Chromosomų ir genų mutacijos

1. CHROMOSOMŲCHROMOSOMŲ
IR GENŲIR GENŲ
MUTACIJOSMUTACIJOS

2. 7.1 GENETINIO KINTAMUMO
TIPAI
 Genetinis kintamumas apibūdinamas kaip
skirtumai, stebimi tarp tos pačios rūšies
individų arba tarp skirtingų rūšių
 Alelinis kintamumas atsiranda dėl mutacijų
individualiuose genuose
 Chromosomų aberacijos atsiranda dėl esminių
chromosomų struktūros pokyčių

Jos, kaip taisyklė, paveikia daugiau nei vieną geną

Jos taip pat vadinamos chromosomų mutacijomis
7-2

3. Mutacijos
 Terminas “mutacija” reiškia genetinės medžiagos
paveldimą pokytį
 Mutacijos sukuria alelinį kintamumą
 Teigiama mutacijų savybė yra ta, kod jos sukuria
genetinį evoliucijos pagrindą
 Neigiama mutacijų savybė yra ta, kad jos yra daugelio
ligų priežastis
 Kadangi mutacijos gali būti gana žalingos,
organizmuose išsivystė DNR reparacijos
priemonės
7-3

4. Mutacijos
7-4
 Mutacijos gali būti trijų pagrindinių tipų
 1. Chromosomų mutacijos

Chromosomų struktūros pokyčiai
 2. Genominės mutacijos

Chromosomų skaičiaus pokyčiai
 3. Genų mutacijos

Palyginti nedideli DNR struktūros pokyčiai, įvykę
viename gene

5.  Chromosominio kintamumo tyrimai svarbūs dėl
keleto priežasčių
 1. Jis gali turėti didelės reikšmės organizmo fenotipui
 2. Jis gali turėti didelės reikšmės organizmo
palikuonims
 3. Jis yra rūšių evoliucijos svarbi varomoji jėga
7-5
7.2 CHROMOSOMŲ
STRUKTŪROS KINTAMUMAS

6.  Citogenetika yra genetikos sritis, nagrinėjanti
chromosomų struktūrą ir jų kiekį bei pokyčius.
 Paprastai citogenetiniai tyrimai atliekami
mikroskopu, nustatant individualių ląstelių ar
organizmų chromosomų sudėtį
 Tai leidžia nustatyti individus, turinčius nenormalius
chromosomų kiekius arba struktūrą
 Šiuo metodu taip pat galima atskirti įvairias rūšis
7-6
Citogenetika

7. 7-7
 Klasikinėje citogenetikoje
chromosomos atskiriamos
pagal tris pagrindinius
požymius
 1. Dydį
 2. Centromeros padėtį
 3. Ruožų piešinį

Visos šios ypatybės yra matomos
kariotipe – organizmo chromosomų
rinkinyje, išdėstytame pagal
chromosomų dydį ir centromeros
padėtį
Citogenetika

8. 7-8
Trumpasis petys;
petite (Pranc.)
Ilgasis petys
Chromosomų klasifikacija pagal centromeros padėtį
Metacentrinė Submetacentrinė Akrocentrinė Telocentrinė

9. 7-9
 Tiksliai identifikacijai chromosomas reikia dažyti
naudojant specialius metodus tam, kad išryškėtų
būdingas ruožų piešinys
 Pavyzdys: G-ruožuotumas

Chromosomos yra paveikiamos proteolitiniais fermentais
(tripsinu) ir dažomos Giemsa dažais

Prie kai kurių segmetų prisitvirtina daug dažo molekulių
 Tamsūs ruožai

Prie kitų segmentų dažo prisijungia nedaug
 Šviesūs ruožai

Žmogaus chromosomose
 300 G ruožų matoma metafazės stadijoje
 2,000 G ruožų – profazėje
Citogenetika

10. 7-10
Ruožuo-
tumas
metafazėje
Ruožuo-
tumas
profazėje
Žmogaus chromosomų G ruožai ir jų numeravimas

11. 7-11

12.  Dažymas išryškinant ruožuotumą yra
naudingas keletu požiūriu:
 1. Padeda atskirti chromosomas vieną nuo kitos
 2. Padeda aptikti net subtilius chromosomų
struktūros pokyčius
 3. Padeda nustatyti glaudžiai susijusių rūšių
evoliucinius ryšius
Citogenetika
7-12

13.  Šiuolaikinėje citogenetikoje chromosomų
identifikacijai plačiai taikomas fluorescencinės in
situ hibridizacijos metodas (FISH) ir jo modifikacijos
Citogenetika
7-13

14.  Yra du pagrindiniai chromosomų struktūros
persitvarkymo būdai
 1. Bendras genetinės informacijos kiekis
chromosomoje pakinta

Delecijos

Duplikacijos
 2. Genetinė medžiaga lieka ta pati, tačiau ji
pertvarkoma

Inversijos

Translokacijos
7-14
Mutacijos gali pakeisti
chromosomų struktūrą

15. 7-15
 Delecija
 Chromosomos segmento praradimas
 Duplikacija
 Chromosominio segmento pasikartojimas, lyginant su
normalia chromosoma
 Inversija
 Genetinės medžiagos išsidėstymo krypties pasikeitimas
individualioje chromosomoje
 Translokacija
 Vienos chromosomos segmento prisitvirtinimas prie kitos
chromosomos
 Paprasta translokacija

Vienkryptė pernaša
 Reciprokinė translokacija

Dvikryptė pernaša

16. 7-16
Žmogaus 1-ma
chromosoma
Žmogaus 21-ma
chromosoma
Delecija
Duplikacija
Inversija
Paprasta
translokacija
Reciprokinė
translokacija

17. 7-17
 Delecija įvyksta tada, kai chromosoma sulūžta, o
susidaręs fragmentas yra pametamas
Delecijos
a) Terminalinė delecija b) Intersticinė delecija
Vienas trūkis
Pametamas ir degraduoja Pametamas ir degraduoja
Du trūkiai ir likusių
dalių
susijungimas

18. 7-18
 Fenotipinės delecijų pasekmės priklauso
 1. Nuo delecijos dydžio
 2. Nuo to, kurioje chromosomos vietoje įvyko delecija

Ar pamesti genai yra gyvybiškai svarbūs organizmui
Delecijos
 Kai delecijos pasireiškia
fenotipiškai, jos, kaip
taisyklė, būna žalingos
Pavyzdžiui žmogaus cri-du-
chat sindromas

Atsiranda dėl 5 chromosmos
trumpojo peties delecijos

19. 7-19
 Chromosomų delecijos aptinkamos įvairiais būdais
 Citologiniais metodais

Naudojami didelėms delecijoms aptikti
 Molekuliniais metodais
 Genetiniais metodais

Jei mutantai negali sugrįžti į laukinį tipą, tai gali būti delecijos
požymis
 Dėl delecijų gali atsirasti reiškinys, vadinamas
pseudodominavimu
 Viena geno kopija pašalinama dėl delecijos
 Tada gali vykti kitoje chromosomoje esančios
recesyvinio alelio ekspresija

20. 7-20
 Chromosmų duplikacijos dažniausiai atsiranda dėl
rekombinacijos sutrikimų
Duplikacijos
Nelygus
krosingoveri
s
Duplikacija
Delecija

21. 7-21
 Duplikacijų, kaip ir delecijų, fenotipinės pasekmės
priklauso nuo dydžio
 Fenotipinių pasekmių tikimybė tuo didesnė, kuo didesnė
duplikacija
 Tačiau duplikacijos, kaip taisyklė, yra mažiau
žalingos negu tokio paties dydžio delecijos
Duplikacijos

22. 7-22
 Dauguma mažų duplikacijų neturi fenotipinių
pasekmių
 Tačiau jos yra labai svarbios, nes padeda atsirasti
papildomiems genams
 Galiausiai tai gali suformuoti genų šeimas
 Genų šeimas sudaro du ar daugiau panašių genų
Duplikacijos ir genų šeimos

23. 7-23
Genai, kilę iš
vieno pirmtako
Nenormalūs genetiniai procesai
Sukelia geno duplikaciją
Per daugelį generacijų genai gali
pradėti skirtis dėl laipsniškos
mutacijų akumuliacijos
Mutacijų taškai
Homologiniai
genai

24. 7-24
 Geras pavyzdys yra globinų genų šeima
 Šie genai koduoja baltymus, kurių funkcija yra surišti
deguonį

Pvz.: hemoglobinas
 Globinų genų šeimą sudaro 14 homologinių genų,
išsidėsčiusių trijose skirtingose chromosomose
 Visi 14 genų yra kilę iš vieno protėvių geno
 Skirtingų mutacijų kaupimasis skirtinguose šeimos
genuose sukūrė

1. Globinų genus, kurių ekspresija vyksta skirtingomis žmogaus
vystymosi stadijomis

2. Globinų baltymus, kurių funkcijos labiau specializuotos

25. 7-25
Duplikacija
Geriau prisijungia
ir saugo deguonį
raumenų ląstelėse
Geriau prisijungia
ir saugo deguonį
eritrocituose
Ekspresija ankstyvojo
embrioninio periodo
metu
Maksimali ekspresija nėštumo
antrojo ir trečiojo trimestro metu
Ekspresija po gimimo

26. 7-26
 Inversija yra chromosomos segmentas, pakeitęs
savo orientaciją priešinga kryptimi
Inversijos
Centromera
invertuotos
srities viduje
Centromera už
invertuotos
srities ribų
a) Pericentrinė inversija b) Paracentrinė inversija
Normali chromosoma
Invertuota sritis Invertuota sritis

27. 7-27
 Inversijos atveju bendras genetinės informacijos kiekis
nekinta
 Todėl dauguma inversijų neturi fenotipinių pasekmių
 Retais atvejais inversijos gali keisti individo fenotipą
 Trūkio vietos pasekmė

Trūkiai, dėl kurių susidaro inversija, įvyksta gyvybiškai svarbiuose
genuose
 Padėties pasikeitimo pasekmė

Dėl padėties pasikeitimo pasikeičia ir geno ekspresija
 Maždaug 2% žmonių turi inversijas, kurias galima aptikti
šviesiniu mikroskopu
 Dauguma individų yra fenotipiškai normalūs
 Tačiau kai kurių palikuonys gali turėti genetinių defektų

28. 7-28
 Chromosomų translokacija atsiranda tada, kai
vienos chromosomos segmentas prisitvirtina prie
kitos chromosomos
 Formuojantis reciprokinėms translokacijoms,
genetine medžiaga apsikeičia dvi nehomologinės
chromosomos
 Reciprokinės translokacijos atsiranda dėl skirtingų
priežasčių

1. Chromosomų trūkiai ir reparacija

2. Nenormalus krosingoveris
Translokacijos

29. 7-29
Telomeros saugo
chromosomų DNR nuo
sulipimo su kitos
chromosomos DNR
a) Chromosomų trūkiai ir reparacija
b) Nehomologinis
krosingoveris

30. 7-30
 Reciprokinės translokacijos pertvarko genetinę
medžiagą, tačiau nekeičia jos bendro kiekio
 Todėl jos vadinamos subalansuotomis translokacijomis
 Reciprokinės translokacijos, kaip ir inversijos,
dažniausiai neturi fenotipinių pasekmių
 Retais atvejais jos gali sukelti padėties pasikeitimo
pasekmes
 Paprastos translokacijos genetinę medžiagą
perneša tik viena kryptimi
 Jos taip pat vadinamos nesubalansuotomis
translokacijomis
Translokacijos

31. 7-31
 Pavyzdys: šeiminis Dauno (Down) sindromas
 Didesnioji 21-os chromosomos dalis yra
prisitvirtinusi prie 14-os chromosomos
 Individas turi tris kopijas genų, esančių 21-oje
chromosomoje
 Todėl jam būdingi Dauno sindromo bruožai

32. 7-32
 Šeiminis Dauno sindromas yra Robertsono
translokacijos pavyzdys
 Ši translokacija susiformuoja taip
 Trūkiai įvyksta dviejų nehomologinių akrocentrinių
chromosomų pačiuose galuose
 Maži acentriniai fragmentai pametami
 Didesnieji fragmentai susilieja centromerinėmis sritimis,
sudarydami vieną chromosomą
 Šio tipo translokacijos dažniausiai sutinkamos
žmogaus organizme
 Nesubalansuotos translokacijos dažniausiai sukelia
sunkias fenotipines pasekmes ar net letalumą

33.  Chromosomos persitvarkymas gali paveikti geno
veiklą dėl to, kad trūkis įvyksta geno viduje
 Kai kuriais atvejais genas lieka nepaliestas, tačiau jo
ekspresija pakinta dėl jo naujos padėties
 Tai vadinama padėties efektu
 Padėties efektas pasireiškia dėl dviejų dažniausių
priežasčių:
 1. Geno persikraustymo prie kitų reguliacinių sričių
 2. Geno persikraustymo į heterochromatininę
chromosomos sritį
Chromosomų struktūros pokyčiai
gali veikti genų ekspresiją
7-33

34. 7-34
Reguliacinės sekos
dažnai yra dvikryptės
a) Padėties efektas dėl reguliacinių sekų
b) Padėties efektas dėl translokacijos į heterochromatininę sritį

35.  Chromosomų skaičius gali kisti dviem
pagrindiniais būdais
 Euploidija

Ištisų chromosomų rinkinių kiekio kitimas
 Aneuploidija

Chromosomų rinkinio pavienių chromosomų skaičiaus kitimai
 Euploidinis kintamumas retkarčiais aptinkamas tarp
gyvūnų ir dažnai – tarp augalų
 Aneuploidinis kintamumas sukelia įvairius
nenormalumus
7.3 Chromosomų skaičiaus
kintamumas
7-35

36. 7-36
Poliploidiniai organizmai
turi tris ar daugiau
chromosomų rinkinius
Individas vadinamas
trisomiku
Individas vadinamas
monosomiku

37. 7-37
 Kiekvienos eukariotų rūšies fenotipas priklauso nuo
tūkstančių skirtingų genų
 Šių genų ekspresija yra sudėtingai koordinuojama tam, kad
išsivystytų fenotipiškai normalus individas
 Aneuploidija dažniausiai sukelia nenormalų fenotipą
 Tai įvyksta dėl genų produktų kiekio disbalanso
Aneuploidija

38. 7-38
Daugeliu atveju tokie
pokyčiai yra žalingi. Jie
sukuria individus,
kuriems tikimybė
išgyventi yra mažesnė
nei euploidiniams
individams

39. 7-39
 Visais 12 galimų trisomijų
atvejais formavosi dėžutės
(išdžiūvę vaisiai), kurių
fenotipai skyrėsi
 Be to, aneuploidiniai augalai
pasižymėjo ir kitomis
morfologinėmis ypatybėmis

Tarp jų buvo ir žalingų požymių
Aneuploidija
Žalingas aneuploidijos
poveikis pirmą kartą buvo
nustatytas, tiriant paprastąją
durnaropę Datura
stramonium

40. 7-40
Silpni augalai, su
artimai išsidėsčiusiais
ir susipynusiais lapais

41. 7-41
 Chromosomų skaičiaus pokyčiai gana dažnai įvyksta
formuojantis gametoms
 Maždaug 5-10% visų žmogaus embrionų turi nenormalų
chromosomų skaičių
 ~ 50% visų spontaninių abortų yra dėl šios anomalijos
 Kai kuriais atvejais chromosomų skaičiaus pokyčiai
nėra letalūs ir embrionai išgyvena. Tačiau tai visada
susiję su didesnio ar mažesnio laipsnio vystymosi
sutrikimais ir patologija
Aneuploidija

42. Žmogaus sindromai, susiję su aneuploidijomis
Stovis Dažnis Sindromas Ypatybės
Autosomų anomalijos
Trisomija 21 1/800 Dauno Protinis atsilikimas, nenormali dermatoglifika,
siauros akys, plokščias veidas, žemas ūgis
Trisomija 18 1/6000 Edvardo Protiniai ir fiziniai defektai, veido anomalijos,
aukštas raumenų tonusas, ankstyva mirtis
Trisomija 13 1/15000 Patau Protiniai ir fiziniai defektai, daugybinės vidaus
organų pažaidos, didelė trikampė nosis, ankstyva
mirtis
Lytinių chromosomų anomalijos
XXY 1/1000 (v) Klainfelterio Nevaisingumas, krūtinės pabrinkimas, elgsenos
anomalijos
XYY 1/1000 (v) Jakobso Aukštas ūgis, elgsenos anomalijos
XXX 1/1500 (m) Trigubos X Aukštos ir kūdos, nereguliarios menstruacijos,
didesnis psichinių ligų dažnis
X0 1/5000 (m) Ternerio Žemas ūgis, klostuostas kaklas, lytinis
neišsivystymas, lengvas protinis atsilikimas
7-42

43. 7-43
 Autosomų aneuploidijos, leidžiančios embrionui
išgyventi, yra 13, 18 ir 21chromosomų trisomijos
 Šios chromosomos yra santykinai mažos ir turi daug
heterochromatino
 Lytinių chromosomų aneuploidijos sukelia mažiau
sunkias pasekmes negu autosomų aneuploidijos
 Tai galima paaiškinti X chromosomos inaktyvacija
 Todėl fenotipinės pasekmės gali atsirasti dėl

1. X chromosomoje esančių genų ekspresija iki X chromosomos
inaktyvacijos embrione

2. Pseudoautosominių genų ekspresijos disbalansu

44. 7-44
 Kai kurių žmogaus aneuploidijų dažnis priklauso nuo
tėvų amžiaus
 Vyresni tėvai dažniau susilaukia nenormalių palikuonių
 Pavyzdys: Dauno sindromas (21 chr. trisomija)

Dažnis ypač priklauso nuo motinos amžiaus

45. 7-45
 Dauguma gyvūnų rūšių yra diploidinės
 Daugeliu atveju euploidiškumo pokyčiai nėra
toleruojami
 Gyvūnams poliploidija dažniausiai yra letali
 Tačiau kai kurie euploidijos variantai yra natūraliai
sutinkami gamtoje
 Bičių patelės yra diploidinės
 Bičių patinai (tranai) yra monoploidai

Jie turi tiktai vieną chromosomų rinkinį
Euploidija (gyvūnai)

46.  Gamtoje aptikta tiktai keletas poliploidinių
stuburinių rūšių
Hyla chrysocelis (2n) Hyla versicolor (4n)
7-46

47. 7-47
 Tačiau daugelio gyvūnų organizme yra audinių,
kuriuose chromosomų rinkinių skaičius varijuoja
natūraliai
 Diploidiniai gyvūnai kartais turi poliploidinių audinių
 Šis reiškinys vadinamas endopoliploidija

Pavyzdžiui, kepenų ląstelės gali būti triploidinės, tetraploidinės ar
net oktoploidinės (8n)
 Vabzdžių politeninės chromosomos yra geras
natūralaus ploidiškumo kitimo pavyzdys
Euploidija (gyvūnai)

48. 7-48
 Dažniausiai susidaro drozofilos ir kitų vabzdžių seilių
liaukose
 Chromosomos keletą kartų replikuojasi, tačiau
ląstelės nesidalija
 Drozofilos seilių liaukų chromosomų poros dvigubėja
maždaug 9 kartus (29
= 512)
 Šie dvigubėjimai sudaro paraleliai išsidėsčiusių
chromosomų ryšulius
 Tokios chromosomos vadinamos politeninėmis
Politeninės chromosomos

49. 7-49
Kiekviena chromosoma prisitvirtina prie
chromocentro šalia savo centromeros
Kartotinė chromosomų replikacija sukuria
politenines chromosomas
Politetinių chromosomų susidarymas
Iš normalių drozofilos chromosomų
Kiekvieną politeninės
chromosomos petį
sudaro šimtai
lygiagrečiai išsidėsčiusių
chromosomų
Chromocentras
Centrinis taškas, kur agreguoja
visos chromosomos

50. 7-50
 Politetines chromosomas nesunku tirti mikroskopu dėl
jų ypatingo dydžio
 Jos yra tokios didelės, kad gali būti tiriamos interfazėje
 Politeninėms chromosomoms būdingas specifinis
ruožuotumas
 Kiekvienas tamsus ruožas vadinamas chromomera

Tamsaus ruožo DNR yra kompaktiškesnė, nei esanti tarpruožyje

Drozofilos politeninėse chromosomose rasta apie 5000 ruožų
Politeninių chromosomų tyrimai padėjo išsiaiškinti
daugelį procesų, vykstančių chromosomose
interfazėje

51. 7-51
 Priešingai nei gyvūnų, augalų poliploidija yra
būdingas reiškinys
 30-35% visų paparčių ir žydinčių augalų yra poliploidai
 Dauguma maistui vartojamų vaisių ir grūdų taip pat yra
poliploidiniai
 Gana dažnai poliploidiniai augalai pasižymi geromis
agrokultūrinėmis ypatybėmis
 Jie būna didesni ir atsparesni aplinkos poveikiui
Euploidija (augalai)
Diploidinės petunijos Tetraploidinės petunijos

52. 7-52
 Poliploidai, turintys nelyginį chromosomų rinkinių
skaičių, paprastai būna sterilūs
 Šių augalų gametos dažnai yra aneuploidinės

Pavyzdys: Triploidiniame organizme trys homologinės
chromosomos anafazės I metu netolygiai pasiskirsto tarp dukterinių
ląstelių
Kiekviena ląstelė
gauna po vieną kai
kurių chromosomų
kopiją
ir po dvi kitų
chromosomų kopijas

53. 7-53
 Sterilumas paprastai yra žalingas požymis
 Tačiau jis gali būti agrokultūriškai naudingas, nes
gali sukurti
 1. Besėklius vaisius

Besėkliai arbūzai ir bananai
 Triploidinės veislės

Dauginami nelytiniu keliu ūgliais
 2. Besėkles gėles

Triploidinės veislės

54. Mitozės anomalijos
 Genetinės anomalijos, įvykusios po apvaisinimo,
sukuria mozaicizmą
 Dalis organizmo turi ląsteles, kurios genetiškai skiriasi nuo
likusios dalies ląstelių
 Mozaikinės srities dydis ir padėtis priklauso nuo to,
kuriuo embrioninio vystymosi metu susidarė
anomalija
 Kraštutiniu atveju anomalija gali įvykti pirmojo mitozinio
dalijimosi metu
7-54

55.  Apvaisintas drozofilos kiaušinis turi dvi X chromosomas (XX)
 Viena X chromosoma pametama pirmojo mitozinio dalijimosi metu

Tai sukuria XX ir X0 ląsteles
7-55
Iš ląstelės XX vystosi
moteriška drozofilos pusė
Iš ląstelės X0 vystosi
vyriška drozofilos pusė
 Šis ypatingas ir retas individas yra vadinamas bilateraliniu
ginandromorfu

56. Tarprūšiniai hibridai
 Pilnas neišsiskyrimas gali sukurti individus su
papildomais chromosomų rinkiniais
 Tai vadinama autopoliploidija
7-56
Autopoliploidija

57. Tarprūšiniai hibridai
 Daug dažnesnis chromosomų rinkinių skaičiaus
kitimo mechanizmas yra aloploidija
 Ji atsiranda dėl tarprūšinės hibridizacijos
7-57
Aloploidija

58.  Alodiploidai turi vieną chromosomų rinkinį, sudarytą
iš susikryžminusių rūšių chromosomų
7-58
 Pavyzdys yra dviejų antilopių
(Hippotragus equinus ir
Hippotragus niger) hibridas

Šios dvi artimos rūšys turi vienodą
chromosomų skaičių, kurios, be to,
yra panašaus dydžio ir ruožuotumo

Evoliuciškai susijusios dviejų
skirtingų rūšių chromosomos
vadinamos homeologinėmis

Šis alodiploidas yra fertilus, nes
homeologinės chromosomos gali
sudaryti sinapses mejozės metu

59.  Alopoliploidai susiformuoja įvykus autopoliploidijai ir
aloploidijai
 Pavyzdžiai: Raphanobrasicca, Triticale, Gossipium var.
americana
7-59
Alotetraploidas:
turi du pilnus
chromosomų
rinkinius, gautus
iš skirtingų rūšių
Alopoliploidija

60.  Taškinė mutacija yra vienos bazių poros pokytis
 Tai gali būti bazių pakaitos
7-60
5’ AACGCTAGATC 3’
3’ TTGCGATCTAG 5’
5’ AACGCGAGATC 3’
3’ TTGCGCTCTAG 5’
 Tranzicija yra pirimidino (C, T) pakeitimas kitu pirimidinu
arba purino (A, G) pakeitimas kitu purinu
 Transversija yra pirimidino pakeitimas purinu ir
atvirkščiai
 Tranzicijos aptinkamos dažniau už transversijas
7.4 GENŲ MUTACIJOS
Genų mutacijos keičia DNR sekas

61.  Taškinės mutacijos taip pat susiformuoja dėl trumpų
DNR sekų insercijų (intarpų) ar delecijų (iškritų)
Genų mutacijos keičia DNR sekas
7-61
5’ AACGCTAGATC 3’
3’ TTGCGATCTAG 5’
5’ AACGCGC 3’
3’ TTGCGCG 5’
5’ AACGCTAGATC 3’
3’ TTGCGATCTAG 5’
5’ AACAGTCGCTAGATC 3’
3’ TTGTCAGCGATCTAG 5’
Keturių bazių porų delecija
Keturių bazių porų insercija

62.  Mutacijos, įvykusios struktūrinio geno koduojančioje
srityje, gali turėti įvairias pasekmes polipeptidui
 Tylinčios mutacijos yra tokios bazių pakaitos, kurios
nepakeičia aminorūgščių sekos polipeptide

Tai vyksta dėl genetinio kodo išsigimimo
 Misens mutacijos yra tos bazių pakaitos, kurios pakeičia
aminorūgščių seką polipeptide

Pavyzdys: Siklemija

Jei pakeista aminorūgštis pasižymi panašiomis savybėmis, kaip ir
ankstesnioji, tai tokia mutacija vadinama neutralia
Genų mutacijos gali pakeisti
koduojančias geno sekas
7-62

63. Misens mutacija sukelia siklemiją
 Siklemiją sukelia taškinė mutacija, dėl kurios β globino
polipeptide glutamo rūgštis pakeičiama valinu
a) Normalūs eritrocitai b) Siklemija sergančio žmogaus eritrocitai
7-63

64.  Mutacijos, įvykusios struktūrinio geno koduojančioje
srityje, gali turėti įvairias pasekmes polipeptidui
Genų mutacijos gali pakeisti
koduojančias geno sekas
7-64
 Nonsens mutacijos keičia normalų kodoną į terminalinį
kodoną
 Rėmėlio poslinkio (frameshift) mutacijos atsiranda dėl
vienos bazės ar kartotinio dviems bazių skaičiaus
insercijos ar delecijos

Tai pakeičia skaitymo rėmelį taip, kad pasroviui nuo mutacijos
susiformuoja visiškai skirtinga aminorūgščių seka

65. 7-65
Taškinių mutacijų, įvykusių koduojančiose
sekose, pasekmės
Mutacijos
tipas
Mutacija
DNR
Pavyzdys
Nėra
Tylinti
Misens
Nonsens
Rėmelio
poslinkio
Nėra
Bazių pakaita
Bazių pakaita
Bazių pakaita
Insercija

66.  Gamtinėse populiacijose dažniausiai sutinkamas
genotipas vadinamas laukinio tipo genotipu
 Tiesioginė mutacija keičia laukinio tipo genotipą į
naują
 Jei mutacija naudinga, naujas genotipas gali būti
išsaugotas evoliucijos
 Priešingu atveju mutacija greičiausiai bus pašalinta iš
populiacijos
 Grįžtamoji mutacija turi priešingą poveikį
 Ji taip pat vadinama reversija
Genų mutacijos ir jų pasekmės
genotipui ir fenotipui
7-66

67.  Mutavę individai dažnai skiriasi savo sugebėjimu
išgyventi
 Žalingos mutacijos sumažina išgyvenimo tikimybę

Kraštutinis atvejis yra letalios mutacijos
 Naudingos mutacijos sustiprina organizmo išgyvenamumą
arba jo reprodukcinę sėkmę
 Kai kurios mutacijos yra vadinamos sąlyginėmis
 Jos veikia fenotipą tik esant tam tikroms sąlygoms
 Pavyzdžiui, temperatūrai jautrūs mutantai
7-67
Genų mutacijos ir jų pasekmės
genotipui ir fenotipui

68.  Įvykusi antroji mutacija kartais turi įtakos pirmosios
mutacijos fenotipinei ekspresijai
 Šios mutacijos vadinamos supresinėmis
mutacijomis arba tiesiog supresoriais
 Supresoriai skirstomi į dvi grupes
 Intrageniniai supresoriai

Antrosios mutacijos vieta yra tame pačiame gene (tačiau ne toje
pačioje vietoje!), kur įvyko pirmoji mutacija
 Intergeniniai supresoriai

Antrosios mutacijos vieta yra kitame gene
7-68
Genų mutacijos ir jų pasekmės
genotipui ir fenotipui

69. 7-69
Normalu Mutacija Intergeninė supresija

70.  Mutacijos nekoduojančiose sekose taip pat gali
paveikti genų ekspresiją
 Mutacija gali pakeisti promotoriaus seką

Mutacijos “į promotorių” padaro promotorių panašesnį į konsenso
seką
 Tai gali sustiprinti transkripciją

Mutacijos “nuo promotoriaus” mažina promotoriaus sekos
panašumą į konsenso seką
 Tai gali susilpninti transkripciją
 Mutacijos taip pat gali pakeisti splaisingo vietas eukariotų
genuose
Genų mutacijos nekoduojančiose
sekose
7-70

71.  Keletas žmogaus genetinių ligų atsiranda dėl
neįprasto mutacijų tipo, vadinamo trinukleotidų
kartotinių sekų ekspansija (TNRE)
 Dėl šio reiškinio ilgis sekų, sudarytų iš pasikartojančių 3
nukleotidų, gali keistis iš kartos į kartą
 Dėl trinukleotidų ekspansijos atsiranda tokios
žmogaus ligos kaip:
 Hantingtono liga
 Martino-Belo sindromas (lūžiosios X sindromas;FRAXA)
 Miotoninė raumenų distrofija
Mutacijos dėl kartotinių
trinukleotidų sekų
7-71

72.  Kai kurios chromosomų sritys turi trinukleotidines
sekas, išsidėsčiusias tandemiškai
 Sveiki individai perduoda nepakitusio ilgio sekas savo
palikuonims
 Individų, sergančių trinuleotidų ekspansijos ligomis, sekų
ilgis viršija tam tikrą kritinę ribą

Jos taip pat gali lengvai pailgėti dar labiau

Tipiškas pavyzdys yra trinukleotido CAG ekspansija
7-72
CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG
CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG
n = 11
n = 18
Mutacijos dėl kartotinių
trinukleotidų sekų

73.  Kai kada ekspansija vyksta koduojančioje geno
sekoje (Hantingtono liga)
 Dažniausiai tai būna trinukleotidas CAG (glutaminas)
 Todėl koduojamas baltymas turi ilgas glutamino sekas

Tai priverčia baltymus agreguoti

Agregacijos laipsnis koreliuoja su ligos sunkumu
 Kitais atvejais ekspansija vyksta nekoduojančiose
geno srityse (Martino-Belo sindromas)
 Tai sukelia DNR struktūros pokyčius

Dėl šių pokyčių atsiranda ligos simptomai
7-73
Mutacijos dėl kartotinių
trinukleotidų sekų

74.  Trinukleotidų ekspansijos ligos pasižymi dviem
neįprastomis savybėmis
 1. Šios ligos sunkumas progresuoja iš kartos į kartą

Šis reiškinys vadinamas anticipacija
 2. Ligos sunkumas priklauso nuo to, kuris iš tėvų perdavė
trinukleotidinių pasikartojimų seką

Hantingtono ligos tikimybė didesnė, jei ji paveldima tėvo linija

Miotoninės raumenų distrofijos tikimybė didesnė, jei paveldima
motinos linija
7-74
Mutacijos dėl kartotinių
trinukleotidų sekų

75. Lūžios X chromosomos FMR1 geno
transkripcija
 Premutacija virsta mutacija, bręstant moteriškoms lytinėms
ląstelėms. Ji pasireiškia tik premutaciją turinčių moterų sūnums
 Ilgesni nei 200 CGG pasikartojimų ilgio DNR fragmentai yra metilinami.
Jei organizme dėl kokių nors priežasčių yra sutrikęs metilinimas,
Martino-Belo sindromas nepasireiškia
 Geno FMR1 produktas baltymas FMRP nebesintetinamas
 FMRP dalyvauja pernešant mRNR į poliribosomas dendrituose, todėl jo
trūkumas sukelia neuronų funkcionavimo sutrikimus
7-75

76.  Oganizmų ląstelės gali būti dviejų tipų:
 Generatyvinės ląstelės

Iš jų vystosi gametos, tokios kaip kiaušialąstė ir spermatozoidai
 Somatinės ląstelės

Visos likusios ląstelės
 Generatyvinės mutacijos tiesiogiai įvyksta kiaušialąstėse
ar spermatozoiduose arba šių lytinių ląstelių pirmtakuose
 Somatinės mutacijos tiesiogiai įvyksta somatinėse
ląstelėse arba jų pirmtakuose
Mutacijos gali vykti lytinėse arba
somatinėse ląstelėse
7-76

77. 7-77
Mutacija gali būti
perduota sekančioms
kartoms
Dėmės dydis priklauso nuo
mutacijos atsiradimo laiko
Kuo anksčiau įvyko
mutacija, tuo didesnė dėmė
Mutacija negali būti
perduota sekančioms
kartoms
a) Generatyvinė mutacija b) Somatinė mutacija

78.  Individai, turintys genotipiškai skirtingas somatines
sritis yra vadinami genetinėmis mozaikomis
7-78

79.  Mutacijos gali atsirasti spontaniškai arba būti
indukuotos
 Spontaninės mutacijos
 Atsiranda dėl ląstelinių ar biologinių procesų sutrikimo

Pavyzdžiui, DNR replikacijos klaidos
 Indukuotos mutacijos
 Sukelia aplinkos veiksniai
 Veiksniai, galintys pakeisti DNR struktūrą, yra vadinami
mutagenais

Tai gali būti biologiniai, cheminiai arba fiziniai veiksniai
7.4 MUTACIJŲ ATSIRADIMAS IR
PRIEŽASTYS
7-79

80. Mutacijų priežastys
7-80
Mutacijų priežastys Aprašymas
Spontaninės mutacijos
Nenormali rekombinacija Nenormalus krosingoveris gali sukelti delecijas, duplikacijas, translokacijas ir
inversijas
Nenormali segregacija Nenormali segregacija gali sukelti aneuploidiją ir poliploidiją
DNR replikacijos klaidos DNR polimerazės klaidos gali sukelti taškines mutacijas
Toksiški metabolizmo
produktai
Normalių metabolizmo procesų galutiniai arba tarpiniai produktai gali būti
chemiškai aktyvūs junginiai, pažeidžiantys DNR struktūrą
Transpozabilūs elementai Gali įsiterpti į geną ir sutrikdyti jo veiklą
Depurininimas Retkarčiais gali nutrūkti ryšys tarp purino ir dezoksiribozės
Deamininimas Citozinas ir 5-metilcitozinas gali būti deamininami ir virsti į uracilą ar timiną
Tautomeriniai virsmai Spontaniniai bazių struktūros pokyčiai gali sukelti mutacijas, jei jie įvyksta prieš
pat DNR replikaciją
Indukuotos mutacijos
Cheminiai veiksniai Cheminės medžiagos gali pakeisti DNR struktūrą
Fiziniai veiksniai UV šviesa ir rentgeno spinduliai gali pažeisti DNR struktūrą

81.  Mutavimo greitis yra tikimybė, kad gene įvyks nauja
mutacija
 Jo dažniausia išraiška yra naujų mutacijų skaičius, įvykęs
tiriamame gene per vieną generaciją
 Mutavimo greičio skaitinė išraiška paprastai būna nuo 10-5
iki 10-9
per vieną generaciją
 Tiriamojo geno mutavimo greitis nėra pastovus dydis
 Jis gali padidėti, jei aplinkoje yra mutagenų
 Skirtingų rūšių ar net skirtingų tos pačios rūšies linijų
mutavimo greitis gali gana žymiai skirtis
Mutavimo greitis ir mutacijų dažnis
7-81

82.  Net to paties individo skirtingų genų mutavimo
greitis gali būti skirtingas
 Kai kurie genai yra didesni už kitus

Tai padidina mutacijos tikimybę
 Kai kurie genai yra taip išsidėstę chromosomose, kad
tampa jautresni mutacijoms

Jie yra vadinami karštaisiais taškais (hot spots)
 Karštieji taškai taip pat gali būti randami ir geno viduje

Gene aptinkamos tam tikros sritys, kuriose mutacijos vyksta
žymiai dažniau, nei kitose srityse
Mutavimo greitis ir mutacijų dažnis
7-82

83. 7-83
Daug mutacijų vyksta
tiksliai toje pačioje geno
vietoje

84.  Geno mutacijų dažnis yra nustatomas mutavusių
genų skaičių padalinus iš bendro genų skaičiaus
populiacijoje
 Jei 1 milijonas bakterijų buvo išsėta ir tarp jų nustatyta 10
mutantų, tada

mutacijų dažnis yra 1 iš 100,000 arba 10-5
 Mutacijų dažnis priklauso ne tik nuo mutavimo greičio,
bet ir nuo

Mutacijų pasireiškimo laiko

Tikimybės, kad mutacija bus perduota sekančioms kartoms
Mutavimo greitis ir mutacijų dažnis
7-84

85.  Spontaninės mutacijos atsiranda dėl trijų tipų
cheminių pokyčių
 1. Depurininimo
 2. Deamininimo
 3. Tautomerinių virsmų
Spontaninių mutacijų priežastys
7-85
Dažniausias pokytis

86.  Depurininimas yra purinų (guanino ir adenino)
pašalinimas iš DNR
 Kovalentinės jungtys tarp dezoksiribozės ir purino yra kiek
nestabilios

Kartais įvyksta spontaninė reakcija su vandeniu, dėl kurios bazė
atkabinama nuo cukraus
 Susidaro apurininis saitas (vieta)
 Apurininiai saitai gali būti reparuojami

Tačiau jei reparacijos sitema nesuveikia, vykstant replikacijai gali
susidaryti mutacija
7-86
Spontaninių mutacijų priežastys

87. 7-87
Spontaninis depurininimas
a) Depurininimas
b) Apurininio saito replikacija
Depurininimas Apurininis saitas
DNR replikacija
X gali būti
A, T, G ar C
Trys iš keturių (A, T ir G) yra
neteisingi nukleotidai
Todėl mutacijos tikimybė
yra 75%

88.  Deamininimas yra aminogrupės pašalinimas iš
citozino
 Kitos bazės nėra lengvai deamininamos
7-88
 DNR reparacijos fermentai gali atpažinti uracilą kaip
netinkamą DNR bazę ir jį pašalinti
 Tačiau jei reparacijos sitema nesuveikia, po replikacijos į vyksta
mutacija, kurios metu C-G virsta į A-T
Citozino deamininimas

89.  Taip pat gali vykti 5-metilcitozino deamininimas
7-89
 Timinas yra normalus DNR komponentas
 Tai sukelia problemų reparacijos fermentams
 Jie negali nustatyti, kuri iš dviejų bazių, esančių dviejose DNR
grandinėse, yra klaidinga
 Todėl metilintas citozinas yra mutacijų atsiradimo karštasis
taškas
5-metilcitozino deamininimas

90.  Tautomeriniai virsmai yra laikinas bazių struktūros
pokytis
 Įprastinė, stabili timino ir guanino yra ketoninė forma

Nedidelis T ir G bazių kiekis gali virsti enoline forma
 Įprastinė, stabili adenino ir citozino yra amino forma

Nedidelis A ir C bazių kiekis gali virsti imino forma
 Šios retos formos skatina AC ir GT bazių porų
susidarymą
 Tautomeriniai virsmai sukelia mutacijas tada, kai
įvyksta prieš pat DNR replikaciją
7-90

91. 7-91
RetaĮprasta

92. 7-92
Klaidingas bazių poravimasis dėl tautomerinių virsmų

93. 7-93
Laikinas
tautomerinis
virsmas
Grįžęs atgal į
normalią formą
Tautomeriniai virsmai ir replikacija sukelia mutacijas
Iki replikacijos
vyksta adenino
tautomerinis
virsmas
Poravimosi
klaida
Vyksta antroji
DNR
replikacija
DNR molekulės, randamos
4 dukterinėse ląstelėse
Mutacija

94.  Daugelis veiksnių gali veikti kaip mutagenai, negrįžtamai
pakeičiantys DNR struktūrą
 Mutagenai kelia problemų dėl dviejų pagrindinių priežasčių:
 1. Mutagenai dažnai dalyvauja išsivystant žmogaus
onkologinėms ligoms
 2. Mutagenai gali sukelti genų mutacijas, kurios gali būti žalingos
sekančioms organizmų kartoms
 Mutageniški veiksniai dažnai klasifikuojami kaip cheminiai
arba fiziniai mutagenai
 Kai kurie biologiniai veiksniai taip pat gali sukelti mutacijas
7-94
Mutagenų tipai

95. Mutagenų pavyzdžiai
7-95
Mutagenai Poveikis DNR struktūrai
Cheminiai mutagenai
Nitritinė rūgštis Deaminina bazes
Hidroksilaminas Hidroksilina citoziną
Azoto ipritas Alkilina bazes
Etilmetansulfonatas Alkilina bazes
Proflavinas Įsiterpia (interkaliuoja) į DNR grandinę
5-bromuracilas Bazės analogas (įsijungia į DNR vietoje timino)
2-aminopurinas Bazės analogas (įsijungia į DNR vietoje purino)
Fiziniai mutagenai
UV šviesa Skatina timino dimerų susiformavimą
Rentgeno spinduliai Sukelia bazių iškritas, DNR grandinių trūkius, sąsiuvas ir chromosomų trūkius

96.  Cheminiai mutagenai skirstomi į tris pagrindines
grupes
 1. Bazių modifikatoriai
 2. Bazių analogai
 3. Interkaliuojantys junginiai
7-96
Mutagenai pažeidžia DNR
struktūrą skirtingais būdais

97.  Bazių modifikatoriai kovalentiškai modifikuoja
nukleotido struktūrą
 Pavyzdžiui, nitritinė rūgštis pakeičia amino grupes keto
grupėmis (–NH2 į =O)
 Tai gali paversti citoziną į uracilą, o adeniną į hipoksantiną

Tokios modifikuotos bazės poruojasi su kitokiais nukleotidais, nei
nemodifikuotos
 Kai kurie cheminiai mutagenai suardo taisyklingas poras
alkilindami bazes, esančias DNR struktūroje

Pavyzdžiai: Azoto ipritas ir etilmetansulfonatas (EMS)
7-97

98. 7-98
Šis klaidingas poravimasis
gali sukelti mutacijas naujose
grandinėse po replikacijos
Modifikuotų bazių netaisyklingas poravimasis
Matricinė grandinė Po replikacijos

99.  Interkaliuojantys junginiai turi plokščias planarines
struktūras, kurios geba įsiterpti į dvigubą DNR
spiralę
 Tai pažeidžia spiralės struktūrą
 Kai DNR, turinti šiuos įsiterpusius mutagenus,
replikuojasi, dukterinėje grandinėje gali susidaryti vieno
nukleotido intarpai arba iškritos
 Pavyzdžiai:

Akridino dažai

Proflavinas
7-99

100.  Bazių analogai įsijungia į dukterinę DNR grandinę
replikacijos metu
 Pavyzdžiui, 5-bromuracilas yra timino analogas
 Jis gali būti įjungtas į DNR vietoje timino
7-100
Normali pora
Šis tautomerinis
virsmas vyksta gana
dažnai
Klaidingas
poravimasis
5-BU poravimasis su adeninu arba guaninu

101. 7-101
5-bromuracilas gali paskatinti AT
bazių porą virsti GC bazių pora
Mutacijų susidarymas replikacijos metu dėl įjungiamo 5-bromuracilo

102.  Fiziniai mutagenai būna dviejų pagrindinių tipų
 1. Jonizuojanti radiacija
 2. Nejonizuojanti radiacija
 Jonizuojanti radiacija
 Rentgeno ir gama spinduliai
 Pasižymi trumpu bangos ilgiu ir didele energija
 Gali gilia įsiskverbti į biologines molekules
 Sukuria chemiškai aktyvias molekules, vadinamas laisvaisiais
radikalais
 Gali sukelti

Bazių delecijas

DNR grandinių trūkius

Sąsiuvas

Chromosomų trūkius
7-102

103. 7-103
 Nejonizuojanti radiacija
 UV šviesa
 Turi mažiau energijos
 Negali giliai prasiskverbti į
biologines molekules
 Formuoja susiūtus timino
dimerus
 Timino dimerai gali sukelti
mutacijas kai vyksta DNR
replikacija

104.  Mutageniškumui įvertinti yra naudojama daug
įvairių testų
 Vienas dažniausiai naudojamų yra Eimso testas
 Metodą sukūrė Briusas Eimsas (Bruce Ames)
 Naudojamas Salmonella typhimurium kamienas, nesugebantis
sintetinti histidino
 Šios bakterijos turi mutaciją gene, dalyvaujančiame histidino
biosintezėje. Todėl jos negali augti mitybinėje terpėje, kurioje nėra
histidino
 Įvykusi kita mutacija (t.y. reversija) atstato gebėjimą sintetinti
histidiną. Tokios bakterijos sugeba augti terpėje be histidino
 Eimso testu nustatomas mutantų kiekis, susiformavęs Petri
lėkštelėje, kurioje auga paveiktos tiriamąja medžiaga bakterijos
7-104
Tyrimai gali nustatyti, ar medžiaga
yra mutagenas

105. 7-105
Eimso mutageniškumo tyrimo testas
Fermentų,
galinčių
metabolizuoti
mutageną, šaltinis
Kontrolinė
lėkštelė rodo, kad
spontaninių
mutacijų dažnis
yra žemasDidelis kolonijų kiekis
rodo, kad tiriama medžiaga
gali būti mutagenas

106. 7-106