Mutatie (biologie)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Mutaties zijn veranderingen in het erfelijk materiaal (DNA of RNA) van een organisme. Mutaties kunnen ook optreden in het DNA of RNA van virussen, hoewel virussen vaak niet tot de organismen gerekend worden.

Het DNA is opgebouwd uit nucleotiden: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). RNA heeft in plaats van het nucleotide thymine het nucleotide uracil (U). De volgorde van deze nucleotiden wordt een sequentie genoemd. Wanneer er in zo'n sequentie iets veranderd, toegevoegd of verwijderd wordt, dan wordt dat een mutatie genoemd.

Mutaties spelen een belangrijke rol bij veel biologische verschijnselen:

Soorten mutaties[bewerken]

Mutaties kunnen op vele manieren optreden. Mutaties die de structuur van een DNA-sequentie veranderen, kunnen worden onderverdeeld in kleinschalige en grootschalige mutaties.

Kleinschalige mutaties[bewerken]

Wanneer de mutatie slechts één nucleotide (of ook wel enkele nucleotiden) betreft, dan is er sprake van kleinschalige mutaties.

  • Bij puntmutaties of substituties wordt het ene nucleotide uitgewisseld voor een andere.
    • Bij een transitie wordt een purine vervangen door een andere purine (A en G) of een pyrimidine voor een pyrimidine (C en T). Transities zijn de meest voorkomende puntmutaties want hier vindt geen structuurverandering plaats (een purine blijft een purine en een pyrimidine blijft een pyrimidine)
    • Bij een transversie wordt een purine vervangen door een pyrimidine (A of G voor C of T) of andersom
  • Bij kleinschalige deleties worden één of enkele nucleotiden uit de sequentie verwijderd
  • Bij kleinschalige inserties worden één of enkele nucleotiden aan de sequentie toegevoegd.

Deletie en inserties worden ook samen aangeduid met de term indel: INsertion DELetion. Indel-mutaties zijn frameshiftmutaties: de genetische code wordt ernstiger verstoord dan door de meeste puntmutaties.

Grootschalige mutaties[bewerken]

Verschillende soorten mutaties op het niveau van chromosomen

Grootschalige mutaties worden ook wel chromosomale mutaties genoemd, omdat ze een aanzienlijk deel van de structuur van een chromosoom kunnen beïnvloeden. Grootschalige mutaties worden soms ook gerekend tot het verschijnsel van genetische recombinatie

  • bij grootschalige deleties wordt een sequentie uit het chromosoom verwijderd.
  • bij grootschalige inserties wordt een sequentie aan het chromosoom toegevoegd.
  • bij duplicaties wordt een sequentie gekopieerd en elders aan het DNA toegevoegd
  • bij inversies wordt een sequentie binnen het chromosoom 'omgekeerd' qua volgorde.
  • bij translocaties wordt een sequentie uit het chromosoom geknipt en elders weer toegevoegd.

Gevolgen van mutaties[bewerken]

Grote delen van het DNA hebben geen duidelijke functie: het zogenaamde junk-DNA. Mutaties in deze gedeelten hebben meestal weinig gevolgen: ze veranderen het genotype, maar niet het fenotype. Een dergelijke onschuldige of neutrale mutatie wordt ook wel een polymorfisme genoemd. Wanneer echter een mutatie optreedt in een coderend gedeelte van een gen, dan kunnen er wel duidelijke gevolgen zijn.

Structuur van eiwitten[bewerken]

Een mutatie die optreedt in een gen dat codeert voor een eiwit kan verschillende gevolgen hebben voor de structuur van dat eiwit.

Puntmutaties kunnen een codon veranderen, met als mogelijk gevolg

  • een silent ('stille') mutatie: het nieuwe codon codeert voor hetzelfde aminozuur, en heeft dus geen gevolgen voor het fenotype.
  • een missense mutatie: het nieuwe codon codeert voor een ander aminozuur.
  • een nonsense mutatie: het nieuwe codon is een stopcodon, waardoor het eiwit ingekort wordt.

Bij inserties en deleties is de kans op ingrijpende gevolgen groter:

  • verwijdering of toevoeging van één of meer aminozuren
  • verschuiving van het reading frame

Abnormale eiwitten ten gevolge van een mutatie worden meestal gewoon afgebroken. Maar soms kan zo'n abnormaal eiwit zich ophopen, zoals bij sikkelcelanemie.

Erfelijkheid[bewerken]

Veel mutaties hebben weinig invloed omdat ze alleen maar in enkele lichaamscellen voorkomen. Zulke mutaties worden somatische mutaties genoemd. Somatische mutaties zijn niet erfelijk. Wanneer echter een mutatie uiteindelijk in de geslachtscellen terechtkomt, dan wordt het een germline mutatie genoemd. Germline mutaties kunnen erfelijk zijn, en zijn daarom van belang in erfelijke aandoeningen en evolutionaire processen. Germline mutaties worden lethaal genoemd wanneer ze ervoor zorgen dat een organisme vroegtijdig sterft (bijvoorbeeld in de embryonale fase).

Kanker[bewerken]

Kanker wordt vaak veroorzaakt door een opeenhoping van mutaties in genen met regulerende functies. Hierdoor ontstaat ongeremde celdeling, waarbij de kans op nieuwe mutaties groter wordt, zodat de kankercellen steeds agressievere eigenschappen kunnen krijgen. Voordat een cel zich ontwikkelt als kankercel zijn minimaal zeven mutaties nodig.[1]

Oorzaken van mutaties[bewerken]

Mutaties zijn te verdelen in enerzijds spontane of natuurlijke mutaties en anderzijds door de mens geïnitieerde mutaties, bijvoorbeeld als onderdeel van biomedisch onderzoek of geavanceerde veredelingsmethoden. Zowel straling, chemicaliën, experimentele handelingen, als virussen kunnen de mutatie tot stand brengen.

Mutaties en evolutie[bewerken]

Door mutaties kunnen nieuwe allelen en genen ontstaan, waardoor de erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische variatie, en spelen daarom een belangrijke rol bij de evolutie van het leven. Daarnaast zijn door verdubbeling van het aantal chromosomen nieuwe soorten ontstaan, zoals bij Brassica, Triticum en Musa. Door middel van natuurlijke selectie kunnen gunstige mutaties zich door een populatie verspreiden, en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan. 'Neutrale' mutaties zullen zich volgens statistische processen door een populatie verspreiden, dit wordt genetische drift genoemd.

In het Luria-Delbrück experiment (1942) werd aangetoond dat mutaties toevallig plaatsvinden, onafhankelijk van natuurlijke selectie. Bepaalde mutaties komen niet vaker voor als de selectiedruk verhoogd wordt. Met het Luria-Delbrück experiment werd het Lamarckisme verworpen.

Recent onderzoek wijst er echter op dat in bepaalde situaties een organisme de frequentie en de locatie van mutaties kan beïnvloeden.

Zie ook[bewerken]

Bronnen & verwijzingen

Bronnen

  1. (en) Campbell, N.A.; Reece, J.B.; Jackson, R.B.; Cain, M.L.; Urry, L.A.; Wasserman, S.A. & Minorsky, P.V.; 2007: Biology, Benjamin-Cummings (8e druk), ISBN: 0321543254.