Genetikai mutációk - Genetikai hibák Anatómia és fiziológia
A genetikai anyagot a környezeti tényezők hatása befolyásolhatja és módosíthatja. A környezeti tényezők genetikai anyagban bekövetkező változásainak többségét meg lehet fordítani a DNS helyreállításával. Egyes mutációk azonban állandó jellegűek, a környezeti tényezők hatását a genetikai helyreállítás mechanizmusai nem tudják megakadályozni, és a genetikai mutációk az emberi tulajdonságokra, valamint a genetikai információk nemzedékről a másikra történő továbbadásának hatására jelentkeznek.
mutáció az a genom, amelyen keresztül az úgynevezett tényezők hatására változások következnek be a genetikai anyag szerkezetében és működésében mutagének. mutagenezis ez a folyamat, amely során a mutációk bekövetkeznek.
A mutáció nemzedékről nemzedékre öröklődik.
A mutációk osztályozása
Genomikus mutációk
poliploidia
aneuploidia
A homológ kromoszómapárban lévő kromoszóma hiányozhat vagy kettős lehet, ezért az aneuploidia a kromoszómák számának változását jelenti (egy vagy kettővel) plusz vagy mínusz. Hatással lehet az autoszómákra, azaz az 1-22 párokra (autoszomális aneuploidák) vagy –XX vagy –XY gonozomákra (heterosomális aneuploidokra).
Az aneuploidia a sejtmagban lévő kromoszómák számának pontatlan megsokszorozását jelenti. Minden normális szomatikus sejtet a biparentális dysomia (2n) jelenségének vetnek alá, mivel 23 kromoszómapárral rendelkezik, amelyek mindegyikének anyai eredetű és apai eredetű kromoszómája van.
Az aneuploidia változatai:
Nulisomia a két kromoszóma hiányát jelenti az adott párban (2n-2) és az emberben, összeegyeztethetetlen a normális élettel és fejlődéssel.
monoszómia egyetlen kromoszóma hiányát jelenti egy párban (2n-1). A nemi kromoszómák kivételével minden emberi monoszómia halálos. A gonoszomális monoszómiára példa a Turner-szindróma (X monoszómia).
trisomia egy extra kromoszóma jelenlétét képviseli egy párban (2n + 1). Ez a vetélés egyik oka, de vannak triszómiák, amelyek kompatibilisek a születés utáni élettel. Több triszómiája is létezik (2n + 1 + 1 + 1). A leggyakoribb autoszomális triszómiák a következők: Down-szindróma, Patau-szindróma, Edwards-szindróma, és a leggyakoribb gonoszomális triszómiák: Triplo-X-szindróma és Klinefelter-szindróma.
Az autoszomális triszómia fenotípusos hatása súlyosabb, mint a gonoszomális triszómiaé.
A tetrasomia (2n + 2) és a pentasomia (2n + 3) nagyon ritka, és általában nemi kromoszómákat foglal magában.
Az aneuploidia lehet:
- Tölt: egy teljes kromoszóma hiányzik, vagy egy teljes szupernumerikus kromoszóma található az emberi kariotípusban
- részleges: csak bizonyos méretű kromoszomális szegmensek hiányoznak vagy meghaladják a homológ kromoszómapárt.
- homogén: a test összes sejtje azonos típusú aneuploidiával rendelkezik.
- A mozaikban: ugyanabban a szervezetben a normál sejtvonalak együtt élnek az aneuploid sejtvonalakkal, legyenek azok autoszomálisak vagy gonoszomálisak.
Az aneuploidia leggyakoribb oka az, hogy a mitózis vagy a meiózis során nem lehet elválasztani a homológ kromoszómákat, vagy az anafázis során nem lehet elválasztani a testvérkromatidákat.
Kromoszomális mozaik
Kiméra
A kiméra egyén az az egyén, akinek különböző kromoszóma sejtvonalak és különböző zigóták származékai keverednek. Az intrauterin fejlődés során a dizygotikus ikrek közötti sejtcserék miatt következnek be.
Kromoszómális mutációk
törlés
Másolók
inverzió
áttelepítés
A kromoszomális szegmensek nem homológ kromoszómák közötti átvitele után bekövetkező szerkezeti átrendeződést képviseli. Normális esetben a nem homológ kromoszómák nem mennek keresztül az áthúzódási folyamaton, a fragmensek cseréje csak a homológok között megy végbe. A transzlokáció kialakulásához és a genetikai anyag cseréjéhez mindkét érintett kromoszómának legalább egy repedést kell szenvednie az egyik karon. Kiegyensúlyozott transzlokáció esetén a hordozó fenotípus nem változik, mert a kromoszóma szegmensek cseréje révén egyetlen genetikai anyag sem veszik el. Bár nincs hatása a hordozó fenotípusára, a kiegyensúlyozott transzlokáció hatással van a reprodukcióra, mivel genetikailag kiegyensúlyozatlan ivarsejteket eredményezhet, amelyek normális ivarsejtekkel termékenyülnek meg, aberrált zigótákat eredményezve. Ezért az utódok fenotípusa súlyos változásokon megy keresztül.
A gyűrűs kromoszóma
Izocromozomul
Dicentrikus kromoszómák
Két centromérájuk van. A két centromér közül az egyik inaktiválása általában a kromoszóma normális vándorlásával történik a sejtciklus alatt. Ha azonban mindkét centromér létezik és aktív, akkor az osztódás során a sejt ellentétes pólusaiba vándorolnak, és kromatin híddal kapcsolódnak egymáshoz. Ez a hordozó és az utód kromoszóma-rendellenességeit eredményezi.
Génmutációk
Ezek olyan mutációk, amelyek befolyásolják a nukleotidok vagy kodonok szekvenciáját egy gén struktúrájában. Ezek a mutációk teljes mértékben befolyásolhatják a gént vagy csak bizonyos nukleotidpárokat. Következményeik változatosak. A szerkezeti gének mutációi új fehérjék szintéziséhez vezetnek, amelyek szerkezetileg és funkcionálisan különböznek az említett gének normál változatai által meghatározott fehérjéktől. A szabályozó gének mutációi megváltoztatják a strukturális gének aktivitását, és minőségileg megváltoztathatják az újonnan szintetizált fehérjéket. A mutáns gének átvihetők az utódokra, és különféle betegségek fordulnak elő.
A mutáció bárhol előfordulhat a génen, de megfigyelték, hogy a génnek vannak bizonyos helyei, amelyek fokozott érzékenységet mutatnak a mutációkra "Forró pontok". Ezek a jelenlévő nitrogén-bázis típusának eredményeként fordulnak elő, ezeknek a helyeknek a közös módosító bázisa az 5-metil-titicinosin, amelyet a metiláz, egy enzim ad, amely a metilcsoportot a pirimidin-bázishoz nevezi, citozinnak. A metilezés meghatározza annak lehetőségét, hogy egy G-C pár helyettesüljön egy A-T párral.
A génben termelt mutációk lehetnek:
- néma fenotípusos hatásuk nem nyilvánvaló
- semleges cserék: egy aminosav helyettesítését jelenti a mutáns gén által termelt fehérje szerkezetében, de ez a szubsztitúció nem befolyásolja a gén fenotípusos aktivitását
- közvetlen mutációk amelynek hatása inaktiválja a gént, lehetővé téve a mutáns allél számára, hogy fenotípusos változások megjelenésével kifejezhesse magát.
A génmutációk fenotípusos hatásai a következők lehetnek:
- az egyéni hordozó morfológiai anomáliáinak megjelenése
- károsítja a fehérjék szintézisét azáltal, hogy megzavarja a sejtaktivitást, amelyben részt vesznek
- örökletes anyagcsere-betegségek
A génmutációk autoszomális vagy allosome és örökletes anyagcsere. példák:
Autoszomális génbetegségek: syndactyly, polydactyly, prognathism, albinism, sarlósejtes vérszegénység.
Heterosomális génbetegségek: hemofília, színvakság, Duchenne-féle izomdisztrófia.
Örökletes anyagcsere-betegségek: hemoglobinopátiák, enzimopátiák, fenilketonuria, albinizmus.
DNS mutációk
A DNS szerkezetében előforduló mutációk lehetnek spontán vagy indukált. A spontán mutációk meglehetősen ritkák, és a következő okokon alapulnak: hibák a DNS-replikációban, spontán elváltozások, amelyek befolyásolják a nitrogénbázisok szerkezetét, és transzponálható elemek beillesztése a DNS-szerkezetbe.
Indukált mutációk akkor fordulnak elő, amikor a testet külső mutagén ágensnek tesszük ki, gyakoribb, mint a spontán.
A DNS-mutációk típusai:
1. Az átmenet - egy purin vagy pirimidin bázist egy másik purin vagy pirimidin bázissal helyettesítünk
2. Fordítás a purinbázis pirimidinbázissal való helyettesítését jelenti, és fordítva
3. Törlés - a sejt DNS-szerkezetéből egy polinukleotid fragmenst kivágunk, a kettős spirál folytonosságának módosításával és megváltoztatásával. Nagyon apró töredékektől akár több ezer nukleotidpárig is elveszhetnek.
4. Másolat - a DNS-molekulában lévő nukleotid-fragmens megduplázódik a megfelelő DNS-szakasz meghosszabbításával, valamint a kettős spirál szerkezetének és folytonosságának megváltoztatásával.
5. Erősítés egy normálisan egyedi DNS-szekvencia tandem-szorzását jelenti. Ezért ennek a szekvenciának a tágulása a kromoszóma DNS-ben történik.
6. Hozzáadás vagy beillesztés további nukleotidok megjelenését jelenti a DNS-szerkezetben
A DNS szerkezeti változásainak következményei a következők:
- néma mutáció: a módosított kodon ugyanazt az aminosavat kódolja, amelyet a mutáció bekövetkezése előtt kódol
- semleges mutáció: mutáns kodonok különböző, de funkcionálisan egyenértékű aminosavakat kódolnak a mutáció előtt előállított aminosavakkal, ezért a sejtek működése nem változik radikálisan
- megváltozott jelentésű mutáció: a módosított kodon egy eltérő és nem funkcionális aminosavat kódol
- értelmetlen mutáció: a mutáns kodon a STOP kodon funkció átvállalásával kódolja a polipeptidlánc szintézis befejező jelét. Ezért a normálaktól eltérő fehérje származik a módosított funkcióval, amely annak a sejtnek a funkcióját módosítja, amelyben a megfelelő fehérje aktiválódik.
Ezek a mutációk inaktív fehérjék, jelentéktelen vagy csökkent funkciójú fehérjék vagy módosított fehérjék szintézisét okozhatják, amelyek viszont megváltoztatják annak a sejtnek az aktivitását, amelyben találhatók.