1 

Wykład 8 

Zmienność DNA, mutacje 

Mutacje 

Mutacja

 (de Vries, 1909) 

– nagła, skokowa 

zmiana w materiale genetycznym organizmu, 

mutacje mogą być dziedziczone (zachodzące w 
gametach, germinalne) lub nie dziedziczone 
(somatyczne). 

 

Fenotypowe skutki mutacji somatycznych:  
- autosomalnych, recesywnych 
-

autosomalnych dominujących 

-

sprzężonych z chromosomem X 

Mutacje – podział 

1 

mutacja genowa

 

– powstająca wskutek zmiany 

genu w jego nowy allel 

mutacja chromosomowa strukturalna

 

– zmiana 

struktury chromosomu 

mutacja liczbowa

 

– powstająca wskutek zmiany 

liczby chromosomów 

mutacja genomowa

 

– zwielokrotnienie 

haploidalnego zestawu chromosomów 

Mutacje – podział 

2 

Mutacja spontaniczna 

– nie posiada żadnej 

znanej przyczyny, nie jest z nią związane 

działanie żadnych czynników, zachodzi 

przypadkowo. Stosunkowo mała częstość 

występowania (u E. coli od 10

-5

 do 10

-10

 na 

replikację). 

Mutacja indukowana

 

– powstająca wskutek 

działania naturalnego lub sztucznego czynnika. 

Mutacja adaptacyjna

 

– doświadczenie Luria-

Delbr

ück: obecność bakteriofaga T1 nie indukuje 

mutacji adaptacyjnych w hodowli E. coli (1943). 

Mutacje – podział 

3 

Mutacja utraty funkcji 

– niezależnie od zakresu 

zmiany prowadzi do utraty funkcji genu. 
Całkowita utrata funkcji – mutacja zerowa (null). 
 

Mutacja uzyskania funkcji

 

– produkt genu 

uzyskuje nowe funkcje lub zwiększa 
dotychczasową. 
 

Mutacja neutralna

 

– nie zmienia funkcji genu. 

Mutacje genowe 

Mutacja punktowa 

– zmiana sekwencji DNA obejmująca jedną (lub 

kilka) pz.  

Substytucja

 

– zastąpienie starego nukleotydu nowym, tranzycja 

(puryna 

– puryna, pirymidyna – pirymidyna), transwersja (puryna  – 

pirymidyna, pirymidyna 

– puryna).  

Delecja

 

– wypadnięcie jednej (lub więcej) pary nukleotydów z 

sekwencji DNA. 

Insercja

 

– wstawienie jednej (lub więcej) pary nukleotydów do 

sekwencji DNA. 
Delecja i insercja zmieniają ramkę odczytu i mogą prowadzić do 

poważnych zmian w kodowanych białkach. 
Skutkiem mutacji genowej może być zmiana sensu kodonu (zmiana 

sekwencji aminokwasów), mutacja niema (tryplet synonimiczny) lub 

powstanie kodonu nonsensownego (przerwanie syntezy białka). 

2 

Mutacje genowe – przykład 

TAK JAN PIŁ TEN SOK

Delecja

utrata J

TAK ANP IŁT ENS OK

Insercja

wstawienie M

TAK J A NPI ŁTE NSO K

M

Substytucja

TAK  AN PIŁ TEN SOK

P

TAK JAN PIŁ TEN S K

A

TAK JA  PIŁ TEN SOK

Ś

Mutacje punktowe 

1 

Substytucja może zmienić sens kodonu lub nie. 
Mutacje nieme nie zmieniają sekwencji 
aminokwasów w produkowanym białku. 

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

transwersja

tranzycja

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

A

T

Leu

Leu

Leu

Leu

Ile

Ile

Ile

Asn

Pro

Pro

Pro

Pro

A

T

A

T

A

T

A

T

T

A

T

A

Mutacje punktowe 

2 

Zmiana ramki odczytu przez insercję lub delecję może 
znacząco zmienić sekwencję produkowanego białka. 

Wynikiem mutacji genowych u człowieka są choroby 
monogenowe: mukowiscydoza, fenyloketonuria, 
alkaptonuria, albinizm, retinoblastoma, achondroplazja, 
hemoglobinopatie.  

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

C

G

insercja

delecja

T

A

T

A

T

A

STOP

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

T

A

A

T

Leu

Leu

Leu

Leu

Ile

Ile

Ser

Pro

Pro

A

T

A

T

A

T

T

A

T

A

T

A

C

G

C

G

T

A

Leu

Czynniki uszkadzające DNA 

Czynniki endogenne: 
•

depurynacja, depirymidynacja 

•

formy tautomeryczne 

•

wolne  rodniki 

•

metylacja nieenzymatyczna 

•

błędy replikacji 

•

transpozony 

 
Czynniki egzogenne: 
•

biologiczne  (wirusy) 

•

chemiczne (produkty pirolizy, leki, kwas azotawy, pestycydy, dym 

tytoniowy, mykotoksyny, aminy aromatyczne, węglowodory 
policykliczne) 

•

fizyczne (promieniowanie kosmiczne, jonizujące, UV) 

Chemiczne czynniki mutagenne 

•

kwas azotawy (HNO

2

) 

•

hydroksylamina 

•

związki alkilujące (sulfonian 
dietylowy, sulfonian 
etylometylowy, iperyt 
azotowy) 

•

analogi zasad azotowych (2-
aminopuryna, 5-bromouracyl) 

•

wolne  rodniki tlenowe 

•

nadtlenki 

•

policykliczne węglowodory 
aromatyczne 

Leki: 
• busulfan 
• cyklofosamid 
• aminopteryna 
• azatioperyna (Imuran) 
• ametopteryna 

(Methotrexat) 

• winkrystyna (Oncovin) 
• aktynomycyna 
• daunomycyna 

Występujące w produktach spożywczych: produkty pirolizy 
aminokwasów, mykotoksyny, środki konserwujące (np. azotyn 
sodowy). 

Modyfikacje zasad – mutacje 

1 

Deaminacja

 

– usunięcie grupy aminowej z cytozyny, adeniny lub 

guaniny daje zasadę o odmiennej możliwości parowania (działanie 
np. kwasu azotawego, nitrozamidu).

  

N

C

N

C

C

C

O

NH

2

H

H

H

N

C

N

C

C

C

O

O

H

H

H

H

deaminacja 
nitrozamid 

N

C

N

C

C

C

O

O

CH

3

H

H

H

cytozyna 

uracyl 

tymina 

N

C

N

C

C

C

O

NH

2

CH

3

H

H

5-metoksycytozyna 

metylacja 

deaminacja 

1 

4 

3 

2 

C 
G 

U 

G 

C 
G 

T 
A 

1 

2 

3 

4 

T 
A 

3 

Modyfikacje zasad – mutacje 

2 

Przesunięcie tautomeryczne

 

– formy tautomeryczne zasad 

azotowych mogą tworzyć nietypowe (niehomologiczne) połączenia z 
innymi zasadami: A=

C

 

lub 

T



G 

N

N

C

H

3

O

O

H

H

N

N

N

N

H

N

O

H

H

H

Tymina (enol)

Guanina (keto)

N

N

C

H

3

O

H

O

H

N

N

N

N

H

H

N

H

H

Tymina (keto)

Adenina (amino)

N

N

H

N

O

H

H

H

N

N

N

N

H

H

N

H

H

Cytozyna (imino)

Adenina (amino)

N

N

H

N

O

H

H

H

N

N

N

N

H

N

O

H

H

H

Cytozyna (amino)

Guanina (keto)

Modyfikacje zasad – mutacje 

3 

Depurynacja

 

– usunięcie grupy purynowej z adeniny lub guaniny 

może zajść na skutek zmian temperatury.

 

Przy replikacji 

depurynacja prowadzi do delecji. 

G 
C 

 
 

G 
C 

 

C 

delecja 

N

N

N

N

O

C

C

H

OH

H

P

H

H

CH

2

P

NH

2

O

OH

O

C

C

H

OH

H

P

H

H

CH

2

P

depurynacja 

Modyfikacje zasad – mutacje 

4 

Alkilacja

 

– przyłączenie do grup aminowych lub ketonowych danej 

cząsteczki grupy metylowej lub etylowej. Czynnikami alkilującymi są 

między innymi: etylonitrozomocznik, sulfonian etylometanowy, 
dimetylonitrozamina. 

G 
C 

G 
C 

CH

3 

G 
C 

alkilacja 

C

C

N

C

N

N

C N

C

H

O

N

H

2

H

H

C

C

N

C

N

N

C N

C

H

O

N

H

2

H

H

CH

3

CH

3 

G 
T 

Modyfikacje zasad – mutacje 

5 

Analogi zasad nukleotydowych

 

– cząsteczki puryn lub pirymidyn o 

własnościach zbliżonych do zasad azotowych DNA. 5-bromouracyl 
(BrU) jest analogiem tyminy ale obecność bromu umożliwia wiązanie 
BrU również z guaniną.  

N

C

N

C

C

C

O

O

CH

3

H

H

H

C

C

N

C

N

N

C

N

C

N

H

H

H

H

H

N

C

N

C

C

C

O

O

Br

H

H

H

C

C

N

C

N

N

C

N

C

H

O

N

H

H

H

H

tymina 

adenina 

BrU 

guanina 

Modyfikacje zasad – mutacje 

6 

Dimery cyklobutylowe

 

– działanie promieniowania UV może 

powodować powstawanie kowalencyjnych wiązań pomiędzy 
sąsiadującymi cząsteczkami np. tyminy. Zmniejszenie odległości 
pomiędzy nukleotydami prowadzić może do delecji przy replikacji. 

tymina 

N

C

N

C

C

C

O

O

CH

3

H

H

H

N

C

N

C

C

C

O

O

C

H

3

H

H

H

N

C

N

C

C

C

O

O

CH

3

H

H

H

N

C

N

C

C

C

O

O

H

H

tymina 

UV 

Modyfikacje zasad – mutacje 

7 

Działanie promieniowania jonizującego (np. promieni Roentgena) 
powoduje mutacje, których częstotliwość zależy od dawki 
promieniowania. 

dawka promieniowania X [R]

1000

2000

3000

4000

5000

%

 s

p

rz

ęż

o

n

y

c

h

 z

 X

 m

u

ta

c

ji 

le

ta

ln

y

c

h

10

5

15

wg. Concepts of genetics, Pearson Int.Edition, 2009  

4 

Transpozycja DNA 

1 

Transpozycja

 

– przemieszczenie fragmentów DNA (transpozonów) 

pomiędzy różnymi pozycjami wewnątrz genomu.  
Transpozycja zachodzi rzadko 

– raz na około 10

3

 

– 10

4

 

podziałów 

komórkowych.  

miejsce docelowe

T

A

T

A

C

G

G

C

T

A

5’

3’

3’

5’

sekwencja insercyjna

T

A

T

A

C

G

G

C

T

A

T

A

T

A

C

G

G

C

T

A

Transpozycja DNA 

2 

Transpozycja replikacyjna i niereplikacyjna. 

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

transpozycja replikacyjna

dawca

biorca

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

transpozycja niereplikacyjna

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 1 

Inwersja

 

– odwrócenie fragmentu chromosomu o 180°. 

Inwersja obejmująca centromer – 

pericentryczna

 

(eucentryczna). 
Inwersja nie obejmująca centromeru – 

paracentryczna

 

(acentryczna). 
Zapis: inv(9)(p11q12) 

a

a

a

a

b

b

b

b

c

c

c

c

o

180

o

180

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 2 

Translokacja

 

– przemieszczenie fragmentu chromosomu 

w obrębie tego samego lub innego chromosomu. 

Translokacja wzajemna

 

– wymiana pomiędzy 

chromosomami niehomologicznymi. 
Zapis: t(1;11)(q42.1;q14.3) 

translokacja

wzajemna

5p

5q

15p

15q

chromosomy

5 pary

chromosomy

15 pary

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 3 

Translokacja zrównoważona

 

– całkowita wymiana 

pomiędzy chromosomami, nie ma dodatkowych lub 

brakujących genów. 

Translokacja niezrównoważona

 

– wymiana niecałkowita, 

pojawiają się dodatkowe lub brakujące geny. 

5q

1 5q

1 5q

15p

15p

ro zdział

naprzem ienny

rozdział

przyległy 2

rozdział

przyl egł y 1

prawidło wa zrównoważona

niezrównoważona

5q

5 p

5p

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 4 

Translokacja robertsonowska (fuzja centryczna)

 

– 

łączenie się całych (lub prawie całych) ramion długich 

chromosomów akrocentrycznych lub telocentrycznych i 

utrata ramion krótkich. W fuzjach najczęściej uczestniczą 
chromosomy 14 i 21. 

tra nslokacja

robe rtsono wska

14

14

t(14q21q)

2 1

21

nosiciel

t(14q21q)

mutacje

letalne

gamety nosiciela

zespół

Downa

5 

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 5 

Duplikacja

 

– podwojenie tych samych odcinków 

chromosomów.  

a
b

a

b

a
b

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 6 

Delecja

 

– utrata odcinka chromosomu (terminalna i 

interstycjalna). Miejsca łamliwe występują w 
chromosomach 2 (2q13), X (Xq27), 6, 9, 12, 20. 
Zapis: del(6p15.2) 

a

a

b
c

c

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 7 

Insercja

 

– włączenie fragmentu innego 

chromosomu. 

Zapis: ins(12;6)(q24.2;q23q25) 

ins(12;6)(q20;q35)

12

6

Mutacje chromosomowe 

(strukturalne) 5 

Chromosom kolisty

 

– powstaje w wyniku pęknięcia i 

połączenia końców chromosomu (u człowieka 4, 13, 18 
oraz X). 

Izochromosom

 

– powstaje wskutek nieprawidłowego, 

poprzecznego podziału centromeru chromosomu 

metafazowego. Mogą powstawać z autosomów oraz 
chromosomu X. 

p

p

p

q

q

q

po replikacji

Mutacje chromosomowe 

(liczbowe) 1 

Mutacje ilościowe w większości przypadków powstają na skutek 

nierozdzielenia się (nondysjunkcji) par chromosomów 

homologicznych w czasie podziałów. Mutacje ilościowe dzieli się na 
dwie klasy: 
• 

aneuploidie

 

(zmiana ilości chromosomów danego rodzaju) 

• 

poliplidie

 

(zmiana ilości całych zestawów chromosomów) 

 
Przyczyny powstawania  aneuploidii: 
• utrata centromeru 
• nondysjunkcja 
• translokacja Robersonowska 
 
Przykłady:  
Nullisomia  (2n-2), monosomia (2n-1) z. Turnera (45,X), trisomia 
(2n+1) z. Downa (47,XX+21)(47,XY+21), z. Patau (47,XX+13), 
(47,XY+13), z. Klinefeltera  (47,XXY), tetrasomia (2n+2) 
Mozaikowatość: np. (46, XX/47,XX+21).  

Mutacje chromosomowe 

(ilościowe) 2 

Euploidie

 (poliploidie) 

– zwiększenie haploidalnego 

zestawu chromosomów (3n, 4n, 5n itd).  
Np. triploidia 

– 69,XXX lub 69,XXY etc. 

Autopoliploidie

 

– garnitur chromosomów zwiększony jest 

o ten sam zestaw chromosomów (AABB + AABB = 

AAAABBBB). Autopoliploidie u człowieka są letalne i 

prowadzą do poronień. 

Allopoliploidie

 

– występowanie dwóch lub więcej 

niehomologicznych zespołów chromosomów. Występują u 

mieszańców międzygatunkowych (nie możliwych u 

człowieka) AABB + CCDD = ABBCCDD (np. pszen-żyto) 

6 

Naprawa DNA 

Mechanizmy naprawy przeciwdziałają zmianom DNA. 
Zmiany DNA: 
• jednoniciowe 
• dwuniciowe 
 
Naprawa zmian jednoniciowych: 
• kontrola poprawności replikacji 
• naprawa braku sparowania 
• naprawa fotoreaktywacyjna 
• naprawa przez wycięcie (zasady lub nukleotydu) 
 
Naprawa zmian dwuniciowych  : 
• rekombinacja homologiczna 
• rekombinacja niehomologiczna 

Naprawa braku sparowania 

Błędy pozostające po replikacji powodują brak sparowania. 
Stara i nowa nić odróżniane są poprzez różne wzory metylacji.  
Wykrywanie  i wycinanie - hMSH1, hMLH1, hMSH2 (MutH, MutL, 
MutS u E. coli).  
Zastąpienie wyciętego fragmentu – polimeraza i ligaza. 

5’

5’

3’

3’

T

G

T

G

G

C

G

Fotoreaktywacja 

T

T

A A

T

T

A A

T

T

A A

PRE

T

T

A A

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

UV

niebieskie

Poreplikacyjna naprawa DNA 

Podczas replikacji zniszczony fragment jest pomijany. Po 
replikacji ten fragment ulega rekombinacji a ubytek w 

drugiej nici jest uzupełniany przez polimerazę i ligazę.  

nić wiodąca

nić opóźniona

uszkodzenie

Naprawa – wycięcie zasady 

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

glikozylaza DNA

AP site

endonukleaza AP

polimeraza DNA

+

ligaza DNA

Naprawa – wycięcie nukleotydu 

Naprawa przez wycięcie nukleotydów

 

– zniszczenia DNA jest 

wykrywane dzięki zmianom w konfiguracji trójwymiarowej. Nici są 

rozdzielane i stabilizowane. Wielkość wycinanego fragmentu jest 

różna u Prokaryota (3’-5-D-8-5’) i Eukaryota (3’-5-D-21(3)-5’). 

czynnik uszkadzający (np. UV) 

5’

5’

3’

3’

wykrycie uszkodzenia

wycięcie

polimeryzacja

ligacja (zszycie)

7 

Rekombinacja homologiczna 

1 

Rekombinacja homologiczna

 

– 

proces zachodzący podczas 
crossing-

over jest również 

używany do naprawy 

dwuniciowych uszkodzeń DNA. 

Naprawa odbywa się w późnej 
fazie S/G2.  
W 

modelu Holliday’a

 

rekombinacja odbywa się 

pomiędzy dwoma przerwami w 
pojedynczych niciach dupleksu 
DNA. 
Migracja rozgałęzienia 
wytwarza heterodupleks DNA. 

5’

3’

5’

3’

czynnik uszkadzający (np. UV) 

rozpoznanie uszkodzenia,
wycięcie końców 5’

5’

3’

5’

3’

koniec 3’ łączy się z homologicznym
regionem chromatydy siostrzanej

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

synteza brakującego odcinka DNA

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

rozkład heterodupleksu,
odtworzenie drugiej nici DNA

5’

3’

5’

3’

Rekombinacja homologiczna 

2 

Alternatywny model naprawy 
dwuniciowego uszkodzenia 
DNA. 

W tym przypadku formowane 
są dwa połączenia Holliday’a. 

połączenie Holliday’a

połączenie Holliday’a

Scalanie niehomologicznych 

końców DNA 

Mechanizm naprawy DNA 
wykorzystywany głównie 
przez wielokomórkowe 
organizmy eukariotyczne.  

 

5’

3’

5’

3’

czynnik uszkadzający (np. UV) 

przyłączenie heterodimerów 
Ku70/80

5’

3’

5’

3’

rekrutacja DNA-PKcs

5’

3’

5’

3’

utworzenie kompleksu
naprawczego

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

naprawa DNA

Odpowiedź SOS 

Odpowiedź SOS uruchamiana jest u bakterii (np.  E. coli)  
w przypadku wystąpienia rozległych uszkodzeń DNA 
uniemożliwiających replikację.  
Komórki indukują ekspresję ponad 20 genów, które 
wymuszają replikację pomimo uszkodzeń.  
Włączenie mechanizmu SOS zatrzymuje podział komórki. 
Podstawowymi genami biorącymi udział w odpowiedzi 
SOS są: LexA, RecA, 

l

.