Mutacja jest to nagła zmiana w materiale genetycznym komórki. Jeśli zmiana ta zachodzi na poziomie genów mówi się o mutacji genowej. Mutacja punktowa jest rodzajem mutacji genowej, w której zmiana zachodzi jedynie w obrębie jednego nukleotydu. Zmiany zarówno jednego, jak i kilku nukleotydów w genie mogą odpowiadać za powstanie nowych genów, co przyczynia się do wzrostu różnorodności genetycznej w obrębie gatunku i sprzyja ewolucji organizmów. Mutacje są także przyczyną wielu chorób genetycznych i wad rozwojowych organizmów.

Mutacje genowe mogą wystąpić w komórkach somatycznych oraz generatywnych. Mutacje w komórkach somatycznych nie są przekazywane potomstwu, ale mogą być przyczyną rozwoju nowotworów.

Mutacje generatywne zachodzące w materiale genetycznym komórek rozrodczych są przekazywane potomstwu i niektóre z nich są przyczyną chorób genetycznych i wad rozwojowych. Nie mają jednak wpływu na organizm, w którym doszło do mutacji.

Wyróżnia się trzy rodzaje mutacji genowych:

• substytucję – mutację punktową polegającą na zamianie w nici DNA jednego nukleotydu na inny;

• insercję – czyli wstawienie jednego lub większej liczby dodatkowych nukleotydów do nici DNA;

• delecję – utratę jednego lub większej liczby nukleotydów z nici DNA.

Substytucja to mutacja, w której jedna para nukleotydów w DNA zastępowana jest inną.

Wśród substytucji wyróżnia się tranzycję oraz transwersję.

Insercja polega na przyłączeniu dodatkowej pary (lub kilku par) nukleotydów do nici DNA. Nukleotydy położone za miejscem wystąpienia mutacji będą odczytywane jako zupełnie inne kodony, wskutek czego nie powstanie prawidłowe i funkcjonalne białko.

Delecja to utrata jednej lub kilku par nukleotydów z nici DNA. Podobnie jak w przypadku insercji, nukleotydy położone za miejscem wystąpienia delecji będą odczytywane jako inne kodony, co spowoduje powstanie nieprawidłowego białka.

Najczęstszą przyczyną mutacji genowych są błędy zachodzące w trakcie replikacji lub rekombinacji DNA. W każdej komórce działają mechanizmy naprawcze, których zadaniem jest rozpoznawanie takich błędów i ich korekta. Mutacje zmiany sensu mają poważne skutki i są rzadziej wykrywane przez mechanizmy naprawcze DNA. Jeśli mutacja nie zostanie wykryta, utrwala się w materiale genetycznym i może stanowić matrycę w kolejnych cyklach replikacji. Mutacje powstające w wyniku takich błędów nazywane są mutacjami spontanicznymi. Mogą one powstawać w każdym cyklu podziałów komórek.

Inną przyczynę mutacji genowych stanowią czynniki mutagenne (mutageny), na które narażone są organizmy w środowisku. Można je podzielić na czynniki fizyczne i chemiczne.

Więcej na temat czynników mutagennych oraz sposobów ich działania dowiesz się z e‑materiałów pt.: „Czynniki mutagenne i ich źródłaPekcWNKEmCzynniki mutagenne i ich źródła” oraz „Mechanizmy działania wybranych mutagenówPXGbNSQsBMechanizmy działania wybranych mutagenów”.

Ekspozycja organizmu na mutageny może spowodować mutacje genowe.

Mutacje genowe bardzo często powodują poważne choroby genetyczne, które przejawiają się zaburzeniami rozwojowymi o charakterze morfologicznym, anatomicznym lub fizjologicznym – prowadzą do upośledzenia różnych funkcji organizmu (np. endokrynologicznych, metabolicznych, odpornościowych i psychicznych).

Na skutek większości mutacji genowych następuje modyfikacja lub całkowita utrata zdolności organizmu do wytworzenia określonego białka, najczęściej enzymu niezbędnego do prawidłowego przebiegu danego procesu.

W zależności od wpływu mutacji na przeżywalność organizmu można wyróżnić:

• Geny letalne, które powodują śmierć osobników. Warunkują one zaburzenia rozwojowe oraz zakłócenia w procesach fizjologicznych. Większość tych genów ma charakter recesywny autosomalny. Oznacza to, że nosiciele tych genów (heterozygoty) nie różnią się fenotypowo od osobników bez mutacji. Osobniki mające homozygotyczny układ tych genów nie przeżywają.

• Geny semiletalne, które powodują śmierć od 10 do 50% osobników. Osłabiają one wydolność fizjologiczną.

Przykładowe choroby genetyczne będące następstwem mutacji genowych w DNA jądrowym to:

• Fenyloketonuria – niedobór lub brak hydroksylazy fenyloalaninowej – enzymu przekształcającego fenyloaminę w tyrozynę, wynikający z mutacji genowej (substytucji, insercji lub delecji) w genie kodującym ten enzym. Powoduje uszkodzenie układu nerwowego, niedorozwój umysłowy oraz fizyczny.

• Alkaptonuria – brak oksydazy kwasu homogentyzynowego – enzymu przekształcającego ten kwas w kwas maleiloacetooctowy. Powoduje magazynowanie kwasu homogentyzynowego w stawach, chrząstkach oraz skórze, wywołując stany zapalne. Nadmiar kwasu usuwany jest z moczem, powodując jego ciemnienie na powietrzu. Za brak enzymu odpowiedzialne są różne mutacje genowe w jego genie, z czego najpowszechniejsza jest substytucja prowadząca do zmiany metioniny na walinę w pozycji 368. białka.

• Albinizm (bielactwo) – brak tyrozynazy – enzymu przekształcającego 3,4‑dihydroksyfenyloalaninę w melaninę (barwnik skóry) powodowany przez różne mutacje punktowe w obrębie genu kodującego ten enzym. Albinosi mają jasną skórę, białe włosy, brwi oraz rzęsy, a także bezbarwną tęczówkę, przez którą prześwitują czerwone naczynia krwionośne.

Przykładowe choroby genetyczne będące następstwem mutacji genowych w DNA mitochondrialnym to:

• Padaczka miokloniczna – choroba mitochondrialna spowodowana podstawieniem nukleotydów w genach kodujących tRNA.

• Dziedziczna neuropatia nerwów wzrokowych Lebera – rzadka choroba spowodowana mutacją (tranzycją) w obrębie DNA mitochondrialnego. Polega na powolnej, bezbolesnej utracie wzroku.

Więcej informacji znajdziesz w e‑materiale pt. „Jednogenowe i wielogenowe choroby autosomalne człowieka”P103lZ1oX„Jednogenowe i wielogenowe choroby autosomalne człowieka”.

Słownik