GENMUTATIONER: HVAD DE BESTÅR AF, TYPER OG KONSEKVENSER - BIOLOGI - 2025

De genmutationer eller specifik er dem, hvori en allel af et gen ændring, bliver andet. Denne ændring forekommer i et gen på et lokus eller et sted og kan lokaliseres.

Tværtimod, i kromosomale mutationer påvirkes sæt kromosomer, en hel kromosom eller segmenter deraf normalt. De involverer ikke nødvendigvis genmutationer, skønt det kan forekomme i tilfælde af kromosombrud, der påvirker et gen.

Figur 1. Mutation i et gen, der styrer formen på musens hale. Kilde: Af (Foto med tilladelse af Emma Whitelaw, University of Sydney, Australien.), Via Wikimedia Commons

Med udviklingen af ​​molekylære værktøjer anvendt til DNA-sekventering blev begrebet punktmutation omdefineret. I dag bruges dette udtryk ofte til at henvise til ændringer i et par eller et par tilstødende nitrogenholdige basepar i DNA.

Hvad er mutationer?

Mutation er den typiske mekanisme, der introducerer genetisk variation i populationer. Det består af den pludselige ændring i genotype (DNA) af en organisme, ikke på grund af rekombination eller genetisk omarrangement, men på grund af arv eller på grund af virkningen af ​​negative miljøfaktorer (såsom toksiner og vira).

En mutation kan overskride afkommet, hvis den forekommer i kimceller (æg og sædceller). Det kan forårsage små variationer i individet, enorme variationer - selv forårsage sygdomme - eller de kan forblive tavse uden nogen effekt.

Variationer i det genetiske materiale kan derefter generere fænotypisk mangfoldighed i naturen, det være sig mellem individer af forskellige arter eller endda af den samme art.

Typer af gen- eller punktmutationsændringer

Der er to typer genetiske mutationsændringer:

Nitrogenbase ændres

De består af substitution af et par nitrogenholdige baser med et andet. De er igen delt i to typer: overgange og transversioner.

• Overgange: involverer substitution af en base med en anden i samme kemiske kategori. For eksempel: en purin til en anden purin, adenin til guanin eller guanin for adenin (A → G eller G → A). Det kan også være tilfældet med at erstatte en pyrimidin med en anden pyrimidin, for eksempel: cytosin for thymin eller thymin med cytosin (C → T eller T → C).
• Transversioner: er ændringer, der involverer forskellige kemiske kategorier. For eksempel tilfældet med ændring fra en pyrimidin til en purin: T → A, T → G, C → G, C → A; eller en purin til en pyrimidin: G → T, G → C, A → C, A → T.

Som konvention beskrives disse ændringer under henvisning til dobbeltstrenget DNA, og derfor skal baserne, der udgør parret, være detaljerede. For eksempel: en overgang ville være GC → AT, mens en transversion kan være GC → TA.

Figur 2. Typer af punktmutationsændringer. Kilde: (Af Sara - Eget arbejde, CC BY-SA 3.0,

Indsætninger eller sletninger

De består af indgangen eller udgangen af ​​et par eller flere par nukleotider af et gen. Selvom den enhed, der er berørt, er nukleotidet, henviser vi altid altid til det eller de par baser, der er involveret.

Konsekvenser

-Basale koncepter

For at undersøge konsekvenserne af genmutationer skal vi først gennemgå to grundlæggende egenskaber ved den genetiske kode.

1. Den første er, at den genetiske kode er degenereret. Dette betyder, at den samme type aminosyre i proteinet kan kodes af mere end en triplet eller kodon i DNA'et. Denne egenskab indebærer eksistensen af ​​flere tripletter eller kodoner i DNA end typer af aminosyrer.
2. Den anden egenskab er, at gener har stopkodoner, der bruges til terminering af translation under proteinsyntese.

-Scenarier af genmutationer

Stagemutationer kan have forskellige konsekvenser, afhængigt af det specifikke sted, hvor de forekommer. Derfor kan vi visualisere to mulige scenarier:

1. Mutationen forekommer i en del af genet, i hvilket proteinet kodes.
2. Mutationen forekommer i regulatoriske sekvenser eller andre typer sekvenser, der ikke er involveret i bestemmelsen af ​​proteinet.

-Funktionelle konsekvenser af det første scenarie

Genmutationer i det første scenarie genererer følgende resultater:

Stille mutation

Det sker, når et kodon skifter for en anden, der koder for den samme aminosyre (dette er en konsekvens af kodens degeneration). Disse mutationer kaldes tavse, for i reelle termer ændres den resulterende aminosyresekvens ikke.

U-sving mutation

Det opstår, når kodonændringen bestemmer en aminosyreændring. Denne mutation kan have forskellige effekter afhængigt af arten af ​​den nye aminosyre, der er introduceret.

Hvis det er kemisk i besiddelse, der ligner originalen (synonym substitution), kan virkningen på det resulterende protein funktionalitet være ubetydelig (denne type ændring kaldes ofte en konservativ ændring).

Når den resulterende aminosyres kemiske karakter på den anden side er meget forskellig fra den originale, kan effekten være variabel, og det resulterende protein kan gøres ubrugelig (ikke-konservativ ændring).

Den specifikke placering af en sådan mutation i genet kan have variabel virkning. For eksempel, når mutationen finder sted i en del af sekvensen, der vil give anledning til det aktive centrum af proteinet, forventes skaden at være større end hvis den forekommer i mindre kritiske områder.

Nonsens mutation

Det sker, når ændringen genererer et stop-kodon for oversættelse. Denne type mutation producerer normalt difunktionelle proteiner (et trunkeret protein).

Indsætninger eller sletninger

De har en virkning, der svarer til nonsensmutationen, skønt den ikke er identisk. Effekten opstår, når DNA-læserammen ændres (et fænomen kendt som læserammeændring eller rammeskift).

Denne variation producerer et messenger-RNA (mRNA) med en forsinkelse fra det sted, hvor mutationen (indsættelse eller deletion) forekom, og derfor en ændring i proteinaminosyresekvensen. De proteinprodukter, der er opnået fra gener med disse typer af mutationer, vil være totalt dysfunktionelle.

Undtagelser

En undtagelse kan resultere, når insertioner eller deletioner af nøjagtigt tre nukleotider (eller multipla af tre) forekommer.

I dette tilfælde forbliver læserammen på trods af ændringen uændret. Det kan imidlertid ikke udelukkes, at det resulterende protein er dysfunktionelt, hverken på grund af inkorporering af aminosyrer (i tilfælde af indsættelse) eller på grund af deres tab (i tilfælde af deletioner).

-Funktionelle konsekvenser af det andet scenarie

Mutationer kan forekomme i regulatoriske lignende sekvenser eller andre sekvenser, der ikke er involveret i bestemmelse af proteiner.

I disse tilfælde er effekten af ​​mutationerne meget vanskeligere at forudsige. Det vil derefter afhænge af, hvordan punktmutationen påvirker interaktionen af ​​det fragment af DNA med de flere regulatorer af genekspression, der findes.

Igen kan brud på læserammen eller det enkle tab af et fragment, der er nødvendigt for binding af en regulator, forårsage virkninger, der spænder fra proteinproduktens dysfunktionalitet til manglen på kontrol i mængderne af det samme.

- Hyppige tilfælde, der fører til sygdomme

Et eksempel på en meget sjælden punktmutation er den såkaldte gain-of-sense-mutation.

Dette består af omdannelsen af ​​stopkodonet til et kodningskodon. Dette er tilfældet med en variant af hæmoglobin kaldet Constant Spring Hemoglobin (allelisk variant HBA2 * 0001), forårsaget af ændringen af ​​stopkodon UAA til kodon CAA.

I dette tilfælde resulterer punktmutationen i en ustabil α-2-hæmoglobin forlænget med 30 aminosyrer, hvilket forårsager en blodsygdom kaldet alfa-thalassæmi.

Referencer

1. Eyre-Walker, A. (2006). Fordelingen af ​​fitnesseffekter af nye skadelige aminosyremutationer hos mennesker. Genetik, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetik.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Genetik fra gener til gener. Sjette udgave, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Human Genetics: Begreber, mekanismer og anvendelser af genetik inden for biomedicin. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genetik i medicin. Syvende udgave. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A., og Cable, K. (2014). Mendelian-mutationism: The Forgotten Evolutionary Synthesis. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2