Внезапные спонтанные изменения фенотипа, кото¬рые нельзя связать с обычными генетическими яв¬лениями или микроскопическими данными о нали¬чии хромосомных аберраций, можно объяснить только изменениями в структуре отдельных генов. Генная, или точечная (поскольку она относится к определенному генному локусу), мутация – резуль¬тат изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосо¬мы. Такое изменение последовательности основа¬ний в данном гене воспроизводится при транскрип¬ции в структуре мРНК и приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся в результате трансляции на рибосомах. Существуют различные типы генных мутаций, связанных с добавлением, выпадением или переста¬новкой оснований в гене. Это дупликации, вставки, делении, инверсии или замены оснований. Во всех случаях они приводят к изменению нуклеотидной последовательности, а часто – и к образованию из¬мененного полипептида. Например, делеция вызы¬вает сдвиг рамки. Генные мутации, возникающие в гаметах или в будущих половых клетках, передаются всем клет-кам потомков и могут влиять на дальнейшую судь¬бу популяции. Соматические генные мутации, про-исходящие в организме, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза. Они могут оказать воздействие на тот организм, в котором они возникли, но со смертью особи исчезают из генофонда популяции. Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления. Эти клетки могут дать начало опухолям – либо доброкачественным, кото¬рые не оказывают особого влияния на весь орга¬низм, либо злокачественным, что приводит к рако¬вым заболеваниям. Эффекты генных мутаций чрезвычайно разнооб¬разны. Большая часть мелких генных мутаций фенотипически не проявляется, поскольку они рецес¬сивны, однако известен ряд случаев, когда измене¬ние всего лишь одного основания в определенном гене оказывает глубокое влияние на фенотип. Од¬ним из примеров служит серповидноклеточная ане¬мия – заболевание, вызываемое у человека заменой основания в одном из генов, ответственных за син¬тез гемоглобина. Молекула дыхательного пигмента гемоглобина у взрослого человека состоит из четы¬рех полипептидных цепей (двух a- и двух ß- цепей), к которым присоединены четыре простетические группы гема. От структуры полипептидных цепей зависит способность молекулы гемоглобина перено¬сить кислород. Изменение последовательности оснований в триплете, кодирующем одну определен¬ную аминокислоту из 146, входящих в состав ß-цепей, приводит к синтезу аномального гемоглобина серповидных клеток (HbS). Последовательности аминокислот в нормальных и аномальных ß-цепях различаются тем, что в одной точке аномальных цепей гемоглобина S глутамидовая кислота замеще¬на валином. В результате такого, казалось бы, не¬значительного изменения гемоглобин S кристалли¬зуется при низких концентрациях кислорода, а это в свою очередь приводит к тому, что в венозной крови эритроциты с таким гемоглобином деформи¬руются (из округлых становятся серповидными) и быстро разрушаются. Физиологический эффект му¬тации состоит в развитии острой анемии и снижении количества кислорода, переносимого кровью. Ане¬мия не только вызывает физическую слабость, но и может привести к нарушениям деятельности сердца и почек и к ранней смерти людей, гомозиготных по мутантному аллелю. В гетерозиготном состоянии этот аллель вызывает значительно меньший эффект: эритроциты выглядят нормальными, а аномальный гемоглобин составляет только около 40%. У гетерозигот развивается анемия лишь в слабой форме, а зато в тех областях, где широко распространена малярия, особенно в Африке и Азии, носители аллеля серповидноклеточности не-восприимчивы к этой болезни. Это объясняется тем, что ее возбудитель -малярийный плазмодий – не может жить в эритроцитах, содержащих аномаль¬ный гемоглобин.