Vrste in primeri mutacij DNA

Kako spremembe v zaporedju nukleotidov vplivajo na kodiranje aminokislin

cdascher / Getty Images

DNKmutacijepojavijo, ko pride do sprememb v nukleotid zaporedje, ki sestavlja niz DNK . Te spremembe lahko povzročijo naključne napake pri replikaciji DNK ali vplivi okolja, kot so UV žarki in kemikalije. Spremembe na ravni nukleotidov še naprej vplivajo na prepisovanje in prevajanje iz izražanja gena v protein.

Spreminjanje celo samo ene dušikove baze v zaporedju lahko spremeni aminokislino, ki jo izraža ta kodon DNA, kar lahko privede do izražanja povsem drugačne beljakovine. Te mutacije so lahko popolnoma neškodljive, potencialno usodne ali nekje vmes.

Točkovne mutacije

ALFRED PASIEKA/ZNANSTVENA FOTOTEKA/Getty Images

Točkovna mutacija - sprememba ene same dušikove baze v a zaporedje DNK —je običajno najmanj škodljiva vrsta mutacije DNK. Kodoni so zaporedje treh dušikovih baz v vrsti, ki jih 'berejo' messenger RNA med prepisovanjem. Tisti sel RNA kodon se nato prevede v aminokislino, ki nato tvori beljakovino, ki jo bo organizem izražal. Odvisno od namestitve dušikove baze v kodon, točkovna mutacija morda nima vpliva na beljakovino.

Ker obstaja le 20 aminokislin in skupaj 64 možnih kombinacij kodonov, so nekatere aminokisline kodirane z več kot enim kodonom. Pogosto, če se spremeni tretja dušikova baza v kodonu, to ne vpliva na aminokislino. To se imenuje učinek nihanja. Če se točkovna mutacija pojavi v tretji dušikovi bazi v kodonu, potem nima vpliva na aminokislino ali naslednji protein in mutacija ne spremeni organizma.

Kvečjemu bo točkovna mutacija povzročila spremembo ene same aminokisline v beljakovini. Čeprav to običajno ni smrtonosna mutacija, lahko povzroči težave z vzorcem zvijanja tega proteina in terciarne in kvartarne strukture beljakovin.

Primer točkovne mutacije, ki ni neškodljiva, je neozdravljiva krvna bolezen srpastocelična anemija. To se zgodi, ko točkovna mutacija povzroči, da ena sama dušikova baza v kodonu za eno aminokislino v beljakovini glutaminska kislina namesto tega kodira aminokislino valin. Ta edina majhna sprememba povzroči normalno okroglost rdeče krvničke da bi bila namesto tega srpasta.

Mutacije premika okvirja

Mutacije s premikanjem okvirja so na splošno veliko resnejše in pogosto bolj smrtonosne kot točkovne mutacije. Čeprav je prizadeta samo ena dušikova baza, kot pri točkovnih mutacijah, je v tem primeru posamezna baza popolnoma izbrisana ali pa je na sredino zaporedja DNK vstavljena dodatna. Ta sprememba v zaporedju povzroči premik bralnega okvirja – od tod tudi ime mutacija »premika okvirja«.

Premik bralnega okvirja spremeni tričrkovno zaporedje kodona za prepisovanje in prevajanje sporočilne RNK. To ne spremeni samo prvotne aminokisline, ampak tudi vse naslednje aminokisline. To bistveno spremeni beljakovine in lahko povzroči hude težave, lahko celo smrt.

Vstavitve

Ena vrsta mutacije premika okvirja se imenuje vstavljanje. Kot pove že ime, do vstavitve pride, ko je ena sama dušikova baza pomotoma dodana sredi zaporedja. To vrže iz bralnega okvirja DNK in narobe aminokislina je prevedeno. Prav tako potisne celotno zaporedje za eno črko navzdol, spremeni vse kodone, ki pridejo po vstavitvi, in popolnoma spremeni beljakovino.

Čeprav vstavljanje dušikove baze podaljša celotno zaporedje, to ne pomeni nujno, da se bo dolžina verige aminokislin povečala. Pravzaprav je lahko ravno nasprotno. Če vstavljanje povzroči premik v kodonih, da se ustvari stop signal, protein morda nikoli ne bo proizveden. V nasprotnem primeru bo izdelana napačna beljakovina. Če je spremenjena beljakovina bistvena za ohranjanje življenja, potem bo najverjetneje organizem umrl.

Izbrisi

Delecija je zadnja vrsta mutacije premika okvirja in se pojavi, ko se dušikova baza odstrani iz zaporedja. Spet to povzroči spremembo celotnega bralnega okvirja. Spremeni kodon in bo vplival tudi na vse aminokisline, ki so kodirane po izbrisu. Tako kot pri vstavitvi se lahko tudi nesmiselni in stop kodoni pojavijo na napačnih mestih,

Analogija mutacije DNK

Podobno kot pri branju besedila, zaporedje DNK 'prebere' sporočilna RNA, da proizvede 'zgodbo' ali verigo aminokislin, ki bo uporabljena za izdelavo beljakovine. Ker je vsak kodon dolg tri črke, poglejmo, kaj se zgodi, ko pride do 'mutacije' v stavku, ki uporablja samo besede s tremi črkami.

RDEČA MAČKA JE POJEDLA PODGANO.

Če bi prišlo do točkovne mutacije, bi se stavek spremenil v:

THC RDEČA MAČKA JE POJEDLA PODGANO.

Črka 'e' v besedi 'the' je mutirala v črko 'c'. Čeprav prva beseda v stavku ni več ista, so ostale besede še vedno smiselne in ostajajo to, kar bi morale biti.

Če bi vstavek spremenil zgornji stavek, bi se lahko glasil:

CRE DCA TAT ETH ERA T.

Vstavljanje črke 'c' za besedo 'the' popolnoma spremeni preostali del stavka. Druga beseda nima več smisla, niti besede, ki ji sledijo. Cel stavek se je spremenil v neumnost.

Izbris bi naredil nekaj podobnega stavku:

EDC ATA JE TET HER AT.

V zgornjem primeru je bil »r«, ki bi moral biti za besedo »the«, izbrisan. Spet spremeni celoten stavek. Medtem ko nekatere naslednje besede ostajajo razumljive, se je pomen stavka popolnoma spremenil. To dokazuje, da tudi ko kodoni spremenijo v nekaj, kar ni popolna neumnost, še vedno popolnoma spremeni beljakovino v nekaj, kar ni več funkcionalno sposobno preživeti.