Mutacje

Materiał genetyczny podlega ciągłym zmianom. Niektóre z tych zmian mogą być korzystne i zwiększać sprawność organizmu, podczas gdy powodują choroby, a nawet śmierć. Zmienność genetyczna jest również ważna dla ewolucji, ponieważ pozwala gatunkom na dostosowywanie się do zmieniających warunków środowiska.

R1T4mmKAFeYte

Grafika przedstawia fragment łańcucha DNA, pochylony w lewo. Czerwoną kropką oznaczona jest jedna para zasad.

Mutacje są trwałymi zmianami w materiale genetycznym

MutacjemutacjaMutacje to nagłe i trwałe zmiany w strukturze DNA. Powstają wówczas, gdy mechanizmy naprawcze w komórce zawodzą, a nieprawidłowości w budowie materiału genetycznego zostają utrwalone.

Mutacje można podzielić ze względu na przyczynę ich powstawania, zakres materiału genetycznego, którego dotyczą, rodzaj komórek w których powstają oraz skutki jakie powodują.

Podział mutacji ze względu na przyczynę

• Mutacje spontaniczne to zmiany w obrębie DNA spowodowane błędami pojawiającymi się w procesie replikacji DNAreplikacja dnareplikacji DNA lub podczas rozdziału chromosomów w mejozie.

• Mutacje indukowane powstają pod wpływem czynników zewnętrznych, zwanych mutagenamimutagenymutagenami. Mutagenami są:

  • czynniki fizyczne, np. promieniowanie UV, promieniowanie rentgenowskie (X);

  • czynniki chemiczne zawarte m.in. w spalinach samochodowych, dymie papierosowym, pestycydach, metale ciężkie i niektóre środki dodawane do żywności jako konserwanty;

  • czynniki biologiczne, takie jak niektóre wirusy, np. wirus zapalenia wątroby typu B i C (HBV, HCV), wirus brodawczaka ludzkiego (HPV).

RVjbdp5Ku4xAx

Schemat przestawia rodzaje czynników wywołujących mutacje. U góry na czerwonym tle napis: czynniki mutagenne. Czynniki te podzielono na 3 grupy. Z lewej na zielonym tle czynniki fizyczne z ich symbolami. Są to: promieniowanie emitowane przez substancje promieniotwórcze, promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe i wysoka temperatura. Czynniki chemiczne to niektóre związki, zawarte w przypalonych potrawach, dymie papierosowym, spalinach samochodowych, pestycydach, spalinach i ściekach przemysłowych. Kolejne to metale ciężkie i niektóre konserwanty żywności. Niebieska grupa to czynniki biologiczne, takie jak niektóre wirusy oraz niektóre substancje wytwarzane przez grzyby pleśniowe.

Podział mutacji ze względu na poziom organizacji materiału genetycznego, w którym doszło do powstania zmiany

Ze względu na zakres zmian w obrębie DNA wyróżnia się mutacje:

• genowemutacja genowagenowe, które polegają na zmianach w sekwencji pojedynczych nukleotydównukleotydnukleotydów w DNA. Mutacje te powstają w wyniku błędów podczas replikacji lub wskutek działania mutagenów.

R10mqghrDCRCP

Film pod tytułem "Mutacje genowe".

Film pod tytułem "Mutacje genowe".

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R10mqghrDCRCP

Film pod tytułem "Mutacje genowe".

• chromosomowe strukturalne, które polegają na zmianie struktury chromosomuchromosomchromosomu. Mutacje te powstają najczęściej pod wpływem czynników mutagennych.

R81n8jLm4F99o

Film pod tytułem "Mutacje chromosomowe, których przyczyną jest zmiana struktury chromosomu".

Film pod tytułem "Mutacje chromosomowe, których przyczyną jest zmiana struktury chromosomu".

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R81n8jLm4F99o

Film pod tytułem "Mutacje chromosomowe, których przyczyną jest zmiana struktury chromosomu".

• chromosomowe liczbowe, które polegają na powieleniu całego genomu lub zmian w liczbie pojedynczych chromosomów. Mutacje te są najczęściej wynikiem nieprawidłowości podczas rozchodzenia się chromosomów w mejoziemejozamejozie.

Dla zainteresowanych

Jeśli w trakcie mejozy chromosomy jednej z par nie rozdzielą się, lecz przemieszczą się do jednego z biegunów komórki, wówczas po podziale jedna z gamet otrzyma oba te chromosomy, a druga – żadnego z tej pary. W konsekwencji po zapłodnieniu takimi gametami może powstać osobnik zwany trisomikiem, który będzie miał trzy chromosomy tej pary (jeden z prawidłowej gamety i 2 z nieprawidłowej), lub monosomik, który ma tylko jeden chromosom z pary.

RnpM16kM4rZcx

Ilustracja przestawia schemat powstawania mutacji chromosomowych w formie szarych kół z niebieskimi i żółtymi chromosomami. U góry dwie takie same komórki, 46 chromosomów. Ta z lewej przechodzi prawidłowy podział mejotyczny i jej gamety mają po 23 chromosomy. Ta z prawej ma nieprawidłowa mejozę. Jedna gameta ma 24, druga 22 chromosomy. W wyniku połączenia gamet prawidłowych z nieprawidłowymi otrzymamy dwie mutacje chromosomowe. Trisomik ma 47 chromosomów w komórkach ciała. Monosomik ma 45 chromosomów w komórkach ciała.

Podział ze względu na rodzaj komórek, w których dochodzi do zmiany

• Mutacje somatyczne zachodzą w obrębie komórek somatycznych. Nie są dziedziczone.

• Mutacje generatywne zachodzą w obrębie komórek rozrodczych (plemników i komórek jajowych). Są dziedziczne.

Podział mutacji ze względu na skutki

Większość drobnych zmian w materiale genetycznym jest neutralna. Część z nich jest korzystna i daje przewagę osobnikom, u których się pojawiły, nad ich pobratymcami. Nieliczne mutacje okazują się szkodliwe. Czasem zmiana nawet jednego nukleotydu w sekwencji DNA może spowodować nieprawidłowe działanie całego genu, a co za tym idzie, powstanie niewłaściwego białka (lub jego brak), i w konsekwencji wystąpienie choroby genetycznej.

Mutacje genowe są przyczyną poważnych chorób genetycznych człowieka

Większość chorób genetycznych to choroby jednogenowe, czyli wywołane mutacją w pojedynczym genie. Zmutowany allelallelallel jest zwykle recesywny. Choroby genetyczne mają zwykle bardzo ciężki przebieg i są nieuleczalne. Medycyna potrafi jedynie łagodzić ich objawy.

• Jedną z częściej występujących chorób genetycznych, spowodowanych mutacją genową, jest mukowiscydoza. Choroba ta polega na wytwarzaniu przez gruczoły wyścielające drogi oddechowe i układ pokarmowy zbyt gęstego śluzu, który utrudnia oddychanie i trawienie oraz ułatwia rozwój bakterii chorobotwórczych. Chorzy muszą przez całe życie przyjmować leki rozrzedzające śluz.   Mukowiscydoza może być dziedziczona autosomalnie recesywnie.

RfW1opI6LJvrv

Ilustracja przestawia schematycznie dziedziczenie mukowiscydozy. U góry sylwetki mężczyzny i kobiety, w połowie niebieskie, w połowie różowe. Oboje są nosicielami allelu mukowiscydozy. Przy nich rysunek chromosomów z paskami w miejscu alleli. Kolor niebieski oznacza allel wadliwy, kolor różowy allel prawidłowy. Strzałki od rodziców prowadzą do sylwetek dzieci tej pary. Przy każdym chromosom z oznaczeniem alleli. Z lewej oba allele wadliwe, dziecko chore na mukowiscydozę, sylwetka niebieska. W środku dwie sylwetki dzieci w połowie niebieskie. To dzieci nosiciele wadliwego allelu. Z prawej dziecko zdrowe, sylwetka różowa.

• Często występującą chorobą genetyczną spowodowaną mutacją recesywną jest fenyloketonuria. Osoby chore na tę chorobę nie mają enzymuenzymenzymu przekształcającego jeden z aminokwasów - fenyloalaninę. Nadmiar tego aminokwasu w organizmie prowadzi do uszkodzenia układu nerwowego. Wczesne wykrycie choroby pozwala na dobranie odpowiedniej diety, ubogiej w fenyloalaninę, co ogranicza skutki choroby.

1

Ćwiczenie 2

R1bR0p09y92ue

Szkicownik.

Szkicownik.

R1HAPplGiBFdB

Opisz słownie, jak wyglądałaby krzyżówka genetyczna dziedziczenia fenyloketonurii, jeśli oboje rodziców są nosicielami choroby.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Fenyloketonuria to choroba wywoływana przez autosomalny allel recesywny (f).  Genotypy rodziców: matka nosicielka – (Ff), ojciec nosiciel – (Ff)

Pokaż odpowiedź

RWgUNLc8j1VTn

Grafika przedstawia krzyżówkę genetyczną. Obydwoje rodzice mają gamety duże F i małe f. Możliwe genotypy potomstwa to 25% duże F duże F, 50% duże F małe f i 25% małe f małe f.

Kiedy oboje rodzice są nosicielami fenyloketonurii, prawdopodobieństwo, że ich dziecko będzie chore (genotyp: ff), wynosi 25%. Prawdopodobieństwo, że dziecko będzie zdrowe, wynosi 75% (genotypy FF, Ff), jednak potomstwo o genotypach Ff będzie nosicielami choroby.

Ciekawostka

Anemia sierpowata jest chorobą wywołaną mutacją genu kodującego hemoglobinę. Wadliwa hemoglobina słabo łączy się z tlenem i nadaje erytrocytom charakterystyczny sierpowaty kształt. HomozygotyhomozygotaHomozygoty recesywne mające dwa zmutowane allele najczęściej wcześnie umierają. Choroba przekazywana jest przez heterozygotyheterozygotaheterozygoty. Osoby takie mają ok. 40% wadliwych erytrocytów, do których nie wnikają zarodźce malarii. Heterozygoty chronione są przed tą chorobą i pomimo dolegliwości spowodowanych anemią żyją statystycznie dłużej i są w lepszej kondycji fizycznej niż osoby chorujące na malarię.

RTcSNqkndSSa6

Ilustracja przedstawia dwa powiększone czerwone erytrocyty człowieka. Z lewej prawidłowy okrągły i dwuwklęsły, z prawej sierpowaty u człowieka chorego na anemię sierpowatą.

Mutacje chromosomowe zwykle prowadzą do śmierci

Większość zarodków obarczonych mutacjami chromosomowymimutacja chromosomowamutacjami chromosomowymi obumiera już na wczesnym etapie rozwoju. Tylko nieliczne mutacje chromosomowe nie są śmiertelne, zawsze jednak wywołują poważne choroby genetyczne.

Przykładem zaburzenia genetycznego człowieka związanego ze zmianą liczby chromosomów jest zespół Downa (czytaj: „dałna”). Osoby dotknięte tym zaburzeniem mają nieprawidłowy kariotypkariotypkariotyp z dodatkowym chromosomem 21. Ryzyko urodzenia dziecka z zespołem Downa wzrasta wraz z wiekiem matki. U kobiet 20–25‑letnich wynosi ono 1 na 1000 urodzin, a u 45‑letnich wzrasta aż do 1 na 28 urodzeń. Zaburzenie objawia się specyficznym wyglądem (m.in. krępą budową ciała, fałdem skórnym nad oczami) i zwykle opóźnieniem w rozwoju umysłowym. Odpowiednia opieka bliskich i opieka lekarska od najmłodszych lat umożliwia osiągnięcie przez osoby z tą mutacją częściowej samodzielności w wieku dorosłym.

R1RkWJiN8LlMC

Ilustracja przestawia czarne pary chromosomów na białym tle. Mają różny kształt i różną wielkość. Każda para ma swój numer. Para numer 21 jest zaznaczona czerwoną ramką. Znajdują się tu 3 chromosomy, zamiast dwóch. Skutki takiej mutacji chromosomowej zwane są zespołem Downa.

To ważne!

• Mutacje zmieniają informację genetyczną; mogą zachodzić spontanicznie, np. jako błędy kopiowania DNA albo być wywoływane przez różne czynniki mutagenne.

• Wśród czynników mutagennych wyróżnia się czynniki fizyczne (np. promieniowanie UV, promieniowanie rentgenowskie), czynniki chemiczne (np. zawarte w dymie papierosowym i spalinach samochodowych)  i czynniki biologiczne (np. wirusy HBV, HCV, HPV).

• Mutacje genowe zachodzą w pojedynczych genach i polegają na zmianach sekwencji nukleotydów w DNA.

• Mutacje chromosomowe to zmiany liczby lub struktury chromosomów.

• Do chorób wywoływanych przez mutacje genowe zalicza się mukowiscydozę i fenyloketonurię.

• Przykładem zaburzenia związanego z mutacją liczby chromosomów jest zespół Downa

Na pożegnanie

Ćwiczenie 8

RHFcJUiF8OfFo

Wykres prezentujący pobór fenyloalaniny w pokarmie w zależności od poziomu fenyloalaniny we krwi.

R11SMR4KdfgsR

Łączenie par. . Zawartość fenyloalaniny we krwi rośnie wraz z jej poborem z pokarmu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Zawartość fenyloalaniny we krwi spada, gdy wzrasta zawartość fenyloalaniny w pokarmie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Pokarm nie wpływa na zawartość fenyloalaniny we krwi.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Łączenie par. . Zawartość fenyloalaniny we krwi rośnie wraz z jej poborem z pokarmu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Zawartość fenyloalaniny we krwi spada, gdy wzrasta zawartość fenyloalaniny w pokarmie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Pokarm nie wpływa na zawartość fenyloalaniny we krwi.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

RuEtogarXEHOa

Łączenie par. Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe.. Fenyloketonuria jest chorobą genetyczną spowodowaną mutacją recesywną.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Osoby chore na fenyloketonurię nie produkują fenyloalaniny.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Stosowanie diety bogatej w fenyloalaninę co ogranicza skutki fenyloketonurii.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Łączenie par. Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe.. Fenyloketonuria jest chorobą genetyczną spowodowaną mutacją recesywną.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Osoby chore na fenyloketonurię nie produkują fenyloalaniny.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Stosowanie diety bogatej w fenyloalaninę co ogranicza skutki fenyloketonurii.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz