Definice, typy mutací, mechanizmy vzniku a oprav MUTACE A OPRAVY DNA Definice, typy mutací, mechanizmy vzniku a oprav

Mutace: náhlé změny genotypu, které nejsou podmíněny segregací nebo rekombinací. Výskyt: ve všech genoforech

Termín mutace: de Vries 1901 (mechanizmus proměnlivosti) Frekvence spontánních mutací: 10-5 – 10-10 na buňku a generaci Mutace - faktor evoluce

Indukované mutace Muller (1927) - rtg záření u Drosofily zvýší frekvenci mutací o několik řádů

POJMY: MUTACE MUTAGENY MUTAGENEZE

1. Podle mechanizmu vzniku: Klasifikace mutací: 1. Podle mechanizmu vzniku: spontánní : chyby v replikaci DNA změny komplementarity tautomerní přesmyk ketoformy na enolformu (tautomerní C váže A) indukované - zásahem mutagenu  

2. podle zasažené úrovně genotypu: a) genové - bodové b) chromosomové - aberace chrom. c) genomové - numerické haploidie,diploidie,polyploidie aneuploidie

3) podle slučitelnosti se životem nositele a) vitální b) letální   3) podle slučitelnosti se životem nositele a) vitální b) letální 4) podle fenotypického projevu: a) recesivní - mutace ztrátové (vůči alelám standardním) b) dominantní 4

6) podle místa zásahu v buňce: mutace jaderné mutace mimojaderné např. mitochondriální, chloroplastové 7) podle směru změny genu: mutace ztrátové (forward) zpětné (backward) 8) mutace podmíněné: auxotrofní termosensitivní

Indukované mutace: účinek reaktivních metabolitů fyzikální faktory

Rychlost mutací (u bakterií) spontánní mutace 10-11 -10-13 na genový lokus 10-8 -10-10 na jádro a generaci indukované 10-5 – 10-7

Mechanizmy spontánních mutací Mechanizmy spontánních mutací DNA termální fluktuace: 5000 purinových bazí (A + G) je denně ztraceno z každé lidské buňky disrupcí N-glykosylové vazby s deoxyribozou (depurinace) spontánní deaminace cytosinu na uracil: 100 bazí denně z 1 genomu

Fyzikální faktory: záření neionizující Fyzikální faktory: záření neionizující ionizující (neexistuje neškodná dávka záření) teplota mechanické vlivy

Chemické mutageny - genotoxiny Chemomutageny působící: Chemické mutageny - genotoxiny Chemomutageny působící: jako analoga bází chemicky modifikující báze alkylační činidla oxidační činidla desaminující činidla azobarviva a triazenová barviva, hydrazin uretan a jeho deriváty

Nepřímo působící mutageny látky, které jsou v buňkách metabolizovány na mutageny benzpyren chlorované uhlovodíky polyvinylchlorid nitrosaminy mykotoxiny - aflatoxin B1

Nové chemické látky: testování na genotoxicitu: • detekce genových mutací • detekce chromosomových mutací

Typy bodových mutací:   Standardní sekvence: AAACCCGGG Jednostupňová mutace:  substituce (CT) AAACTCGGG  adice (+ T) AAACCCTGGG  delece (- C) AAACCGGG  

Standardní sekvence: AAACCCGGG Dvoustupňová mutace:   další substituce AAACTCGAG   zpětná mutace AAACTCGGG  AAACCCGGG   transgenní suprese AACCCTGGG (delece + adice)

Mutace posunové:. A U G C U C G G G U U U A G U C C A C C G Mutace posunové:   A U G C U C G G G U U U A G U C C A C C G met leu gly phe ser pro pro A U G C U C G G G U U U C A G U C C A C C G met leu gly phe  glu ser thr

Příklady lidských chorob podmíněných různými typy mutací: Substituce páru bází: srpkovitá anemie (glu  val v molekule hemoglobinu Posunová mutace: Duchenova svalová dystrofie chybně syntetizovaný dystrofin malé delece: cystická fibróza (delece 3 párů bází v kodonu 508 genu CFTR – delece Phe v membr. proteinu) velké inzerce: hemofilie A (inaktivace genu pro faktor VIII)

Tautomerické změny bází: forma: amino  imino (adenin, cytosin) Tautomerické změny bází: forma: amino  imino (adenin, cytosin) keto  enol (guanin, tymin)  

Párování bází v normální a tautomerní formě: Báze  normální forma  tautomerní forma se páruje s  se páruje s A T C T A G G C T C G A

Analoga bází:   adenin ----- 2-aminopurin (páruje se s T nebo s C)   uracil ----- 5-bromuracil (páruje se s A nebo s G)

Reparace DNA: Kapacita reparačních mechanismů: během lidského života se realizuje asi 1017: buněčných dělení, tj. je zařazeno na správné místo 6x1026 nukleotidů. Frekvence omylů DNA polymerázy je asi 10-10

Reparace DNA – životně důležitá funkce U kvasinek 50 genů, které jsou zapojeny do opravných mechanizmů

Reparace mutací: 1. Fotoreaktivace dimerů tyminu 2 Reparace mutací:   1. Fotoreaktivace dimerů tyminu 2. Excizní reparace DNA 3. Postreplikační reparace

Vznik tyminových dimerů Fotoreaktivace dimerů: - absorpcí kvant viditelného záření - u E.coli enzym DNA fotolyáza

Mechanizmus excizní reparace 1.poškozené místo je rozeznáno a odstraněno DNA repair nukleázou 2. Další enzym DNA polymeráza vloží správný nukleotid podle informace na templátovém řetězci 3. rozpojené místo je spojeno DNA ligázou (+ ATP)

Jiné reparační mechanizmy: - SOS systém u E Jiné reparační mechanizmy: - SOS systém u E.coli – 15 genů - Heat shock proteiny –Hsp -inducibilní reparační systémy u živočišných buněk a u kvasinek

Reparace poškozených obou řetězců DNA : s pomocí nepoškozené DNA homologického chromosomu (genová konverze)

Xeroderma pigmentosum lidská dědičná kožní choroba je podmíněna defektivním reparačním systémem (je porušena excize).