Biologia, wykład I. 05-10-2010
Mutacje, czynniki mutagenne, mechanizmy
Mutacje:
1. Genowe
2. Chromosomowe – aberracje chromosomowe liczbowe i strukturalne
3. Genomowe - zwielokrotnienie haploidalnego zestawu chromosomów (23n halplo)
Mężczyzna: 46, XY
Kobieta: 46, XX
Mutacje dzielÄ… siÄ™ na:
Spontaniczne – np. częstość mutacji to 10^8 lub 10^9
Indukowane – powstają w wyniku oddziaływania mutagenu na DNA (czynnik toksychemiczny)
^ Pomiędzy powyższymi nie występują różnice jakościowe, a ilościowe występują.
Mutacje:
1. Trwałe (utrwalone) mają inną sekwencję nukleotydów niż pierwotna
2. Nietrwałe – zachodzą, ale są eliminowane przez np. polimerazy DNA
Delecja – utrata jednej lub kilku par zasad z łańcuchowych DNA
Insercja (addycja) – wstawienie jednej lub kilku par zasad do łańcucha DNA
Tranzycja – zmiana zasady purynowej na inną purynowa np. AG lub zasady pirymidynowej na inną pirymidynową CT
Tranzwersja – zmiana zasady purynowej na pirymidynową (i odwrotnie)
Mutacje wsteczne
mutacja postępowa
Gen dziki gen zmutowany
mutacja wsteczna
Test Amesa – wykorzystuje się zmutowane bakterie Salmonella typhimurium. (metoda diagnostyczna służąca do wykrywania siły mutagenu, czyli odpowiadająca na pytanie, czy badany czynnik wywołuje mutację).
Mutacje:
Ciche – zmiany zachodzą w DNA w niekodujących elementach genów i nieregulatorowych regionach DNA. 97% ludzkiego genomu może ulec mutacji bez wpływu na jego funkcjonowanie (brak zmian fenotypowych). Genotyp człowieka zawiera 3mld par zasad. Tylko 2% genomu człowieka to części kodujące. Obecnie zostało zidentyfikowane 30-40tys genów.
Synonimiczne – mutacja w trzeciej zasadzie kodonu, nowy kodon koduje ten sam aminokwas, co kodon przed mutacją cichą, ponieważ nie wpływa na kodującą funkcję genomu, nie powoduje zamiany aminokwasu.
Niesynonimiczna – mutacja zmiany sensu (mis sens) – w wyniku mutacji nowy kodon koduje inny aminokwas, powstające białko będzie zawierało jeden inny aminokwas.
Mutacja nonsensowna (UAA, UAG, UGA) – kodon kodujący zamieniony jest na kodon terminacyjny STOP – powstaje skrócone białko. WYJĄTEK: Ominięcie kodonu terminacyjnego – mutacja zmieniająca kodon stop na taki, któryy koduje aminokwas, powstające białko jest wydłużone o dalsze aminokwasy na końcu C’.
Skutki delecji lub insercji:
-jeżeli liczba usuniętych lub wstawionych nukleotydów wynosi 3 lub wielokrotność trzech, dochodzi do usunięcia lub wstawienia jednej lub większej ilości kodonów, wówczas kodowane białko traci lub zyskuje aminokwasy.
jeżeli liczba utraconych lub wstawionych nukleotydów nie jest równa 3 lub wielokrotnościom liczb dochodzi do przesunięcia ramki odczytu, wszystkie kodony poniżej miejsca mutacji będą odczytywane w innej fazie niż w genie przed mutacją, powstaje białko będzie miało zmienioną sekwencję aminokwasów po C-końcowej stronie od miejsca mutacji, np. dystrofia mięśniowa.
Mutacje/aberracje chromosomowe
- wszelkie zmiany w liczbie i strukturze chromosomów, powstają w komórkach somatycznych lub gametach. Mogą być dziedziczone od rodziców lub powstawać de novo.
Aberracje liczbowe – aneuploidie – zestaw chromosomów, których liczba nie stanowi wielokrotności liczby haploidalnej, np. 47, XX+21 (zespół Downa).
Aneupoidia – powstaje w wyniku nierozdzielenia się chromosomów homologicznych (non dysjunkcja) lub chromatyd siostrzanych podczas podziału mejotycznego. Nondysjunkcja częściej może występować w oogenezie niż spermatogenezie. W wyniku non dysjunkcji powstają nieprawidłowe gamety disomiczne lub nullisomiczne. Nondysjunkcja mitotyczna prowadzi do powstania mozaikowatości chromosomowej tj obecności dwóch linii komórkowych o odmiennych kariotypach np. 46, XX/47, XX+21
Aberracje strukturalne chromosomów:
-Aberracje chromosowe – obejmują dwie chromatydy wywołują je promienie jonizujące, powstają w fazie G1 lub G0
Translokacje (zrównoważone, niezrównoważone)
Inwersje (para centryczne, periocentryczne)
Delecje (terminalne, interstycjalne)
Duplikacje
Izochromowe
Chromosomy di centryczne
Chromosomy pierścieniowe
Aberracje strukturalne
Aberracje chromatynowe – dotyczą jednej chromatydy, wywołane są głownie przez mutageny chemiczne. Powstają w późnej fazie S lub G2 cyklu komórkowego.
Mutacje genomowe.
Euploidie (poliploidzie)
Triploidia (3n=69, XXY) powstaje w wyniku zapłodnienia oocytu przez dwa plemniki (dispermia) lub połączenie dwóch gamet, z których jedna jest diploidalna.
Tetrapoidia (4n=92, XXYY) skutek braku pierwszego podziału zygoty powodujące podwojenie liczby chromosomów bezpośrednio po zapłodnieniu.
Poliploidia u człowieka jest cechą letalną.
Czynniki mutagenne – powstają pod wpływem działania mutagenów.
Mutageny – czynniki indukujące powstawanie mutacji ponad poziom mutacji spontanicznych
Czynniki mutagenne:
Fizyczne – promieniowanie jonizujące (X, gamma, kosmiczne) lub promieniowanie niejonizujące (UVA, UVB, UVC)
Chemiczne
Biologiczne
Mutagenne działanie promieniowania jonizującego:
Szczególnie wrażliwe są komórki szpiku kostnego i nabłonka przewodu pokarmowego lub plemnikotwórczego.
Promieniowanie jonizujące indukuje powstanie w komórkach nadtlenków np.
- H2O2
- rodnika hydroksylowego w wyniku radiolizy wody
- reaktywne formy tlenu
Katalaza lub Wit C eliminuje wolne rodniki.
Skutki narażenia na promieniowanie jonizujące:
Uszkodzenie wiązań fosfodiestrowych – pęka jedno lub dwuniciowe DNA, aberracje strukturalne
Modyfikacje zasad azotowych
Uszkodzenia pentozy
Powstawanie wiązań krzyżowych w DNA
Powstawanie wiązań krzyżowych między białkami i białkami DNA
Promieniowanie UV:
UVA 320-400nm
UVA1 (340-400nm), UVA2(320-340nm)
Przenika do skóry głębiej niż UVB
Przechodzi przez szkło okienne
Wywołuje zjawisko fotostarzenia, zaczerwienia skóry, efekt kancerogenny, reakcje polekowe indukowane światłem
UVB 280-320nm
Oparzenia słoneczne
Przechodzi przez szkło okienne
Uszkadza DNA, RNA, białka, błony komórkowe
Wywołuje zmiany immunosupresyjne w skórze
UVC 200-280nm
Pochłaniane przez warstwę ozonową
Uszkadza DNA i działa toksycznie na komórki
Właściwości bakteriobójcze
Część jest odbijana a cześć pochłaniana przez różne warstwy skóry
Genotoksyczne działania UV
Zachodzi gł na drodze pochłaniania fotonów przez DNA (<320nm-UVB) wpływ bezpośredni, najczęstsze w DNA to powstanie dimerów pirymidynowych
Może zachodzić na drodze działania reaktywnych form tlenu – wpływ pośredni (>320nm UVA)
Indukowane zmiany obejmują pęknięcie łańcucha DNA i oksydacyjne modyfikacje zasad azotowych np. 8-oxo-dG
Mutagenne działanie promieniowania UV
Promieniowanie UV (<320nm) indukuje powstanie dimmerów pirymidynowych, głownie tymidynowych, w dalszej kolejności wg częstości występowania są dimery:
5’-CT-3’
5’-TC-3’
5’-CC-3’
Dimery pirymidynowe zatrzymują włączanie nukleotydów przez polimerazę DNA de novo
Korzystny wpływ UV:
Synteza witaminy D3 w skórze – UVB
Wzrost stężenia melaniny
Wzrost ukrwienia skóry
Przyśpiesza wzrost naskórka
Przyśpiesza przemianę materii
Reguluje gosp hormonalnÄ…
Wzrost ilości hemoglobiny i liczby erytrocytów