Informacija

Koji su glavni uzroci mutacija u DNK?

Koji su glavni uzroci mutacija u DNK?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Znam da točkaste mutacije mogu promijeniti bazni slijed gena promjenom specifičnog kodona koji kodira određenu aminokiselinu. Jesu li te mutacije čisto slučajni događaji koji se događaju kada se DNK kopira u stanicu? Nadalje, mogu li čimbenici okoliša igrati ulogu u količini mutacija koje se javljaju?


Dobrodošli u Biology.SE!

mogu li okolišni čimbenici igrati ulogu u količini mutacija koje se javljaju?

Da! Čimbenici okoliša koji povećavaju stopu mutacija nazivaju se mutageni. Svakako ćete htjeti pogledati članak na wikipediji. Možda biste željeli pročitati i stranicu wikipedije o mutagenezi

Neke kemikalije povećavaju stopu mutacija, fizička sredstva kao što je zračenje također povećavaju stopu mutacija. Postoje i virusi koji su mutageni. Također, broj mutacija koje organizam proizvodi također može biti fenotipski plastičan. Na primjer, pokazalo se da biljke povećavaju broj mutacija koje su proizvele kao odgovor na stresno okruženje. Razlog (ili barem uobičajeni razlog) je taj što proizvode mnoge mutacije, "nadajući se" da će barem jedan od potomaka nositi korisnu mutaciju i biti vrlo fit čak i u ovom okruženju koje je stresno za roditelje. Mnogi virusi i neke bakterije također djeluju kao mutageni.

Jesu li te mutacije čisto slučajni događaji koji se događaju kada se DNK kopira u stanicu?

Mutacije su nasumične u smislu da je nemoguće sa sigurnošću predvidjeti da će se određena mutacija dogoditi na danom lokusu (lokus = pozicija u genomu). Kao posljedica toga, također je istina da su mutacije slučajne u smislu da je nemoguće predvidjeti učinak na fenotip (i na sposobnost) buduće mutacije. Stopa mutacije varira u cijelom genomu. Tipično, ponovljeni slijed DNK obično ima veću stopu mutacija. Također, transpozoni uzrokuju mnoge mutacije i regije u blizini transposona imaju veću stopu mutacija. Ali opet, trebali biste dobro pogledati stranice wikipedije na koje sam povezao gore.

Imajte na umu da bi potpuni odgovor zahtijevao ulazak u terminologiju pojma "slučajno" što je samo po sebi pitanje filozofije. Kada se koristi termin nasumično, uvijek je važno navesti što se točno misli (što nije učinjeno u pitanju) jer se može tvrditi da je otkako se Veliki prasak dogodio sve bilo determinističko.


Postoji mnogo različitih tipova (moglo bi se reći, 'skala' i mehanizama) mutacija u genomu.

Možda se vaše pitanje doista odnosilo na bazne mutacije, ali želim dodati jednu zanimljivu tangencijalnu stvar (koja također ukazuje na važnost pojašnjenja pojma 'mutacija'):

Segmentalne duplikacije - neslučajna genomska mutacija

Postoje mutacije koje ne biste nazvali slučajnim; koji se uvijek iznova javljaju u bolesnika s nekim poremećajima. Proučavajući pacijente s Charcot-Marie-Tooth 1A (i drugim bolestima), genetičari su identificirali strukture u genomu koje djeluju kao 'platforme' za velike mutacije, tj. kromosomske preuređenje.

Određena mjesta u genomu su bogata segmentne duplikacije, paralogni segmenti genoma koji mogu biti razumno veliki (1-400 kb), mogu sadržavati gene i imati vrlo visok identitet (>90%) što ih čini sklonim rekombinaciji.

Prisutnost segmentnih duplikacija (SD) stvara lokalnu genomsku nestabilnost; sklonost rekombinaciji, uzrokujući preuređenje - pojam "genomski poremećaj" je skovan za bolesti koje proizlaze iz tih preuređivanja.

Ovi genomski poremećaji su tipično neravnoteža genske doze. U slučaju Charcot-Marie-Tooth 1A, dupliciranje regije između 2 SD sadrži gen uključen u mijelinizaciju. Brisanje te regije uzrokuje još jednu neuropatiju. Hemofilija A može biti uzrokovana inverzijom regije između 2 SD-a koja se djelomično nalazi unutar dugog gena koji kodira faktor zgrušavanja. Inverzija potpuno poremeti egzone.

Pročitajte više ovdje: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1226196/


Koji su uzroci mutacije?

Mutacije su rezultat pogrešaka tijekom replikacije DNK ili drugih vrsta oštećenja DNK. Takva DNK tada može proći kroz popravak sklon pogreškama ili uzrokovati pogrešku tijekom replikacije.

Obrazloženje:

Mutacije mogu biti uzrokovane izloženošću određenim kemikalijama ili zračenju. Ovi agensi uzrokuju razgradnju DNK.

Kemikalije koje mijenjaju normalno sparivanje baza mogu generirati mutacije
1) de aminiranje amino skupina.
2) promijeniti bazu kovalentnom modifikacijom
3) uzrokuju unakrsno povezivanje lanaca DNA.

UV i X-zračenje može rezultirati
1) fragmentacija DNK
2) dimerizacija timidina
3) pomak u ravnoteži tautomernih oblika baza.

Mutacije također mogu biti rezultat umetanja ili brisanja segmenata DNK zbog mobilnih genetskih elemenata.

Mutacije igraju ulogu u normalnim i abnormalnim biološkim procesima, uključujući evoluciju, rak i razvoj imunološkog sustava, uključujući različitost spojeva. Zbog štetnih učinaka koje mutacije mogu imati na gene, organizmi imaju mehanizme kao što je popravak DNK kako bi spriječili ili ispravili mutacije vraćanjem međusobnog slijeda u prvobitno stanje.


Što je insercijska mutacija?

Insercijska mutacija je kada se dodatne DNA baze dodaju sekvenci gena u DNK.

Obrazloženje:

Insercijska mutacija je kada se DNK slučajno dodaju dodatne DNK baze. Umetanje drastično mijenja prirodu proteina koje proizvodi lanac DNA.

Dodavanje dodatne DNK remeti okvir čitanja DNK što rezultira stvaranjem pogrešnih aminokiselina. Poremećaj može uzrokovati promjenu informativnog koda DNK na kodonu (tri DNK sekvence koja kodira aminokiseline i informacije) od proizvodnje aminokiseline do informacijskog koda za završetak ili zaustavljanje očitavanja za daljnje aminokiseline koje uzrokuju da protein bude kraći od normalnog

Neki teoretičari predlažu da je insercijska mutacija sredstvo za povećanje informacija i složenosti DNK potrebne za Spuštanje s modifikacijom poznatom kao Darwinova evolucija. Insercijske mutacije povećavaju količinu DNK. Međutim, više DNK ne mora nužno povećati informacije

Insercijske mutacije uzrokuju proizvodnju pogrešnih aminokiselina, uzrokuju rani prekid lanca aminokiselina (proteina) i mijenjaju visoko strukturirane informacije pohranjene u DNK u besmislice koje proizvode nefunkcionalne proteine.


Mutacija

spontana ili umjetno izazvana trajna promjena u strukturama koje su odgovorne za pohranu i prijenos genetskih informacija u živim organizmima. Sposobnost mutacije je univerzalno svojstvo svih oblika života, od virusa i mikroorganizama do viših biljaka, životinja i čovjeka. Mutacija je osnova za nasljedne varijacije u prirodi.

Mutacije koje se pojavljuju u zametnim stanicama ili sporama (gametne mutacije) se prenose nasljedno. Mutacije koje nastaju u stanicama koje nisu uključene u spolnu reprodukciju (somatske mutacije) rezultiraju genetskim mozaicizmom. To je stanje u kojem se jedan dio organizma sastoji od mutantnih stanica, dok se preostali dio sastoji od nemutiranih stanica. U takvim slučajevima mutacija se može naslijediti samo vegetativnom reprodukcijom koja uključuje mutantne pupoljke, mutantne stabljike, mutirane gomolje ili druge mutantne somatske dijelove.

Spontane nasljedne promjene promatrali su mnogi znanstvenici u 18. i 19. stoljeću i bili su dobro poznati C. Darwinu, ali temeljito proučavanje mutacije nije započelo sve do pojave eksperimentalne genetike početkom 20. stoljeća. Pojam &ldquomutation&rdquo u genetiku je uveo H. de Vries 1901. godine.

Vrste. Mutacije se nazivaju genomske, kromosomske ili točkaste (gen), ovisno o prirodi promjene koja se događa u genetskom aparatu. Genomske mutacije uključuju promjene u ukupnom broju kromosoma u stanici. Jedna takva mutacija je poliploidija, povećanje ukupnog broja kompletnih kromosomskih skupova: umjesto dva skupa kromosoma, tipična za diploidne organizme, mogu postojati tri, četiri ili čak više skupova. U haploidiji umjesto dva kromosomska skupa postoji samo jedan. Postoji nekoliko oblika u kojima se može pojaviti aneuploidija, treći tip genomske mutacije: u nulisomiji, jedan ili više parova homolognih kromosoma su odsutni u monosomiji, jedan član para kromosoma je odsutan trisomije, tetrasomije i tako dalje. kada su prisutna tri ili više homolognih partnera.

Razlikuje se nekoliko tipova kromosomskih mutacija, ili aberacija: (1) inverzija, u kojoj se segment kromosoma rotira za 180° tako da normalna sekvenca gena postaje obrnuta (2) translokacija, u kojoj dijelovi dva ili više nehomolognih kromosomi su razmijenjeni (3) delecije, koje uključuju potpuni gubitak značajnog dijela kromosoma (4) manje delecije, koje uključuju gubitak samo malog dijela kromosoma (5) duplikacije, pri čemu se udvostručavanje dijela kromosoma dolazi i (6) prijelom, u kojem je kromosom razbijen na dva ili više dijelova.

Točkaste mutacije su trajne promjene u kemijskoj strukturi pojedinih gena. Takve mutacije obično nisu vidljive pod mikroskopom. Poznato je da se mutacije javljaju u genima koji se nalaze ne samo u kromosomima, već iu određenim samoreproduciranim organelama, na primjer, u mitohondrijima i plastidima.

Učinci na organizam. Velika raznolikost biokemijskih, fizioloških i morfoloških karakteristika organizma može se promijeniti kao rezultat mutacije. Promjene pronađene u mutantima, organizmima koji su prošli mutaciju, mogu biti nejasne, samo se sastoje od manjih odstupanja od prosječnog izgleda osobine određene vrste. Promjene kod mutanta također mogu biti prilično izražene. Poliploidni mutanti se obično prepoznaju po povećanju i pojedinačnih stanica i organizma u cjelini. Ako poliploid ima paran broj kromosomskih skupova (uravnoteženi poliploid), plodnost je obično očuvana ili tek neznatno smanjena. Ali poliploidi kod kojih je broj kromosomskih skupova neujednačen (neuravnoteženi poliploidi) su neplodni ili tek neznatno plodni. Kromosomi neuravnoteženih poliploida su nasumično raspoređeni u zrelim zametnim stanicama. To rezultira stvaranjem aneuploidnih gameta, od kojih se većina ne može oploditi ili ne može proizvesti održive zigote. Haploidni mutanti imaju male stanice, a organizam je u cjelini manji od normalnog diploidnog oblika vrste. Neplodnost je potpuna, ili gotovo potpuna, jer samo nekoliko gameta sadrži puni komplet kromosoma. Različite karakteristike u aneuploidima se bitno mijenjaju, često dovoljno ozbiljno da ubiju organizam ili ga učine neplodnim.

Promjene su obično manje izražene u slučajevima delecije, manje delecije i dupliciranja, opseg promjene u organizmu općenito je proporcionalan duljini izgubljenog ili udvostručenog dijela kromosoma. Velika brisanja mogu rezultirati smrću organizma.

Inverzije i translokacije same po sebi ne mijenjaju karakteristike organizma (osim ako dođe do promjene u fenotipskoj manifestaciji gen&rsquos zbog blizine gena s novim skupom susjednih gena). Međutim, translokacije i inverzije imaju značajne genetske posljedice. U slučaju inverzije u heterozigota, komplicirana je izmjena genetskih informacija između normalnog kromosoma i kromosoma koji nosi inverziju. Kada se translokacija dogodi u heterozigota, nastaju djelomično aneuploidne zametne stanice i uglavnom nevibilne zametne stanice. To se događa i u slučaju prijeloma, jer se fragment kromosoma koji nakon loma ostane bez centromere izgubi.

Točkaste mutacije, koje čine većinu svih mutacija, dovode do velikog broja promjena. Modifikacija jednog gena obično uzrokuje promjene u nekoliko fenotipskih karakteristika. Točkaste mutacije mogu biti dominantne, poludominantne ili recesivne. Mutacija gena može proizvesti varijantu ili alel tog gena. Fenotipske ekspresije alelnih gena međusobno se razlikuju. Ekspresija mutiranog alela može se razlikovati od ekspresije odgovarajućeg normalnog alela na sljedeće načine: (1) proizvod (obično enzim) koji je kodiran na tom određenom genskom mjestu uopće nije formiran, (2) produkt nastaje u abnormalno malim ili visokim količinama, (3) sintetizira se tvar koja inaktivira ili inhibira proizvod nemutantnog gena, i (4) umjesto da se formira normalan proizvod, nereaktivni proizvod, koji nema u nemutantnih osoba, je evoluirao. Gen koji je mutirao obično je jednako stabilan kao i nemutirani gen iz kojeg potječe, a može se vratiti u prvobitno stanje nakon nove mutacije. Takva pojava poznata je kao reverzibilna mutacija. Točkaste mutacije obično su štetne, jer ometaju vitalne procese i smanjuju vitalnost i plodnost tijela. Mutantni gen često ubija organizam u razvoju. Takve se mutacije nazivaju smrtonosnim. Točkaste mutacije koje relativno malo utječu na vitalnost i plodnost nisu tako česte kao smrtonosne, a još su rjeđe one koje poboljšavaju različita svojstva tijela. Unatoč relativno rijetkoj pojavi, povoljne točkaste mutacije vrlo su važne jer daju osnovni materijal za prirodnu i umjetnu selekciju, ključne procese u evoluciji i uzgoju.

Uzroci i umjetna indukcija. Poliploidija općenito nastaje na početku mitotičke diobe stanica (dioba stanica somatskih stanica) u kojoj se kromosomi uspješno odvajaju, ali u kojoj se stanična dioba iz nekog razloga ne nastavlja dalje od te točke razdvajanja. Poliploidija se može umjetno potaknuti tretiranjem stanice, nakon što je mitoza započela, tvarima koje ometaju diobu stanice. Rjeđe, poliploidija nastaje spajanjem dviju somatskih stanica ili sudjelovanjem dvaju spermatozoida u oplodnji jedne jajne stanice. Haploidija obično proizlazi iz partenogeneze, razvoja embrija bez oplodnje jajne stanice. Partenogeneza je umjetno izazvana korištenjem mrtve peludi ili peludi udaljene vrste za oprašivanje biljke. Glavni uzrok aneuploidije je slučajna nedisjunkcija tijekom mejoze (stanična dioba zametnih stanica) para homolognih kromosoma. Nedisjunkcija ili uzrokuje da oba kromosoma iz homolognog para uđu u jednu zametnu stanicu ili potpuno sprječava ulazak oba kromosoma u zametnu stanicu. Rjeđe, aneuploidi potječu od nekoliko neodrživih zametnih stanica formiranih u neuravnoteženim poliploidima.

Uzroci kromosomskih aberacija i najvažnije kategorije mutacija, točkastih mutacija, dugo su bili nepoznati. Tako je razvijen pogrešan koncept poznat kao autogeneza, pri čemu spontane genske mutacije nastaju u prirodi naizgled bez sudjelovanja čimbenika iz okoliša. Tek kada su razvijene metode za kvantitativno ocjenjivanje genskih mutacija, mutacije su mogle biti izazvane raznim kemijskim i fizikalnim čimbenicima. Takvi čimbenici nazivaju se mutageni.

Najranije podatke o utjecaju radija na nasljednu varijaciju nižih gljiva dobili su u SSSR-u G. A. Nadson i G. S. Filippov 1925. Uvjerljiv dokaz da se mutacije mogu umjetno inducirati dao je 1927. G. Muller, koji je u eksperimentima na Drosophila otkrio snažno mutageno svojstvo X zraka. Naknadna istraživanja o genetskim učincima zračenja na različite organizme otkrila su univerzalni kapacitet svih ionizirajućih zračenja da induciraju ne samo mutacije gena nego i kromosomske aberacije.

Mutageno djelovanje određenih kemijskih sredstava prvi su otkrili u SSSR-u M. N. Meisel&rsquo (1928), V. V. Saharov (1933) i M. E. Lobašev (1934). Heterologus DNA, prvi snažni kemijski mutagen, otkrili su 1939. S. M. Gershenzon i njegovi suradnici. Godine 1946. snažno mutageno djelovanje formaldehida i etilenimina otkrio je sovjetski genetičar I. A. Rapoport. Iste godine britanski genetičari C. Auerbach i D. Robson otkrili su snažan mutagen iperit. Od tada su pronađene stotine drugih kemijskih mutagena. Snažni fizikalni i kemijski mutageni povećavaju učestalost mutacija gena i kromosomskih aberacija mnogim čimbenicima često: najmoćniji kemijski mutageni, supermutageni, od kojih je mnoge otkrio i proučavao sovjetski genetičar Rapoport i suradnici, povećavaju mutaciju i aberaciju stope za faktor 100 ili više u odnosu na učestalost spontane mutacije na osnovnoj razini.

Eksperimenti sa staničnim kulturama i laboratorijskim životinjama otkrili su da mnogi virusi mogu izazvati mutacije. Čini se da u virusima kao mutagene djeluju autohtone nukleinske kiseline. Dakle, virusi ne samo da su uzročnici mnogih bolesti kod životinja, čovjeka, biljaka i mikroorganizama, već služe i kao jedan od izvora nasljednih varijacija. Svi mutageni uzrokuju točkaste mutacije izravno ili neizravno mijenjajući molekularnu strukturu nukleinskih kiselina u kojima je kodirana genetska informacija.

Mutacije su najviše proučavane u kukuruzu, u Drosophila, te u nekim mikroorganizmima. Eksperimentalne studije o spontanim i induciranim mutacijama otkrile su niz važnih karakteristika mutacije gena. Učestalost s kojom dolazi do spontane mutacije varira od gena do gena i od organizma do organizma, u rasponu za pojedinačni gen od jedne mutacije na 10 5 gena do jedne mutacije na 10 7 gena u generaciji. Nekoliko gena, koji se nazivaju promjenjivi geni, mogu mutirati mnogo češće. Učestalost mutacije naprijed i ona unatrag u istom genu često su različite. Mutageni povećavaju učestalost mutacija za sve gene približno istom brzinom, tako da mutacijski spektar &mdashomjer broja češće mutirajućih gena i broja gena koji rjeđe mutiraju&mdash ostaje približno isti i za spontane i za inducirane mutacijske procese. Kemijski mutageni mogu utjecati na nešto drugačije spektre mutacija od drugih mutagena.

Samo u mikroorganizmima neki kemijski mutageni mogu značajno povećati stopu mutacije određenih gena u odnosu na stopu mutacije drugih gena. Mjesta na kromosomu koja su osjetljiva na mutacije nazivaju se vruće točke. Sličan se fenomen događa i tijekom mutagenog djelovanja virusnih nukleinskih kiselina na višestanične organizme. Omjer broja točkastih mutacija i broja kromosomskih aberacija ovisi o tome jesu li mutageni kemijski ili fizički. Kemijski mutageni odgovorni su za veći broj točkastih mutacija nego fizički mutageni. Postoje i druge razlike u načinu djelovanja kemijskih i fizičkih mutagena.

Nisu sve promjene izazvane mutagenima u DNK izražene kao mutacije. Oštećeni dio DNA se često uklanja ili izrezuje tijekom rekombinacije pomoću enzima za popravak u stanici, koji obnavljaju strukturu DNA. Tijekom naknadne replikacije DNK, oštećeni dio zamjenjuje se odgovarajućim normalnim fragmentom.

Učestalost pojavljivanja bilo koje mutacije ovisi o mnogim vanjskim i unutarnjim čimbenicima, na primjer, temperaturi, parcijalnom tlaku kisika, starosti organizma te fazi razvoja i fiziološkom stanju stanice. Značajke genotipa su vrlo važne, jer se čak i unutar jedne vrste genetski različiti sojevi mogu razlikovati s obzirom na njihovu promjenjivost. Mutatorski geni, koji naglo povećavaju učestalost mutacija, opisani su u nekoliko organizama. Zbog svoje ovisnosti o genetskim čimbenicima, promjenjivost se može povećati ili smanjiti umjetnom selekcijom. Razlike u promjenjivosti među različitim vrstama posljedica su učinka prirodne selekcije na tijek evolucije vrste.

Značaj u evoluciji, uzgoju biljaka i medicini. Osnovu za razumijevanje uloge mutacije u evoluciji postavili su 1920. godine sovjetski genetičar S. S. Chetverikov, britanski znanstvenici J. Haldane i R. Fisher te američki znanstvenik S. Wright, pioniri u području evolucijske genetike. Pokazalo se da su sve nasljedne promjene koje služe kao sirovina za prirodnu selekciju nastale mutacijom. Rekombinantne varijacije, koje proizlaze iz stvaranja novih kombinacija gena križanjem, u konačnici su i posljedica onih mutacija koje su bile odgovorne za genetske razlike roditeljskih jedinki.

Za razliku od slučaja modifikacije, kod mutacije jedan mutageni čimbenik dovodi do niza mutacija koje na različite načine utječu na nekoliko karakteristika. Dakle, mutacije same po sebi nisu prilagodljive. Ipak, mutacije koje se stalno pojavljuju u bilo kojoj vrsti &mdashmnoge od njih koje latentno traju dulje vrijeme unutar populacije u obliku recesivnih mutacija&mdash služe kao rezervoar za nasljedne varijacije koje omogućavaju prirodnoj selekciji da restrukturira nasljedne karakteristike vrste i prilagodi vrstu promjena uvjeta okoliša, kao što su promjene klime, biocenoze ili migracije. Dakle, adaptivna vrijednost evolucijske promjene posljedica je očuvanja prirodnom selekcijom nositelja onih mutacija i kombinacija mutacija koje se pokažu korisnima u određenoj situaciji. Mutacije koje su bile štetne ili neutralne u nekim uvjetima mogu se pokazati korisnima u različitim uvjetima.

Točkaste mutacije su najvrjednije u smislu njihove uloge u evoluciji. Unatoč relativno rijetkoj mutaciji svakog gena, ukupna učestalost spontanih točkastih mutacija je velika jer u genotipu višestaničnih organizama postoje deseci tisuća gena. Kao rezultat toga, veliki postotak (oko 5 do 30 posto u višim biljkama i životinjama) gameta ili spora koje stvara organizam nosi različite genske mutacije, stvarajući tako preduvjet za učinkovitu prirodnu selekciju. Kromosomske aberacije koje otežavaju rekombinaciju &mdashinverzije i translokacije&mdash doprinose reproduktivnoj izolaciji i naknadnoj divergenciji skupina organizama. Duplikacije dovode do povećanja broja i raznolikosti gena u genotipu, zbog kasnije diferencijacije gena u dupliciranim dijelovima kromosoma. Poliploidija igra glavnu ulogu u evoluciji biljaka: u kombinaciji s reprodukcijskom izolacijom, ponekad može vratiti plodnost neplodnim hibridima među vrstama.

Razvoj metoda umjetne mutageneze znatno je olakšao proučavanje uzgoja biljaka. Uzgajivačima je postalo dostupno mnogo više početnog materijala nego kada su se koristile rijetke spontane mutacije. Godine 1930. sovjetski znanstvenici A. A. Sapegin i L. N. Delone prvi su upotrijebili ionizirajuće zračenje za uzgoj pšenice. Metoda radijacijske selekcije kasnije je korištena za uzgoj novih visokoprinosnih sorti biljaka kao što su pšenica, ječam, riža i lupina. Selekcija zračenja također se koristi za dobivanje vrijednih sojeva mikroorganizama koji se koriste u industriji. Kemijski mutageni također mogu dati dobre rezultate u uzgoju biljaka.

Genomske mutacije, kromosomske aberacije i točkaste mutacije uzrokuju mnoge nasljedne bolesti i kongenitalne abnormalnosti u čovjeka. Stoga je zaštita ljudi od mutagena vrlo važan zadatak. Od velike vrijednosti u tom pogledu bila je inicijativa Sovjetskog Saveza da se zabrani nuklearna testiranja u atmosferi, koja zagađuju okoliš radioaktivnim tvarima. To je vrlo važno za radnike u atomskoj industriji, za one koji rukuju radioaktivnim izotopima i za one koji koriste X-zrake kako bi se savjesno zaštitili od zračenja. Potrebno je proučiti moguće mutageno djelovanje novih lijekova, pesticida i industrijskih kemikalija te zabraniti proizvodnju tvari koje se pokažu mutagenima. Prevencija virusnih infekcija također je važna kako bi se potomstvo zaštitilo od mutagenog djelovanja virusa.


Koji su glavni uzroci mutacija u DNK? - Biologija

Bilješke iz školske biologije: Genetske varijacije - uzroci i posljedice mutacija

Uvod u genetske varijacije, uzroci i nastanak mutacija i posljedice

Bilješke o reviziji školske biologije Doc Browna: GCSE biologija, IGCSE biologija, O razina biologija,

Školske prirodoslovne tečajeve za 8, 9 i 10 razreda u SAD-u ili ekvivalent za

Studenti biologije 14-16 godina

Podindeks za ovu stranicu

(a) Uvod u genetske varijacije

Ova stranica će vam pomoći da to shvatite.

Genetske varijante uzrokovane su promjenama u uobičajenim nukleotidnim sekvencama u DNK gena.

Izraz varijanta može se koristiti za opisivanje promjene koja može biti benigna (bezopasna), patogena (štetna) ili nepoznatog značaja.

Umjesto izraza mutacija sve se više koristi izraz varijanta.

Varijante su ključne za uspješnu evoluciju jer promjene genotipa (obično manjeg tipa) mogu dovesti do promjena u fenotipu.

ljudski genetske varijacije je genetski razlike unutar i među populacijama.

Može ih biti više varijante bilo koje danosti gen u ljudskoj populaciji, to su dva različita alela.

Različiti aleli, različite verzije istog gena, mogu dovesti do razlika u fenotipovima - karakteristike koje organizam pokazuje.

Mutacija se može definirati kao svaka promjena u DNK u usporedbi s normalnom koja rezultira rijetkim i nenormalno varijanta .

(b) Promjene se mogu dogoditi na DNK genoma - mutacije i varijante

Ponekad DNK može mutirati, što znači a dolazi do slučajne promjene u sekvenci DNK organizma.

Moguće je za mutacija koja se nasljeđuje.

To automatski mijenja slijed baza u molekuli DNA.

Stoga ekspresija gena može biti promijenjena ili inhibirana.

Ovdje imamo posla s drugom verzijom gena – a genetska varijanta (također se zove an alel).

Svaka mutacija mijenja redoslijed baza u lancu DNA koji proizvodi drugačiji oblik gena (alel), a naziva se genetska varijanta.

Tijekom evolucije vjerojatnije je da će se povoljne mutacije naslijediti kroz uzastopne generacije.

Zovu se sve različite verzije gena genetske varijante ili alela a nastaju od mutacije (ali nemojte pretpostavljati da su svi štetni za funkcioniranje organizma!).

Unatoč učestalosti mutacija, većina ima nikakav ili vrlo mali učinak na protein sintetiziran u ribosomima.

Promjena strukture proteina obično je neznatna i bezopasna, a njezina funkcija ili izgled je relativno nepromijenjen.

Međutim, određene mutacije mogu imati priličan učinak na protein s ozbiljnim posljedicama.

Ovo je rezultat ove genetske varijante mogu kodirati za drugačiji slijed aminokiselina i posljedično tome svibanj promijeni oblik konačne strukture proteina i njegovu aktivnost.

npr. teoretski, za enzim (protein) njegova aktivnost može biti povećana, smanjena ili potpuno inhibirana.

Mutacija može čak dovesti do kodiranja za drugu aminokiselinu i stoga se proizvodi drugačiji protein.

Protein možda nije koristan ili potencijalno štetan, a imunološki sustav ga tretira kao 'strana' tvar.

Ako protein više nije pravog oblika, možda neće moći obavljati svoju funkciju npr.

(i) izmijenjeni oblik može značiti enzim E ne može izvršiti svoje katalitičko djelovanje jer se molekule supstrata S ne mogu zaključati u aktivno mjesto - vidi dijagram ispod (s moje stranice Enzimi - struktura i funkcije).

(ii) Ako tvari poput kolagena, glavne strukturne proteinske molekule u vezivnom tkivu vašeg tijela, nisu pravilno formirane, mišićno tkivo može biti oslabljeno ili potpuno beskorisno u pružanju fizičke potpore tijelu organizma.

Genetske varijante mogu se naslijediti s jedne generacije na drugu npr. majka djetetu.

Vidjeti više o posljedicama mutacija (na ovoj stranici)

i učinci nekodirajuće DNK (na ovoj stranici)

i vidjeti stranica evolucije za puno više bilješki o varijacijama

(c) Što uzrokuje mutacije?

Mutacije su relativno rijetke, kod kopiranja DNK koda procjenjuje se da postoji 1 na 10 9 (1 na milijardu) šanse za mutaciju, iako drugi čimbenici mogu doći u igru ​​kako bi se to povećalo, npr. izlaganje ionizirajućem zračenju i gutanje kancerogenih molekula..

Mutacije se događaju cijelo vrijeme i mogu se pojaviti prilično spontano – slučajan događaj.

Postoje razni različiti načini na koje se mogu pojaviti mutacije i promijeniti bazni slijed u DNK, npr.

Mutacija se može dogoditi ako dođe do pogreške u replikaciji kromosoma (DNK replikacija) tj. možda neće biti tako savršeno kao što je prikazano na donjem dijagramu (vidjeti Struktura DNA i RNA i sinteza proteina ).

Vjerojatnost mutacije se povećava ako je organizam izložen određenim kemikalijama, osobito onima poznatim kao kancerogene tvari npr. neki sastojci duhanskog katrana.

A kancerogen definira se kao svaka tvar (npr. kancerogena kemikalija), radionuklid ili zračenje koje potiče karcinogenezu, nastanak raka.

To može biti zbog sposobnosti tvari ili zračenja da oštete genom ili zbog poremećaja staničnih metaboličkih procesa.

Neke molekule uzrokuju mutacije ometajući raskopčavanje DNK i stvarajući pogreške u replikaciji.

Zračenje radioaktivnih materijala posebno je učinkovito u izazivanju mutacija, pa stoga i opasnosti povezane s izlaganjem alfa, beta i gama ionizirajuća zračenja.

Energija čestica dovoljno je velika da razbije kemijske veze, izazivajući promjene u molekularnoj strukturi DNK.

Vidjeti Alfa, beta i gama zračenje - , opasnosti od radioaktivnih emisija - zdravstveni i sigurnosni problemi i ionizirajuće zračenje gcse fizika

Delecijska mutacija :

Baza bi mogla biti obrisano nasumično iz sekvence baze DNA. Obično se briše samo jedna baza.

To će promijeniti način čitanja nukleotidnog baznog slijeda i utjecati na druge baze dalje niz DNK lanac.

Pogrešne trojke se prepoznaju pa će pogrešne aminokiseline biti kodirane! Dakle, na dijagramu se ovaj dio baznog niza mijenja od .

. ATC G TT AGC CGA . itd. do . ATC TTA GCC GA. . itd.

Drugim riječima, proizvodi se abnormalni slijed aminokiselina.

To će promijeniti način na koji se čita bazni slijed tripletnih kodova u stvaranju RNA za kodiranje sinteze proteina. Mutacija će utjecati na lanac DNK, tj. možda sada neće kodirati ispravan slijed aminokiselina kako bi se napravio odgovarajući protein s njegovom ispravnom strukturom.

To može utjecati na strukturu proteina i inhibirati njegovu funkciju.

Ispravan protein možda neće biti proizveden, što ima ozbiljne posljedice.

Može se umetnuti nova baza u sekvencu baze DNA na poziciju koju NE bi trebala zauzeti u genu.

To će promijeniti način na koji se čitaju triplet kodovi, tj. mijenja se kod aminokiselina i kod za pogrešne aminokiseline.

Na dijagramu su izvorni triplet kodoni . ATC GTT AGC CGA . itd. ali nakon umetanja baze T nakon prvog tripleta, trojni kodoni sada se sasvim drugačije čitaju.

pa ovaj dio baznog niza postaje . ATC T GT TAG CCG A.. . itd.

Također, kao posljedica toga, mijenja se više od jednog tripleta aminokiselina jer se može utjecati na cijeli niz baza. Pogrešne aminokiseline bit će kodirane.

Opet, ova mutacija će promijeniti način na koji se čita bazni slijed tripletnih kodova u stvaranju RNA za kodiranje za sintezu proteina. Mutacija će utjecati na lanac DNK i možda neće kodirati ispravan slijed aminokiselina za stvaranje odgovarajućeg proteina. To može utjecati na strukturu proteina i inhibirati njegovu funkciju. Ispravan protein možda neće biti proizveden, što ima ozbiljne posljedice.

Jedna ili baze mogu biti umetnute u jednu mutaciju. Ako su umetnute jedna ili dvije baze, vrijedi gore navedeno.

ALI, ako se umetnu tri baze, izvorni slijed prije i nakon umetanja ostaje netaknut! Je li posljedica dodatna aminokiselina u polipeptid-proteinu? Može li se i dalje napraviti isti funkcionalni protein?

Supstitucijska mutacija :

Druga baza u DNK nasumično je supstituirana s drugom bazom mijenjanje baznog niza.

Ovdje postoje dva moguća ishoda:

(i) možda neće biti bilo kakvog ukupnog učinka jer su neke aminokiseline kodirane s više od jednog tripleta i supstitucija bi mogla stvoriti jedan od tih drugih triplet kodova.

npr. na dijagramu 2. trojka G TT je mutirao na ATT , ali još uvijek može kodirati istu aminokiselinu.

(ii) slijed se ne može ispravno pročitati jer kod ne odgovara određenoj potrebnoj aminokiselini.

Pogrešna aminokiselina bit će šifrirana ili možda neće kodirati nijednu aminokiselinu.

Opet, kao i kod drugih vrsta mutacija, mijenja se način na koji se čita bazni slijed kodova tripleta DNA, u stvaranju RNA da kodira za sintezu proteina. Mutacija je utjecala na lanac DNK utječući na kodiranje aminokiselina za stvaranje odgovarajućeg proteina. To utječe na strukturu proteina i inhibira njegovu funkciju i možda se pravi protein možda neće napraviti, što ima ozbiljne posljedice.

(e) Koje su posljedice mutacija?

Važni podsjetnici:

(i) Enzimi su proteini. Oni kataliziraju većinu reakcija u organizmima.

Imaju specifičan oblik i molekularnu strukturu koja im omogućuje kataliziranje specifičnih reakcija.

Ako proteinska molekula enzima nije pravilno sintetizirana, tada ne može obavljati svoju katalitičku ulogu u biokemiji. To je ilustrirano dijagramom i bilješkama u nastavku.

A Proteinska struktura enzima je pravilno formirana od ispravno kodirane DNK, tj. nijedna mutacija nije imala štetni učinak. Slijed aminokiselina je ispravan i tako se protein smota u svoju ispravnu 3D strukturu i aktivno mjesto može prihvatiti molekulu supstrata.

B Kemijska promjena može se dogoditi jer je proteinska struktura aktivnog mjesta ispravan 3D oblik za prihvaćanje molekule supstrata koja 'pristaje' - mehanizam 'ključ i zaključavanje'.

C Jedna ili više mutacija uzrokovale su promjenu slijeda aminokiselina, što je dovelo do promjene oblika proteina na aktivnom mjestu, tako da se molekula supstrata ne može 'pristati' i kemijski je promijeniti enzim.

Imajte na umu da je sva ostala struktura enzima ispravna, pa čak i ako nije zbog mutacije koja utječe na slijed aminokiselina, možda neće utjecati na aktivno mjesto. Jedan od razloga zašto mutacije nemaju uvijek štetan učinak na strukturu i funkciju proteina i enzima.

(ii) Ako mutacija dovede do promjene kodova tripleta za aminokiseline, konačni formirani protein može imati drugačiju strukturu i funkciju od one za koju se pretpostavlja da je nastala (ovo je objašnjeno u odjeljku (a) gore).

Proizvedeni protein vjerojatno neće moći obavljati funkciju koja je bila namijenjena iz DNK koda.

Protein može učiniti nešto drugačije ili može biti nesposoban za bilo što.

Jedna mutacija koja mijenja funkciju jedne proteinske molekule može imati značajan učinak na fenotip.

Imajte na umu da većina mutacija nema utjecaja na fenotipove organizma.

Neke mutacije mogu imati mali učinak, ali postoje rijetke mutacije koje mogu proizvesti novi fenotip u evoluciji vrste.

Genetski poremećaj cistična fibroza uzrokovan je brisanjem triju baza s velikim štetnim učinkom na fenotip.

'Oštećeni' gen kodira protein koji kontrolira kretanje soli i vode ui iz stanica - kontrola polupropusne membrane. Nažalost, protein proizveden u varijanti cistične fibroze ne radi ispravno. Rezultat kod pojedinca je prekomjerna proizvodnja sluzi u plućima i probavnim sustavima, što uzrokuje poteškoće u disanju i probavi hrane.

Neke mutacije imaju blagi učinak na funkciju proteina i relativno mali učinak na fenotip - pretpostavljam da je proteinska molekula dovoljno dobro oblikovana da obavlja svoju funkciju, ali možda ne savršeno.

Mutacije kodirajuće DNA ne mijenjaju nužno sekvencu aminokiselina proteina.

Ovdje takve mutacije nemaju utjecaja na fenotip, odnosno nemaju utjecaja na karakteristike organizma.

To je u oštroj suprotnosti s onima koji pate od cistične fibroze.

Kod ljudi je kodiranje za proteine ​​samo oko 1,5% naše DNK koji uključuje 20 000 do 25 000 gena, većina ostalog je nekodirajuća DNK, ali nije tu samo da bi nadoknadila brojke!

Čini se da su mnogi dijelovi DNK opisani kao 'nekodirajući', što znači da ne kodiraju nikakve proteine.

Međutim ovi nekodirajući dijelovi DNK obavljaju druge bitne funkcije uključujući 'uključivanje i isključivanje' gena.

To znači bez obzira je li gen eksprimiran ili ne.

Riječ 'izraz' u genetici znači da se taj gen uključuje i koristi za stvaranje proteina koji doprinosi fenotipu - onome što se proizvodi u određenoj osobini.

Stoga, sve mutacije u ovoj nekodirajućoj DNK mogu spriječiti sintezu proteina a nedostatak ovog proteina može negativno utjecati na fenotip organizma – ekspresiju gena.

Neki konkretni primjeri

Voćne mušice imaju enzim XDH koji je uključen u proizvodnju crvenog pigmenta.

Vinske mušice s normalnom aktivnošću enzima XDH imaju crvene oči.

Vinske mušice bez XDH aktivnosti imaju smeđe oči jer se ne proizvodi crveni pigment.

Dakle, postoje dijelovi lanaca DNK koji NEMOJTE kodirati nikakve proteine, ali su od veliku važnost .

Sve više znanstvenih istraživanja pokazuje da su neki od tih nekodirajućih odjeljaka uključiti i isključiti gene, drugim riječima, oni kontroliraju je li gen ili nije izrazio napraviti protein.

Stoga neke od tih nekodirajućih regija DNA uključene su u sintezu proteina.

Prije nego što dođe do transkripcije, RNA polimeraza se mora vezati na nekodirajući dio DNA koji je u blizini specifičnog gena (za određeni protein).

Ako se mutacija dogodila u ovom dijelu DNK, to može utjecati na sposobnost RNA polimeraze da se veže na nju - može biti teže ili lakše (ili bez učinka).

Količina i točnost količine mRNA transkribirane ovise o tome koliko dobro se ovo vezanje odvija - i stoga utječe na to koliko se protein proizvodi.

Stoga se može utjecati na proizvodnju proteina, a ovisno o njegovoj funkciji, može utjecati i na taj specifični fenotip.

To znači da genetske varijante u nekodirajućim regijama DNK mogu utjecati na fenotipove koje pokazuje organizam, unatoč činjenici da su ti nekodirajući dijelovi DNK kodirali same proteine.

Sažetak strukture DNA i RNA i bilješke o reviziji gcse biologije sinteze proteina

Više o ovoj temi vidi

Bilješke o reviziji IGCSE-a genetske varijacije umetanje zamjenskih mutacija učinci na proteine ​​KS4 biologija Znanstvene napomene o genetskim varijacijama umetanje umetanja umetanja mutacija učinci na proteine ​​GCSE vodič za biologiju bilješke o genetskim varijacijama umetanje zamjenskih mutacija učinci na proteine ​​za škole fakulteti dijagrami kolegije slike akademije slike za genetsku varijaciju brisanje umetanje supstitucija mutacije učinci na proteine ​​bilješke o reviziji znanosti o genetskoj varijaciji brisanje umetanje zamjenske mutacije učinci na proteine ​​za reviziju bioloških modula biološke teme napomene koje pomažu u razumijevanju genetskih varijacija umetanje zamjenskih mutacija učinci na proteine ​​sveučilišni tečajevi biologije u znanosti biologija poslovi u farmaceutskoj industriji biološki laboratorijski asistent naukovanje tehničko stažiranje iz biologije SAD SAD razred 8 razred 9 razred10 AQA GCSE 9-1 biologija znanost bilješke o ge netička varijacija brisanje umetanje supstitucija mutacije učinci na proteine ​​GCSE bilješke o genetskoj varijaciji brisanje umetanje zamjena mutacije učinci na proteine ​​Edexcel GCSE 9-1 biološke znanstvene bilješke o genetskim varijacijama umetanje zamjenskih mutacija učinci na proteine ​​za OCR GCSE 9-1 biologija znanost 21. stoljeće o genetskim varijacijama delecija umetanje supstitucija mutacije učinci na proteine ​​OCR GCSE 9-1 Gateway biology znanstvene bilješke o genetskim varijacijama delecija insercija supstitucija mutacije učinci na proteine ​​WJEC gcse znanost CCEA/CEA gcse znanost


Nova studija otkriva da kvantna fizika može uzrokovati mutacije u našoj DNK

Zasluge: Pixabay/CC0 Public Domain

Kvantna biologija novo je područje znanosti, osnovano 1920-ih, koje se bavi pitanjem igra li subatomski svijet kvantne mehanike ulogu u živim stanicama. Kvantna mehanika je po prirodi interdisciplinarno područje koje okuplja nuklearne fizičare, biokemičare i molekularne biologe.

U istraživačkom radu objavljenom u časopisu Fizikalna kemija Kemijska fizika, tim iz Surreyjevog Leverhulme Doctoral Training Centra kvantne biologije koristio je najsuvremenije računalne simulacije i kvantno mehaničke metode kako bi odredio ulogu protonskog tuneliranja, čisto kvantnog fenomena, koji igra u spontanim mutacijama unutar DNK.

Protonsko tuneliranje uključuje spontani nestanak protona s jednog mjesta i ponovno pojavljivanje istog protona u blizini.

Istraživački tim otkrio je da atomi vodika, koji su vrlo lagani, osiguravaju veze koje drže dva lanca dvostruke spirale DNK zajedno i mogu se, pod određenim uvjetima, ponašati poput raširenih valova koji mogu postojati na više mjesta odjednom, zahvaljujući protonskom tuneliranju. To dovodi do toga da se ovi atomi povremeno nađu na krivom lancu DNK, što dovodi do mutacija.

Iako je životni vijek ovih mutacija kratak, tim iz Surreya otkrio je da one još uvijek mogu preživjeti mehanizam replikacije DNK unutar stanica i potencijalno bi mogle imati zdravstvene posljedice.

Dr. Marco Sacchi, voditelj projekta i znanstveni suradnik Sveučilišta Royal Society na Sveučilištu Surrey, rekao je: "Mnogi su dugo sumnjali da kvantni svijet - koji je čudan, kontraintuitivan i divan - igra ulogu u životu kakav poznajemo Iako bi ideja da nešto može biti prisutno na dva mjesta u isto vrijeme za mnoge od nas mogla biti apsurdna, to se događa cijelo vrijeme u kvantnom svijetu, a naša studija potvrđuje da se kvantno tuneliranje događa i u DNK na sobnoj temperaturi. "

Louie Slocombe, dr. sc. student Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Center i koautor studije, rekao je:

"Još je dug i uzbudljiv put pred nama da shvatimo kako biološki procesi funkcioniraju na subatomskoj razini, ali naša studija — i bezbroj drugih tijekom posljednjih godina — potvrdili su da je kvantna mehanika u igri. U budućnosti se nadamo istražiti kako se tautomeri proizvedeni kvantnim tuneliranjem mogu razmnožavati i generirati genetske mutacije."


Koji su glavni uzroci mutacija u DNK? - Biologija

Mutagen je agens tvari koji može dovesti do trajne promjene u fizičkom sastavu gena DNK tako da se promijeni genetska poruka.

Nakon što je gen oštećen ili promijenjen, mRNA transkribirana s tog gena sada će nositi promijenjenu poruku.

Polipeptid napravljen translacijom promijenjene mRNA sada će sadržavati drugačiji slijed aminokiselina. Funkcija proteina stvorenog savijanjem ovog polipeptida vjerojatno će se promijeniti ili izgubiti. U ovom primjeru, enzim koji katalizira proizvodnju pigmenta boje cvijeta je promijenjen na takav način da više ne katalizira proizvodnju crvenog pigmenta.

Promijenjeni protein ne proizvodi nikakav proizvod (crveni pigment).

  • oponašaju ispravne nukleotidne baze u molekuli DNA, ali ne uspijevaju pravilno upariti baze tijekom replikacije DNA.
  • ukloniti dijelove nukleotida (kao što je amino skupina na adeninu), opet uzrokujući nepravilno uparivanje baza tijekom replikacije DNA.
  • dodaju ugljikovodične skupine raznim nukleotidima, također uzrokujući netočno uparivanje baza tijekom replikacije DNA.

Zračenje Visokoenergetsko zračenje iz radioaktivnog materijala ili iz X zraka apsorbiraju atomi u molekulama vode koji okružuju DNK. Ova energija se prenosi na elektrone koji zatim odlijeću od atoma. Ostao je slobodni radikal, koji je vrlo opasna i vrlo reaktivna molekula koja napada molekulu DNK i mijenja je na mnogo načina.
Zračenje također može uzrokovati lomljenje dvostrukih lanaca u molekuli DNA, koje stanični mehanizmi za popravak ne mogu ispraviti.

Sunčeva svjetlost sadrži ultraljubičasto zračenje (komponenta koja uzrokuje preplanulost) koja, kada se apsorbira od strane DNK, uzrokuje stvaranje poprečne veze između određenih susjednih baza. U većini normalnih slučajeva stanice mogu popraviti ovo oštećenje, ali nepopravljeni dimeri ove vrste uzrokuju da replicirajući sustav preskoči grešku ostavljajući prazninu, koja bi se trebala popuniti kasnije.
Unprotected exposure to UV radiation by the human skin can cause serious damage and may lead to skin cancer and extensive skin tumors.

Spontaneous mutations occur without exposure to any obvious mutagenic agent. Sometimes DNA nucleotides shift without warning to a different chemical form (know as an isomer ) which in turn will form a different series of hydrogen bonds with it's partner. This leads to mistakes at the time of DNA replication.

Science at a Distance
© 1997, 1998, 1999, 2000 Professor John Blamire


Jumping the barrier

Proton tunneling relies on the quantum principle of uncertainty, which does not apply to the larger world. For example, in the world of big things, one can be certain of both the location of a train and the speed it's traveling, and using that information, one can predict when that train should arrive at the next station.

However, when it comes to subatomic particles, their exact location and speed cannot be calculated at the same time scientists can capture only a hazy picture of what a particle is up to, by calculating the probability that it may appear in a certain spot, traveling at a particular rate. In the context of proton tunneling, scientists can calculate the probability of a proton being in one position or another &mdash and theoretically that proton has a nonzero probability of being literally anywhere in the universe.

What that means is that particles can pass through barriers that they seemingly shouldn't be able to, sometimes even letting them leap through walls, Live Science previously reported.

To predict when and where proton transfer might occur in the DNA, the team determined the amount of energy required for the particles to break from their "stable" positions and into "unstable" positions. This threshold is known as the "energy barrier," and the energy needed to bounce back into the stable state is the "reverse barrier."

The team found that the energy barrier for classical proton transfer, driven by heat, is quite high compared with that for proton tunneling. The predicted rate of proton tunneling so far exceeded that of classical transfer that, without taking tunneling into account, the probability of a proton leaping to the opposite DNA base would be "very, very close to zero," Slocombe said.

"Within the limitations of the authors' calculations, it seems that tunneling plays a modest [to] fairly large role during proton transfer" between bases in a pair, Hay told Live Science.

The team also found that the reverse barrier for proton tunneling between A&ndashT pairs was much, much lower than for G&ndashC pairs. This means that, in the event that a proton tunneled from the A to the T side of a pair, for example, "it would just roll back instantly," Slocombe said the reverse barrier is so low that the proton would easily pop back into its stable state.

"Whereas for G&ndashC, it has this rather large reverse barrier, which means that the state is somewhat stable for a significant portion of time," Slocombe said. So once a proton hopped the energy barrier of a G&ndashC pair, it may stay in its unstable position for some time. If this occurs just before DNA replication begins, the proton may get stuck on the "wrong side" of the strand, Slocombe said.

That's because, to copy itself, DNA first unzips, breaking the bonds between the base pairs. An enzyme called polymerase then swoops in and starts fitting new bases into the open slots, like puzzle pieces. The problem is that, when polymerase encounters a proton in an unstable position, it can end up selecting the wrong puzzle piece for the attached base. For example, a proton may leap to a G, and when polymerase comes by, the enzyme attaches a T rather than a C and doesn't catch the error.


Gene Mutations of DNA Chain Types: Tautomerism and Substitutions

Some of the important types of gene mutations of DNA chain are: (a) Tautomerism and (b) Substitutions (replacements)!

Gene or point mutations are stable changes in genes i.e. DNA chain. Although each gene is a potential site for a mutation, yet some genes mutate more frequently than other genes. Such mutable genes are widely found in plants and animals. In bacteria spontaneously arising gene mutations occur with a frequency of about one in 10 6 gene duplications.

Many times a change in a gene or nucleotide pair does not produce detectable mutation. Thus the point or gene mutation means the process by which new alleles of a gene are produced. The smallest part of gene that can mutate is called a muton. The smallest muton in a gene is a single base pair of DNA. The various types are:

(a) Tautomerism:

The changed pairing qualities of the bases (pairing of purine with purine and pyrimidine with pyrimidine) are due to phenomenon called tautomerism. Tautomers are the alternate forms of bases and are produced by rearrangements of electrons and protons in the molecules (Fig. 6.46).

Tautomerism is caused by certain chemical mutagens. In the next replication purines pair with pyrimidines and the base pair is altered at a particular locus. The uncommon forms are unstable and at the next replication, cycle revert back to their normal forms.

Due to tautomerisation the amino (-NH2) group of cytosine and adenine is converted into imino (-NH) group and likewise keto (C=0) of thymine and guanine is converted to enol group (-OH). Tautomeric thymine pairs with normal guanine and cytosine with adenine. Such pairing of nitrogenous bases are known as forbidden base pairs or unusual base pair.

Fig. 6.47. Conversion of an A = T pair to G = C and G = C pair to A = T base by tautomerization (After Burns, 1969).

(b) Substitutions (Replacements):

These are gene mutations where one or more nitrogenous base pairs are changed with others. It may be further of three sub-types i.e. Transition, Transversion and Frameshift. In transition, a purine (adenine or guanine) or a pyrimidine (cytosine or thymine or uracil) in

triplet code of DNA or m-RNA is replaced by its type i.e. a purine replaces purine and pyrimidine replaces pyrimidine.

Transversions are substitution gene mutations in which a purine (adenine or guanine) is replaced by pvrimidine (thymine or cytosine) or vice versa (Fig. 6.48).

Fig. 6.50. The nine codons that can result from a single base change of the tyrosine codon UAU. Heavy lines indicate transversions, other transitions. Two possible stop codons are shown. Altogether there are six possible missense mutations, two possible nonsense mutations and one silent mutation.

During frame-shift type of gene mutations addition or deletion of single nitrogenous base takes place. None of the codon remains in the same original position and the reading of genetic code is shifted laterally either in the forward or backward direction (Fig. 6.52).

Gene mutations that involve the substitution, deletion or insertions of a single base pair are called point mutations. The gene mutations which involve more than one base pairs or entire genes are called gross mutations.


  • By analysing genomic data from worms, scientists detailed how mutations are caused by a combination of DNA damage and inaccurate repair
  • This shows that a single DNA-damaging agent can generate a multitude of mutational signatures depending on the repair mechanisms involved in fixing the original damage
  • The research could help pinpoint the causes of mutations found in the genomes of cancer patients and healthy individuals

1 May 2020, Cambridge – Researchers at EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), the University of Dundee and the Wellcome Sanger Institute analysed over 2700 genomes from C. elegans worms in order to better understand the causes of mutations. Their findings, published today in Nature Communications , characterise how DNA mutations result from the combined action of DNA damage and inaccurate DNA repair mechanisms.

A cell’s DNA is constantly exposed to physical and chemical stresses – or genotoxins – that can damage it and cause mutations. However, cells have a myriad of repair mechanisms to fix DNA lesions soon after they arise. Occasionally, the restorative repair process fails, either by making extra errors, or by failing to detect the DNA lesions altogether. This leads to mutations, which are the root cause of cancer.

Many genotoxin s , like those found in tobacco smoke, w ere thought to cause a unique suite of mutations in the genome, recognisable as a mutational signature. “Detecting such signatures in cancer allows scientists to trace what caused the damage in the first place, and aid prognosis and treatment by pointing to certain vulnerabilities,” explains Nadezda Volkova, recent PhD graduate at EMBL-EBI.

However, many mutational signatures observed in cancer genomes do not seem to relate to any single genotoxin and others appear to result from a combination of factors. To understand the origin of these signatures, Volkova and colleagues tested the effects of more than 150 combinations of twelve genotoxins on C. elegans worms whose DNA repair mechanisms were either unaltered or faulty. The scientists experimentally demonstrated that mutational signatures result from a combined action of DNA damage and specific repair mechanisms.

DNA repair and mutational signatures

“A lot of DNA alterations that we observed in our study occur in human cancer as well, but we found that mutational signatures are more variable than we previously thought,” says Volkova.

The scientists found that different types of DNA alterations induced by the same genotoxin are often fixed by different DNA repair pathways, some error-free, others error-prone. As a result, a single genotoxin may leave a variety of mutational signatures at various rates, depending on the repair process.

While most DNA repair prevents mutations, it can also cause them. For example, Volkova and colleagues demonstrated that one particular mechanism, called translesion synthesis, is responsible for the majority of base mutations caused by genotoxin exposure as a trade-off for more severe and potentially more deleterious mutations. While many of these minor mutations may be harmless, in humans they can increase the probability of developing a tumour.

“In cancer genomics, there is an implicit expectation that for every signature, one could find a single cause: our analysis challenges that expectation. Behind each pattern, there are at least two unknowns: the damage that occurs and the repair capacity of the cell,” says Moritz Gerstung, Group Leader at EMBL-EBI .

Bringing together cancer genomics and DNA repair

While the molecular mechanisms of DNA repair are very well-established, the exact types and frequency of mutations they can generate remained unclear until high-throughput sequencing entered the scene.

This study combines whole genome sequencing with an experimental screen to better understand the causes of mutational signatures. The results have potential implications for cancer research, diagnosis and treatment.

“Understanding the interplay between DNA damage and repair helps to better gauge the risk of cancer predisposition, and to understand the response to cancer treatment,” says Bettina Meier, Senior Research Associate at the University of Dundee.

Mutational signatures have become a pillar of cancer genome analysis because they may shed light on the carcinogens cancer cells have been exposed to, and the repair mechanisms that were perturbed.

However, not all observed mutational signatures and their individual facets are fully understood. An experimental approach ensures that the observed patterns are the direct consequences of the conditions set by the scientists. It also helps understand how multiple DNA repair processes jointly shape mutational signatures.

“It took years to generate all these repair defective C. elegans, to systematically expose them to a panel of genotoxins, and to prepare, sequence and analyse their DNA. It is great to see that experimental work on C. elegans is directly relevant for interpreting cancer genomes,” says Anton Gartner, Group Leader at the University of Dundee, recently appointed Associate Director of the IBS Center for Genomic Integrity at UNIST Ulsan, South Korea.


DNA Mutations

DNA mutations are permanent changes in the DNK sequence of a gene. Mutations range in their severity. Some damage the way a cell or whole organism functions, or even cause lethality, while others have no effect. Mutations also range in the amount of DNA altered. They can involve from a single nukleotida up to large segments of kromosomi. DNA mutations can be:

Image Courtesy of Wikimedia Commons

* Inherited: parents that have mutations can pass them to their offspring.
* Germ line mutations: are present in every cell of an individual, including the egg or sperm used in the production of offspring.
* De novo (new) mutations: occur by chance in one or a few eggs or sperm, or just after fertilization, and are NOT present in every cell of a parent. These explain situations where a child has a genetic disorder that is unseen in the family history.
* Acquired: environmental agents, called mutagens, can alter DNA. An example of a common mutagen are the UV wavelengths in sunlight associated with skin cancer (see image). Acquired mutations are typically not passed to offspring but can be if they alter DNA sequences in egg or sperm.

* Insertion/Duplication/Deletion: the addition or subtraction of nucleotides from DNA sequence. They can be as small as single nucleotides or large enough to visualize on a chromosome and involve tens to hundreds of thousands of nucleotides.
* Point Mutation: the change in one nucleotide for another. For example, an “A” becomes a “T”.
* Translocation: the movement of a segment of DNA from one chromosome to another.
* Inversion: the 180° flip of a DNA segment so that that it is reversed compared to the original structure.

Ultimately whether or not a particular mutation causes a detrimental effect is due to the location of the mutation within a gene (or genes) as well as the significance of that gene’s function.



Komentari:

  1. Eadger

    I can not participate now in discussion - there is no free time. I will be released - I will necessarily express the opinion.

  2. Boghos

    Žao mi je što interveniram, ali predlažem da krenemo na drugi način.

  3. Jesiah

    Istina je! I think this is a very different concept. Potpuno se slažem s njom.

  4. Gayle

    Stvarno i kao što nisam ranije pretpostavio

  5. Athelward

    Oprostite što vas prekidam, ali, po mom mišljenju, ova tema više nije relevantna.

  6. Davide

    The very valuable communication is remarkable



Napišite poruku