מוטציות גנים: ממה הן מורכבות, סוגים והשלכות - ביולוגיה - 2025

מוטציות גנטיות או ספציפיים הם אלה שבהם אחד אלל של שינוי גנטי, הופך לאחד שונים. שינוי זה מתרחש בתוך גן, בלוקוס או בנקודה, והוא יכול להיות ממוקם.

להפך, במוטציות כרומוזומליות, בדרך כלל מושפעים קבוצות של כרומוזומים, כרומוזום שלם או קטעים ממנו. הם אינם כרוכים בהכרח במוטציות גנים, למרות שזה יכול להתרחש במקרה של שבירות כרומוזומים המשפיעים על גן.

איור 1. איור 1. מוטציה בגן השולט על צורת זנב העכבר. מקור: מאת (תצלום באדיבות אמה וויטלאו, אוניברסיטת סידני, אוסטרליה.), באמצעות ויקימדיה

עם התפתחותם של כלים מולקולריים המיושמים על רצף DNA, הוגדר מחדש המונח מוטציה נקודתית. כיום מונח זה משמש לעתים קרובות להתייחסות לשינויים בזוג או כמה זוגות בסיס חנקניים סמוכים ב- DNA.

מהן מוטציות?

מוטציה היא המנגנון המובהק המציג שונות גנטית באוכלוסיות. זה מורכב מהשינוי הפתאומי בגנוטיפ (DNA) של אורגניזם, לא כתוצאה משילוב מחדש או הסדרה גנטית, אלא בגלל ירושה או השפעה של גורמים סביבתיים שליליים (כמו רעלים ווירוסים).

מוטציה יכולה לעבור את הצאצאים אם היא מתרחשת בתאי נבט (ביצים וזרע). זה יכול לגרום וריאציות קטנות אצל הפרט, וריאציות עצומות - אפילו לגרום למחלות - או שהם יכולים לשתוק, ללא כל השפעה.

וריאציות בחומר הגנטי יכולות לייצר אז גיוון פנוטיפי בטבע, בין אם זה אנשים בין מינים שונים או אפילו מאותו המין.

סוגים של שינויים מוטציות בגן או בנקודה

ישנם שני סוגים של שינויים במוטציה גנים:

שינויים בבסיס החנקן

הם מורכבים מהחלפת זוג בסיסים חנקניים אחד לאחר. הם מחולקים בתורם לשני סוגים: מעברים וטרנסורסציות.

• מעברים: כרוך בהחלפה של בסיס אחד לאחר בבסיס אותה קטגוריה כימית. לדוגמא: פורין לפורין אחר, אדנין לגואנין או גואנין לאדנין (A → G או G → A). זה יכול להיות גם המקרה של החלפת פירימידין בפירימידין אחר, למשל: ציטוזין לתאמין או תימין בציטוזין (C → T או T → C).
• טרנסורסציות: הם שינויים הכרוכים בקטגוריות כימיות שונות. לדוגמא, המקרה של שינוי מפירימידין לפורין: T → A, T → G, C → G, C → A; או פורין לפירימידין: G → T, G → C, A → C, A → T.

על פי אמנה, שינויים אלה מתוארים תוך התייחסות ל- DNA עם גדיל הכפול ולכן יש לפרט את הבסיסים המרכיבים את הצמד. לדוגמא: מעבר יהיה GC → AT, ואילו טרנסברסיה יכולה להיות GC → TA.

איור 2. סוגים של שינויים במוטציה בנקודה. מקור: (מאת שרה - עבודה משלה, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

הכנסות או מחיקות

הם מורכבים מכניסה או יציאה של זוג או מספר זוגות של נוקלאוטידים של גן. למרות שהיחידה המושפעת היא הנוקלאוטיד, אנו בדרך כלל תמיד מתייחסים לזוג או לזוגות הבסיסים המעורבים.

השלכות

מושגים בסיסיים

כדי לחקור את ההשלכות של מוטציות גנים, עלינו לבדוק תחילה שני תכונות בסיסיות של הקוד הגנטי.

1. הראשון הוא שהקוד הגנטי מנוון. משמעות הדבר היא כי אותו סוג של חומצת אמינו בחלבון יכול להיות מקודד על ידי יותר משלישייה או קודון ב- DNA. מאפיין זה מרמז על קיומם של יותר שלשות או קודונים ב- DNA מאשר סוגים של חומצות אמינו.
2. המאפיין השני הוא שלגנים יש קודונים עצורים המשמשים לסיום התרגום במהלך סינתזת חלבון.

-סטריאציות של מוטציות גנים

למוטציות של יתד יכולות להיות השלכות שונות, תלוי במקום הספציפי בו הן מתרחשות. לכן אנו יכולים לדמיין שני תרחישים אפשריים:

1. המוטציה מתרחשת בחלק מהגן בו מקודד החלבון.
2. המוטציה מתרחשת ברצפים רגולטוריים או בסוגים אחרים של רצפים שאינם מעורבים בקביעת החלבון.

-השלכות פונקציונליות של התרחיש הראשון

מוטציות גנים בתרחיש הראשון מייצרות את התוצאות הבאות:

מוטציה שקטה

זה קורה כאשר קודון משתנה לאחר שקודד את אותה חומצת אמינו (זו תוצאה של הניוון של הקוד). מוטציות אלה נקראות שקטות, מכיוון שבמונחים ממשיים רצף חומצות האמינו שהתקבל אינו משתנה.

מוטציה לפניית פרסה

זה מתרחש כאשר שינוי הקודון קובע שינוי בחומצה אמינית. מוטציה זו יכולה להיות בעלת השפעות שונות בהתאם לאופי של חומצת האמינו החדשה שהוצגה.

אם זה כימי באופיו דומה למקור (החלפה נרדפת), ההשפעה על תפקודו של החלבון שנוצר עשויה להיות זניחה (סוג זה של שינוי נקרא לרוב שינוי שמרני).

כאשר לעומת זאת, האופי הכימי של חומצת האמינו המתקבלת הוא שונה מאוד מהמקור, ההשפעה יכולה להיות משתנה, וניתן להפוך את החלבון הנוצר ללא תועלת (שינוי לא שמרני).

למיקום הספציפי של מוטציה כזו בתוך הגן יכולות להיות השפעות משתנות. לדוגמא, כאשר המוטציה מתרחשת בחלק מהרצף שיוליד את המרכז הפעיל של החלבון, הנזק צפוי להיות גדול יותר מאשר אם הוא מתרחש באזורים פחות קריטיים.

מוטציה שטויות

זה קורה כאשר השינוי מייצר קודון עצור לתרגום. מוטציה מסוג זה מייצרת בדרך כלל חלבונים דיפרנציאליים (חלבון קטום).

הכנסות או מחיקות

יש להם השפעה המקבילה למוטציה השטויות, אם כי אינה זהה. ההשפעה מתרחשת כאשר מסגרת הקריאה של ה- DNA משתנה (תופעה המכונה שינוי מסגרת הקריאה או העברת מסגרות).

וריאציה זו מייצרת RNA שליח (mRNA) עם פיגור מהמקום בו התרחשה המוטציה (החדרה או מחיקה), ולכן שינוי ברצף חומצות האמינו החלבוני. מוצרי החלבון המתקבלים מגנים עם מוטציות מסוג זה יהיו לא תפקודיים לחלוטין.

חריגים

חריג יכול להיווצר כאשר מתרחשות הוספה או מחיקה של שלושה נוקלאוטידים בדיוק (או כפל של שלושה).

במקרה זה, למרות השינוי, מסגרת הקריאה נותרת ללא שינוי. עם זאת, לא ניתן לשלול איפוא שהחלבון שנוצר הוא לא מתפקד, לא בגלל שילוב של חומצות אמינו (במקרה של החדרה) או בגלל אובדן שלהם (במקרה של מחיקות).

-השלכות פונקציונליות של התרחיש השני

מוטציות יכולות להתרחש ברצפים דמויי ויסות או ברצפים אחרים שאינם מעורבים בקביעת חלבונים.

במקרים אלה, השפעת המוטציות קשה הרבה יותר לחיזוי. לאחר מכן זה יהיה תלוי באופן בו המוטציה הנקודתית משפיעה על האינטראקציה של אותו שבר של DNA עם מספר הרגולטורים לביטוי הגנים הקיימים.

שוב, שבירת מסגרת הקריאה או אובדן פשוט של שבר הנחוץ לקשירת רגולטור, יכולים לגרום לתופעות הנעות בין חוסר התפקוד של מוצרי החלבון, לבין חוסר שליטה בכמויות זהות.

-מקרים שכיחים המובילים למחלות

דוגמה למוטציה נקודתית נדירה ביותר היא מה שמכונה מוטציה רווח-של-חוש.

זה מורכב מהפיכת קודון העצירה לקודון קידוד. זהו המקרה של גרסא של המוגלובין הנקרא המוגלובין קבוע קפיץ (גרסה אללית HBA2 * 0001), הנגרמת על ידי שינוי קופון העצירה UAA לקודון CAA.

במקרה זה, המוטציה הנקודתית מביאה למוגלובין α-2 לא יציב המוארך ב -30 חומצות אמינו, וגורם למחלת דם הנקראת אלפא-תלסמיה.

הפניות

1. Eyre-Walker, A. (2006). התפלגות השפעות הכושר של מוטציות חומצות אמינו חדשות מזיקות אצל בני אדם. גנטיקה, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / גנטיקה.106.057570
2. הרטוול, LH ואח '. (2018). גנטיקה מגנים לגנים. המהדורה השישית, MacGraw-Hill Education. עמ '849
3. נובו-וילוורדה, FJ (2008). גנטיקה אנושית: מושגים, מנגנונים ויישומים של גנטיקה בתחום הביו-רפואה. Pearson Education, SA עמ '. 289
4. נוסבאום, RL ואח '. (2008). גנטיקה ברפואה. מהדורה שביעית. סאונדרס, עמ ' 578.
5. סטולצפוס, א ', וכבל, ק' (2014). Mendelian-Mutationism: הסינתזה האבולוציונית הנשכחת. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2