GÉNMUTÁCIÓK: MIBEN ÁLLNAK, TÍPUSUK ÉS KÖVETKEZMÉNYEIK - BIOLÓGIA - 2026

A génmutációk vagy specifikusak azok, amelyekben egy gén allélja megváltozik, és különbözik. Ez a változás egy génen belül, egy lókuszon vagy ponton történik, és megtalálható.

Ellenkezőleg, a kromoszómális mutációkban a kromoszómakészletek, a teljes kromoszóma vagy annak szegmensei általában érintettek. Nem feltétlenül tartalmaznak génmutációkat, bár előfordulhatnak olyan kromoszóma-törések esetén, amelyek befolyásolják a gént.

1. ábra. Az egér farok alakját szabályozó gén mutációja. Forrás: Írta (Fénykép Emma Whitelaw, Sydney Egyetem, Ausztrália.), Via Wikimedia Commons

A DNS-szekvenáláshoz alkalmazott molekuláris eszközök fejlesztésével a pontmutáció fogalmát újradefiniáltuk. Manapság ezt a kifejezést gyakran a pár vagy néhány szomszédos nitrogéntartalmú bázispárban bekövetkező változásokra utalják a DNS-ben.

Mik a mutációk?

A mutáció az alapvető mechanizmus, amely genetikai variációt vezet be a populációkban. A szervezet genotípusának (DNS) hirtelen megváltozásából áll, nem rekombináció vagy genetikai átrendeződés miatt, hanem öröklés vagy negatív környezeti tényezők (például toxinok és vírusok) hatása miatt.

Egy mutáció túllépheti az utódokat, ha csírasejtekben (petesejtekben és spermákban) fordul elő. Kisebb eltéréseket okozhat az egyénben, hatalmas variációk - akár betegségeket is okozhatnak -, vagy hallgathatnak, bármilyen hatás nélkül.

A genetikai anyag variációi ezután fenotípusos sokféleséget generálhatnak a természetben, legyen az különféle fajok egyének vagy akár ugyanazon faj között.

A gén- vagy pontmutációs változások típusai

Kétféle génmutációs változás létezik:

A nitrogén bázis megváltozik

Ezek egy nitrogéntartalmú bázis helyettesítéséből állnak. Ezek viszont két típusra oszthatók: átmenetekre és transzverziókra.

• Átmenetek: magában foglalja az egyik bázis helyettesítését ugyanabba a kémiai kategóriába. Például: purin másik purinhoz, adenin guaninhoz vagy guanin adeninhez (A → G vagy G → A). Előfordulhat például egy pirimidin helyettesítése egy másik pirimidinnel, például: citozin a timin számára vagy timin a citozin számára (C → T vagy T → C).
• Transzverziók: változások, amelyek különböző kémiai kategóriákat tartalmaznak. Például a pirimidinről purinra történő váltás esetén: T → A, T → G, C → G, C → A; vagy pirimidin purin: G → T, G → C, A → C, A → T.

Megállapodás szerint ezeket a változásokat a kettős szálú DNS-re hivatkozva írják le, ezért a párt alkotó bázisoknak részleteseknek kell lenniük. Például: egy átmenet GC → AT, míg egy transzverzió lehet GC → TA.

2. ábra. A pontmutáció változásai. Forrás: (Sara által - Saját munka, CC BY-SA 3.0,

Beillesztések vagy törlések

Ezek egy gén nukleotidpárjának vagy többpáros nukleotidjainak belépéséből vagy kilépéséből állnak. Noha az érintett egység a nukleotid, általában mindig az érintett bázispárra vagy párokra utalunk.

következmények

- Alapvető fogalmak

A génmutációk következményeinek tanulmányozásához először át kell vizsgálnunk a genetikai kód két alapvető tulajdonságát.

1. Az első az, hogy a genetikai kód degenerált. Ez azt jelenti, hogy a fehérjében az azonos típusú aminosavat egynél több hármas vagy kodon kódolhatja a DNS-ben. Ez a tulajdonság azt jelenti, hogy több hármas vagy kodon létezik a DNS-ben, mint az aminosavak típusai.
2. A második tulajdonság az, hogy a gének stopkodonokat tartalmaznak, amelyeket a transzláció befejezéséhez használnak a fehérje szintézis során.

-Génmutációk forgatókönyvei

A strut mutációknak különböző következményei lehetnek, attól függően, hogy hol fordulnak elő. Ezért két lehetséges forgatókönyvet vizualizálhatunk:

1. A mutáció a gén azon részében történik, amelyben a fehérjét kódolja.
2. A mutáció szabályozó szekvenciákban vagy más típusú szekvenciákban fordul elő, amelyek nem vesznek részt a fehérje meghatározásában.

-Az első forgatókönyv funkcionális következményei

Az első forgatókönyvben szereplő génmutációk a következő eredményeket generálják:

Csendes mutáció

Ez akkor fordul elő, amikor egy kodon megváltozik egy másik ellen, amely ugyanazt az aminosavat kódolja (ez a kód degenerációjának következménye). Ezeket a mutációkat néma néven hívják, mivel a kapott aminosav-szekvencia valós értelemben nem változik.

U-mutáció

Abban az esetben fordul elő, amikor a kodonváltozás meghatározza az aminosav-változást. Ennek a mutációnak különböző hatása lehet, a bevitt új aminosav jellegétől függően.

Ha kémiai természetű, hasonló az eredetihez (szinonim helyettesítés), akkor a keletkező fehérje funkcionalitására gyakorolt ​​hatás elhanyagolható (az ilyen típusú változást gyakran konzervatív változásnak nevezik).

Ha viszont a kapott aminosav kémiai jellege nagyon hasonlít az eredetihez, a hatás változhat, és a kapott protein felhasználhatatlanná válhat (nem konzervatív változás).

Az ilyen mutáció génen belüli specifikus elhelyezkedése változó hatásokkal járhat. Például, ha a mutáció a szekvencia egy részében történik, amely a fehérje aktív központját eredményezi, a károsodás várhatóan nagyobb lesz, mint ha kevésbé kritikus régiókban fordul elő.

Képtelenség mutáció

Ez akkor fordul elő, amikor a változás transzlációs stop kodont hoz létre. Az ilyen típusú mutáció általában difunkciós fehérjéket (csonka fehérjét) termel.

Beillesztések vagy törlések

A nonszensz mutációval egyenértékű hatásuk van, bár nem azonos. A hatás akkor fordul elő, amikor a DNS-leolvasási keret megváltozik (egy olyan jelenség, amelyet leolvasási keret eltolásnak vagy kereteket váltásnak hívnak).

Ez a variáció olyan messenger RNS-t (mRNS) hoz létre, amely a mutáció (beiktatás vagy deléció) helyétől elmarad, és ennek következtében megváltozik a fehérje aminosav-szekvenciája. Az ilyen típusú mutációkkal rendelkező génekből nyert fehérjetermékek teljesen diszfunkcionálisak lesznek.

Kivételek

Kivétel akkor jöhet létre, ha pontosan három nukleotid (vagy háromszoros) inszerciója vagy deléciója történik.

Ebben az esetben a változás ellenére az olvasási keret változatlan marad. Ezért nem zárható ki, hogy a kapott protein diszfunkcionális legyen, akár az aminosavak beépülése miatt (beillesztés esetén), akár azok elvesztése miatt (deléciók esetén).

-A második forgatókönyv funkcionális következményei

A mutációk szabályozó szerű szekvenciákban vagy más szekvenciákban fordulhatnak elő, amelyek nem vesznek részt a fehérjék meghatározásában.

Ezekben az esetekben a mutációk hatását sokkal nehezebb megjósolni. Ez attól fog függni, hogy a pontmutáció hogyan befolyásolja a DNS ezen fragmentumának kölcsönhatását a létező gén expresszió több szabályozójával.

Ismét a leolvasási keret eltörése vagy a szabályozó megkötéséhez szükséges fragmens egyszerű elvesztése olyan hatásokat válthat ki, amelyek a fehérjetermékek diszfunkcionális képességétől egészen a kontroll hiányáig terjednek.

- Gyakori betegségekhez vezető esetek

Egy nagyon ritka pontmutációra példa az úgynevezett érzékszervi mutáció.

Ez abból áll, hogy a stop-kodont kódoló kodonná alakítják. Ez a helyzet a folyamatos tavaszi hemoglobinnak nevezett hemoglobinvariánsnak (HBA2 * 0001 alléles változat), amelyet az UAA stop kodon CAA kodonra történő megváltozása okoz.

Ebben az esetben a pontmutáció instabil α-2 hemoglobint eredményez 30 aminosavval, ami vérbetegséget okoz, amelyet alfa-talasémianak hívnak.

Irodalom

1. Eyre-Walker, A. (2006). Az új ártalmas aminosav mutációk fitneszhatásainak megoszlása ​​az emberekben. Genetics, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetika.105.057570
2. Hartwell, LH és mtsai. (2018). Genetika a génekről a genomokra. Hatodik kiadás, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Emberi genetika: A genetika fogalmai, mechanizmusai és alkalmazásai a biomedicina területén. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL és mtsai. (2008). Genetika az orvostudományban. Hetedik kiadás. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A. és Cable, K. (2014). Mendelian-mutáció: Az elfelejtett evolúciós szintézis. Journal of History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2