Mutationer og genetisk variation
Mutationer
Arternes arvemateriale, DNA’et, er ret stabile molekyler, men der sker små forandringer.
DNA er et makromolekyle med mange informationer, og når det skal kopieres og deles ved celledelingerne, kan der opstå fejl. Der kan også opstå fejl på grund af radioaktiv stråling, solskoldninger, eller kemiske stoffer, der ødelægger de kemiske bindinger i molekylerne. Når informationerne skades, vil resultatet ofte blive, at de proteiner DNA’et koder for, mister deres funktion. Det kan kan være enzymer som ikke længere kan nedbryde et stof, eller et transportmolekyle, som ikke kan transportere stoffer ind i cellen.
De skader vil ofte føre til sygdom, men kan faktisk i sjældne tilfælde være en fordel. fx det at vi kan tåle mælk, få rødt hår eller blå øjne. Det er bestemte steder (loci) på kromosomerne et gen kan skades, og derfor kan vi også meget nøjagtigt udpege hvor i genomet mutationen er sket. se figur.
Ikke alle mutationer nedarves
Genmutationer rammer ét gen, så rækkefølgen af baser ændres. Genmutationer kan give forskellige resultater for det færdige protein.
Genmutationen substitution (udskiftning) får ikke altid betydning, fordi de stadig koder for den samme aminosyre. Der er flere forskellige koder til nogle aminosyrer. Hvis du ser på oversætterhjulet er der 64 koder, men kun 20 forskellige aminosyrer, så der er rigeligt med koder.
Et protein vil blive hårdt ramt hvis der sker en deletion (en base slettes) eller en insertion (en base tilføjes). Det rammer ikke kun koden (codon/triplet) for den enkelte aminosyre, men alle de koder der kommer efter mutationen. Vi kalder det frameshiftmutation, eller rammeskift-mutation En sådan mutation kan betyde at et enzym mister sin funktion. Enzymer er jo proteiner. Det kan fx betyde, at stoffer ikke kan nedbrydes fordi enzymet er ødelagt.
DNA læses 3 af gangen (tripletter (codon) og hver triplet koder for en aminosyre (phe, glu, leu osv.) til venstre ses koden der ikke er muteret. Til højre er der sket en genmutation.
Forskellige typer punktmutationer
I første række sker en substitution, men aminosyren skiftes ikke – det er en tavs mutation.
Den normale ikke-muterede sekvens AAG CTT GAT koder for aminosyrerne phe glu leu. Men så sker der en mutation. I første codon/triplet udskiftes basen G (guanin) med basen A (adenin). En udskiftning kalder vi en substitution (substitution = udskiftning).
Efter mutationen koder sekvensen stadigvæk for aminosyrerne phe glu leu – og det er ofte tilfældet, hvis substitutionen sker i den tredje nukleotid (base + deoxyribose + P).
Næste mutation er også en substitution, men her ændres koden så den ikke længere koder for aminosyren “phe” (phenolalanin) men “val” (valin). Når substitutionen sker i det første nukleotid kan der ske en ændring af en aminosyre, og det kan resultere i et meget anderledes protein.
Her sker en substitution af nukleotidet A med C. Det ændrer den første aminosyre i rækken, så vi nu har val glu leu. Phe er altså udskiftet med val. Du kan forsikre dig om at der er forskel på om substitutionen sker i første eller sidste base i codonet ved at se på oversætterhjulet nederst på siden – læg mærke til at man ved flere codons frit kan udskifte den sidste nukleotid uden at aminosyren ændres.
I 3. række sker en insertion hvor en base tilføjes, og læserammen rykkes og det ændrer alle de følgende aminosyrer.
Her bliver der indsat A (adenin) og det kalder vi insertion (tænk på ins på dit tastatur). Ved en insertion er konsekvensen stor – hele rækken af aminosyrer fra insertionen og frem er ændres, fordi læserammen har forrykket sig mod højre. Det giver et helt andet protein, som sandsynligvis er defekt.
I den sidste sker der en deletion, og igen rykkes læserammen, og i det her eksempel opstår koden ATC som koder for STOP og det betyder at proteinet afkortes og sandsynligvist ikke vil fungere.
Her slettes G (guanin) og hele rækken af nukleotider rykkes mod venstre. Det kaldes en deletion – (husk det på knappen delete på din computer som sletter tekst). Deletionen har ligesom insertion en markant indvirkning på det færdige protein. Også her, ændres alle aminosyrerne fordi læserammen rykkes.
En af koderne ændres ligefrem så uheldigt, at der kommer til at stå ATC og det er et stopcodon, som fortæller, at cellen har nået slutningen af DNA-strengen, selvom det ikke er tilfældet. Sådan et protein vil være for kort og med stor sikkerhed ubrugeligt, fordi hele genet ikke bliver oversat.
Kromosommutationer
Kromosommutationer er mutationer hvor store stykker kromosom med mange gener flyttes på samme tid. Det har stor effekt på organismen det går ud over, og vil ofte medføre død eller alvorlig sygdom. Det kan ske under overkrydsninger i meiosen.
1. Her har vi to ikke-homologe kromosomer (det kan ses ved at de ikke er lige lange).
2. Her sker der en deletion, hvor et stykke på mange gener slettes. Den mest alvorlige type.
3. Der kan også ske det omvendte, nemlig en duplikation. Her fordobles et stykke kromosom. Det er normalt ikke skadelige. Den type mutationer kan have drevet evolutionen. Tanken er så, at naturen kan ”lege” med det ekstra stykke kromosom ved at tilføre det flere mutationer, og der så tilfældigvis vil opstå nye egenskaber. Samtidig vil det originale stykke DNA klare de livsnødvendige funktioner imens. Det svarer til at man ikke skifter hjul på bilen mens man kører.
4. Inversion betyder en omvendelse. Dvs. at et stykke DNA er klippet over to steder og vendt 180-grader, og derfor kan de ikke længere aflæses og oversættes til et brugbart DNA (replikation), RNA (transskription) eller protein (translation). Det regnes normalt som en fejl, men nogle forskningsresultater viser, at nogle planter kan slå generne til og fra på den måde. Fx gør nogle radiser det, at de slår genet for giftstof til (det vi smager som bittert), hvis der er insekter der gnaver i radiserne. Er der ingen insekter der gnaver i roden sparer den udgiften til giftproduktionen og vender genet 180-grader ved en inversion. Smart!
5. Her sker der en translokation. Det er en flytning af gener fra et kromosom til et andet. Det er især meget almindeligt hos bakterier.
Kromosomtalsmutationer
Når der sker ændringer i antallet af kromosomer, kaldes det kromosomtalsmutationer.
Variation i kromosomtallet forekommer, når der er flere eller færre end det normale antal kromosomer på 46. Ofte skyldes afvigelser i kromosomtallet, at kromosomerne ikke adskilles under kønscelledannelsen. Det kaldes non-disjunktion. Nogle kønsceller får flere end 23 kromosomer, mens andre får færre.
De fleste autosomale kromosomfejl giver misdannelser, der er så alvorlige, at fostret dør. Dog findes der en hyppig autosomal abnormitet, kaldet Downs syndrom eller mongolisme, der skyldes tilstedeværelse af tre kromosomer nr. 21. Det ekstra kromosom medfører mental retardering og et karakteristisk udseende med en række mongoltræk: skrå øjne, hudfold ved inderste øjenkrog, stor tunge, korte brede hænder med en karakteristisk tværgående fure (mongolfuren). Desuden er der forøget risiko for misdannelser fx i hjertet, hvilket kan medføre øget dødelighed. 20% dør inden for det første leveår. Risikoen for at få et barn med Downs syndrom stiger med moderens alder. Gennemsnitlig er risikoen 1:800, men hos 40-årige 1:110 og hos 45-årige 1:40. Man kan konstatere Downs syndrom ved fosterdiagnostik.
På figuren ser vi en almindelig nedarvning. Mennesket har 23 kromosompar, men her er kun vist ét par, nemlig kønskromosomerne X og Y.
I kønscelledelingen (meiosen) fordeles mandens kønsceller i sædceller med “X” i halvdelen og “Y” i den anden halvdel. Moderen har ét X i sine æg. Ved befrugtningen kombineres de enten som dreng (XY) eller pige (XX). I det her tilfælde blev det en dreng.
Her er der sket en non-disjunktion, som betyder ikke-adskillelse. Hos manden adskilles kromosomerne ikke i sædcellerne og både X og Y havner i én sædcelle, mens den anden er tom.
Det giver for mange kønskromosomer, for kombineret med moderens X bliver drengen XXY og det hedder klinefelter syndrom.
Symptomerne er sjældent alvorlige og hos 75% opdager man slet ikke at personen er syg. Nogle af kendetegnene er lange ben, nedsat muskelmasse, svag skægvækst og forsinket pubertet.
Og hvorfor er det en dreng,? Fordi XXY indeholder jo også to X’er. Det er ALTID Y kromosomet der afgør om det bliver en pige eller dreng – mere herom i sexologiafsnittet.
Her sker også en non-disjunktion og i det her tilfælde hos kvinden.
Denne gang er det et autosomalt kromosom, dvs. ikke et kønskromosom der er problemer med.
Kromosom nummer 21 bliver ikke adskilt i meiosen (kønscelledelingen) og barnet ender med tre eksemplarer – vi kalder det trisomi-21, fordi der er tre af kromosom nummer 21.
Sygdommen kaldes også downs syndrom (tidligere mongolisme).
Symptomerne er rundt ansigt, lille næse, små ører, lav intelligens, lav vækst, hjertefejl og dårligt syn.
Man kan også få andre trisomier, fx. trisomi-18 som er Edwards syndrom og her overlever fosteret sjældent mere end et par uger efter fødslen. Downs syndrom er kendt, fordi den er så “mild” at mange overlever i modsætning til andre kromosomtalsmutationer.
Antallet af fødte med downssyndrom i Danmark er kun 25-30 om året, fordi en stor del opdages under graviditeten ved scanning og fostervandsprøver. 95% beslutter at afslutte fosterets liv, hvis det diagnosticeres med en kromosomafvigelse.
Quiz: Hvorfor tror du den globale Downs syndrom dag falder den 21. marts?
Forskellige typer kromosomtalsmutationer
47, XXX, trisomi X er normalt udseende kvinder med normal fertilitet, men deres menstruationer ophører tidligt (35-40 års alderen). De kan have en sproglig og motorisk forsinket udvikling og lidt lavere intelligens end normalt. Ofte opdages det ekstra X-kromosom kun ved en tilfældighed.
47, XYY, dobbelt Y er mænd med et ekstra Y-kromosom. De er højere end gennemsnittet med normale, maskuline sekundære kønstræk, dog kan deres fertilitet være nedsat. Der kan være vanskeligheder med indlæring, og de kan være meget aktive og ukoncentrerede, men langt de fleste klarer sig helt normalt.
Turners syndrom forekommer hos piger og findes i flere forskellige former, enten mangler det ene X-kromosom helt, eller det er defekt. Mangler det ene X-kromosom, angives kromosombesætningen med 45, X. Turners syndrom er forholdsvis sjælden hos nyfødte, men blandt de hyppigste kromosomafvigelser hos fostre fra spontane aborter. Piger, der mangler et X-kromosom, udvikler ikke deres æggestokke, og der dannes ingen eller få ægceller og heller ikke hormonet østrogen. Derfor indtræder de ikke i puberteten, får ikke menstruation og bliver kun gravide efter hormonbehandling og evt. ægdonation. Kvinderne er små med en højde på 135-155 cm, og der kan af og til være misdannelser af de indre organer fx hjertet. Ved behandling med køns- og væksthormoner gennem opvæksten kan højden og de sekundære kønskarakterer blive normale, og enkelte kvinder kan blive gravide og få normale børn.
Test din viden
