Sự phát triển và chức năng của sinh vật lớn chủ yếu do gen kiểm soát. Biến đổi gen có thể gây thay đổi trong cấu trúc của protein được mã hóa, làm suy giảm hoặc mất hoàn toàn sự biểu hiện của nó. Thay đổi trong trình tự DNA ảnh hưởng đến tất cả bản sao của protein được mã hóa, có thể gây tổn thương đặc biệt đối với tế bào hoặc sinh vật.

Di truyền học phân biệt giữa kiểu gen và kiểu hình của một sinh vật. Toàn bộ tập hợp các gen trong một cá nhân là kiểu gen, trong khi chức năng và ngoại hình của một cá thể được gọi là kiểu hình. Tuy nhiên, thuật ngữ này thường được sử dụng hạn chế hơn: Kiểu gen thường thể hiện xem một cá nhân có mang đột biến trong một gen (hoặc một số lượng nhỏ gen) hay không, và kiểu hình biểu thị hậu quả về mặt vật lý và chức năng do đột biến gen đó gây ra.

Sự khác biệt chính về di truyền giữa sinh vật là xem tế bào của chúng có mang một bộ nhiễm sắc thể đơn hay hai bản sao của mỗi nhiễm sắc thể. Trước kia, nó được gọi là đơn bội và lưỡng bội. Nhiều sinh vật đơn bào có nhiễm sắc thể đơn bội, còn sinh vật đa bào như ruồi giấm, chuột, người có nhiễm sắc thể lưỡng bội.

Các dạng khác nhau của một gen được gọi là các alen. Với sinh vật lưỡng bội mang hai bản sao của mỗi gen, chúng có thể mang các alen giống nhau (đồng hợp tử) hoặc alen khác nhau (dị hợp tử).

Đột biến gen lặn là khi cả hai alen đều phải đột biến để tạo ra kiểu hình đột biến; nghĩa là cá thể đó phải là đồng hợp tử với alen đột biến mới thể hiện kiểu hình đột biến. Ngược lại, đột biến gen trội là khi kiểu hình của đột biến được quan sát ở cá thể dị hợp mang một đột biến và một alen bình thường.

Đột biến lặn thường làm tắt gen bị ảnh hưởng và dẫn đến mất chức năng. Ví dụ, đột biến lặn có thể loại bỏ một phần hoặc toàn bộ gen khỏi nhiễm sắc thể, làm gián đoạn sự biểu hiện của gen hoặc thay đổi cấu trúc của protein được mã hóa, gây thay đổi chức năng của nó.

Ngược lại, đột biến trội thường dẫn đến hiện tượng tăng chức năng. Ví dụ, các đột biến trội có thể làm tăng hoạt động của một sản phẩm do gen đó tạo ra. Tuy nhiên, đột biến trội cũng có thể liên quan đến mất chức năng, vì đôi khi cần hai bản sao của gen để thực hiện chức năng bình thường, do đó, việc loại bỏ một bản sao cũng dẫn đến kiểu hình đột biến. Những gen như vậy được gọi là không đủ haplo.

Trong một số trường hợp khác, đột biến ở một alen có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của protein, làm cản trở chức năng của protein được mã hóa bởi alen khác. Chúng được gọi là đột biến âm tính trội.

Một thay đổi liên quan đến một cặp base trong DNA, thường được gọi là đột biến điểm, hoặc việc loại bỏ một vài cặp base, thường ảnh hưởng đến chức năng của một gene. Thay đổi trong một cặp bazơ duy nhất có thể tạo ra một trong ba loại đột biến:

• Đột biến chuyển hóa: Dẫn đến một protein, trong đó một axit amin thay thế cho một axit amin khác.
• Đột biến vô ích: Trong đó, codon dừng thay thế codon của axit amin, dẫn đến sự kết thúc sớm của quá trình dịch mã.
• Đột biến lệch khung: Gây sự thay đổi trong khung đọc, dẫn đến việc đưa các axit amin không liên quan vào protein, thường theo sau là codon dừng.

Sự mất mát của một đoạn nhỏ có tác động tương tự như đột biến dịch chuyển khung, mặc dù một phần ba trong số này sẽ nằm trong khung và dẫn đến việc loại bỏ một số axit amin liền kề.

Loại đột biến chính thứ hai liên quan đến những thay đổi quy mô lớn trong cấu trúc của nhiễm sắc thể và có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều gene, dẫn đến hậu quả lớn về kiểu hình. Những đột biến nhiễm sắc thể như vậy có thể liên quan đến việc loại bỏ hoặc chèn một số gene liền kề, đảo ngược đoạn gene trên nhiễm sắc thể, hoặc trao đổi các đoạn DNA lớn giữa các nhiễm sắc thể không đồng nhất.

Các đột biến phát sinh một cách tự nhiên ở tần số thấp do sự không ổn định hóa học của các base purine, pyrimidine và do lỗi trong quá trình sao chép DNA. Sự tiếp xúc tự nhiên của sinh vật với các yếu tố môi trường nhất định, như ánh sáng cực tím và chất gây ung thư hóa học (như aflatoxin B1), cũng có thể tạo ra đột biến.

Một nguyên nhân phổ biến của đột biến điểm tự nhiên là sự khử amin của cytosine thành uracil trong DNA xoắn kép. Quá trình sao chép tiếp theo dẫn đến một tế bào con đột biến, trong đó cặp base T-A thay thế cặp base C-G bình thường.

Một nguyên nhân khác của đột biến tự nhiên là lỗi trong quá trình sao chép DNA. Mặc dù việc nhân bản thường được thực hiện với độ chính xác cao, nhưng đôi khi vẫn xảy ra lỗi.

Để tăng tần suất đột biến ở sinh vật thí nghiệm, nhà nghiên cứu thường xử lý chúng với liều lượng cao các chất gây đột biến hóa học hoặc tiếp xúc với bức xạ ion hóa. Các đột biến phát sinh để thử nghiệm các phương pháp điều trị như vậy được gọi là đột biến cảm ứng.

Nói chung, đột biến hóa học gây ra đột biến điểm, trong khi bức xạ ion hóa tạo ra các đột biến lớn không bình thường về nhiễm sắc thể.

Nhiều bệnh nghiêm trọng ở con người thường xuất phát từ đột biến trong gen đơn. Các bệnh di truyền phát sinh do đột biến tự phát trong tế bào mầm (trứng và tinh trùng) được kế thừa qua các thế hệ.

Ví dụ, hội chứng thiếu máu hồng cầu hình liềm, gặp ở 1/500 người gốc Phi, là kết quả của một đột biến tại codon 6 của gen β-globin. Điều này dẫn đến thay đổi glutamic acid ở vị trí 6 thành valine trong protein đột biến, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hemoglobin, protein chở oxy của hồng cầu, bao gồm hai α-globin và hai đơn vị β-globin.

Protein đột biến tạo ra hình dạng không tan trong hồng cầu và tạo thành kết tinh. Hồng cầu của những người mắc bệnh trở nên cứng và gặp khó khăn khi vận chuyển qua các mạch máu nhỏ, gây đau và tổn thương mô.

Điều đặc biệt là hồng cầu của những người mang đột biến này có thể chống lại ký sinh trùng gây sốt rét phổ biến ở châu Phi, giúp duy trì đột biến trong quần thể. Điều này không phải là do người gốc Phi dễ mắc bệnh hơn mà là do đột biến được duy trì thông qua quá trình giao phối tự nhiên.

Đột biến tự phát trong tế bào soma (tế bào không phải là tế bào mầm) cũng đóng vai trò quan trọng trong một số bệnh ở người, bao gồm cả u nguyên bào võng mạc ở trẻ em. Dạng di truyền của u nguyên bào võng mạc là kết quả của đột biến dòng mầm ở một alen Rb và đột biến xôma thứ hai ở một alen Rb khác. Khi một tế bào võng mạc dị hợp tử Rb trải qua đột biến xôma, nó mất alen bình thường; kết quả là tế bào tăng sinh một cách mất kiểm soát, tạo thành khối u võng mạc.

Dạng thứ hai của bệnh, gọi là u nguyên bào võng mạc lẻ tẻ, là kết quả của hai đột biến soma độc lập, phá vỡ cả hai alen Rb. Chỉ cần một đột biến soma để phát triển u ở trẻ mắc bệnh u nguyên bào võng mạc di truyền, do đó, tần suất xảy ra cao hơn nhiều so với dạng lẻ tẻ, yêu cầu có hai đột biến soma độc lập.

Summarily, đột biến là sự thay đổi trong chuỗi DNA dẫn đến thay đổi cấu trúc gen. Cả sự thay đổi nhỏ và lớn đều có thể xảy ra tự phát. Bức xạ ion hóa hoặc các chất hóa học có thể tăng tần suất đột biến. Đột biến lặn dẫn đến mất chức năng, nhưng có thể che phủ nếu có một bản sao bình thường của gen này. Để có kiểu hình đột biến, cả hai alen phải mang đột biến lặn. Các đột biến trội dẫn đến kiểu hình với sự hiện diện của một bản sao bình thường của gen. Các kiểu hình liên quan đến đột biến trội có thể biểu hiện mất hoặc tăng chức năng.

Theo dõi trang web: Mytour.com thường xuyên để cập nhật nhiều thông tin hữu ích khác.

Nguồn tham khảo: ncbi.nlm.nih.gov