элементов.
(Слайд № 17). В начале ХХ века был открыт физический, а затем и химический мутагенез, и у истоков этого открытия стояли отечественные учёные. Так, генетики В.В. Сахаров и М.Е. Лобашёв показали, что под действием химических соединений (иод, уксусная кислота, аммиак) увеличивается частота мутаций в клетках растения гречихи. Позже И.А. Рапопорт (СССР) и Ш. Ауэрбах (Великобритания) открыли мощные химические мутагены, названные ими супермутагенами.
Физические мутагены (2 группа выступает, оппонирует 3 группа, вопросы по желанию)
Учащиеся слушают, выполняют задания в рабочей тетради № 4, 5.
(Слайд № 18). К этой группе мутагенов относятся различные типы излучений, температура. К ионизирующим излучениям относят электромагнитные, рентгеновские и гамма-лучи, а также элементарные частицы (альфа, бета, нейтроны и др.). В процессе воздействия ионизирующих излучений на организм компоненты клетки, в том числе молекулы ДНК, поглощают определённое количество (дозу) энергии. При этом одна и та же доза может быть достигнута при слабой интенсивности облучения в течение длительного времени либо путём кратковременного облучения с высокой интенсивностью. Последствием облучения могут быть разрыв водородных связей в двойной спирали молекулы ДНК, разрывы одной или двух цепей ДНК, образование новых устойчивых связей (сшивок) между двумя цепями одной молекулы ДНК, между различными молекулами ДНК или между ДНК и молекулами белков. Экспериментально был получен следующий вывод.
Частота возникновения (индукции) мутаций пропорциональна дозе облучения. С увеличением дозы возрастает вероятность поражения.
В отличие от рентгеновских, ультрафиолетовые лучи не обладают достаточной энергией ионизации. Однако она поглощается входящими в состав ДНК азотистыми основаниями (пуринами и пиримидинами), переводя их в энергетически неустойчивое, возбуждённое состояние. Это приводит к ошибкам при репликации ДНК.
Мутагенным фактором также является повышенная температура. Например, при выращивании мушек-дрозофил при температуре на 10 °С выше обычной число мутаций увеличивается втрое. Радиационное повреждение генетического материала не является прямым источником возникновения изменений в клетках организма, повреждённых облучением (слайд № 19). Дело в том, что у любых организмов в клетках присутствует вода. Поэтому излучение не только непосредственно “ударяет” по чувствительным генетическим структурам, но и действует на них косвенно за счёт разложения воды. Этот процесс приводит к образованию короткоживущих, так называемых свободных радикалов (водорода Н + и гидроксила ОН -), объединяющихся с образованием либо воды, либо химически активных, а следовательно, биологически очень опасных молекул - перекиси водорода и атомарного кислорода. В свою очередь, они способны вызвать несколько новых актов ионизации. Таким образом, происходит лавинообразное увеличение частоты попаданий в “мишени”. Поэтому соединения, способные взаимодействовать со свободными радикалами (антиоксиданты), защищают молекулы-мишени от непрямого действия радиации. К числу таких антиоксидантов, например, относятся токоферол (витамин Е), микроэлемент селен и др.
Линии электропередач (слайд № 20), сильные радиопередающие устройства создают электромагнитное поле, которое в разы превышает допустимый уровень. Электрические и магнитные поля сильно влияют на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так, у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем излучения. У растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакции только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Работы английских ученых в начале 90-х годов показали, что у ряда аллергиков под действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.
Зачастую более опасными являются источники слабого электромагнитного излучения, которое действует в течение длительного промежутка времени. К таким источникам относится в основном аудио-видео техника, бытовая техника. Наиболее существенное влияние на человека оказывают мобильные телефоны, СВЧ печи, компьютеры и телевизоры. Проблема электромагнитного излучения, исходящего от персональных компьютеров, встает достаточно остро ввиду нескольких причин: компьютер имеет сразу два источника излучения (монитор и системный блок); пользователь ПК практически лишен возможности работать на расстоянии; очень длительное время воздействия.
Генетические последствия воздействия ЭМИ изучены пока недостаточно. В одной из лабораторий США исследуется вопрос о зависимости между рождением монголоидных детей (болезнь Дауна) с облучением их отцов СВЧ энергией. Найдено, что большинство таких детей имеют отцов, облученных во время второй мировой войны радиополем локаторов.
Для защиты человека были разработаны специальные санитарные нормы (ГОСТ 12.1.006-84 регламентирует воздействие электромагнитных излучений на человека), в том числе и те, которые запрещают строительство жилых и прочих объектов вблизи сильных источников излучения.
Ясно для всех, что электромагнитное излучение представляет реальную угрозу для здоровья человека. Оказывается, что электромагнитные и радиационные поля близки по некоторым своим параметрам. Это было доказано как российскими, так и зарубежными учеными.
Химические мутагены (3 группа выступает, оппонирует 4 группа, вопросы по желанию)
Учащиеся слушают, выполняют задания в рабочей тетради № 5, 8.
Широкое изучение химического мутагенеза началось после того, как в 1946 году отечественный учёный И.А. Рапопорт обнаружил мощное мутагенное действие этиленимина и формальдегида, а Ш. Ауэрбах (Великобритания) такие же свойства обнаружил у иприта и его производных. С тех пор было выявлено много химических соединений, обладающих мутагенной активностью (Слайд № 21). Среди них - волокнистый минерал асбест, этиленамин, колхицин, бензпирен, азотистая кислота, наркотические вещества, алкоголь, никотин и др. Нередко эти же вещества одновременно являются и канцерогенами, то есть веществами, способными вызывать развитие в организме злокачественных новообразований (опухолей).
Выяснилось, что опасные для генно-хромосомного аппарата вещества буквально окружают нас: распыленные в воздухе препараты бытовой химии, краски для волос, производственные выбросы и выхлопные газы автомобилей и мотоциклов и т.д. Но больше всего мутагенов попадает в наш организм с пищевыми продуктами. Вредные химические вещества, накапливающиеся в почве, со временем переходят в съедобные части растений. Именно с ними мы поглощаем 37 процентов марганца, 41 - цинка, 32 - меди, 10 процентов никеля.
(Слайд № 22). Мутагены образуются и при длительном хранении продуктов в форме переокисленных соединений жиров, также повреждающих наследственную природу наших клеток. Например, если речь идет о “мутагенном мясе”, имеется в виду особенно опасная в этом отношении плесень, появляющаяся на испорченном мясе. Копчение мяса или жарение мяса и рыбы при температуре 100-200 градусов в течение 15 минут также приводит к появлению мутагенов. Холестерин, содержащийся в масле, яйцах, сметане, сливках, при долгом хранении становится мутагенным. Та же участь ожидает вкусовые добавки, используемые при консервировании, и консерванты, добавляемые к сокам и винам.
Многие лекарственные вещества вызывают в культуре клеток человека хромосомные аберрации в дозах, отражающих реальные, с которыми контактирует человек, но не показывают четкой дозовой зависимости. Эти препараты индуцируют (в 2-3 раза выше спонтанного уровня) хромосомные аберрации у “контактирующих” с ними индивидов. В эту группу можно отнести противосудорожные препараты (комплекс барбитуратов), психотропные, гормональные (эстрадиол, прогестерон, оральные контрацептивы), смеси для наркоза, противовоспалительные средства (бутадион, ацетилсалициловая кислота, амидопирин). Например, ацетилсалициловая кислота и амидопирин повышают частоту хромосомных аберраций, но только при больших дозах, применяемых при лечении ревматических болезней.
Большинство пестицидов являются синтетическими органическими веществами. Практически используется около 600 пестицидов, относящихся к разным классам химических соединений. Поскольку они циркулируют в биосфере, мигрируют в естественных трофических цепях, накапливаясь в некоторых биоценозах и сельскохозяйственных продуктах, то к прогнозированию последствий их применения привлекаются не только медики, гигиенисты, но и экологи. Очень важны прогнозирование и предупреждение мутагенной опасности химических средств защиты растений. Причем речь идет о повышении мутационного процесса не только у человека, но и в растительном и животном мире. Человек контактирует с химическими веществами при их производстве, при их применении на сельскохозяйственных работах, получает небольшие их количества с пищевыми продуктами, водой из окружающей среды.
Биологические мутагены (4 группа выступает, оппонирует 5 группа)
Учащиеся слушают, делают записи в тетради.
(Слайд № 23). К биологическим мутагенам относят некоторые растения, например безвременник осенний (Colchicum autumnale) , многие вирусы и генно-модифицированные объекты. Извлекаемый из безвременника алкалоид колхицин часто используется для искусственного получения полиплоидов, так как блокирует расхождение удвоившихся хромосом. Вирусы могут вызывать различные хромосомные мутации (аберрации), обусловливающие наследственную изменчивость.
(Слайд № 24). В настоящее время трансгенные сорта сельскохозяйственных культур, устойчивые к гербицидам, вирусам, насекомым-вредителям, с улучшенными качественными характеристиками (улучшенный состав растительного масла) занимают посевные площади, превышающие 85 млн. гектаров. Продукты питания, полученные из таких сортов, теперь уже не редкость на прилавках магазинов многих стран мира.
Но у генной инженерии есть и другая, заставляющая насторожиться, сторона, которая связана с возможным изменением структуры генома конкретного трансгенного растения, с утечкой трансгенов и их передачей диким сородичам, с воздействием на "дикие" виды в природной экосистеме. Часто в ГМ-организм внедряется ген, отвечающий за устойчивость к антибиотикам в качестве гена-маркера. Гипотетически если такой ген резистентности к антибиотикам передастся болезнетворным бактериям, то они получат иммунитет против действия антибиотиков и тогда лечение обычными антибиотическими средствами становится менее эффективным.
Невзирая на длительное невосприятие европейским сообществом генно-инженерных продуктов, в настоящее время в Европейском союзе разрешение на использование в пищевых продуктах получили продуктовые компоненты из сортов генетически модифицированной сои, кукурузы и масличных культур.
Среди используемых продуктов - масла и сиропы, которые содержат "ГМ-производный материал", а также мука и крахмал. Эти компоненты могут использоваться во многих продуктах переработки, начиная с вегетарианских гамбургеров и заканчивая сухим печеньем и соусами, аналогично использованию компонентов, которые происходят из не ГМ-культур. Например, трансгенная соя входит в состав почти 60% продуктов, среди которых: колбасные изделия, пельмени, хлеб, шоколад, маргарин, мороженное, детское питание и др. На основе ГМ - компонентов производят раздичные пищевые добавки (индекс Е). Как показали исследования "Гринпис", многочисленные компании с мировым именем используют ГМ-продукцию для производства своей продукции (слайд № 25).
До сих пор однозначного ответа на вопрос о том, как влияет потребление трансгенных продуктов на здоровье людей, нет. По мнению специалистов, ответить на этот вопрос можно лишь после того как на свет появятся внуки тех, кто сегодня питается ГМО. Анализ состояния здоровья одного поколения людей не даст достоверной картины. Результаты экспериментов над лабораторными животными показывают, что частота мутаций у них возрастает в сотни и тысячи раз и развивается бесплодие.
Влияние мутагенов на человека и окружающую среду (5 группа выступает, оппонирует 1 группа)
Учащиеся слушают, составляют схему в тетради.
За всю историю своего развития человечество накопило (главным образом за счет естественного мутационного процесса) так называемый генетический груз, проявляющийся в наследственных, генетически обусловленных заболеваниях. Здоровье нынешних будущих поколений людей в значительной степени зависит от того, какой генетический груз получен в наследство от предыдущих поколений, какое количество мутаций накоплено человечеством (слайд № 26).
На данный момент известно около 2 тысяч генетических дефектов,
затрагивающих только часть общего числа локусов в геноме. При этом примерно четверть общего объема мутаций обусловлена энергией естественного фона радиации. Вместе с тем генные мутации, обусловливающие небольшие биохимические аномалии в организме, возможно, более часты.
Проблема заключается в том, что ускорение частоты мутаций ведет к увеличению числа особей с врожденными дефектами и вредными отклонениями, передающимися по наследству, причем мутации в неполовых (соматических) клетках, как правило, могут вызывать рост злокачественных новообразований (спонтанный рак). Расчеты показывают, что удвоение частоты мутаций настолько увеличивает объем генетического груза, что это может стать опасным для существования популяций.
Существует выход из такого кризисного состояния - это путь эволюционных изменений, однако приспособление к мутагенам в процессе отбора требует от популяции огромного числа генетических жертв и времени. В особенности видам, представленным сравнительно малым числом особей, с медленной сменяемостью поколений, труднее было бы приспособиться к высокому мутагенному фону среды. Больше шансов на выход из генетического кризиса, обусловленного ростом мутагенных загрязнений (повышением темпа мутаций), имеют биологические виды с высокой численностью особей, с быстрой сменяемостью поколений, например микроорганизм. Хорошо известно явление устойчивости их к широко распространенным антибиотикам, сульфаниламидным препаратам, так же как и появление устойчивых к пестицидам рас бактерий, грибов, насекомых.
Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не “переработанные” эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. И если поражение зародышевых клеток может привести к росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при повреждении генов соматических клеток возможно возрастание числа раковых заболеваний. Более того, существует глубокая связь различных на первый взгляд биологических эффектов.
Например, мутагены окружающей среды влияют на величины рекомбинаций наследственных молекул, являющихся также источником наследственных изменений. Возможно и влияние на функционирование генов, что может быть причиной, например, тератологических отклонений (уродств), наконец, вероятны поражения ферментных систем, что изменяет различные физиологические особенности организма, вплоть до деятельности нервной системы, а следовательно, сказывается и на психике. (Слайд № 27). Генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна.
В отличие от грубых хромосомных повреждений наследственного материала точковые генные мутации, обладающие способностью накапливаться в поколениях, представляют основную трудность для обнаружения в популяциях. Выявление их важно именно потому, что такие мутации будут в значительной мере ответственны за проявления генетического груза в ближайших поколениях.
Мы живем в среде, напичканной мутагенами, и полностью исключить их влияние не можем, но полученные знания помогут нам уменьшить влияние этих негативных факторов на организм, сохранить наше здоровье и здоровье наших детей. Некоторые рекомендации по снижению воздействия мутагенов на наш организм (слайды № 28, 29)
Смягчают действия мутагенов(слайд № 30)
Итог урока
А теперь давайте вернемся к проблеме нашего урока. Чья это проблема? Можем ли мы влиять на мутагенез?
Безусловно, да! Один из самых действенных методов - это знания. Необходимо знать свои особенности, знать – что может вызвать генетические нарушения еще не родившегося ребенка… Вероятность трагедии можно снизить. Здоровый образ жизни - один из путей снижения этого риска.
Рефлексия
Ответьте на вопросы (приложение № 4)
Закрепление знаний
Проверка выполнения заданий в рабочей тетради.
Задание на самоподготовку
(На отдельных листах) “Письмо в будущее”. Прожив и прочувствовав” сегодняшний урок, напишите письмо своему будущему ребенку, о том, что он должен знать, что делать, как себя вести, чтобы снизить риск мутаций у себя и будущих потомков.
Список литературы
- Маншеева Э.П. Мутагены. festival.1september.ru
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Симонова Л.В. Биология. М. “Вентана-Граф”. 2011.
- Мутации фото. images.yandex.ru
- Мутагены окружающей среды. abilev.narod.ru>mutagen10.htm
- Физические мутагены. referat.ru>mutageny.html
- Картинки. images.yandex.ru>мутагены.
- Мутагены. BiblioFond.ru>view.aspx.id=55819
22.04.2015 13.10.2015
Подавляющее число мутаций негативно сказывается на жизни человека, порой даже губительно, крайне редки случаи положительных изменений вследствие возникших нарушений на генном уровне. Мутации известны миллионы лет, и произойти они могут в любом живом организме, таким образом, происходила эволюция и естественный отбор сильнейших представителей вида. В наше же время мутагены преследуют людей повсюду обусловлено это явление современным, технологическим процессом. Те вещи, о создании которых мы гордимся, нередко несут серьёзную опасность для человека и его здоровья.
Что такое мутагены и их классификация
Само понятие мутаген возникло от слова мутация ещё в прошлом веке, подразумевают под собой ряд факторов способных повлечь за собой необратимые изменения. Они имеют свою классификацию, главное их различие заключается в разделении на:
· химические;
· биологические;
· физические.
Химическая группа мутагенов, наверное, самая объёмная. Эти факторы имеют высокую проникновенную способность, поэтому с лёгкостью попадают в клетки, химическое воздействие на нуклеиновую кислоту, реакция с ней может привести к изменению коллоидного состояния хромосом, снижению синтеза молекул ДНК и РНК и многое другое.
К химическим мутагенам относят:
· бензол;
· алкоголь;
· наркотические вещества;
· нитраты;
· нитриты;
· производные угля и нефти, например, бензапирен;
· пестициды;
· пищевые добавки;
· некоторые виды лекарств;
· консерванты.
Из перечисленного списка можно с лёгкостью отметить практически половину мутагенов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни, ранние овощи и фрукты, наполненные нитратами для более быстрого роста, консерванты и пищевые добавки в продуктах питания, медицинские препараты.
Биологические мутагены состоят из:
· вирусов;
· бактерий;
· гельминтов.
Конечно, никто не говорит, что любой вирус или бактерия приведут к мутации, но некоторые из них способны влиять на функцию и изменять структуру нуклеиновой кислоты.
Физические мутагены нарушают структуру гена, их радикалы вступают в активную химическую связь с ДНК, препятствую нормальному функционированию молекулы. К физической группе относятся различного рода излучения:
· ультразвуковое;
· ультрафиолетовое;
· рентгеновское;
· инфракрасное;
· радиоактивное.
Каждый из этих видов облучения имеет свою степень проникновения, самый высокий порог и максимальное поражение на живой организм оказывает радиоактивное излучение.
Медикаменты польза или вред?
Разные группы препаратов, которые использует каждый в лечении той или иной болезни, оказываются далеко не безобидными, почему всячески врачи призывают пациентов к применению их только по назначению без самодеятельности. Каждый медикамент, перед тем как он поступит на прилавки аптек, проверяется по определённым нормам. В последние десятилетия в связи с большим ростом токсичных средств появился ещё один обязательный пункт - проверка на мутагенность. Самый большой вред организму и ярко выраженный мутагенный эффект имеют цитостатические препараты и антиметаболы. И те и другие применяют в лечении злокачественных образований, несмотря на то, что доказана прямая зависимость препаратов на развитие хромосомных аномалий, причиной этому остаётся несовершенная методика лечения онкологии, а других вариантов терапии современная медицина, к сожалению, предложить не может.
Помимо противоопухолевых средств, есть ещё ряд препаратов, которые способны привести к мутации в клетке, их эффект, конечно, не настолько выражен, но имеет место. К этим медикаментам относятся следующие группы:
· психотропные;
· смеси для наркоза;
· глюкокортикостероиды;
· противосудорожные;
· некоторые противовоспалительные, например, бутадион или амидопирин.
Пагубное влияние на организм может возникнуть только в случае применения больших, неконтролируемых доз препаратов.
Вредное производство, в чём опасность?
Производственная среда просто кладезь химических мутагенов, самая высокая их активность считается на заводах производимых тяжёлых металлов и синтетических материалов. Химические соединения проникают внутрь организма через кожу, лёгкие и ЖКТ, поэтому не только загрязнённый воздух или специфическое рабочее место влияет на мутагенность процессов, но и соблюдения правил личной гигиены и применение защитного обмундирования.
Вычислить конкретный процент воздействия различных соединений на клетки организма пока специалистам не удалось, но известно точно, что некоторые виды производств всё же повышают частоту хромосомных изменений у рабочих. К таким производствам относят:
· металлургию;
· нефтеперерабатывающие комбинаты;
· лакокрасочные заводы;
· сварочные процессы;
· производство резиновых изделий;
· угольные электростанции.
Самыми вредными соединениями, имеющими, высокую проникающую активность считаются:
· бензол;
· мышьяк;
· ксилол;
· свинец;
· никель и др.
Мутагены в быту
С ростом числа онкологических заболеваний, как известно, корень причины которых необратимые изменения в нуклеиновой кислоте под воздействием разных факторов, особое внимание учёные начали уделять изучению мутагенной активности в продуктах питания и веществах, применяемых в быту.
Так же как и в промышленном производстве, выявить активность мутагенных соединений в продуктах и бытовых вещах, достаточно сложно, так как их концентрация в ежедневной жизни невелика. Но если они попадают в зародыши клеток, со временем они накапливаются и начинают проявляться в популяции, так как любой человек за всю жизнь получает определённый процент бытовых мутагенов.
Из часто применяемых в обиходе и питании продуктов, мутагенными свойствами обладают:
· пищевые красители;
· сахарин;
· консерванты (производные Е);
· краска для окрашивания волос;
· средства по уходу за домом;
· табачный дым (влияние варьируется от количества выкуренных сигарет);
· алкоголь (действие его противоречиво).
С каждым годом, окружающая нас среда всё больше наполняется мутагенной активностью, и эта проблема очень волнует генетиков. Конечно, генетически мутация необходима для продолжения эволюции, но из-за возникновения большого количества искусственных мутагенов скорость и темп подобных изменений в клетках может значительно возрасти, приведя к абсолютно не ожидаемым последствиям.
