БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009

РОЗДІЛ 2. БІЛКОВА ІНЖЕНЕРІЯ

Мутації та мутагенез, їх застосування в білковій інженерії

Мутації — це спадкові зміни структури генома.

Процес виникнення мутацій називають мутагенезом.

Залежно від факторів, що спричиняють мутації, їх поділяють на спонтанні та індуковані. Спонтанні мутації виникають довільно протягом життя організму у звичайних умовах навколишнього середовища.

Індуковані мутації виникають унаслідок впливу на організм мутагенних факторів, насамперед опромінення і хімічних мутагенів.

Залежно від молекулярних процесів, що лежать в основі виникнення мутацій, їх класифікують на генні, хромосомні та геномні.

За геномних мутацій відбувається зміна кількості хромосом, кратна геному. Наприклад, якщо число хромосом у диплоїдному геномі позначити як 2n, то в результаті геномної мутації відбувається утворення поліплоїдних організмів, геном яких містить 4 п, 6 n хромосом тощо.

Іеномну мутацію також називають поліплоїдизацією. Залежно від походження хромосом у поліплоїдах розрізняють аллоплоїдію та аутонлоїдію.

В результаті аллоплоїдії відбувається об’єднання різних геномів (гібридизація). Для аутоплощії характерно збільшення числа хромосом одного генома, кратне 2 n.

За хромосомних мутацій відбувається зміна кількості (анеуплоїдія) або структури окремих хромосом (хромосомні аберації).

Розрізняють такі типи хромосомних аберацій:

- делеції — втрата частини генетичного матеріалу;

- дуплікації — подвоєння частини генетичного матеріалу;

- інверсії - зміна орієнтації сегментів хромосом;

- транслокації — перенесення частини генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу.

Найчастіше виникають генні мутації, за яких відбуваються структурні зміни в межах одного гена. Унаслідок генних мутацій виникають заміни, делеції, вставки одного чи кількох нуклеотидів або транслокації, дуплікації та інверсії різних частин гена.

Мутації, унаслідок яких змінюється лише один нуклеотид, називають точковими. Точкові мутації поділяються на два класи:

1) тратиш - заміна пурину на пурин або піримідину на піримідин;

2) трансверсії — заміна пурину на піримідин і навпаки.

Розрізняють 3 генетичних наслідки точкових мутацій:

- збереження смислового кодона (синонімічна заміна нуклеотиду);

- зміна смислового кодона, що призводить до заміни амінокислоти в певному положенні поліпептидного ланцюга (міссенс-мутація);

- утворення несмислового кодона, що зумовлює передчасну термінацію (нонсенс-мугація).

Білкова інженерія дозволяє створювати і досліджувати білки, що не існують у природі і володіють новими біохімічними властивостями. Найпоширенішим підходом до одержання нових і зміни існуючих природних білків є їх біосинтез in vivo або in vitro. Спочатку створюють гей досліджуваного білка, а потім клонують у векторі і здійснюють експресію гена.

Для індукування мутацій у клонованих генах з метою одержання мутантних білків використовують дві групи методів:

1) випадковий мутагенез (уведення багатьох мутацій, їх положення не контролюється);

2) направлений або сайт-специфічний мутагенез (мутації вводять у точно визначені ділянки ДНК).

Випадковий мутагенез здійснюється шляхом інкубації нуклеїнових кислот з хімічними мутагенами. Випадковий мутагенез широко застосовується під час здійснення направленої еволюції білкових молекул.

Направлений мутагенез дозволяє змінювати окремі амінокислотні залишки у молекулах білків. Він найчастіше використовується під час здійснення раціонального дизайну білкових молекул.

Унаслідок мутацій змінюється амінокислотна послідовність синтезованого білка. Змінюючи специфічні сайти білкової молекули, можна підвищити термостабільність білка, змінити його чутливість до pH, специфічність, алостеричну регуляцію, потребу у кофакторі та інші властивості.