М

Мутация

В биологии, мутации — изменения генетического материала (обычно ДНК или РНК). Мутации могут быть вызваны ошибками копирования генетического материала в течение деления клетки, облучением жесткой радиацией, химическими веществами (мутагенами), вирусами или могут происходить сознательно под клеточным контролем в течение таких процессов как, например, мейоз или гипермутация. В многоклеточных организмах мутации могут быть подразделены на генеративные мутации, которые могут быть переданы потомкам, и соматические мутации. Соматические мутации не могут передаваться потомкам в животных. Растения иногда могут передавать соматические мутации своим потомкам бесполым или поло (в случае, когда почка развивается в соматически измененной части растения).

Мутации рассматриваются как движущая сила эволюции, где менее благоприятные (или вредные) мутации удаляются из генофонда естественным отбором, тогда как благоприятные (выгодные) стремятся накапливаться. Нейтральные мутации определяются как мутации, чьи эффекты не влияют на выживание видов или индивидуумов, которые составляют виды. Они также могут накапливаться. Подавляющее большинство мутаций не имеют никакого эффекта, так как механизмы репарации ДНК (ремонта ДНК) могут исправить большинство изменений перед тем, как они станут постоянными мутациями, и многие организмы имеют механизмы для устранения иначе постоянно видоизмененных соматических клеток.

Мутации были открыты де Фриза в 1900 г.., Наблюдая за изменчивостью энотеры (Oenothera).

Классификация

По эффекту на структуру

Последовательность ДНК гена может быть изменена множеством путей. Генетические мутации имеют различные эффекты на здоровье в зависимости от того, где они происходят и изменяют они функцию важных белков. Структурно, мутации могут быть классифицированы, как:

  • Небольшие мутации, охватывающих один или несколько нуклеотидов, в частности:
    • Точечные мутации, часто вызванные химическими веществами или ошибками при репликации ДНК, представляют собой замену одного нуклеотида другим. Наиболее общие — замена пурина на пурин (A↔G) или пиримидина на пиримидин (C↔T). Такая замена может быть вызвана азотистой кислотой, ошибкой спаривания оснований или мутагенными аналогами оснований, например, 5-бром-2-дезоксиуридином (BrdU). Менее общий случай — трансверсии, или замена пурина на пиримидин или пиримидина на пурин (C / T↔A / G). Точечная мутация может быть нейтрализована другой точечной мутацией, в которой нуклеотид изменяется обратно к своему оригинальному состоянию (действительная реверсия) или дополнительной мутацией где-нибудь в другом месте, которая приводит к восстановлению функциональности гена (дополнительная реверсия). Такие изменения классифицируются как переходы или трансверсии. Пример трансверсии — аденин, превращающийся в цитозин. Точечные мутации, происходящие в пределах области гена кодирующего белки, могут быть классифицированы на три вида в зависимости от того, для чего используются ошибочные кодоны:
      • Безмолвные мутации: кодирующие ту же аминокислоту.
      • Миссенс-мутации: кодирующие другую аминокислоту.
      • Нонсенс-мутации: кодирующие код остановки (стоп-кодон) трансляции белка.
    • Вставки добавляют один или более нуклеотидов в ДНК. Они обычно вызваны мобильными генетическими элементами, или ошибками в течение копирования повторяющихся элементов (например AT повторения). Вставки в кодирующие области гена могут изменять сплайсинг мРНК или вызвать смещение рамки считывания (англ. Frameshift), оба типа мутаций могут значительно изменить продукт гена. Вставки могут быть обращены делецией мобильного генетического элемента.
    • Делеции удаляют один или более нуклеотидов с ДНК. Подобно вставок, эти мутации могут вызвать смещение рамки считывания гена. Они необратимы.
  • Большие мутации в хромосомной структуре, в частности:
    • Амплификации (или дублирование гена) приводят к созданию многих копий хромосомных областей, увеличивая дозировку генов, расположенных в их пределах.
    • Делеции крупных хромосомных областей приводят к потере генов в пределах этих областей.
    • Мутации, чей эффект — сопоставить вместе отдельные куски ДНК, что может привести к созданию гибридных генов с новой функциональностью (например bcr-abl). Они включают:
      • Хромосомные транслокации: обмен частями генов между негомологические хромосомами.
      • Интерстициальные (промижнии) делеции: удаление областей ДНК с единой хромосомы, таким образом соединяя заранее удалены гены.
      • Хромосомные инверсии: изменение ориентации хромосомного сегмента.
    • Потеря гетерозиготности: потеря одного аллеля, путем делеции или рекомбинации, в организмах которые перед тем были два.

По эффекту на функции

  • Мутации потери функции приводят к изделию гена, имеет уменьшенную или нет функции. Когда аллель имеет полную потерю функции (нулевой аллель), такая мутация часто называется аморфной мутацией. Фенотипа, связанные с такими мутациями, чаще всего рецессивные, но есть исключения — когда организм гаплоидный или когда уменьшенное дозирования продукта гена мало для поддержания нормального фенотипа (гаплонедостатнисть).
  • Мутации получения функции заменяют продукт гена таким образом что он приобретает новую Анормальные функции. Такие мутации обычно имеют доминантный фенотип.
  • Доминантные негативные мутации (также известные как антиморфни мутации) имеют измененный продукт гена, который действует антагонично к аллеля дикого типа. Такие мутации обычно приводят к измененной молекулярной функции (часто недействующей) и характеризуются доминантным или полу-доминантным фенотипом. Синдром Марфана у человека — пример доминантной негативной мутации, которая проявляется как аутосомальный доминантная болезнь. По этим условиям, дефектный гликопротеин кодируемый измененным геном фибрилину (FBN1) противодействует продукта аллеля.
  • Смертельные мутации — мутации, которые приводят к фенотипу, неспособные к эффективному воспроизведения.

По аспектом измененного фенотипа

  • Морфологические мутации обычно влияют на внешность индивидуума. Мутации могут изменить высоту растения или изменить вид ее семена от гладкого до грубого.
  • Биохимические мутации приводят к повреждениям, останавливающие ферментный путь. Часто, морфологические мутанты — прямой результат мутации благодаря ферментном пути.

Специальные категории

Условная мутация — мутация, имеет фенотип дикого типа по определенным природным условиям и мутантом фенотип по определенным условиям. Условные мутации также могут быть смертельными.

Причины мутаций: Два класса мутаций — спонтанные мутации (молекулярный распад) и вынуждены мутации, вызванные мутагенами.

Спонтанные мутации на молекулярном уровне включают:

  • Таутомерия — В основе заменяется расположения водородного атома.
  • Депуринация — Потеря пурина (А или G).
  • Деаминация — Замена нормальной основы на нетипичную; C → U, (может быть исправлен механизмами ремонта ДНК), или спонтанная деаминация 5-метилцитозину (непоправимый), или A → HX (гипоксантин).
  • Транзиции — изменения пурина на другой пурин или пиримидина на пиримидин.
  • Трансверсии — пурин становится пиримидин или наоборот.

Вынуждены мутации на молекулярном уровне могут быть вызваны:

  • Химическими веществами
    • Нитрозогуанадин (Nitrosoguanidine, NTG)
    • Аналоги оснований (например BrdU)
    • Простые химические вещества (например кислоты)
    • Алкилирующие агенты (например, N-этил-N-нитрозомочевина, англ. N-ethyl-N-nitrosourea, ENU)). Эти агенты могут действовать на ДНК как при репликации, так и в другое время. В отличие, аналог основы может только видоизменить ДНК если он включается при репликации ДНК. Каждый из этих классов химических мутагенов имеет определенные эффекты, которые приводят к транзиций, трансверсий или делеций.
    • Метилируючи агенты (например этан-метил-сульфонат, англ. Ethane methyl sulfonate, EMS))
    • Полициклические углеводороды (например бензопирен, найденный в выхлопах двигателей внутреннего сгорания)
    • Интеркаляционных агенты (например, бромистый етидий, англ. Ethidium bromide)
    • Крослинкеры или агенты поперечного сшивания ДНК (например, платина)
    • Окислительное повреждение, вызванное кислородными радикалами
  • Радиация или излучения
    • Ультрафиолетовое излучение (неионизирующее излучения) — возбуждает электроны на более высокий уровень энергии и вызывает химические реакции иначе невозможны. Две нуклеотидные основания ДНК — цитозин и тимин — наиболее уязвимые к возбуждению, которое может заменить свойства спаривания этих оснований.
    • Ионизирующая радиация

В ДНК существуют так называемые горячие точки, где мутации происходят в 100 раз чаще, чем в остальных ДНК. Горячая точка может находиться в необычной основе, например, 5-метилцитозини.

Частота мутаций также отличается для разных видов. Эволюционные биологи предложили, что высокие частоты мутации выгодные в некоторых ситуациях, так как они позволяют организмам эволюционировать и поэтому приспособить скорее к своим окружающих сред. Например, многократная действие антибиотиков на бактерий и отбор устойчивых мутантов может привести к отбору бактерий, которые имеют более высокие частоты мутаций, чем оригинальная популяция (мутаторна линия).

Мутации и болезни

Изменения в ДНК, вызванные мутацией, могут вызвать ошибки в последовательности белка, создавая частично или полностью нефункциональные белки. Чтобы функционировать правильно, каждая клетка зависит от тысяч белков, которые должны функционировать в правильном месте в правильное время. Когда мутация изменяет белок, который играет критическую роль в теле, может возникнуть заболевание. Заболевание, вызванное мутациями в одном или более генах называется генетическим заболеванием. Однако, только маленький процент мутаций вызывают генетические заболевания, большинство не имеют никакого влияния на здоровье. Например, некоторые мутации меняют последовательность оснований ДНК гена, но не заменяют функцию белка, сделанного геном.

Если мутация присутствует в зачаточной клетке, она может дать начало потомству, который будет носить мутацию во всех своих клетках. Это причина наследственных болезней. С другой стороны, мутация может происходить в соматической клетке организма. Такие мутации будут присутствовать во всех потомках этой клетки, и определенные мутации могут заставить ячейку начать бесконтрольно воспроизводиться, что вызывает рак.

Часто, мутации гена, которые могли бы создать генетическую болезнь, исправляются ремонтной системой клетки. Каждая клетка имеет целый ряд путей, по которым ферменты признают и ремонтируют ошибки в ДНК. Поскольку ДНК может быть повреждена или видоизменяются во многих отношениях, процесс ремонта ДНК — важный путь, в котором тело ограждает себя от болезни.

Очень маленький процент всех мутаций фактически имеет положительный эффект. Эти мутации приводят к новым версиям белков, которые помогают организму и его будущим поколениям лучше приспосабливают к изменениям в их окружающей среде. Например, выгодна мутация могла бы приводить к белку, который защищает организм от новой линии бактерий.

Мутагенез

Мутагенез (искусственное создание мутаций) может использоваться как эффективный генетический инструмент. Стимулированием мутаций определенным путем с последующим наблюдением фенотипа организма могут быть определены функции генов и даже индивидуальных нуклеотидов.

Изображения по теме

  • Мутация
  • Мутация
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть