Διαφορά μεταξύ μετάλλαξης και ανασυνδυασμού

Κύρια διαφορά – Μετάλλαξη έναντι ανασυνδυασμού

Το DNA χρησιμεύει ως γενετικό υλικό των περισσότερων οργανισμών, αποθηκεύοντας πληροφορίες για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή. Το πλήρες σύνολο του DNA ενός οργανισμού αναφέρεται ως γονιδίωμα. Τα γονιδιώματα των οργανισμών είναι δυναμικές οντότητες που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Η μετάλλαξη και ο ανασυνδυασμός είναι δύο τύποι αλλαγών που μπορούν να συμβούν στα γονιδιώματα. Μια μετάλλαξη αναφέρεται σε μια αλλαγή στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων μιας μικρής περιοχής του DNA. Από την άλλη πλευρά, ο ανασυνδυασμός αναδομεί ένα μέρος του γονιδιώματος. Η κύρια διαφορά μεταξύ μετάλλαξης και ανασυνδυασμού είναι ότι η μετάλλαξη φέρνει μια μικρής κλίμακας αναδιάταξη στο γονιδίωμα ενώ ο ανασυνδυασμός φέρνει μια μεγάλης κλίμακας αναδιάταξη στο γονιδίωμα .

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η μετάλλαξη
      – Ορισμός, Τύποι, Ρόλος
2. Τι είναι ο Ανασυνδυασμός
     – Ορισμός, Τύποι, Ρόλος
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της μετάλλαξης και του ανασυνδυασμού
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μετάλλαξης και ανασυνδυασμού
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Χρωμοσωμική μετάλλαξη, DNA, Μετατόπιση πλαισίου μετάλλαξης, Γονιδίωμα, Ομόλογος ανασυνδυασμός, Σημειακή μετάλλαξη, Ανασυνδυασμός, Ανασυνδυασμός Ειδικής τοποθεσίας, Μεταφορά

Τι είναι η μετάλλαξη

Μια μετάλλαξη αναφέρεται σε μια μόνιμη, κληρονομική αλλαγή στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός γονιδίου ή ενός χρωμοσώματος. Μπορεί να προκύψει λόγω σφαλμάτων κατά την αντιγραφή του DNA ή βλαβερής επίδρασης μεταλλαξιγόνων όπως η ακτινοβολία και οι χημικές ουσίες. Μια μετάλλαξη μπορεί να είναι μια σημειακή μετάλλαξη, η οποία αντικαθιστά ένα μεμονωμένο νουκλεοτίδιο με ένα άλλο, μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου, η οποία εισάγει ή διαγράφει ένα ή μερικά νουκλεοτίδια ή μια χρωμοσωμική μετάλλαξη, η οποία μεταβάλλει τα χρωμοσωμικά τμήματα.

Μεταλλάξεις σημείων

Οι σημειακές μεταλλάξεις είναι επίσης γνωστές ως υποκαταστάσεις καθώς αντικαθιστούν τα νουκλεοτίδια. Τρεις τύποι σημειακών μεταλλάξεων μπορούν να αναγνωριστούν με βάση την επίδραση κάθε τύπου μεταλλάξεων. Είναι λανθασμένες μεταλλάξεις, ανόητες μεταλλάξεις και σιωπηλές μεταλλάξεις. Σε μεταλλάξεις αστοχίας , η αλλαγή ενός μόνο ζεύγους βάσεων στη νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός γονιδίου μπορεί να αλλάξει ένα μόνο αμινοξύ, το οποίο μπορεί τελικά να οδηγήσει στην παραγωγή μιας διαφορετικής πρωτεΐνης, αντί της αναμενόμενης πρωτεΐνης. Σε ανόητες μεταλλάξεις , η αλλαγή ενός μόνο ζεύγους βάσεων στη νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός γονιδίου μπορεί να χρησιμεύσει ως σήμα για την αναστολή της συνεχιζόμενης μετάφρασης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή μιας μη λειτουργικής πρωτεΐνης, που αποτελείται από μια συντομευμένη αλληλουχία αμινοξέων. Σε σιωπηλές μεταλλάξεις , η αλλαγή μπορεί να κωδικοποιεί είτε για το ίδιο αμινοξύ λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα είτε ένα δεύτερο αμινοξύ με παρόμοιες ιδιότητες. Επομένως, η λειτουργία της πρωτεΐνης μπορεί να μην μεταβάλλεται μέσω της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας ποικίλλει. Διαφορετικοί τύποι σημειακών μεταλλάξεων φαίνονται στην εικόνα 1.

Εικόνα 3:Σημειακές μεταλλάξεις

Μεταλλάξεις Frameshift

Οι τρεις τύποι μεταλλάξεων μετατόπισης πλαισίου είναι η εισαγωγή, η διαγραφή και η αντιγραφή. Μια εισαγωγή ενός ή λίγων νουκλεοτιδίων θα αλλάξει τον αριθμό των ζευγών βάσεων ενός γονιδίου. Διαγραφή είναι η αφαίρεση ενός ή λίγων νουκλεοτιδίων από ένα γονίδιο. Σε διπλασιασμούς , ένα ή λίγα νουκλεοτίδια αντιγράφονται μία ή πολλές φορές. Έτσι, όλες οι μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου αλλάζουν το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης ενός γονιδίου, εισάγοντας αλλαγές στην κανονική αλληλουχία αμινοξέων μιας πρωτεΐνης. Η επίδραση μιας μετάλλαξης μετατόπισης πλαισίου φαίνεται στην εικόνα 2.

Εικόνα 2:Μεταλλάξεις πλαισίων

Χρωματοσωμική μετάλλαξη

Οι τύποι αλλαγών στα χρωμοσωμικά τμήματα είναι μετατοπίσεις, διπλασιασμοί γονιδίων, ενδοχρωμοσωμικές διαγραφές, αναστροφές και απώλεια ετεροζυγωτίας. Μετακινήσεις είναι οι ανταλλαγές των γενετικών μερών των μη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Στον διπλασιασμό γονιδίων , μπορεί να προκύψουν πολλαπλά αντίγραφα ενός συγκεκριμένου αλληλόμορφου, αυξάνοντας τη δόση του γονιδίου. Ενδοχρωμοσωμικές διαγραφές είναι οι αφαιρέσεις τμημάτων χρωμοσωμάτων. Αντιστροφές αλλαγή του προσανατολισμού ενός τμήματος χρωμοσώματος. Ετεροζυγωτία ενός γονιδίου μπορεί να χαθεί λόγω της απώλειας ενός αλληλόμορφου σε ένα χρωμόσωμα με διαγραφή ή γενετικό ανασυνδυασμό. Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις φαίνονται στο εικόνα 3 .

Εικόνα 1:Χρωμοσωμικές μεταλλάξεις

Ο αριθμός των μεταλλάξεων στο γονιδίωμα μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA. Η επιδιόρθωση του DNA μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους, προ-αντιγραφικό και μετα-αντιγραφικό. Στην προ-αντιγραφική επιδιόρθωση DNA, οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων αναζητούνται για σφάλματα και επισκευάζονται πριν από την αντιγραφή του DNA. Στη μετα-αντιγραφική επιδιόρθωση DNA, το DNA που μόλις συντέθηκε αναζητείται για σφάλματα.

Τι είναι ο Ανασυνδυασμός

Ο ανασυνδυασμός αναφέρεται στην ανταλλαγή κλώνων DNA, παράγοντας νέες αναδιατάξεις νουκλεοτιδίων. Εμφανίζεται μεταξύ περιοχών με παρόμοιες νουκλεοτιδικές αλληλουχίες με σπάσιμο και επανασύνδεση τμημάτων DNA. Ο ανασυνδυασμός είναι μια φυσική διαδικασία που ρυθμίζεται από διάφορα ένζυμα και πρωτεΐνες. Ο γενετικός ανασυνδυασμός είναι σημαντικός για τη διατήρηση της γενετικής ακεραιότητας και τη δημιουργία γενετικής ποικιλότητας. Οι τρεις τύποι ανασυνδυασμού είναι ο ομόλογος ανασυνδυασμός, ο ειδικός σε θέση ανασυνδυασμός και η μεταφορά. Τόσο ο ειδικός για τη θέση ανασυνδυασμός όσο και η μεταφορά μπορούν να θεωρηθούν ως μη χρωμοσωμικός ανασυνδυασμός όπου δεν πραγματοποιείται ανταλλαγή αλληλουχιών DNA.

Ομόλογος ανασυνδυασμός

Ο ομόλογος ανασυνδυασμός είναι υπεύθυνος για τη μειοτική διασταύρωση καθώς και για την ενσωμάτωση του μεταφερόμενου DNA σε γονιδιώματα ζυμομύκητα και βακτηρίων. Περιγράφεται από το μοντέλο των διακοπών . Εμφανίζεται μεταξύ πανομοιότυπων ή σχεδόν πανομοιότυπων αλληλουχιών δύο διαφορετικών μορίων DNA που μπορούν να μοιράζονται ομολογία σε μια περιορισμένη περιοχή. Ο ομόλογος ανασυνδυασμός κατά τη διάρκεια της μείωσης φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4:Διασταύρωση χρωμοσωμάτων

Συγκεκριμένος ανασυνδυασμός τοποθεσίας

Ο ανασυνδυασμός ειδικής θέσης συμβαίνει μεταξύ μορίων DNA με πολύ μικρές ομόλογες αλληλουχίες. Συμμετέχει στην ενσωμάτωση του DNA του βακτηριοφάγου λ (λ DNA) κατά τον κύκλο μόλυνσης του στο E. coli γονιδίωμα.

Μεταφορά

Η μεταφορά είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται με ανασυνδυασμό για τη μεταφορά τμημάτων DNA μεταξύ γονιδιωμάτων. Κατά τη μεταφορά, τα τρανσποζόνια ή τα κινητά στοιχεία DNA πλαισιώνονται από ένα ζεύγος σύντομων άμεσων επαναλήψεων, διευκολύνοντας την ενσωμάτωση στο δεύτερο γονιδίωμα μέσω ανασυνδυασμού.

Οι ανασυνδυασμένες είναι η κατηγορία των ενζύμων που καταλύουν τον γενετικό ανασυνδυασμό. Η ανασυνδυάση, RecA βρίσκεται στο E. coli . Στα βακτήρια, ο ανασυνδυασμός συμβαίνει μέσω της μίτωσης και της μεταφοράς γενετικού υλικού μεταξύ των οργανισμών τους. Στα αρχαία, το RadA βρίσκεται ως το ένζυμο ανασυνδυάσης, το οποίο είναι ορθολογικό του RecA. Στον ζυμομύκητα, το RAD51 βρίσκεται ως ανασυνδυάση και το DMC1 ως ειδική μειωτική ανασυνδυάση.

Similarities Between Mutation and Recombination">Similarities Between Mutation and Recombination

• Τόσο η μετάλλαξη όσο και ο ανασυνδυασμός προκαλούν αναδιατάξεις στο γονιδίωμα ενός συγκεκριμένου οργανισμού.
• Τόσο η μετάλλαξη όσο και ο ανασυνδυασμός βοηθούν στη διατήρηση της δυναμικής φύσης ενός γονιδιώματος.
• Τόσο η μετάλλαξη όσο και ο ανασυνδυασμός μπορεί να προκαλέσουν αλλαγές στην κανονική λειτουργία και τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού.
• Τόσο η μετάλλαξη όσο και ο ανασυνδυασμός παράγουν γενετική μεταβλητότητα σε έναν πληθυσμό.
• Τόσο η μετάλλαξη όσο και ο ανασυνδυασμός οδηγούν στην εξέλιξη καθώς φέρνουν αλλαγές στους οργανισμούς.

Διαφορά μεταξύ μετάλλαξης και ανασυνδυασμού

Ορισμός

Μετάλλαξη: Μια μετάλλαξη αναφέρεται σε μια μόνιμη, κληρονομική αλλαγή στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός γονιδίου ή ενός χρωμοσώματος.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός αναφέρεται στην ανταλλαγή κλώνων DNA, παράγοντας νέες αναδιατάξεις νουκλεοτιδίων.

Σημασία

Μετάλλαξη: Η μετάλλαξη είναι μια αλλαγή στη νουκλεοτιδική αλληλουχία του γονιδιώματος.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός είναι μια αναδιάταξη ενός τμήματος ενός χρωμοσώματος.

Τύποι

Μετάλλαξη: Οι τρεις τύποι μεταλλάξεων είναι σημειακές μεταλλάξεις, μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου και χρωμοσωμικές μεταλλάξεις.

Ανασυνδυασμός: Οι τρεις τύποι ανασυνδυασμού είναι ο ομόλογος ανασυνδυασμός, ο ειδικός για τοποθεσία ανασυνδυασμός και η μεταφορά.

Εμφάνιση

Μετάλλαξη: Μια μετάλλαξη μπορεί να προκληθεί από σφάλματα κατά την αντιγραφή του DNA.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός συμβαίνει κατά την προετοιμασία των γαμετών.

Περιβαλλοντική επιρροή

Μετάλλαξη: Οι μεταλλάξεις μπορούν να προκληθούν από εξωτερικούς μεταλλαξιογόνους παράγοντες.

Ανασυνδυασμός: Οι περισσότεροι ανασυνδυασμοί συμβαίνουν φυσικά.

Ποσό της Αλλαγής

Μετάλλαξη: Οι μεταλλάξεις επιφέρουν μικρές αλλαγές στο γονιδίωμα.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός επιφέρει αλλαγές μεγάλης κλίμακας στο γονιδίωμα.

Συμβολή στην Εξέλιξη

Μετάλλαξη: Η συμβολή των μεταλλάξεων στην εξέλιξη είναι μικρότερη.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός είναι η κύρια κινητήρια δύναμη της εξέλιξης.

Ρόλος

Μετάλλαξη: Οι μεταλλάξεις παράγουν νέα αλληλόμορφα, εισάγοντας γενετική μεταβλητότητα σε έναν συγκεκριμένο πληθυσμό.

Ανασυνδυασμός: Ο ανασυνδυασμός φέρνει μεγάλης κλίμακας αναδιατάξεις στο γονιδίωμα των οργανισμών, οδηγώντας στην εξέλιξη.

Συμπέρασμα

Η μετάλλαξη και ο ανασυνδυασμός είναι δύο μηχανισμοί που αλλάζουν την αλληλουχία DNA ενός γονιδιώματος. Η μετάλλαξη είναι μια αλλαγή σε μια νουκλεοτιδική αλληλουχία ενώ ο ανασυνδυασμός μεταβάλλει μια μεγάλη περιοχή του γονιδιώματος. Δεδομένου ότι το αποτέλεσμα του ανασυνδυασμού σε ένα γονιδίωμα είναι υψηλότερο από αυτό της μετάλλαξης, ο ανασυνδυασμός θεωρείται ως η κύρια κινητήρια δύναμη της εξέλιξης. Η κύρια διαφορά μεταξύ μετάλλαξης και ανασυνδυασμού είναι η επίδραση κάθε μηχανισμού στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του γονιδιώματος.

Αναφορά:

1. Brown, Terence A. "Mutation, Repair and Recombination." Γονιδιώματα. 2η έκδοση. , U.S. National Library of Medicine, 1 Ιανουαρίου 1970,  Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. “Point mutations-en” By Jonsta247 – Own work (GFDL) via Commons Wikimedia
2. “Frameshift mutations (13080927393)” By Genomics Education Program – Frameshift mutations (CC BY 2.0) viamedia
Wiki> 3. "Chromosomes mutations-en" Από GYassineMrabetTalk✉Αυτή η διανυσματική εικόνα δημιουργήθηκε με το Inkscape. – Δικό έργο που βασίζεται στο Chromosomenmutationen.png (Δημόσιος Τομέας) μέσω του Commons Wikimedia
4. «Crossover 2» Από τον MichelHamels στη γαλλική Wikipedia – Μεταφέρθηκε από το fr.wikipedia στα Commons από το Bloody-libu χρησιμοποιώντας CommonsHelper (Public Commons) Wikimedia