ZMIENNOŚĆ I MUTACJE

ZMIENNOŚĆ

Zmienność-występowanie dziedzicznych
lub niedziedzicznych różnic:
▪ zmienność wewnątrzosobnicza -
pomiędzy komórkami danego organizmu
▪ zmienność osobnicza - pomiędzy
osobnikami należącymi do tej samej
populacji ,
▪ zmienność grupowa - pomiędzy
populacjami .

ZMIENNOŚĆ

1. Mutacyjna

-

mutacje genowe

(tranzycje, transwersje,

delecje, insercje, inwersje)

-

mutacje chromosomowe

:

- strukturalne (inwersje, translokacje,

duplikacje,

delecje, izochromosomy, chromosomy

koliste)

- liczbowe-aneuploidie (monosomie,

nullisomie,

trisomie)
-

euploidie

(genomowe):

- autopoliploidie (triploidie, tetraploidie,

itd.)

- allopoloploidie (amfiploidie)

2. Rekombinacyjna

(rekombinacja

homologiczna,

rekombinacja zlokalizowana, rekombinacja

transpozycyjna)

3. Fluktuacyjna

(ciągła)

4. Alternatywna

(skokowa)

ZMIENNOŚĆ

• Zmienność fluktuacyjna (ciągła) – daje się

określić w jednostkach miary (wzrost, masa
ciała, IQ, liczba krwinek, pigmentacja włosów i
skóry)

• Zmienność alternatywna (skokowa, nieciągła) –

np. układ grupowy Rh

ZMIENNOŚĆ FENOTYPOWA

REKOMBINACJE

– procesy wymiany

fragmentów DNA między chromosomami

homologicznymi lub dwuniciowymi

helisami DNA. Rekombinacje nie prowadzą do

wytworzenia nowych alleli genów, ale do

ciągłego ich przetasowywania i powstawania

różnych kombinacji genotypów.

ZMIENNOŚĆ DZIEDZICZNA

(REKOMBINACJE I MUTACJE)

•

Zjawisko prowadzące do rekombinacji genetycznej
sprzężonych genów polegające na wymianie
odpowiadających sobie położeniem odcinków
między homologicznymi grupami sprzężeń
(chromosomami)

•

Zachodzi w wyniku symetrycznych pęknięć i
ponownego połączenia się odcinków chromatyd
chromosomów homologicznych po ich wzajemnej
wymianie w pachytenie i/lub diplotenie mejozy

•

Występuje również somatyczny , czyli mitotyczny
crossing over , który polega na wymianie
siostrzanych chromatyd w obrębie jednego
chromosomu. Występuje rzadko i z różną
częstością w chromosomach .

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA

(crossing over)

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA

(crossing over)

• Dotyczy wymiany niehomologicznych, ale

specyficznych fragmentów

• Przykładem tego typu rekombinacji jest

tworzenie przeciwciał i receptorów limfocytów
T

• W komórkach bakteryjnych rekombinacja

zlokalizowana zachodzi podczas
wbudowywania plazmidów do genomu bakterii.

REKOMBINACJA ZLOKALIZOWANA

• Zachodzi podczas wbudowywania transpozonów w

nowe miejsce genomu

• Transpozony są to ruchome elementy genomu

zawierające geny kodujące transpozazę (enzym o
aktywności nukleazy)

• Najprostszym przykładem transpozonów są

sekwencje insercyjne (IS)

• W rekombinacji transpozycyjnej wymagane jest

istnienie specyficznej sekwencji DNA w miejscu
akceptorowym dla IS. Sekwencja ta ulega duplikacji,
a IS wbudowywana jest między podwojony fragment.

• Oprócz genów transpozazy transpozon może

zawierać inne geny – jest to tzw. transpozon złożony

REKOMBINACJA TRANSPOZYCYJNA

• Termin „

mutacja

” wprowadził H. De Vries w

1909r

• Mutacja

jest to zmiana dziedziczna powstająca

na skutek zmiany genu w jego nowy allel
(mutacja genowa), zmiany struktury
chromosomu (mutacja chromosomowa),
zmiany liczby chromosomów (mutacja
liczbowa), bądź zwielokrotnienie haploidalnego
zestawu chromosomów (mutacja genomowa)

MUTACJE

• każda zmiana sekwencji nukleotydów w

obrębie genu , inna od sekwencji genu
wyjściowego (powstaje nowy allel genu)

• dotyczy genów kodujących białka

strukturalne i enzymatyczne

MUTACJE GENOWE

• Tranzycja

– zamiana jednej zasady purynowej

na drugą purynową , lub pirymidynowej na
inną pirymidynową.

• Traswersja

– zamiana zasady purynowej na

pirymidynową lub odwrotnie.

• Delecja

– wypadnięcie pojedynczej lub większej

liczby par nukleotydów z danego genu.

• Insercja

– wstawienie pojedynczej lub większej

liczby par nukleotydów do danego genu .

MUTACJE GENOWE

• Mutacje nonsensowne

i zmiany

odczytu prowadzą zwykle do
całkowitej utraty aktywności enzymu
(przerwanie syntezy).

• Mutacje zmiany sensu

prowadzą do

syntezy enzymów o zmienionych
właściwościach chemicznych i
fizycznych .

• Mutacje nieme

– nowy kodon jest

synonimiczny z kodonem przed
mutacją.

MUTACJE GENOWE

1.

Aberracje chromosomowe strukturalne

• Inwersja

– (odwrócenie o 180

o

) na skutek

pęknięć jednego chromosomu i połączenia
wolnych jego końców w odwrotnym
kierunku .

→ paracentryczna obejmuje odcinek

chromosomu bez

centromeru
→ perycentryczna obejmuje fragment z

centromerem .

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

• Translokacja

– przemieszczenie się fragmentu chromosomu

w inne miejsce tego samego lub innego chromosomu.

→ T. intrachromosomalna (wewnętrzna) między homologicznymi
chromosomami
→ T. interchromosomalna (zewnętrzna) między chromosomami
niehomologicznymi
→ T. wymienna (wzajemna) wzajemna wymiana odcinków między
chromosomami niehomologicznymi, całkowita liczba
chromosomów pozostaje nie zmieniona, a dwa spośród nich

mają

nieprawidłowe kształty .

Traspozycja

– translokacja polegająca na przeniesieniu

odcinka z

jednego chromosomu do drugiego .

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

TRANSLOKACJA WYMIENNA

(WZAJEMNA)

• TRANSLOKACJA ROBERTSONOWSKA:

 

Łączą się całe lub prawie całe ramiona

długie dwóch różnych chromosomów

(połączenia centryczne). Miejscem połączenia

jest rejon centromeru. Dochodzi do utraty

funkcjonalnie nieistotnej części materiału

genetycznego ( ramiona krótkie ) .

Translokacja robertsonowska zrównoważona

-

nie zmienia się ilość materiału genetycznego.

Brak objawów fenotypowych.

Translokacja robertsonowska

niezrównoważona

-ilość materiału genetycznego

powiększa się. Fenotypowe ujawnienie choroby

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

• Duplikacja

– podwojenie

tych samych odcinków
chromosomów (podwojenie
kopii genów). Podwojone
fragmenty mogą występować
jako bezpośrednie
powtórzenia (proste
powtórzenia tandemowe) lub
jako odwrócone względem
siebie powtórzenia
fragmentów chromosomów.

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

• Delecja (deficjencja)

–

utrata odcinka
chromosomu.

→ d. terminalna obejmuje

część

dystalną chromosomu

→ d. interstycjalna obejmuje

fragment środkowy

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

• Chromosom kolisty

– powstaje w wyniku

pęknięcia, a następnie połączenia końców
chromosomu.

U człowieka chromosomy koliste powstają

najczęściej z chromosomów 4 , 13 , 18 pary
oraz chromosomu X .

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

• Izochromosom

– powstaje w

wyniku nieprawidłowego ,
poprzecznego podziału
centromeru chromosomu
metafazowego. Składa się on
tylko z połączonych ramion
długich lub krótkich. Powstanie
izochromosomów powoduje
ubytek genów zawartych w
utraconych ramionach i
podwojenie ich liczby w
ramionach , które utworzyły
chromosom. Powstają zarówno z
autosomów jak i chromosomu X .

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

2. Aberracje liczbowe
• Aneuploidie

– powstają w wyniku zwiększenia

lub zmniejszenia diploidalnej liczby chromosomów
o pojedyncze chromosomy .

Zapis

2n + a

lub

2n – a

, gdzie

n

to haploidalna

liczba chromosomów ,

a

to liczba chromosomów

podlegających zmianom ilościowym .

Powstawanie uniparentalnej disomii (UPD)

- polega na obecności u diploidalnego potomka

pary

chromosomów pochodzących tylko od jednego
rodzica .

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

TRISOMIA 21 PARY CHROMOSOMÓW

47,XX,+21 (ZESPÓŁ DOWNA)

• Euploidie

– zwielokrotnienie całego podstawowego zespołu

chromosomów. Zapis 3n, 4n, 5n, itd.

→

autopoliploidie

- garnitur chromosomów jest

zwielokrotniony

o ten sam zestaw chromosomów.
Autopoliploidie są u człowieka letalne i prowadzą do

poronień.

np. AABB(2n) + AABB(2n) = AAAABBBB(4n)

→

allopoliploidie (amfiploidie)

zwielokrotnienie

niehomologicznych

zespołów chromosomów . Powstają najczęściej na skutek
podwojenia liczby chromosomów u mieszańców
międzygatunkowych. Ten typ aberracji nie występuje u
człowieka .
np. AABB(2n) + CCDD(2n) = AABBCCDD(4n)

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

Mutageny

to czynniki indukujące powstawanie

mutacji znacznie ponad poziom mutacji

spontanicznych.

Mutageny mogą powodować:
• Transformację nowotworową (kancerogeneza)
• Wady rozwojowe (teratogeneza)
• Śmierć komórek (całego organizmu)

Czynniki mutagenne podzielono na:
• Fizyczne (np. UVA, UVB, promieniowanie X)
• Chemiczne (np. niektóre leki, środki konserwujące i

inne)

• Biologiczne (wirusy brodawczaka ludzkiego i inne)

CZYNNIKI MUTAGENNE

• uszkodzenia DNA, przed ich naprawą, są

rozpoznawane przez enzymy reparacyjne:

- polimerazy DNA: jądrowe (α, β, δ, ε)i

polimeraza mitochondrialna (γ)

- ligazy DNA
- glikozylazy DNA
- endonukleazy apurynowe/apirymidynowe (5’-

AP i 3’-AP)

- białka pomocnicze
- fotoliazy DNA
- metyotransferaza o

6

-metyloguanina-DNA

(MGMT)

MECHANIZMY NAPRAWY DNA

• Naprawa DNA może być kompletna i niekompletna

• W przypadku braku możliwości naprawy DNA

komórka powinna ulec programowanej śmierci
komórki-apoptozie

• Procesy naprawy zachodzą w okresie

przedreplikacyjnym, podczas replikacji lub w
okresie poreplikacyjnym

• Szybkość naprawy chromatyny aktywnej

transkrypcyjnie jest większa niż nieaktywnej
chromatyny

MECHANIZMY NAPRAWY DNA

-

usuwanie błędnie sparowanej zasady

- naprawa przez wycinanie zasad

azotowych

- naprawa przez wycinanie

nukleotydów

- naprawa rekombinacyjna
- odpowiedź SOS

MECHANIZMY NAPRAWY DNA