Download ppt - 14 Mutacije & Rekombinacija

MUTACIJE

MUTACIJE

PROMJENE U STRUKTURI GENETIČKOG MATERIJALA KOJU NE PRIPISUJEMO REKOMBINACIJI GENA ILI KROMOSOMA

1995. god. SIMPSON to je karakteristika koja nije naslijeđena od roditelja ali se nasljeđuje na potomstvo

KRAJEM 16 ST. OPISANA MUTANTNA FORMA ROSOPASA CHELIDONIUM MAJUS I ANKONSKA OVCA

MUTACIJE DOVODE DO MORFOLOŠKIH , FIZIOLOŠKIH I BIOKEMIJSKIH PROMJENA

MAKROMUTACIJE

= MUTACIJE GENA KOJE SVOJOM AKTIVNOŠĆU KONTROLIRA KLJUČNE METABOLIČKE PROCESE

1. LETALNE MUTACIJE «GENETIČKA SMRT» (PRERANA SMRT) DOVODI DO SMRTI NA PREREPRODUKTIVNOM STADIJU

2. SUBLETALNE MUTACIJE – SMRT U JUVENILNOM STADIJU. SMANJUJE ADAPTIVNE VRIJEDNOSTI - HEMOFILIJA (MUTACIJA NA X KROMOSOMU KOJA U MUŠKARACA DOVODI DO HEMOFILIJE)

3. UVJETNO LETALNE MUTACIJE – GLJIVA NEUROSPORA – NEMOGUĆNOST SINTEZE TRIPTOFANA (NA HRANJIVOJ PODLOZI U KOJOJ SE NALAZI TRIPTOFAN NORMALNO SE RAZVIJU)

MIKROMUTACIJE

= PROMJENE U STRUKTURI GENA

FENOTIPSKE KARAKTERISTIKE TEŠKO USPOSTAVITI

MUTACIJE SE DEŠAVAJU U REPRODUKTIVNIM I SOMATSKIM STANICAMA (VEGETATIVNO RAZMNOŽAVANJE)

ČIMBENICI VAŽNI ZA STUPANJ MUTABILNOSTI

SPONTANE - UZROK NEPOZNAT

INDUCIRANE - KEMIJSKI AGENSI, ELEKTROMAGNETSKI VALOVI, ZRAČENJE, STARENJE

PROMJENE U BROJU KROMOSOMA

POLIPLOIDIJA – VIŠE SETOVA KROMOSOMA, 2n, 3n…

ANEUPLOIDIJA – JEDAN KROMOSOM NEDOSTAJE ILI JE JEDAN KROMOSOM U SUVIŠKU, BROJ KROMOSOMA JE VEĆI ILI MANJI OD NORMALNOG

Promjene na molekularnom nivou u genskim mutacijama TIP MUTACIJE REZULTATI I PRIMJERI

I NAPREDNE (FORWARD) MUTACIJE

1. BAZNE SUBSTITUCIJE

A) na nivou DNA

TRANZICIJA

Purin zamijenjen drugim purinom Pirimidin zamijenjen pirimidinom

TRANSVERZIJA

Purin zamijenjen pirimidinom i obrnuto


I NAPREDNE (FORWARD) MUTACIJE

1. BAZNE SUBSTITUCIJE

B) na nivou proteina

Triplet kodira za istu aminokiselinu

SILENT MUTATION AGG ? CGG (Arg)

NEUTRAL MUTATION

Triplet kodira za različite, ali funkcionalno ekvivalentne aminokiseline

MISSENSE MUTATION

Triplet kodira za različitu i nefunkcionalnu aminokiselinu

NOSENSE MUTATION

Triplet kodira terminaciju lanca (skraćenje; obično nefunkcionalan protein)

CAG ? UAG (STOP kodon) 2. ADICIJA I DELECIJA: FRAME SHIFT MUTACIJE


II REVERZNE MUTACIJE

IF.M II R.M 1. EXACT REVERSION AAA GAA AAA (Lys) (G1u) (Lys)

2. EQUIVALENT REVERSION UCC UGC AGC

(Ser) (Cys) (Ser)

III. SUPRESORSKE MUTACIJE

Supresija mutacije koja je na nekom drugom nivou.

KLASIFIKACIJA MUTACIJA

1. PREMA VELIČINI

A. Točkasta mutacija

promjena u vrlo malom djeliću DNA: obično uključuje jedan nukleotid ili jedan par nukleotida

1. Samesense (tiha) mutacija

- promjena u jednom kodonu (obično na 3. mjestu) koja ne promijeni

specifičnu aminokiselinu iz nemutiranog stanja

primjer : CGU CGC Arg Arg

2. Nonsense mutacija

- dovodi do skraćenja polipetida koji se sintetizira zbog pojave signala za

terminaciju lanca

primjer : UGU UGA Cys STOP


1. PREMA VELIČINI

A. Točkasta mutacija

3. Missense mutacija

- dovodi do promjene u slijedu aminokiselina jer određeno mjesto u

polipeptidnom lancu zauzme pogrešna aminokiselina

primjer : GCU GAU Ala Asp

4. Frameshift mutacija

- dovodi do pomaka okvira za čitanje genske upute, uslijed čega se

pojave brojni missense ili nonsense kodoni

B. Velike mutacije

Uključuju promjene više od jednog para nukleotida, a mogu uključivati i cijeli gen, cijeli kromosom ili skupine kromosoma

2. PREMA KVALITETI

A. Strukturalne mutacije

promjene u nukleotidnom sadržaju gena

1. Supstitucijske mutacije

- zamjene jednog nukleotida s drugim

tranzicija = zamjena purina purinom ili pirimidina pirimidinom transverzija = zamjena purina pirimidinom i obratno

2. Delecijske mutacije

- gubici određenih dijelova gena

3. Insercijske mutacije

- dodavanje jednog ili više novih nukleotida nekom genu



2. PREMA KVALITETI

B. Mutacije rearanžmana

promjene položaja gena unutar genoma

1. Rearanžmani unutar jednog gena

- dvije mutacije unutar istog gena mogu imati različite učinke, ovisno da

li se dogode u položaju cis ili trans

2. Rearanžmani u broju gena po kromosomu

- ako u homolognim kromosomima nije jednak broj kopija gena, mogu

biti izazvani različiti fenotipski učinci

3. Promicanje genskog lokusa

- može proizvesti nove fenotipove, osobito ako je gen relociran blizu

heterokromatina

translokacije = premještanja dijelova jednog kromosoma na drugi nehomologni kromosom inverzije = pomicanja unutar istog kromosoma


3. PREMA PODRIJETLU

A. Spontane mutacije

mutacije nepoznatog podrijetla, često ih zovemo i “pozadinske” (background) mutacije

B. Mutacije genetičke kontrole

poznato je da je mutabilnost nekih gena pod utjecajem drugih, tzv. “mutator gena” – to su geni koji mogu povisiti stopu mutacije na nekom genskom lokusu

a. specifični mutatori

- utjecaj im je ograničen ne jedan lokus

b. nespecifični mutatori

- utječu na mnoge lokuse


3. PREMA PODRIJETLU

C. Inducirane mutacije

nastaju zbog izlaganja abnormalnim uvjetima okoline, primjerice pod utjecajem ionizirajućih i neionizirajućih zračenja, kemijskih mutagena…

a. ionizirajuća zračenja

- dovode do promjena u kemijskoj valenciji zbog izbacivanja elektrona

pod utjecajem protona, neutrona, α,β,γ ili X zraka

b. neionizirajuća zračenja

- dovode do porasta energetskih razina atoma (ekscitacije) i izazivaju nestabilnost. UV zračenje izaziva stvaranje dimera timina u istom lancu DNA

c. kemijski mutageni

- dovode do:

- grešaka u udvostručenju (replikaciji) – ako se tijekom udvostručenja DNA ugrade analozi baza, adicije ili delecije baza zbog umetanja (interkaliranja) akridina između 2 baze

- izravnih (direktnih) promjena gena – događaju se u neudvostručenoj DNA (primjerice deanimacija adeina u hipoksatin pod utjecajem HNO2


4. PREMA VELIČINI UČINKA NA FENOTIP

A. Promjena u stopi mutacije

- neki aleli se mogu razlikovati samo po frekvenciji kojom su mutirali

B. Izoaleli

- daju iste fenotipove u homozigotnim i heterozigotnim kombinacijama međusobno, a mogu se razlikovati kad su u kombinaciji s drugim alelima

- takvi su aleli koji upravljaju sintezom proteinskih komponenata izoenzima; njihovi proteinski produkti mogu se razlikovati finim biokemijskim analizama – npr. prema elektroforetskoj pokretljivosti


4. PREMA VELIČINI UČINKA NA FENOTIP

C. Mutacije koje utječu na preživljavanje (vijabilnost)

a. Subvitalne

- relativna vijabilnost veća je od 10%, ali manja od 100% u usporedbi s

divljim tipom

b. Semi-letalne

- uzrokuju više od 90%, ali manje od 100% smrtnosti

c. Letalne

- izazivaju smrtnost u svih jedinki prije odrasle dobi


5. PREMA SMJERU

A. Napredne mutacije

- izazivaju promjene iz divljeg tipa u abnormalni fenotip

B. Povratne mutacije

- proizvode promjene iz abnormalnog fenotipa natrag u divlji tip


6. PREMA STANIČNOM TIPU

A. Somatske mutacije

- događaju se u somatskim stanicama i proizvode mutantni fenotip samo u

određenom dijelu organizma (mozaik ili himera)

B. Gametske mutacije

- događaju se u spolnim stanicama, dovode do nasljednih promjena

MOLECULAR CLOCK (METODA)

GENI SE SPONTANO MIJENJAJU U ALELNE FORME BRZINOM KOJA JE KONSTANTNA ZA SVAKI LOKUS. RAZLIKUJE SE OD JEDNOG GENA DO DRUGOG!

KONSTANTNA UČESTALOST SUPSTITUCIJE AMINOKISELINA TIJEKOM EVOLUCIJE PROTEINA. SVAKI PROTEIN IMA SVOJ VLASTITI MOLEKULARNI SAT. RATA MUTACIJA ZA PROTEINE IZNOSI 10-4.

• RNA MOLEKULA TAKOĐER JE PROMJENJIVA – UČESTALOST MUTACIJA RNA MOLEKULE PROCJENJUJE SE NA 10-4 DO 10-5.

• UČESTALOST ZAMJENE NUKLEOTIDA U DNA SEKVENCAMA TAKOĐER JE U GRUBO KONSTANTNA! RATA MUTACIJA ZA DNA JE 10-10.

MOLECULAR CLOCK (METODA)

PREMA UČESTALOSTI MUTACIJA MAKROMOLEKULA U ODREĐENIH VRSTA MOŽE SE PROCJENITI VRIJEME TJ. DUŽINA TRAJANJA EVOLUCIJE ODREĐENE VRSTE ODNOSNO KADA SU SE ODVOJILE OD NEKOG ZAJEDNIČKOG PRETKA.

REKOMBINACIJA

REKOMBINACIJA

GENETIČKA IZMJENA IZMEĐU SEGMENATA DNA NOVI RASPORED GENA I RAST GENOMA

1. OPĆA REKOMBINACIJA – HOMOLOGNA2. SEKVENCIJSKI SPECIFIČNA – NEHOMOLOGNA

REKOMBINACIJA

OPĆA ILI HOMOLOGNA REKOMBINACIJA

IZMJENA IZMEĐU DVIJE HOMOLOGNE SEKVENCE DNA (IZMEĐU DVIJE KOPIJE ISTOG KROMOSOMA – MEJOZA: SINAPSE, CROSSING-OVER, U RAZVOJU SPOLNIH STANICA

HOMOLOGNA REKOMBINACIJA

MEJOZU IMAJU SAMO EUKARIOTI ALI DO MJEŠANJA GENA I OPĆE REKOMBINACIJE DOLAZI I KOD PROKARIOTA U MITOZI


LOM NA BILO KOJEM MJESTU DNA ZAVOJNICE, FRAGMENTI SE IZMJENJUJU. TO MJESTO MOŽE BITI DUGO NEKOLIKO TISUĆA PAROVA BAZA. NA MJESTU IZMJENE NE MJENJA SE NUKLEOTIDNA SEKVENCA. PROCES LOMA JE PRECIZAN. NI JEDAN NUKLEOTID SE NE GUBI, DODAJE, NITI MJENJA. TAKVE LOMOVE UZROKUJU ZRAKE I RENTGENSKE (X) ZRAKE.


IZMJENE SESTRINSKIH KROMATIDA U MITOZI (METAFAZA) “HARLEKIN KROMOSOMI”

SEKVENCIJSKI SPECIFIČNA ILI NEHOMOLOGNA REKOMBINACIJA

NE ZAHTJEVA HOMOLOGIJU IZMEĐU SEKVENCI DNA JEDNOG ILI OBA HELIXA (ZAVOJNICE)

MJENJA SE POREDAK NUKLEOTIDNIH SEKVENCI U GENOMU

TU SUDJELUJU RAZLIČITI PROTEINI: Rec A protein

DNA polimeraza I

DNA ligaza

INTEGRAZA

Rec BC protein

SEKVENCIJSKI SPECIFIČNA REKOMBINACIJA

Plazmidi – vankromosomski nasljedni elementi

Cirkularni ili linearni. građeni su od dvočlane DNK molekule. Molekularne mase 106 - 108 . Može se ugraditi u bakterijski kromosom.

Plazmidi su dodatni kromosomi u bakterija, bez kojih bakterije ne mogu živjeti (nemaju normalan metabolizam).

Zbog dodatnog genetičkog materijala ti organizmi imaju evolucijsku prednost.

Najmanji plazmid ima dva gena u svojoj DNA, a najveći i stotinu gena.


2 srodna plazmida koji imaju iste mehanizme replikacije ne mogu opstati u jednoj stanici.

Postoji nekoliko tisuća raznih plazmida.

Plazmid velike molekularne mase maže prijeći iz jednog u drugog domaćina. Za to je potrebno najmanje 20 gena

Mali plazmidi mogu prijeći u drugog domaćina uz pomoć velikog. To se zove MOBILIZACIJA.


Dokaz za to je da su bakterije iz jednog LIOFILIZATA iz 1946. god. Rezistentne na tetraciklin i streptomicin koji tada nisu bili poznati.

Plazmidi daju bakteriji razna svojstva.

Mogu stvarati BAKTERIOCINE – toksine koji djeluju na druge bakterije.

PLAZMIDI omogućuju rezistenciju na antibiotike.

Plazmidi su nosioci virulencije – bakterija je virulentna jer ima nosioca virulencije na plazmidu (Bacil antraxa, E. coli, Sligela)

Metabolički plazmidi: bakterije koje žive u tlu, omogućuju da bakterije kao izvor C koriste organske tvari kao što su : salicilati, naftalen, toluol, kamphor, tako i razgrađuju te tvari


Kriptični plazmidi – ne zna im se funkcija

Plazmidi su pokretni genetički elementi

Postoje plazmidi za rezistenciju prema teškim metalima (živa, olovo). Ti plazmidi – veliki plazmidi mogu prijeći iz bakterije u biljke, dolazi u Agrobacterium tubefaciens

POKRETNI GENETIČKI ELEMENTI

RAST GENOMA

1. IS elementi – PREPOZNAJU SE PO MUTACIJAMA KOJE IZAZIVAJU, to su biološki agensi koji izazivaju mutacije

2. TRANSPOZONI – (Tn) također se prepoznaju po mutacijama koje izazivaju i po nekim dodatnim svojstvima – rezistencija na antibiotik, pesticid

3. GIGANTSKI TRANSPOZON SA OMOTAČEM BAKTERIOFAGA


IS – ELEMENTI

– blok DNA, sa svake strane ima INVERTNU REPETICIJU

Svaki IS element mora imati IR jer su oni važni za prelaženje iz jednog mjesta na drugo. Njih prepoznaju proteini TRANSPOZAZE, prebacuju ih. Svaki IS element odabere ciljanu sekvencu točno određene duljine, bez obzira na slijed nukleotida i to se ubaci.

IS1 element je veličine 768 pb, to je najmanji insercioni element kojeg poznajemo.


TRANSPOZONI

– pokretni genetički elementi sa strane imaju insercionu sekvencu

Tn 1681 stvara termostabilni toksin u E. coli

IS1 su elementi važni za prelaženje transpozona iz jednog mjesta na drugo.


BAKTERIOFAGI se inseriraju u bakterijski kromosom, neki bilo gdje, a neki na točno određeno mjesto u bakterijskom kromosomu.

litički

(umnaža se)

i

lizogeni ciklusi

(pritajen - UV zračenje ga inducira)

Mobilni genetički elementi u bakteriji Escherichia coli

tip veličina (tisuće baza)

karakteristike

plazmidi faktor fertilnosti (faktor F) 93 Čini bakteriju muškom, prenosi se

konjugacijom faktot F' > 100 Osim gena faktora F prenosi i gene

bakterije E. coli faktori rezistencije (faktori R) 4 do 117 Nose gene za rezistenciju na lijekove;

neki nose i gene za konjugaciju kolicinogeni faktori 6 do 141 Nose gen za proizvodnju kolicina

(toksina); neki nose i gen za konjugaciju

lizogeni fagi lamda (λ) 48 Uz virusne gene i nešto gena E. coli (gal

ili bio) Mu 38 Svi mu nose i mali dio genoma E. coli

insercijske sekvence (IS) 0,8 do 1,4 Geni omeđeni parom IS mogu se premještati unutar stanice