mutatie, een wijziging in het genetisch materiaal (het genoom) van een cel van een levend organisme of van een virus dat min of meer permanent is en kan worden overgedragen op de nakomelingen van de cel of het virus. (De genomen van organismen zijn allen samengesteld uit DNA, terwijl virale genomen van DNA of RNA kunnen zijn; zie erfelijkheid: de fysieke basis van erfelijkheid.,) Mutatie in het DNA van een lichaamscel van een meercellig organisme (somatische mutatie) kan door DNA-replicatie worden overgedragen op descendantcellen en dus resulteren in een sector of patch van cellen die een abnormale functie hebben, zoals kanker. Mutaties in ei-of spermacellen (germinale mutaties) kunnen resulteren in een individueel nageslacht waarvan alle cellen de mutatie dragen, wat vaak een ernstige storing veroorzaakt, zoals in het geval van een menselijke genetische ziekte zoals cystische fibrose., Mutaties zijn het gevolg van ongevallen tijdens de normale chemische transacties van DNA, vaak tijdens replicatie, of van blootstelling aan hoge-energetische elektromagnetische straling (bijvoorbeeld ultraviolet licht of röntgenstraling) of deeltjesstraling of aan sterk reactieve chemicaliën in het milieu. Omdat mutaties willekeurige veranderingen zijn, wordt verwacht dat ze meestal schadelijk zijn, maar sommige kunnen gunstig zijn in bepaalde omgevingen. In het algemeen is mutatie de belangrijkste bron van genetische variatie, de grondstof voor evolutie door natuurlijke selectie.,
Hoe worden mutaties doorgegeven aan nakomelingen?
een individueel nageslacht erft mutaties alleen wanneer mutaties aanwezig zijn in ouderei-of spermacellen (germinale mutaties). Alle cellen van de nakomelingen zullen het gemuteerde DNA dragen, wat vaak een ernstige storing veroorzaakt, zoals in het geval van een menselijke genetische ziekte zoals cystische fibrose.,
waarom treedt mutatie op?
mutaties in DNA komen om verschillende redenen voor. Bijvoorbeeld, kunnen de milieufactoren, zoals blootstelling aan ultraviolette straling of bepaalde chemische producten, veranderingen in de opeenvolging van DNA veroorzaken. Mutaties kunnen ook optreden als gevolg van erfelijke factoren.
wat zijn mutatie hotspots?
mutatie hotspots (of mutatie hotspots) zijn DNA-segmenten die bijzonder gevoelig zijn voor genetische veranderingen., De verhoogde gevoeligheid van deze gebieden van DNA voor verandering wordt toegeschreven aan interacties tussen mutatie-veroorzakende factoren, de structuur en functie van de opeenvolging van DNA, en enzymen betrokken bij de reparatie, replicatie en modificatie van DNA.,
het genoom bestaat uit één tot meerdere lange DNA-moleculen, en mutatie kan mogelijk overal op deze moleculen op elk moment voorkomen. De ernstigste veranderingen vinden plaats in de functionele eenheden van DNA, de genen. Een gemuteerde vorm van een gen wordt een mutantallele genoemd., Een gen is typisch samengesteld uit een regelgevend gebied, dat van het draaien van de transcriptie van het gen op de aangewezen tijden tijdens ontwikkeling verantwoordelijk is, en een codagegebied, dat de genetische code voor de structuur van een functionele molecule, over het algemeen een proteã ne draagt. Een eiwit is een keten van meestal enkele honderden aminozuren. Cellen maken 20 gemeenschappelijke aminozuren, en het is het unieke aantal en de opeenvolging van deze die een proteã ne zijn specifieke functie geven., Elk aminozuur wordt gecodeerd door een unieke sequentie, of codon, van drie van de vier mogelijke basenparen in het DNA (A-T, T – A, G–C, en C–G, de individuele letters die verwijzen naar de vier stikstofhoudende basen adenine, thymine, guanine, en cytosine). Vandaar, kan een verandering die de opeenvolging van DNA verandert aminozuurvolgorde veranderen en op deze manier potentieel de functie van een proteã ne verminderen of inactiveren. Een verandering in de opeenvolging van DNA van het regelgevende gebied van een gen kan de timing en de beschikbaarheid van de proteã ne van het gen negatief beà nvloeden en ook tot ernstige cellulaire storing leiden., Aan de andere kant zijn veel mutaties stil en vertonen ze geen duidelijk effect op het functionele niveau. Sommige stille veranderingen zijn in het DNA tussen genen, of zij zijn van een type dat in geen significante aminozuurveranderingen resulteert.
mutaties zijn van verschillende typen. Veranderingen binnen genen worden puntmutaties genoemd. De eenvoudigste soorten zijn veranderingen in enkele basenparen, zogenaamde base-pair substituties. Veel van deze substitueren een onjuist aminozuur in de overeenkomstige positie in de gecodeerde proteã ne, en van deze resulteert een groot deel in veranderde eiwitfunctie., Sommige base-paar substituties produceren een stop codon. Normaal gesproken, wanneer een stopcodon optreedt aan het einde van een gen, stopt het eiwitsynthese, maar wanneer het in een abnormale positie voorkomt, kan het resulteren in een afgekapt en niet-functioneel eiwit. Een ander type van eenvoudige verandering, de schrapping of toevoeging van enkele basenparen, heeft over het algemeen een diepgaand effect op de proteã ne omdat de synthese van de proteã ne, die door het lezen van drievoudige codons op een lineaire manier van het ene eind van het gen aan het andere wordt uitgevoerd, wordt afgeworpen., Deze verandering leidt tot een frameshift in het lezen van het gen zodanig dat alle aminozuren van de verandering verder onjuist zijn. Complexere combinaties van base substituties, inserties en deleties kunnen ook worden waargenomen in sommige mutante genen.
mutaties die meer dan één gen omvatten, worden chromosomale mutaties genoemd omdat ze de structuur, functie en overerving van hele DNA-moleculen beïnvloeden (microscopisch zichtbaar in opgerolde toestand als chromosomen)., Vaak zijn deze chromosoommutaties het gevolg van een of meer samenvallende breuken in de DNA-moleculen van het genoom (mogelijk door blootstelling aan energetische straling), in sommige gevallen gevolgd door een foutieve herintegratie. Sommige resultaten zijn grootschalige verwijderingen, duplicaties, inversies en translocaties. In een diploïde soort (een soort, zoals de mens, die een dubbele reeks chromosomen in de kern van elke cel heeft), veranderen deleties en duplicaties genbalans en resulteren vaak in abnormaliteit., Inversies en translocaties houden geen verlies of winst in en zijn functioneel normaal, tenzij er een breuk optreedt binnen een gen. Echter, bij meiosis (de gespecialiseerde nucleaire afdelingen die plaatsvinden tijdens de productie van gameten—dat wil zeggen, eieren en sperma), kan een foutieve koppeling van een omgekeerde of translocated chromosoom set met een normale set resulteren in gameten en dus nageslacht met duplicaties en verwijderingen.
verlies of winst van hele chromosomen resulteert in een aandoening die aneuploïdie wordt genoemd., Een bekend resultaat van aneuploïdie is het syndroom van Down, een chromosomale aandoening waarbij mensen worden geboren met een extra chromosoom 21 (en dus dragen drie kopieën van dat chromosoom in plaats van de gebruikelijke twee). Een ander type van chromosoomverandering is de aanwinst of het verlies van gehele chromosoomsets. Winst van Verzamelingen resulteert in polyploïdie-dat wil zeggen, de aanwezigheid van drie, vier of meer chromosoomsets in plaats van de gebruikelijke twee. Polyploïdie is een belangrijke factor in de evolutie van nieuwe soorten planten en dieren. (Zie ook evolutie: polyploïdie.,)
Wessex Reg. Genetics Centre / Wellcome Collection, London (CC BY 4.0)
De meeste genomen bevatten mobiele DNA-elementen die van de ene locatie naar de andere gaan., De beweging van deze elementen kan mutatie veroorzaken, hetzij omdat het element op één of andere cruciale plaats aankomt, zoals binnen een gen, hetzij omdat het op grote schaal chromosoomveranderingen via recombinatie tussen paren van mobiele elementen op verschillende plaatsen bevordert.
op het niveau van hele populaties van organismen kan mutatie worden gezien als een voortdurend druipende kraan die mutante allelen in de populatie introduceert, een concept dat wordt beschreven als mutatiedruk. De mate van mutatie verschilt voor verschillende genen en organismen., In de virussen van RNA, zoals het menselijke immunodeficiency virus (HIV; zie AIDS), vindt de replicatie van het genoom plaats binnen de gastheercel gebruikend een mechanisme dat aan fouten gevoelig is. Vandaar, mutatie tarieven in dergelijke virussen zijn hoog. In het algemeen is het lot van individuele mutante allelen echter nooit zeker. De meeste worden bij toeval geëlimineerd. In sommige gevallen kan een mutant allel in frequentie door toeval toenemen, en dan kunnen de individuen die het allel uitdrukken aan selectie, of positief of negatief worden onderworpen., Vandaar, voor om het even welk gen wordt de frequentie van een mutant allel in een populatie bepaald door een combinatie van mutatiedruk, selectie, en toeval.