Mutacje

Mutacje – to nagłe skokowe zmiany materiału genetycznego.

MUTACJE

dziedziczone
niedziedziczone

Komórki rozrodcze lub
Macierzyste przekazywane w
Procesie dziedziczenia
Komórki somatyczne, zmianie budowa danego organu, jego wygląd i funkcja. Być mutacje nowotworowe.

Podział mutacji ze względu na poziom:
1. Mutacje genomowe (punktowe) – obszar jednego genu.
2. Mutacje chromosomowe (abberacje) – strukturalne.
3. Mutacje genomowe – liczbowe zachodzące na poziomie genomowym 2n = 46 – 44 autosomy i 2 heterosomy


MUTACJE GENOWE = PUNKTOWE


1.Substytucja – podstawienie, zamiana jednego nukleotydu na drugi:
a. tranzycja – zamiana jednej puryny na drugą; zamiana jednej pirymidyny na drugą
b. transwersja – zamiana puryny na pirymidynę
SKUTKI:
● mutacja milcząca AAA → AAG ( lizyna, aminokwas się nie zmienia)
● mutacja nonsensowna AAA → UAA ( kodon nonsensowny)
● mutacja zmiany sensu AAA → AAC (lizyna → asparagina)

2.Delecja – utrata jednego lub kilku nukleotydów w DNA ∑ SKUTKI: przesunięcie ramki odczytu
3.Addycja – wstawienie jednego lub kilku nukleotydów



MUTACJE CHROMOSOMOWE = STRUKTURALNE = ABBERACJE


1.Delecja – skrócenie chromosomu:
a b c d e | f g
●deficjencja – wycięcie pierwszego lub ostatniego:
a b| c d e f| g h

2.Inwersja – fragment genu zostaje wycięty, obrócony o 1800 i wstawiony z powrotem:
a b c d | e f g → a b c d g f e

3.Duplikacja – kopiowanie fragmentu chromosomu; chromosom zostaje podwojony:
a b c d d e f g

4.Translokacja – dobudowanie fragmentu chromosomu niehomologicznego:
a b c d e f g x y z


MUTACJE GENOMOWE = LICZBOWE


1. ANEUPLOIDY – organizmy, w których doszło do zmienienia liczby chromosomów:
● utrata heterosomu / autosomu → 2n – 1 / 2n – 2
● dodanie heterosomu / autosomu → 2n + 1 / 2n + 2
▪ zamiast 2 chromosomów – 3 – trisomia
▪ zamiast 2 chromosomów – 1 – monosomia
→ m. letalna – śmiertelna – mutacja autosomy
→ m. nielegalna – mutacja heterosomu
44 a. + XX
45 a .+ XX – zespół Downa
44 a. + XXX

2. EUPLOIDY – zmiana całego genomu – 1n + 2n = 3n → triploidalność / 2n + 2n = 4n →tetraploidalność





Delecja allelu dominującego umożliwia ekspresję allelu recesywnego:

● Mutacje spontaniczne – zawsze zachodzą w organizmie;
● Mutacje indukowane – wymuszone


CZYNNIKI MUTAGENNE


FIZYCZNE CHEMICZNE
Promieniowanie jonizujące X Analogi zasad azotowych ( analogiczne do zasad azotowych włączają się za nie)

Promieniowanie ultrafioletowe
(słoneczne)
Kwas azotowy HNO2

Wysoka temperatura
Barwniki akrydynowe – płaskie cząsteczki o kilku pierścieniach wnikają między nukleotydy i prowadzą do addycji lub delecji

Iperyt – gaz bojowy, działa na zasady azotowe

Kolchicyna – wpływa na wiązanie Kario – kinetyczne; rozdzielanie chromosomów na pół (np. mutacja genomowa)

Nadtlenek wodoru – H2O2, amoniak

SKUTKI MUTACJI CHROMOSOMOWYCH U CZŁOWIEKA


1. CRI – DU – CHAT ( zespół miauczenia kota) → delecja krótkiego ramienia piątego chromosomu; dzieci rodzą się niedorozwinięte fizycznie i umysłowo, rozszczepienie podniebienia, mozg się nie rozwija, dzieci umierają do 6 miesiąca życia.
2. Duplikacja fragmentu chromosomu → im dłuższy odcinek ulega duplikacji tym bardziej objawy przypominają trisomię.
3. Deficjencja fragmentu chromosomu 17. z genem P53 → zwiększa prawdopodobieństwo na zmiany nowotworowe.


SKUTKI MUTACJI GENOWYCH = PUNKTOWYCH U CZŁOWIEKA


1. Anemia sierpowata → wymiana nukleotydu zawierającego adeninę na nukleotyd z tyminą – może prowadzić nawet do śmierci. Wskutek mutacji punktowej, zachodzącej w jednym z autosomów, powstaje nieprawidłowa hemoglobina różniąca się od prawidłowej tylko pojedynczym aminokwasem – waliną zamiast kwasu glutaminowego. Erytrocyty z hemoglobiną przyjmują charakterystyczne wydłużone kształty, czopują naczynia krwionośne, łatwo ulegają rozpadowi, a tym samym uniemożliwiają prawidłowe dotlenienie tkanek organizmu. Objawy to ból i dotkliwe obrzęki. Organizmy, które mają dwa allele recesywne we wczesnym dzieciństwie. W krwi osób będących heterozygotami, występują zarówno erytrocyty prawidłowe jak i sierpowate. To powoduje wprawdzie ciężką niewydolność krążenia, ale z drugiej strony chroni przed malaria. Chorzy na anemię pomimo ciężkich objawów mają o wiele większe szanse na przeżycie i wydanie na świat potomstwa niż ze wszystkimi prawidłowymi krwinkami, którym grozi śmiertelna malaria.
2. Mukowiscydoza → jest uwarunkowana przez allel recesywny. Jest to choroba dotykająca wielu narządów: u chorych najgroźniejsze objawy dotyczą układu oddechowego. W jego przewodach wyścielonych nabłonkiem urzęsionym odkłada się śluz o wyjątkowo dużej lepkości, sklejając rzęski i wywołując ciężkie duszności. Poza tym miejsca ze śluzem stają się doskonałą pożywką dla bakterii, których toksyny powodują ciężkie zapalenie płuc i w wielu przypadkach śmierć.
3. Hemofilia.
4. Bloki metaboliczne → mutacja, w której brak prawidłowego enzymu powoduje przerwanie ciagu metabolicznego. Skutkiem tego jest niepowstawanie oczekiwanych produktów reakcji.


Przykłady chorób:
♦ A – Fenyloketonuria – brak enzymu przekształcającego fenyloalaninę w tyrozynę. Fenyloalanina się gromadzi i przekształca w toksyczny kwas fenylopirogronowy. Powoduje to uszkodzenia układu nerwowego. Nieleczona fenyloketonuria prowadzi do upośledzenia umysłowego. Nadmiar fenyloalaniny częściowo jest wydalany z moczem chorego. Zapobieganie wystąpieniu objawów chorobowych polega głównie na stosowaniu diety ubogiej w fenyloalaninę.
♦B – Albinizm – brak enzymu przekształcającego prekursor melaniny w melaninę. Chorzy mniemający pigmentu w skórze są wrażliwi na działanie słońca, maja bardzo jasną skórę, białe włosy, rzęsy i brwi. Tęczówka ich oka jest bezbarwna, przeświecają przez nią naczynia krwionośne, co nadaje oku czerwoną barwę.
♦C – Kretynizm tarczycowy – brak enzymu przekształcającego tyrozynę w hormony tarczycy. U dzieci powoduje to niedorozwój umysłowy o różnym stopniu nasilenia.
♦D – Alkaptonuria – brak enzymu odpowiedzialnego za przekształcanie kwasu homogentyzynowego (zwanego alkapontem). Nadmiar tego kwasu częściowo wydalany jest z moczem, co powoduje jego ciemnienie. Kwas ten w zaawansowanym stadium choroby odkłada się w stawach, chrząstkach i skórze, wywołując stany zapalne. U chorych stosuje się dietę ubogą w tyrozynę.


CHOROBY SPOWODOWANE MUTACJAMI GENOMOWYMI U CZŁOWIEKA



1. Zespół Downa – trisomię 21 pary chromosomowej. Najbardziej typowe dla tej choroby to niedorozwój umysłowy o różnym nasileniu, niski wzrost, zaburzenie proporcji ciała oraz liczne zmiany anatomiczne i fizjologiczne, zwłaszcza dotyczące układu krwionośnego. Nazywany jest również mongolizmem.
2. Zespół Turnera – monosomia chromosomów X (X0) – zamiast dwóch występuje tylko jeden. Choroba ta objawia się bezpłodnością, niskim wzrostem, wadami układu krążenia i moczowego.
3. Natomiast brak jednoznacznych objawów u kobiet mających dodatkowy, trzeci chromosom X (trisomia XXX). Kobiety te są płodne, a czasami cechuje je jedynie nieco niższy od przeciętnego poziom rozwoju umysłowego.
4. Choroba Klinefeltera – spowodowana jest obecnością dodatkowego chromosomu X w kariotypie mężczyzny (trisomia XXY). Objawami tej mutacji są: kobieca sylwetka oraz powodujący bezpłodność niedorozwój jąder. Nie towarzyszy jej jednak upośledzenie inteligencji.
5. U mężczyzn jest też możliwa trisomia chromosomów płci (XYY), która nie wywołuje jednak widocznych zmian chorobowych. Przez pewien czas uważano, że dodatkowy chromosom Y jest źródłem większej niż przeciętna agresji u mających ja osób, ale ostatnie badania nie potwierdzają tej hipotezy.

POJĘCIA:

• Onkogen – są to geny powstające w wyniku mutacji zupełnie nieszkodliwych protoonkogenów; geny kodujące białko, powodujące tzw. Transformację nowotworową zdrowych komórek; transformowane komórki wykazują wzrost i podziały nieograniczone, analogiczne do podziałów komórek rakowatych.
• Protoonkogen – kodują białka, których powstawanie staje się dla komórek sygnałem – „dzielić się”. Jeżeli w wyniku mutacji z protoonkogenu powstanie onkogen, to będzie on działać jak ciągle wciśnięty pedał gazu – komórki , otrzymując bezustanne sygnały, dzielą się jak szalone.
• Antyonkogen – są odpowiedzialne za sprawne działanie systemów zatrzymujących podziały komórek, a tym samym powstawanie nowotworów. Okazuje się jednak, że i one także , choć bardzo rzadko mogą podlegać niekorzystnym mutacjom, które stają się przyczyną rozwoju nowotworów. W tym przypadku zmiany powodują uszkodzenia „ hamulców”’ podziałów komórkowych. Skutek jest taki sam jak w przypadku powstawania onkogenów – komórki dzielą się w sposób niekontrolowany.
• Transformacja nowotworowa – to przekształcanie prawidłowo funkcjonujących komórek w komórki nowotworowe dzielące się w sposób niekontrolowany przez organizm. Proces ten jest niezwykle złożony i do jego zapoczątkowania potrzeba wielu jednocześnie następujących mutacji różnorodnych genów.
• Badania prenatalne – badania zarodka płodu. Najpowszechniej stosowaną metodą badania płodu jest nieniosąca ryzyka jego uszkodzenia ultrasonografia. Na zdjęciu USG wprawne oko lekarza może dostrzec zewnętrzne anomalie płodu, ale już nie zaburzenia struktury DNA. Tych bardziej szczegółowych informacji rodzicom i lekarzom dostarczą wyniki amniopunkcji (amniocentezy) polegającej na pobieraniu od matki, poprzez nakłucie, płynu owodniowego, w którym unosi się jej dziecko. Gdy płód rośnie, jego naskórek w zupełnie naturalny sposób złuszcza się, a tym samym jego komórki pojawiają się w płynie owodniowym.