GENSKE MUTACIJE: OD ČESA SO SESTAVLJENE, VRSTE IN POSLEDICE - BIOLOGIJA - 2026

V genske mutacije ali posebne so tiste, v katerih en alel za spremembe genov, postajajo drugačnim. Ta sprememba se zgodi znotraj gena, na lokusu ali točki in se lahko nahaja.

Nasprotno, pri kromosomskih mutacijah so običajno prizadeti sklopi kromosomov, cel kromosom ali njegovi segmenti. Ne vključujejo nujno genskih mutacij, čeprav bi se lahko pojavile v primeru prekinitev kromosomov, ki vplivajo na gen.

Slika 1. Mutacija v genu, ki nadzoruje obliko mišjega repa. Vir: Avtor (Emma Whitelaw, Univerza v Sydneyu, Avstralija) avtor: (Wikimedia Commons)

Z razvojem molekularnih orodij, ki se uporabljajo za sekvenciranje DNK, smo na novo definirali izraz mutacija. Danes se ta izraz pogosto uporablja za označevanje sprememb v paru ali nekaj sosednjih dušikovih baznih parov v DNK.

Kaj so mutacije?

Mutacija je najpomembnejši mehanizem, ki uvaja genetsko variacijo v populaciji. Sestavljen je iz nenadne spremembe genotipa (DNK) organizma, ne zaradi rekombinacije ali genske preureditve, temveč zaradi dednosti ali učinka negativnih okoljskih dejavnikov (kot so toksini in virusi).

Mutacija lahko preseže potomce, če se pojavi v zarodnih celicah (jajčeca in semenčice). Pri posamezniku lahko povzročijo majhne razlike, ogromne razlike - celo povzročajo bolezni - ali pa ostanejo tiho, brez kakršnega koli učinka.

Različice v genskem materialu lahko nato ustvarijo fenotipsko raznolikost v naravi, bodisi med posamezniki različnih vrst ali celo iste vrste.

Vrste genskih ali točkovnih mutacijskih sprememb

Obstajata dve vrsti genskih mutacijskih sprememb:

Spremembe dušikove baze

Sestavljeni so iz nadomestitve enega para dušikovih baz z drugim. So pa razdeljeni na dve vrsti: prehodi in transverzije.

• Prehodi: vključujejo nadomeščanje ene baze z drugo iz iste kemijske kategorije. Na primer: purin za drug purin, adenin za gvanin ali gvanin za adenin (A → G ali G → A). Lahko gre tudi za nadomeščanje pirimidina z drugim pirimidinom, na primer: citozin za timin ali timin za citozin (C → T ali T → C).
• Transverzije: so spremembe, ki vključujejo različne kemijske kategorije. Na primer primer prehoda iz pirimidina v purin: T → A, T → G, C → G, C → A; ali purin za pirimidin: G → T, G → C, A → C, A → T.

Po dogovoru so te spremembe opisane glede na dvoverižno DNK, zato morajo biti baze, ki sestavljajo par, podrobno opisane. Na primer: prehod bi bil GC → AT, medtem ko bi bila transverzija GC → TA.

Slika 2. Vrste sprememb točkovnih mutacij. Vir: (avtor Sara - Lastno delo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Vstavki ali izbrisi

Sestavljeni so iz vstopa ali izstopa para ali več parov nukleotidov gena. Čeprav je prizadeta enota nukleotid, se običajno vedno sklicujemo na vpleteni par ali pare baz.

Posledice

-Osnovni pojmi

Za preučevanje posledic mutacij genov moramo najprej pregledati dve temeljni lastnosti genskega koda.

1. Prva je, da je genetska koda degenerirana. To pomeni, da lahko isto vrsto aminokislin v beljakovini v DNK kodira več kot en triplet ali kodon. Ta lastnost pomeni obstoj več trojčkov ali kodonov v DNK kot vrst aminokislin.
2. Druga lastnost je, da imajo geni stop kodone, ki se uporabljajo za prenehanje prevajanja med sintezo beljakovin.

-Scenarji genskih mutacij

Mutacije opornic imajo lahko različne posledice, odvisno od kraja, kjer se pojavijo. Zato lahko vizualiziramo dva možna scenarija:

1. Mutacija se pojavi v delu gena, v katerem je protein kodiran.
2. Mutacija se pojavlja v regulativnih sekvencah ali drugih vrstah sekvenc, ki niso vključene v določanje proteina.

-Funkcijske posledice prvega scenarija

Genske mutacije v prvem scenariju ustvarjajo naslednje rezultate:

Tiha mutacija

Dogaja se, ko se kodon spremeni za drugega, ki kodira za isto aminokislino (to je posledica degeneracije kode). Te mutacije imenujemo tihe, ker se realno zaporedje aminokislin ne spremeni.

Mutacija v obračanju

Pojavi se, ko sprememba kodona določi spremembo aminokisline. Ta mutacija ima lahko različne učinke, odvisno od narave nove vnesene aminokisline.

Če je kemijske narave podoben izvirniku (sinonimna substitucija), je vpliv na funkcionalnost nastalega proteina lahko zanemarljiv (tovrstne spremembe pogosto imenujemo konzervativna sprememba).

Kadar pa je kemijska narava nastale aminokisline zelo drugačna od prvotne, je učinek lahko spremenljiv, nastali protein pa lahko postane neuporaben (nekonzervativna sprememba).

Specifična lokacija take mutacije znotraj gena ima lahko različne učinke. Na primer, ko pride do mutacije v delu zaporedja, ki bo povzročil aktivno središče proteina, je pričakovati, da je škoda večja, kot če se zgodi na manj kritičnih območjih.

Neumnost mutacije

To se zgodi, ko sprememba ustvari kodo za zaustavitev prevoda. Ta vrsta mutacije običajno proizvaja disfunkcionalne beljakovine (okrnjeni protein).

Vstavki ali izbrisi

Učinek je enakovreden mutaciji neumnosti, čeprav ni enak. Učinek se pojavi, ko se spremeni bralni okvir DNK (pojav, znan kot premik branja okvira ali premik okvira).

Zaradi te spremembe nastane mesna RNA (mRNA) z zaostajanjem od mesta, kjer je prišlo do mutacije (vstavitve ali brisanja), in s tem do spremembe v zaporedju beljakovinskih aminokislin. Proteinski izdelki, pridobljeni iz genov s tovrstnimi mutacijami, bodo popolnoma nefunkcionalni.

Izjeme

Izjema bi lahko nastala, če pride do vstavitve ali delecije točno treh nukleotidov (ali večkratnih treh).

V tem primeru bralni okvir kljub spremembi ostane nespremenjen. Vendar ni mogoče izključiti, da je nastali protein disfunkcionalen, bodisi zaradi vgradnje aminokislin (v primeru vstavitve) bodisi zaradi njihove izgube (v primeru izbrisov).

-Funkcijske posledice drugega scenarija

Mutacije se lahko pojavijo v regulacijsko podobnih sekvencah ali drugih sekvencah, ki niso vključene v določanje proteinov.

V teh primerih je učinek mutacij veliko težje predvideti. Nato bo odvisno od tega, kako točkovna mutacija vpliva na interakcijo tega fragmenta DNK z več regulatorji izražanja genov.

Ponovno lahko zlom bralnega okvira ali preprosto izguba drobca, ki je potreben za vezavo regulatorja, povzroči učinke, ki segajo od disfunkcionalnosti beljakovinskih izdelkov do pomanjkanja nadzora v količinah istega.

-V redkih primerih, ki vodijo do bolezni

Primer zelo redke točkovne mutacije je tako imenovana mutacija občutka.

Ta sestoji iz pretvorbe stop kodona v kodirni kodon. Tak primer je različica hemoglobina, imenovana stalni spomladanski hemoglobin (alelna varianta HBA2 * 0001), ki jo povzroči sprememba stop kodona UAA v kodon CAA.

V tem primeru povzroči točkovna mutacija nestabilnega hemoglobina α-2, razširjenega za 30 aminokislin, kar povzroči krvno bolezen, imenovano alfa-talasemija.

Reference

1. Eyre-Walker, A. (2006). Porazdelitev učinkov fitnesa novih škodljivih mutacij aminokislin pri ljudeh. Genetika, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetika.106.057570
2. Hartwell, LH in sod. (2018). Genetika od genov do genomov. Šesta izdaja, MacGraw-Hill Education. str.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Človeška genetika: pojmi, mehanizmi in aplikacije genetike na področju biomedicine. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genetika v medicini. Sedma izdaja. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A. in Cable, K. (2014). Mendelov-mutacionizem: pozabljena evolucijska sinteza Časopis za zgodovino biologije, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2