Čo sú mutácie? Typy mutácií

Čo sú mutácie?

• Náhle zmeny genetického materiálu v bunkách, prejavujúce sa zmenami v DNA
• Neusmernené, bunka si ich nemôže vybrať
• Trvalé zmeny, ktoré sa dedia a prenášajú na potomstvo
• Jedinečné zmeny znakov a vlastností, ktoré môžu viesť k novému genotypu, ktorý sa nemusí prejaviť fenotypovo
• Prirodzený zdroj variability a vzniku nových druhov, kľúčový pre evolúciu

Typy mutácií

• Je to významný biologický proces sprevádzajúci vývoj a základ vzniku nových druhov v prírode
• Mutantmi sú jedinci so zmenenou genetickou informáciou získanou mutáciou
• Spontánne mutácie vznikajú ako porucha pri replikácii DNA, keď sa pri tvorbe nového vlákna DNA zaradí nesprávny nukleotid
• Indukované mutácie sú vyvolané pôsobením mutagénov ako UV, RTG, rádioaktívne žiarenie, pesticídy, LSD, riedidlá, splesnené potraviny a onkogénne vírusy
• Somatické mutácie postihujú telové bunky a neprenášajú sa na potomstvo, len na tkanivo vzniknuté delením zmutovanej bunky
• Gametické mutácie postihujú pohlavné bunky a prenášajú sa na potomstvo

Mutagény

• Sú zodpovedné za vznik mutácií a môžu to byť látky alebo fyzikálne faktory, ktoré zvyšujú početnosť mutácií
• Fyzikálne mutagény sú ionizačné a neionizačné žiarenia (RTG, UV, lúče X, rontgenové žiarenie), ktoré narušujú kovalentnú väzbu nukleotidov a spôsobujú zlomy DNA, pričom UV žiarenie môže viesť k neštandardným väzbám medzi dusíkatými bázami a kožným nádorom
• Chemické mutagény vyvolávajú génové mutácie ako sú lieky (napr. aminopterin, reserpin), látky získané potravou (konzervačné látky, mykotoxíny), pesticídy a iné chemické látky, ako farby, riedidlá

Typy mutácií a ich rozdelenie

• Zlúčeniny, priamo pôsobiace na DNA, spôsobujú v nej chemické alebo štruktúrne poškodenia (napr. kyselina dusitá, yperit, akridínové farbivá)
• Biologické mutagény sú vírusy, ktoré včleňujú svoju DNA do hostiteľskej bunky a prerušujú gén, čím znemožnia syntetizovať proteín
• Antimutagény znižujú frekvenciu mutácií a sú to antioxidanty (vitamíny C a E, karotenoidy, selén)
• Génové mutácie menia molekuly DNA
• Chromozómové mutácie menia štruktúru a tvar chromozómov
• Genómové mutácie menia počet chromozómov alebo chromozómových sád

Vznik a oprava mutácií

• Mutagén preniká do jadra a reaguje tam s DNA
• Gén vzniká s predmutačným poškodením
• Gén buď sa vráti do pôvodného stavu (reparácia)
• Alebo sa stabilizuje (mutácia)
• Dochádza k zmene genetickej informácie
• Menia sa biochemické vlastnosti mutovaných buniek
• Bunka hynie (letálna mutácia)
• Alebo sa rozmnožuje a vzniká klon mutovaných buniek
• Organizmy majú reparačné mechanizmy, ktoré im umožňujú opraviť alebo tolerovať poškodenia DNA (1 chyba prepisu na 1000 nukleotidov)
• Schopnosť týchto mechanizmov klesá s vekom a poruchy vedú k nádorovým ochoreniam
• Chromozóm 17 obsahuje gén TP53, ktorý chráni bunku pred rakovinou a kóduje bielkovinu p53
• Bielkovina p53 sleduje stav bunky a pri napadnutí mutagénom blokuje jej delenie, alebo ak je poškodenie trvalé, spúšťa apopnózu

Génové mutácie

• Dedíme zmeny v géne – molekule DNA
• Vznikajú ako zmeny poradia v počte nukleotidov
• Tie môžu byť vsunutím (inzercia)
• Alebo vypadnutím (deléciou) jedného alebo viacerých nukleotidov
• Alebo zámenou jedného alebo viacerých nukleotidov (substitúcia) v molekule DNA
• Príčinou sú vrodené poruchy metabolizmu v dôsledku eliminácie niektorých enzýmov
• To môže viesť k vážnym poruchám bunkového metabolizmu, ako fenylketonúria – neschopnosť syntetizovať fenylalanín, alebo hemofília – neschopnosť tvorby hemofilického globulínu
• Posunové mutácie, ako delécia (strata) alebo inzercia (vsunutie), vedú k zmene genetickej informácie a k posunu čítania genetického kódu
• Zámena (substitúcia) je zámena jedného alebo viacerých nukleotidov

Príklad génovej mutácie

• Kosáčikovitá anémia je zmena tripletu GAA (GAG) (kóduje kys. glutamovú) za GUA, (GUG) (ktorý kóduje valín), čo vedie ku zmene povrchu molekuly hemoglobínu a zmene jeho vlastností, bunky nemajú svoj typický tvar

Chromozómové mutácie

• Predstavujú zmeny v štruktúre a tvare chromozómov
• Vznikajú pri zlome v chromozómoch alebo na ich chromatídach

Genómové mutácie

• Sú rozsiahle mutácie, poškodzujú genóm a ovplyvňujú karyotyp jedinca
• Polyploidia je zvýšenie normálneho počtu celých chromozómových sád
• Mnoho krát znásobená chromozómová sada
• U cicavcov a človeka sa nevyskytuje, ojedinele len v pečeňových bunkách
• Rastliny sa lepšie prispôsobili extrémnym podmienkam
• Triploidná cukrová repa má vyšší obsah cukru
• Rod hraboš má 44 chromozómov alebo jeseter, ktorý je oktaploid

Ďalšie informácie ku genómovym mutáciam

• Tŕipkody (3 kópie každého chromozómu), vznik vajíčka oplodneného dvoma spermiami
• Náhodná segregácia zvyšuje genetickú premenlivosť a prispôsobivosť a množstvo unikátnych kombinácií génov
• Haploidia je typická pre pohlavné bunky, počet CH redukovaný na polovicu
• Pri niektorých druhoch (trúd, včely), bežná pri rastlinách
• Aneuploidia mení len počet niektorých, individuálnych chromozómov
• Jednej dcérskej bunke chýba chromozóm
• Druhá má naopak jeden navyše

Choroby spôsobené Aneuploidiou

• Trizómia je prítomnosť jedného alebo viacerých nadbytočných chromozómov (2n + 1, 2n + 2), napr. Downov, Edwardsov, Klinefelderov syndróm
• Monozómia je nedostatok jedného alebo viacerých chromozómov (2n – 1, 2n - 2), napr. Turnerov syndróm (45 X)

Turnerov syndróm - monozómia X

• Prejavuje sa nízkym vzrastom, charakteristickými črtami, kožnými záhybmi, nevinutým hrudníkom, deformovanými lakťami, malými nechtami, nevunutými vaječníkmi, hnedými škvrnami a absenciou menštruácie

Downov syndróm - trizómia 21

• Ľudia s Downovým syndrómom majú duševnú retardáciu, zníženú inteligenciu, nižší vzrast a typické zmeny tvárových čŕt (mongoloidné deti)

Edwardsov syndróm - trizómia 18

• 95% plodov s Edwardsovým syndrómom neprežije ani základný vývin v maternici
• Typické znaky zahŕňajú mentálnu retardáciu, málo formované ušnice a kostné abnormality

Klinefelterov syndróm - trizómia X

• Vyznačuje sa zníženou plešatosťou
• Vyvinutý hrudník, nefunkčné semenníky

Iné syndrómy

• Syndróm XXX postihuje dievčatá, ktoré majú jeden chromozóm X navyše, sú vyššieho vzrastu s IQ 55-75 a v ich potomstve sa táto porucha nezistila
• Syndróm XYY postihuje chlapcov, ktorí majú chromozóm Y navyše, sú vyššej postavy, majú znížený intelekt a sklony k agresivite

Otázky

• Môže dôjsť k mutácii počas replikácie DNA?
• Prečo zámena dusíkatej bázy za inú nie vždy vedie k zmene aminokyseliny?
• Dedia sa všetky mutácie bunky?
• Prečo má ionizačné žiarenie väčší dopad na gaméty než na bunky tela?
• Aký dopad má pre bunku vloženie alebo vypadnutie bázy (posunová mutácia) v porovnaní so substitúciou bázy?