Promjene genetičkog materijala Flashcards
koje su vrste promjena genetičkog materijala i prema čemu se dijele?
podjela na temelju mehanizma koji je odgovoran za nastanak promjene
⚫ prerasporedi genetičkog materijala
• nove kombinacije postojećih sljedova nukleotida
• genetička rekombinacija
⚫ mutacije
• de novo promjene redoslijeda nukleotida
• u pravilu ne nastaju reorganizacijom i rekombinacijom postojećih sljedova nukleotida
međutim, mutacijom se često naziva svaka promjena genetičkog materijala bilo na razini jednog ili više nukleotida, cijelog kromosoma ili cjelokupnog genoma bez obzira na mehanizam nastanka genetičke promjene
Što su epigenetičke promjene?
Nasljedne, reverzibilne promjene fenotipa koje nisu posljedica promjene redoslijeda nukleotida – epigenetika
Što se popravlja kod DNA?
Mutacija se ne popravlja! Popravlja se oštećenje!
Razlika između oštećenja i mutacija?
oštećenje DNA
⚫ jednolančani lom
• pucanje fosfodiesterske veze u jednom lancu DNA
⚫ dvolančani lom
• pucanje fosfodiesterske veze relativno blizu u oba lanca DNA
⚫ AP-mjesta
• apurinska i apirimidinska mjesta, zbog pucanja N-glikozidne veze
⚫ kemijska modifikacija
• nukleinskih baza ili deoksiriboze
• kovalentno povezivanje baza . . .
mutacija
⚫ uobičajena DNA (bez oštećenja) ali promijenjen redosljed nukleotida
što su mutacije i što uzrokuju?
mutacijom se često naziva svaka promjena genetičkog materijala bilo na razini jednog ili više nukleotida, cijelog kromosoma ili cjelokupnog genoma bez obzira na mehanizam nastanka genetičke promjene
mutacije mogu uzrokovati promjenu na razini:
⚫ genoma – “genomske mutacije”
• poliploidija – promjena broja “setova” kromosoma
• aneuploidija – promjena broja pojedinačnih kromosoma
⚫ kromosoma – “kromosomske mutacije” (“kromosomske aberacije”)
• velike delecije, duplikacije, inverzije, translokacije
⚫ gena – “genske mutacije” (pogađaju pojedine gene?!?)
• insercija, delecija ili zamjena jednog (ili više) parova baza
• insercija, delecija ili zamjena jednog para baza – “točkasta mutacija
one su izvor fenotipske varijabilnost
sta je haploid
haploidni broj kromosoma
⚫ broj kromosoma u gametama
⚫ haploidna stanica ne mora uvijek biti monoploidna
šta je monoploid
monoploidi
⚫ stanice/organizmi koji imaju samo jedan set svih kromosoma, odnosno ima osnovni broj kromosoma (x)
⚫ primjer – trut se razvija iz neoplođene jajne stanice
Šta je euploid
euploidi
⚫ organizmi s uobičajenim brojem kromosoma
• npr. čovjek
• 1n = broj kromosoma u spolnim stanicama (gametama) = 23
• 2n = broj kromosoma u zigoti i somatskim stanicama = 46
objasni razliku između aneuploidije i poliploidije
poliploidi
⚫ nastaju duplikacijom cijelog seta kromosoma (odnosno svih kromosoma u
jednom setu)
⚫ imaju 3 ili više setova kromosoma; triploidi, tetraploidi, pentaploidi . . .
aneuploidi
⚫ broj kopija nekih homolognih kromosoma nije jednak ploiditetu, npr.:
• 2n-1 - monosomija (monosomična stanica)
• 2n-1-1 - stanica s dvije monosomije
• 2n-2 - nulsomija (nulsomična stanica)
• 2n+1 - trisomija (trisomična stanica)
• 2n+2 - tetrasomija (tetrasomična stanica)
• 2n+1+1 - stanica s dv
Uobičajeni broj kromosoma u somatskim stanicama nekog diploidnog organizma je 12. Što možete reći o stanici ovog organizma koja ima:
a) 7 kromosoma
b) 13 kromosoma
Objasni zaš su korisne poliploidije kod biljaka
poliploidija relativno česta i korisna
⚫ kao nastaju poliploidi?
⚫ triploidi – plodovi bez sjemenki
Diploidne biljke daju haploidne (monoploidne) gamete
⚫ Tetraploidne biljke daju diploidne gamete
Koji je Osnovni broj kromosoma (x)
Osnovni broj kromosoma (x) je broj kromosoma u monoploidnoj stanici
Kakve gamete daju triploidni organizmi?
koji su uzroci aneuploidije
pogrešna segregacija kromosoma tijekom mitoze
što su Kromosomske mutacije, uzroci,vrste i posljedice?
velike promjene u strukturi jednog ili više kromosoma
uzrok
⚫ dvolančani lomovi DNA
vrste
⚫ inverzije
⚫ delecije
⚫ insercije
⚫ translokacije
⚫ recipročne translokacije
⚫ duplikacije
posljedice
⚫ gubitak genetičke informacije (delecije)
⚫ gubitak heterozigotnosti (LOH) – ispoljavanje recesivnih mutacija
⚫ promjene u regulaciji ekspresije gena
⚫ fuzija dvaju različitih gena (pojava hibridnog proteina)
⚫ nasljedne bolesti
Što su genske mutacije i posljedice
pogađaju pojedine gene
⚫ mutacije u kodirajućoj DNA (ORF)
⚫ ali i u nekodirajućoj DNA (operatori, promotori, terminatori, introni, pseudogeni, satelitska DNA, centromere, telomere,
ishodišta replikacije . . ., odnosno bilo gdje u genomu)
⚫ zahvaćaju relativno malu (kratku, diskretnu) regiju DNA
glavni izvor genetičke varijabilnosti
mogu imati različite biološke posljedice
što je glavni izvor genetičke varijabilnosti
genske mutacije
što su točkaste mutacije, vrste i posljedice?
mutacije na razini jedog para baza
⚫ ispuštanje (delecija) jednog para baza
⚫ umetanje (insercija) jednog para baza
⚫ zamjena (supstitucija) jednog para baza drugim parom baza
mutacije supstitucije para baza
⚫ tranzicija-zamjena(supstitucija) purinske baze purinskom,pirimidinske pirimidinskom npr. AT u GC
⚫ transverzija-zamjena purinske baze pirimidinskom i pirimidinske purinskom (npr. AT u TA)
obzirom na njihove posljedice
“null” mutacija – uzrokuje potpuni gubitak funkcije proteina
⚫ “frame-shift” mutacija (insercije i delecije)
⚫ pojava STOP kodona (zbog FS mutacije ili supstitucije) – “nonsense” mutacija
“missense” mutacije – zamjena jedne aminokiseline s drugom u polipeptidnom lancu (mogu ali i ne moraju uzrokovati promjenu fenotipa)
mutacije koje ne uzrokuju promjenu fenotipa
⚫ neke “missense” mutacije (npr. konzervativna zamjena aminokiselina)
⚫ tihe (“silent”) mutacije – uzrokuju promjenu kodona u DNA ali ne i promjenu aminokiseline u polipeptidu
⚫ mutacije u nekodirajućim dijelovima genoma (ali ne sve)
uvjetne (kondicionalne) mutacije – očituju se samo u određenim okolnostima
⚫ npr. pri povišenoj temperaturi (termosenzitivni mutanti, ts-mutacije)
povratne mutacije
supresorske mutacije
što je tranzicija
točkasta mutacija
zamjena (supstitucija) purinske baze purinskom i
pirimidinske baze pirimidinskom ( npr. AT u GC)
Što je transverzija
tockasta mutacija
zamjena purinske baze pirimidinskom i pirimidinske
purinskom (npr. AT u TA)
“null” mutacija
uzrokuje potpuni gubitak funkcije proteina
⚫ “frame-shift” mutacija (insercije i delecije)
⚫ pojava STOP kodona (zbog FS mutacije ili supstitucije) – “nonsense” mutacija
“missense” mutacije
“missense” mutacije – zamjena jedne aminokiseline s drugom u polipeptidnom lancu (mogu ali i ne moraju uzrokovati promjenu fenotipa)
mutacije koje ne uzrokuju promjenu fenotipa
⚫ neke “missense” mutacije (npr. konzervativna zamjena aminokiselina)
⚫ tihe (“silent”) mutacije – uzrokuju promjenu kodona u DNA ali ne i promjenu
aminokiseline u polipeptidu
⚫ mutacije u nekodirajućim dijelovima genoma (ali ne sve)
uvjetne (kondicionalne) mutacije
uvjetne (kondicionalne) mutacije – očituju se samo u određenim okolnostima
⚫ npr. pri povišenoj temperaturi (termosenzitivni mutanti, ts-mutacije)
objasni frame shift mutacije
promjena slijeda svih aminokiselina “nizvodno” od mutacije, a može se pojaviti i STOP kodon
Objasni nonsense mutaciju
prekid sinteze polipeptidnog lanca zbog pojave STOP kodona
Objasni missense mutacije
zamjena jedne aminokiseline drugom(može ali i ne mora imati utjecaj na aktivnost proteina)
objasni Tihe mutacije
zamjena jednog kodona drugim, ali aminokiselinski sastav polipeptidnog lanca ostaje isti jer oba kodona (GAC i GAT) kodiraju za Asp
Objasni Povratne mutacije
sinonimi – retromutacija, reverzna mutacija, reverzija
⚫ stanice u kojima se dogodila takva mutacija – retromutanti, revertanti povratna mutacija poništava mutaciju jer ponovno uspostavlja redosljed nukleotida koji je postojao prije mutacije (a time uspostavlja i prvobitni fenotip stanice)
Tko su retromutanti, revertanti
stanice u kojima se dogodila retromutacija, reverzna mutacija, reverzija ili povratna mutacija
što je Supresorska mutacija i objasni vr ste
poništava (suprimira) djelovanje prethodne mutacije (uspostavlja prvobitni fenotip), ali ne uspostavlja prvobitni redoslijed nukleotida
supresorska mutacija (supresija) može biti:
⚫ intragenska supresija
• mutacija i supresor mutacije (supresorska mutacija) nalaze se u istom genu
⚫ intergenska supresija
• mutacija i supresor mutacije nalaze se u različitim genima
• mutacija u jednom genu poništava (suprimira) djelovanje mutacije nekom drugom genu
intragenska supresija
mutacija i supresor mutacije (supresorska mutacija) nalaze se u istom genu
intergenska supresija
mutacija i supresor mutacije nalaze se u različitim genima
• mutacija u jednom genu poništava (suprimira) djelovanje mutacije nekom drugom genu
Kako djeluje Intragenska supresija
Intragenska supresija nije reverzija
supresorska mutacija ponovno je uspostavila ispravan okvir čitanja pa je u novonastalom proteinu samo jedna amnokeislina zamijenjena drugom, a to
ne mora utjecati na aktivnost proteina
- supresija može biti i djelomična (nepotpuna)
objasni vrste Intergenske supresorske mutacije
infromacijske supresorske mutacije
⚫ neposredna (direktna) supresija nonsense ili missense mutacija
⚫ supresorska mutacija u genu za neku tRNA
• supresija mutacije koja je uzrokovala pojavu STOP kodona ili zamjenu jedne aminokiseline drugom koja uzrokuje promjenu antikodona
funkcionalne supresorske mutacije
⚫ posredna (indirektna) supresija
• supresorska mutacija utječe na količinu proteina (mutacije u promotoru, transkripcijskim faktorima . . )
• supresorska mutacija ponovno omogućava interakciju dvaju proteina
• supresorska mutacija omogućava ponovnu interakciju proteina i DNA (jedna mutacija u regulatirnom proteinu, a druga u operatoru) - oba
gena/proteina/sekvencije uključene u isti proces
• proteini uključeni u različite procese (npr. mutacija u genu za laktoza permeazu koja omogućava transport maltoze)
infromacijske supresorske mutacije
neposredna (direktna) supresija nonsense ili missense mutacija
⚫ supresorska mutacija u genu za neku tRNA
• supresija mutacije koja je uzrokovala pojavu STOP kodona ili zamjenu jedne aminokiseline drugom koja uzrokuje promjenu antikodona
funkcionalne supresorske mutacije
posredna (indirektna) supresija
• supresorska mutacija utječe na količinu proteina (mutacije u promotoru, transkripcijskim faktorima . . )
• supresorska mutacija ponovno omogućava interakciju dvaju proteina
• supresorska mutacija omogućava ponovnu interakciju proteina i DNA (jedna mutacija u regulatirnom proteinu, a druga u operatoru) - oba
gena/proteina/sekvencije uključene u isti proces
• proteini uključeni u različite procese (npr. mutacija u genu za laktoza permeazu koja omogućava transport maltoze)
Dominantne mutacije
Dominantne – mutacija uzrokuje pojavu novog svojstva:
⚫ primjerice pojačana ili izmijenjena aktivnost nekog enzima
recesivne mutacije
Recesivne – mutacija uzrokuje gubitak nekog svojstva
⚫ primjerice inaktivacija nekog enzima
⚫ mutacija se neće izraziti u fenotipu ako postoji drugi funkcionalni gen za isti enzim
⚫ heterozigot ima fenotip dominantnog alela (svojstva)
Koliko često se događaju mutacije?
Spontane mutacije
⚫ bez utjecaja vanjskih faktora
⚫ ovise o preciznosti replikacija DNA
⚫ učestalost oko 10-9
Učestalost mutacija može se povećati izlaganjem stanica mutagenim agensima – mutageneza
Mutatori
⚫ stanice/organizmi u kojima je povećana učestalost pojave mutacija (mutator fenotip)
⚫ imaju mutacije u genima odgovornim za „preciznost replikacije DNA” (mutator mutacije)
Mutatori što su
stanice/organizmi u kojima je povećana učestalost pojave mutacija (mutator fenotip)
⚫ imaju mutacije u genima odgovornim za „preciznost replikacije DNA” (mutator mutacije)
Koje su metode za Detekciju/otkrivanje mutacija
Molekularno-genetičke metode – Genetičko inženjerstvo
Mikrobiološka metoda – auksonografska analiza metodom repliciranja(„replica plating”)
Što je Ames-ov test i objasni ga
test za detekciju kemijskih mutagena
koriste se bakterijski sojevi, auksotrofni mutanti ovisni o histidinu
⚫ auksotrofni mutanti ovisni o histidinu – imaju točkastu mutaciju u jednom od gena potrebnih za biosintezu histidina (frame-shift mutaciju
ili zamjenu para baza)
sojevi se uzgoje u kompletnoj tekućoj podlozi do stacionarne faze rasta (2∙109 st/mL), a zatim nacjepljuju na krute hranjive podloge:
⚫ podloga bez histidina
⚫ podloga bez histidina + ispitivana kemikalija
ako na podlozi s ispitivanom tvari ima značajno više kolonija (retromutanata) ispitivana tvar je mutagena
ako tvar uzrokuje pojačanu reverziju sojeva koji imaju FS-mutaciju,
ispitivana tvar je mutagen koji uzrokuje FS-mutaciju (analogno za mutaciju
supstutucijom para baza)
Kakvi su bakterijski sojevi koji se koriste za Ames-ov test i zašto
auksotrofni mutanti ovisni o histidinu, ali neke stanice ipak izrastu na podlozi bez histidina
⚫ Jer se u tim stanicama dogodila reverzija mutacije
bakterija E. coli (TonS) i bakteriofag T1
bakterija E. coli (TonS) osjetljiva je na bakteriofag T1
⚫ ako se podloga u kojoj se nalazi bakteriofag T1 nacijepi sa:
• 100-300 bakterijskih stanica – niti jedna stanica neće formirati koloniju (fagi su inficirali i lizirali sve bakterijske stanice)
• 107
-108 stanica – na podlozi će se formirati nekoliko kolonija –nekoliko stanica postalo je rezistentno na fag T1 (postale su TonR)
zašto je proveden test fluktuacije
Da li se mutacija dogodila zbog kontakta s bakteriofagom?
Da li se te mutacije događaju i u bakterijama koje nikada nisu i nikada neće doći u kontakt s bakteriogagom T1?
objasni Test fluktuacije
(A) podjednak broj TonR kolonija
⚫ na svaku podlogu nacjepljen je podjednak broj osjetljivih stanica koje s određenom vjerojatnošću postaju rezistentne – mutacija koja je odgovorna za rezistenciju na fag nastaje zbog kontakta sa fagom
(B) različit broj TonR kolonija
⚫ mutacije se događaju prije kontakta s fagom, tijekom uzgoja u tekućoj podlozi
⚫ ako se mutacija dogodi ranije, tijekom uzgoja nastat će više rezistentnih stanica pa će na podlozi s fagom izrasti i više kolonija
⚫ mutacije se događaju bez obzira na kontakt s bakteriofagom
broj rezistentnih kolonija (TonR) na podlozi s bakteriofagom se dosta razlikuje
frekvencija (učestalost) mutacije (točnije, frekvencija mutanata) (f)
f = n/N (n – broj mutanata; N – ukupni broj stanica (108)
⚫ različita za različite pojedinačne kulture (srednja vrijednost?)
stopa mutiranja (stopa mutacije, “mutation rate”, brzina mutiranja)
⚫ vjerojatnost da se tijekom jedne diobe stanice (replikacije DNA) dogodi određena mutacija
a = m/N (m – broj mutacija; N – broj replikacija)
N = (konačni broj stanica) – (početni broj stanica)
20 pojedinačnih kultura, svaka nacjepljena s 1000 stanica i uzgajane do 108 stanica
cjelokupni sadržaj svake pojedinačne kulture nacjepljen na svoju selektivnu podlogu na kojoj mogu rasti samo mutanti
stopa mutacije (a) izračunava se iz udjela kultura u kojoima se nije dogodila
niti jedna mutacija na temelju Poisson-ove razdiobe
P0 = e-aN pa iz toga slijedi da je a = (-ln P0)/N(P0 – udio kultura u kojima se nije dogodila niti jedna mutacija; N – broj replikacija)
J. i E. Lederberg
Bakterija E. coli osjetljiva je na fag T1
• TonS
Mali udio bakterija može postati
rezistentan (TonR)
• Bakterije su postale rezistentne prije
kontakta s fagom
• mutacije nastaju slučajno tijekom
diobe stanice
