Transcript Document 7295074

1
2
Mutation
การเปลีย่ นโครงสร้ างของ Genes
 ทาให้ เกิด genes รู ปแบบใหม่ (Alternative forms)
 เป็ นคุณลักษณะอย่ างหนึ่งของ genes ทีเ่ ปลีย
่ นแปลงได้
ผล - เปลีย่ น Phenotype หรื อไม่ เปลีย่ น
- เกิด Biodiversity
- ใช้ ศึกษา การควบคุมพันธุกรรม

3
Types of Mutation
ใน Molecular Genetics



I. Mutation ระดับ DNA sequence
II. Mutation ระดับ Gene
III. Reversion Effect ของ Mutation
4
I. Mutation ระดับ
DNA sequence
1. Point Mutation
2. Insertion
3. Deletion
4. Inversion
II. Mutation ระดับ
Gene
1. Silent mutation
2. Missense
mutation
3. Nonsense
mutation
4. Frameshift
mutation
III. Reversion
Effect ของ
Mutation
1 Back mutation
2. Second site
reversion
3. Suppression
5
I. Mutation ระดับลาดับDNA
(DNA sequence)
6
Bases ใน Nucleic Acids
7
CH
3
8
1. Point Mutations


mutation โดยแทนที่ 1 nucleotide ด้ วยอีก nucleotide
อาจเป็ นได้ ท้งั
Transition คือ แทนทีร่ ะหว่ าง base กลุ่มเดียวกัน

purine to purine (A --> G) หรื อ
 pyrimidine to pyrimidine (T--> C)


Transversion คือ แทนทีร่ ะหว่ าง base ต่ างกลุ่ม
purine to pyrimidine (A --> T)
 pyrimidine to purine (G --> C)

9
Point mutation
1
2. Insertion

Insertion คือ
การสเพิม่
base pair ใน
DNA
1
3. Deletion

Deletion คือ
การเอา base
pair ออกจาก
DNA
1
4. Inversion

เป็ นการตัดส่ วน
ของ DNA
duplex แล้ ว
แทรกใส่ เข้ าไปอีก
ครั้งในตาแหน่ ง
เดิมแต่ สลับ
ทิศทาง
1




Mutation ทาให้
เปลีย่ นแปลงที่
DNA sequence
Point mutation
Insertion /
Deletion
Inversion
1
II. Mutation ระดับ Gene
Mutation เกิดใน Intergenic region ไม่ แสดง effect
Mutation เกิดใน Coding region แสดง effect
15
1. Silent mutation


เมื่อเกิด point mutation ในตาแหน่ งที่ 3 ของ codon
เนื่องจากความไม่ คงที่ (wobble) ของ genetic code ทาให้
ไม่ มผี ลเปลีย่ น amino acid sequence ของ gene
product --> ไม่ ให้ mutant phenotype
Mutation ภายใน intron
1
Silent Mutation
1
2. Missense mutation




เป็ น Point mutation 1 base แล้ วเป็ นผลให้ เปลีย่ น
codon --> เปลีย่ น amino acid
ส่ วนมากเกิดกับ ตาแหน่ งที่ 2 หรื อ 3 ของ cocdon
ส่ วนน้ อยทีเ่ กิดกับตาแหน่ งที่ 3 (wobble)
ทาให้ เปลีย่ นเป็ น mutant phenotype ขึน้ กับ amino acid
sequence
1
Missense Mutation
1
3. Nonsense mutation



Point mutation ทีเ่ ปลีย่ น codon ปกติให้ เป็ น stop codon
ทาให้ gene กุด (truncated gene) --> polypepttide
สู ญเสี ยส่ วนปลาย carboxyl ซึ่งอาจเป็ นส่ วนจาเป็ นของ
protein ก็ได้
ผลเปลีย่ นเป็ น mutant phenotype
2
Nonsense Mutation
2
4. Frameshift mutation


เป็ น Insertion หรื อ deletion หลาย base pairs
แล้ ว ทาให้ ชุดของ codon (reading frame)
ส่ วนหลังของ mutation เป็ นต้ นไปเปลีย่ น
ผลเปลีย่ นเป็ น mutant phenotype
2
Frameshift Mutation
2
III. Reversion Effect ของ Mutation
24
III. Reversion Effect ของ Mutation


Mutant ที่ กลับไปเป็ น wild-type phenotype เพราะ
Second mutation
Second mutation ทาให้ restore nucleotide
sequence ดั้งเดิม ของ DNA
Back mutation โดย point, insertion และ
deletion mutation
 Second site mutation (Forward mutation)
 Suppression mutation

2
1. Back mutation
2
2. Second site mutation



Mutation อันที่ 2 ใน gene เดิมที่ restore original
phenotype แต่ ไม่ restore original DNA sequence
เช่น
Mutation อันที1
่ เกิด missense mutation ที่ DNA
Mutation อันที่ 2 เกิดที่ codon เดียวกับ missense
mutation ที่ mRNA --> ได้ gene product เหมือน origin
แต่ DNA sequence ไม่ เหมือนเดิม
2
2
3. Suppression mutation


Mutation อันที่ 2 ในต่ าง gene
เกิดกับ anticodon เพื่อไป reverse หรื อ
suppress stop codon mutant (nonsenese
mutation)
2
Suppression
mutation
3
31
Causes of Mutations
1. Spontaneous Mutations
2. Chemical Mutations
3. Radiation-induced Mutations
Mutagens คือ chemical agents หรื อ
physical agents ทีท่ าให้ เกิด mutation
Mutagenesis คือ การเกิด mutation
3
1. Spontaneous Mutation
33
1. Spontaneous Mutation



mutation เกิดเอง ระหว่ าง replication
ใน bacterial cell เกิดทุก ๆ 1 cell ใน 108 cell divisions
ในคน rate ยิง่ สู งกว่ า มักเกิดอย่ าง random


โดยเป็ นความบกพร่ องของ DNA replication ที่เล็ดลอด
proofreading function ของ replicating enzymes
Spontaneous mutation เกิดจากหลายสาเหตุ
Replication mechinary
 Tautomeric shift ของ Base
 Frameshift ระหว่ าง replication

3
1.1 Replication machinery



E.coli mutant strains มี unfaithful replication เรียกว่ า
Mutators
Gene ของ DNA Polymerase encode ให้ mutant
subunits --> mismatch repair และ proofreading
ไม่ ได้ ใน replication
Rate mutation ของ mutator สู งกว่ าปกติและ mutator
ปรับตัวต่ อ environment ได้ ดี
3
1.2 Tautomeric shift ของ base




Base ทีเ่ ป็ นส่ วนประกอบใน DNA มีได้ 2 form/Tautomer
Tautomers คือ structural isomer ทีม่ ี สู ตรโครงสร้ าง้
หมือนกัน แต่ โครงสร้ างโมเลกุลต่ างกัน
แต่ ปกติ ใน DNA แต่ ละ base มี form เดียว
การเปลีย่ น form ของ base เรียกว่ า Tautomerization
หรื อ Tautomeric shift
Purine
Pyrimidine
A amino --> imino
T keto --> enol
G keto --> enol
C amino --> imino
3
Common
Rare
3
Tautomers ของ Base ใน DNA
Base pairing
ปกติ
T keto = A amino
C amino
 G
keto
Base pairing
ไม่ ปกติ
T enol  G keto
T keto  G enol
C imino = A amino
C amino = A imino
3
กลไกการเกิด mutation จาก tautomers
3
1.3 Frameshift mutation



ระหว่ าง DNA replication มี insertion/deletion
ทาให้ reading frame ของ codons เปลีย่ นตั้งแต่
จุดเกิด mutation
ได้ mutant protein
4
Frameshift mutation
4
2. Chemical - Induced Mutation
42
2. Chemical Mutagenesis




Mutation โดย chemicals และ radiation เกิดบ่ อยกว่ า
spontaneous mutation
Chemicals บางอย่ างเร่ งอัตรา mutation หรื อ induced
mutation
Chemicals นั้นเรียกว่ า Mutagens
Chemical mutagens 2 กลุ่มใหญ่



Mutagenic ต่ อ replicating DNA
Mutagenic ต่ อ replicating และ nonreplicating DNA
Chemical mutagens ทีม่ ปี ระสิ ทธิภาพ (potent) 5 กลุ่ม
4
Chemical Name
I. Alkylating agents
Di-(2-chloroethyl) sulfide
gas or sulfur mustard
Di-(2-chloroethyl) methylamine
Ethylmethane sulfonate
Ethylethane sulfonate
II. Base analogs
5-Bromouracil
2-Aminopurine
III. Acridines
2,8-Diamino acrdine
IV. Deaminating agents
Nitrous acid
V. Hydroxylating agent
Hydroxylamine
Common Name
Mustard
Nitrogen mustard
EMS
EES
5-BU
2-AP
Proflavin
HA
4
I. Alkylation

การใส่ Methyl [CH3] หรื อ Ethyl [CH2] groups
เข้ าที่ base ของ DNA


ทาให้ เปลีย่ น base pairing
Alkylation ส่ วนมากเกิดกับ


Adenine : ถูกใส่ alkyl group ที่ N3 ของ base
Guanine : ถูกใส่ alkyl group ที่ N7 ของ base
4
Alkylation
4
II. Base Analog


Base analog มี โครงสร้ างคล้ าย
normal base และ ใส่ เข้ า DNA ได้ เช่ น
5-bromouracil [BU] และ
2-aminopurine [AP]
ทาให้ mispairing และ เกิด mutation
ระหว่ าง replication



4
Base analog
4
III. Intercalation

Positively charged molecules สอดแทรกโมเลกุลเข้ าใน
โมเลกุล DNA ระหว่ างชั้นของ base pairs ของ DNA

Proflavin, Acridine orange, Ethidium bromide และ related
compounds


ทาให้ DNA แข็ง, เปลีย่ นรู ปแบบ (conformation) และงอ
Acridine-induced mutation ระหว่ าง replication โดย
insertion หรื อ deletion 1 - 3 base pairs --> frameshift -->
gene product ทีไ่ ม่ function
4
5
IV. Hydroxylation

Hydroxylamine (NH2OH) ทาให้ เกิด transition
G : C --> A : T

Amino group ของ Cytosine [C]
ถูก hydroxylated --> ได้ Hydroxylamine-C ทา base pair
กับ Adenine [A]
 แล้ วทาให้ transition จาก G : C --> A : T


Revert mutation นีไ้ ด้ ด้วย Nitrous acid หรื อ base
analog
5
Hydroxylation
5
3. Radiation - Induced Mutation
53
3. Radiation-induced Mutation


รังสี ทีค่ ลื่นยิง่ สั้ นยิง่ มีพลังงานสู งกว่ า visible light
Radiation แบ่ งเป็ น


Inonizing radiation : X-ray, gamma ray, cosmic ray
Nonionizing radiation : ultraviolet light
5
Spectrum ของแสง
5
Ionizing radiation


High energy ทะลุเนื้อเยื่อในระยะทางพอสมควร
ใช้ ประโยชน์ ทางการแพทย์ การวิจัย และ nuclear reactor
high energy กระทบ atoms เช่ น H2O ทาให้ atoms ปล่ อย
electrons ออก -> atom กลายเป็ น positively charged free
radicals หรื อ ions



ionize H2O รอบ ๆ DNA ได้ free radicals
โดยเฉพาะ free radical ที่มี O- จะ reactive มาก
Ions เหล่ านีช้ นโมเลกุลอื่นๆ --> ปล่ อย electrons เพิม่ ขึน้ -->
ions เพิม่ ขึน้
5


ความรุนแรงแล้ วแต่ สิ่งมีชีวติ และปริมาณ
ทาให้ เกิด --> point mutation ถึงเปลีย่ น chromosome
structure





base change
single strand break
double stand break และ chromosome break ซึ่งจะถูกเก็บ
และ repair ยาก
ionizing radiation จึงเป็ นทั้ง mutagen และเป็ น clastogen
X rays, alpha rays, beta rays, gamma rays, และ
cosmic rays
5
Nonionizing radiation





Low energy กว่ า ionizing radiation เช่ น ultraviolet rays
ทะลุเฉพาะเซลล์ ช้ันบน เช่ น ผิวหนัง --> skin cancer
UV ส่ งพลังงานให้ electrons ที่ ชั้นนอก --> electron
excitation --> atom มีพลังงานเพิม่ --> ทาลาย DNA
UV ทาให้ pyrimidine bases ทีอ่ ยู่ตดิ กันบน DNA strand
เดียวกัน เชื่ อมต่ อกัน ได้ dimers ของ 2 bases
ส่ วนมากเกิดระหว่ าง T กับ T ได้ T-T dimer
5
DNA pol. Enzyme ใส่ base คู่กบั T=T ไม่ ได้ หรื อใส่ base อย่ าง
random เป็ นผลให้ เกิด mutation หลัง replication
5
รูปแบบของ DNA mutation โดย UV ที่ศึกษาพบแล้ ว
6
4. Heat
เป็ น environmental
mutagen ทีส่ าคัญที่สุด
 Heat ตัด bond ระหว่ าง
purine กับ sugar ได้
apurinic siteได้ ถึง
10,000 sites ต่ อ 1 cell
ต่ อวัน ในคน

6
DNA Repair
6