مواضيع المحاضرة:
background image

 

 

114

 

 

mutation:

  is any heritable change in the genetic material, resulting in an alteration of the DNA 

sequence.

 

* Mutations are usually considered as a change that alters gene function and thus the               
   phenotype of the organism
.                                                                                                                    
*
 Some results in genetic diseases, but others have no physical effects.                                           
* Some mutations consist of an alteration of the number or structure of chromosomes in a cell 
   (abnormalities involve loss or gain of chromosomes or breakage and rejoining of chromatids). 
* Other mutations can take place in coding DNA or in regulatory sequences (single-gene              
   mutation).
 

 

 

Types of mutation 

segment are of several types:

coding properties of a DNA 

Mutations, which can alter the 

 

pair substitutions

 

-

Base

 

-

1

 

Convert or replaced one type of base pair into another.                                                                             
* G-C        A-T and A-T        G-C changes are referred to as transition mutations (replacement of a     
   purine to pyrimidine base pair by a purine to pyrimidine base pair).
                                                    
* T-A       G-CG-C       C-G, A-T       T-A  are called transversions (replacement of a pyrimidine -          
   purine base pair by a purine - pyrimidine  base pair).

 

 

 

-  

This type of mutation (Base- pair substitutions)

 

can change the codon to that of another amino   

    acid, thus altering the protein. 

                                                                                                             

-  In addition, such changes can also create a stop codon in which one base pair is replaced by          
   another. This can result in a change in amino acid sequence.  

     

                                                           

-  Although transitions are more common than transversions, both kinds of mutations occur as a      
   consequence of replication errors
, both can result from chemical damage to DNA, and both have 
   been implicated as causative factors in inherited genetic disease and cancer. 

 


background image

 

 

115

 

There are two types of base- pair substitutions: 

 

 

 

    

 

                                

which produce change in a single amino acid

  

A. Missense mutations:

           

UAA, UAG, or 

codons (

of the three stop 

produce one 

which 

 

B. Nonsense mutations:
UGA
)  in the mRNA.                                                                                                                                   
*
 Because the stop codons terminate the translation of mRNA, nonsense mutation results in 
   a premature termination of the polypeptide chain.                                                                      

         

so that it encodes an amino acid, an abnormally 

a stop codon is altered 

Conversely, if 

 

*
   elongated polypeptide is produced.

 

Small insertions / deletions

 

-

2

 

comprise a second common class of mutation.                                             
* Genetic changes involve insertion or loss of a small number of base     
   pairs (one to several hundred).                                                                     
* These mutations can results in extra or missing amino acids in a           
    protein.                                                                                                              

   

cystic 

that causes 

3 bp deletion 

of such mutation is the 

 

An example

  

-
   fibrosis.
 

 

               

                                            

2.1: Frameshift mutation:
Another type of deletion and insertion tend to be especially harmful when the number of            
missing or extra base pairs is not a multiple of three.  Because codons consist of groups of        
3bp,
 such insertions or deletions can alter all the downstream codons, and produced                    
truncated polypeptide.

 

 

      

                                                                                                                  

 

2.2: Promoter mutation:
The affinity of RNA polymerase to bind a promoter site is decrease, resulting in reduced 
production of mRNA, and final result is decreased production of a protein. Also mutations of 
transcription factor genes or enhancer sequences have the similar effects.                                      
*
 Repetitive runs of a mono, di-, or trinucleotide sequence are extremely prone to insertion      
/deletion mutation, an effect that has been attributed to slippage of template and primer         
strands during DNA replication

  

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

116

 

                                                                                                             

 

2.3:  Splice site mutation:
Mutation interfere with the splicing of introns as a mature mRNA is formed from the primary 
mRNA transcript, and alter the splicing signal that is necessary for proper excision of an intron.

 

* Mutations can be also caused by expanded tandem repeats DNA sequences (satellite)            
   which  are prone to insertion /deletion as a result of unequal crossover or unequal sister           
   chromatid exchanges                                                                                                                                   
So the principle types of mutations are:                                                                                            
Missens, Nonsense, Frameshift, Promoter, Splice site 

 

 

 

 

 

Causes of Mutation  

 

 

* Mutations can be induced in our DNA by exposure to a variety of mutagens occurring in     
   our external environment or to mutagens generated in the intracellular environment.        
* A large number of agents known to cause induced mutations. These mutations due to        
   known environmental causes are called spontaneous mutations, which are naturally           
   arising during the process of DNA replication and repair (endogenous).                                     
* Mutagens: Agents that cause induced mutations

 

Types of Mutagens 

         

                                                      

 

1. Radiation:

 

* Ionizing radiation, produced by X- rays and nuclear fall-out, can eject electrons from           
   atoms, forming electrically charged ions. 

                                       

 

 When these ions are situated within or near the DNA molecule, they can promote                

   chemical reactions that change DNA bases, and can also break the bonds of the double-    
   stranded DNA.
 

                                                          

* Nonionizing radiation: produced by UV radiation which occurs naturally in sunlight. 

     

  

It does not form charged ions but can move electrons from inner to outer orbits within    

    an atom, and the atom becomes chemically unstable.

                           

* UV radiation causes the formation of covalent bonds between adjacent pyrimidine base, 

   

base

and are unable to pair properly with purines during DNA replication, this results in a 

   

                                                                                                

                                     

 

pair substitution

   
* Sunlight is particularly damaging to DNA.  This figure  shows the formation of a thymine    
   dimer, catalyzed by UV light. The thymine dimer bridges two adjacent thymine residues on 
   the same DNA strand. Dimer is (a molecule having two subunits).                                            
* Because UV radiation is absorbed by the epidermis, it does not reach the germ line but       
   can cause skin cancer.

 

 


background image

 

 

117

 

 

 

Because of their chemical similarity to DNA bases (base analogs).

  

2. Chemicals:

 

for a true DNA base during replication.

 

substituted

can be 

Bromouracil: 

 

         

themselves between existing bases causing frameshift 

 

insert

can physically 

 

Acridin dyes:


   mutation.                                                                                                                                                        

   

and pairs with 

amino group from cytosine, converting it to uracil, 

an 

 

removes

 

Nitrous acid:

base 

adenine instead of guanine, as the original cytosine would have done. The end result is a 

   

.

pair substitution

   

 

 

 

               

                          

(those that result from no external cause) 

3. Spontaneous mutations 

* Spontaneous mutations can occur by rearrangement of bonds and by the repositioning of     
hydrogens in the purine and pyrimidine bases

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

118

 

                                         

        

Mechanisms of DNA Repair

1. Mutations that occur during DNA replication are repaired when possible by proofreading by the  
     DNA polymerases

                                                             

2.  Mutations that are not repaired by proofreading are repaired by mismatch (post-replication)       
      repair followed by excision repair

                                                 

3. Mutations that occur spontaneously any time are repaired by excision repair (base excision or      
     nucleotide excision)

 

* For DNA to be repaired properly following the mismatch incorporation of a nucleotide into      
   the newly synthesized DNA strand, the replication machinery must have a means by which to  
   distinguish between the "old" (template) strand and the "new" (daughter).                                 
* Several dozen enzymes are involved in the repair of damaged DNA. They collectively                  
   recognize the altered base, excise it by cutting the DNA strand, replace it with the correct         
   base and reseal the DNA.

 

* There are two types of excision repair:                                                                                                   
-  base excision repair and                                                                                                                              
-  nucleotide excision repair .

  

* Defects in DNA repair system can lead to many types of disease. For example, inherited            
   mutation in genes responsible for DNA mismatch repair result in the persistence of cells with  
   replication errors (mismatches) and lead to some kinds of cancers.                                                
* Fail to repair double- stranded DNA breaks can lead specifically to ovarian and /or breast          
   cancer.

 

* Nucleotide excision repair occurs when the DNA lesion is larger, for example when there is a  
   thymine dimer
.                                                                                                                                           
* In this case, a special repair exconuclease removes about 30 nucleotides, including the lesion. 
   The DNA is then resynthesized and ligated together as with base excision repair.                       
* Defect in excision repair 
lead to a number of diseases like xeroderma pigmentosum

 


background image

 

 

119

 

xeroderma pigmentosum

 

 

* Xeroderma pigmentosum: A genetic disease characterized by such extraordinary sensitivity     
   to sunlight that it results in the development of skin cancer at a very early age. Children with   
   xeroderma pigmentosum (XP) can only play outdoors safely after nightfall. They have been      
   called midnight children.                                                                                                                           

    

failed to remove pyrimidine dimers in the DNA

occurs due to 

Xeroderma pigmentosum (XP) 

       

 

ting replication errors lead to

after exposure to UV radiation, and the resul

 

of the skin cells

   

                                                                                                        

in skin cells. 

base pair substitution 

   
* XP 
usually begins within the first 10 years of life. The skin is dry and scaly (xeroderma), and      
   extensive freckling and abnormal skin pigmentation (pigmentosum) are followed by                   
   numerous skin tumors. Patients with XP can develop sever malignancies that some times          
   result in death before 20 years of age.   

 

Mutation Rates

 

At the level of the gene, the mutation rate ranging from 10

- 4 

to 10 

- 7

 per locus per cell division. 

 

 :

There are at least two reasons for the large range of variation

 

1. Gene size: larger genes present large "targets" for mutation than do smaller genes.

 

2. Certain nucleotide sequences are susceptible to mutationThese are called mutation hot spots
The best known example is the two- base (dinucleotide) sequence CG. In mammals about 80% of 

: a methyl group is attached to the cytosine base. The methylated 

methylated

are 

CG dinucleotides 

, resulting 

converting it to thymine

methylcytosine easily loses an amino group, 

-

cytosine, 5
mutation from cytosine to thymine.                                                                                                                 
The problem that arises from these methylations is that  deamination of a 5 methyl cytosine 
results in the production of thymine, which is not foreign to DNA.  Thus, while a base pair 
mismatch is seen in the DNA by the repair machinery, it does not know which of the two strands  
to repair.

 

 

 

3. Mutation rates also affected with the age of the parent

  

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

111

 

Molecular consequences of Mutation:

 

Mutations can produce either:                                                                                                                           
*
 a gain of function or                     * loss of function of the protein product

 

* Gain- of- function result in over expression or inappropriate expression of the product (in the 
   wrong tissue or in the wrong stage of development).                                                                           
   Gain- of- function mutations produce dominant disorders. 

 

* Dominant negative mutations, result in a protein product that is not only nonfunctional but    
   also inhibits the function of the protein produced by the normal allele

  

* Loss- of- function mutations are seen in recessive diseases. In such diseases, the mutation      
   results in the loss of 50% of the protein product (e.g. metabolic enzymes), but the 50% that      
   remains is sufficient for normal function.

 

* Diseases involving haplo insufficiency: in which 50% of the gene product is insufficient for      
   normal function and dominant disorder can result. 

 

E.gfamilial hypercholesterolemia, in this disease, a single copy of mutation reduces the 
number of low-density lipoprotein (LDL) receptors by 50%, so cholesterol levels are double 
than normal resulting in increase the risk of heart disease.

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 138 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل