Mutaatio

Wikipedia

Tämä artikkeli käsittelee mutaatiota biologiassa. Muut merkitykset: mutaatio (täsmennyssivu).

Mutaatiot ovat pysyviä, tytärsoluihin siirtyviä muutoksia solun geneettisessä materiaalissa (yleensä DNA:ssa tai RNA:ssa). Mutaatiot ovat seurausta DNA-vaurioista, joita syntyy spontaanisti sekä kemiallisten tapahtumien kuten metylaation tai hapettumisen seurauksena että DNA-kopioinnin virheestä solunjakautumisen yhteydessä, ja ulkoisten tekijöiden, kuten mutageenien (säteily, kemikaalit kuten kadmium) tai virusten vaikutuksesta.

DNA-vaurioita syntyy jatkuvasti, tuhansia päivässä, mutta koska solun DNA-korjausmekanismit ovat varsin tehokkaat vain murto-osa muutoksista jää pysyviksi, jolloin niitä kutsutaan mutaatioiksi. Pysyvistäkin muutoksista on syytä huomata, että toisin kuin tieteiskirjallisuudessa usein esitetään, suurimmalla osalla mutaatioista ei ole mitään todellista vaikutusta eliön elinkykyyn tai toimintaan.

Tarkoituksellisesti mutaatioita tapahtuu solussa esim. meioosissa ja hypermutaatiossa. Monisoluisissa eliöissä mutaatiot voidaan jakaa vielä ituradan mutaatioihin, jotka voivat välittyä jälkikasvulle ja somaattisiin mutaatioihin, jotka eivät periydy mutta saattavat johtaa solun virheelliseen toimintaan tai kuolemaan. Syöpä on aina useamman mutaation aiheuttama; se voi olla seurauksena, mikäli mutaatiot muuttavat solun toimintaa siten, että solu alkaa jakautua hallitsemattomasti.

Mutaatioita pidetään evoluution eteenpäin vievänä voimana, jossa luonnonvalinta poistaa vähemmän suotuisat (tai vahingolliset) mutaatiot geneettisestä varastosta, kun taas suotuisammat (tai hyödylliset) kumuloituvat. Neutraalit mutaatiot eivät vaikuta organismin eloonjäämistodennäköisyyteen sen luonnollisessa ympäristössä ja siten ne voivat kumuloitua ajan mittaan. Tästä voi olla seurauksena ilmiö, joka tunnetaan nimellä punctuated equilibrium eli klassisen evoluutioteorian moderni tulkinta.

DNA:ssa on niin sanottuja kuumia pisteitä, hotspot, joissa mutaatioita esiintyy jopa 100 kertaa niin usein kuin mikä on normaali mutaatiotahti. Hotspot voi olla esimerkiksi epätavallinen emäs, kuten 5-metyylisytosiini.

Mutaatiotaajuus vaihtelee lajista toiseen. Evoluutiobiologit ovat muodostaneet teorian, jonka mukaan korkeammat mutaatiotaajuudet ovat hyödyllisiä jossain tilanteissa, koska ne antavat organismin muuntua ja siten sopeutua nopeammin ympäristöönsä.

Sisällysluettelo

1 Erityyppisiä mutaatioita
- 1.1 Pistemutaatiot
- 1.2 Lukukehystä muuttavat mutaatiot
2 Mutaatioiden syitä
3 DNA-korjausmekanismit
4 Lähteet
5 Katso myös
6 Aiheesta muualla

[muokkaa] Erityyppisiä mutaatioita

Mutaatioiden perustyypit ovat:

[muokkaa] Pistemutaatiot

Pistemutaatio on yleensä solunsisäisen kemiallisen tapahtuman, virheellisen DNA-kopioinnin tai mutageenin aiheuttama. Siinä yksi nukleotidi vaihtuu toiseen. Pistemutaatioista on neljänlaisia seurauksia:

hiljainen mutaatio: kodoni koodaa samaa aminohappoa, joten mutaatiolla ei ole vaikutusta
missense-mutaatio: kodoni koodaa eri aminohappoa
nonsense-mutaatio: kodoni on pysähtymiskodoni, jolloin polypeptidiketjun syntetisoituminen päättyy ennen aikojaan
neutraali mutaatio: kodoni muuttuu toista, kemiallisesti samankaltaista aminohappoa koodavaksi kodoniksi. Muuttuneen aminohapon samankaltaisuuden vuoksi syntyvä proteiini kuitenkin toimii normaalisti.

Pistemutaatioiden mekanismeja:

Deaminaatio eli emäksen amiiniryhmän menetys, jolloin tapahtuu tautomeerinen siirtymä eli alkuperäinen emäs korvautuu analogilla (esim. C→U), varsin yleinen mutaatio, joka tapahtuu ihmisellä arviolta 100 kertaa päivässä.
Transitio eli siirtymä, jossa puriini vaihtuu toiseen puriiniin (A ↔ G) tai pyrimidiini pyrimidiiniin (C ↔ T).
Transversio eli kääntymä, jossa puriini vaihtuu pyrimidiiniin tai pyrimidiini vaihtuu puriiniin (C/T ↔ A/G).

Pistemutaatio voi palautua joko siten, että nukleotidi vaihtuu takaisin alkuperäiseksi (todellinen palautuminen), tai komplementaarisella mutaatiolla, jolloin geenin toisessa osassa tapahtuva mutaatio palauttaa geenin toiminnan.

[muokkaa] Lukukehystä muuttavat mutaatiot

Lukukehystä muuttavat insertiot ja deleetiot, jotka johtuvat useimmiten polymeraasientsyymin tekemästä virheestä kopioitaessa toistuvia sekvenssejä. Ulkoisista tekijöistä erityisesti virukset aiheuttavat insertiomutaatioita genomiin. Lukukehyksen muutos proteiinia koodaavassa sekvenssissä on huomattavasti pistemutaatiota suurempi muutos, jokainen mutaatiota seuraava aminohappokoodi vaihtuu eli lähes aina geenistä tulee toimimaton.

Insertio lisää yhden tai useamman nukleotidin DNA:han. Paitsi kopiointivirhe, myös esimerkiksi transposoni eli "hyppivä geeni" aiheuttaa insertiomutaation. Transposonin hypätessä toisaalle voi insertio palautua spontaanisti.

Deleetio poistaa yhden tai useamman nukleotidin DNA:sta. Yleisin deleetio on depurinaatio eli puriiniemäksen (A tai G) menetys, joka tapahtuu ihmisellä arviolta 5000 kertaa päivässä.

[muokkaa] Mutaatioiden syitä

Spontaanit mutaatiot

Happiradikaalien aiheuttama oksidatiivinen vaurio
Spontaani hydrolyysi
Metylaatio
DNA-kopioinnin virhe

Ulkoisten tekijöiden aiheuttamat mutaatiot

Mutageeniset kemikaalit
- Nitrosoguanidiini (NTG)
- Emäsanalogit (esim. BrdU)
- Yksinkertaiset kemikaalit (esim. hapot)
- Alkyloivat (esim. N-etyyli-N-nitrosourea (ENU))
- Metyloivat (esim. etaanimetyylisulfonaatti (EMS))
- Polysykliset hiilivedyt (esim. polttomoottorin pakokaasussa esiintyvät bentsopyreenit)
- Emästen väliin tunkeutuvat (esim. etidiumbromidi)
- DNA-ketjun risteämistä, crosslink, aiheuttavat (esim. platina)
- Happiradikaalit
Mutageeninen säteily
- Ultraviolettisäteily
- Ionisoiva säteily
Virukset ja retrovirukset
- Papilloomavirus
- HI-virus

[muokkaa] DNA-korjausmekanismit

Vaikka mutaatiot ovat evoluution keskeinen mekanismi, on geneettinen pysyvyys kuitenkin yksilön selviämisen edellytys. Koska DNA-vauriot ovat niin yleisiä, soluun on evoluution myötä kehittynyt useita korjausmekanismeja. Yleisimmille korjausmekanismeille on yhteistä DNA:n kaksijuosteisuuden hyödyntäminen - koska useimmiten vain toinen kopio vaurioituu, korjaavat entsyymit pystyvät hyödyntämään vastakkaisen juosteen informaatiota.

Korjaus poistamalla virheellinen emäs, base excision repair
Korjaus poistamalla virheellinen nukleotidiketju, nucleotide excision repair

Mikäli molemmat juosteet ovat vaurioituneet, korjaaminen on monimutkaisempaa. Joskus toisaalla genomissa on vastaava nukleotidisarja, josta puuttuvan informaation voi kopioida (geenikonversio, engl. gene conversion).