GENMUTASJONER: HVA DE BESTÅR AV, TYPER OG KONSEKVENSER - BIOLOGI - 2025

De genmutasjoner eller spesifikt, er de hvor ett allel av et gen forandring, for å bli annen. Denne endringen skjer i et gen, på et lokus eller et punkt, og kan lokaliseres.

Tvert imot, i kromosomale mutasjoner påvirkes vanligvis sett med kromosomer, et helt kromosom eller deler av det. De involverer ikke nødvendigvis genmutasjoner, selv om det kan forekomme i tilfelle kromosombrudd som påvirker et gen.

Figur 1. Mutasjon i et gen som kontrollerer formen til musens hale. Kilde: Av (Foto med tillatelse av Emma Whitelaw, University of Sydney, Australia.), Via Wikimedia Commons

Med utviklingen av molekylære verktøy brukt til DNA-sekvensering ble begrepet punktmutasjon omdefinert. I dag brukes dette begrepet ofte for å referere til endringer i et par eller noen få tilstøtende nitrogenholdige basepar i DNA.

Hva er mutasjoner?

Mutasjon er den typiske mekanismen som introduserer genetisk variasjon i populasjoner. Det består av den plutselige endringen i genotypen (DNA) til en organisme, ikke på grunn av rekombinasjon eller genetisk omorganisering, men på grunn av arv eller på grunn av effekten av negative miljøfaktorer (for eksempel giftstoffer og virus).

En mutasjon kan overskride avkommet hvis den forekommer i kjønnsceller (egg og sæd). Det kan forårsake små variasjoner hos individet, enorme variasjoner - til og med forårsake sykdommer - eller de kan forbli tause, uten noen effekt.

Variasjoner i arvestoffet kan da generere fenotypisk mangfold i naturen, det være seg mellom individer av forskjellige arter eller til og med av samme art.

Typer av gen- eller punktmutasjonsendringer

Det er to typer genmutasjonsendringer:

Nitrogenbase endres

De består av å erstatte et par nitrogenholdige baser med et annet. De er i sin tur delt inn i to typer: overganger og transversjoner.

• Overganger: involverer substitusjon av en base med en annen i samme kjemiske kategori. For eksempel: en purin for en annen purin, adenin for guanin eller guanin for adenin (A → G eller G → A). Det kan også være tilfelle en substitusjon av en pyrimidin med en annen pyrimidin, for eksempel: cytosin for timin eller tymin med cytosin (C → T eller T → C).
• Transversjoner: er endringer som involverer forskjellige kjemiske kategorier. For eksempel tilfelle av endring fra en pyrimidin til en purin: T → A, T → G, C → G, C → A; eller en purin for en pyrimidin: G → T, G → C, A → C, A → T.

I samsvar med disse, er disse endringene beskrevet med henvisning til dobbeltstrenget DNA, og derfor må basene som utgjør paret være detaljerte. For eksempel: en overgang ville være GC → AT, mens en transversjon kan være GC → TA.

Figur 2. Typer av punktmutasjonsendringer. Kilde: (Av Sara - Eget arbeid, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Innsettinger eller slettinger

De består av inngangen eller utgangen av et par eller flere par nukleotider av et gen. Selv om enheten som er berørt er nukleotidet, henviser vi alltid til paret eller par baser involvert.

konsekvenser

-Enkle konsepter

For å studere konsekvensene av genmutasjoner, må vi først gjennomgå to grunnleggende egenskaper ved den genetiske koden.

1. Den første er at den genetiske koden er degenerert. Dette betyr at den samme typen aminosyre i proteinet kan kodes av mer enn en triplett eller kodon i DNA. Denne egenskapen innebærer eksistensen av flere trillinger eller kodoner i DNA enn typer aminosyrer.
2. Den andre egenskapen er at gener har stoppkodoner, brukt til avslutning av translasjon under proteinsyntese.

-Scenarier av genmutasjoner

Stagemutasjoner kan ha forskjellige konsekvenser, avhengig av det spesifikke stedet der de oppstår. Derfor kan vi visualisere to mulige scenarier:

1. Mutasjonen skjer i en del av genet som proteinet er kodet i.
2. Mutasjonen forekommer i regulatoriske sekvenser eller andre typer sekvenser som ikke er involvert i bestemmelse av proteinet.

-Funksjonelle konsekvenser av det første scenariet

Genmutasjoner i det første scenariet genererer følgende resultater:

Stille mutasjon

Det skjer når et kodon endres for en annen som koder for den samme aminosyren (dette er en konsekvens av degenerasjonen av koden). Disse mutasjonene kalles stille, fordi reelt sett den resulterende aminosyresekvensen ikke endres.

U-sving mutasjon

Det oppstår når kodonendringen bestemmer en aminosyreendring. Denne mutasjonen kan ha forskjellige effekter avhengig av arten av den nye aminosyren som er introdusert.

Hvis det er kjemisk karakter som ligner på originalen (synonym substitusjon), kan effekten på det resulterende proteinets funksjonalitet være ubetydelig (denne typen endringer kalles ofte en konservativ endring).

Når den kjemiske beskaffenheten til den resulterende aminosyren derimot er veldig ulik originalen, kan effekten være variabel, og det resulterende protein kan gjøres ubrukelig (ikke-konservativ endring).

Den spesifikke plasseringen av en slik mutasjon i genet kan ha varierende effekter. For eksempel, når mutasjonen skjer i en del av sekvensen som vil gi opphav til det aktive sentrum av proteinet, forventes skaden å være større enn hvis den forekommer i mindre kritiske regioner.

Tullmutasjon

Det skjer når endringen genererer et oversettelsesstoppkodon. Denne typen mutasjoner produserer vanligvis difunksjonelle proteiner (et avkortet protein).

Innsettinger eller slettinger

De har en effekt som tilsvarer tullmutasjonen, selv om den ikke er identisk. Effekten oppstår når DNA-leserammen endres (et fenomen kjent som leserammeskift eller rammeskift).

Denne variasjonen produserer et messenger-RNA (mRNA) med etterslep fra stedet der mutasjonen (innsetting eller sletting) skjedde, og derfor en endring i proteinaminosyresekvensen. Proteinproduktene oppnådd fra gener med denne typen mutasjoner vil være totalt dysfunksjonelle.

unntak

Et unntak kan resultere når innsettelser eller delesjoner av nøyaktig tre nukleotider (eller multiplum av tre) forekommer.

I dette tilfellet, til tross for endringen, forblir leserammen uendret. Imidlertid kan det ikke utelukkes at det resulterende proteinet er dysfunksjonelt, verken på grunn av inkorporering av aminosyrer (i tilfelle innsetting) eller på grunn av tap av dem (i tilfelle utelatelser).

-Funksjonelle konsekvenser av det andre scenariet

Mutasjoner kan forekomme i reguleringslignende sekvenser eller andre sekvenser som ikke er involvert i bestemmelse av proteiner.

I disse tilfellene er effekten av mutasjonene mye vanskeligere å forutsi. Det vil da avhenge av hvordan punktmutasjonen påvirker interaksjonen mellom det fragmentet av DNA med de flere regulatorer av genuttrykk som eksisterer.

Igjen kan brudd på leserammen eller det enkle tapet av et fragment som er nødvendig for binding av en regulator, forårsake effekter som spenner fra dysfunksjonaliteten til proteinproduktene, til mangelen på kontroll i mengdene av det samme.

-Frekvente tilfeller som fører til sykdommer

Et eksempel på en veldig sjelden punktmutasjon er den såkalte gain-of-sense-mutasjonen.

Dette består av transformasjonen av stoppkodonet til et kodingskodon. Dette er tilfelle av en variant av hemoglobin kalt Constant Spring Hemoglobin (allel variant HBA2 * 0001), forårsaket av endring av stoppkodon UAA til kodon CAA.

I dette tilfellet resulterer punktmutasjonen i en ustabil α-2 hemoglobin utvidet med 30 aminosyrer, noe som forårsaker en blodsykdom som kalles alfa-thalassemia.

referanser

1. Eyre-Walker, A. (2006). Fordelingen av kondisjonseffekter av nye skadelige aminosyremutasjoner hos mennesker. Genetikk, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetikk.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Genetikk fra gener til gener. Sjette utgave, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Human Genetics: Konsepter, mekanismer og anvendelser av genetikk innen biomedisin. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genetikk i medisin. Syvende utgave. 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