13.2:

13.2: Błędy kopiowania genomu

Genome Copying Errors

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Genome Copying Errors

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

13.1: Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

13.3: Phylogenetic Trees

4,124 Views

•

02:46 min

•

April 07, 2021

Overview

Replikacja DNA to dobrze rozwinięty proces, który kopiuje miliony par zasad z dużą wiernością podczas każdego podziału komórki. Czasami do pasm potomnych może zostać dodana niewłaściwa baza lub długi odcinek niewłaściwych zasad. Jeśli błędy nie zostaną sprawdzone, komórki mogą zgromadzić kilka mutacji, które mogą zagrozić ich przetrwaniu. W związku z tym błędy kopiowania są sprawdzane i naprawiane na trzech poziomach.

Korekta – Enzymy polimerazy DNA, na przykład, 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 niewłaściwą zasadę z nici potomnej i zastępuje ją właściwym nukleotydem.
Naprawa niedopasowania – enzymy naprawcze DNA naprawiają niewłaściwe zasady lub mutacje punktowe w DNA po replikacji, ale przed mitozą.
Szlaki naprawy uszkodzeń DNA – DNA jest również podatne na fizyczne lub chemiczne uszkodzenia spowodowane przez mutageny. Mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA działają w całym cyklu komórkowym i mogą naprawiać mutacje punktowe i rearanżacje genomu na dużą skalę. Jeśli uszkodzenie DNA jest poważne, szlak naprawczy zablokuje postęp cyklu komórkowego i zainicjuje apoptozę.

Oprócz błędów podczas replikacji DNA, mutacje mogą być również powodowane przez ruchome elementy genetyczne zwane transpozonami. Są to małe powtarzające się elementy DNA, które mogą przeskakiwać z jednego miejsca na drugie na nici DNA i zakłócać funkcje genu w miejscu ich insercji. Mogą również powodować inwersje, duplikację genów lub tworzyć nowe geny. Transpozony dzielą się na dwa główne typy: transpozony DNA, które transulegują bezpośrednio jako DNA, oraz RNA lub retrotranspozony, które transulegują za pośrednictwem pośredniego RNA. Niektóre z tych transpozonów powodują duplikację miejsca docelowego podczas ich insercji w nowym miejscu na chromosomie. Takie duplikacje w miejscu docelowym mogą powodować duplikację genów, która może zaszkodzić funkcji komórki.

Transcript

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.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Błędy kopiowania genomu replikacja DNA pary zasad wierność nici potomne błędy kopiowania korekta enzymy polimerazy DNA nukleotydy aktywność egzonukleazy naprawa niezgodności mutacje punktowe szlaki naprawy uszkodzeń DNA mutageny rearanżacje genomu transpozony