Hvad Er Mutationer?

{h1}

Mutationer er ændringer i en dna-sekvens. De kan forårsage sygdomme og tilstande, men de er også værktøjer i evolutionen.

Mutationer er ændringer i en DNA-sekvens. Hvis man tænker på oplysningerne i DNA som en række sætninger, er mutationer fejl ved stavning af de ord, der udgør disse sætninger. Nogle gange er mutationer ulige, som et staveord, hvis betydning stadig er helt tydelig. På andre tidspunkter har mutationer stærkere forgreninger, som en sætning, hvis betydning er fuldstændig ændret.

En nærbillede af DNA

Alle levende organismer, fra de mindste bakterier til planter og mennesker, er opbygget fra mikroskopiske celler (i tilfælde af bakterier er hele organismen en enkelt celle). I selve kernen af ​​disse celler er DNA eller deoxyribonukleinsyre; den molekylære plan for næsten alle aspekter af eksistensen.

Hvis man begynder at zoome ind på DNA-strukturen, består det første forstørrelsesniveau af to sammenflettede kæder i form af en dobbelt helix. Hver kæde er lavet af en sekvens af nukleotider. Til gengæld er hvert nukleotid et kompleks af tre enheder: et sukker kaldet deoxyribose, fosfatgrupper og en nitrogenholdig base (det vil sige en forbindelse, der er klar til at acceptere en hydrogenion). DNA-nucleotider kan have følgende baser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T). Nucleotider refereres ofte til den base, de indeholder.

Sukkerne og phosphaterne af de forskellige nukleotider sidder ved kæden af ​​dobbelthelixen, medens nukleotidbaser når over hullerne til at låse på baser på den anden side. Alt i alt ser DNA virkelig ud som en dobbelt spiralformet stige med baser som spor, en fælles analogi. Baserne låses til hinanden på en meget specifik måde: adenin (A) til thymin (T) og cytosin til (C) til guanin (G). Dette er kendt som komplementær baseparring.

Når man henviser til en DNA-sekvens, indikerer den sekvensen af ​​nucleotider på en af ​​dens tråde. Fordi nukleotider binder hinanden på en forudsigelig måde, er det nemt at udfylde sekvensen af ​​den anden ved at kende sekvensen af ​​en streng.

Gener og proteinsyntese

Gener er dele af en DNA-sekvens, der instruerer det cellulære maskineri til at syntetisere proteiner.

I andre organismer end bakterier, såsom planter, dyr eller mennesker, indeholder gener to typer af DNA-sekvenser: introner og exoner, som er spredt gennem hele genet. DNA-sekvenserne i introner bærer ikke nogen instruktioner for celler, mens exon kode for de enkelte underenheder af proteiner kaldet aminosyrer.

Hvordan formidler exoner hvilken af ​​20 aminosyrer der skal vælges for at opbygge et protein? Et sæt af tre sammenhængende nukleotider i en exon virker som et molekylært mærke kendt som et codon. En enkelt codon svarer til en aminosyre. Desuden kan multiple kodoner svare til den samme aminosyre. For eksempel koder kodonerne ATT, ATC og ATA alle for aminosyren isoleucin.

Samlet set er genekspression, eller læsning af informationen indeholdt i et gen og i sidste ende producerende et protein, en multi-trin-proces. RNA eller ribonukleinsyre, en kort, enkeltstrenget nukleotidkæde, fremstilles i et mellemliggende trin. I modsætning til DNA indeholder RNA sukkerribosen og nukleotiduracilet (U) i stedet for thymin (T).

DNA tilvejebringer kildematerialet til syntese af en RNA-type kendt som messenger-RNA (mRNA) via transkriptionsprocessen. Ifølge forfatterne af "Molecular Biology of the Cell, 4th Ed" (Garland Science, 2002), under transkription, fjerner en region af dobbelthelixen, og kun en af ​​DNA-strengene tjener som en skabelon til mRNA-syntese. Nukleotiderne i det resulterende mRNA er komplementære til template-DNA'et (med uracil komplementært til adenin).

Ifølge en artikel fra 2008, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Education, bliver de regioner, der svarer til introner, skåret ud eller splejset ud for at danne en moden mRNA-streng. Denne streng handler nu om en skabelon, hvorfra man kan opbygge et protein via oversættelsesprocessen. Under oversættelse instruerer mRNA-codoner cellulært maskiner til at vælge en specifik aminosyre. For eksempel svarer kodonerne AUU, AUC og AUA til aminosyreisoleucin.

Mutationer

Mutationer er ændringer, der forekommer i DNA-nukleotidsekvensen. "De kan forekomme spontant, når DNA replikeres under celledeling, men kan også fremkaldes af miljøfaktorer, såsom kemikalier eller ioniserende stråling [som UV-stråler]", siger Grace Boekhoff-Falk, en lektor i celleafdelingen og regenerativ biologi ved University of Wisconsin-Madison. Ifølge materiale udgivet af Genetics Science Learning Center ved University of Utah forekommer replikationsfejl i humane celler for hver 100.000 nukleotider, som igen svarer til omkring 120.000 fejl hver gang en celle opdeles. Men den gode nyhed er, at cellerne i de fleste tilfælde har kapacitet til at reparere sådanne fejl. Eller kroppen ødelægger celler, som ikke kan repareres, og derved forhindrer en population af afvigende celler i at ekspandere.

Typer af mutationer

I store træk falder mutationer i to kategorier - somatiske mutationer og germline mutationer - ifølge forfatterne af "En introduktion til genetisk analyse, 7. Ed" (W.H Freeman, 2000). Somatiske mutationer forekommer i deres navnebringer somatiske celler, som refererer til de forskellige celler i ens krop, der ikke er involveret i reproduktion; for eksempel hudceller. Hvis replikationen af ​​en celle med en somatisk mutation ikke stoppes, vil befolkningen af ​​afvigende celler ekspandere.Somatiske mutationer kan dog ikke overføres til en organisms afkom.

På den anden side forekommer germline mutationer i kimcellerne eller reproduktive celler af multicellulære organismer; sæd eller ægceller for eksempel. Sådanne mutationer kan overføres til en organisms afkom. Desuden vil sådanne mutationer ifølge Genetics Home Reference Handbook overføre til stort set alle celler i en afkoms krop.

Men baseret på hvordan en DNA-sekvens er ændret (snarere end hvor), kan mange forskellige typer mutationer forekomme. For eksempel kan en fejl i DNA-replikation sommetider skifte et enkelt nukleotid og erstatte det med en anden, hvorved nukleotidsekvensen kun ændres af kun et codon. Ifølge SciTable udgivet af tidsskriftet Nature Education kan denne type fejl, også kendt som en base-substitution, føre til følgende mutationer:

Missense mutation: I denne type mutation svarer det ændrede kodon nu til en anden aminosyre. Som et resultat indsættes en ukorrekt aminosyre i proteinet, der syntetiseres.

Nonsensmutation: I denne type mutation, i stedet for at mærke en aminosyre signalerer det ændrede kodon for transskription at stoppe. Således fremstilles en kortere mRNA-streng, og det resulterende protein bliver trunkeret eller ikke-funktionelt.

Silent mutation: Da nogle få forskellige kodoner kan svare til den samme aminosyre, undertiden påvirker en baseubstitution ikke hvilken aminosyre der vælges. For eksempel svarer ATT, ATC og ATA til isoleucin. Hvis en basesubstitution skulle forekomme i kodonen ATT, der ændrede det sidste nukleotid (T) til en C eller en A, ville alt forblive det samme i det resulterende protein. Mutationen ville gå uopdaget eller forblive tavs.

Nogle gange indsættes eller slettes et nukleotid fra en DNA-sekvens under replikation. Eller en lille DNA strækning duplikeres. En sådan fejl resulterer i en fremskiftningsmutation. Da en kontinuerlig gruppe på tre nukleotider danner et kodon, ændres en insertion, deletion eller duplikation, hvilke tre nucleotider grupperes sammen og læses som et kodon. I det væsentlige skifter læserammen. Frameshift mutationer kan resultere i en kaskade af forkerte aminosyrer, og det resulterende protein vil ikke fungere korrekt.

De nævnte mutationer hidtil er ret stabile. Det vil sige, selv om en population af afvigende celler med nogen af ​​disse mutationer skulle replikere og udvide, ville mutationen af ​​naturen forblive den samme i hver resulterende celle. Der eksisterer dog en klasse af mutationer kaldet dynamiske mutationer. I dette tilfælde gentager en kort nukleotidsekvens sig selv i den initiale mutation. Men når den afvigende celle deler sig, kan antallet af nukleotid gentagelser øges. Dette fænomen er kendt som gentagelse ekspansion.

Virkninger af mutationer

Ofte kommer mutationer til at tænke som årsagen til forskellige sygdomme. Selv om der findes flere sådanne eksempler (nogle nedenfor), er der ifølge Genetics Home Reference Handbook ofte sygdomsfremkaldende mutationer, der ikke er meget almindelige i den generelle befolkning.

Fragilt X-syndrom er forårsaget af en dynamisk mutation og forekommer hos 1 ud af 4000 mænd og 1 ud af 8.000 kvinder. Dynamiske mutationer er ret snigende, da sygdommens sværhedsgrad kan stige, da antallet af nukleotidreceptater stiger. I dem med skrøbeligt X-syndrom gentager nukleotidsekvensen CGG mere end 200 gange inden for et gen, der hedder FMR1 (for hvilket det normale nummer er overalt mellem 5 og 40 gentagelser). Dette store antal CGG gentagelser fører til forsinket tale- og sprogfærdigheder, en vis grad af intellektuel invaliditet, angst og hyperaktiv adfærd. Men i de med færre antal gentagelser (55-200 gentagelser) anses de fleste for at have normal intellekt. Siden FMR1 genet er på X-kromosomet, denne mutation er også arvelig.

En variant af voksen hæmoglobin, kendt som hæmoglobin S, kan forekomme på grund af en missense-mutation, hvilket får aminosyrevalinen til at erstatte glutaminsyre. Hvis man arver det afvigende gen fra begge forældre, fører det til en tilstand, der kaldes seglcelle sygdom. Sygdommen får sit navn fra den kendsgerning, at røde blodlegemer, som sædvanligvis er skiveformede, sammentrækker og ligner en segl. De med betingelsen lider af anæmi, regelmæssige infektioner og smerter. Estimater tyder på, at tilstanden forekommer hos 1 ud af 500 afrikanske amerikanere og ca. 1 ud af 1.000 til 1.400 latinamerikanske amerikanere.

Mutationer kan også forekomme på grund af miljømæssige faktorer. For eksempel er UV-stråler fra solen, især UV-B-bølger ifølge en artikel fra 2001, der er offentliggjort i Journal Biomedicine and Biotechnology, ansvarlige for at forårsage mutationer i et tumor suppressor gen kaldetp53. Den muterede p53 genet har været impliceret i hudkræft.

Mutationer har andre vigtige implikationer. De skaber variation inden for generne i en befolkning. Ifølge Genetics Home Resource Handbook hedder genetiske varianter, der ses hos mere end 1 procent af en befolkning, polymorfier. De forskellige øjen- og hårfarver og de forskellige blodgrupper, der kan forekomme, skyldes alle polymorfier.

I den brede ordning af ting kan mutationer også fungere som evolutionsværktøjer, der hjælper med udvikling af nye træk, egenskaber eller arter. "Akkumuleringen af ​​flere mutationer i en enkelt vej eller i gener, der deltager i et enkelt udviklingsprogram, vil sandsynligvis være ansvarlig for speciering [oprettelsen af ​​en ny art]," sagde Boekhoff-Falk.

Ifølge ressourceforståelsen Evolution udgivet af University of California Museum of Paleontology spiller kun germline mutationer en rolle i evolutionen, da de er arvelige.Det er også vigtigt at bemærke, at mutationer er tilfældige, det vil sige de forekommer ikke at opfylde nogen krav til en given population.

Yderligere ressourcer

  • Genetisk Science Learning Center: Hvad er et gen?
  • UMass: DNA & RNA Codons
  • National Institutes of Health: Genetics Home Reference


Video Supplement: celler stråling dna mutation.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com