Rodzaje i przykłady mutacji DNA

DNA mutacje występują, gdy nastąpią zmiany w nukleotyd sekwencja, która tworzy nić DNA. Zmiany te mogą być spowodowane przypadkowymi błędami replikacji DNA lub wpływami środowiska, takimi jak promienie UV i chemikalia. Zmiany na poziomie nukleotydów mają wpływ na transkrypcja i translacja z genu na ekspresję białka.

Zmiana nawet jednej zasady azotowej w sekwencji może zmienić aminokwas wyrażany przez ten kodon DNA, co może prowadzić do ekspresji zupełnie innego białka. Mutacje te mogą być całkowicie nieszkodliwe, potencjalnie śmiertelne lub gdzieś pomiędzy.

Mutacja punktowa - zmiana pojedynczej zasady azotowej w a Sekwencja DNA—Jest zwykle najmniej szkodliwym rodzajem mutacji DNA. Kodony to sekwencja trzech zasad azotowych w rzędzie, które są „czytane” przez komunikator RNA podczas transkrypcji. Ten posłaniec RNA kodon jest następnie tłumaczony na aminokwas, który następnie wytwarza białko, które będzie wyrażane przez organizm. W zależności od umiejscowienia zasady azotowej w kodonie mutacja punktowa może nie mieć wpływu na białko.

Ponieważ jest tylko 20 aminokwasów i łącznie 64 możliwe kombinacje kodonów, niektóre aminokwasy są kodowane przez więcej niż jeden kodon. Często, jeśli trzecia zasada azotowa w kodonie zostanie zmieniona, aminokwas nie zostanie zmieniony. Nazywa się to efektem kołysania. Jeśli mutacja punktowa występuje w trzeciej zasadzie azotowej w kodonie, nie ma ona wpływu na aminokwas ani kolejne białko, a mutacja nie zmienia organizmu.

Co najwyżej mutacja punktowa spowoduje zmianę pojedynczego aminokwasu w białku. Chociaż zwykle nie jest to śmiertelna mutacja, może powodować problemy ze wzorem składania tego białka i struktury trzeciorzędowe i czwartorzędowe białka.

Jednym z przykładów mutacji punktowej, która nie jest nieszkodliwa, jest nieuleczalna anemia sierpowata. Dzieje się tak, gdy mutacja punktowa powoduje, że pojedyncza zasada azotowa w kodonie jednego aminokwasu w białku kwasu glutaminowego koduje zamiast tego aminokwas walinę. Ta niewielka zmiana powoduje normalnie zaokrąglenie czerwona krwinka zamiast tego mieć sierpowaty kształt.

Mutacje przesuwające ramkę są na ogół znacznie poważniejsze i często bardziej zabójcze niż mutacje punktowe. Mimo że dotyczy to tylko jednej zasady azotowej, jak w przypadku mutacji punktowych, w tym przypadku pojedyncza zasada jest albo całkowicie usunięta, albo dodatkowa jest wstawiona do środka DNA sekwencja. Ta zmiana sekwencji powoduje przesunięcie ramki odczytu - stąd nazwa mutacja „przesunięcie ramki”.

Przesunięcie ramki odczytu zmienia trzyliterową sekwencję kodonu dla informacyjnego RNA do transkrypcji i translacji. To nie tylko zmienia oryginalny aminokwas, ale także wszystkie kolejne aminokwasy. To znacznie zmienia białko i może powodować poważne problemy, a nawet prowadzić do śmierci.

Jeden typ mutacji przesunięcia ramki nazywa się wstawieniem. Jak sama nazwa wskazuje, wstawienie następuje, gdy pojedyncza zasada azotowa zostanie przypadkowo dodana w środku sekwencji. To odrzuca ramkę odczytu DNA i źle aminokwas jest przetłumaczone. Przesuwa również całą sekwencję o jedną literę, zmieniając wszystkie kodony, które pojawiają się po wstawieniu, całkowicie zmieniając białko.

Chociaż wstawienie zasady azotowej powoduje wydłużenie ogólnej sekwencji, nie musi to oznaczać, że długość łańcucha aminokwasowego wzrośnie. W rzeczywistości może być zupełnie odwrotnie. Jeśli wstawienie powoduje przesunięcie kodonów w celu wytworzenia sygnału stop, białko może nigdy nie zostać wyprodukowane. Jeśli nie, powstanie nieprawidłowe białko. Jeśli zmienione białko jest niezbędne do życia, najprawdopodobniej organizm umrze.

Usuwanie jest ostatnim rodzajem mutacji przesunięcia ramki i występuje, gdy zasada azotowa jest usuwana z sekwencji. Ponownie powoduje to zmianę całej ramki odczytu. Zmienia kodon i wpłynie również na wszystkie aminokwasy, które są kodowane po usunięciu. Podobnie jak w przypadku wstawiania, kodony nonsens i stop mogą również pojawiać się w niewłaściwych miejscach,

Podobnie jak w przypadku czytania tekstu, sekwencja DNA jest „czytana” przez informacyjny RNA w celu wytworzenia „opowieści” lub łańcucha aminokwasowego, który zostanie wykorzystany do wytworzenia białka. Ponieważ każdy kodon ma trzy litery, zobaczmy, co się stanie, gdy w zdaniu zawierającym tylko trzyliterowe słowa wystąpi „mutacja”.

CZERWONY KOT Zjadł Szczura.

Gdyby doszło do mutacji punktowej, zdanie zmieniłoby się na:

THC CZERWONY KOT Zjadł Szczura.

„E” w słowie „the” zmutowane w literę „c”. Chociaż pierwsze słowo w zdaniu nie jest już takie samo, pozostałe słowa mają nadal sens i pozostają takie, jakie powinny być.

Jeśli wstawka miałaby mutować powyższe zdanie, mogłaby brzmieć:

CRE DCA TAT ETH ERA T.

Dodanie litery „c” po słowie „the” całkowicie zmienia resztę zdania. Drugie słowo nie ma już sensu ani też żadnych następujących po nim słów. Całe zdanie zmieniło się w nonsens.

Usunięcie zrobiłoby coś podobnego do zdania:

THE EDC ATA TET HER AT.

W powyższym przykładzie „r”, który powinien był wystąpić po słowie „the”, został usunięty. Ponownie zmienia całe zdanie. Podczas gdy niektóre z kolejnych słów są zrozumiałe, znaczenie zdania całkowicie się zmieniło. To pokazuje, że nawet kiedy kodony zmieniają się w coś, co nie jest całkowitym nonsensem, wciąż całkowicie zmienia białko w coś, co nie jest już funkcjonalnie wykonalne.