ГЕННЫЕ МУТАЦИИ: ИЗ ЧЕГО ОНИ СОСТОЯТ, ВИДЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эти мутации гена или специфические являются те , в которых один аллель гена изменения, становясь другой. Это изменение происходит внутри гена, в локусе или точке и может быть локализовано.

Напротив, при хромосомных мутациях обычно затрагиваются наборы хромосом, вся хромосома или ее сегменты. Они не обязательно связаны с генными мутациями, хотя это может произойти в случае разрывов хромосом, которые влияют на ген.

Рисунок 1. Мутация в гене, контролирующем форму хвоста мыши. Источник: Автор (фотография любезно предоставлена ​​Эммой Уайтлоу, Сиднейский университет, Австралия), Via Wikimedia Commons

С развитием молекулярных инструментов, применяемых для секвенирования ДНК, термин «точечная мутация» был пересмотрен. Сегодня этот термин часто используется для обозначения изменений пары или нескольких соседних пар азотистых оснований в ДНК.

Что такое мутации?

Мутация - квинтэссенция механизма, который привносит генетические вариации в популяции. Он состоит из внезапного изменения генотипа (ДНК) организма не из-за рекомбинации или генетической перестройки, а из-за наследования или воздействия негативных факторов окружающей среды (таких как токсины и вирусы).

Мутация может выйти за пределы потомства, если она происходит в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах). Это может вызывать небольшие вариации у отдельных людей, огромные вариации - даже вызывая заболевания - или они могут оставаться безмолвными без какого-либо эффекта.

Затем вариации в генетическом материале могут создавать фенотипическое разнообразие в природе, будь то между особями разных видов или даже одного и того же вида.

Типы генных или точечных мутационных изменений

Есть два типа мутационных изменений генов:

Изменения азотной основы

Они заключаются в замене одной пары азотистых оснований на другую. В свою очередь они делятся на два типа: переходы и трансверсии.

• Переходы: предполагают замену одного основания другим из той же химической категории. Например: пурин для другого пурина, аденин для гуанина или гуанин для аденина (A → G или G → A). Также может быть случай замещения пиримидина другим пиримидином, например: цитозин на тимин или тимин на цитозин (C → T или T → C).
• Трансверсии: это изменения, которые затрагивают разные химические категории. Например, случай перехода от пиримидина к пурину: T → A, T → G, C → G, C → A; или пурин для пиримидина: G → T, G → C, A → C, A → T.

По соглашению эти изменения описываются применительно к двухцепочечной ДНК, и поэтому основания, составляющие пару, должны быть подробно описаны. Например: переход может быть GC → AT, а трансверсия - GC → TA.

Рисунок 2. Типы точечных мутационных изменений. Источник: (Автор Сара - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Вставки или удаления

Они состоят из входа или выхода пары или нескольких пар нуклеотидов гена. Хотя затронутой единицей является нуклеотид, мы обычно всегда ссылаемся на пару или пары задействованных оснований.

последствия

-Базовые концепции

Чтобы изучить последствия мутаций генов, мы должны сначала рассмотреть два фундаментальных свойства генетического кода.

1. Во-первых, генетический код вырожден. Это означает, что один и тот же тип аминокислоты в белке может кодироваться более чем одним триплетом или кодоном в ДНК. Это свойство подразумевает наличие в ДНК большего количества триплетов или кодонов, чем типов аминокислот.
2. Второе свойство состоит в том, что гены обладают стоп-кодонами, используемыми для прекращения трансляции во время синтеза белка.

-Сценарии мутаций генов

Мутации страта могут иметь разные последствия в зависимости от конкретного места, где они происходят. Таким образом, мы можем визуализировать два возможных сценария:

1. Мутация происходит в части гена, в котором кодируется белок.
2. Мутация возникает в регуляторных последовательностях или других типах последовательностей, не участвующих в определении белка.

-Функциональные последствия первого сценария

Генные мутации в первом сценарии приводят к следующим результатам:

Тихая мутация

Это происходит, когда кодон заменяется другим, кодирующим ту же аминокислоту (это следствие вырожденности кода). Эти мутации называются тихими, потому что в реальном выражении результирующая аминокислотная последовательность не изменяется.

Мутация разворота

Это происходит, когда изменение кодона определяет замену аминокислоты. Эта мутация может иметь различные эффекты в зависимости от природы введенной новой аминокислоты.

Если он по своей химической природе похож на исходный (синонимичное замещение), влияние на функциональность полученного белка может быть незначительным (этот тип изменения часто называют консервативным изменением).

Когда, с другой стороны, химическая природа полученной аминокислоты очень отличается от исходной, эффект может быть различным, и полученный белок может оказаться бесполезным (неконсервативное изменение).

Конкретное расположение такой мутации в гене может иметь различные эффекты. Например, когда мутация происходит в части последовательности, которая приводит к активному центру белка, ожидается, что повреждение будет больше, чем если бы оно произошло в менее критических областях.

Бессмысленная мутация

Это происходит, когда изменение генерирует кодон остановки трансляции. Этот тип мутации обычно дает дифункциональные белки (усеченный белок).

Вставки или удаления

Они имеют эффект, эквивалентный бессмысленной мутации, хотя и не идентичный. Эффект возникает при изменении рамки считывания ДНК (явление, известное как сдвиг рамки считывания или сдвиг рамки).

Эта вариация производит информационную РНК (мРНК) с отставанием от места, где произошла мутация (вставка или делеция), и, следовательно, изменение аминокислотной последовательности белка. Белковые продукты, полученные из генов с такими типами мутаций, будут полностью дисфункциональными.

Исключения

Исключение может возникнуть, если происходят вставки или делеции ровно трех нуклеотидов (или кратных трем).

В этом случае, несмотря на изменение, рамка считывания остается неизменной. Однако поэтому нельзя исключить, что полученный белок является дисфункциональным либо из-за включения аминокислот (в случае вставки), либо из-за их потери (в случае делеций).

-Функциональные последствия второго сценария

Мутации могут происходить в регуляторных последовательностях или других последовательностях, не участвующих в определении белков.

В этих случаях влияние мутаций предсказать гораздо сложнее. Тогда это будет зависеть от того, как точечная мутация влияет на взаимодействие этого фрагмента ДНК с множеством существующих регуляторов экспрессии генов.

Опять же, разрыв рамки считывания или простая потеря фрагмента, необходимого для связывания регулятора, может вызывать эффекты, которые варьируются от дисфункциональных белковых продуктов до отсутствия контроля их количества.

-Частые случаи, приводящие к заболеваниям

Примером очень редкой точечной мутации является так называемая мутация усиления чувствительности.

Это состоит из преобразования стоп-кодона в кодирующий кодон. Это случай варианта гемоглобина под названием Constant Spring Hemoglobin (аллельный вариант HBA2 * 0001), вызванного заменой стоп-кодона UAA на кодон CAA.

В этом случае точечная мутация приводит к нестабильному гемоглобину α-2, увеличенному на 30 аминокислот, что вызывает заболевание крови, называемое альфа-талассемией.

Ссылки

1. Эйр-Уокер, А. (2006). Распределение фитнес-эффектов новых вредных аминокислотных мутаций у людей. Генетика, 173 (2), 891–900. DOI: 10.1534 / genetics.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Генетика от генов к геномам. Шестое издание, MacGraw-Hill Education. стр.849
3. Ново-Вильяверде, FJ (2008). Генетика человека: концепции, механизмы и приложения генетики в области биомедицины. Pearson Education, SA, стр. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Генетика в медицине. Издание седьмое. Сондерс, стр. 578.
5. Штольцфус, А., Кейбл, К. (2014). Менделирующий мутационизм: забытый эволюционный синтез. Журнал истории биологии, 47 (4), 501–546. DOI: 10.1007 / s10739-014-9383-2