2.2
Błędy kopiowania genomu
Za każdym razem, gdy komórka ludzka się dzieli, enzymy polimerazy DNA kopiują ponad 3 miliardy par zasad z dużą wiernością, które są przekazywane komórkom potomnym.
Jednak ze względu na samą ilość powielanych informacji, polimeraza DNA czasami popełnia błędy podczas kopiowania. Na przykład do nowo zsyntetyzowanej nici można dodać niewłaściwą zasadę, taką jak cytozyna zamiast tyminy.
W niektórych przypadkach takie zmiany mogą być szkodliwe, jak zmiana pojedynczego nukleotydu z GAG na GTG w genie beta-hemoglobiny, który powoduje sierpowate czerwone krwinki. Zmniejsza to zdolność czerwonych krwinek do przenoszenia tlenu, co powoduje niedokrwistość sierpowatokrwinkową.
Dodatkowe zasady mogą być również dodawane lub usuwane z genów. Takie mutacje są zbiorczo nazywane indelami. W mukowiscydozie pojedyncza zasada dodana lub usunięta w genie CFTR może przesunąć ramkę odczytu tak, że gen koduje wadliwe białko. Białko to nie może transportować jonów chlorkowych z komórek nabłonka płuc, co powoduje gromadzenie się gęstego, przypominającego klej śluzu, co zwiększa ryzyko infekcji płuc.
Na szczęście takie błędy kopiowania występują przy niskiej częstotliwości - około 1 błąd na 100 000 zasad.
Ponadto większość tych błędów jest korygowana podczas replikacji przez aktywność korektorską enzymów polimerazy DNA, zanim będą mogły zostać przekazane do komórek potomnych lub są naprawiane po replikacji przez enzymy naprawy DNA. Niemniej jednak w rzadkich przypadkach błędy mogą umknąć procesowi naprawy i przejść na następną generację.
Jednak nie wszystkie mutacje są szkodliwe dla organizmu; większość mutacji jest neutralna, a niektóre mogą dawać przewagę w przetrwaniu.
Oporność na antybiotyki jest jedną z korzystnych cech, która może powstać w wyniku mutacji.
Na przykład antybiotyk fluorochinolonowy wiąże się z enzymem bakteryjnym zwanym gyrazą DNA i hamuje wzrost bakterii. Jednakże, gdy geny kodujące enzym gyrazę DNA gromadzą losowe podstawienia zasad, powoduje to zmutowaną wersję enzymu. Antybiotyk nie może już wiązać się z tym zmutowanym enzymem, co prowadzi do przetrwania i wzrostu bakterii, nawet w obecności antybiotyków.
Replikacja DNA to dobrze rozwinięty proces, który kopiuje miliony par zasad z dużą wiernością podczas każdego podziału komórki. Czasami do nici potomnych może zostać dodana niewłaściwa baza lub długi odcinek niewłaściwych zasad. Jeśli błędy nie zostaną sprawdzone, komórki mogą kumulować kilka mutacji, które mogą zagrozić ich przetrwaniu. Dlatego błędy kopiowania są sprawdzane i naprawiane na trzech poziomach.
- Korekta - na przykład enzymy polimerazy DNA wprowadzają 1 nieprawidłowy nukleotyd na 100 000 zasad. Błędy te są wykrywane i korygowane podczas samej replikacji DNA przez enzymy polimerazy DNA. Enzymy te posiadają aktywność egzonukleazy 3' → 5', która wycina nieprawidłową zasadę z nici potomnej i zastępuje ją właściwym nukleotydem.
- Naprawa niedopasowania - enzymy naprawiające DNA naprawiają nieprawidłowe zasady lub mutacje punktowe w DNA po replikacji, ale przed mitozą.
- Ścieżki naprawy uszkodzeń DNA - DNA jest również podatne na uszkodzenia fizyczne lub chemiczne spowodowane przez mutageny. Mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA działają przez cały cykl komórkowy i mogą naprawiać mutacje punktowe i rearanżacje genomu na dużą skalę. Jeśli uszkodzenie DNA jest poważne, droga naprawy zablokuje postęp cyklu komórkowego i zainicjuje apoptozę.
Oprócz błędów podczas replikacji DNA, mutacje mogą być również spowodowane ruchomymi elementami genetycznymi zwanymi transpozonami. Są to małe powtórzenia DNA, które mogą przeskakiwać z jednego miejsca na drugie w nici DNA i zakłócać funkcje genu w miejscu ich wstawienia. Mogą również powodować inwersje, duplikację genów lub tworzyć nowe geny. Transpozony dzielą się na dwa główne typy: transpozony DNA, które transponują bezpośrednio jako DNA, oraz RNA lub retrotranspozony, które transponują poprzez półprodukt RNA. Niektóre z tych transpozonów powodują duplikację miejsca docelowego podczas ich insercji w nowym miejscu na chromosomie. Takie duplikacje w miejscu docelowym mogą skutkować duplikacją genu, co może zaszkodzić funkcjonowaniu komórki.
Za każdym razem, gdy komórka ludzka się dzieli, enzymy polimerazy DNA kopiują ponad 3 miliardy par zasad z dużą wiernością, które są przekazywane komórkom potomnym.
Jednak ze względu na samą ilość powielanych informacji, polimeraza DNA czasami popełnia błędy podczas kopiowania. Na przykład do nowo zsyntetyzowanej nici można dodać niewłaściwą zasadę, taką jak cytozyna zamiast tyminy.
W niektórych przypadkach takie zmiany mogą być szkodliwe, jak zmiana pojedynczego nukleotydu z GAG na GTG w genie beta-hemoglobiny, który powoduje sierpowate czerwone krwinki. Zmniejsza to zdolność czerwonych krwinek do przenoszenia tlenu, co powoduje niedokrwistość sierpowatokrwinkową.
Dodatkowe zasady mogą być również dodawane lub usuwane z genów. Takie mutacje są zbiorczo nazywane indelami. W mukowiscydozie pojedyncza zasada dodana lub usunięta w genie CFTR może przesunąć ramkę odczytu tak, że gen koduje wadliwe białko. Białko to nie może transportować jonów chlorkowych z komórek nabłonka płuc, co powoduje gromadzenie się gęstego, przypominającego klej śluzu, co zwiększa ryzyko infekcji płuc.
Na szczęście takie błędy kopiowania występują przy niskiej częstotliwości - około 1 błąd na 100 000 zasad.
Ponadto większość tych błędów jest korygowana podczas replikacji przez aktywność korektorską enzymów polimerazy DNA, zanim będą mogły zostać przekazane do komórek potomnych lub są naprawiane po replikacji przez enzymy naprawy DNA. Niemniej jednak w rzadkich przypadkach błędy mogą umknąć procesowi naprawy i przejść na następną generację.
Jednak nie wszystkie mutacje są szkodliwe dla organizmu; większość mutacji jest neutralna, a niektóre mogą dawać przewagę w przetrwaniu.
Oporność na antybiotyki jest jedną z korzystnych cech, która może powstać w wyniku mutacji.
Na przykład antybiotyk fluorochinolonowy wiąże się z enzymem bakteryjnym zwanym gyrazą DNA i hamuje wzrost bakterii. Jednakże, gdy geny kodujące enzym gyrazę DNA gromadzą losowe podstawienia zasad, powoduje to zmutowaną wersję enzymu. Antybiotyk nie może już wiązać się z tym zmutowanym enzymem, co prowadzi do przetrwania i wzrostu bakterii, nawet w obecności antybiotyków.
From Chapter 2:
Now Playing
2.2 : Błędy kopiowania genomu
Genomes and Evolution
4.5K Views
2.1 : Relacje ewolucyjne poprzez porównania genomów
Genomes and Evolution
6.0K Views
2.3 : Drzewa filogenetyczne
Genomes and Evolution
5.8K Views
2.4 : Syntenia i ewolucja
Genomes and Evolution
3.1K Views
2.5 : Sekwencje konserwatywne wielu gatunków
Genomes and Evolution
3.5K Views
2.6 : Duplikacja i dywergencja genów
Genomes and Evolution
7.4K Views
2.7 : Rekombinacja eksonów
Genomes and Evolution
3.3K Views
2.8 : Porównanie wariantów liczby kopii i Polimorfizm pojedynczego nukleotydu (SNP)
Genomes and Evolution
11.8K Views