GEENIMUTAATIOT: MISTÄ NE KOOSTUVAT, TYYPIT JA SEURAUKSET - BIOLOGIA - 2026

Geenimutaatioita tai erityisiä ovat ne, joissa yksi geenin alleeli muutos, tulossa toinen. Tämä muutos tapahtuu geenissä, lokuksessa tai pisteessä ja se voi sijaita.

Päinvastoin, kromosomaalisissa mutaatioissa, kromosomisarjoissa, koko kromosomissa tai sen segmenteissä on vaikutusta yleensä. Ne eivät välttämättä sisällä geenimutaatioita, vaikka se voisi tapahtua geeniin vaikuttavien kromosomirikkojen tapauksessa.

Kuva 1. Mutaatio geenissä, joka hallitsee hiiren hännän muotoa. Lähde: Lähettäjä (Valokuva: Emma Whitelaw, Sydneyn yliopisto, Australia.), Via Wikimedia Commons

Kehittämällä DNA-sekvensointiin sovellettuja molekyylityökaluja, termi pistemutaatio määritettiin uudelleen. Tätä termiä käytetään nykyään usein viittaamaan muutoksiin parissa tai muutamassa vierekkäisessä typpipohjaisessa emäsparissa DNA: ssa.

Mitä mutaatiot ovat?

Mutaatio on olennainen mekanismi, joka tuo esiin geneettisen variaation populaatioissa. Se koostuu organismin genotyypin (DNA) äkillisestä muutoksesta, joka ei johdu rekombinaatiosta tai geneettisestä uudelleenjärjestelystä, vaan perinnöstä tai negatiivisten ympäristötekijöiden (kuten toksiinien ja virusten) vaikutuksesta.

Mutaatio voi ylittää jälkeläiset, jos se tapahtuu sukusoluissa (munissa ja siittiöissä). Se voi aiheuttaa pieniä variaatioita yksilöllä, valtavia variaatioita - jopa aiheuttaen sairauksia - tai ne voivat olla hiljaa ilman vaikutuksia.

Geneettisen materiaalin vaihtelut voivat sitten luoda fenotyyppisen monimuotoisuuden luonteessa, olipa kyse eri lajien yksilöiden tai jopa saman lajin yksilöiden välillä.

Geeni- tai pistemutaatiomuutosten tyypit

Geenimutaatiomuutoksia on kahta tyyppiä:

Typpipohja muuttuu

Ne koostuvat typpipitoisten emäsparien korvaamisesta toisella. Ne on puolestaan ​​jaettu kahteen tyyppiin: muutokset ja poikittaissuunnat.

• Siirtymävaiheet: tarkoittaa yhden emäksen korvaamista toisella samassa kemikaaliluokassa. Esimerkiksi: puriini toiselle puriinille, adeniini guaniinille tai guaniini adeniinille (A → G tai G → A). Se voi olla myös tapaus, jossa pyrimidiini korvataan toisella pyrimidiinillä, esimerkiksi: sytosiini tymiinille tai tymiini sytosiinille (C → T tai T → C).
• Transversiot: ovat muutoksia, joihin liittyy erilaisia ​​kemiallisia luokkia. Esimerkiksi tapaus, jossa tapahtuu muutos pyrimidiinistä puriiniksi: T → A, T → G, C → G, C → A; tai puriini pyrimidiinille: G → T, G → C, A → C, A → T.

Tavanomaisesti nämä muutokset kuvataan viitaten kaksijuosteiseen DNA: han, ja tämän vuoksi parin muodostavien emästen on oltava yksityiskohtaisia. Esimerkiksi: siirtymä olisi GC → AT, kun taas transversio voisi olla GC → TA.

Kuva 2. Pistemutaatiomuutosten tyypit. Lähde: (Sara - Oma työ, CC BY-SA 3.0,

Lisäykset tai poistot

Ne koostuvat geenin nukleotidiparien tai -parien pääsystä tai poistumisesta. Vaikka yksikkö, johon vaikutus kohdistuu, on nukleotidi, viitamme yleensä aina mukana oleviin emäspariin tai pareihin.

Seuraukset

-Peruskonseptit

Geenimutaatioiden seurausten tutkimiseksi meidän on ensin tarkasteltava geneettisen koodin kahta perusominaisuutta.

1. Ensimmäinen on, että geneettinen koodi on rappeutunut. Tämä tarkoittaa, että saman tyyppisiä aminohappoja proteiinissa voi koodata useampi kuin yksi tripletti tai kodoni DNA: ssa. Tämä ominaisuus merkitsee sitä, että DNA: ssa on enemmän triplettejä tai kodoneja kuin aminohappotyyppejä.
2. Toinen ominaisuus on, että geeneissä on lopetuskodoneja, joita käytetään translaation lopettamiseen proteiinisynteesin aikana.

-Skenaariot geenimutaatioista

Strut-mutaatioilla voi olla erilaisia ​​seurauksia riippuen siitä paikasta, jossa ne tapahtuvat. Siksi voimme visualisoida kaksi mahdollista skenaariota:

1. Mutaatio tapahtuu geenin osassa, jossa proteiini koodataan.
2. Mutaatio tapahtuu säätelysekvensseissä tai muun tyyppisissä sekvensseissä, jotka eivät osallistu proteiinin määrittämiseen.

- Ensimmäisen skenaarion toiminnalliset seuraukset

Geenimutaatiot ensimmäisessä skenaariossa tuottavat seuraavat tulokset:

Hiljainen mutaatio

Se tapahtuu, kun kodoni muuttuu toiseksi, joka koodaa samaa aminohappoa (tämä on seurausta koodin rappeutumisesta). Näitä mutaatioita kutsutaan hiljaiseksi, koska todellisessa muodossa syntyvä aminohapposekvenssi ei muutu.

U-käännöksen mutaatio

Se tapahtuu, kun kodonimuutos määrittää aminohappomuutoksen. Tällä mutaatiolla voi olla erilaisia ​​vaikutuksia tuodun uuden aminohapon luonteesta riippuen.

Jos se on luonteeltaan kemiallinen, samanlainen kuin alkuperäinen (synonyymi substituutio), vaikutus tuloksena olevan proteiinin toiminnallisuuteen voi olla vähäinen (tämän tyyppistä muutosta kutsutaan usein konservatiiviseksi muutokseksi).

Kun toisaalta tuloksena olevan aminohapon kemiallinen luonne on hyvin erilainen kuin alkuperäinen, vaikutus voi olla vaihteleva ja tuloksena olevasta proteiinista voidaan tehdä hyödytön (ei-konservatiivinen muutos).

Tällaisen mutaation spesifisellä sijainnilla geenissä voi olla vaihtelevia vaikutuksia. Esimerkiksi, kun mutaatio tapahtuu osassa sekvenssiä, joka johtaa proteiinin aktiiviseen keskukseen, vaurion odotetaan olevan suurempi kuin jos se tapahtuu vähemmän kriittisillä alueilla.

Hölynpölymutaatio

Se tapahtuu, kun muutos tuottaa käännöksen lopetuskodonin. Tämän tyyppinen mutaatio tuottaa yleensä difunktionaalisia proteiineja (katkaistu proteiini).

Lisäykset tai poistot

Niillä on hölynpölymutaatiota vastaava vaikutus, vaikkakaan ne eivät ole identtisiä. Vaikutus syntyy, kun DNA: n lukukehys muuttuu (ilmiö, jota kutsutaan lukukehyksen muutokseksi tai kehyksen muutokseksi).

Tämä variaatio tuottaa lähetti-RNA: n (mRNA), jolla on viive siitä paikasta, jossa mutaatio (insertio tai deleetio) tapahtui, ja siten muutos proteiinin aminohapposekvenssissä. Proteiinituotteet, jotka on saatu geeneistä, joilla on tämäntyyppiset mutaatiot, ovat täysin toimintahäiriöisiä.

poikkeukset

Poikkeus voi johtaa, kun tapahtuu tarkalleen kolmen nukleotidin (tai kolmen kerrannaisen) insertioita tai deleetioita.

Tässä tapauksessa lukukehys pysyy muuttumattomana muutoksesta huolimatta. Siksi ei voida sulkea pois mahdollisuutta, että tuloksena oleva proteiini on toimintahäiriö, joko johtuen aminohappojen sisällyttämisestä (insertion tapauksessa) tai niiden menetyksestä (deleetioiden tapauksessa).

-Toisen skenaarion toiminnalliset seuraukset

Mutaatiot voivat tapahtua säätelyn kaltaisissa sekvensseissä tai muissa sekvensseissä, jotka eivät osallistu proteiinien määrittämiseen.

Näissä tapauksissa mutaatioiden vaikutus on paljon vaikeampi ennustaa. Sitten se riippuu siitä, kuinka pistemutaatio vaikuttaa kyseisen DNA-fragmentin vuorovaikutukseen olemassa olevien monien geeniekspression säätelijöiden kanssa.

Jälleen lukukehyksen rikkoutuminen tai sääntelijän sitomiseen tarvittavan fragmentin yksinkertainen katoaminen voi aiheuttaa vaikutuksia, jotka vaihtelevat proteiinituotteiden toimintahäiriöistä niiden määrien hallinnan puutteeseen.

- Usein tapauksia, jotka johtavat sairauksiin

Esimerkki erittäin harvinaisesta pistemutaatiosta on ns. Aistinvaraisuusmutaatio.

Tämä koostuu lopetuskodonin muuttamisesta koodattavaksi kodoniksi. Tämä on tapaus hemoglobiinivariantista, jota kutsutaan vakiojousemoglobiiniksi (alleelimuunnelma HBA2 * 0001) ja joka johtuu lopetuskodonin UAA muutoksesta kodoniin CAA.

Tässä tapauksessa pistemutaatio johtaa epästabiiliin α-2-hemoglobiiniin, jota pidennetään 30 aminohapolla, aiheuttaen veritaudin, jota kutsutaan alfa-talassemiaksi.

Viitteet

1. Eyre-Walker, A. (2006). Uusien haitallisten aminohappomutaatioiden kuntovaikutusten jakautuminen ihmisillä. Genetiikka, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetiikka.106.057570
2. Hartwell, LH et ai. (2018). Genetiikka geeneistä genomiin. Kuudes painos, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Ihmisgenetiikka: Genetiikan käsitteet, mekanismit ja sovellukset biolääketieteen alalla. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et ai. (2008). Genetiikka lääketieteessä. Seitsemäs painos. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A., ja Cable, K. (2014). Mendelian-mutaatio: unohdettu evoluutiosynteesi. Journal of History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2