Mutácie

- premenlivosť je základná vlastnosť živých organizmov
- príčiny premenlivosti sú dedičné aj nededičné
- nededičná premenlivosť je spôsobená vonkajším prostredím
- dedičná premenlivosť zasahuje genetickú informáciu
Je spôsobená:
- rozdelením alel do gamét počas meiózy
- rekombináciami, ktoré sú výsledkom crossing overu
- pohlavným rozmnožovaním
- mutáciami

Mutácie sú dedičné zmeny, ktoré sa prejavujú ako trvalé a jedinečné zmeny znakov a vlastností organizmu, ktoré sú podmienené zmenami v ich DNA.

Mutácie sú:
- náhle - k mutáciám dochádza náhle, skokom, organizmus sa na ne nepripravuje
- neusmernené – organizmus nemá možnosť si mutácie vyberať, preto môžu byť pre nositeľa priaznivé aj škodlivé, nedá sa predpovedať ich veľkosť ani účinok
- trvalé – mutácie sú také zmeny, ktoré sa dedia, t.j. prenášajú na potomstvo
- jedinečné – mutáciou môže vzniknúť nová alela, nový genotyp, ktorý sa predtým nevyskytoval

Ak vzniknú mutácie počas tvorby pohlavných buniek, sú schopné sa preniesť do nasledujúcej generácie. Ak vzniknú v hociktorej inej bunke tela, väčšinou sú dôsledkom poškodenia, ktoré bunku odsúdi na zánik. Len výnimočne takéto zmutované bunky prežijú a môžu predstavovať nebezpečenstvo pre celý organizmus v podobe vzniku rakoviny.
Mutácie preto chápeme ako významný biologický proces, ktorý sprevádza vývoj a je základom vzniku nových druhov v prírode.

Mutagény a antimutagény
Za vznik mutácii sú zodpovedné mutagény. Sú to látky alebo faktory, ktoré zvyšujú početnosť mutácií. Rozdeľujú sa do troch skupín:
1. fyzikálne mutagény - rôzne druhy ionizačného a neionizačného žiarenia
2. chemické mutagény - chemické zlúčeniny meniace alebo napodobňujúce štruktúru dusíkatých báz a včleňujúce sa do dvojzávitnice DNA
3. biologické mutagény - niektoré onkogénne vírusy a transponibilné elementy

Fyzikálne mutagény:
Medzi ionizujúce žiarenie patria lúče X, čiže röntgenové (RTG) žiarenie. Je to žiarenie s vysokou energiou, ktoré dokáže z molekuly "vyraziť" elektróny a vytvárať tak ióny. Vysoké dávky ionizujúceho žiarenia bunky zabíjajú, takže ho možno využiť pri terapii niektorých nádorov.

Chemické mutagény:
Génové mutácie môžu byť spôsobené vystavením organizmu rozličným chemickým látkam, ktoré sa nachádzajú v prostredí a ktoré každoročne produkuje chemický priemysel.
Chem. mutagény sa podľa zdroja rozdeľujú do 4 skupín:
1. lieky
2. látky získané potravou
3. pesticídy
4. ostatné chem. látky
5. zlúčeniny, ktoré priamo pôsobia na DNA, vyvolávajú v nej chemické alebo štruktúrne poškodenia
6. analógy báz, čiže látky s veľmi podobnou štruktúrou ako majú 4 bázy DNA
Biologické mutagény:
Biologické mutagény predstavujú niektoré skupiny vírusov. Vírusy obsahujú ako genetickú informáciu tiež DNA alebo aj RNA. Niektoré onkogénne vírusy sú schopné včleniť svoju DNA do hostiteľského genómu na ľubovoľné miesto, čím spôsobujú mutácie, následkom ktorých je daný prerušený gén viac nefunkčný.

Antimutagény:
Sú látky, ktoré znižujú frekvenciu mutácií. Sú to napr. antioxidanty, medzi ktoré patrí predovšetkým vitamín C a E, karotenoidy, selén...

Rozdelenie mutácií:
Podľa typu zasiahnutej bunky:
gametické mutácie - postihujú genetický materiál pohlavných buniek; vznikajú počas spermatogenézy (tvorby spermii) alebo oogenézy (tvorby vajíčok) a sú dedičné, pretože sa prenášajú do ďalších generácií
somatické mutácie - postihujú somatické (telové) bunky a neprenášajú sa do ďalších generácií; môžu byť príčinou rakoviny

Podľa vzniku rozoznávame mutácie:
spontánne mutácie - sú náhodným javom
indukované mutácie - sú cieľavedome vyvolávané mutácie v laboratórnych podmienkach

Podľa rozsahu genetickej informácie, ktorú mutácie postihujú, rozlišujeme:
génové mutácie - postihujú nukleotidovú sekvenciu obmedzenú na jeden gén
chromozómové mutácie (aberácie) - postihujú DNA na úrovni štruktúry chromozómov a ich častí
genómové mutácie - mutácie vedúce k zmene počtu chromozómov a celých chromozómových súborov

Podľa lokalizácie mutácie rozlišujeme:
jadrové mutácie - vznikajú v DNA nachádzajúcej sa v bunkovom jadre
mimojadrové mutácie - vznikajú v DNA, ktorá je prítomná v mitochondriách, príp. chloroplastoch

Podľa smeru mutovania poznáme:
priame mutácie - keď z normálnej alely vzniká mutovaná alela
spätné mutácie - keď sa mutovaný genotyp spätne zmení na pôvodný (normálny) genotyp

Podľa zlučiteľnosti so životom poznáme:
vitálne mutácie - neovplyvňujú prežívanie jedinca
letálne mutácie - mutovaný genotyp neumožňuje ich nositeľovi prežitie (mutácie esenciálnych génov)

Podľa stupňa fenotypového prejavu rozoznávame:
dominantné mutácie - mutovaná alela je nadradená nad normálnu alelu
recesívne mutácie - mutovaná alela sa prejaví len v homozygotne recesívnom stave (väčšina mutácií)

Vznik mutácie:
Podstatou vzniku mutácií je schopnosť chemických, fyzikálnych a biologických mutagénov reagovať buď priamo, alebo prostredníctvom ich metabolických produktov s DNA.
Tento proces je zložený z niekoľkých fáz:
a) najprv musí mutagén preniknúť do jadra, aby mohol zreagovať s DNA
b) touto reakciou vznikne gén s predmutačným poškodením, buď sa vráti do pôvodného stavu – reparácia, alebo sa stabilizuje a vznikne mutácia
c) ak sa mutácia stabilizuje, dochádza v bunke k zmene genetickej informácie
d) menia sa biochemické vlastnosti mutovaných buniek
e) podľa rozsahu poškodenia bunky matáciou postihnutá bunka buď hynie – letálna mutácia, alebo sa rozmnožuje a vzniká klon mutovaných buniek
Oprava DNA:
DNA, v ktorej je zakódovaná genetická informácia, je dynamickou štruktúrou podliehajúcou množstvu zmien (mutáciám) vyvolaných pôsobením rôznych vnútorných alebo environmentálnych faktorov (produkty bunkového metabolizmu, chemické a fyzikálne mutagény). Je preto pochopiteľné, že si organizmy v priebehu evolúcie vyvinuli enzymatické mechanizmy, ktoré im umožňujú opraviť alebo aspoň tolerovať poškodenia DNA. Nazývajú sa opravné - reparačné mechanizmy. Pokles aktivity reparačných enzýmov vedie k vážnym dôsledkom. V tomto ohľade sú známe viaceré genetické ochorenia (napr. xeroderma pigmentosum - precitlivenosť na slnečné žiarenie).

Génové mutácie:
Génové mutácie sú malé zmeny genetickej informácie, ktoré postihujú malý počet nukleotidov, väčšinou len jeden. Preto sa nazývajú aj bodové mutácie. Účinok takejto mutácie na gén je rôzny. Mutovaný gén (mutantná alela) si môže zachovať plnú funkčnosť oproti pôvodnému génu, ale tak isto môže jediná mutácia (napr. zámena nukleotidu na jednom mieste) viesť k úplnému znefunkčneniu proteínu, ktorý je mutovaným génom kódovaný a výsledkom je genetické ochorenie.
Génové mutácie poznáme:
- substitúcia – zámena jedného alebo niekoľkých po sebe nasledujúcich nukleotidov za iné
- delécia – strata jedného alebo niekoľkých nukleotidov
- inzercia – vsunutie jedného alebo viacerých nukleotidov

Chromozómové mutácie:
Sú zmeny v štruktúre a tvare chromozómov, ktoré spôsobujú väčšie zmeny ako génové mutácie. Zisťujeme ich cytogenetickými metódami, hlavne analýzou karyotypu. Základnou podmienkou pre vznik chromozómovej mutácie je jeden alebo viac zlomov v chromozómoch alebo na ich chromatídach. Dôsledkom zlomu môže byť chybné spojenie alebo strata časti chromozómu.

Genómové mutácie:
Ide o zmeny v počte chromozómov odlišné od normálneho stavu. Zvýšením normálneho počtu celých sád chromozómov, ktorá nie je násobkom haploidného počtu, vzniká anaeuploidia. Každá telová bunka človeka má 46 chromozómov (23 párov), spermia a vajíčko majú po 23 chromozómov.

Polyploidia:
Je stav, pri ktorom je v jadre samatickej bunky vyšší počet chromozómov ako dva základné súbory chromozómov – dva genómy. Polyploidia sa pri cicavcoch a u človeka veľmi nevyskytuje, ale pre niektoré druhy rastlín je polyploidia prirodzený stav. (napr. pšenica, jačmeň). Polyploidia má aj pozitívny význam. Je dôležitým zdrojom premenlivosti v evolúcii a v šľachtení.

Haploidia:
je prítomnosť jednej sady chromozómov v jadre bunky. Je to typický stav v pohlavných bunkách, v ktorých má napr. človek 23 chromozómov (v somatických bunkách 46).

Aneuploidia:
Aneuploidia znamená, že jeden chromozóm je prítomný v nadpočetnej kópii alebo chýba. Klasickým príkladom je Downov syndróm, ktorý je zapríčinený nadpočetným chromozómom - dieťa s Downovým syndrómom má preto 47 chromozómov.