Zmienność mutacyjna u ludzi - manifestacje fenotypowe na poziomie organizmu
- klasyfikacja mutacji - mutacje spontaniczne i indukowane
Termin "mutacja" został ukuty przez Gustava de Vriesa (1901) w celu opisania przypadkowych zmian genetycznych. Istnieją spontaniczne i indukowane procesy mutacji.
Proces mutacji indukowanej to występowanie zmian dziedzicznych pod wpływem ukierunkowanego działania zewnętrznych i wewnętrznych czynników środowiskowych. Występowanie mutacji bez ustalonych przyczyn nazywane jest spontanicznym procesem mutacyjnym. Zmienność mutacyjna jest spowodowana zarówno wpływem czynników środowiskowych na organizm, jak i jego stanem fizjologicznym.
Częstotliwość mutacji zależy od: - genotypu organizmu; - fazy ontogenezy; - płci ontogenetycznej; - etapu gametogenezy; - cykli mitotycznych i mejotycznych chromosomów; - struktura chemiczna poszczególnych chromosomów itp.
Właściwości mutacji: - Mutacje występują nagle, w sposób skokowy; - mutacje są dziedziczone, tj. przekazywane z pokolenia na pokolenie; - mutacje nie są ukierunkowane - każdy locus (część chromosomu) może ulec mutacji, powodując zmiany zarówno w mniejszych, jak i istotnych cechach; - te same mutacje mogą występować wielokrotnie; - Mutacje mogą być korzystne i szkodliwe, dominujące i recesywne.
Klasyfikacja mutacji:
Mutacje można pogrupować - sklasyfikować według charakteru ich manifestacji, miejsca lub poziomu ich występowania. Mutacje ze względu na charakter manifestacji mogą być dominujące i recesywne. Większość z nich jest recesywna i nie występuje u heterozygot. Z reguły mutacje są szkodliwe, ponieważ zakłócają dobrze zrównoważony system przemian biochemicznych. Mutacje dominujące objawiają się natychmiast w organizmach homo- i heterozygotycznych, a w większości przypadków takie osobniki są niezdolne do życia i umierają na wczesnych etapach ontogenezy. Mutacje, które drastycznie wpływają na żywotność, częściowo lub całkowicie zatrzymują rozwój, nazywane są półśmiertelnymi, a niezgodne z życiem - śmiertelnymi. U ludzi takie mutacje obejmują recesywny gen hemofilii.
Mutacje według miejsca pochodzenia. Mutacje występujące w tkankach somatycznych nazywane są mutacjami somatycznymi. Komórki somatyczne tworzą populację powstałą podczas rozmnażania bezpłciowego (podział komórek). Mutacje somatyczne determinują różnorodność genotypową tkanek, często nie są dziedziczone i są ograniczone do osobnika, u którego wystąpiły. Mutacje somatyczne występują w komórkach diploidalnych, więc objawiają się tylko w genach dominujących lub recesywnych, ale w stanie homozygotycznym. Im wcześniej mutacja wystąpi w ludzkiej embriogenezie, tym większy obszar komórek somatycznych odbiega od normy. I odwrotnie, im później w procesie rozwojowym organizm jest narażony na efekt mutacji, tym mniejszy obszar tkanki powstaje ze zmutowanej komórki. Na przykład kolor tęczówki - białe lub brązowe segmenty na niebieskiej tęczówce - jest spowodowany mutacją somatyczną. Uważa się, że mutacje somatyczne powodują degenerację nowotworową. Złośliwy wzrost jest powodowany przez czynniki rakotwórcze, wśród których najbardziej negatywne są przenikliwe promieniowanie i aktywne związki chemiczne (substancje). Chociaż mutacje somatyczne nie są dziedziczone, zmniejszają zdolność reprodukcyjną organizmu, w którym wystąpiły. Mutacje występujące w gametach lub w komórkach, z których są one tworzone, nazywane są mutacjami generatywnymi lub terminalnymi. Im wcześniej mutacja wystąpi w komórkach rozrodczych, tym większy odsetek komórek rozrodczych będzie nosił nową mutację. Górna granica odsetka komórek, które będą zawierały indukowaną lub spontaniczną mutację wynosi 50 procent. Uważa się, że największa liczba mutacji w komórkach rozrodczych występuje w ovocytach. Ponieważ spermatogonia ulegają ciągłym podziałom, selekcja przeciwko mutacjom, które powodują szkodliwe skutki, może wystąpić wśród nich, a częstotliwość mutacji zmniejsza się do czasu dojrzewania. Z drugiej strony, kobieta rodzi się z prawie wszystkimi zmutowanymi zmianami i nie ma równoległej selekcji mitotycznej w linii komórek rozrodczych. Komórki jajowe nie tylko nie przechodzą mitozy, ale pozostają nieaktywne przez dziesięciolecia, dopóki nie staną się komórkami jajowymi. W tym okresie ovocyty starzeją się i stają się nieproporcjonalnie podatne na spontaniczne mutacje. Komórki rozrodcze są najbardziej dotknięte przez cez-137, stront-90 i węgiel-14. Mutacje generatywne są przekazywane kolejnym pokoleniom podczas rozmnażania płciowego. Mutacje dominujące pojawiają się już w pierwszym pokoleniu, a mutacje recesywne - dopiero w drugim i kolejnych pokoleniach, wraz z przejściem do stanu homozygotycznego. 1. Zmiany spowodowane wymianą jednego lub więcej nukleotydów w obrębie pojedynczego genu nazywane są mutacjami genowymi lub punktowymi. Powodują one zmiany zarówno w strukturze białek, jak i aktywności funkcjonalnej cząsteczki białka. 2. Zmiany w strukturze chromosomów nazywane są mutacjami lub aberracjami chromosomowymi. Takie mutacje mogą wystąpić w wyniku utraty części chromosomu (delecja), podwojenia części chromosomu (duplikacja), odłączenia i obrócenia części chromosomu o 180° (inwersja). Jeśli zmiana wpływa na istotne części genu, taka mutacja prowadzi do śmierci. Na przykład utrata niewielkiej części 21. chromosomu u ludzi powoduje poważną chorobę krwi, ostrą białaczkę. W niektórych przypadkach oderwany fragment chromosomu może połączyć się z chromosomem niehomologicznym (translokacja), co doprowadzi do nowej kombinacji genów i zmian w ich wzajemnym oddziaływaniu. 3. Zmiany w kariotypie, które są wielokrotnością lub nie wielokrotnością haploidalnej liczby chromosomów nazywane są mutacjami genomowymi. W wyniku niedopasowania pary chromosomów homologicznych podczas mejozy, jedna z powstałych gamet zawiera jeden chromosom mniej, a drugi więcej niż normalny zestaw haploidalny. Fuzja takiej nieprawidłowej gamety z normalną haploidalną gametą podczas zapłodnienia skutkuje utworzeniem zygoty z mniejszą lub większą liczbą chromosomów niż diploidalny zestaw typowy dla tego gatunku.
- gen - genomowy - aberracje chromosomalne
Mutacje somatyczne to dziedziczne zmiany w komórkach somatycznych, które występują na różnych etapach rozwoju osobniczego. Często nie są one przekazywane dziedzicznie, ale pozostają tak długo, jak długo żyje organizm dotknięty mutacją. Aberracje genomowe, chromosomalne i genowe w komórkach somatycznych są wynikiem działania czynników mutagennych. U ludzi są to czynniki etiologiczne chorób dziedzicznych. Choroby spowodowane mutacjami genomowymi (zmiany w liczbie chromosomów) i chromosomalnymi (zmiany w strukturze chromosomów) nazywane są chorobami chromosomowymi. Zmiana liczby chromosomów jest określana przez podwojenie lub zmniejszenie całego zestawu chromosomów. Prowadzi to odpowiednio do poliploidii lub haploidii. Dodanie lub usunięcie jednego lub więcej chromosomów prowadzi do heteroploidii lub aneuploidii. Zmiany w strukturze chromosomów to rearanżacje lub aberracje. Zakłóca to równowagę zestawu genów i normalny rozwój organizmu. W wyniku braku równowagi chromosomalnej zarodek lub płód umiera w macicy i pojawiają się wrodzone wady rozwojowe. Im większa ilość materiału chromosomalnego dotkniętego efektem mutacji, tym wcześniej choroba pojawi się w ontogenezie i tym poważniejsze będzie zakłócenie rozwoju fizycznego i psychicznego danej osoby. Charakterystyczną cechą zaburzeń równowagi chromosomowej jest mnogość wad rozwojowych różnych narządów i układów. Choroby chromosomalne stanowią około 0,5-1% wszystkich chorób dziedzicznych u ludzi. Mutacje genowe lub punktowe są wynikiem zmian molekularnych na poziomie DNA. U ludzi powodują one choroby genetyczne. U ludzi opisano następujące rodzaje mutacji genowych, które prowadzą do rozwoju chorób dziedzicznych: nonsensowne, nonsensowne, z przesunięciem ramki, delecje, insercje, zaburzenia splicingu i wzrost liczby (ekspansja) powtórzeń trójnukleotydowych. Mutacje regionów transkrybowanych (które określają sekwencję aminokwasów w syntetyzowanej cząsteczce białka) prowadzą do syntezy nieprawidłowego produktu. Mutacje regionów transkrybowanych mogą prowadzić do zmniejszenia tempa syntezy białek. Fenotypowo mutacje genowe objawiają się na poziomie molekularnym, komórkowym, tkankowym i narządowym. Liczba chorób genowych wynosi około 3500-4500. Mutacje genowe dzielą się na jednomiejscowe i wielomiejscowe. Mutacje jednomiejscowe obejmują zmiany w pojedynczym miejscu (regionie), podczas gdy mutacje wielomiejscowe wpływają na kilka miejsc w locus genu. Istnieją bezpośrednie i odwracalne mutacje genowe. Mutacje bezpośrednie to mutacje, które inaktywują geny typu dzikiego i powodują pojawienie się typu zmutowanego. Mutacje odwrotne to zmiany w formie poprzedzającej formę zmutowaną. Większość genów jest odporna na mutacje, ale niektóre geny podlegają mutacjom dość często.
Mutacje somatyczne powodują różnorodność genotypową w tkankach jednego osobnika i w większości nie są dziedziczone poprzez rozmnażanie płciowe. W rozmnażaniu bezpłciowym, jeśli organizm rozwija się z pojedynczej komórki lub grupy komórek, w których wystąpiła mutacja, takie zmiany mogą być przekazywane potomstwu. Mutacje somatyczne są wykorzystywane w organizmach rozmnażających się wegetatywnie. Mutacje somatyczne stanowią podstawę selekcji roślin uprawnych, w szczególności cytrusów. |
