Mik Azok A Mutációk?

a mutációk egy DNS-szekvencia változásai. Ha a DNS-ben lévő információra mondatok sorozataként gondolunk, akkor a mutációk hibák az ezeket a mondatokat alkotó szavak helyesírásában. Néha a mutációk lényegtelenek, mint egy rosszul írt szó, amelynek jelentése még mindig elég világos. Máskor a mutációknak erősebb következményei vannak, mint egy mondat, amelynek jelentése teljesen megváltozott.

A DNS közeli képe

minden élő szervezet, a legkisebb baktériumoktól a növényekig és az emberekig, mikroszkopikus sejtekből épül fel (baktériumok esetében az egész szervezet egyetlen sejt). Ezeknek a sejteknek a magja a DNS vagy a dezoxiribonukleinsav; a létezés szinte minden aspektusának molekuláris terve.

ha elkezdjük nagyítani a DNS szerkezetét, akkor a nagyítás első szintje két összefonódó láncból áll, kettős spirál alakban. Minden lánc nukleotidok szekvenciájából áll. Viszont minden nukleotid három entitásból álló komplex: egy dezoxiribóz nevű cukor, foszfátcsoportok és egy nitrogéntartalmú bázis (vagyis egy olyan vegyület, amely készen áll a hidrogénion elfogadására). A DNS-nukleotidok a következő bázisokkal rendelkezhetnek: adenin (a), guanin (G), citozin (C) és timin (T). A nukleotidokra gyakran hivatkoznak az általuk tartalmazott bázis.

a különböző nukleotidok cukrai és foszfátjai a kettős hélix láncrészén helyezkednek el, míg a nukleotidbázisok a réseken keresztül nyúlnak át, hogy a másik oldalon lévő bázisokra rögzüljenek. Mindent összevetve, a DNS valóban úgy néz ki, mint egy kettős spirális létra, amelynek bázisai lépcsők, közös analógia. A bázisok nagyon specifikus módon kapcsolódnak egymáshoz: adenin (a) A timinhez (T) és citozin (C) a guaninhoz (G). Ez az úgynevezett kiegészítő bázis párosítás.

amikor egy DNS-szekvenciára utal, az egyik szálán a nukleotidok szekvenciáját jelzi. Mivel a nukleotidok kiszámítható módon kötődnek egymáshoz, az egyik szál szekvenciájának ismerete megkönnyíti a másik szekvenciájának kitöltését.

A gének és a fehérjeszintézis

a gének egy olyan DNS-szekvencia részei, amely a sejtszerkezetet a fehérjék szintetizálására utasítja.

a baktériumoktól eltérő organizmusokban, például növényekben, állatokban vagy emberekben a gének kétféle DNS-szekvenciát tartalmaznak: intronokat és exonokat, amelyek az egész génben összefonódnak. Az intronokban lévő DNS-szekvenciák nem tartalmaznak utasításokat a sejtekre, míg az exonok az aminosavaknak nevezett fehérjék egyes alegységeit kódolják.

hogyan közvetítik az exonok, hogy a 20 aminosav közül melyiket kell kiválasztani egy fehérje felépítéséhez? Az exonban lévő három összefüggő nukleotid halmaza kodon néven ismert molekuláris címkeként működik. Egyetlen kodon egy aminosavnak felel meg. Sőt, több kodon is megfelelhet ugyanannak az aminosavnak. Például az ATT, ATC és ATA kodonok mind az izoleucin aminosavat kódolják.

összességében a génexpresszió, vagy a génben található információk olvasása és végül egy fehérje előállítása többlépcsős folyamat. RNS vagy ribonukleinsav, rövid, egyszálú, nukleotidlánc keletkezik közbenső lépésben. A DNS-sel ellentétben az RNS a cukor ribózt és az uracil (U) nukleotidot tartalmazza a timin (T) helyett.

a DNS biztosítja a hírvivő RNS (mRNS) néven ismert RNS-típus szintézisének forrásanyagát a transzkripció folyamatán keresztül. A “sejt molekuláris biológiája, 4.Ed” (Garland Science, 2002) szerzői szerint a transzkripció során a kettős hélix egy régiója kibontakozik, és csak az egyik DNS-szál szolgál sablonként az mRNS szintéziséhez. A kapott mRNS nukleotidjai kiegészítik a sablon DNS-t (az uracil komplementer az adeninnel).

A Nature Education folyóiratban megjelent 2008-as cikk szerint az intronoknak megfelelő régiókat kivágják, vagy összekapcsolják, hogy érett mRNS-szálat képezzenek. Ez a szál most egy sablont működtet, amelyből a transzlációs folyamat révén fehérjét lehet felépíteni. A transzláció során az mRNS kodonok utasítják a celluláris gépeket egy adott aminosav kiválasztására. Például az auu, AUC és AUA kodonok mind az izoleucin aminosavnak felelnek meg.

mutációk

a mutációk olyan változások, amelyek a DNS nukleotidszekvenciájában fordulnak elő. “Spontán módon előfordulhatnak, amikor a DNS-t a sejtosztódás során replikálják, de környezeti tényezők, például vegyi anyagok vagy ionizáló sugárzás is kiválthatják” -mondta Grace Boekhoff-Falk, a Wisconsin-Madison Egyetem sejt-és regeneratív biológiai Tanszékének docense. Az Utah-i Egyetem Genetikai Tudományos tanulási Központja által közzétett anyag szerint az emberi sejtekben replikációs hibák fordulnak elő minden 100 000 nukleotid esetében, ami viszont körülbelül 120 000 hibát jelent minden egyes sejtosztódáskor. A jó hír azonban az, hogy a legtöbb esetben a cellák képesek kijavítani az ilyen hibákat. Vagy a test elpusztítja azokat a sejteket, amelyeket nem lehet megjavítani, ezáltal megakadályozza az aberrált sejtek populációjának bővülését.

A mutációk típusai

a mutációk nagyjából két kategóriába sorolhatók — szomatikus mutációk és csíravonal mutációk-az “An Introduction to Genetic Analysis, 7th Ed” (W. H Freeman, 2000) szerzői szerint. Szomatikus mutációk fordulnak elő névrokon szomatikus sejtjeikben, amely a test különböző sejtjeire utal, amelyek nem vesznek részt a szaporodásban; például bőrsejtek. Ha egy szomatikus mutációval rendelkező sejt replikációját nem állítják le, akkor az aberráns sejtek populációja kibővül. A szomatikus mutációk azonban nem adhatók át a szervezet utódainak.

másrészt csíravonal mutációk fordulnak elő a csírasejtekben vagy a többsejtű organizmusok reproduktív sejtjeiben; például sperma vagy petesejtek. Az ilyen mutációk átadhatók egy szervezet utódainak. Sőt, a Genetics Home Reference Handbook szerint az ilyen mutációk az utódok testének nagyjából minden sejtjére átterjednek.

azonban a DNS-szekvencia megváltoztatásának módja alapján (nem pedig hol) sokféle mutáció fordulhat elő. Például néha a DNS-replikáció hibája egyetlen nukleotidot képes kicserélni egy másikra, ezáltal csak egy kodon nukleotidszekvenciáját változtatja meg. A Nature Education folyóirat által közzétett SciTable szerint ez a fajta hiba, más néven bázis szubsztitúció, a következő mutációkhoz vezethet:

Missense mutáció: az ilyen típusú mutációban a megváltozott kodon most egy másik aminosavnak felel meg. Ennek eredményeként helytelen aminosavat helyeznek a szintetizált fehérjébe.

nonszensz mutáció: az ilyen típusú mutációban az aminosav címkézése helyett a megváltozott kodon jelek a transzkripció megállításához. Így rövidebb mRNS-szál keletkezik, és a kapott fehérje csonka vagy nem működik.

néma mutáció: mivel néhány különböző kodon megfelelhet ugyanannak az aminosavnak, néha a bázis szubsztitúció nem befolyásolja, hogy melyik aminosavat választják ki. Például az ATT, az ATC és az ATA mind izoleucinnak felel meg. Ha az ATT kodonban bázis szubsztitúció lépne fel, amely az utolsó nukleotidot (T) C-re vagy a-ra változtatja, akkor a kapott fehérjében minden változatlan marad. A mutáció észrevétlen maradna, vagy csendben maradna.

néha nukleotidot helyeznek be vagy törölnek egy DNS-szekvenciából a replikáció során. Vagy egy kis DNS-szakasz megismétlődik. Egy ilyen hiba frameshift mutációt eredményez. Mivel a három nukleotidból álló folytonos csoport kodont képez, a beillesztés, a deléció vagy a duplikáció megváltozik, amelyet három nukleotid csoportosul és kodonként olvas. Lényegében eltolja az olvasási keretet. A Frameshift mutációk helytelen aminosavak kaszkádját eredményezhetik, és a kapott fehérje nem fog megfelelően működni.

az eddig említett mutációk meglehetősen stabilak. Ez azt jelenti, hogy még akkor is, ha az aberráns sejtek populációja ezen mutációk bármelyikével replikálódik és kibővül, a mutáció jellege ugyanaz marad Minden kapott sejtben. Létezik azonban egy mutációs osztály, amelyet dinamikus mutációknak neveznek. Ebben az esetben egy rövid nukleotidszekvencia megismétlődik a kezdeti mutációban. Amikor azonban az aberráns sejt osztódik, a nukleotid ismétlések száma növekedhet. Ezt a jelenséget ismételt terjeszkedésnek nevezik.

A mutációk hatása

leggyakrabban a mutációk a különböző betegségek okaként jutnak eszembe. Bár számos ilyen példa létezik (néhányat alább felsorolunk), a Genetics Home Reference Handbook szerint a betegséget okozó mutációk általában nem túl gyakoriak az általános populációban.

A Fragile X szindrómát dinamikus mutáció okozza, és 1-ben 4000 férfiban és 1-ben 8000 nőben fordul elő. A dinamikus mutációk meglehetősen alattomosak, mivel a betegség súlyossága növekedhet a nukleotid ismétlések számának növekedésével. A fragile X szindrómában szenvedőknél a CGG nukleotidszekvencia több mint 200-szor ismétlődik az FMR1 nevű génben (amelynél a normál szám 5-40 ismétlés között van). A CGG ismétlések magas száma késleltetett beszéd-és nyelvtudáshoz, bizonyos szintű értelmi fogyatékossághoz, szorongáshoz és hiperaktív viselkedéshez vezet. Azoknál azonban, akiknek kevesebb ismétlése van (55-200 ismétlés), a legtöbbet normális értelemnek tekintik. Mivel az FMR1 gén az X kromoszómán van, ez a mutáció is örökölhető.

a felnőtt hemoglobin egyik változata, hemoglobin S néven ismert, missense mutáció miatt fordulhat elő, amelynek következtében a valin aminosav a glutaminsav helyére kerül. Ha az aberráns gént mindkét szülőtől örököljük, az sarlósejtes betegségként ismert állapothoz vezet. A betegség nevét abból a tényből kapta, hogy a vörösvérsejtek, amelyek általában korong alakúak, összehúzódnak és sarlóra hasonlítanak. A betegségben szenvedők vérszegénységben, rendszeres fertőzésekben és fájdalmakban szenvednek. Becslések szerint ez az állapot 1: 500 Afroamerikaiban és körülbelül 1: 1000-1400 spanyol amerikaiakban fordul elő.

mutációk környezeti tényezők miatt is előfordulhatnak. Például a Biomedicine and Biotechnology folyóiratban megjelent 2001-es cikk szerint a nap UV-sugarai, különösen az UV-B hullámok felelősek a p53 nevű tumorszuppresszor gén mutációinak okozásáért. A mutált p53 gén szerepet játszik a bőrrákban. a

mutációknak más fontos következményei is vannak. Variációt hoznak létre a populációban lévő géneken belül. A Genetics Home Resource Handbook szerint a populáció több mint 1% – ában megfigyelt genetikai variánsokat polimorfizmusoknak nevezzük. A különböző szem-és hajszín, valamint a különböző vércsoportok, amelyek előfordulhatnak, mind a polimorfizmusoknak köszönhetők.

a dolgok tág sémájában a mutációk az evolúció eszközeként is működhetnek, segítve új tulajdonságok, jellemzők vagy fajok kialakulását. “A többszörös mutációk felhalmozódása egyetlen úton vagy egyetlen fejlődési programban részt vevő génekben valószínűleg felelős a speciációért” -mondta Boekhoff-Falk.

a Kaliforniai Egyetem Paleontológiai Múzeuma által közzétett Understanding Evolution forrás szerint csak a csíravonal mutációi játszanak szerepet az evolúcióban, mivel örökölhetők. Fontos megjegyezni azt is, hogy a mutációk véletlenszerűek, vagyis nem fordulnak elő, hogy teljesítsék az adott populációra vonatkozó követelményeket.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.