Definicja mutacji delecyjnej
Mutacja delecyjna to błąd w procesie replikacji DNA, który usuwa nukleotydy z genomu. Mutacja delecyjna może usunąć pojedynczy nukleotyd lub całe sekwencje nukleotydów. Uważa się, że do delecji dochodzi, gdy enzym syntetyzujący nowe DNA ślizga się na nici matrycowego DNA, skutecznie tracąc nukleotyd. Ten enzym, polimeraza, musi dołączyć nukleotydy matrycowego DNA w swoim miejscu aktywnym, aby nastąpiła replikacja DNA. Większe nici DNA mogą ulec mutacji delecyjnej podczas krzyżowania, które ma miejsce w mejozie. Jeśli segmenty DNA, które są wymieniane, nie są tej samej wielkości, duże fragmenty mogą podlegać mutacji delecyjnej, jak widać poniżej.
Mutacja delecyjna może być poważną mutacją lub nieszkodliwą mutacją. Efekt mutacji delecyjnej zostanie określony na podstawie tego, gdzie w genie ma ona miejsce i ile nukleotydów zostało usuniętych. Kod genetyczny jest odczytywany w trojaczkach przez enzymy wytwarzające białka. Jeśli w genie utracone zostaną trzy lub więcej nukleotydów, w utworzonym białku może brakować całych aminokwasów, co może mieć poważne skutki funkcjonalne. Utrata pojedynczego nukleotydu często nie jest lepsza, ponieważ może wystąpić mutacja przesunięcia ramki odczytu. Mutacja przesunięcia ramki przesuwa cały gen i zmienia wszystkie oryginalne tryplety kodonów. Mutacja tego typu może spowodować, że gen wytworzy całkowicie niefunkcjonalny gen, ponieważ poważnie zmienia łańcuch aminokwasów wytwarzanych przez gen.
Mutacja delecyjna może występować częściej, niż możemy to zmierzyć, ale mutacje dziedziczone u potomstwa są zazwyczaj rzadkie. U zwierząt rozmnażających się bezpłciowo współczynnik mutacji utrzymuje się na stosunkowo niskim poziomie. Po części wynika to ze specyfiki i dokładności polimerazy. Jednak komórki mają również inny enzym, egzonukleazę, który podąża za polimerazą i wycina fragmenty DNA, które nie pasują do ich nukleotydowego odpowiednika na matrycy DNA. Ze względu na ten i inne mechanizmy regulacyjne mutacje delecyjne, które powodują zmianę fenotypową, są rzadkie.
Przykłady mutacji delecyjnych
Prosta mutacja
Poniżej znajduje się przykład mutacji delecji pojedynczego nukleotydu. Krótkie sekwencje DNA nie są reprezentatywne dla rzeczywistego DNA, który zawiera setki lub tysiące par zasad. Górna nić reprezentuje oryginalną nić DNA, podczas gdy dolna nić nie ma pary nukleotydów usuniętej przez mutację delecyjną. Tryplety są rozdzielane, aby zobaczyć skutki mutacji delecyjnej.
5 TAC CCA GGG 3
3 ATG GGT CCC 5
5 TAC CCA GG 3
3 ATG GGT CC 5
Jak widać, gdyby był to koniec cząsteczki DNA, ostatni aminokwas nie zostałby wyprodukowany. Zamiast tego mutacja delecyjna zwykle występuje w środku chromosomu lub genu. Spowoduje to wypełnienie usuniętego nukleotydu poprzez przesunięcie DNA i spowodowanie mutacji przesunięcia ramki odczytu lub wstawienie nowego nukleotydu do mutacji znanej jako insercja. Ta mutacja może zostać przeniesiona tylko wtedy, gdy mechanizmy organizmu do naprawy DNA nie wychwycą błędu, a DNA istnieje w komórce, która wyda potomstwo. W organizmach bezpłciowych jest to każda komórka, a mutacje są bardziej prawdopodobne. W organizmach rozmnażających się płciowo mutacje mogą być przenoszone tylko wtedy, gdy pojawią się w tkankach narządów płciowych wytwarzających gamety.
Odkrywanie kodu genetycznego
Przed latami pięćdziesiątymi natura kodu genetycznego nie była dobrze poznana. Wszystko się zmieniło, gdy Francis Crick i Sydney Brenner rozpoczęli eksperymenty na zmutowanym szczepie wirusa bakteryjnego. Crick i Brenner przeanalizowali DNA wirusów, które były narażone na działanie toksyny powodującej mutacje. Podczas swoich prób zauważyli, że funkcja niektórych genów może zostać przywrócona przez kombinację mutacji, które znamy teraz jako mutacje insercyjne i delecyjne. Podczas gdy DNA między dwiema mutacjami stałoby się nonsensowne, insercja zrównoważyłaby delecję. Zresetowałoby to ramkę odczytu genu i spowodowałoby uniknięcie mutacji przesunięcia ramki. Ta interakcja między mutacjami została nazwana supresją wewnątrzgenową. Porównując, jak poszczególne mutacje wpływają na wytwarzane białka i aminokwasy, Crick i Brenner byli w stanie formalnie teoretyzować o istnieniu trypletu kodu genetycznego i jego uniwersalnym zastosowaniu w organizmach.
- Podstawienie – kiedy podczas replikacji DNA kopiowany jest niewłaściwy nukleotyd.
- Wstawianie – zamiast usuwania nukleotydów, mutacja insercyjna dodaje nukleotydy do genomu.
- Odwrócenie – segment DNA zostaje obrócony o 180 stopni w obrębie gen.
- Translokacja wzajemna – dwa różne chromosomy (niehomologiczne) wymieniają fragmenty DNA.
Quiz
1. Złożone białko ma tysiące aminokwasów, ale tylko kilka z nich istnieje w miejscu aktywnym. Miejsce aktywne wymaga określonej sekwencji aminokwasów, aby związać się z substratem. Jeśli mutacja delecyjna 3 nukleotydów usuwa jeden z tych aminokwasów, czy białko będzie nadal funkcjonować?
A. Nie
B. Tak, po prostu nie tak dobrze
C. Może to zależy od białka.
2. Podczas replikacji genu polimeraza przypadkowo wsuwa się na nić wzorcową i pomija nukleotyd. Powstały w ten sposób DNA nie posiada odpowiednika nukleotydu i tworzy niedopasowanie w DNA. Egzonukleaza wyczuwa guzek w DNA i rozcina nić, umożliwiając polimerazie wstawienie odpowiedniego nukleotydu i ponowne uszczelnienie DNA. Co się właśnie stało?
A. Mutacja delecyjna i mutacja insercyjna
B. Normalna replikacja DNA
C. Mutacja delecji
3. Spójrz na następującą pojedynczą nić DNA:
5 CTAGTTGCAACT 3
Który z następujących byłoby mutacją delecyjną?
A. 5 CTAGTTTGCAACT 3
B. 5 CTAGTGCAACT 3
C. 5 ATCGTTGCAACT 3