GĒNU MUTĀCIJAS: NO KĀ TĀS SASTĀV, VEIDI UN SEKAS - BIOLOĢIJA - 2025

Ar gēnu mutācijas vai specifiski, ir tie, kuros viens alēle gēnu izmaiņas, kļūstot cits. Šīs izmaiņas notiek gēnā, lokusā vai vietā un var atrasties.

Gluži pretēji, hromosomu mutācijās parasti tiek ietekmēti hromosomu komplekti, visa hromosoma vai tās segmenti. Tie ne vienmēr ietver gēnu mutācijas, lai gan tas varētu notikt hromosomu pārrāvumu gadījumā, kas ietekmē gēnu.

1. attēls. Gēna mutācija, kas kontrolē peles astes formu. Avots: Autors (Fotogrāfijas autore ir Emma Whitelaw, Sidnejas Universitāte, Austrālija.), Via Wikimedia Commons

Izstrādājot molekulāros rīkus, kas tika izmantoti DNS sekvencēšanai, termina punktu mutācija tika no jauna definēta. Mūsdienās šo terminu bieži lieto, lai apzīmētu izmaiņas pārī vai dažos blakus esošos slāpekļa bāzes pāros DNS.

Kas ir mutācijas?

Mutācija ir būtiskais mehānisms, kas ievieš ģenētiskās variācijas populācijās. Tas sastāv no pēkšņām organisma genotipa (DNS) izmaiņām nevis rekombinācijas vai ģenētiskas pārkārtošanās dēļ, bet gan mantojuma vai negatīvu vides faktoru (piemēram, toksīnu un vīrusu) ietekmes dēļ.

Mutācija var pārsniegt pēcnācējus, ja tā notiek dzimumšūnās (olšūnās un spermā). Tas var izraisīt nelielas atšķirības indivīdā, milzīgas variācijas - pat izraisīt slimības - vai arī tās var klusēt bez jebkādas ietekmes.

Ģenētiskā materiāla variācijas var radīt fenotipisko daudzveidību dabā, neatkarīgi no tā, vai tās ir dažādu sugu indivīdi vai pat vienas sugas indivīdi.

Gēnu vai punktu mutāciju izmaiņu veidi

Ir divu veidu gēnu mutācijas izmaiņas:

Slāpekļa bāzes izmaiņas

Tie sastāv no viena slāpekļa bāzu pāra aizstāšanas ar citu. Tie, savukārt, ir sadalīti divos veidos: pārejas un transversijas.

• Pārejas: ietver vienas bāzes aizstāšanu ar citu tās pašas ķīmiskās kategorijas vielu. Piemēram: purīns citam purīnam, adenīns guanīnam vai guanīns adenīnam (A → G vai G → A). Tas var būt arī gadījumā, ja pirimidīnu aizvieto ar citu pirimidīnu, piemēram: citozīns timīnam vai timīns citozīnam (C → T vai T → C).
• Transversijas: ir izmaiņas, kas saistītas ar dažādām ķīmiskajām kategorijām. Piemēram, pāreja no pirimidīna uz purīnu: T → A, T → G, C → G, C → A; vai pirimidīna purīns: G → T, G → C, A → C, A → T.

Pēc vienošanās šīs izmaiņas tiek aprakstītas, atsaucoties uz divpavedienu DNS, un tāpēc pamatiem, kas veido pāri, jābūt detalizētām. Piemēram: pāreja būtu GC → AT, savukārt transversija varētu būt GC → TA.

2. attēls. Punktu mutāciju izmaiņu veidi. Avots: (Autore Sāra - Savs darbs, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Ievietojumi vai svītrojumi

Tie sastāv no gēna nukleotīdu pāra vai vairāku pāru ienākšanas vai iziešanas. Lai gan ietekmētā vienība ir nukleotīds, parasti mēs vienmēr atsaucas uz iesaistītajiem bāzu pāriem vai pāriem.

Sekas

-Pamatjēdzieni

Lai izpētītu gēnu mutāciju sekas, mums vispirms ir jāpārskata divas ģenētiskā koda pamatīpašības.

1. Pirmais ir tas, ka ģenētiskais kods ir deģenerēts. Tas nozīmē, ka tāda paša veida aminoskābes olbaltumvielās var kodēt vairāk nekā viens triplets vai kodons DNS. Šis īpašums nozīmē, ka DNS ir vairāk tripletu vai kodonu nekā aminoskābju tipos.
2. Otrais īpašums ir tāds, ka gēniem ir apturošie kodoni, kurus izmanto translācijas pārtraukšanai olbaltumvielu sintēzes laikā.

-Gēnu mutāciju scenāriji

Statņu mutācijām var būt dažādas sekas, atkarībā no konkrētās vietas, kur tās notiek. Tāpēc mēs varam vizualizēt divus iespējamos scenārijus:

1. Mutācija notiek tajā gēna daļā, kurā tiek kodēts proteīns.
2. Mutācija notiek regulējošās sekvencēs vai cita veida sekvencēs, kas nav iesaistītas olbaltumvielu noteikšanā.

-Funkcionālas pirmā scenārija sekas

Gēnu mutācijas pirmajā scenārijā rada šādus rezultātus:

Klusa mutācija

Tas notiek, mainoties kodonam citam, kas kodē to pašu aminoskābi (tas ir koda deģenerācijas sekas). Šīs mutācijas sauc par klusām, jo ​​reālā izteiksmē iegūtā aminoskābju secība nemainās.

Apgrieziena mutācija

Tā notiek, kad kodona maiņa nosaka aminoskābes izmaiņas. Šai mutācijai var būt atšķirīga ietekme atkarībā no ieviestās jaunās aminoskābes rakstura.

Ja tas pēc būtības ir ķīmisks, līdzīgs oriģinālam (sinonīms aizvietotājs), ietekme uz iegūtā proteīna funkcionalitāti var būt nenozīmīga (šāda veida izmaiņas bieži sauc par konservatīvām izmaiņām).

Ja, no otras puses, iegūtās aminoskābes ķīmiskā daba ir ļoti atšķirīga no sākotnējās, efekts var būt mainīgs, un iegūtais proteīns var tikt padarīts bezjēdzīgs (nekonservatīvas izmaiņas).

Šādas mutācijas specifiskajai atrašanās vietai gēnā var būt dažāda ietekme. Piemēram, ja mutācija notiek daļā no sekvences, kas izraisīs olbaltumvielu aktīvo centru, paredzams, ka kaitējums būs lielāks nekā tad, ja tas notiek mazāk kritiskos reģionos.

Muļķības mutācija

Tas notiek, kad izmaiņas ģenerē tulkošanas pieturas kodonu. Šis mutācijas veids parasti rada difunkcionālos proteīnus (saīsinātu olbaltumvielu).

Ievietojumi vai svītrojumi

Viņiem ir efekts, kas līdzvērtīgs muļķības mutācijai, lai arī nav identisks. Efekts rodas, mainoties DNS lasīšanas kadram (parādība, kas pazīstama kā lasīšanas kadra maiņa vai kadru maiņa).

Šīs variācijas rada Messenger RNS (mRNS) ar nobīdi no vietas, kur notika mutācija (ievietošana vai izdzēšana), un tāpēc mainās olbaltumvielu aminoskābju secība. Olbaltumvielu produkti, kas iegūti no gēniem ar šāda veida mutācijām, būs pilnīgi disfunkcionāli.

Izņēmumi

Izņēmums var rasties, ja tiek ievietoti vai izdzēsti tieši trīs nukleotīdi (vai trīskārtojumi no trim).

Šajā gadījumā, neskatoties uz izmaiņām, lasīšanas ietvars paliek nemainīgs. Tomēr tāpēc nevar izslēgt, ka iegūtais proteīns ir nefunkcionējošs vai nu aminoskābju inkorporācijas dēļ (ievietošanas gadījumā), vai arī to zaudēšanas dēļ (deleciju gadījumā).

-Otrā scenārija funkcionālās sekas

Mutācijas var notikt regulatorveidīgās sekvencēs vai citās sekvencēs, kas nav iesaistītas olbaltumvielu noteikšanā.

Šajos gadījumos mutāciju ietekmi ir daudz grūtāk paredzēt. Tad tas būs atkarīgs no tā, kā punktveida mutācija ietekmē šī DNS fragmenta mijiedarbību ar vairākiem pastāvošajiem gēnu ekspresijas regulatoriem.

Atkal lasāmā rāmja sabojāšana vai regulatora saistīšanai nepieciešamā fragmenta vienkārša pazušana var izraisīt sekas, sākot no olbaltumvielu produktu disfunkcionalitātes un līdz pat to daudzuma kontroles trūkumam.

-Bieži gadījumi, kas izraisa slimības

Ļoti retas punktu mutācijas piemērs ir tā saucamā jēgas palielināšanas mutācija.

Tas sastāv no stopkodona pārveidošanas par kodējošu kodonu. Tas attiecas uz hemoglobīna variantu, ko sauc par pastāvīgu pavasara hemoglobīnu (aleliskais variants HBA2 * 0001), ko izraisa stopkodona UAA maiņa uz kodonu CAA.

Šajā gadījumā punktu mutācijas rezultātā rodas nestabils α-2 hemoglobīna daudzums, kas pagarināts par 30 aminoskābēm, izraisot asins slimību, ko sauc par alfa-talasēmiju.

Atsauces

1. Eyre-Walker, A. (2006). Jauno kaitīgo aminoskābju mutāciju fitnesa efektu sadalījums cilvēkiem. Ģenētika, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / ģenētika.106.057570
2. Hartvels, LH et al. (2018). Ģenētika no gēniem līdz genomiem. Sestais izdevums MacGraw-Hill Education. 849. lpp
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Cilvēka ģenētika: ģenētikas jēdzieni, mehānismi un pielietojumi biomedicīnas jomā. Pearson Education, SA lpp. 289. lpp
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Ģenētika medicīnā. Septītais izdevums. Saunders, lpp. 578. lpp.
5. Stoltzfus, A., un Cable, K. (2014). Mendelian-mutācija: aizmirstās evolūcijas sintēze. Bioloģijas vēstures žurnāls, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2