Мутація

Відео: 5 жахливих мутацій людини, які шокували вчених

У біології, мутації - зміни генетичного матеріалу (зазвичай ДНК або РНК). Мутації можуть бути викликані копіюванням помилок в генетичному матеріалі протягом поділу клітини, опроміненням жорсткою радіацією, хімічними речовинами (мутагенами), вірусами або можуть відбуватися свідомо під клітинним контролем протягом таких процесів як, наприклад, мейоз або гіпермутація.У багатоклітинних організмах мутації можуть бути поділені на генеративні мутації, які можуть бути передані нащадкам, і соматичні мутації. Соматичні мутації не можуть передаватися до нащадків у тварин. Рослини іноді можуть передавати соматичні мутації своїм нащадкам безстатеве або поло (в разі, коли нирка розвивається в соматично зміненій частині рослини).

Мутації розглядаються як рушійна сила еволюції, де менш сприятливі (або шкідливі) мутації видаляються з генофонду природним відбором, тоді як сприятливі (вигідні) прагнуть накопичуватися. Нейтральні мутації визначаються як мутації, чиї ефекти не впливають на виживання видів або індивідуумів, що складають види. Вони також можуть накопичуватися. Переважна більшість мутацій не мають ніякого ефекту, так як механізми репарації ДНК (ремонту ДНК) можуть виправити більшість змін, перш ніж вони стануть постійними мутаціями, і багато організми мають механізми для усунення інакше постійно видозмінених соматичних клітин.

Класифікація

За ефектом на структуру

Послідовність ДНК гена може бути змінена безліччю шляхів. Генетичні мутації мають різні ефекти на здоров`я в залежності від того, де вони відбуваються і чи змінюють вони функцію важливих білків. Структурно, мутації можуть бути класифіковані, як:

Невеликі мутації, що охоплюють один або кілька нуклеотидів, зокрема:
Точкові мутації, часто викликані хімічними речовинами або помилками при реплікації ДНК, представляють собою заміну одного нуклеотиду іншим. Найбільш загальні - заміна пурину на пурин (A G) або піримідину на піримідин (C T). Така заміна може бути викликана азотної кислотою, помилкою спарювання підстав або мутагенними аналогами основ, наприклад, 5-бромо-2-дезоксіурідіна (BrdU). Менш загальний випадок - трансверсії, або заміна пурину на піримідин або піримідину на пурин (C / T A / G). Точкова мутація може бути нейтралізована іншою точковою мутацією, в якій нуклеотид змінюється назад в оригінального стану (дійсна реверсія) або додаткової мутацією де-небудь в іншому місці, яка призводить до відновлення функціональності гена (додаткова реверсія). Такі зміни класифікуються як переходи або трансверсії. Приклад трансверсії - аденін, що перетворюється в цитозин. Точкові мутації, які відбуваються в межах області гена що кодує білки, можуть бути класифіковані на три види залежно від того, для чого використовуються помилкові кодони:
Безмовні мутації: які кодують ту ж амінокислоту.
Міссенс-мутації: які кодують іншу амінокислоту.
Нонсенс-мутації: які кодують код зупинки (стоп-кодон) трансляції білка.
Вставки додають один або більше нуклеотидів в ДНК. Вони зазвичай викликані мобільними генетичними елементами, або помилками протягом копіювання повторюваних елементів (наприклад AT повторення). Вставки в кодують області гена можуть змінювати сплайсинг мРНК або викликати «зміщення рамки» (англ. Frameshift), обидва типи мутацій можуть значно змінити продукт гена. Вставки можуть бути звернені делеции мобільного генетичного елемента.
Делеції видаляють один або більше нуклеотидів з ДНК. Подібно вставок, ці мутації можуть викликати «зміщення рамки» гена. Вони незворотні.
Великі мутації в хромосомної структурі, зокрема:
Ампліфікації (або дублювання гена) призводять до створення багатьох копій хромосомних областей, збільшуючи дозування генів, розташованих в їх межах.
Делеції великих хромосомних областей приводять до втрати генів в межах цих областей.
Мутації, чий ефект - зіставити разом окремі шматки ДНК, що може привести до створення гібридних генів з новою функціональністю (наприклад bcr-abl. Вони включають:
Хромосомні транслокації: обмін частинами генів між негомологічні хромосомами.
Інтерстиціальні (проміжніі) делеции: видалення областей ДНК з єдиної хромосоми, таким чином поєднуючи заздалегідь видалені гени.
Хромосомні інверсії: зміна орієнтації хромосомного сегменту.
Втрата гетерозиготності: втрата одного аллелю, шляхом делеції або рекомбінації, в організмах які перед тим мали два.
За ефектом на функції



Мутації втрати функції приводять до виробу гена, має зменшену або немає функції. Коли аллель має повну втрату функції (нульовий аллель), така мутація часто називається аморфною мутацією. Фенотипи, пов`язані з такими мутаціями, частіше за все рецесивні, але є винятки - коли організм гаплоїдний або коли зменшено дозування продукту гена мало для підтримки нормального фенотипу (гаплонедостатність).
Мутації отримання функції замінюють продукт гена таким чином що він набуває нової анормальну функції. Такі мутації зазвичай мають домінантний фенотип.
Домінантні негативні мутації (також звані антіморфні мутації) мають змінений продукт гена, який діє антагонічно до аллелю дикого типу. Такі мутації зазвичай призводять до зміненої молекулярної функції (часто недіючої) і характеризуються домінантним або напів-домінантним фенотипом. Синдром Марфана у людини - приклад домінантної негативної мутації, яка проявляється як аутосомно домінантна хвороба. За цих умов, дефектний глікопротеїн кодується зміненим геном фібриліну (FBN1) протидіє продукту аллелю.
Смертельні мутації - мутації, які призводять до фенотипу, непридатними до ефективної відтворення.
За аспектом зміненого фенотипу

Морфологічні мутації зазвичай впливають на зовнішність індивідуума. Мутації можуть замінити висоту рослини або замінити вид її насіння від гладкого до грубого.
Біохімічні мутації призводять до пошкоджень, що зупиняють ферментний шлях. Часто, морфологічні мутанти - прямий результат мутації завдяки ферментному шляху.
спеціальні категорії

Умовна мутація - мутація, яка має фенотип дикого типу за певними природними умовами і мутантом фенотип за певними умовами. Умовні мутації також можуть бути смертельними.

Причини мутацій: Два класи мутацій - спонтанні мутації (молекулярний розпад) і змушені мутації, викликані мутагенами.

Спонтанні мутації на молекулярному рівні включають:

Таутомерізм - В основі замінюється розташування водневого атома.
Депурінація - Втрата пурину (А або G).
Деамінація - Заміна нормальної основи на нетіпічную- C 5 U, (може бути виправлений механізмами ремонту ДНК), або спонтанна деамінація 5-метілцітозіна (непоправна) або A 5 HX (гіпоксантин).
Транзіциі - зміни пурину на інший пурин або піримідин на піримідин.
Трансверсії - пурин стає піримідинів або навпаки.
Вимушені мутації на молекулярному рівні можуть бути викликані:

хімічними речовинами
Нітрозогуанадін (Nitrosoguanidine, NTG)
Аналоги основ (наприклад BrdU)


Прості хімічні речовини (наприклад кислоти)
Алкілуючі агенти (наприклад, N-етил-N-нітрозосечовини, англ. N-ethyl-N-nitrosourea, ENU)). Ці агенти можуть діяти на ДНК як при реплікації, так і в інший час. На відміну, аналог основи може тільки видозмінити ДНК якщо він включається при реплікації ДНК. Кожен з цих класів хімічних мутагенів має певні ефекти, які призводять до транзицій, трансверсії або делецій.
Метіліруючі агенти (наприклад етан-метил-сульфонат, англ. Ethane methyl sulfonate, EMS))
Поліциклічні вуглеводні (наприклад бензопірен, знайдений в вихлопах двигунів внутрішнього згоряння)
Інтеркаляційних агенти (наприклад, бромистий етідій, англ. Ethidium bromide)
Крослінкери або агенти поперечного зшивання ДНК (наприклад, платина)
Окислювальне пошкодження, викликане кисневими радикалами
Радіація або випромінювання
Ультрафіолетове випромінювання (неіонізуюче випромінювання) - збуджує електрони до вищого рівня енергії і викликає хімічні реакції інакше неможливі. Дві нуклеотидні підстави ДНК - цитозин і тимін - найбільш уразливі до порушення, яке може замінити властивості спаровування цих основ.
іонізуюча радіація
У ДНК існують так звані гарячі точки, де мутації відбуваються в 100 разів частіше, ніж в інших ДНК. Гаряча точка може знаходитися в незвичайній основі, наприклад, 5-метілцітозін.

Частота мутацій також відрізняється для різних видів. Еволюційні біологи запропонували, що високі частоти мутації вигідні в деяких ситуаціях, так як вони дозволяють організмам еволюціонувати і тому пристосувати швидше до своїх оточуючих середовищ. Наприклад, багаторазова дія антибіотиків на бактерій і відбір стійких мутантів може привести до відбору бактерій, що мають високі частоти мутацій, ніж оригінальна популяція (мутаторна лінія).

Мутації і хвороби

Зміни в ДНК, викликані мутацією, можуть викликати помилки в послідовності білка, створюючи частково або повністю нефункціональні білки. Щоб функціонувати правильно, кожна клітина залежить від тисяч білків, які повинні функціонувати в правильних місцях в правильні часи. Коли мутація змінює білок, відіграє критичну роль в тілі, може виникнути захворювання. Захворювання, викликане мутаціями в одному або більше генах називається генетичним захворюванням. Однак, тільки маленький відсоток мутацій викликають генетичні захворювання, більшість не мають ніякого впливу на здоров`я. Наприклад, деякі мутації змінюють послідовність основ ДНК гена, але не замінюють функцію білка, виробленого геном.

Якщо мутація присутня в зародковій клітини, вона може дати початок потомству, який буде носити мутацію в усіх своїх клітинах. Це причина спадкових хвороб. З іншого боку, мутація може відбуватися в соматичній клітині організму. Такі мутації будуть присутні у всіх нащадках цієї клітини, і певні мутації можуть змусити осередок почати безконтрольно відтворюватися, і тому викликати рак.

Часто, мутації гена, які могли б створити генетичну хворобу, виправляються ремонтною системою клітини. Кожна клітина має цілий ряд шляхів, через які ферменти визнають і ремонтують помилки в ДНК. Оскільки ДНК може бути пошкоджена або видозмінюються у багатьох відношеннях, процес ремонту ДНК - важливий шлях, в якому тіло захищає себе від хвороби.

Дуже маленький відсоток всіх мутацій фактично має позитивний ефект. Ці мутації призводять до нових версій білків, які допомагають організму і його майбутнім поколінням краще пристосовують до змін в їх навколишньому середовищу. Наприклад, вигідна мутація могла б приводити до білка, який захищає організм від нової лінії бактерій.

мутагенезу

Мутагенезу (штучне створення мутацій) може використовуватися як ефективний генетичний інструмент. Стимулюванням мутацій певних захворювань і потім наглядом фенотипу організму можуть бути визначені функції генів і навіть індивідуальних нуклеотидів.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!