GENMUTATIONEN: WORAUS SIE BESTEHEN, ARTEN UND KONSEQUENZEN - BIOLOGIE - 2025

Die Genmutationen oder spezifischen sind diejenigen, bei denen sich ein Allel eines Gens ändert und zu einem anderen wird. Diese Änderung tritt innerhalb eines Gens an einem Ort oder Punkt auf und kann lokalisiert werden.

Im Gegensatz dazu sind bei chromosomalen Mutationen normalerweise Chromosomensätze, ein ganzes Chromosom oder Segmente davon betroffen. Sie beinhalten nicht unbedingt Genmutationen, obwohl sie bei Chromosomenbrüchen auftreten können, die ein Gen betreffen.

Abbildung 1. Mutation in einem Gen, das die Form des Mausschwanzes steuert. Quelle: Von (Foto mit freundlicher Genehmigung von Emma Whitelaw, Universität Sydney, Australien), Via Wikimedia Commons

Mit der Entwicklung molekularer Werkzeuge für die DNA-Sequenzierung wurde der Begriff Punktmutation neu definiert. Heutzutage wird dieser Begriff häufig verwendet, um Veränderungen in einem Paar oder einigen benachbarten stickstoffhaltigen Basenpaaren in der DNA zu bezeichnen.

Was sind Mutationen?

Mutation ist der fundamentale Mechanismus, der genetische Variationen in Populationen einführt. Es besteht aus der plötzlichen Veränderung des Genotyps (DNA) eines Organismus, nicht aufgrund von Rekombination oder genetischer Umlagerung, sondern aufgrund von Vererbung oder der Wirkung negativer Umweltfaktoren (wie Toxine und Viren).

Eine Mutation kann den Nachwuchs transzendieren, wenn sie in Keimzellen (Eiern und Spermien) auftritt. Es kann kleine Variationen im Individuum verursachen, enorme Variationen - sogar Krankheiten verursachen - oder sie können ohne Wirkung schweigen.

Variationen im genetischen Material können dann eine phänotypische Vielfalt in der Natur erzeugen, sei es zwischen Individuen verschiedener Arten oder sogar derselben Art.

Arten von Gen- oder Punktmutationsänderungen

Es gibt zwei Arten von Genmutationsänderungen:

Änderungen der Stickstoffbasis

Sie bestehen aus der Substitution eines Paares stickstoffhaltiger Basen durch ein anderes. Sie werden wiederum in zwei Typen unterteilt: Übergänge und Übergänge.

• Übergänge: beinhalten den Ersatz einer Base durch eine andere derselben chemischen Kategorie. Zum Beispiel: ein Purin für ein anderes Purin, Adenin für Guanin oder Guanin für Adenin (A → G oder G → A). Es kann auch der Fall sein, ein anderes Pyrimidin durch ein Pyrimidin zu ersetzen, zum Beispiel: Cytosin für Thymin oder Thymin für Cytosin (C → T oder T → C).
• Transversionen: sind Änderungen, die verschiedene chemische Kategorien betreffen. Zum Beispiel der Fall des Wechsels von einem Pyrimidin zu einem Purin: T → A, T → G, C → G, C → A; oder ein Purin für ein Pyrimidin: G → T, G → C, A → C, A → T.

Konventionell werden diese Änderungen unter Bezugnahme auf doppelsträngige DNA beschrieben, und daher müssen die Basen, aus denen das Paar besteht, detailliert sein. Zum Beispiel: Ein Übergang wäre GC → AT, während eine Umwandlung GC → TA sein könnte.

Abbildung 2. Arten von Punktmutationsänderungen. Quelle: (Von Sara - Eigene Arbeit, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Einfügungen oder Löschungen

Sie bestehen aus dem Eintritt oder Austritt eines Paares oder mehrerer Paare von Nukleotiden eines Gens. Obwohl die betroffene Einheit das Nukleotid ist, beziehen wir uns normalerweise immer auf das oder die beteiligten Basenpaare.

Folgen

-Grundlegendes Konzept

Um die Folgen von Genmutationen zu untersuchen, müssen wir zunächst zwei grundlegende Eigenschaften des genetischen Codes untersuchen.

1. Der erste ist, dass der genetische Code entartet ist. Dies bedeutet, dass der gleiche Aminosäuretyp im Protein von mehr als einem Triplett oder Codon in der DNA codiert werden kann. Diese Eigenschaft impliziert die Existenz von mehr Tripletts oder Codons in der DNA als Arten von Aminosäuren.
2. Die zweite Eigenschaft ist, dass Gene Stopcodons besitzen, die zur Beendigung der Translation während der Proteinsynthese verwendet werden.

-Szenarien von Genmutationen

Federbeinmutationen können je nach Ort, an dem sie auftreten, unterschiedliche Folgen haben. Daher können wir zwei mögliche Szenarien visualisieren:

1. Die Mutation tritt in einem Teil des Gens auf, in dem das Protein kodiert ist.
2. Die Mutation tritt in regulatorischen Sequenzen oder anderen Arten von Sequenzen auf, die nicht an der Bestimmung des Proteins beteiligt sind.

-Funktionale Konsequenzen des ersten Szenarios

Genmutationen im ersten Szenario führen zu folgenden Ergebnissen:

Stille Mutation

Es passiert, wenn sich ein Codon gegen ein anderes ändert, das für dieselbe Aminosäure codiert (dies ist eine Folge der Entartung des Codes). Diese Mutationen werden als still bezeichnet, da sich die resultierende Aminosäuresequenz real nicht ändert.

U-Turn-Mutation

Es tritt auf, wenn die Codonänderung eine Aminosäureänderung bestimmt. Diese Mutation kann je nach Art der neu eingeführten Aminosäure unterschiedliche Auswirkungen haben.

Wenn es chemischer Natur ist und dem Original ähnelt (auch Substitution), kann die Auswirkung auf die Funktionalität des resultierenden Proteins vernachlässigbar sein (diese Art der Änderung wird oft als konservative Änderung bezeichnet).

Wenn andererseits die chemische Natur der resultierenden Aminosäure dem Original sehr unähnlich ist, kann der Effekt variabel sein und das resultierende Protein kann unbrauchbar gemacht werden (nicht konservative Änderung).

Der spezifische Ort einer solchen Mutation innerhalb des Gens kann unterschiedliche Auswirkungen haben. Wenn die Mutation beispielsweise in einem Teil der Sequenz auftritt, aus der das aktive Zentrum des Proteins hervorgeht, ist zu erwarten, dass der Schaden größer ist als in weniger kritischen Regionen.

Nonsense-Mutation

Es passiert, wenn die Änderung ein Translationsstoppcodon erzeugt. Diese Art der Mutation produziert normalerweise difunktionelle Proteine ​​(ein verkürztes Protein).

Einfügungen oder Löschungen

Sie haben einen Effekt, der der Nonsense-Mutation entspricht, obwohl sie nicht identisch sind. Der Effekt tritt auf, wenn sich der DNA-Leserahmen ändert (ein Phänomen, das als Leserahmenverschiebung oder Rahmenverschiebung bekannt ist).

Diese Variation erzeugt eine Messenger-RNA (mRNA) mit einer Verzögerung von dem Ort, an dem die Mutation (Insertion oder Deletion) aufgetreten ist, und daher eine Änderung der Proteinaminosäuresequenz. Die Proteinprodukte, die aus Genen mit diesen Arten von Mutationen erhalten werden, sind völlig dysfunktionell.

Ausnahmen

Eine Ausnahme kann auftreten, wenn Insertionen oder Deletionen von genau drei Nukleotiden (oder Vielfachen von drei) auftreten.

In diesem Fall bleibt der Leserahmen trotz der Änderung unverändert. Es kann daher nicht ausgeschlossen werden, dass das resultierende Protein entweder aufgrund des Einbaus von Aminosäuren (im Falle einer Insertion) oder aufgrund ihres Verlusts (im Fall von Deletionen) dysfunktionell ist.

-Funktionale Konsequenzen des zweiten Szenarios

Mutationen können in regulatorischen Sequenzen oder anderen Sequenzen auftreten, die nicht an der Bestimmung von Proteinen beteiligt sind.

In diesen Fällen ist der Effekt der Mutationen viel schwieriger vorherzusagen. Es wird dann davon abhängen, wie die Punktmutation die Interaktion dieses DNA-Fragments mit den mehreren existierenden Regulatoren der Genexpression beeinflusst.

Wiederum kann das Brechen des Leserasters oder der einfache Verlust eines Fragments, das für die Bindung eines Regulators notwendig ist, Effekte verursachen, die von dysfunktionellen Proteinprodukten bis zu mangelnder Kontrolle in ihren Mengen reichen.

- Häufige Fälle, die zu Krankheiten führen

Ein Beispiel für eine sehr seltene Punktmutation ist die sogenannte Gain-of-Sense-Mutation.

Dies besteht aus der Umwandlung des Stoppcodons in ein Codierungscodon. Dies ist der Fall bei einer Hämoglobinvariante namens Constant Spring Hemoglobin (allelische Variante HBA2 * 0001), die durch die Änderung des Stoppcodons UAA in das Codon CAA verursacht wird.

In diesem Fall führt die Punktmutation zu einem instabilen α-2-Hämoglobin, das um 30 Aminosäuren verlängert ist und eine Blutkrankheit namens Alpha-Thalassämie verursacht.

Verweise

1. Eyre-Walker, A. (2006). Die Verteilung der Fitnesseffekte neuer schädlicher Aminosäuremutationen beim Menschen. Genetics, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / genetics.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Genetik von Genen zu Genomen. Sechste Ausgabe, MacGraw-Hill Education. S. 849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Humangenetik: Konzepte, Mechanismen und Anwendungen der Genetik auf dem Gebiet der Biomedizin. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genetik in der Medizin. Siebte Ausgabe. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A. und Cable, K. (2014). Mendelscher Mutationismus: Die vergessene evolutionäre Synthese. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2