Genske mutacije

Genske mutacije su promene redosleda i sastava nukleotida u DNK koje se trajno zadržavaju i prenose u narednu generaciju ćelija. Mutacijama nastaju nove genetičke varijante čime se ostvaruje raznovrsnost i osnova za delovanje prirodne selekcije i evoluciju. Naziv mutacije u tom značenju je prvi put upotrebio De Friz,1901. Do tada se ovaj naziv koristio za svaku morfološku promenu koja se javljala u nizu generacija.

Varijabilnosti jedinki u populaciji najviše doprinose mutacije. To su nagle nasledne promene koje mogu zahvatiti:

• cele hromozome - hromozomske aberacije koje mogu biti promene u broju ili građi hromozoma;
• samo pojedine gene ( genske ili tačkaste mutacije).

Vrste mutacija

Spontane i indukovane mutacije

Mutacije se događaju u svim organizmima i ćelijama, kao rezultat njihovog normalnog rada u saglasnosti sa životnom sredinom. Takve mutacije se nazivaju spontane i uzrok njihovog postanka nije poznat. Za razliku od njih, mutacije koje izaziva neki poznati faktor spoljašnje sredine su indukovane (izazvane) mutacije.

Faktori koji dovode do mutacija nazivaju se mutageni. To mogu da budu:

• hemijski,
• fizički ili
• biološki faktori .

Somatske i germinativne mutacije

Promene gena u telesnim (somatskim) ćelijama su somatske mutacije. Somatska mutacija se može ispoljiti na fenotipu osobe u kojoj je nastala, ali se ne prenosi na potomstvo zato što nije nastala u polnim ćelijama. Osobe koje imaju somatsku mutaciju su genetički mozaici zato što se kod njih obrazuju dve grupe ćelija. Jedna grupa ćelija nastaje mitozama mutirane ćelije, a druga mitozama ćelije koja nije mutirala (normalna ćelija). Primer za mozaicizam je da jedna osoba u dužici oka može imati i plavo i smeđe polje ili čak jedno plavo, a drugo smeđe oko (heterohromija).

Prema jednoj od teorija starenja, mutacije su glavni uzrok starenja jer dovode do nepravilnog rada ćelija. Za neke se zna da uzrokuju maligne promene na ćelijama.

Promene gena u polnim ćelijama su germinativne mutacije i one se prenose na potomstvo.

Direktne i povratne mutacije

Promene divljeg ili normalnog gena (gen koji je široko rasprostranjen u prirodi) u oblik koji dovodi do novog fenotipa je direktna mutacija. Mutacije mogu biti povratne, odnosno izmenjeni gen se može vratiti u prvobitno stanje. Učestalost povratnih mutacija je manja od učestalosti direktnih mutacija.

Podela prema dejstvu na fenotip

Prema jačini dejstva na fenotip nosioca mutacije mogu biti:

• tihe,
• neutralne,
• štetne,
• uslovne i
• letalne.

Tihe mutacije se ne odražavaju na fenotipu i većina mutacija su takve. Neutralne mutacije ne izazivaju nikakav štetan efekat već dovode do obrazovanja različitih dominantnih i recesivnih alela koji daju razlike u npr. boji očiju ili kose kao i u osobinama ličnosti. Dominantne mutacije ispoljavaju se u heterozigotu (jednoj dozi), a recesivne u homozigotu (duploj dozi).Štetne mutacije dovode do naslednih bolesti. Letalne mutacije izazivaju smrt u embrionalnom i fetalnom razviću ili u različitom periodu posle rođenja. Uslovne mutacije se ispoljavaju na fenotip samo u određenim uslovima sredine.

Genetička osnova mutacija

Promene na molekulu DNK mogu biti:

• supstitucije do kojih dolazi kada se u nekom segmentu DNK jedan nukleotid zameni nekim drugim;
• delecije - gubitak jednog ili više nukleotida u DNK;
• insercije - dodavanje jednog ili većeg broja nukleotida u molekul DNK.

Supstitucije

Supstitucije

Supstitucija je zamena jednog nukleotida i njegovog para u komplementarnom lancu. Supstitucije se dele na:

1. tranzicije pri kojima se jedan pirimidinski nukleotid zamenjuje drugim pirimidinskim nukleotidom (C u T ili T u C) ili jedan purinski drugim purinskim nukleotidom (A u G ili G u A); dakle, postoji 4 tipa tranzicija;

2. transverzije pri kojima se pirimidinski nukleotid zamenjuje purinskim (A > C, G > C, A > T ili G > T) ili obrnuto iz čega proizlazi da postoji 8 tipova transverzija.

Posledice supstitucije, odnosno zamene nukleotida mogu različito da se odraze na protein. Prema tom efektu na protein razlikuju se dve grupe supstitucija:

1. sinonimne koje se nazivaju još i tihe, ćutljive ili istovetne; one ne dovode do promena značenja kodona; to je moguće zahvaljujući izrođenosti genetičkog koda; npr. ako se u kodonu 5'CUC3' koji označava leucin dođe do zamene citozina na 5' kraju uracilom nastaje kodon 5'UCU3' koji takođe određuje leucin

2. nesinonimne dovode do promene u značenju kodona i dele se na:

• smislene (engl. sense mutations) mutacije kojima se dati kodon menja u kodon koji određuje drugačiju aminokiselinu; primer je mutacija koja dovodi do zamene GAA ili GAG kodona koji određuju glutaminsku kiselinu (Glu) u kodon GUA (ili GUG) za aminokiselinu valin (Val); zamena samo te jedne aminoliseline dovodi do sinteze nenormalnog hemoglobina, hemoglobina S što izaziva bolest anemiju srpastih eritrocita

Za više podataka pogledati hemoglobinopatije

• besmislena mutacija (engl. nonsense mutations) dovode do promene određenog kodona u neki od stop kodona što izaziva prevremeni završetak translacije pa se obrazuje previše kratak i time najčešće nefunkcionalan protein

Delecije i insercije

Insercija je umetanje jednog ili više nukleotida, a delecija je gubitak jednog ili više nukleotida. Broj nukleotida koji se gubi ili dobija se kreće od jednog pa do nekoliko hiljada. Insercija i delecija izazivaju promenu okvira čitanja (engl. frameshift mutation) genetičkog koda od mesta mutacije pa nadalje do kraja.Time se sintetiše protein čiji je redosled aminokiselina izmenjen od mesta mutacije pa nadalje.

Ovakvim tipovima genskih mutacija nastaje Wayne hemoglobin. Kada u 138. kodonu gena, koji određuje sintezu alfa lanca hemoglobina, dođe do gubitka trećeg nukleotida menja se okvir čitanja od 138. mesta pa nadalje. Posledica toga jeste da se na 142. prethodni stop-kodon (UAA) zamenjuje kodonom za lizin (AAG), a stop-kodon se javlja tek na 147. mestu pa se time lanac hemoglobina produžava

Vruća mesta mutacija

Sva mesta u genomu nisu jednako sklona spontanim mutacijama već se one na nekim mestima dešavaju češće nego na drugim. Takva mesta u genomu sklonija spontanim mutacijama nazivaju se vruća mesta mutacija (engl. hotspots). Kod nekih eukariota takvo jedno mesto je dinukleotid 5' - CG - 3' koji se, zbog metilacije citozina, replikuje sa velikim brojem grešaka menjajući se u 5' - TG - 3'.

Literatura

• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, beograd, 1986.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
  

  Snežana Trifunović, dipl. biolog