Bιολογία Θετικής Κατεύθυνση Γ τάξης Ενιαίου Λυκείου Κεφάλαιο 6. Μεταλλάξεις

Ξεκινώντας με την υλη...

ΒΙΟΛΟΓΙΑ
Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών

Από το βιβλίο ‘’Βιολογία’’ της Γ΄ τάξης του Γενικού Λυκείου Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών των Αλεπόρου-Μαρίνου Β., Αργυροκαστρίτη Α., Κομητοπούλου Α., Πιαλόγλου Π., Σγουρίτσα Β.

Κεφάλαιο 1 «Το γενετικό υλικό».

Κεφάλαιο 2 «Αντιγραφή, έκφραση και ρύθμιση της γενετικής πληροφορίας».

Κεφάλαιο 4 «Τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA».

Κεφάλαιο 5 «Μενδελική κληρονομικότητα».

Κεφάλαιο 6 «Μεταλλάξεις».

Κεφάλαιο 7 «Αρχές και μεθοδολογία της Βιοτεχνολογίας» εκτός από την ενότητα ‘‘Η παραγωγή της πενικιλίνης αποτελεί σημαντικό σταθμό στην πορεία της Βιοτεχνολογίας’’

Κεφάλαιο 8 «Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στην Ιατρική» εκτός από τις ενότητες ‘‘Εμβόλια’’ και ‘‘Αντιβιοτικά’’.

Κεφάλαιο 9 «Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στη γεωργία και την κτηνοτροφία».

Κεφάλαιο 6 «Μεταλλάξεις»

Μεταλλάξεις είναι αλλαγές που μπορεί να υποστεί το γενετικό υλικό. Οι αλλαγές αυτές που μεταβάλλουν τον γονότυπο ορισμένες φορές δημιουργούν και διαφορετικό φαινότυπο. 

Γενικά η αλλαγή μπορεί 

Γονιδιακή : περιορισμένη και  εντοπίζεται σε ένα γονίδιο Αντικσατάσταση προσθήκη, έλλειψη που εντοπίζεται σε έναν μικρό αριθμό βάσεων του γενετικού υλικού

Χρωμοσωμική: Αλλαγή σε μεγαλύτερο τμήμα του χρωμοσώματος

Οι μεταλλάξεις 

α. Συμβάλλουν στην δημιουργία γενετικής ποικιλότητας.

 β. Ευθύνονται για πολλές κληρονομικές ασθένειες

γ. Συνδέονται με τον καρκίνο

Μεταλλάξεις συμβαίνουν και σε σωματικά και σε γενετικά κύτταρα. Σε σωματικά προκαλούν προβλήματα . Μόνο στα γενετικά μεταβιβάζονται στους απογόνους

ΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

(σελ 89-90) Παράδειγμα μετάλλαξης η δρεπανοκυτταρική αναιμία (γονιδιακή)

Στην αλληλουχία των βάσεων του DNA  αλλάζει μια βάση.  Σε ένα γονίδιο μια βάση αδενίνη (Α) αντικαθίσταται από την βάση  θυμίνη( Τ). Το συγκεκριμένο γονίδιο εκφράζει την αιμοσφαιρίνη, που είναι μια πρωτείνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων που βρίσκεται στην επιφάνειά τους (μεμβράνη) και είναι υπεύθυνη για την μεταφορά οξυγόνου στα κύτταρα. Αυτή η αλλαγή ατο γονίδιο του DNA περνάει στην μεταγραφή του γονιδίου στο mRNA και στην μετάφρασή του στα ριβοσώματα ως εξής: Σε κάποιο σημείο της μετάφρασης υπάρχει μια λάθος τριπλέτα, αποτέλεσμα της αλλαγής στο DNA πουάγινε αρχικά. Συγκεκριμένα σε κάποιο σημείο αντί του φυσιολογικού κωδικόνιου GAG υπάρχει τώρα  το κωδικόνιο GTG. Έτσι στην πρωτείνη που κατασκευάζεται που είναι η αιμοσφαιρίνη,

 αντι για το το γλουταμινικό οξύ (φυσιολογικό αμινοξύ) που κωδικοποιείται από GAG , οποθετείται ένα άλλο (η βαλίνη) που κωδικοποιείται από GΤG .

 Η αιμοσφαιρίνη αποτελείται από 4 πρωτεινικές αλυσίδες Δύο τύπου α και δυο τύπου β. Το λάθος αμινοξύ βρίσκεται σε β αλυσίδα. Η αιμοσφαιρίνη είναι αλλαγμένη (HbS αντί HBA). Στον μικρόκοσμο της βιολογικής χημείας η δομή των ενζύμων, το μέγεθος και το σχήμα τους είναι καθοριστικό για τις αντιδράσεις που πραγματοποιούνται. Αυτή η αλλαγή στο αμινοξύ αλλάζει την στερεοχημεία της αιμοσφαιρίνης ΄και αυτό επιρρεάζει την μορφή των ερυθροκυττάρων. Ιδιέταιρα σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου τα ερυθροκύτταρα παίρνουν ένα θολωτό σχήμα που δεν διευκολύνει την κίνησή τους μέσα στα τριχοειδή αγγεία, έτσι δημιουργούνται προβλήματα σε διάφορα όργανα όπως η σπλήνα και οι πνεύμονες. 

Nα σημειώσουμε ότι το μεταλλαγμέν γονίδιο πρέπει να είναι ομόζυγο για να εκδηλώσει την ασθένεια για τι προφανώς είναι υπολειπόμενο  από το φυσιολογικό.

(σελ 90-91) Τύποι γονιδιακών μεταλλάξεων

1. Αντικατάσταση βάσης. Με την αλλαγή μιας βάσης αλλάζει μια μόνο τριπλέτα. Άρα επιρρεάζεται ένα μόνο αμινοξύ της πρωτείνης που κατασκευάζεται.  

α. Αλλάζει ένα αμινοξύ και παράγεται αλλαγμένη πρωτείνη. Αυτό μπορεί να έχει σοβαρά αποτελέσματα

1.Εάν η πρωτείνη είναι ενός ενζύμου και  το αμινοξύ βρίσκεται κοντά στο ενεργό κέντρο . Επιρρεάζει την ικανότητα κατάλυσης

2. Εάν η μετάλλαξη αλλάζει την δομή και την στερεοχημεία της πρωτείνης και συνεπώς την λειτουργία της που ίσως επιφέρει προβλήματα (περίπτωση δρεπανοκυτταρικής αναιμίας)

β.Εάν όμως η νέα τριπλέτα που θα προκύψει από την αντικατάσταση της μιας βάσης κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ, τότε δεν υπάρχει αλλαγή στον φαινότυπο

γ. Εάν με την αντικατάσταση η νέα λάθος τριπλέτα κωδικοποιεί την λήξη της πρωτεινοσύνθεσης, (κωδικόνιο λήξης), σταματά εκεί η πρωτεινοσύνθεση και παράγεται πρωτείνη "κοντύτερη" της κανονικής. 

2. Προσθήκη ή έλλειψη βάσης στο γονίδιο. Εδώ δεν αλλάζει απλά μια τριπλέτα αλλά η αλλαγή επιρρεάζει όλη την πρωτείνη γιατί με την αλλαγή του αριθμού των βάσεων αλλάζουν όλες οι τριπλέτες. Εμφανίζεται μεταλλαγμένος φαινότυπος και αλλαγή στην πολυπεπτιδική αλυσίδα και  την λειτουργικότητά της

Οι μεταλλάξεις μπορεί να έχουν σοβαρές επιπτώσεις στον οργανισμό, ή άλλες φορές να είναι ουδέτερες. Υπάρχουν μεταλλάξεις που συμβαίνουν σε ένα γονίδιο αλλά δεν έχουν επιπτώσεις λόγω εκφυλισμού του γενετικού κώδικα (σιωπηλές μεταλλάξεις)

Ποιοι παράγοντες προκαλούν μεταλλάξεις

1. Λάθη κατά την αντιγραφή του DNA είναι οι λεγόμενες αυτόματες μεταλλάξεις

2. Μεταλλαξιογόνοι παράγοντες του περιβάλλοντος  Διάφοροι τύποι από ακτινοβολίες: γ και ακτινοβολίες Χ

Κάποιες  χημικές ουσίες Φορμαλδεύδη, ορισμένες χρωστικές, κυκλικοί υδρογονάνθρακες, καφείνη

Τα κύτταρα διαθέτουν αμυντικό μηχανισμό, που είναι διάφορα ένζυμα που αναγνωρίζουν τις βλάβες και επιδιορθώνουν το DNA

Γενετικές διαταραχές στις αιμοσφαιρίνες

Η αιμοσφαιρίνη στους ενήλικες αποτελείται από 4 πρωτεινικές αλυσίδες. Δύο τύπου α και δυο τύπου β και η  αιμοσφαιρίνη αυτή είναι   με α₂β₂ η  HbA.

Κάθε μια από τις αλυσίδες αυτές συνδέεται με μια ομάδα αίμης.

Η αιμοσφαιρίνη στα έμβρυα έχει  μια άλλη αλυσίδα γ  αντί της β  και η κύρια αιμοσφαιρίνη είναι η   HbF με σύσταση α₂γ₂

Οι  ενήλικες επίσης συνθέτουν μικρή ποσότητα  της HbF σε ποσοστό 1%. Επίσης ανιχνεύονται ίχνη και από μια άλλη αιμοσφαιρίνη HbA₂  η α₂δ₂  με αλυσίδα δ αντί β 

Τα γονίδια που κωδικοποιούν την  αιμοσφαιρίνη υφίστανται πολλές μεταλλάξεις.

 Αναφέρθηκε ήδη, η δρεπανοκυτταρική αναιμία, στην οποία έχουμε μετάλλαξη σε γονίδιο που κωδικοποιεί την αλυσίδα β (αλλαγή ενός αμινοξέος)

Αλλά στην αλυσίδα β μπορούν να συμβούν πολλές μεταλλάξεις (έχουν καταμετρηθεί 300) που όμως διαφέρουν ως προς το πρόβλημα που δημιουργούν στον οργανισμό. Εάν η μετάλλαξη επιρρεάζει σημαντικά αμινοξέα που βρίσκονται κοντά στην περιοχή πρόσδεσης της αίμης τοτε δημιουργείται σοβαρό πρόβλημα . Διαφορετικά με  μεταλλάξεις σε περιοχές της αλυσίδας όχι σημαντικές, μπορεί να δημιουργηθεί μια ήπια αναιμία.

Ασθένειες στην αιμοσφαιρίνη που οφείλονται σε ελλείψεις προσθήκες ή αντικταστάσεις βάσεων

Η  θαλασσαιμία είναι μια ασθένεια του αίματος που οφείλεται σε ελαττωμένη σύνθεση των α ή των β αλυσίδων

Αυτό μπορεί να εμφανίζεται με παντελή έλλειψη της αλυσίδας έως λιγότερο σοβαρή μειωμένη σύνθεση της αλυσίδας

Παράδειγμα η β θαλασσαιμία που προκαλείται από ελλείψεις , αντικαταστάσεις ή και προσθήκες βάσεων

Τα συμπτώματα διαφέρουν και κυμαίνονται από πλήρη έλλειψη της αλυσίδας β (έχουμε μόνο HbA) έως ελάττωση της σύνθεσής . της και συνεπώς σύνθεση HbA σε μικρότερη ποσότητα.

Σε ομόζυγα άτομα η θαλασσαιμία έχουν  σοβαρή  αναιμία. Πολλές φορές παρατηρείται αύξηση της HbF ωστε να υποκατασταθεί  η έλλειψη της HbΑ. 

. Εάν και οι δυο γονείς είναι φορείς τα ομόζυγα έχουν 25% πιθανότητα κατά τα γνωστά

Η α θαλασσαιμία λείπουν τα γονίδια που κωδικοποιούν την αλυσίδα α. Τα γονίδια αυτά πρέπει να είναι διπλά ένα σε κάθε χρωμόσωμα. Όσο περισσότερα από αυτά τα γονίδια λείπουν τόσο βαρύτερη είναι η ασθένεια.

Μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα μεταβολισμού

Φαινυλακετουρία. Έλλειψη ενός ενζύμου που κατά τον μεταβολισμό, μετατρέπει το αμινοξύ φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη. Οφείλεται σε μετάλλαξη του γονίδιου (υπολειπόμενο) που κωδικοποιεί το ένζυμο αυτό. Τα άτομα πρέπει να είναι ομόζυγα ως προς το υπολειπόμενο  για να εμφανίσουν την ασθένεια στην οποία παρεμποδίζεται η φυσιολογική ανάπτυξη της λειτουργίας των κυττάρων του εγκεφάλου. Εάν ανιχνευτεί νωρίς παρέχεται διαιτολόγιο με μειωμένη φαινυλαλανίνη

Αλφισμός. Έλλειψη ενζύμου απαραίτητου για τον σχηματισμό της χρωστικής μελανίνης. Έλλειψη χρωστικής στο δέρμα στα μαλλιά, και στην ίριδα.  Από μειωμένη έλλειψη έως παντελή ανάλογα την περίπτωση.

ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

Μεγάλες και σε έκταση αλλαγές  στην ακολουθία των βάσεων (δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες) και στον αριθμό των βάσεων (αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες) στο γονιδίωμα αποτελούν τις χρωμοσωμικές ανωμαλίες

Αριθμητικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες:

Δημιουργούνται μη φυσιολογικά γενετικά κύτταρα, γιατί κατά την μείωση -στην οποία δημιουργούνται κύτταρα με 23 μονά χρωμοσώματα το καθένα- , για κάποιους λόγους,  γίνεται λάθος και δημιουργούνται γενετικά κύτταρα (γαμέτες) με διαφορετικό αριθμό χρωμοσωμάτων. 

Όταν αυτά γονιμοποιηθούν  ώστε δύο από αυτά να δώσουν το ζυγωτό (το πρώτο σωματικό κύτταρο) αυτές οι αριθμητικές ανωμαλίες δίνουν μικρότερο ή μεγαλύτερο αριθμό χρωματοσωμάτων.  Αντί για ζεύγάρια, έχουμε μονοσωμία  για ένα χρωμόσωμα ή τρισωμία (τριπλέτα). 

Στο σύνδρομο down αντί για μονοσωμία έχουμε τρισωμία στο 21ο χρωμόσωμα. Αυτό ξεκίνησε από την μείωση που δεν υπήρξε κανονικός διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων κατά την μείωση όταν δημιουργούνταν οι γαμέτες.

Μελέτες δείχνουν ότι γυναίκες μεγάλης ηλικίας έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να δημιουργήσουν τέτοιυς γαμέτες και να γεννήσουν παιδιά με σύνδρομο down

Άλλες τρισωμίες εμφανίζονται πιο σπάνια στο 13ο και 18ο ζευγάρι (κανονικά) των χρωμοσωμάτων. Τα συμπτώματα είναι ακόμη βαρύτερα γιατί τα χρωμοσώματα είναι ογκοδέστερα από το 21ο.

Από τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων στο σωματικό κύτταρο τα 22 είναι σωματικά και το 23ο είναι φυλετικό. Όπως είναι γνωστό είναι το μόνο ζευγάρι που τα δυο χρωμοσώματα διαφέρουν κατά την μορφή ΧΨ

Αμωμαλίες στο 23ο χρωμόσωμα μπορεί να υπάρξουν στις εξής περιπτώσεις: 

Να έχουμε τριπλέτα ΧΧΨ  ( Σύνδρομο Klinefelter)  Δίνει άτομα αρσενικά στείρα 

Να έχουμε ένα μόνο φυλετικό χρωμόσωμα   ΧΟ (Σύνδρομο Turner) Δίνει άτομα θηλυκά χωρίς τα δευτερογενή χαρακτηριστικά του φύλου τους και στείρα

Δομικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες

Οι αλλαγές μερικών γονιδίων ή ενός μεγάλου μέρους του χρωμοσώματος.

Είναι αποτέλεσμα δράσης μεταλλαξιογόνων παραγόντων όπως ακτινοβολίες ή χημικές ουσίες.

Μπορεί να επιδράσουν στο DNA να κόψουν θραύσματα από ένα ή περισσότερα χρωμοσώματα και στην προσπάθεια της επανένωσής  τους να συμβεί λάθη με αποτέλεσμα  μετατόπιση ή αναδιάταξη ή έλλειψη των γονιδίων.  Συνέπεια είναι να εμφανιστούν χρωμοσωμικές δομικές ανωμαλίες με αποτέλεσμα αλλαγή στην γενετική πληροφορία, όπως στις εξής γνωστες περιπτώσεις

Έλλειψη γενετικού υλικού

 Έλλειψη: Σύνδρομο γάτας . Έλλειψη ενός τμήματος στο χρωμόσωμα 5. Τα άτομα με το σύνδρομο αυτό εμφανίζουν νοητική καθυστέρηση

Διπλασιασμός ή επανάληψη του γενετικού υλικού στο χρωμόσωμα

Αναστροφή στην θραύση - αναδιάταξη της σειράς των γονιδίων

Θραύση σε δυο διαφορετικά σημεία του γονιδίου, επανένωση ύστερα από αναστροφή.

Μετατόπιση γονιδίου. Θραύση και επανένωση σε διαφορετικό σημείο.

Θραύση ενός τμήματος του χρωμοσώματος ένωσής του σε άλλο μη ομόλογο χρωμόσωμα

Υπάρχουν και αμοιβαίες μετατοπίσεις έχουμε ανταλλαγή χρωμοσωμικών τμημάτων ανάμεσα σε δυο μη ομόλογα χρωμοσώματα

Η γενετική στην διάγνωση γενετικών ασθενειών

Οι γενετικές ασθένειες είναι αποτέλεσμα διαταραχών στο γονιδίωμα. Υπάρχουν κληρονομούμενες γενετικές ασθένειες και άλλες που οφείλονται σε αλλαγή ή μετάλλαξη του γενετικού υλικού στην συνέχεια.

Υπάρχουν γενετικές ασθένειες που εάν γίνει έγκαιρα η διάγνωση είναι δυνατό να ελεγχθούν ή να θεραπευτούν

Στην φαινυακετουρία μπορεί να γίνει διάγνωση με την μέτρηση της φαινυλαλανίνης στο αίμα των εμβρύων

Με την έγκαιρη διάγνωση μπορεί να σχεδιαστεί θεραπευτική αγωγή και ελαχιστοποιούνται οι επιπλοκές της ασθένειας

Στην δρεπανοκυτταρική αναιμία και θαλασσοναιμία υπάρχουν πολλοί τρόποι διάγνωσης, συνήθως γίνεται παρατηρηση των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου.

Γίνεται έλεγχος για τον εντοπισμό πιθανών φορέων, για τον υπολογισμό της πιθανότητας δημιουργίας απογόνων που πάσχουν από τις συγκεκριμένες ασθένειες

Η γενετική καθοδηγεί και μειώνει τις πιθανότητες δημιιουργίας απογόνων με γενετικές ανωμαλίες

Ιδιέταιρα ομάδες ατόμων- υποψηφίων γονέων πρέπει να προχωρούν σε γενετικούς ελέγχουν πριν την δημιουργία απογόνων.

Άτομα που είναι φορείς γενετικών ασθενειών, που έχουν οικογενειακό ιστορικό ασθενειών, γυναίκες ηλικίας περισσότερο από 35, γυναίκες με πολλαπλές αποβολές.

Σε περίπτωση που διαπιστώνεται η ύπαρξη της γενετικής ασθένειας η συνέχιση ή όχι της κύησης είναι αποτέλεσμα πολλών παραγόντων ιατρικών, κοινωνικών, θρησκευτικών, ηθικών κ.α.

(σελ 100, 101) Ο καρκίνος προκαλείται από μεταλλάξεις γονιδίων που ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό

Στον οργανισμό στα σωματικά κύτταρα υπάρχουν γονίδια που ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό.  Λέγονται πρωτοογκογονίδια και είναι χρήσιμα σε περιπτώσεις που ο οργανισμός χρειάζεται αυξημένη παραγωγή κυττάρων όπως για παράδειγμα στην επούλωση των τραυμάτων. 

Ταυτόχρονα υπάρχει και μια άλλη κατηγορία γονιδίων τα ογκοκατασταλτικά γονίδια που ο ρόλος τους είναι να ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση , καταστέλλοντάς την όποτε είναι απαραίτητο.

Σε περιπτώσεις μεταλλάξεων και στα δύο είδη αυτών των γονιδίων έχουμε εμφάνιση καρκίνου . Ο καρκίνος χαρακτηρίζεται από ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό κυττάρων ενός ιστού.

Έρευνες έδειξαν ότι ο καρκίνος σε γενετικό επίπεδο, είναι το αποτέλεσμα:

• Μετατροπής των πρωτοογκογονιδίων σε ογκογονίδια
• Τα ογκοκατασταλτικά γονίδια παύουν να είναι λειτουργικά
• Αδρανοποιούνται οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης του DNA

H μετατροπή των πρωτοογκονιδίων σε ογκογονίδια μπορεί να συμβεί λόγω διάφορων μεταλλαξιογόνων παραγόντων αλλά και από κάποια χρωμοσωμική ανωμαλία συνηθέστερα μετατόπισης . Τα ογκογονίδια υπερλειτουργούν, και οδηγούν το κύτταρο σε ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό και δημιουργία καρκίνου. 

Η αδρανοποίηση των ογκοκατασταλτικών γονιδίων είναι συνήθως αποτέλεσμα μετάλλαξης που οφείλεται σε έλλειψη γονιδίου

Αυτό αφαιρεί από το κύτταρο την δυνατότητα ελεγχου του πολλαπλασιασμού και οδηγεί στην καρκινογένεση. 

Βλάβες στους μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA οδηγούν σε αυξημένη συχνότητα εμφάνισης καρκίνου 

Ο καρκίνος είναι αποτέλεσμα μετάλλαξης του γενετικού υλικού, δεν κληρονομείται και συνήθως δεν είναι το αποτέλεσμα  μιας μετάλλαξης αλλά είναι αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης πολλών γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων.

Στην δημιουργία του καρκίνου συμμετέχουν συνήθως και ογκογενετικά και ογκοκατασταλτικά γονίδια τα οποία έχουν υποστεί μεταλλάξεις (όπως στον καρκίνο του παχέος εντέρου).

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ   ΟΑΕΔ

gr.clipart.me380 × 380

 gr.dreamstime.com400 × 400

www.public.gr273 × 400