¿Qué es una mutación genética? ¿Cuál es la base molecular de las mutaciones?
La mutación genética se refiere a un cambio hereditario repentino en la molécula de ADN genómico. Desde un nivel molecular, la mutación genética se refiere a un cambio en la composición o secuencia del par de bases de la estructura de un gen.
Bases moleculares:
1. Mutación espontánea
La mutación espontánea puede ser causada por errores de replicación, daño del ADN y transposición.
1. Errores de replicación del ADN
Las bases del ADN tienen tautómeros, lo que provoca desajustes en el ADN durante la replicación del ADN.
(1) Conversión: Purina→ Pu; o Pirimidina→ Py
(2) Transversión: Pu → Py o Py → Pu
(3) Mutación por desplazamiento de marco: agregar o restar algunas bases, lo que resulta en una traducción de proteínas desalineada.
(4) Deleciones y duplicaciones: deleciones o duplicaciones de grandes segmentos de bases, como la secuencia repetida de cuatro bases en el gen regulador de la fermentación de la lactosa lacⅠ de E. coli.
Tipo salvaje: 5'-GTCTGGCTGGCTGGC-3'
Mutante FS5: 5'-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3'
Mutante FS2: 5'-GTCTGGCTGGC -3 '
2. Daño al ADN (lesiones)
(1) La despurinación produce la destrucción del enlace glicosídico entre la base y la desoxirribosa, lo que provoca la caída de guanina o adenina. Molécula de ADN.
(2) Desaminación C la desaminación se convierte en U; A desaminación se convierte en H,:
A A?T →→ → H-T→→ → H-C→→→ H-C
↘→A-T ↘→G-C
B G?C →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U
↘→ G-C ↘→A-T
Provoca conversión
(3) Lesiones oxidativas: O2- OH- H2O2
Puede causar daño al ADN
Mutación inducida
Diversos factores físicos y químicos pueden inducir mutaciones en el ADN:
1. Mecanismo de mutagénesis
(1) Ejemplos de análogos de bases: 5-BU y 5-BrdU son análogos estructurales de timina (T) la estructura ceto es fácil de emparejar con A; la estructura enol es fácil de emparejar con G. También existen 2-aminopurina (2-AP, análogo A), 5-fluorouracilo, 5-clorouracilo, etc.
(2) Desajuste específico Ejemplos de agentes alquilantes: metanosulfonato de etilo (EMS), nitrosoguanidina (NG), gas mostaza, etc. Desajuste de bases por cambio de estructura de base.
Por ejemplo: G-C; cuando G se alquila, puede emparejarse con T, lo que resulta en una conversión de bases.
O el agente alquilante hace que la purina se caiga, provocando conversión, transversión, escisión u otras mutaciones
Sub (3) Efecto mutagénico del agente quimérico
> Ejemplo. Tintes de acridina: la naranja de acridina, la acriflavina, la protoflavina y otros análogos de pares de bases pueden causar fácilmente mutaciones por cambio de marco.
(4) Efecto inducido por la radiación
① Ultravioleta UV: forma dímeros de pirimidina, como los dímeros T, ① dentro de la misma hebra única, afectando el emparejamiento con A durante la replicación, provocando la replicación se detiene; ② entre las dobles hebras, lo que afecta la desnaturalización de las dobles hebras y afecta la replicación.
Duplicaciones, eliminaciones, mutaciones por cambio de marco
②Radiación ionizante: como los rayos X, puede provocar la degradación o el desprendimiento de bases, A se convierte en H y se convierte en T;
Física - Química Física - Bioquímica - Daño a macromoléculas
El papel del Aspergillus flavus
Al desprenderse la guanina G, la reparación SOS introduce A, provocando mutaciones.
2. Efecto genético de la sustitución de bases
(i) La mutación sinónimo no cambia los cambios de codones de los aminoácidos, pero está relacionada con la degeneración de codones como GAU/GAC. —Asp.
(ⅱ) Mutación sin sentido El resultado de la sustitución de bases provoca cambios en la secuencia de aminoácidos.
(ⅲ) Mutación sin sentido Las mutaciones de una sola base en la región codificante conducen a la formación de codones de parada (UAG/UGA/UAA), que terminan prematuramente la traducción del ARNm y forman una cadena peptídica incompleta.
Por ejemplo, anemia falciforme: cadena B de hemoglobina (146Aa), sustitución de amino ácido No. 6, conduce a síntomas fenotípicos obvios. Glu→Val, si Glu→Asp, el efecto es pequeño.
3. Mutación del código y su generación
La inserción o eliminación de 1, 2 o 4 nucleótidos en el exón del gen provoca que la información de lectura se extravíe, provocando con ello la traducción de la proteína. La secuencia es completamente diferente de la original, por ejemplo, el gen regulador de la fermentación de la lactosa en E. coli (lacⅠ):
Tipo salvaje: 5'-GTCTGGCTGGCTGGC-3'
Cambio de marco. Mutación Ⅰ: 5'-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3'
Mutación por cambio de marco 2: 5'-GTCTGGCTGGC-3'
4. Puntos críticos de mutación y genes mutadores
Ciertos. Los sitios de un gen tienen una tasa de mutación más alta que otros sitios, llamados puntos críticos de mutación.
Ejemplo: Analizar 1500 mutantes del gen rⅡ del fago T4: rⅡA (1800 pb) tiene 200 sitios; rⅡB (850 pb) tiene 108 sitios.
Causas de formación:
(1) La presencia de 5-MeC, 5-metilcitosina (MeC) se convierte en T después de la desaminación, convirtiendo la parte G-C en la parte A-T;
p>
(2) La existencia de secuencias repetitivas cortas puede conducir fácilmente a una falta de coincidencia, lo que resulta en duplicación o eliminación.
(3) Está relacionado con el tipo de mutágeno, y diferentes mutágenos producen diferentes puntos de acceso. .
(4) Gen mutador: la mutación de este gen aumentará la frecuencia de mutación de todo el genoma. Por ejemplo, A. gen de la ADN polimerasa, después de la mutación, la función de corrección 3 '→ 5'. La polimerasa aumentará. La mutación del gen B. dam reduce o pierde la función de reparación de desajustes de las bases, lo que aumenta la frecuencia de las mutaciones del genoma.
3. Mutagénesis y Tumores
La formación de tumores depende del equilibrio de los oncogenes y los genes supresores de tumores en el cuerpo. Las mutaciones en los genes supresores de tumores pueden provocar cáncer. Algunos mutágenos pueden inducir específicamente mutaciones en genes supresores de tumores, lo que lleva a la tumorigénesis. por ejemplo, aflatoxinas, rayos UV (ultravioleta), etc.
La aflatoxina puede inducir la transversión G → T del gen P53, lo que lleva a la aparición de cáncer de hígado.
Los rayos UV pueden inducir la transversión C → T del gen P53 5'-TC-3'; intercambio, formando "dímeros T", lo que lleva a la aparición del cáncer de piel de células escamosas humanas.
IV.Mutagénesis dirigida a sitio
Definición: Tecnología que utiliza oligonucleótidos sintéticos para crear mutaciones específicas de sitio en cualquier parte de un gen en condiciones in vitro.
Genética antisentido (genética inversa): síntesis-conexión (M13 monocatenaria)-replicación-transformación-detección