GENETYKA WYKŁAD 6

- nic nie jest tak pewne w przyrodzie jak zmiana

- pojedyncze kodony kodują tryptofan i metioninę

- zmiany w I i III pozycji kodonu mogą być likwidowane przez supresję (mutację znoszącą efekt poprzedniej mutacji)

- mutacje dotyczące centrum aktywnego białka powodują drastyczne zmiany

w zależności od tego, w którym miejscu wystąpi zmiana, efekt będzie różny

mutacje ciche - nie zmieniają sensu kodowania

np. TCT TCC to ciągle seryna

~ zmiana nukleotydów, ale brak zmiany aminokwasów

~ mutacje ciche nie zawsze mogą być mutacjami neutralnymi

mutacje centralne - efekt nie odbija się na przeżywalności gatunku, a wręcz zwiększa przystosowanie do warunków środowiska

- zmiany na II pozycji w kodonie często są letalne, nie mogą być naprawione

geny szybkie - szybko ulegają ekspresji - kilkaset x więcej

geny wolne - wolno ulegają ekspresji

kodony

szybkie: UCG

wolne: UCU

~ oba kodują serynę

w określonym środowisku może dochodzić do zmian, które powodują presję mutacyjną, presję selekcyjną

gorące źródła 300^oC - żyją tam bakterie termofilne

np. Termophilus aquaticus - ma b. dużo par G≡C

- można z niego izolować enzymy termooporne, jak polimeraza taq stosowana w technice PCR

z częstością 1/100 mln mogą pojawić się mutacje w kierunku jednej z zasad G≡C

mutacje punktowe zmieniające sens kodowania - prowadzą do powstania kodonów STOP

kodony STOP: UAA, UAG, UGA

- powstają przez to krótkie polipeptydy, o ubogiej funkcji biologicznej (nie mogą pełnić swojej funkcji)

- można je naprawić poprzez zmiany w antykodonach, wtedy odczytanie kodonu nonsensownego jest możliwe

delecja / insercja (wypadnięcie / włączenie nukleotydu)

- zmienia sens kodowania

ABC ABC ABA BC (delecja C)

ABC ABC ABC AAB C (insercja A)

A

- dochodzi do zmiany ramki odczytu = mutacja frame shift

mutacje punktowe - dotyczą 1 lub kilku nukleotydów (należą tu mutacje typu insercja, delecja, itp.)

aberracje chromosomowe - powstają w procesie mejozy lub mitozy, mogą dotyczyć liczby bądź struktury chromosomów

- zmiana liczby chromosomów jest korzystna dla roślin : poliploidalność => przyrost masy

- stosowanie kolchicyny posłużyło do uzyskania nowych odmian ryżu

- jeżeli chromosomu ulegają zmianom, to tak samo zmieniają się geny (albo ich przybywa albo ubywa)

- za dużo genów może mieć efekt letalny

mutacje struktury:

~ delecja

~ duplikacja

~ translokacja (gdy kilka chromosomów pęka w kilku miejscach i ich odcinki się wymieniają)

~ inwersja - odwrócenie o 180^o fragmentu chromosomu

mutacje mogą być spontaniczne lub indukowane

MUTACJA - nagła, skokowa i dziedziczna zmiana materiału genetycznego, która prowadzi do zamiany genu w nowy jego allel

nie można przewidzieć, jak gen ulegnie mutacji

- mutacje zachodzą spontanicznie; np. błędy polimerazy zdarzają się 1/10⁶

- mutacje są naprawiane, polimeraza ma zdolność korygowania błędnie wstawionych nukleotydów

ale nie zawsze mutacja musi zostać naprawiona

mutacje spontaniczne, naturalne, mogą zajść bez wyraźnego wpływu środowiska

mutacje indukowane - wymuszane, celowe, po zastosowaniu mutagenów może dochodzić do zwiększania częstości mutacji (doświadczenie z UV na ćwiczeniach)

~ działaniem czynników mutagennych można zwiększyć częstość mutacji 1000x

fizyczne czynniki mutagenne:

- promieniowanie X (przechodzi przez tkanki miękkie, indukuje mitotyczny c-o i łamanie się chromosomów)

~ powoduje jonizację atomów -> powstają jony, które mogą łączyć się z O₂ -> powstają rodniki organiczne

- promieniowanie UV 240-265 nm λ

~ DNA ma maximum absorpcji przy 260 nm λ

wykazuje silne właściwości mutagenne

dziura ozonowa i zanieczyszczenie atmosfery powoduje zwiększenie natężenia promieniowania UV na ziemi

powstają reaktywne formy tlenu:

- rodnik hydroksylowy HO^-

- H₂O₂

- O₂^-

~ efektem działania mutagenu jest tworzenie dimerów tyminy (T), zaburzenia replikacji DNA

- zjawisko fotoreaktywacji: enzym fotoliaza zaczyna działać powodując rozbijanie dimerów purynowych C-T i T-T

mutacja to nie tylko prosty proces chemiczny, ale także proces naprawy, proces chemiczno-biologiczny

chemiczne czynniki mutagenne:

- działające na replikujące się DNA

analogi zasad

- 5-bromouracyl (analog T)

- 2-aminopuryna (analog A)

stereochemicznie są podobne do zasad

prowadzą do mutacji typu tranzycji ( w obie strony)

barwniki akrydynowe - posiadają cząsteczki o płaskiej budowie, które łatwo wnikają pomiędzy zasady w łańcuchu DNA i je rozsuwają

- akryflawina

- bromek etydyny (ethydium bromaid)

- działające na niereplikujące się DNA

HNO₂

hydroksylamina

czynniki alkilujące

HNO₂:

zamiana -NH₂ na -OH - zamiana puryny na purynę (tranzycja)

A T

- zamiana pirymidyny na pirymidynę

G C

zamiana C U

G ksantyna dezaminacja i przyłączenie OH

A hypoksantyna

alkilacja - metylowanie, etylowanie -> depyrunizacja DNA (zmniejszenie ilości puryn)

- EMS (sulfoniam etylometylowy)

- formaldehyd

- pochodne iperytu azotowego

mutacje stanowią błąd w zapisie genu, zniekształcają informację genetyczną, wypaczają jej sens genetyczny

rzadko są to zmiany korzystne - ale mogą zwiększyć przystosowanie do środowiska

mutacje są z reguły recesywne

przy jednym! wydechu dymu papierosowego wydziela się 10⁵ wolnych rodników

mutagenami są też związki metali ciężkich np. ołowiu, antymonu, cyny

czynniki kancerogenne - powodujące nowotwory ( mutacje w komórkach somatycznych)

mutacje, wirusy - destabilizują genom

TRANSPOZYCJA - mechanizm rekombinacji nieuprawnionej

to proces przemieszczania się transpozonu na inną pozycje w genomie tej samej komórki; daje efekt podobny do mutacji, ale działa na zasadzie odmiennego mechanizmu

- ma miejsce in vivo w komórce

- na poziomie genomu

- dotyczy przemieszczania się 1 lub grupy genów w obrębie tego samego chromosomu lub nawet chromosomów niehomologicznych

- ułatwia przystosowanie się mikroorganizmów i organizmów do szybkich zmian w środowisku

- geny się przemieszczają --> silny efekt fenotypowy

- motor napędzający ewolucję

- powodują destabilizację genomu, różnorodność, zmienność

- „skaczące geny” - termin wprowadzony przez Barbarę McClintock (Nobel)

4563 nukleotydy - transpozony kukurydzy

- np. plamistość

żółte -> ciemnoczerwone (wielobarwne) nasiona

- prowadzi do zmian widocznych

- nie jest bardzo częsta, jest pod kontrolą

- przemieszczanie genów powodują zmianę ekspresji innych genów

- u bakterii operony zostają wyciszane, lub ich ekspresja jest indukowana

np operon galaktozowy

między promotor i operator włączają się transpozony (sekwensje IS)

700 - 1400 pz

ATACC

GAAT - te dwie sekwencje ułatwiają przyłączanie się transpozonów

- plazmidy (do kilkudziesięciu nukleotydów) które noszą geny odporności na antybiotyki

transpozony są u Procaryota, roślin, drożdży, gryzoni, małpy, ludzi

transpozony TY - mogą włączać lub wyłączać eksrepsję genów ( np. kodującego histydynę - His4)

- DNA wirusa (retrowirusa) wbudowuje się w wiele miejsc w genomie

- mechanizm transpozycji opracowany przez Shapino

enzym transpozaza kodowany przez 1 z genów transpozonu rozpoznaje króciutką sekwencję homologiczną, nacina ją i powoduje łączenie z nicią DNA

~ nie potrzeba dużej homologii, by zaszła transpozycja

transpozycja powoduje skokowe zmiany genotypowe prowadzące do destabilizacji, zróżnicowania genomu, powoduje zmiany fenotypowe, umożliwia adaptację do szybko zmieniających się warunków środowiska

~ daje efekty fenotypowe podobne do mutacji

~ mechanizm uniwersalny

4

---