ZMIENNOŚĆ I

ZMIENNOŚĆ I

MUTACJE

MUTACJE

Katedra i Zakład Biologii

Medycznej

AM w Bydgoszczy

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ –

różnorodność wartości lub

jakości cech obserwowana u osobników

ZMIENNOŚĆ OSOBNICZA
ZMIENNOŚĆ WEWNĄTRZOSOBNICZA

ZMIENNOŚC GENETYCZNA
ZMIENNOŚĆ FENOTYPOWA
ZMIENNOŚC ŚRODOWISKOWA

ZMIENNOŚĆ
GRUPOWA

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ WEWNĄTRZOSOBNICZA

pomiędzy komórkami danego organizmu

ZMIENNOŚĆ OSOBNICZA

pomiędzy osobnikami należącymi do tej samej

populacji

ZMIENNOŚĆ GRUPOWA

pomiędzy populacjami

ZMIENNOŚĆ (δ

2

)

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ

1. Mutacyjna

-

mutacje genowe

-

mutacje chromosomowe

- inwersje, translokacje, duplikacje,
delecje, izochromosomy, chromosomy

koliste

-

mutacje genomowe

-aneuploidie
- euploidie
- autopoliploidie (triploidie, tetraploidie,

itd.)

- allopoloploidie (amfiploidie)

2. Rekombinacyjna

(rekombinacja

homologiczna,

rekombinacja zlokalizowana, rekombinacja

transpozycyjna)

3. Fluktuacyjna

(ciągła) – daje się określić w

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

4. Alternatywna

(skokowa, nieciągła) – np. układ

grupowy Rh

ZMIENNOŚĆ

ZMIENNOŚĆ

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)

• zachodzi 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

crossing over

)

)

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA (

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA (

c/o

c/o

)

)

• Dotyczy wymiany niehomologicznych, ale

specyficznych fragmentów

• Przykładem tego typu rekombinacji jest

tworzenie przeciwciał i receptorów limfocytów
T

• w komórkach bakteryjnych zachodzi podczas

wbudowywania plazmidów do genomu bakterii

REKOMBINACJA ZLOKALIZOWANA

REKOMBINACJA ZLOKALIZOWANA

• wbudowywanie 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

REKOMBINACJA TRANSPOZYCYJNA

MUTACJE

MUTACJE

MUTACJE

MUTACJE

nagłe i trwałe zmiany w informacji

nagłe i trwałe zmiany w informacji

genetycznej

genetycznej

Rodzaje mutacji:

-

genowe

genowe

- genomowe
-

chromosomowe (aberacje chromosomowe)

chromosomowe (aberacje chromosomowe)

Mutacje są pierwszym źródłem zmienności

Mutacje są pierwszym źródłem zmienności

genetycznej

genetycznej

-

mają charakter przypadkowy i bezkierunkowy

mają charakter przypadkowy i bezkierunkowy

-

mogą powstawać samoistnie

mogą powstawać samoistnie

-

długotrwała ewolucja pozwala na utrwalenie mutacji

długotrwała ewolucja pozwala na utrwalenie mutacji

MUTACJE GENOWE

MUTACJE GENOWE

TRANZYCJA (A/T – G/C)
TRANSWERSJA
DELECJA
INSERCJA

• 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

MUTACJE GENOWE

MUTACJE GENOWE

MUTACJE GENOWE

MUTACJE TYPU ZMIANY SENSU

są wynikiem substytucji

MUTACJE TYPU NONSENS (MUTACJA

STOP)

zmiana kodonu aminokwasowego na

terminalny

MUTACJE ZMIANY FAZY ODCZYTU

są wynikiem insercji lub delecji

MUTACJE CHROMOSOMOWE

MUTACJE CHROMOSOMOWE

DELECJA
INWERSJA
FUZJA CENTRYCZNA
TANDEM FUZJA
TRANSLOKACJA WZAJEMNA
IZOCHROMOSOMY
CHROMOSOMY KOLISTE
DUPLIKACJA

Przegrupowa

Przegrupowa

nie kariotypu

nie kariotypu

BUDOWA CHROMOSOMU

BUDOWA CHROMOSOMU

K

K

A

A

R

R

I

I

O

O

G

G

R

R

A

A

M

M

PŁYTKA METAFAZALNA

PŁYTKA METAFAZALNA

INWERSJA
INWERSJA PARACENTRYCZNA
INWERSJA PERICENTRYCZNA –

(centromer

w obrębie odwróconego fragmentu)

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

TRANSLOKACJA

– przemieszczenie się fragmentu

chromosomu

intrachromosomalna (wewnętrzna)

między homologicznymi

chromosomami

interchromosomalna (zewnętrzna)

między chromosomami

niehomologicznymi

wymienna (wzajemna) wzajemna

wymiana odcinków

między

chromosomami niehomologicznymi, całkowita liczba
chromosomów pozostaje nie zmieniona, a dwa spośród

nich mają

nieprawidłowe kształty .

TRANSPOZYCJA

TRANSPOZYCJA

– translokacja polegająca na przeniesieniu

odcinka z jednego chromosomu do drugiego

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

FUZJA CENTRYCZNA (TRANSLOKACJA

ROBERTSONOWSKA)

- dwa chromosomy akrocentryczne pękają w

pobliżu centromeru

- duże fragmenty zostają połączone, a małe

gubione w podziałach komórkowych

- skutkiem mutacji jest zmiana liczby

chromosomów o 1, z równoczesnym
zachowaniem nie zmienionej liczby ramion
chromosomów

- translokacja zrównoważona
- translokacja niezrównoważona

FUZJA CENTRYCZNA

(TRANSLOKACJA

ROBERTSONOWSKA)

TRANSLOKACJA WZAJEMNA

Powstaje na skutek nieprawidłowego połączenia

pękniętych nici chromatynowych, pochodzących
z dwóch różnych chromosomów.

FUZJA TANDEMOWA

FUZJA TANDEMOWA

Jedno pęknięcie w części końcowej ramienia w

Jedno pęknięcie w części końcowej ramienia w

chromosomie 1/2-ramiennym, a drugie pęknięcie

chromosomie 1/2-ramiennym, a drugie pęknięcie

pod centromerem w ramieniu długim

pod centromerem w ramieniu długim

chromosomu akrocentrycznego.

chromosomu akrocentrycznego.

W wyniku tego duże fragmenty połączą się

W wyniku tego duże fragmenty połączą się

tandemowo, a małe zostaną zgubione.

tandemowo, a małe zostaną zgubione.

TRANSLOKACJA WZAJEMNA

DUPLIKACJA

DUPLIKACJA

-

podwojone

fragmenty mogą
występować jako proste
powtórzenia tandemowe
lub jako odwrócone
względem siebie
powtórzenia fragmentów
chromosomów.

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

DELECJA(deficjencja)

DELECJA(deficjencja)



TERMINALNA

TERMINALNA

- obejmuje

część

dystalną chromosomu



INTERSTYCJALNA

-

fragment środkowy

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

CHROMOSOM KOLISTY

CHROMOSOM KOLISTY

U człowieka chromosomy koliste powstają

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

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

CHROMOSOMY KOLISTE

CHROMOSOMY KOLISTE

IZOCHROMOSOM

IZOCHROMOSOM

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

ABERRACJE CHROMOSOMOWE

MUTACJE GENOMOWE

MUTACJE GENOMOWE

EUPLOIDIA

EUPLOIDIA

–

zmiana liczby genomów w komórce (2n)

(3n) – triploidia, (4n) –tetraploidia, (n )haploidia, monoploidia

Przyczyny powstawania:

Przyczyny powstawania:

- polispermia
- zaburzenia przebiegu mejozy żeńskiej
- podjecie podziału komórkowego przez

spermatogonium/oogonium o nieprawidłowym poziomie

ploidalności

- aktywacja partenogenetyczna

EUPLOIDIE

EUPLOIDIE

są mutacjami letalnymi, powstają de novo

C.D. EUPLOIDIA

C.D. EUPLOIDIA

AUTOPOLIPLOIDIA

AUTOPOLIPLOIDIA

- zwielokrotnienie genomu o ten

sam zestaw chromosomów

np.

AABB(2n)

+

AABB(2n)

=

AAAABBBB(4n)

ALLOPOLIPLOIDIA (AMFIPLOIDIE)

ALLOPOLIPLOIDIA (AMFIPLOIDIE)

zwielokrotnienie

niehomologicznych zespołów chromosomów . Powstają
najczęściej na skutek podwojenia liczby
chromosomów u mieszańców

międzygatunkowych.. Nie występuje u człowieka

np.

AABB(2n)

+

CCDD(2n)

=

AABB

CCDD(4n)

MUTACJE GENOMOWE

MUTACJE GENOMOWE

MUTACJE GENOMOWE

ANEUPLOIDIA

ANEUPLOIDIA-

zmiana liczby chromosomów w

pojedynczych parach homologicznych,

(2n+1) trisomia, (2-1) monosomia,

(2n+2) tetrasomia, (2n+1+1) podwójna trisomia

Przyczyny powstawania:

Przyczyny powstawania:

- nieprawidłowy przebieg podziałów komórkowych (gł.

Anafaza I)

- Większość jest letalna,
- Powodują powstawanie wad rozwojowych
- Niepłodność (aneuploidia chromosomów płci)

TRISOMIA 21 PARY CHROMOSOMÓW

47,XX,+21 (ZESPÓŁ DOWNA)

C.D. ANEUPLOIDIA

C.D. ANEUPLOIDIA

Powstawanie uniparentalnej disomii

Powstawanie uniparentalnej disomii

(UPD)

(UPD)

polega na obecności u diploidalnego

potomka pary chromosomów pochodzących
tylko od jednego rodzica

MUTACJE GENOMOWE

Mutageny

- 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

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

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

MECHANIZMY NAPRAWY DNA

-

usuwanie błędnie sparowanej zasady

- naprawa przez wycinanie zasad

azotowych

- naprawa przez wycinanie

nukleotydów

- naprawa rekombinacyjna
- odpowiedź SOS

MECHANIZMY NAPRAWY DNA