Upload
igor-petrina
View
138
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Organska evolucija
Citation preview
MUTACIJE
PROMJENE U STRUKTURI GENETIČKOG MATERIJALA KOJU NE PRIPISUJEMO REKOMBINACIJI GENA ILI KROMOSOMA
1995. god. SIMPSON to je karakteristika koja nije naslijeđena od roditelja ali se nasljeđuje na potomstvo
KRAJEM 16 ST. OPISANA MUTANTNA FORMA ROSOPASA CHELIDONIUM MAJUS I ANKONSKA OVCA
MUTACIJE DOVODE DO MORFOLOŠKIH , FIZIOLOŠKIH I BIOKEMIJSKIH PROMJENA
MAKROMUTACIJE
= MUTACIJE GENA KOJE SVOJOM AKTIVNOŠĆU KONTROLIRA KLJUČNE METABOLIČKE PROCESE
1. LETALNE MUTACIJE «GENETIČKA SMRT» (PRERANA SMRT) DOVODI DO SMRTI NA PREREPRODUKTIVNOM STADIJU
2. SUBLETALNE MUTACIJE – SMRT U JUVENILNOM STADIJU. SMANJUJE ADAPTIVNE VRIJEDNOSTI - HEMOFILIJA (MUTACIJA NA X KROMOSOMU KOJA U MUŠKARACA DOVODI DO HEMOFILIJE)
3. UVJETNO LETALNE MUTACIJE – GLJIVA NEUROSPORA – NEMOGUĆNOST SINTEZE TRIPTOFANA (NA HRANJIVOJ PODLOZI U KOJOJ SE NALAZI TRIPTOFAN NORMALNO SE RAZVIJU)
MUTACIJE SE DEŠAVAJU U REPRODUKTIVNIM I SOMATSKIM STANICAMA (VEGETATIVNO RAZMNOŽAVANJE)
ČIMBENICI VAŽNI ZA STUPANJ MUTABILNOSTI
SPONTANE - UZROK NEPOZNAT
INDUCIRANE - KEMIJSKI AGENSI, ELEKTROMAGNETSKI VALOVI, ZRAČENJE, STARENJE
PROMJENE U BROJU KROMOSOMA
POLIPLOIDIJA – VIŠE SETOVA KROMOSOMA, 2n, 3n…
ANEUPLOIDIJA – JEDAN KROMOSOM NEDOSTAJE ILI JE JEDAN KROMOSOM U SUVIŠKU, BROJ KROMOSOMA JE VEĆI ILI MANJI OD NORMALNOG
Promjene na molekularnom nivou u genskim mutacijama TIP MUTACIJE REZULTATI I PRIMJERI
I NAPREDNE (FORWARD) MUTACIJE
1. BAZNE SUBSTITUCIJE
A) na nivou DNA
TRANZICIJA
Purin zamijenjen drugim purinom Pirimidin zamijenjen pirimidinom
TRANSVERZIJA
Purin zamijenjen pirimidinom i obrnuto
Promjene na molekularnom nivou u genskim mutacijama TIP MUTACIJE REZULTATI I PRIMJERI
I NAPREDNE (FORWARD) MUTACIJE
1. BAZNE SUBSTITUCIJE
B) na nivou proteina
Triplet kodira za istu aminokiselinu
SILENT MUTATION AGG ? CGG (Arg)
NEUTRAL MUTATION
Triplet kodira za različite, ali funkcionalno ekvivalentne aminokiseline
MISSENSE MUTATION
Triplet kodira za različitu i nefunkcionalnu aminokiselinu
NOSENSE MUTATION
Triplet kodira terminaciju lanca (skraćenje; obično nefunkcionalan protein)
CAG ? UAG (STOP kodon) 2. ADICIJA I DELECIJA: FRAME SHIFT MUTACIJE
Promjene na molekularnom nivou u genskim mutacijama TIP MUTACIJE REZULTATI I PRIMJERI
II REVERZNE MUTACIJE
IF.M II R.M 1. EXACT REVERSION AAA GAA AAA (Lys) (G1u) (Lys)
2. EQUIVALENT REVERSION UCC UGC AGC
(Ser) (Cys) (Ser)
III. SUPRESORSKE MUTACIJE
Supresija mutacije koja je na nekom drugom nivou.
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
1. PREMA VELIČINI
A. Točkasta mutacija
promjena u vrlo malom djeliću DNA: obično uključuje jedan nukleotid ili jedan par nukleotida
1. Samesense (tiha) mutacija
- promjena u jednom kodonu (obično na 3. mjestu) koja ne promijeni
specifičnu aminokiselinu iz nemutiranog stanja
primjer : CGU CGC Arg Arg
2. Nonsense mutacija
- dovodi do skraćenja polipetida koji se sintetizira zbog pojave signala za
terminaciju lanca
primjer : UGU UGA Cys STOP
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
1. PREMA VELIČINI
A. Točkasta mutacija
3. Missense mutacija
- dovodi do promjene u slijedu aminokiselina jer određeno mjesto u
polipeptidnom lancu zauzme pogrešna aminokiselina
primjer : GCU GAU Ala Asp
4. Frameshift mutacija
- dovodi do pomaka okvira za čitanje genske upute, uslijed čega se
pojave brojni missense ili nonsense kodoni
B. Velike mutacije
Uključuju promjene više od jednog para nukleotida, a mogu uključivati i cijeli gen, cijeli kromosom ili skupine kromosoma
2. PREMA KVALITETI
A. Strukturalne mutacije
promjene u nukleotidnom sadržaju gena
1. Supstitucijske mutacije
- zamjene jednog nukleotida s drugim
tranzicija = zamjena purina purinom ili pirimidina pirimidinom transverzija = zamjena purina pirimidinom i obratno
2. Delecijske mutacije
- gubici određenih dijelova gena
3. Insercijske mutacije
- dodavanje jednog ili više novih nukleotida nekom genu
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
2. PREMA KVALITETI
B. Mutacije rearanžmana
promjene položaja gena unutar genoma
1. Rearanžmani unutar jednog gena
- dvije mutacije unutar istog gena mogu imati različite učinke, ovisno da
li se dogode u položaju cis ili trans
2. Rearanžmani u broju gena po kromosomu
- ako u homolognim kromosomima nije jednak broj kopija gena, mogu
biti izazvani različiti fenotipski učinci
3. Promicanje genskog lokusa
- može proizvesti nove fenotipove, osobito ako je gen relociran blizu
heterokromatina
translokacije = premještanja dijelova jednog kromosoma na drugi nehomologni kromosom inverzije = pomicanja unutar istog kromosoma
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
3. PREMA PODRIJETLU
A. Spontane mutacije
mutacije nepoznatog podrijetla, često ih zovemo i “pozadinske” (background) mutacije
B. Mutacije genetičke kontrole
poznato je da je mutabilnost nekih gena pod utjecajem drugih, tzv. “mutator gena” – to su geni koji mogu povisiti stopu mutacije na nekom genskom lokusu
a. specifični mutatori
- utjecaj im je ograničen ne jedan lokus
b. nespecifični mutatori
- utječu na mnoge lokuse
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
3. PREMA PODRIJETLU
C. Inducirane mutacije
nastaju zbog izlaganja abnormalnim uvjetima okoline, primjerice pod utjecajem ionizirajućih i neionizirajućih zračenja, kemijskih mutagena…
a. ionizirajuća zračenja
- dovode do promjena u kemijskoj valenciji zbog izbacivanja elektrona
pod utjecajem protona, neutrona, α,β,γ ili X zraka
b. neionizirajuća zračenja
- dovode do porasta energetskih razina atoma (ekscitacije) i izazivaju nestabilnost. UV zračenje izaziva stvaranje dimera timina u istom lancu DNA
c. kemijski mutageni
- dovode do:
- grešaka u udvostručenju (replikaciji) – ako se tijekom udvostručenja DNA ugrade analozi baza, adicije ili delecije baza zbog umetanja (interkaliranja) akridina između 2 baze
- izravnih (direktnih) promjena gena – događaju se u neudvostručenoj DNA (primjerice deanimacija adeina u hipoksatin pod utjecajem HNO2
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
4. PREMA VELIČINI UČINKA NA FENOTIP
A. Promjena u stopi mutacije
- neki aleli se mogu razlikovati samo po frekvenciji kojom su mutirali
B. Izoaleli
- daju iste fenotipove u homozigotnim i heterozigotnim kombinacijama međusobno, a mogu se razlikovati kad su u kombinaciji s drugim alelima
- takvi su aleli koji upravljaju sintezom proteinskih komponenata izoenzima; njihovi proteinski produkti mogu se razlikovati finim biokemijskim analizama – npr. prema elektroforetskoj pokretljivosti
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
4. PREMA VELIČINI UČINKA NA FENOTIP
C. Mutacije koje utječu na preživljavanje (vijabilnost)
a. Subvitalne
- relativna vijabilnost veća je od 10%, ali manja od 100% u usporedbi s
divljim tipom
b. Semi-letalne
- uzrokuju više od 90%, ali manje od 100% smrtnosti
c. Letalne
- izazivaju smrtnost u svih jedinki prije odrasle dobi
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
5. PREMA SMJERU
A. Napredne mutacije
- izazivaju promjene iz divljeg tipa u abnormalni fenotip
B. Povratne mutacije
- proizvode promjene iz abnormalnog fenotipa natrag u divlji tip
KLASIFIKACIJA MUTACIJA
6. PREMA STANIČNOM TIPU
A. Somatske mutacije
- događaju se u somatskim stanicama i proizvode mutantni fenotip samo u
određenom dijelu organizma (mozaik ili himera)
B. Gametske mutacije
- događaju se u spolnim stanicama, dovode do nasljednih promjena
MOLECULAR CLOCK (METODA)
GENI SE SPONTANO MIJENJAJU U ALELNE FORME BRZINOM KOJA JE KONSTANTNA ZA SVAKI LOKUS. RAZLIKUJE SE OD JEDNOG GENA DO DRUGOG!
KONSTANTNA UČESTALOST SUPSTITUCIJE AMINOKISELINA TIJEKOM EVOLUCIJE PROTEINA. SVAKI PROTEIN IMA SVOJ VLASTITI MOLEKULARNI SAT. RATA MUTACIJA ZA PROTEINE IZNOSI 10-4.
• RNA MOLEKULA TAKOĐER JE PROMJENJIVA – UČESTALOST MUTACIJA RNA MOLEKULE PROCJENJUJE SE NA 10-4 DO 10-5.
• UČESTALOST ZAMJENE NUKLEOTIDA U DNA SEKVENCAMA TAKOĐER JE U GRUBO KONSTANTNA! RATA MUTACIJA ZA DNA JE 10-10.
MOLECULAR CLOCK (METODA)
PREMA UČESTALOSTI MUTACIJA MAKROMOLEKULA U ODREĐENIH VRSTA MOŽE SE PROCJENITI VRIJEME TJ. DUŽINA TRAJANJA EVOLUCIJE ODREĐENE VRSTE ODNOSNO KADA SU SE ODVOJILE OD NEKOG ZAJEDNIČKOG PRETKA.
REKOMBINACIJA
GENETIČKA IZMJENA IZMEĐU SEGMENATA DNA NOVI RASPORED GENA I RAST GENOMA
1. OPĆA REKOMBINACIJA – HOMOLOGNA2. SEKVENCIJSKI SPECIFIČNA – NEHOMOLOGNA
REKOMBINACIJA
OPĆA ILI HOMOLOGNA REKOMBINACIJA
IZMJENA IZMEĐU DVIJE HOMOLOGNE SEKVENCE DNA (IZMEĐU DVIJE KOPIJE ISTOG KROMOSOMA – MEJOZA: SINAPSE, CROSSING-OVER, U RAZVOJU SPOLNIH STANICA
HOMOLOGNA REKOMBINACIJA
MEJOZU IMAJU SAMO EUKARIOTI ALI DO MJEŠANJA GENA I OPĆE REKOMBINACIJE DOLAZI I KOD PROKARIOTA U MITOZI
HOMOLOGNA REKOMBINACIJA
LOM NA BILO KOJEM MJESTU DNA ZAVOJNICE, FRAGMENTI SE IZMJENJUJU. TO MJESTO MOŽE BITI DUGO NEKOLIKO TISUĆA PAROVA BAZA. NA MJESTU IZMJENE NE MJENJA SE NUKLEOTIDNA SEKVENCA. PROCES LOMA JE PRECIZAN. NI JEDAN NUKLEOTID SE NE GUBI, DODAJE, NITI MJENJA. TAKVE LOMOVE UZROKUJU ZRAKE I RENTGENSKE (X) ZRAKE.
SEKVENCIJSKI SPECIFIČNA ILI NEHOMOLOGNA REKOMBINACIJA
NE ZAHTJEVA HOMOLOGIJU IZMEĐU SEKVENCI DNA JEDNOG ILI OBA HELIXA (ZAVOJNICE)
MJENJA SE POREDAK NUKLEOTIDNIH SEKVENCI U GENOMU
TU SUDJELUJU RAZLIČITI PROTEINI: Rec A protein
DNA polimeraza I
DNA ligaza
INTEGRAZA
Rec BC protein
Plazmidi – vankromosomski nasljedni elementi
Cirkularni ili linearni. građeni su od dvočlane DNK molekule. Molekularne mase 106 - 108 . Može se ugraditi u bakterijski kromosom.
Plazmidi su dodatni kromosomi u bakterija, bez kojih bakterije ne mogu živjeti (nemaju normalan metabolizam).
Zbog dodatnog genetičkog materijala ti organizmi imaju evolucijsku prednost.
Najmanji plazmid ima dva gena u svojoj DNA, a najveći i stotinu gena.
Plazmidi – vankromosomski nasljedni elementi
2 srodna plazmida koji imaju iste mehanizme replikacije ne mogu opstati u jednoj stanici.
Postoji nekoliko tisuća raznih plazmida.
Plazmid velike molekularne mase maže prijeći iz jednog u drugog domaćina. Za to je potrebno najmanje 20 gena
Mali plazmidi mogu prijeći u drugog domaćina uz pomoć velikog. To se zove MOBILIZACIJA.
Plazmidi – vankromosomski nasljedni elementi
Dokaz za to je da su bakterije iz jednog LIOFILIZATA iz 1946. god. Rezistentne na tetraciklin i streptomicin koji tada nisu bili poznati.
Plazmidi daju bakteriji razna svojstva.
Mogu stvarati BAKTERIOCINE – toksine koji djeluju na druge bakterije.
PLAZMIDI omogućuju rezistenciju na antibiotike.
Plazmidi su nosioci virulencije – bakterija je virulentna jer ima nosioca virulencije na plazmidu (Bacil antraxa, E. coli, Sligela)
Metabolički plazmidi: bakterije koje žive u tlu, omogućuju da bakterije kao izvor C koriste organske tvari kao što su : salicilati, naftalen, toluol, kamphor, tako i razgrađuju te tvari
Plazmidi – vankromosomski nasljedni elementi
Kriptični plazmidi – ne zna im se funkcija
Plazmidi su pokretni genetički elementi
Postoje plazmidi za rezistenciju prema teškim metalima (živa, olovo). Ti plazmidi – veliki plazmidi mogu prijeći iz bakterije u biljke, dolazi u Agrobacterium tubefaciens
POKRETNI GENETIČKI ELEMENTI
RAST GENOMA
1. IS elementi – PREPOZNAJU SE PO MUTACIJAMA KOJE IZAZIVAJU, to su biološki agensi koji izazivaju mutacije
2. TRANSPOZONI – (Tn) također se prepoznaju po mutacijama koje izazivaju i po nekim dodatnim svojstvima – rezistencija na antibiotik, pesticid
3. GIGANTSKI TRANSPOZON SA OMOTAČEM BAKTERIOFAGA
POKRETNI GENETIČKI ELEMENTI
IS – ELEMENTI
– blok DNA, sa svake strane ima INVERTNU REPETICIJU
Svaki IS element mora imati IR jer su oni važni za prelaženje iz jednog mjesta na drugo. Njih prepoznaju proteini TRANSPOZAZE, prebacuju ih. Svaki IS element odabere ciljanu sekvencu točno određene duljine, bez obzira na slijed nukleotida i to se ubaci.
IS1 element je veličine 768 pb, to je najmanji insercioni element kojeg poznajemo.
POKRETNI GENETIČKI ELEMENTI
TRANSPOZONI
– pokretni genetički elementi sa strane imaju insercionu sekvencu
Tn 1681 stvara termostabilni toksin u E. coli
IS1 su elementi važni za prelaženje transpozona iz jednog mjesta na drugo.
POKRETNI GENETIČKI ELEMENTI
BAKTERIOFAGI se inseriraju u bakterijski kromosom, neki bilo gdje, a neki na točno određeno mjesto u bakterijskom kromosomu.
litički
(umnaža se)
i
lizogeni ciklusi
(pritajen - UV zračenje ga inducira)
Mobilni genetički elementi u bakteriji Escherichia coli
tip veličina (tisuće baza)
karakteristike
plazmidi faktor fertilnosti (faktor F) 93 Čini bakteriju muškom, prenosi se
konjugacijom faktot F' > 100 Osim gena faktora F prenosi i gene
bakterije E. coli faktori rezistencije (faktori R) 4 do 117 Nose gene za rezistenciju na lijekove;
neki nose i gene za konjugaciju kolicinogeni faktori 6 do 141 Nose gen za proizvodnju kolicina
(toksina); neki nose i gen za konjugaciju
lizogeni fagi lamda (λ) 48 Uz virusne gene i nešto gena E. coli (gal
ili bio) Mu 38 Svi mu nose i mali dio genoma E. coli
insercijske sekvence (IS) 0,8 do 1,4 Geni omeđeni parom IS mogu se premještati unutar stanice