Typer og eksempler på DNA-mutasjoner

Hvordan endringer i nukleotidsekvensen påvirker aminosyrekoding

cdascher / Getty Images

DNAmutasjoneroppstår når det er endringer i nukleotid sekvens som utgjør en tråd av DNA . Disse endringene kan være forårsaket av tilfeldige feil i DNA-replikasjon eller av miljøpåvirkninger som UV-stråler og kjemikalier. Endringer på nukleotidnivå fortsetter å påvirke transkripsjon og oversettelse fra gen til proteinuttrykk.

Å endre bare én nitrogenbase i en sekvens kan endre aminosyren som uttrykkes av det DNA-kodonet, noe som kan føre til at et helt annet protein uttrykkes. Disse mutasjonene kan være helt ufarlige, potensielt dødelige eller et sted midt i mellom.

Punktmutasjoner

ALFRED PASIEKA/VITENSKAPENS FOTOBIBLIOTEK/Getty Images

En punktmutasjon - endringen av en enkelt nitrogenbase i en DNA-sekvens - er vanligvis den minst skadelige typen DNA-mutasjon. Kodoner er en sekvens av tre nitrogenbaser på rad som 'leses' av messenger RNA under transkripsjon. Den budbringeren RNA kodon blir deretter oversatt til en aminosyre som fortsetter å lage et protein som vil bli uttrykt av organismen. Avhengig av plasseringen av en nitrogenbase i kodonet, kan en punktmutasjon ikke ha noen effekt på proteinet.

Siden det bare er 20 aminosyrer og totalt 64 mulige kombinasjoner av kodoner, er noen aminosyrer kodet for av mer enn ett kodon. Ofte, hvis den tredje nitrogenbasen i kodonet endres, vil aminosyren ikke bli påvirket. Dette kalles wobble-effekten. Hvis punktmutasjonen skjer i den tredje nitrogenbasen i et kodon, har den ingen effekt på aminosyren eller påfølgende protein og mutasjonen endrer ikke organismen.

På det meste vil en punktmutasjon føre til at en enkelt aminosyre i et protein endres. Selv om dette vanligvis ikke er en dødelig mutasjon, kan det forårsake problemer med proteinets foldemønster og tertiære og kvartære strukturer av proteinet.

Et eksempel på en punktmutasjon som ikke er ufarlig er den uhelbredelige blodsykdommen sigdcelleanemi. Dette skjer når en punktmutasjon får en enkelt nitrogenbase i et kodon for én aminosyre i proteinet glutaminsyre til å kode for aminosyren valin i stedet. Denne enkelt lille endringen forårsaker en normal runde rød blodcelle å i stedet være sigdformet.

Frameshift-mutasjoner

Frameshift-mutasjoner er generelt mye mer alvorlige og ofte mer dødelige enn punktmutasjoner. Selv om bare en enkelt nitrogenbase er påvirket, som med punktmutasjoner, blir enkeltbasen i dette tilfellet enten fullstendig slettet eller en ekstra en settes inn i midten av DNA-sekvensen. Denne endringen i sekvens fører til at leserammen skifter - derav navnet 'rammeskift'-mutasjon.

Et leserammeskift endrer kodonsekvensen på tre bokstaver for at messenger-RNA skal transkribere og oversette. Det endrer ikke bare den opprinnelige aminosyren, men alle påfølgende aminosyrer også. Dette endrer proteinet betydelig og kan forårsake alvorlige problemer, til og med muligens føre til døden.

Innsettinger

En type rammeskiftmutasjon kalles innsetting. Som navnet tilsier, skjer en innsetting når en enkelt nitrogenbase ved et uhell legges til midt i en sekvens. Dette kaster av leserammen til DNA og feil aminosyre er oversatt. Den skyver også hele sekvensen ned med én bokstav, og endrer alle kodoner som kommer etter innsettingen, og endrer proteinet fullstendig.

Selv om innsetting av en nitrogenbase gjør den totale sekvensen lengre, betyr det ikke nødvendigvis at aminosyrekjedelengden vil øke. Faktisk kan det motsatte være sant. Hvis innsettingen forårsaker et skift i kodonene for å skape et stoppsignal, kan det hende at et protein aldri blir produsert. Hvis ikke, vil et feil protein bli laget. Hvis det endrede proteinet er avgjørende for å opprettholde liv, vil organismen mest sannsynlig dø.

Slettinger

Sletting er en siste type rammeskiftmutasjon og oppstår når en nitrogenbase tas ut av sekvensen. Igjen fører dette til at hele leserammen endres. Det endrer kodonet og vil også påvirke alle aminosyrer som er kodet for etter slettingen. Som med en innsetting, kan tull og stoppkodoner også dukke opp på feil steder,

DNA-mutasjonsanalogi

På samme måte som å lese tekst, blir DNA-sekvensen 'lest' av messenger-RNA for å produsere en 'historie' eller en aminosyrekjede som vil bli brukt til å lage et protein. Siden hvert kodon er tre bokstaver langt, la oss se hva som skjer når en 'mutasjon' oppstår i en setning som bare bruker ord på tre bokstaver.

DEN RØDE KATTEN AT ROTTEN.

Hvis det var en punktmutasjon, ville setningen endret seg til:

THC RØD KATT AT ROTTEN.

'e' i ordet 'the' muterte til bokstaven 'c'. Mens det første ordet i setningen ikke lenger er det samme, gir resten av ordene fortsatt mening og forblir det de skal være.

Hvis en innsetting skulle mutere setningen ovenfor, kan den lese:

CRE DCA TAT ETH ERA T.

Innsettingen av bokstaven 'c' etter ordet 'the' endrer resten av setningen fullstendig. Det andre ordet gir ikke lenger mening, og heller ikke noen ord som følger det. Hele setningen har endret seg til tull.

En sletting vil gjøre noe som ligner på setningen:

EDC ATA TET HENNE AT.

I eksemplet ovenfor er 'r'en som skulle ha kommet etter ordet 'den' blitt slettet. Igjen, det endrer hele setningen. Mens noen av de påfølgende ordene forblir forståelige, har betydningen av setningen endret seg fullstendig. Dette viser at selv når kodoner blir endret til noe som ikke er totalt tull, forandrer det likevel proteinet fullstendig til noe som ikke lenger er funksjonelt levedyktig.