GÉNOVÉ MUTÁCIE: Z ČOHO POZOSTÁVAJÚ, TYPY A DÔSLEDKY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto mutácie v géne alebo špecifická, sú tie, v ktorých jedna alela zmeny génu, stáva inú. Táto zmena sa vyskytuje v géne, v mieste alebo bode a môže byť lokalizovaná.

Naopak, pri chromozómových mutáciách sú zvyčajne postihnuté sady chromozómov, celý chromozóm alebo jeho segmenty. Nezahŕňajú nevyhnutne génové mutácie, hoci k tomu môže dôjsť v prípade chromozómových zlomov, ktoré ovplyvňujú gén.

Obrázok 1. Mutácia v géne, ktorý riadi tvar chvosta myši. Zdroj: Autor (fotografie s láskavým dovolením Emmy Whitelaw, University of Sydney, Austrália.), Via Wikimedia Commons

S vývojom molekulárnych nástrojov aplikovaných na sekvenovanie DNA sa znovu definovala pojem bodová mutácia. Dnes sa tento termín často používa na označenie zmien v páre alebo v niekoľkých susedných pároch dusíkatých báz v DNA.

Čo sú mutácie?

Mutácia je kvintesenciálny mechanizmus, ktorý zavádza genetické variácie v populáciách. Pozostáva z náhlej zmeny v genotype (DNA) organizmu, nie v dôsledku rekombinácie alebo genetického preusporiadania, ale v dôsledku dedičstva alebo v dôsledku negatívnych environmentálnych faktorov (ako sú toxíny a vírusy).

Mutácia môže prekročiť potomstvo, ak sa vyskytne v zárodočných bunkách (vajíčka a spermie). Môže spôsobiť malé variácie v individuálnych, obrovských variáciách - dokonca spôsobovať choroby - alebo môžu mlčať, bez akéhokoľvek účinku.

Variácie v genetickom materiáli môžu potom generovať fenotypovú diverzitu v prírode, či už medzi jedincami rôznych druhov alebo dokonca rovnakými druhmi.

Druhy génových alebo bodových mutačných zmien

Existujú dva typy génových mutačných zmien:

Zmeny dusíkatej bázy

Pozostávajú zo substitúcie jedného páru dusíkatých báz za iný. Sú zasa rozdelené do dvoch typov: prechody a prevody.

• Prechody: zahŕňajú nahradenie jednej bázy za inú z tej istej chemickej kategórie. Napríklad: purín pre iný purín, adenín pre guanín alebo guanín pre adenín (A → G alebo G → A). Môže tiež ísť o substitúciu pyrimidínu za iný pyrimidín, napríklad: cytozín za tymín alebo tymín za cytozín (C ^ T alebo T ^ C).
• Prevody: sú zmeny, ktoré zahŕňajú rôzne chemické kategórie. Napríklad prípad zmeny z pyrimidínu na purín: T → A, T → G, C → G, C → A; alebo purín pre pyrimidín: G → T, G → C, A → C, A → T.

Zvyčajne sú tieto zmeny opísané s odkazom na dvojvláknovú DNA, a preto musia byť podrobne opísané bázy, ktoré tvoria pár. Napríklad: prechod by bol GC → AT, zatiaľ čo prevod by mohol byť GC → TA.

Obrázok 2. Typy zmien mutácie bodu. Zdroj: (Autor: Sara - Vlastné dielo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Vloženia alebo odstránenia

Pozostávajú zo vstupu alebo výstupu z páru alebo viacerých párov nukleotidov génu. Aj keď je jednotkou, ktorá je ovplyvnená, nukleotid, vždy sa vždy hovorí o príslušnom páre alebo pároch báz.

dôsledky

-Základné pojmy

Aby sme mohli študovať následky génových mutácií, musíme najskôr preskúmať dve základné vlastnosti genetického kódu.

1. Prvým je, že genetický kód je degenerovaný. To znamená, že rovnaký typ aminokyseliny v proteíne môže byť kódovaný viac ako jedným tripletom alebo kodónom v DNA. Táto vlastnosť znamená, že v DNA existuje viac tripletov alebo kodónov ako typov aminokyselín.
2. Druhou vlastnosťou je, že gény majú stop kodóny, ktoré sa používajú na ukončenie translácie počas syntézy proteínov.

-Scenáre génových mutácií

Strutové mutácie môžu mať rôzne následky v závislosti od konkrétneho miesta, kde sa vyskytujú. Preto si vieme predstaviť dva možné scenáre:

1. K mutácii dochádza v časti génu, v ktorej je proteín kódovaný.
2. K mutácii dochádza v regulačných sekvenciách alebo iných typoch sekvencií, ktoré sa nezúčastňujú na stanovení proteínu.

- Funkčné následky prvého scenára

Génové mutácie v prvom scenári vedú k týmto výsledkom:

Tichá mutácia

Stáva sa to, keď sa kodón zmení za iný, ktorý kóduje rovnakú aminokyselinu (je to dôsledok degenerácie kódu). Tieto mutácie sa nazývajú tiché, pretože v skutočnosti sa výsledná aminokyselinová sekvencia nemení.

Mutácia na obrátku

Vyskytuje sa, keď zmena kodónu určuje zmenu aminokyseliny. Táto mutácia môže mať rôzne účinky v závislosti od povahy novej zavedenej aminokyseliny.

Ak je to chemická látka podobná pôvodnej (synonymná substitúcia), účinok na funkčnosť výsledného proteínu môže byť zanedbateľný (tento typ zmeny sa často nazýva konzervatívna zmena).

Ak je na druhej strane chemická povaha výslednej aminokyseliny veľmi odlišná od pôvodnej, účinok môže byť variabilný a výsledný proteín môže byť nepotrebný (nekonzervatívna zmena).

Špecifické umiestnenie takejto mutácie v géne môže mať rôzne účinky. Napríklad, keď dôjde k mutácii v časti sekvencie, ktorá spôsobí vznik aktívneho centra proteínu, očakáva sa, že poškodenie bude väčšie, ako keby sa vyskytlo v menej kritických oblastiach.

Nezmyslová mutácia

Stáva sa to, keď zmena vygeneruje stop kodón translácie. Tento typ mutácie obvykle produkuje difunkčné proteíny (skrátený proteín).

Vloženia alebo odstránenia

Majú účinok rovnocenný nezmyselnej mutácii, hoci nie sú identické. Účinok nastane, keď sa zmení čítací rámec DNA (jav známy ako posun čítacieho rámca alebo posun snímok).

Táto variácia produkuje messengerovú RNA (mRNA) s oneskorením od miesta, kde sa vyskytla mutácia (inzercia alebo delécia), a preto zmena v aminokyselinovej sekvencii proteínu. Proteínové produkty získané z génov s týmito typmi mutácií budú úplne nefunkčné.

výnimky

Výnimka by mohla nastať, keď dôjde k inzerciám alebo deléciám presne troch nukleotidov (alebo násobkov troch).

V tomto prípade, napriek zmene, čítací rámec zostáva nezmenený. Preto nie je možné vylúčiť, že výsledný proteín je dysfunkčný, buď v dôsledku inkorporácie aminokyselín (v prípade inzercie) alebo v dôsledku ich straty (v prípade delécií).

- Funkčné následky druhého scenára

K mutáciám môže dôjsť v regulačných sekvenciách alebo iných sekvenciách, ktoré sa nezúčastňujú na určovaní proteínov.

V týchto prípadoch je účinok mutácií oveľa ťažšie predvídateľný. Bude potom závisieť od toho, ako bodová mutácia ovplyvňuje interakciu tohto fragmentu DNA s viacerými regulátormi génovej expresie, ktoré existujú.

Rozbitie čítacieho rámca alebo jednoduchá strata fragmentu potrebného na naviazanie regulátora môže opäť spôsobiť účinky, ktoré siahajú od dysfunkcie proteínových produktov až po nedostatočnú kontrolu ich množstva.

-Časté prípady, ktoré vedú k chorobám

Príkladom veľmi zriedkavej bodovej mutácie je takzvaná zisková mutácia.

To spočíva v transformácii stop kodónu na kódujúci kodón. Toto je prípad variantu hemoglobínu nazývaného hemoglobín s konštantnou jarou (alelový variant HBA2 * 0001), ktorý je spôsobený zmenou stop kodónu UAA na kodón CAA.

V tomto prípade vedie bodová mutácia k nestabilnému a-2 hemoglobínu rozšírenému o 30 aminokyselín, čo spôsobuje ochorenie krvi nazývané alfa-talasémia.

Referencie

1. Eyre-Walker, A. (2006). Distribúcia fitness účinkov nových škodlivých mutácií aminokyselín u ľudí. Genetics, 173 (2), 891 - 900. doi: 10,1534 / genetika.106.057570
2. Hartwell, LH a kol. (2018). Genetika od génov k genomom. Šieste vydanie, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Ľudská genetika: Koncepty, mechanizmy a aplikácie genetiky v oblasti biomedicíny. Pearson Education, SA s. 289
4. Nussbaum, RL a kol. (2008). Genetics in Medicine. Siedme vydanie. Saunders, str. 578.
5. Stoltzfus, A. a Cable, K. (2014). Mendeliánska mutácia: zabudnutá evolučná syntéza. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501 - 546. doi: 10,1007 / s10739-014-9383-2