Deletionsmutation

Definition der Deletionsmutation

Eine Deletionsmutation ist ein Fehler im DNA-Replikationsprozess, der Nukleotide aus dem Genom entfernt. Eine Deletionsmutation kann ein einzelnes Nukleotid oder ganze Sequenzen von Nukleotiden entfernen. Es wird angenommen, dass Deletionen auftreten, wenn das Enzym, das neue DNA synthetisiert, auf dem Matrizen-DNA-Strang rutscht und effektiv ein Nukleotid fehlt. Dieses Enzym, die Polymerase, muss die Matrizen-DNA-Nukleotide an ihrem aktiven Zentrum anhaften, damit eine DNA-Replikation stattfinden kann. Größere DNA-Stränge können während der Überkreuzung, die bei der Meiose stattfindet, eine Deletionsmutation eingehen. Wenn die ausgetauschten DNA-Segmente nicht die gleiche Größe haben, kann es bei großen Abschnitten zu einer Deletionsmutation kommen, wie unten dargestellt.

Eine Deletionsmutation kann eine schwerwiegende oder harmlose Mutation sein. Der Effekt der Deletionsmutation wird dadurch bestimmt, wo im Gen sie stattfindet und wie viele Nukleotide deletiert werden. Der genetische Code wird in Drillingen von proteinproduzierenden Enzymen gelesen. Wenn drei oder mehr Nukleotide in einem Gen verloren gehen, können ganze Aminosäuren im erzeugten Protein fehlen, was schwerwiegende funktionelle Auswirkungen haben kann. Der Verlust eines einzelnen Nukleotids ist oft nicht besser, da eine Frameshift-Mutation auftreten kann. Eine Frameshift-Mutation verschiebt das gesamte Gen und verändert alle ursprünglichen Triplett-Codons. Eine Mutation dieses Typs kann dazu führen, dass ein Gen ein vollständig nicht funktionierendes Gen produziert, da es die Kette der Aminosäuren, die das Gen produziert, ernsthaft verändert.

Eine Deletionsmutation kann häufiger auftreten, als wir messen können, aber Mutationen, die von Nachkommen vererbt werden, sind typischerweise selten. Bei sich ungeschlechtlich vermehrenden Tieren wird die Mutationsrate relativ niedrig gehalten. Dies ist teilweise auf die Spezifität und Genauigkeit der Polymerase zurückzuführen. Zellen haben jedoch auch ein anderes Enzym, Exonuklease, das der Polymerase folgt und DNA-Abschnitte herausschneidet, die nicht mit ihrem Nukleotid-Gegenstück auf der Matrizen-DNA übereinstimmen. Aufgrund dieses und anderer Regulationsmechanismen sind Deletionsmutationen, die eine phänotypische Veränderung verursachen, selten.

Beispiele für Deletionsmutationen

Eine einfache Mutation

Das Folgende ist ein Beispiel einer einzelnen Nukleotid-Deletionsmutation. Die kurzen DNA-Sequenzen sind nicht repräsentativ für die tatsächliche DNA, die viele Hunderte oder Tausende von Basenpaaren enthält. Die obere Kette stellt den ursprünglichen DNA-Strang dar, während dem unteren Strang das durch die Deletionsmutation entfernte Nukleotidpaar fehlt. Die Triplettcodons werden getrennt, um die Auswirkungen der Deletionsmutation zu sehen.

5 TAC CCA GGG 3 3 ATG GGT CCC 5

5 TAC CCA GG 3
3 ATG GGT CC 5

Wie Sie sehen, würde die letzte Aminosäure nicht produziert, wenn dies das Ende des DNA-Moleküls wäre. Stattdessen tritt eine Deletionsmutation normalerweise in der Mitte eines Chromosoms oder Gens auf. Dies bewirkt, dass das deletierte Nukleotid gefüllt wird, indem die DNA verschoben und eine Frameshift-Mutation verursacht wird oder ein neues Nukleotid in eine als Insertion bekannte Mutation eingefügt wird. Diese Mutation kann nur weitergegeben werden, wenn die Mechanismen des Organismus zur Reparatur von DNA den Fehler nicht erkennen und die DNA in einer Zelle vorhanden ist, die Nachkommen hervorbringt. In asexuellen Organismen ist dies jede Zelle und Mutationen bleiben mit größerer Wahrscheinlichkeit bestehen. In sich sexuell reproduzierenden Organismen können Mutationen nur weitergegeben werden, wenn sie in den Gameten produzierenden Geweben der Geschlechtsorgane auftreten.

Entdeckung des genetischen Codes

Vor den 1950er Jahren war die Natur des genetischen Codes nicht gut verstanden. Das änderte sich, als Francis Crick und Sydney Brenner anfingen, mit dem mutierten Stamm des Bakterienvirus zu experimentieren. Crick und Brenner analysierten die DNA von Viren, die einem Toxin ausgesetzt waren, von dem bekannt ist, dass es Mutationen verursacht. Während ihrer Versuche stellten sie fest, dass die Funktion bestimmter Gene durch eine Kombination von Mutationen wiederhergestellt werden konnte, von denen wir jetzt wissen, dass sie Insertions- und Deletionsmutationen darstellen. Während die DNA zwischen den beiden Mutationen zu Unsinn werden würde, würde die Insertion die Deletion ausgleichen. Dies würde den Leserahmen des Gens zurücksetzen und dazu führen, dass eine Frameshift-Mutation vermieden wird. Diese Wechselwirkung zwischen Mutationen wurde als intragene Suppression bezeichnet. Durch den Vergleich, wie einzelne Mutationen die produzierten Proteine und Aminosäuren beeinflussten, konnten Crick und Brenner die Existenz des genetischen Triplett-Codes und seine universelle Verwendung in Organismen formal theoretisieren.

• Substitution – Wenn die Während der DNA-Replikation wird ein falsches Nukleotid kopiert.
• Insertion – Anstatt Nukleotide zu löschen, fügt eine Insertionsmutation einem Genom Nukleotide hinzu.
• Inversion – Ein DNA-Segment wird innerhalb der DNA um 180 Grad gedreht Gen.
• Reziproke Translokation – Zwei verschiedene Chromosomen (nicht homolog) tauschen DNA-Stücke aus.

Quiz

1. Ein komplexes Protein enthält Tausende von Aminosäuren, von denen jedoch nur wenige im aktiven Zentrum vorhanden sind. Das aktive Zentrum benötigt eine spezifische Sequenz von Aminosäuren, um an ein Substrat zu binden. Wenn eine Deletionsmutation von 3 Nukleotiden eine dieser Aminosäuren entfernt, funktioniert das Protein dann noch?
A. Nein
B. Ja, nur nicht so gut
C. Vielleicht hängt es vom Protein ab.

2. Während der Replikation eines Gens rutscht die Polymerase versehentlich auf den Matrizenstrang und überspringt ein Nukleotid. Die resultierende produzierte DNA fehlt diesem Nukleotid-Gegenstück und bildet eine Fehlpaarung in der DNA. Exonuklease erkennt den Klumpen in der DNA und schneidet den Strang auf, wodurch die Polymerase das richtige Nukleotid inserieren und die DNA wieder verschließen kann. Was ist gerade passiert?
A. Eine Deletionsmutation und eine Insertionsmutation
B. Normale DNA-Replikation
C. Eine Deletionsmutation

3. Sehen Sie sich den folgenden DNA-Einzelstrang an:

5 CTAGTTGCAACT 3

Welche von den folgenden wäre eine Deletionsmutation?
A. 5 CTAGTTTGCAACT 3
B. 5 CTAGTGCAACT 3
C. 5 ATCGTTGCAACT 3