Poistomutationin määrittely
Poistomutaatio on virhe DNA-replikaatioprosessissa, joka poistaa nukleotidit genomista. Deleetiomutaatio voi poistaa yhden nukleotidin tai kokonaiset nukleotidisekvenssit. Deleetioiden uskotaan tapahtuvan, kun entsyymi, joka syntetisoi uutta DNA: ta, liukastuu templaatti-DNA-juosteeseen, jolloin puuttuu tehokkaasti nukleotidi. Tämän entsyymin, polymeraasin, on kiinnitettävä matriisi-DNA-nukleotidit aktiiviseen kohtaansa, jotta DNA-replikaatio tapahtuu. Suuremmilla DNA-säikeillä voi olla deleetiomutaatio ylityksen aikana, joka tapahtuu meioosissa. Jos vaihdetut DNA-segmentit eivät ole samankokoisia, suurilla leikkeillä voi esiintyä poistomutaatiota, kuten alla on esitetty.
Deleetiomutaatio voi olla vakava mutaatio tai vaaraton mutaatio. Deleetiomutaation vaikutus määräytyy sen mukaan, missä geenissä se tapahtuu ja kuinka monta nukleotidiä poistetaan. Proteiinia tuottavat entsyymit lukevat geneettisen koodin kolmikoina. Jos geenistä menetetään vähintään kolme nukleotidia, muodostuneesta proteiinista voi puuttua kokonaisia aminohappoja, joilla voi olla vakava toiminnallinen vaikutus. Yksittäisen nukleotidin menettäminen ei ole usein parempi, koska voi tapahtua kehyksensiirtomutaatio. Kehyksensiirtomutaatio siirtää koko geenin ja muuttaa kaikki alkuperäiset triplettikodonit. Tämän tyyppinen mutaatio voi saada geenin tuottamaan täysin toimimattoman geenin, koska se muuttaa vakavasti geenin tuottamien aminohappojen ketjua.
Poistomutaatio voi tapahtua useammin kuin voimme mitata, mutta jälkeläisille periytyvät mutaatiot ovat tyypillisesti harvinaisia. Aseksuaalisesti lisääntyvillä eläimillä mutaatioiden määrä pidetään suhteellisen alhaisena. Osittain tämä johtuu polymeraasin spesifisyydestä ja tarkkuudesta. Soluilla on kuitenkin myös toinen entsyymi, eksonukleaasi, joka seuraa polymeraasia ja leikkaa DNA-osiot, jotka eivät vastaa niiden templaatti-DNA: n nukleotidivastetta. Tästä ja muista säätelymekanismeista johtuen fenotyyppisiä muutoksia aiheuttavat poistomutaatiot ovat harvinaisia.
Esimerkkejä poistomutaatiosta
yksinkertainen mutaatio
Seuraava on esimerkki yhden nukleotidideleetiomutaation. Lyhyet DNA-sekvenssit eivät edusta todellista DNA: ta, joka sisältää useita satoja tai tuhansia emäsparia. Yläjono edustaa alkuperäistä DNA-juosetta, kun taas alaosasta puuttuu nukleotidipari, joka on poistettu deleetiomutaatiolla. Triplettikodonit erotetaan toisistaan, jotta voidaan nähdä poistomutaation vaikutukset.
5 TAC CCA GGG 3
3 ATG GGT CCC 5
5 TAC CCA GG 3
3 ATG GGT CC 5
Kuten näette, jos tämä olisi DNA-molekyylin loppu, viimeistä aminohappoa ei tuotettaisi. Sen sijaan deleetiomutaatio tapahtuu yleensä kromosomin tai geenin keskellä. Tämä aiheuttaa poistetun nukleotidin täyttymisen siirtämällä DNA: ta ja aiheuttamalla kehyssiirtymismutaation tai lisäämällä uuden nukleotidin mutaatioon, joka tunnetaan insertiona. Tämä mutaatio voidaan välittää vain, jos organismin mekanismit DNA: n korjaamiseksi eivät havaitse virhettä ja DNA on solussa, joka tuottaa jälkeläisiä. Aseksuaalisissa organismeissa tämä on jokainen solu ja mutaatiot jatkuvat todennäköisemmin. Sukupuolisesti lisääntyvissä organismeissa mutaatiot voivat siirtyä vain, jos ne syntyvät sukupuolielinten sukusoluissa.
Geneettisen koodin löytäminen
Ennen 1950-lukua geneettisen koodin luonnetta ei ymmärretty hyvin. Kaikki muuttui, kun Francis Crick ja Sydney Brenner alkoivat kokeilla bakteeriviruksen mutanttikantaa. Crick ja Brenner analysoivat virusten DNA: ta, jotka altistettiin toksiinille, jonka tiedetään aiheuttavan mutaatioita. Kokeidensa aikana huomasi, että tiettyjen geenien toiminta voitaisiin palauttaa mutaatioiden yhdistelmällä, jonka tiedämme nyt insertio- ja deleetiomutaatioiksi. Vaikka kahden mutaation välisestä DNA: sta tulisi hölynpölyä, insertio tasaisi deleetion. Tämä nollaisi geenin lukukehyksen ja aiheuttaisi kehyksensiirtomutaation välttämisen. Tätä mutaatioiden välistä vuorovaikutusta kutsuttiin intrageeniseksi suppressioksi. Vertaamalla sitä, miten yksittäiset mutaatiot vaikuttivat tuotettuihin proteiineihin ja aminohappoihin, Crick ja Brenner pystyivät muodollisesti teorioimaan triplettigeenikoodin olemassaolosta ja sen yleisestä käytöstä organismeissa.
- Korvaaminen – Kun väärä nukleotidi kopioidaan DNA-replikaation aikana.
- Insertio – Nukleotidien poistamisen sijaan lisäysmutaatio lisää nukleotideja genomiin.
- Inversio – DNA-segmentti pyörii 180 astetta sisällä geeni.
- Vastavuoroinen translokaatio – Kaksi erilaista kromosomia (ei-homologista) vaihtaa DNA-kappaletta.
Tietokilpailu
1. Monimutkaisessa proteiinissa on tuhansia aminohappoja, mutta vain muutama niistä on aktiivisessa kohdassa. Aktiivinen kohta vaatii tietyn aminohapposekvenssin sitoutuakseen substraattiin. Jos 3 nukleotidin deleetiomutaatio poistaa yhden näistä aminohapoista, toimiiko proteiini edelleen?
A. Ei
B. Kyllä, ei niin hyvin – C. Ehkä se riippuu proteiinista.
2. Geenin replikoinnin aikana polymeraasi lipsahtaa vahingossa templaattinauhalle ja ohittaa nukleotidin. Tuloksena olevasta tuotetusta DNA: sta puuttuu nukleotidivastaava ja se muodostaa epäsuhta DNA: ssa. Eksonukleaasi tunnistaa DNA: n kyhmyn ja leikkaa juosteen auki, jolloin polymeraasi voi lisätä oikean nukleotidin ja sulkea DNA: n uudelleen. Mitä juuri tapahtui?
A. Deleetiomutaatio ja insertiomutaatio
B. Normaali DNA-replikaatio
C. Poistomutaatio
3. Katso seuraava yksittäinen DNA-juoste:
5 CTAGTTGCAACT 3
Mikä seuraavista olisi poistomutaatio?
A. 5 CTAGTTTGCAACT 3
B. 5 CTAGTGCAACT 3
C. 5 ATCGTTGCAACT 3