Mutacije

Miha Povšič

Genetika

Izobraževanje odraslih

Mutacije

• So spremembe v dednem zapisu posameznega osebka, ki se ohranijo in se prenašajo na hčerinske celice. So hitre spremembe molekule DNA in lahko zajamejo gen, kromosom ali celoten genom.

• Posledice mutacij se kažejo v spremenjeni zgradbi beljakovin in kot nepravilnosti v zgradbi in delovanju celice ter organizma.

• Večina mutacij je škodljivih. Nek gen lahko na primer določena mutacija spremeni tako, da več ni zmožen tvorbe encima, ki je nujno potreben za sintezo beljakovine, ki je za organizem nujno potrebna. Vendar vse mutacije niso škodljive.

• Nek gen lahko na primer neka mutacija spremeni tako, da prične organizem tvoriti kakšen produkt, ki je za organizem koristen in mu tako omogoči boljše preživetje. Nekatere mutacije so tako celo vir variacij genskega materiala, ki omogočajo evolucijske spremembe.

Vzrok za nastanek mutacij

• Mutacije so spontane ali izzvane spremembe v molekuli DNA. Spontane mutacije so tiste mutacije, ki so nastale kot posledica delovanja nekaterih notranjih (endogenih) dejavnikov. Izzvane mutacije pa so mutacije, ki nastanejo kot posledica vpliva nekega zunanjega (eksogenega) dejavnika.

Vrste mutacij

• Večina mutacij je za organizem škodljivih, a za vse to ne velja. Nekatere mutacije so lahko nevtralne in organizma ne prizadenejo, spet druge so lahko celo koristne. Koristne mutacije omogočijo organizmom boljše preživetje v nekem okolju.

Vrste mutacij

• Glede na to, kako obsežen del DNA zajame genetska sprememba, razlikujemo tri vrste mutacij.

• 1. genske mutacije: spremembe zaporedja ali števila nukleotidov v DNK ter s tem zapisov v posameznem genu,

• 2. kromosomske mutacije: sprememba strukture kromosoma,

• 3. genomske mutacije: sprememba števila kromosomov ter s tem strukture genoma.

Genske mutacije

• Kadar se v genskem materialu (npr. molekuli DNA nekega kromosoma) spremeni zaporedje nukleotidov ali se spremeni njihovo število in s tem zapis v delu gena, imenujemo takšno mutacijo genska mutacija.

Genske mutacije

• V kolikor je napaka omejena na en nukleotid, imenujemo takšno mutacijo točkasta mutacija. Mednje spadajo tavtomerni premiki, točkaste delecije in točkaste insercije.

• Točkaste delecije so mutacije, pri katerih en nukleotid izstopi iz DNA, točkaste insercije pa so mutacije, pri katerih se en nukleotid vrine v molekulo DNA. Tako točkasta insercija kot točkasta delecija lahko povzročita velike napake, odvisno od izgubljenega oz. vrinjenega nukleotida in seveda tudi od mesta, kjer je prišlo do izgube oz. vrinjenja nukleotida.

Genske mutacije

Genske mutacije

• Med genske napake se uvrščajo tudi napake, ki so posledica insercije trinukleotida ali večih trinukleotidov oz. od delecije trinukleotidov ali več trinukleotidov. Te mutacije imenujemo dinamične mutacije. Posledice takšne insercije ali delecije so premiki bralnega okvirja, ki pogosto vodijo v nastanek številnih bolezni.

Genske mutacije

• DNK je zapakiran v jedru (dedni material)

Genske mutacije

• DNK je sestavljen iz dveh komplementarnih verig DNK (sestavljen je iz številnih nukleotidov)

Genske mutacije – točkasta insercija

• Tripleti (trije nukleotidi) kodirajo določeno aminokislino. Če se vmes vrine nukleotid, se spremeni bralni okvir od točke vrinjenja naprej

Genske mutacije – točkasta delecija

• Če iz molekule DNK izstopi en nukleotid govorimo o točkasti deleciji, kjer se spremeni bralni okvir od izstopa nukleotida naprej.

Genske mutacije - dinamična

• Če izstopi nukleotidni triplet, se izgubi informacija za eno aminokislino.

Kromosomske mutacije

• Če se v kromosomu spremeni lega posameznega ali več genov, imenujemo takšno spremembo v genskem materialu kromosomska mutacija. Kromosomske mutacije lahko na primer nastanejo v procesu delitve celic, predvsem v procesu crossing over.

Kromosomske mutacije - translokacija

• Premestitev odseka DNA iz enega kromosoma v drugega ali iz enega mesta na drugo mesto istega kromosoma (translokacija)

Kromosomske mutacije - delecija

• Zmanjšanje kromosoma zaradi izpada dela kromosoma (delecija)

Kromosomske mutacije - inverzija

• Zamenjava smeri nekega odseka DNA v kromosomu, ne da bi pri tem prišlo do izgube DNA (inverzija)

Kromosomske mutacije - duplikacija

• Podvojitev odseka (duplikacija)

Genomske mutacije

• Kadar se v celici spremeni število kromosomov, takšni spremembi pravimo genomska mutacija. Pri genomskih mutacijah se ne spremeni sama struktura kromosoma, temveč se spremeni število kromosomov. Število kromosomov se lahko zmanjša ali poveča za kromosom ali več.

Genomske mutacije

• Med genomske mutacije uvrščamo:

• 1. anevploidijo: povečanje ali zmanjšanje števila za en ali več kromosomov

• 2. poliploidijo: pomnožitev celotne kromosomske garniture, kar pomeni, da ima tak organizem tri ali več kompletov kromosomov

• Posledice genomskih mutacij so zelo raznolike in so lahko zelo škodljive, ali tudi zelo koristne.

Genomske mutacije - monosomija

• Izpad enega izmed spolnih krmosomov.

Turnerjev sindrom

• manjkajoči X kromosom.

• velika prizadetost pacienta

• zaostalost v rasti

• kratek in širok vrat

• ščitasta prsa

• razmaknjene bradavice

• vratna guba

Genomske mutacije – trisomija

• Pojav dodatnega enaindvajsetega kromosoma.

Downov sindrom

• duševno manj razviti pacienti

• zmanjšane zaznavne sposobnosti

• številne telesne nepravilnosti

Genomske mutacije – triplodija

• Divja jablana ima bazično število kromosomov n=17, torej 2n=24.

• Domača jablana ima 2n=51, so triploidne in imajo tri garniture kromosomov

Genomske mutacije – tetraplodija

• Kava ima bazično kromosomsko število n=11, obstajajo pa vzrejne vrste, ki imajo 2n=44, 2n=66 in 2n=88. Imajo štiri garniture kromosomov – so tetraploidne

Prikaz nastanka mutacije

Popravljanje genetskih napak

• Zaradi različnih dejavnikov prihaja v genskem materialu organizmov do stalnih napak. Zato so celice razvile številne mehanizme za njihovo popravljanje oz. odpravljanje. Te mehanizme imenujemo popravljalni mehanizmi.

Popravljalni mehanizmi

• Celice imajo za popravljanje poškodb, ki jih na DNA povzročjo notranji in zunanji dejavniki tako imenovane popravljalne mehanize.

• Rezultat je zelo malo število DNA poškodb, ki bi se lahko izmuznile popravljalnim mehanizmom.

Popravljalni mehanizmi

• Organizmi so nenehno izpostavljeni UV sevanju, ki ga seva sonce.

• Sevanje povzroča genske napake

Popravljalni mehanizmi

• UV sevanje pozroča poškodbe na DNK, saj vzburja dušikove baze, najbolj izmed dušikovih baz pa je občutljiv timin

Popravljalni mehanizmi

• Nastanek napake je lahko povezava dveh dušikovih baz v dimer, kar neposredno vpliva na sintezo aminokislin.

Popravljalni mehanizmi

• DNK fotoliaza poišče napako, se poveže in s pomočjo svetlobe katalizira reakcijo ločevanja dušikovih baz.

Genetske napake pri ljudeh

• Anemija srpastih celic

• Cistična fibroza

• Edwardsov sindrom

• Burkittov limfom

• Angelmanov sindrom

• Klinefelterjev sindrom

• Jacobsov sindrom

Anemija srpastih celic

• Je bolezen, ki je posledica spremenjene oblike hemoglobina v eritrocitih. Spremenjena je oblika hemoglobina – nezadostna oskrba organizma s kisikom

Cistična fibroza

• Okvarjen gen prizadane eksokrine žleze, ki izločajo sluz (dihalne poti, črevesje...). Neozdravljiva bolezen, ki povzroča kronične bolezni – okužbe pljuč, nesposobnost resorbcije hranilnih snovi iz hrane...

Edwardsov sindrom

• Posledica genomske mutacije (trisomija 18. kromosoma). Prizadane srce, ledvica, jetra in druge notranje organe. V večini primerov življenjska doba ne preseže treh mesecev.

Burkittov limfom

• Je posledica kromosomske mutacije, kjer se med 8. in 14. kromosomom izmenja večji del genskega materiala. Posledica je rakasta tvorba, ki najprej prizadane čeljust in lične kosti.

Angelmanov sindrom

• Posledica kromosomske mutacije, kjer 15. kromosom izgubi večji del genskega materiala. Osebe se upočasnjeno razvijajo, imajo motnje govora, se veliko smejijo in hitro vzkipijo.

Klinefelterjev sindrom

• Fizične nepravilnosti moškega z več kot enim spolnim X kromosomom

Jacobsov sindrom

• Podvojeni spolni Y kromosom

• Zapleti in prepoznavni znaki:

– Visoka postava

– Huda aknavost

– Visoka stopnja agresije

• Močno povečano tveganje za težave pri učenju ter zapoznel govor in jezikovne napake.