Mutageny i procesy powstawania mutacji Strona 1

Mutacje (podrozdz. 13.1) są to zmiany w sekwencji nukleotydowej krótkiego obszaru genomu (rys. 13.1 A). Często są to mutacje punktowe, które zamieniają jeden nukleotyd na inny, kiedy indziej mamy do czynienia z insercją (wstawieniem) lub delecją (wycięciem) jednego lub kilku nukleoty-dów. Mutacje spowodowane są albo przez błędy w replikacji DNA, albo przez niszczące działanie mutagenów, takich jak związki chemiczne czy promieniowanie, które oddziałują z DNA i zmie niają strukturę pojedynczych nukleotydów.

Mutacja w niezbędnym dla komórki genie może spowodować jej śmierć, jeśli dojdzie do tego, że białko kodowane przez ów gen będzie nieaktywne

IJ organizmów jednokomórkowych, takich jak bakterie i drożdże, wszystkie zmiany w genomie, które nie są letalne lub odwracalne, są dziedziczone przez komórki potomne i stają się niezmiennymi cechami linii potomnej wywodzącej się z komórki, w której zaszła zmiana. U organizmów wielokomórkowych jedynie zmiany zachodzące w komórkach linii płciowej mają znaczenie w ewolucji genomu. Zmiany w genomach komórek somatycznych są z punktu widzenia ewolucji nieistotne, mają jednak znaczenie biologiczne, jeżeli powodowany przez nie fenotyp jest szkodliwy dla zdrowia organizmu.

Mutacje powstają dwoma sposobami:

Niektóre spośród mutacji są spontanicznymi błędami w' replikacji, które wymykają się spod kontroli mechanizmów korekcyjnych polimeraz DNA syntetyzujących nowe łańcuchy polinukleotydowe w widełkach replikacyjnych (sekcja 12.3.2). Mutacje te są nazywane błędami niedopasowania nukleotydów, ponieważ polegają na wystawieniu w danej pozycji do syntetyzowanej nici polinukJeotydowej nukleotyd u, który nie jest komplementarny do odpowiedniego nukleotydu w matrycowej nici DNA (rys. 13.2A). Jeżeli brak komplementamości utrzyma się w potomnej podwójnej helisie, wówczas jedna z cząsteczek drugiego pokolenia potomnego będzie zawierać w obu niciach wersję mutacji wprowadzoną na stałe.

Inne mutacje powstają, gdy mutagen oddziałuje z DNA rodzicielskim wywołując zmianę struktury, która wpływa na właściwości komplementarnego wiązania zmienionego nukleotydu. Z reguły zmiana ta dotyczy tylko jednej nici w rodzicielskiej podwójnej helisie, tylko jedna cząsteczka potomna niesie więc mutację, natomiast w drugim pokoleniu potomnym znajdzie się ona w dwóch spośród utworzonych cząsteczek (rys. 13.2B).

każda zasada

azotowa nukleotydu może występować w postaci jednego z dwóch tautomerów, czyli izomerów strukturalnych pozostających w stanie równowagi dynamicznej. Na przykład, tymina występuje w postaci dwóch tautomerów - formy ketonowej i enolowej, przy czym pojedyncze cząsteczki przechodzą niekiedy z jednej formy tautomerycznej w inną. Równowaga jest silnie przesunięta w stronę formy ketonowej, co pewien czas jednak forma enolowa pojawia się w matrycy DNA dokładnie wtedy, gdy przechodzą tam widełki replikacyjne. Prowadzi to do „błędu", ponieważ e.nol--tymina jest komplementarna z G, a nie z A (rys. 13.4). Ten sam problem może wystąpić w przypadku adeni ny, gdyż rzadki tautomer iminowy tej zasady najsilniej wiąże się w parę z C, oraz guaniny, ponieważ enol--guanina jest komplementarna do tyminy. Po replikacji rzadki taulomer ulega nieuchronnej przemianie w częściej występującą formę, co prowadzi do niekom-plementarności w potomnej podwójnej helisie.

Nieprawidłowa replikacja może też doprowadzić do wstawienia (insercji) kilku dodatkowych nukleotydów do syntetyzowanego łańcucha polinuk-leotydowego lub do pominięcia niektórych nukleotydów matrycy podczas kopiowania, Insercje i delecje nazywa się często mutacjami zmiany fazy, ponieważ ich wystąpienie w obszarze kodującym może doprowadzić do przesunięcia fazy odczytu przy translacji białka kodowanego przez gen

nie wszystkie insercje czy delecje w obszarach kodujących powodują przesunięcie fazy - insercją lub delecja trzech lub wielokrotności trzech nukleotydów jedynie dodaje lub usuwa jeden lub kilka kodonów, nie wpływając na fazę odczytu.