Mutacje
Przekazywany z pokolenia na pokolenie zapis informacji genetycznej nie jest ustalony raz na zawsze. Może on ulegać zmianom.Mutacje mogą powstawać samoistnie lub pod wpływem czynników mutagennych, czyli mogą być wywoływane przez człowieka - indukowane. Mogą przejawiać się efektami fenotypowymi dużymi lub nieznacznymi.
Komórka chroni cząsteczkę DNA przed bezpośrednim działaniem czynników zewnętrznych, mimo to ilość uszkodzeń w DNA jest znaczna.
Mutacje można podzielić ze względu na:
miejsce występowania:
-somatyczne (są niedziedziczne, dotyczą komórek ciała)
-generatywne( są dziedziczne, dotyczą gamet)
materiał genetyczny:
-mutacje genowe - obejmują krótki odcinek DNA i dotyczą zmian sekwencji nukleotydów o obrębie genu.
-mutacje chromosomowe - dotyczą zmian w strukturze chromosomów
-mutacje genomowe - dotyczą zmian liczby chromosomów
Do mutacji genowych należy:
- tranzycja - zmiana zasady purynowej w purynową i pirymidynowej w pirymidynową
A w G i G w A
T w C i C w T
-transwersja - zmiana zasady purynowej w pirymidynową i odwrotnie
- delecja- wypadnięcie jednego nukleotydu
A C D E
|
A B C D E |
-
insercja- wstawienie nowego nukleotydu w łańcuch DNA.
W wyniku mutacji genowych powstaje nowy allel genu. U organizmów haploidalnych( np. Bakterii) będzie to zauważalne fenotypowo, natomiast u organizmów diploidalnych może sie przejawiać w powstającej heterozygocie.
Mutacje genowe wywołują następujące choroby:
albinizm ( bielactwo wrodzone, mutacja recesywna )
fenyloketonuria ( mutacja recesywna objawiająca się zaburzeniami w rozwoju umysłowym, zaburzeniami ruchu )
alkaptomuria ( mutacja recesywna, pbjawiami są m.in. Czrne zabarwienie moczu i stany zapallne różnych narządów oraz ciemnienie skóry )
anemia sierpowata ( hemoglobina ma słabe powinowactwo do tlenu a sierpowate krwinki łatwo ulegają zniszczeniu, mutacja recesywna )
pląsawica Hunginktona ( mutacja dominująca, której objawem są m.in. Zaburzenia ruchowe i postępujące zmiany zwyrodnieniowe układu nerwowego w 25-45 roku życia, z upośledzeniem umysłowym )
Do mutacji chromosomowych należy:
- deficjencja- wypadnięcie większego odcinka z chromosomami
A B C D E |
|
A B C |
|
|
|
- inwersja - odwrócenie fragmentu chromosomu obrót o 180 st.
duplikacja- podwojenie odcinka z genami, ale gdy został dołączony odcinek z chromosomami homologicznymi
Translokacja- do chromomosomu homologicznego zostaje przyłączony inny chromosom
Mutacje genomowe mogą być związane z:
autosomami
allosomami
Takie zmiany w genomie człowieka powodują śmierć lub anomalie rozwojowe.
Wśród takich mutacji wyróżnić można następujące kategorie:
aneuploidy - osobniki lub komórki wykazujące odchylenia od diploidalnej liczby chromosomów. Zmiany aneupoliploidalne dzieli się na nullisomie, monosomie, trisomie oraz tetrasomie. U monosomików w zygocie występuje tylko jeden z danej pary chromosomów, natomiast u trisomików zamiast dwóch chromosomów homologicznych, w zygocie występują aż trzy. Analogicznie jest z tetrasomikami oraz nullisomikami, jednak są one prawie zawsze letalne.
euploidy - osobniki lub komórki wykazujące odchylenia polegające na zwielokrotnieniu całej podstawowej liczby chromosomów. Wyróżniamy wśród nich autopoliploidy oraz allopoliploidy. Autopoliploidy to organizmy posiadające zwiększoną liczbę identycznych genomów. Jest to wynikiem niewykształcenia się wrzeciona kariokinetycznego w czasie pierwszego podziału zygoty. Allopoliploidy z kolei to mutanty powstałe z połączenia genomów dwóch różnych gatunków (np.: muł). Są one jednak rzadkością i większość z nich jest niezdolna do życia.
Choroby genetyczne u ludzi spowodowane mutacjami genomowymi:
trisomia 21 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Downa lub idiotyzm mongoidalny - objawia się niedorozwojem umysłowym, niski wzrost, skośne szpary powiekowe, nieprawidłowości w rozwoju zębów, duży język, wąskie podniebienie, wady narządów wewnętrznych; pomimo upośledzenia chorzy osiągają pewien stopień rozwoju umysłowego; wykazują typowe cechy charakterologiczne - pogodne usposobienie, instynkt społeczny, upór; zespół Downa predysponuje do występowania białaczki (10x częściej)
trisomia 13 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Pataua - objawy: niedorozwój umysłowy, wady oczu, deformacja uszu, rozczep wargi, polidaktylia, wady narządów
trisomia 18 para tzw. zespół Edwardsa - objawy: głęboki niedorozwój umysłowy, wady rozwojowe, wczesna śmierć w okresie niemowlęcym
zespół Klinefeltera 2n + XXY u mężczyzn (niedorozwój jąder, obniżona inteligencja) i 2n + 3X u kobiet (zaburzenia miesiączkowania lub wtórny brak miesiączki, niski stopień inteligencji)
zespół Turnera 2n + X - (niski wzrost, infantylizm narządów płciowych, bezpłodność)
Czynniki wywołujące mutacje
Mutacje zachodzą spontanicznie we wszystkich żyjących komórkach. Ich częstość jest jednak niska. Częstość mutacji zwiększa się pod wpływem tzw. czynników mutagennych. Powodują uszkodzenia cząsteczki DNA przy replikacji. Zwiększenie częstości pojawienia się uszkodzeń prowadzi tym samym do zwiększenia się częstości mutacji.
Mutagenny jest:
kwas azotowy III - HNO2, który powoduje dezaminację (usuwa grupy NH2) zasad azotowych co prowadzi do zmiany zasad cytozyny na uracyl, itp.
związki alkilujące (związki mające grupy alkilowe) np. pochodne iperytu
barwniki akrydynowe np. proflawina, akryflawina, oranż akrylowy, których działanie polega na deformacji helisy - powodując delecje lub insercje
analogi zasad np. 5 bromouracyl analog tyminy czy aminopuryna, które mogą włączyć się do DNA w miejsce normalnych zasad azotowych
promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie
alkaloidy - kolchicyna prowadzące do poliploidalności
czynniki metaboliczne np. deficyt jonów Ca i Mg
sole metali ciężkich
benzopiren, znajdujący się w dymie papierosowym
Takie związki wykorzystuje sę, na przykład w celu uzyskania mutantów ( czyli niosących mutacje ) bakterii czy drożdży do prac naukowych lub też hodowlanych roślin i zwierząt.
Efekty działania mutagenów
Mutacje zachodzące w komórkach somatycznych prowadzą czasem do powstania nowotworu. W przypadku organizmów wielokomórkowych efekty mutacji będą przekazywane potomstwu tylko wtedy, gdy nastąpi ona w komórkach rozrodczych. Nowotwory są wynikiem nagromadzenia się mutacji w komórce. Aby z normalnej komórki powstała komórka nowotworowa musi zajść najczęściej kilka mutacji w genach związanych przede wszystkim z kontrolą jej podziałów. Promieniowanie słoneczne sprzyja powstawaniu nowotworów skóry a palenie papierosów powoduje często raka płuc. Nie oznacza to jednak, że każda osoba opalająca się będzie miała raka skóry a u każdego palacza wystąpi rak płuc, jednak możliwość zachorowań wyraźnie wzrasta. A efekty widoczne są dopiero po wielu latach.