Γονιδιακές μεταλλάξεις σε αυτά που συνίστανται, είδη και συνέπειες

Το γονιδιακές μεταλλάξεις ή ακριβείς είναι εκείνες στις οποίες ένα αλληλόμορφο ενός γονιδίου αλλάζει, γίνεται διαφορετικό. Αυτή η αλλαγή συμβαίνει μέσα σε ένα γονίδιο, σε έναν τόπο ή σημείο και μπορεί να εντοπιστεί.

Αντίθετα, στις χρωμοσωμικές μεταλλάξεις, τα σύνολα των χρωμοσωμάτων, ένα ολόκληρο χρωμόσωμα ή τμήματα αυτού του χρωμοσώματος επηρεάζονται συνήθως. Δεν περιλαμβάνουν απαραιτήτως γονιδιακές μεταλλάξεις, αν και θα μπορούσε να συμβεί στην περίπτωση θραυσμάτων χρωμοσωμάτων που επηρεάζουν ένα γονίδιο.

Με την ανάπτυξη μοριακών εργαλείων που εφαρμόζονται στην αλληλούχιση του DNA, ο όρος σημειακή μετάλλαξη επαναπροσδιορίστηκε. Σήμερα ο όρος αυτός χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται σε μεταβολές σε ζεύγος ή μερικά ζεύγη γειτονικών αζωτούχων βάσεων στο DNA.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι οι μεταλλάξεις?
• 2 Τύποι γονιδιακών μεταλλάξεων ή αλλαγών σημείων
  • 2.1 Μεταβολές των αζωτούχων βάσεων
  • 2.2 Εισαγωγές ή διαγραφές
• 3 Συνέπειες
  • 3.1 - Βασικές έννοιες
  • 3.2-Σενάρια γονιδιακών μεταλλάξεων
  • 3.3 - Λειτουργικές συνέπειες του πρώτου σεναρίου
  • 3.4 - Λειτουργικές συνέπειες του δεύτερου σεναρίου
  • 3.5 - Σπάνιες περιπτώσεις που οδηγούν σε ασθένειες
• 4 Αναφορές

Τι είναι οι μεταλλάξεις;?

Η μετάλλαξη είναι ο κατ 'εξοχήν μηχανισμός που εισάγει γενετική ποικιλότητα στους πληθυσμούς. Συνίσταται στην ξαφνική αλλαγή του γονότυπου (DNA) ενός οργανισμού, που δεν οφείλεται σε ανασυνδυασμό ή γενετική αναδιάταξη, αλλά λόγω κληρονομικότητας ή λόγω αρνητικών περιβαλλοντικών παραγόντων (όπως τοξίνες και ιοί)..

Μια μετάλλαξη μπορεί να ξεπεράσει τους απογόνους εάν εμφανιστεί στα γεννητικά κύτταρα (ωάρια και σπέρμα). Μπορεί να προέρχεται από μεμονωμένες μικρές παραλλαγές, από τεράστιες παραλλαγές - που προκαλούν ακόμη και ασθένειες - ή μπορούν να είναι σιωπηλές, χωρίς καμία επίδραση.

Οι μεταβολές στο γενετικό υλικό μπορούν στη συνέχεια να δημιουργήσουν φαινοτυπική ποικιλομορφία στη φύση, είτε πρόκειται για άτομα διαφορετικών ειδών είτε για τα ίδια είδη.

Τύποι γενετικών μεταλλάξεων ή σημειακών αλλαγών

Υπάρχουν δύο τύποι αλλαγών γονιδιακών μεταλλάξεων:

Μεταβολές των αζωτούχων βάσεων

Αποτελούνται από την αντικατάσταση ενός ζεύγους αζωτούχων βάσεων με ένα άλλο. Διαχωρίζονται με τη σειρά τους σε δύο τύπους: μεταβάσεις και μετασχηματισμοί.

• Μεταβάσεις: συνεπάγονται την αντικατάσταση μιας βάσης με άλλη από την ίδια χημική κατηγορία. Για παράδειγμα: μία πουρίνη από άλλη πουρίνη, αδενίνη από γουανίνη ή γουανίνη από αδενίνη (Α → G ή G → A). Μπορεί επίσης να είναι η περίπτωση υποκατάστασης μιας πυριμιδίνης με άλλη πυριμιδίνη, για παράδειγμα: κυτοσίνη από θυμίνη ή θυμίνη από κυτοσίνη (C → T ή T → C).
• Μετατροπές: είναι αλλαγές που αφορούν διαφορετικές χημικές κατηγορίες. Για παράδειγμα, η περίπτωση της αλλαγής μιας πυριμιδίνης από μια πουρίνη: T → A, T → G, C → G, C → A; ή μια πουρίνη από μια πυριμιδίνη: G → T, G → C, Α → C, Α → Τ.

Κατά συνθήκη αυτές οι αλλαγές περιγράφονται με αναφορά στο δίκλωνο DNA και συνεπώς οι βάσεις που συνθέτουν το ζεύγος πρέπει να είναι λεπτομερείς. Για παράδειγμα: μια μετάβαση θα ήταν GC → AT, ενώ μια μεταστροφή θα μπορούσε να είναι GC → TA.

Εισαγωγές ή διαγραφές

Αποτελούνται από την είσοδο ή την έξοδο ενός ζεύγους ή πολλαπλών ζευγών νουκλεοτιδίων ενός γονιδίου. Παρόλο που η μονάδα που επηρεάζεται είναι το νουκλεοτίδιο, συνήθως αναφέρουμε το ζεύγος ή τα ζεύγη βάσεων που εμπλέκονται.

Συνέπειες

-Βασικές έννοιες

Για να μελετήσουμε τις συνέπειες των γονιδιακών μεταλλάξεων, πρέπει πρώτα να αναθεωρήσουμε δύο βασικές ιδιότητες του γενετικού κώδικα.

1. Ο πρώτος είναι ότι ο γενετικός κώδικας είναι εκφυλισμένος. Αυτό σημαίνει ότι ο ίδιος τύπος αμινοξέος στην πρωτεΐνη μπορεί να κωδικοποιηθεί από περισσότερες από μία τριάδα ή κωδικόνιο στο DNA. Αυτή η ιδιότητα συνεπάγεται την ύπαρξη περισσότερων τριπλών ή κωδικονίων στο DNA από τους τύπους των αμινοξέων.
2. Η δεύτερη ιδιότητα είναι ότι τα γονίδια έχουν κωδικόνια τερματισμού, που χρησιμοποιούνται για τον τερματισμό της μετάφρασης κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης.

-Σενάρια μεταλλάξεων γονιδίων

Οι μεταλλάξεις πέλματος μπορεί να έχουν διαφορετικές συνέπειες, ανάλογα με τον συγκεκριμένο τόπο όπου συμβαίνουν. Επομένως, μπορούμε να παρουσιάσουμε δύο πιθανά σενάρια:

1. Η μετάλλαξη συμβαίνει σε ένα τμήμα του γονιδίου στο οποίο κωδικοποιείται η πρωτεΐνη.
2. Η μετάλλαξη συμβαίνει σε ρυθμιστικές αλληλουχίες ή σε άλλους τύπους αλληλουχιών που δεν εμπλέκονται στον προσδιορισμό της πρωτεΐνης.

-Λειτουργικές συνέπειες του πρώτου σεναρίου

Οι μεταλλάξεις γονιδίων στο πρώτο σενάριο δημιουργούν τα ακόλουθα αποτελέσματα:

Αθόρυβη μετάλλαξη

Αυτό συμβαίνει όταν ένα κωδικόνιο αλλάζει για ένα άλλο που κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ (αυτό είναι συνέπεια της εκφύλισης του κώδικα). Αυτές οι μεταλλάξεις ονομάζονται σιωπηλές, διότι σε πραγματικούς όρους δεν αλλάζουν την προκύπτουσα ακολουθία αμινοξέων.

Αλλαγή της μετάλλαξης κατεύθυνσης

Εμφανίζεται όταν η αλλαγή κωδικονίου καθορίζει μια αλλαγή αμινοξέων. Αυτή η μετάλλαξη μπορεί να έχει διαφορετικά αποτελέσματα ανάλογα με τη φύση του νέου εισαγόμενου αμινοξέος.

Εάν το ίδιο έχει χημική φύση παρόμοια με την αρχική (συνώνυμη υποκατάσταση), είναι πιθανό ότι η επίδραση στη λειτουργικότητα της προκύπτουσας πρωτεΐνης είναι αμελητέα (αυτός ο τύπος αλλαγής συχνά αποκαλείται συντηρητική αλλαγή).

Αντίθετα, η χημική φύση του προκύπτοντος αμινοξέος είναι πολύ ανόμοια με το πρωτότυπο, το αποτέλεσμα μπορεί να είναι μεταβλητό, είναι ικανό να καταστήσει την προκύπτουσα πρωτεΐνη αχρησιμοποίητη (μη συντηρητική αλλαγή).

Η συγκεκριμένη θέση μιας μετάλλαξης αυτού του τύπου μέσα στο γονίδιο μπορεί να δημιουργήσει μεταβλητά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, όταν η μετάλλαξη εμφανίζεται σε μέρος της αλληλουχίας που θα προκαλέσει το ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης, αναμένεται ότι η βλάβη είναι μεγαλύτερη από ό, τι εάν εμφανιστεί σε λιγότερο κρίσιμες περιοχές..

Μετάλλαξη χωρίς νόημα

Αυτό συμβαίνει όταν η αλλαγή δημιουργεί ένα κωδικόνιο διακοπής για τη μετάφραση. Αυτός ο τύπος μετάλλαξης παράγει συνήθως διλειτουργικές πρωτεΐνες (μια περικομμένη πρωτεΐνη).

Εισαγωγές ή διαγραφές

Έχουν ένα αποτέλεσμα ισοδύναμο με τη μετάλλαξη χωρίς νόημα, αν και όχι ταυτόσημο. Η επίδραση εμφανίζεται κατά την αλλαγή του πλαισίου ανάγνωσης του DNA (φαινόμενο γνωστό ως μετατόπιση του πλαισίου ανάγνωσης ή μετατόπιση πλαισίου).

Αυτή η παραλλαγή παράγει αγγελιαφόρο RNA (mRNA) με καθυστέρηση από τη θέση όπου συνέβη η μετάλλαξη (εισαγωγή ή διαγραφή) και συνεπώς μια αλλαγή στην αλληλουχία πρωτεϊνικών αμινοξέων. Τα πρωτεϊνικά προϊόντα που λαμβάνονται από γονίδια με αυτόν τον τύπο μεταλλάξεων θα είναι εντελώς δυσλειτουργικά.

Εξαιρέσεις

Μια εξαίρεση θα μπορούσε να προκύψει όταν υπάρχουν εισαγωγές ή διαγραφές ακριβώς τριών νουκλεοτιδίων (ή πολλαπλάσια των τριών).

Στην περίπτωση αυτή, παρά την αλλαγή, το πλαίσιο ανάγνωσης παραμένει αμετάβλητο. Ωστόσο, δεν μπορεί να αποκλειστεί ότι η προκύπτουσα πρωτεΐνη είναι δυσλειτουργική, είτε με την ενσωμάτωση αμινοξέων (στην περίπτωση εισαγωγής) είτε με την απώλεια αυτών (στην περίπτωση διαγραφής)..

-Λειτουργικές συνέπειες του δεύτερου σεναρίου

Μεταλλάξεις μπορούν να εμφανιστούν σε αλληλουχίες ρυθμιστικού τύπου ή άλλες αλληλουχίες που δεν εμπλέκονται στον προσδιορισμό πρωτεϊνών.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η επίδραση των μεταλλάξεων είναι πολύ πιο δύσκολο να προβλεφθεί. Θα εξαρτηθεί λοιπόν από τον τρόπο με τον οποίο η σημειακή μετάλλαξη επηρεάζει την αλληλεπίδραση αυτού του θραύσματος ϋΝΑ με τους ρυθμιστές έκφρασης πολλαπλών γονιδίων που υπάρχουν.

Και πάλι, η θραύση του πλαισίου ανάγνωσης ή η απλή απώλεια ενός θραύσματος απαραίτητου για την ένωση ενός ρυθμιστή, μπορεί να προκαλέσει αποτελέσματα που κυμαίνονται από τη δυσλειτουργία των πρωτεϊνικών προϊόντων, στην έλλειψη ελέγχου στις ποσότητες αυτών..

-Όχι συχνές περιπτώσεις που οδηγούν σε ασθένειες

Ένα παράδειγμα πολύ σπάνιας σημειακής μετάλλαξης είναι η λεγόμενη μετάλλαξη νοημάτων-κέρδους.

Αυτό συνίσταται στον μετασχηματισμό του κωδικονίου τερματισμού σε κωδικοποίηση κωδικονίου. Αυτή είναι η περίπτωση μιας παραλλαγής της αιμοσφαιρίνης που ονομάζεται Σταθερή άνοιξη αιμοσφαιρίνης (αλληλόμορφη παραλλαγή ΗΒΑ2 * 0001), που προκαλείται από την αλλαγή του κωδικώνου τερματισμού του UAA στο κωδικόνιο CAA.

Σε αυτή την περίπτωση, η σημειακή μετάλλαξη έχει ως αποτέλεσμα μια ασταθή α-2 αιμοσφαιρίνη που επεκτείνεται με 30 αμινοξέα, προκαλώντας μια ασθένεια του αίματος που ονομάζεται άλφα-θαλασσαιμία.

Αναφορές

1. Eyre-Walker, Α. (2006). Η κατανομή των επιδράσεων φυσικής κατάστασης των νέων μεταλλαγμένων αμινοξέων σε ανθρώπους. Genetics, 173 (2), 891-900. doi: 10.1534 / γενετική.106.057570
2. Hartwell, L.H. et αϊ. (2018). Γενετική από τα γονίδια στα γονιδιώματα. Έκτη έκδοση, Εκπαίδευση MacGraw-Hill. σ. 849
3. Novo-Villaverde, F.J. (2008). Ανθρώπινη Γενετική: Έννοιες, μηχανισμοί και εφαρμογές της Γενετικής στον τομέα της Βιοϊατρικής. Pearson Education, S.A. σ. 289
4. Nussbaum, R.L. et αϊ. (2008). Γενετική στην ιατρική. Έβδομη έκδοση. Saunders, σελ. 578.
5. Stoltzfus, Α., And Cable, Κ. (2014). Mendelian-Mutationism: Η ξεχασμένη εξελικτική σύνθεση. Journal of the Biology, 47 (4), 501-546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2