Törlésmutáció meghatározása
A törlési mutáció a DNS replikációs folyamat hibája, amely eltávolítja a nukleotidokat a genomból. A deléciós mutációval egyetlen nukleotid vagy teljes nukleotidszekvencia eltávolítható. Úgy gondolják, hogy a deléciók akkor fordulnak elő, amikor az új DNS-t szintetizáló enzim megcsúszik a templát DNS-szálon, és gyakorlatilag hiányzik egy nukleotid. Ennek az enzimnek, a polimeráznak, a DNS replikáció kialakulásához a templát DNS nukleotidokat az aktív helyéhez kell kötnie. A nagyobb DNS-szálak deléciós mutáción eshetnek át keresztezés közben, amely meiózisban játszódik le. Ha a kicserélt DNS-szegmensek nem azonos méretűek, akkor a nagy szakaszok deléciós mutációt tapasztalhatnak, amint az alább látható.
A deléciós mutáció súlyos mutáció vagy ártalmatlan mutáció lehet. A deléciós mutáció hatását az határozza meg, hogy a gén hol játszódik le, és hány nukleotid törlődik. A genetikai kódot hármasban olvassák a fehérjét termelő enzimek. Ha három vagy több nukleotid elvész egy génben, akkor a létrehozott fehérjéből hiányozhatnak teljes aminosavak, amelyek komoly funkcionális hatással bírhatnak. Egyetlen nukleotid elvesztése gyakran nem jobb, mivel frame shift mutáció léphet fel. A frame shiftelt mutáció elmozdítja az egész gént, és megváltoztatja az összes eredeti triplett kodont. Az ilyen típusú mutáció miatt a gén egy teljesen nem funkcionális gént termelhet, mivel ez komolyan megváltoztatja a gén által termelt aminosavak láncolatát.
Törlési mutáció előfordulhat gyakrabban, mint amennyit mérni tudunk, de az utódokban öröklődő mutációk általában ritkák. Az ivartalanul szaporodó állatokban a mutációk aránya viszonylag alacsony. Részben ez a polimeráz specifitásának és pontosságának köszönhető. A sejteknek azonban van még egy enzimük, az exonukleáz, amely a polimerázt követi, és kivágja a DNS azon szakaszait, amelyek nem egyeznek a templát DNS nukleotid megfelelőjével. Ennek és más szabályozási mechanizmusoknak köszönhetően a fenotípusos változásokat okozó deléciós mutációk ritkák.
Példák a törlési mutációra
Egyszerű mutáció
Az alábbiakban egy példa egyetlen nukleotid deléciós mutáció. A DNS rövid szekvenciái nem reprezentálják a tényleges DNS-t, amely sok száz vagy ezer bázispárt tartalmaz. A felső húr képviseli a DNS eredeti szálát, míg az alsó szálból hiányzik a deléciós mutációval eltávolított nukleotidpár. A triplett kodonokat elválasztjuk, hogy lássuk a deléciós mutáció hatásait.
5 TAC CCA GGG 3
3 ATG GGT CCC 5
5 TAC CCA GG 3
3 ATG GGT CC 5
Amint láthatja, ha ezzel vége lenne a DNS-molekulának, az utolsó aminosav nem keletkezne. Ehelyett egy deléciós mutáció általában egy kromoszóma vagy gén közepén következik be. Ez azt eredményezi, hogy a törölt nukleotid megtöltődik a DNS áthelyezésével és egy frame-shift mutáció előidézésével, vagy egy új nukleotid beillesztésével az inszercióként ismert mutációba. Ez a mutáció csak akkor adható át, ha a szervezet DNS-helyreállító mechanizmusai nem fogják fel a hibát, és a DNS létezik egy sejtben, amely utódokat fog hozni. Asexuális organizmusokban ez minden sejt, és a mutációk nagyobb valószínűséggel fennállnak. A nemi úton szaporodó organizmusokban a mutációk csak akkor adódhatnak tovább, ha a nemi szervek ivarsejtjeiben keletkeznek.
A genetikai kód felfedezése
Az 1950-es évek előtt a genetikai kód természetét nem nagyon értették. Ez mind megváltozott, amikor Francis Crick és Sydney Brenner kísérletezni kezdtek a bakteriális vírus mutáns törzsével. Crick és Brenner olyan vírusok DNS-ét elemezték, amelyek olyan toxinnak voltak kitéve, amelyről ismert, hogy mutációkat okoz. Kísérleteik során észrevették, hogy bizonyos gének működése helyreállítható egy mutációk kombinációjával, amelyet most ismerünk az inszerciós és deléciós mutációkig. Míg a két mutáció közötti DNS ostobasággá válna, az inszerció ellensúlyozná a deléciót. Ez visszaállítaná a gén olvasási keretét, és elkerülné a frame shift mutációt. A mutációk közötti interakciót intragén szuppressziónak nevezték. Összehasonlítva, hogy az egyes mutációk hogyan befolyásolták a termelt fehérjéket és aminosavakat, Crick és Brenner formálisan elméletet tudtak felhozni a hármas genetikai kód létezéséről és univerzális felhasználásáról az organizmusokban.
- Helyettesítés – Amikor a rossz nukleotidot másolnak a DNS-replikáció során.
- Inszerció – A nukleotidok törlése helyett egy inszerciós mutáció nukleotidokat ad hozzá a genomhoz.
- Inverzió – A DNS egy szegmense 180 fokkal elfordul a gén.
- Reciprok transzlokáció – Két különböző (nem homológ) kromoszóma cseréli a DNS-darabokat.
Kvíz
1. Egy komplex fehérje több ezer aminosavval rendelkezik, de ezek közül csak néhány létezik az aktív helyen. Az aktív helyhez specifikus aminosav-szekvencia szükséges a szubsztráthoz való kötődéshez. Ha 3 nukleotid deléciós mutációja eltávolítja ezen aminosavak egyikét, akkor a fehérje továbbra is működni fog?
A. Nincs
B. Igen, csak nem olyan jól
C Talán a fehérjétől függ.
2. Miközben egy gént replikál, a polimeráz véletlenül csúszik a templátszálra, és kihagy egy nukleotidot. A kapott DNS-ből hiányzik az a nukleotid-pár, és eltérést képez a DNS-ben. Az exonukleáz érzékeli a DNS-ben lévő csomót, és kinyitja a szálat, lehetővé téve a polimeráz számára a megfelelő nukleotid beillesztését és a DNS visszazárását. Mi történt éppen?
A. Deléciós mutáció és inszerciós mutáció
B. Normális DNS-replikáció
C. Törlési mutáció
3. Nézze meg a következő DNS-szálat:
5 CTAGTTGCAACT 3
Melyik az alábbiak egy deléciós mutáció lenne?
A. 5 CTAGTTTGCAACT 3
B. 5 CTAGTGCAACT 3
C. 5 ATCGTTGCAACT 3