Mutacje genów w tym, co składają, rodzaje i konsekwencje



The mutacje genowe lub punktualne to te, w których zmienia się allel genu, stając się innym. Ta zmiana występuje w obrębie genu, w miejscu lub punkcie i może być zlokalizowana.

Wręcz przeciwnie, w mutacjach chromosomowych zazwyczaj wpływa na zestawy chromosomów, cały chromosom lub segmenty tego chromosomu. Niekoniecznie wiążą się one z mutacjami genów, chociaż może to mieć miejsce w przypadku przerw chromosomowych, które wpływają na gen.

Wraz z rozwojem narzędzi molekularnych stosowanych do sekwencjonowania DNA, zdefiniowano termin mutacja punktowa. Obecnie termin ten jest zwykle używany w odniesieniu do zmian w parze lub kilku parach sąsiadujących zasad azotowych w DNA.

Indeks

  • 1 Czym są mutacje?
  • 2 Rodzaje mutacji genowych lub zmian punktowych
    • 2.1 Zmiany zasad azotowych
    • 2.2 Wstawienia lub usunięcia
  • 3 konsekwencje
    • 3.1 - Podstawowe pojęcia
    • 3.2-Scenariusze mutacji genowych
    • 3.3 - Konsekwencje funkcjonalne pierwszego scenariusza
    • 3.4 - Konsekwencje funkcjonalne drugiego scenariusza
    • 3.5 - Rzadkie przypadki, które prowadzą do chorób
  • 4 odniesienia

Czym są mutacje?

Mutacja jest mechanizmem par excellence, który wprowadza zmienność genetyczną w populacjach. Polega na nagłej zmianie genotypu (DNA) organizmu, nie na skutek rekombinacji lub rearanżacji genetycznej, ale z powodu dziedziczenia lub z powodu negatywnych czynników środowiskowych (takich jak toksyny i wirusy)..

Mutacja może przekroczyć potomstwo, jeśli występuje w komórkach zarodkowych (zalążkach i plemnikach). Może pochodzić z pojedynczych małych wariacji, ogromnych wariacji - powodując nawet choroby - lub mogą milczeć, bez żadnego efektu.

Różnice w materiale genetycznym mogą następnie generować fenotypową różnorodność w przyrodzie, czy to między osobnikami różnych gatunków, czy nawet tego samego gatunku.

Rodzaje mutacji genetycznych lub zmian punktowych

Istnieją dwa typy zmian mutacyjnych genów:

Zmiany zasad azotowych

Składają się one z zastąpienia pary zasad azotowych inną. Są one podzielone na dwa rodzaje: przejścia i transwersje.

  • Przejścia: wiążą się one z zastąpieniem jednej bazy przez inną z tej samej kategorii chemicznej. Na przykład: puryn przez inną purynę, adeninę przez guaninę lub guaninę przez adeninę (A → G lub G → A). Może to być również przypadek zastąpienia pirymidyny inną pirymidyną, na przykład: cytozyna przez tyminę lub tyminę przez cytozynę (C → T lub T → C).
  • Transwersje: są to zmiany, które dotyczą różnych kategorii chemicznych. Na przykład przypadek zmiany pirymidyny przez purynę: T → A, T → G, C → G, C → A; lub purynę za pomocą pirymidyny: G → T, G → C, A → C, A → T.

Zgodnie z konwencją te zmiany są opisane w odniesieniu do dwuniciowego DNA, a zatem zasady tworzące parę muszą być szczegółowe. Na przykład: przejście byłoby GC → AT, podczas gdy transwersja mogłaby być GC → TA.

Wstawienia lub usunięcia

Składają się z wejścia lub wyjścia pary lub wielu par nukleotydów genu. Nawet jeśli jednostką, której dotyczy problem, jest nukleotyd, zwykle odnosimy się do pary lub par baz danych.

Konsekwencje

-Podstawowe pojęcia

Aby zbadać konsekwencje mutacji genowych, musimy najpierw przeanalizować dwie podstawowe właściwości kodu genetycznego.

  1. Po pierwsze, kod genetyczny jest zdegenerowany. Oznacza to, że ten sam typ aminokwasu w białku może być kodowany przez więcej niż jeden triplet lub kodon w DNA. Ta właściwość implikuje istnienie większej liczby tripletów lub kodonów w DNA niż typów aminokwasów.
  2. Druga właściwość polega na tym, że geny mają kodony terminacji, używane do zakończenia translacji podczas syntezy białek.

-Scenariusze mutacji genowych

Mutacje rufowe mogą mieć różne konsekwencje, w zależności od konkretnego miejsca, w którym występują. Dlatego możemy wizualizować dwa możliwe scenariusze:

  1. Mutacja występuje w części genu, w której kodowane jest białko.
  2. Mutacja występuje w sekwencjach regulatorowych lub innych typach sekwencji niezaangażowanych w oznaczanie białka.

-Konsekwencje funkcjonalne pierwszego scenariusza

Mutacje genów w pierwszym scenariuszu generują następujące wyniki:

Cicha mutacja

Zdarza się, gdy kodon zmienia się na inny, który koduje ten sam aminokwas (jest to konsekwencja degeneracji kodu). Te mutacje nazywane są cichymi, ponieważ w rzeczywistości nie zmieniają powstałej sekwencji aminokwasowej.

Zmiana mutacji kierunku

Występuje, gdy zmiana kodonu określa zmianę aminokwasu. Ta mutacja może mieć różne efekty w zależności od charakteru nowego wprowadzonego aminokwasu.

Jeśli to samo ma charakter chemiczny podobny do pierwotnego (synonimiczne podstawienie), możliwe jest, że wpływ na funkcjonalność uzyskanego białka jest znikomy (ten typ zmiany jest często nazywany zmianą konserwatywną).

Wręcz przeciwnie, charakter chemiczny powstałego aminokwasu jest bardzo odmienny od oryginału, efekt może być zmienny, będąc w stanie uczynić powstałe białko bezużytecznym (zmiana niekonserwatywna).

Specyficzna lokalizacja mutacji tego typu w genie może generować zmienne efekty. Na przykład, gdy mutacja występuje w części sekwencji, która spowoduje powstanie aktywnego centrum białka, oczekuje się, że uszkodzenie jest większe niż w przypadku występowania w mniej krytycznych regionach..

Mutacja bez znaczenia

Dzieje się tak, gdy zmiana generuje kodon stop dla translacji. Ten typ mutacji zwykle wytwarza białka dwufunkcyjne (skrócone białko).

Wstawienia lub usunięcia

Mają efekt równoważny mutacji bez sensu, choć nie identyczny. Efekt występuje podczas zmiany ramki odczytu DNA (zjawisko znane jako przemieszczenie ramki odczytu lub przesunięcie ramki).

Ta zmienność wytwarza informacyjny RNA (mRNA) z opóźnieniem od miejsca, w którym wystąpiła mutacja (insercja lub delecja), a zatem zmiana sekwencji aminokwasowej białka. Produkty białkowe uzyskane z genów z tego typu mutacjami będą całkowicie dysfunkcyjne.

Wyjątki

Wyjątek może powstać, gdy istnieją insercje lub delecje dokładnie trzech nukleotydów (lub wielokrotności trzech).

W tym przypadku, pomimo zmiany, ramka odczytu pozostaje niezmieniona. Nie można jednak wykluczyć, że powstałe białko jest dysfunkcyjne, albo przez włączenie aminokwasów (w przypadku insercji), albo przez ich utratę (w przypadku delecji)..

-Konsekwencje funkcjonalne drugiego scenariusza

Mutacje mogą występować w sekwencjach typu regulatorowego lub innych sekwencjach nie biorących udziału w określaniu białek.

W takich przypadkach wpływ mutacji jest znacznie trudniejszy do przewidzenia. Będzie to zatem zależeć od tego, jak mutacja punktowa wpływa na oddziaływanie tego fragmentu DNA z istniejącymi wieloma regulatorami ekspresji genów.

Ponownie, złamanie ramki odczytu lub zwykła utrata fragmentu niezbędnego do połączenia regulatora, może powodować skutki od dysfunkcji produktów białkowych do braku kontroli w ich ilościach..

-Niezbyt częste przypadki prowadzące do chorób

Przykładem bardzo rzadkiej mutacji punktowej jest tak zwana mutacja zmysłowo-wzmacniająca.

Polega to na transformacji kodonu terminacyjnego w kodowanie kodonów. Tak jest w przypadku wariantu hemoglobiny o nazwie Stała wiosna hemoglobiny (wariant alleliczny HBA2 * 0001), spowodowany zmianą kodonu zakończenia UAA na kodon CAA.

W tym przypadku mutacja punktowa powoduje niestabilną hemoglobinę α-2 wydłużoną o 30 aminokwasów, powodując chorobę krwi zwaną talasemią alfa.

Referencje

  1. Eyre-Walker, A. (2006). Rozkład efektów fitness nowych szkodliwych mutacji aminokwasowych u ludzi. Genetics, 173 (2), 891-900. doi: 10.1534 / genetics.106.057570
  2. Hartwell, L.H. et al. (2018). Genetyka od genów do genomów. Szósta edycja, MacGraw-Hill Education. str.849
  3. Novo-Villaverde, F. J. (2008). Human Genetics: koncepcje, mechanizmy i zastosowania genetyki w dziedzinie biomedycyny. Pearson Education, S.A. pp. 289
  4. Nussbaum, R.L. et al. (2008). Genetyka w medycynie. Siódma edycja. Saunders, s. 578.
  5. Stoltzfus, A. i Cable, K. (2014). Mendelian-Mutationism: The Forgotten Evolutionary Synthesis. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501-546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2