Επιμέλεια: Φωτεινή Σωτηροπούλου, Βιολόγος, 1ο ΓΕΛ Αμαλιάδας ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ Γονιδιακές, ουδέτερες, σιωπηλές, αυτόματες Μεταλλαξογόνοι παράγοντες Χρωμοσωμικές ανωμαλίες Έχουμε συνηθίσει τις μεταλλάξεις να είναι αρνητικές; Σφυρί - AIDS Επιμέλεια: Φωτεινή Σωτηροπούλου, Βιολόγος, 1ο ΓΕΛ Αμαλιάδας

Τι είναι οι μεταλλάξεις Αλλαγή στην αλληλουχία του DNA Συνήθως δημιουργούν ένα διαφορετικό φαινότυπο Ευθύνονται για πολλές κληρονομικές ασθένειες και για πολλές περιπτώσεις καρκίνου Συμβάλλουν στη δημιουργία γενετικής ποικιλότητας στον πληθυσμό Μπορεί να συμβούν σε οποιοδήποτε κύτταρο του οργανισμού αλλά μόνο όσες συμβαίνουν στα γεννητικά κύτταρα είναι δυνατό να μεταβιβαστούν στην επόμενη γενιά Έχουμε συνηθίσει τις μεταλλάξεις να είναι αρνητικές; Σφυρί - AIDS

Είδη μεταλλάξεων Μεταλλάξεις Σε σωματικά ή σε γεννητικά κύτταρα Αυτόματες ή από μεταλλαξογόνους παράγοντες Γονιδιακές Χρωμοσωμικές ανωμαλίες Επιβλαβείς, ουδέτερες, σιωπηλές, ευνοϊκές Αριθμητικές Δομικές Αντικατάσταση Μονοσωμίες Τρισωμίες Έλλειψη Διπλασιασμός Προσθήκη Αναστροφή Μετατόπιση

Ποιοι παράγοντες προκαλούν μεταλλάξεις; Μεταλλαξογόνοι παράγοντες Χημικές ουσίες φορμαλδεΰδη κάποιες χρωστικές αρωματικοί κυκλικοί υδρογονάνθρακες καφεΐνη Ακτινοβολίες Χ γ κοσμική υπεριώδης Αυτόματες μεταλλάξεις Λάθη κατά την αντιγραφή του DNA Λάθη κατά το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων

Χρωμοσωμικές ανωμαλίες Μεταλλάξεις που αφορούν μεγάλο τμήμα του χρωμοσώματος Καρυότυπος χρωμοσωμικής ανωμαλίας

Γονιδιακές μεταλλάξεις Αφορούν μικρό αριθμό βάσεων Αντικατάσταση Μια βάση αντικαθίσταται από κάποια άλλη Επηρεάζεται ένα αμινοξύ Έλλειψη Μία ή περισσότερες βάσεις χάνονται Προσθήκη Μία ή περισσότερες βάσεις προστίθενται Η έλλειψη/προσθήκη τριών βάσεων οδηγεί σε έλλειψη/προσθήκη ενός αμινοξέος Η έλλειψη/προσθήκη βάσεων πολ/σιων του τρία οδηγεί σε έλλειψη/προσθήκη αντίστοιχου αριθμού αμινοξέων Η έλλειψη/προσθήκη βάσεων μη πολ/σιων του τρία οδηγεί σε εκτεταμένες αλλαγές στην αλληλουχία της πολυπεπτιδικής αλυσίδας Γίνονται κατά την αντιγραφή – Τι ευθύνεται;

Συνέπειες γονιδιακών μεταλλάξεων στην αλληλουχία των αμινοξέων Φυσιολογική αλληλουχία βάσεων CAT-TCA-CCT-GTA-CCA GTA-AGT-GGA-CAT-GGT Αντικατάσταση CAT-GCA-CCT-GTA-CCA GTA-CGT-GGA-CAT-GGT Έλλειψη CAT- CAC- CTG-TAC-CA.. GTA- GTG-GAC-ATG-GT.. Προσθήκη CAT-GTC-ACC-TGT-ACC-A.. GTA-CAG-TGG-ACA-TGG-T.. Να βρουν τα παιδιά την αλληλουχία των αμινοξέων σε κάθε περίπτωση αν υποθέσουμε ότι μεταγράφεται η κάτω από αριστερά από τα δεξιά Πίνακας – αλλαγή στο 3’ ATA 5’

Οι μεταλλάξεις δεν είναι πάντοτε βλαβερές Οι μεταλλάξεις δεν είναι πάντοτε βλαβερές Χωρίς τις μεταλλάξεις η γενετική ποικιλότητα θα περιοριζόταν αρκετά και η εξέλιξη δε θα είχε συμβεί

Ουδέτερες και Σιωπηλές Μεταλλάξεις Ουδέτερες και Σιωπηλές Μεταλλάξεις Ουδέτερες: Μεταλλάξεις που δεν είναι επιβλαβείς. Αλλαγή σε ένα μόνο αμινοξύ με ελάχιστη επίδραση στη στερεοδιάταξη και στη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης – για παράδειγμα σε αμινοξέα ενζύμων μακριά από το ενεργό κέντρο Σιωπηλές: Μεταλλάξεις που καταλήγουν σε συνώνυμο κωδικόνιο, οπότε δεν αλλάζει η αλληλουχία της παραγόμενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας

Πώς μεταφέρεται μια αντικατάσταση βάσης στα θυγατρικά κύτταρα Πώς μεταφέρεται μια αντικατάσταση βάσης στα θυγατρικά κύτταρα GCA CGT CCT GCA CGT GCA Γίνονται κατά την αντιγραφή; Ποιος ευθύνεται; Γίνονται περισσότερες στα γονίδια ή ανάμεσα στα γονίδια; Ποιες μεταφέρονται στις επόμενες γενιές; CGT GCA CCT GGA CGT GCA GCA CGT

Ας σκεφτούμε.... Μια αντικατάσταση βάσης σε ένα κωδικόνιο είναι πιθανότερο να εκφραστεί.... σε ένα προκαρυωτικό ή σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο; όταν συμβεί σε γονίδιο ενός εμβρύου 6 ημερών ή στο ίδιο γονίδιο σε ένα έμβρυο 6 μηνών;

Ας (ξανα)σκεφτούμε… Όση ώρα μιλάμε, έγινε επιβλαβής γονιδιακή μετάλλαξη στο γονίδιο της ινσουλίνης σε όλα τα κύτταρα του ματιού. Θα αρχίσω να παράγω ελαττωματική ινσουλίνη; Επίσης σε ένα κύτταρο του δεξιού ματιού μου ένα από τα δυο υπολειπόμενα αλληλόμορφα για τα γαλανά μάτια μετατράπηκε στο επικρατές αλληλόμορφο για τα καστανά. Σε λίγο καιρό θα παρατηρήσετε αλλαγή στο χρώμα των ματιών μου;

Μεταλλάξεις και ανθρώπινες αιμοσφαιρίνες Φυσιολογικές αιμοσφαιρίνες ΗbA – 2 α και 2 β αλυσίδες (κύρια αιμοσφαιρίνη του ενήλικου) HbA2 – 2 α και 2 δ αλυσίδες (2,5 % στον ενήλικο) HbF – 2α και 2 γ αλυσίδες (κύρια αιμοσφαιρίνη του εμβρύου, >1% στον ενήλικο) Ας σκεφτούμε: Μεταγραφικοί παράγοντες β και γ γονιδίων

Δρεπάνωση: αποτέλεσμα μιας αντικατάστασης βάσης Μπορώ να τη διαγνώσω με καρυότυπο; Τα δρεπανοκύτταρα εμποδίζουν τη φυσιολογική ροή του αίματος στα τριχοειδή αγγεία=> προβλήματα σε διάφορα όργανα, πχ. σπλήνα, πνεύμονες Τα δρεπανοκύτταρα καταστρέφονται γρηγορότερα από τα φυσιολογικά => αναιμία

Δρεπανοκυτταρική αναιμία Το φυσιολογικό αλληλόμορφο Β για τη β-αλυσίδα μεταλλάσσεται σε βς Η στερεοδιάταξη της αιμοσφαιρίνης αλλάζει Η ΗbA μετατρέπεται σε HbS Τα ερυθροκύτταρα σε συνθήκες έλλειψης Ο2 παίρνουν δρεπανοειδές σχήμα Πόσα αμινοξέα έχει η β αλυσίδα; Ομοζυγώτες και ετεροζυγώτες

Τι προκαλεί τη δρεπανοκυτταρική αναιμία Φυσιολογική β-αλυσίδα αιμοσφαιρίνης Γλουταμινικό οξύ Προλίνη Θρεονίνη Λευκίνη Ιστιδίνη Βαλίνη β-αλυσίδα της δρεπανοκυτταρικής αιμοσφαιρίνης Βαλίνη Ιστιδίνη Λευκίνη Θρεονίνη Προλίνη Βαλίνη Γλουταμινικό οξύ

Εξάπλωση της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας ένα εξελικτικό πλεονέκτημα έναντι της ελονοσίας

β-θαλασσαιμία Ελαττωμένη έως μηδενική σύνθεση της β-αλυσίδας Ελαττωμένη έως μηδενική σύνθεση της β-αλυσίδας Μεγάλη ετερογένεια Προκαλείται από αντικαταστάσεις, ελλείψεις ή προσθήκες βάσεων Τα συμπτώματα διαφέρουν ανάλογα με τη μετάλλαξη Ομόζυγη β-θαλασσαιμία Σοβαρή αναιμία, συχνές μεταγγίσεις, υπερφόρτωση με Fe ↑HbF = διαγνωστικός δείκτης Ετερόζυγη β-θαλασσαιμία Ήπια αναιμία ↑HbΑ2 = διαγνωστικός δείκτης

Εξάπλωση της θαλασσαιμίας ένα εξελικτικό πλεονέκτημα έναντι της ελονοσίας

α-θαλασσαιμία: σχεδόν πάντα αποτέλεσμα έλλειψης ολόκληρου γονιδίου Τα γονίδια της α αλυσίδας είναι διπλά ↔ 4 α γονίδια Όσο περισσότερα γονίδια λείπουν τόσο σοβαρότερα τα συμπτώματα Επηρεάζονται όλες οι αιμοσφαιρίνες

Μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα - περίπου 200 διαταραχές του μεταβολισμού - ΦΑΙΝΥΛΚΕΤΟΝΟΥΡΙΑ Έλλειψη του ενζύμου που μετατρέπει τη φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη → συσσώρευση φαινυλαλανίνης Ομόζυγα άτομα: παρεμποδίζεται η φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία των εγκεφαλικών κυττάρων → διανοητική καθυστέρηση Με διάγνωση σε νεογνική ηλικία και τροφές φτωχές σε φαινυλαλανίνη τα συμπτώματα αποφεύγονται

Αλφισμός Έλλειψη του ενζύμου για το σχηματισμό της μελανίνης Έλλειψη μελανίνης στο δέρμα, στα μαλλιά και στην ίριδα του οφθαλμού Ετερογένεια: παντελής ή μειωμένη ενεργότητα του ενζύμου

Αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες Ανευπλοειδή: άτομα με λίγα περισσότερα ή λιγότερα χρωμοσώματα Μονοσωμία: ένα χρωμόσωμα λιγότερο Τρισωμία: ένα χρωμόσωμα περισσότερο Μη διαχωρισμός των ομόλογων χρωμοσωμάτων κατά την 1η μειωτική διαίρεση Μη διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων κατά τη 2η μειωτική διαίρεση

Λάθος στην 1η μειωτική διαίρεση 92 μόρια Αν πρόκειται για ΧΧ ζεύγος: Γαμέτες: ΧΧ, Ο Αν πρόκειται για ΧΥ ζεύγος: Γαμέτες: ΧΥ, Ο Αν πρόκειται για ετερόζυγο άτομο Αα: Γαμέτες: Αα, Ο 48 μόρια 44 μόρια 24 μόρια 24 μόρια 22 μόρια 22 μόρια

Λάθος στη 2η μειωτική διαίρεση Αν πρόκειται για ΧΧ ζεύγος: Γαμέτες: ΧΧ, Ο, Χ Αν πρόκειται για ΧΥ ζεύγος: Γαμέτες: ΧΧ, Ο, Υ ή ΥΥ, Ο, Χ Αν πρόκειται για ετερόζυγο άτομο Αα: Γαμέτες: ΑΑ, Ο, α ή αα, Ο, Α 92 μόρια 46 μόρια 46 μόρια 23 μόρια 23 μόρια 24 μόρια 22 μόρια

Σύνδρομο Down - Τρισωμία 21 Η πιο κοινή αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία Καθυστέρηση στην ανάπτυξη, χαρακτηριστικές δυσμορφίες στο πρόσωπο, διανοητική καθυστέρηση Η πιθανότητα γέννησης παιδιού με τρισωμία 21 αυξάνεται με την ηλικία της μητέρας

Τρισωμία 13 και 18 Συμπτώματα βαρύτερα από αυτά της τρισωμίας 21 Τα χρωμοσώματα που επηρεάζονται είναι μεγαλύτερα

Σύνδρομο Klinefelter 44 αυτοσωμικά + ΧΧΥ 44 αυτοσωμικά + ΧΧΥ Άτομα στείρα με εξωτερικά χαρακτηριστικά αρσενικού ατόμου Τα χαρακτηριστικά του συνδρόμου εμφανίζονται μετά την εφηβεία

Σύνδρομο Τurner 44 αυτοσωμικά + ΧΟ Η μοναδική μονοσωμία που έχει βρεθεί στον άνθρωπο Άτομα στείρα με φαινότυπο θηλυκού Δεν εμφανίζονται δευτερογενή χαρακτηριστικά του φύλου

Ας σκεφτούμε... Ένα άτομο έχει 46 χρωμοσώματα. Μπορεί να παρουσιάζει ανευπλοειδία; Το άτομο αυτό θα είναι αρσενικό ή θηλυκό;

Δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες Αλλαγές στη δομή ενός ή περισσοτέρων χρωμοσωμάτων ↔ αλλαγές στην ποσότητα ή στη διάταξη της γενετικής πληροφορίας Σχετίζονται με μεταλλαξογόνους παράγοντες όπως η ακτινοβολίες και διάφορες χημικές ουσίες Διαπιστώνονται με χρώση των χρωμοσωμάτων και τη δημιουργία ζωνώσεων (Giemsa)

Έλλειψη Απώλεια γενετικού υλικού Cri du chat – διανοητική καθυστέρηση

Διπλασιασμός Επανάληψη ενός χρωμοσωμικού τμήματος στο χρωμόσωμα Α Δ Β Γ Θ Ε Η Ζ Α Δ Β Γ Ε Θ Η Ζ

Αναστροφή Θραύσεις σε δυο διαφορετικά σημεία του χρωμοσώματος και επανένωση του τμήματος μετά από αναστροφή Αλλαγή στη διάταξη των γονιδίων στο χρωμόσωμα Α Δ Β Γ Θ Ε Η Ζ Α Β Δ Γ Θ Ε Η Ζ

Μετατόπιση Τμήμα ενός χρωμοσώματος θραύεται και ενώνεται με ένα άλλο μη ομόλογο χρωμόσωμα Αμοιβαία μετατόπιση: Ανταλλαγή χρωμοσωμικών τμημάτων ανάμεσα σε μη ομόλογα χρωμοσώματα - Δε χάνεται γενετικό υλικό – Φυσιολογικός φαινότυπος - Κίνδυνος απογόνων με χρωμοσωμικές ανωμαλίες λόγω προβλημάτων στο ζευγάρωμα των ομόλογων χρωμοσωμάτων κατά τη μείωση Α Δ Β Γ Θ Ε Η Ζ Μ Π Ν Ο Ρ Σ Μ Γ Ν Ο Θ Δ Η Ζ Ε Π Α Ρ Ζ Β

Ας σκεφτούμε.... Σε μια αναστροφή όλο το γενετικό υλικό είναι παρόν. Γιατί η αναστροφή θεωρείται μετάλλαξη; Αναστρέφεται το άκρο ενός χρωμοσώματος. Το μήκος του είναι το 1/3 του συνολικού. Πόσα γονίδια επηρεάζονται;

Τέλος για σήμερα!