MUTAȚII GENICE: DIN CE CONSTĂ, TIPURI ȘI CONSECINȚE - BIOLOGIE - 2025

De mutatiilor genetice sau specifice sunt acelea în care o alelă a unei gene schimbare, devenind una diferită. Această schimbare are loc în cadrul unei gene, la un locus sau la un punct și poate fi localizată.

Dimpotrivă, în mutațiile cromozomiale, de obicei sunt afectate seturi de cromozomi, un întreg cromozom sau segmente ale acestuia. Ele nu implică neapărat mutații ale genelor, deși ar putea apărea în cazul pauzelor cromozomilor care afectează o genă.

Figura 1. Mutația unei gene care controlează forma cozii mouse-ului. Sursa: By (Fotografie cu amabilitatea Emma Whitelaw, Universitatea din Sydney, Australia.), Via Wikimedia Commons

Odată cu dezvoltarea instrumentelor moleculare aplicate secvențierii ADN-ului, mutația punctuală a fost redefinită. Astăzi acest termen este adesea folosit pentru a face referire la modificările unei perechi sau la câteva perechi de bază azotate adiacente în ADN.

Ce sunt mutațiile?

Mutația este mecanismul chintesențial care introduce variații genetice la populații. Ea constă în schimbarea bruscă a genotipului (ADN) a unui organism, nu datorită recombinării sau reamenajării genetice, ci datorită moștenirii sau efectului factorilor de mediu negativi (cum ar fi toxinele și virusurile).

O mutație poate transcende descendența dacă apare în celulele germinale (ouă și spermă). Poate provoca mici variații în individ, variații enorme - chiar cauzând boli - sau pot rămâne tăcute, fără niciun efect.

Variațiile materialului genetic pot genera apoi diversitate fenotipică în natură, fie ea între indivizi din specii diferite sau chiar din aceeași specie.

Tipuri de modificări mutaționale ale genelor sau punctelor

Există două tipuri de modificări mutaționale ale genelor:

Baza de azot se schimbă

Ele constau în substituția unei perechi de baze azotate cu alta. La rândul lor, sunt împărțite în două tipuri: tranziții și transversale.

• Tranziții: implică înlocuirea unei baze pentru o alta din aceeași categorie chimică. De exemplu: o purină pentru o altă purină, adenină pentru guanină sau guanină pentru adenină (A → G sau G → A). Poate fi și cazul înlocuirii unei pirimidine cu o altă pirimidină, de exemplu: citosina pentru timină sau timină cu citozină (C → T sau T → C).
• Transversii: sunt modificări care implică diferite categorii chimice. De exemplu, cazul schimbării de la o pirimidină la o purină: T → A, T → G, C → G, C → A; sau o purină pentru o pirimidină: G → T, G → C, A → C, A → T.

Prin convenție, aceste modificări sunt descrise cu referire la ADN-ul cu două fire și, prin urmare, trebuie detaliate detaliile care alcătuiesc perechea. De exemplu: o tranziție ar fi GC → AT, în timp ce o tranziție ar putea fi GC → TA.

Figura 2. Tipuri de modificări mutaționale punctuale. Sursa: (By Sara - Lucrare proprie, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Inserții sau ștergeri

Ele constau în intrarea sau ieșirea unei perechi sau a mai multor perechi de nucleotide ale unei gene. Deși unitatea care este afectată este nucleotida, de obicei ne referim întotdeauna la perechea sau perechile de baze implicate.

Consecințe

-Noțiuni de bază

Pentru a studia consecințele mutațiilor genice, trebuie să examinăm mai întâi două proprietăți fundamentale ale codului genetic.

1. Primul este că codul genetic este degenerat. Aceasta înseamnă că același tip de aminoacid din proteină poate fi codat de mai mult de un triplet sau codon în ADN. Această proprietate implică existența mai multor triplete sau codoni în ADN decât tipuri de aminoacizi.
2. A doua proprietate este aceea că genele posedă codoni stop, folosiți pentru terminarea traducerii în timpul sintezei proteinelor.

-Scenarii mutatiilor genice

Mutațiile tulpinilor pot avea consecințe diferite, în funcție de locul specific în care apar. Prin urmare, putem vizualiza două scenarii posibile:

1. Mutația are loc într-o parte a genei în care este codificată proteina.
2. Mutația are loc în secvențe de reglare sau alte tipuri de secvențe care nu sunt implicate în determinarea proteinei.

-Consecvențele funcționale ale primului scenariu

Mutațiile genice în primul scenariu generează următoarele rezultate:

Mutație tăcută

Se întâmplă atunci când un codon se schimbă pentru altul care codifică același aminoacid (aceasta este o consecință a degenerării codului). Aceste mutații sunt numite silențioase, deoarece în termeni reali secvența de aminoacizi rezultată nu se schimbă.

Mutație U-turn

Apare atunci când modificarea codonului determină o schimbare de aminoacizi. Această mutație poate avea efecte diferite în funcție de natura noului aminoacid introdus.

Dacă este de natură chimică similară cu originalul (înlocuire sinonimă), efectul asupra funcționalității proteinei rezultate poate fi neglijabil (acest tip de schimbare este adesea numit modificare conservatoare).

Când, pe de altă parte, natura chimică a aminoacidului rezultat este foarte diferită față de original, efectul poate fi variabil, iar proteina rezultată poate fi inutilă (schimbare non-conservatoare).

Locația specifică a unei astfel de mutații în cadrul genei poate avea efecte variabile. De exemplu, atunci când mutația are loc într-o parte a secvenței care va da naștere centrului activ al proteinei, dauna este de așteptat să fie mai mare decât dacă apare în regiuni mai puțin critice.

Mutații prostii

Se întâmplă atunci când modificarea generează un codon de oprire de traducere. Acest tip de mutație produce de obicei proteine ​​difuncționale (o proteină trunchiată).

Inserții sau ștergeri

Au un efect echivalent cu mutația prostii, deși nu sunt identice. Efectul se produce atunci când se modifică cadrul de citire al ADN-ului (fenomen cunoscut sub numele de citire schimbare cadru sau schimbare cadru).

Această variație produce un ARN mesager (ARNm) cu un decalaj de la locul unde a avut loc mutația (inserarea sau ștergerea) și, prin urmare, o schimbare în secvența de aminoacizi proteici. Produsele proteice obținute din gene cu aceste tipuri de mutații vor fi total disfuncționale.

excepţii

O excepție ar putea rezulta atunci când apar inserții sau ștergeri de exact trei nucleotide (sau multipli de trei).

În acest caz, în ciuda schimbării, cadrul de citire rămâne neschimbat. Cu toate acestea, nu poate fi exclusă faptul că proteina rezultată este disfuncțională, fie datorită încorporării aminoacizilor (în cazul inserției), fie datorită pierderii acestora (în cazul ștergerilor).

-Consecințele funcționale ale celui de-al doilea scenariu

Mutațiile pot apărea în secvențe asemănătoare cu reglarea sau alte secvențe care nu sunt implicate în determinarea proteinelor.

În aceste cazuri, efectul mutațiilor este mult mai dificil de prevăzut. Va depinde apoi de modul în care mutația punctuală afectează interacțiunea acelui fragment de ADN cu multiplele regulatoare ale expresiei genice care există.

Din nou, ruperea cadrului de citire sau simpla pierdere a unui fragment necesar legării unui regulator, pot provoca efecte care variază de la disfuncționalitatea produselor proteice, până la lipsa controlului în cantități ale acestora.

-Cazuri frecvente care duc la boli

Un exemplu de mutație punctuală foarte rară este așa-numita mutație a câștigului de sens.

Aceasta constă în transformarea codonului stop într-un codon de codare. Acesta este cazul unei variante de hemoglobină numită Constant Spring Hemoglobin (varianta alelică HBA2 * 0001), cauzată de schimbarea codonului stop UAA la codonul CAA.

În acest caz, mutația punctuală determină o hemoglobină α-2 instabilă extinsă cu 30 de aminoacizi, provocând o boală de sânge numită alfa-talasemie.

Referințe

1. Eyre-Walker, A. (2006). Distribuția efectelor de fitness ale mutațiilor aminoacizilor nocive nocive la oameni. Genetică, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetică.106.057570
2. Hartwell, LH și colab. (2018). Genetica de la gene la genomi. A șasea ediție, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Genetica umană: concepte, mecanisme și aplicații ale geneticii în domeniul Biomedicinei. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL și colab. (2008). Genetica în Medicină. Ediția a șaptea. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A., și Cable, K. (2014). Mendelian-mutaționismul: sinteza evolutivă uitată. Journal of History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2