13.10: Мутации

Обзор

Мутации – это изменения в последовательности ДНК. Эти изменения могут происходить спонтанно или они могут быть вызваны воздействием факторов окружающей среды. Мутации можно охарактеризовать различными способами: изменяют ли они аминокислотную последовательность белка, происходят ли они на небольшой или большой площади ДНК, и встречаются ли они в соматических клетках или зародышевых клетках.

Последствия точечных мутаций на молекулярном уровне

Мутации, происходящие при одном нуклеотиде, называются точечными мутациями. Когда точечные мутации происходят в генах, последствия могут варьироваться в степени тяжести в зависимости от того, что происходит с закодированной аминокислотной последовательностью. Тихая мутация не меняет аминокислотной идентичности и не будет иметь никакого влияния на организм. Мутация миссенса изменяет одну аминокислоту, и последствия могут быть серьезными, если изменение изменяет функцию белка. Нонсенс мутации производит стоп-кодон, который усечения белка, вероятно, что делает его нефункциональным. Мутации рама возникают, когда один или несколько нуклеотидов вставляются или удаляются из последовательности ДНК, кодирующей белок, влияя на все кодоны ниже по течению от места мутации.

Хромосомные изменения являются крупномасштабными мутациями

Самый резкий тип мутации, хромосомное изменение, изменяет физическую структуру хромосомы. Хромосомные изменения могут включать удаление, дублирование или инверсию больших участков ДНК в пределах одной хромосомы, или интеграцию части другой хромосомы. Эти мутации, как правило, гораздо серьезнее, чем точечные мутации, поскольку они охватывают многие гены и регуляторные элементы. Хромосомные изменения могут быть обнаружены путем кариотипирования пораженной клетки.

Наследуются только мутации зародышевой линии

Мутации могут происходить в любой клетке, но только мутации зародышевой линии - те, что присутствуют в яйцеклетках и сперматозоидах - могут передаваться потомству. Например, наследственные заболевания - это подтип генетического заболевания, вызванного вредными мутациями зародышевой линии. Они могут быть аутосомными, обнаруживаясь на хромосомах с первой по 22, или сцепленными с полом, встречаясь на X- или Y-хромосоме. Одним из примеров наследственного заболевания является муковисцидоз (МВ), заболевание, которое в первую очередь поражает легкие. Это вызвано делецией в гене CFTR , который удаляет одну аминокислоту из белка CFTR. МВ - аутосомно-рецессивное заболевание, что означает, что у человека с одной мутированной копией гена и одной нормальной копией заболевание не разовьется; другие заболевания, такие как болезнь Хантингтона, нейродегенеративное заболевание, являются аутосомно-доминантными, что означает, что для развития болезни необходима только одна мутированная копия гена.

Некоторые мутации вызваны факторами окружающей среды

Как соматические мутации—, возникающие вне зародышевой линии, так и мутации зародышевой линии— могут возникать спонтанно во время репликации ДНК, но они также могут быть вызваны воздействием радиации или химических веществ в окружающей среде. Внешние факторы, повреждающие ДНК и вызывающие мутации, называются мутагенами. Один хорошо охарактеризованный мутаген окружающей среды - ультрафиолетовое (УФ) излучение. Ультрафиолетовое излучение несет больше энергии, чем видимый свет, и повреждает ДНК, разрывая связи между парами оснований, в результате чего основания тимина на одной и той же цепи ДНК соединяются друг с другом в характерные димеры тимина. Солнце - естественный источник УФ-излучения. Наиболее опасные длины волн, УФ-С, улавливаются высоко в атмосфере, но УФ-А и УФ-В лучи достигают поверхности Земли. Искусственные источники УФ-излучения включают солярии, которые пропускают в основном УФ-А-лучи с меньшим количеством УФ-В. К счастью, у клеток есть механизмы для восстановления поврежденной ДНК, но иногда повреждение не восстанавливается до деления клеток в быстро делящихся клетках, таких как клетки кожи. Если повреждение ДНК происходит в области генома, которая важна для регулирования роста и деления клеток, это может привести к раку, если его не исправить.

точечная мутация, где изменён один нуклеотид, может производить белок, который абсолютно нормален, или полностью нефункционален, в зависимости от типа. К ним относятся отключённые, или тихие: миссенс, нонсенс, и мутации с помощью сдвига рамки. Тихие мутации, как следует из названия, не оказывают никакого влияния на амино- кислотную последовательность белка. Например, если кодон CCA изменён на CCG, он все ещё будет кодировать для аминокислоты пролин. И белок будет функционировать нормально. С другой стороны, миссенс-мутации в результате замены одной аминокислоты на другую, например, аргинин вместо пролина