Tipi ed esempi di mutazioni del DNA

Le mutazioni del DNA si verificano quando ci sono cambiamenti nella sequenza nucleotidica che costituisce un filamento di DNA. Queste alterazioni possono essere causate da errori casuali nella replicazione del DNA o da influenze ambientali come raggi UV o sostanze chimiche. I cambiamenti a livello dei nucleotidi continuano a influenzare la trascrizione e la traduzione dall'espressione genica a quella proteica. Cambiare anche solo una base di azoto in una sequenza può alterare l'amminoacido che è espresso da quel codone del DNA che può portare all'espressione di una proteina completamente diversa. Queste mutazioni possono variare da completamente innocue a potenzialmente fatali.

Mutazioni puntiformi

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Una mutazione puntuale - il cambiamento di una singola base di azoto in una sequenza di DNA - è di solito il tipo meno dannoso di mutazioni del DNA. I codoni sono una sequenza di tre basi di azoto in una riga che viene "letta" dall'RNA messaggero durante la trascrizione. Quel codone messaggero di RNA viene quindi tradotto in un amminoacido che continua a produrre una proteina che sarà espressa dall'organismo. A seconda del posizionamento di una base di azoto nel codone, una mutazione puntuale potrebbe non avere alcun effetto sulla proteina.

Poiché ci sono solo 20 amminoacidi e un totale di 64 possibili combinazioni di codoni, alcuni aminoacidi sono codificati da più di un codone. Spesso, se si modifica la terza base di azoto nel codone, l'amminoacido non sarà influenzato. Questo si chiama effetto oscillazione. Se la mutazione punto si verifica nella terza base di azoto in un codone, allora non ha alcun effetto sull'amminoacido o sulla proteina successiva e la mutazione non cambia l'organismo.

Al massimo, una mutazione puntuale farà cambiare un singolo aminoacido in una proteina. Sebbene di solito questa non sia una mutazione mortale, può causare problemi con il modello pieghevole di quella proteina e le strutture terziarie e quaternarie della proteina.

Un esempio di una mutazione puntuale che non è innocua è con l'incurabile anemia falciforme del disturbo ematico. Ciò accade quando una mutazione puntuale provoca invece una singola base di azoto in un codone per un amminoacido nell'acido glutammico proteico per codificare l'aminoacido valina. Questa singola piccola modifica fa sì che un globulo rosso normalmente rotondo sia invece a forma di falce.

Mutazioni di Frameshift

Le mutazioni di Frameshift sono generalmente molto più gravi e spesso più mortali delle mutazioni puntuali. Anche se solo una singola base di azoto è interessata, come nel caso delle mutazioni puntiformi, in questo caso la singola base viene completamente cancellata o se ne viene inserita una aggiuntiva nel mezzo di una sequenza di DNA. Questo cambiamento di sequenza fa spostare il frame di lettura, da cui la mutazione "framehift".

Uno spostamento del frame di lettura modifica la sequenza di codoni di tre lettere per la messaggistica RNA da trascrivere e tradurre. Ciò non cambia solo gli amminoacidi, ma anche tutti gli amminoacidi successivi. Ciò altera in modo significativo le proteine ​​e può causare gravi problemi, anche portando alla morte.

inserimenti

Un tipo di mutazione frameshift è chiamato inserimento. Come suggerisce il nome, si verifica un inserimento quando una singola base di azoto viene accidentalmente aggiunta nel mezzo di una sequenza. Questo getta via la cornice di lettura del DNA e viene tradotto l'amminoacido sbagliato. Spinge anche l'intera sequenza verso il basso di una lettera, modificando tutti i codoni che seguono l'inserimento, alterando completamente la proteina.

Anche se l'inserimento di una base di azoto allunga la sequenza complessiva, ciò non significa necessariamente che la lunghezza della catena di aminoacidi aumenterà. In effetti, potrebbe essere vero il contrario. Se l'inserzione provoca uno spostamento nei codoni per creare un segnale di arresto, una proteina potrebbe non essere mai prodotta. In caso contrario, verrà prodotta una proteina errata. Se la proteina alterata è essenziale per sostenere la vita, molto probabilmente l'organismo morirà.

eliminazioni

La cancellazione è un ultimo tipo di mutazione del frame shift e si verifica quando una base di azoto viene estratta dalla sequenza. Ancora una volta, questo fa cambiare l'intero frame di lettura. Altera il codone e influenzerà anche tutti gli aminoacidi codificati dopo l'eliminazione. Come per un inserimento, anche i codoni senza senso e di arresto possono apparire nei posti sbagliati,

Analogia della mutazione del DNA

Proprio come leggere il testo, la sequenza del DNA viene "letta" dall'RNA messaggero per produrre una "storia" o una catena di aminoacidi che verrà utilizzata per produrre una proteina. Poiché ogni codone è lungo tre lettere, vediamo cosa succede quando si verifica una "mutazione" in una frase che utilizza solo parole di tre lettere.

IL GATTO ROSSO ATE IL RATTO.

Se ci fosse una mutazione puntuale, la frase cambierebbe in:

THC RED CAT ATE THE RAT.

La "e" nella parola "la" è mutata nella lettera "c". Mentre la prima parola della frase non è più la stessa, il resto delle parole ha ancora senso e rimane quello che dovrebbero essere.

Se un inserimento dovesse mutare la frase sopra, potrebbe leggere:

IL CRE DCA TAT ETH ERA T.

L'inserimento della lettera "c" dopo la parola "the" cambia completamente il resto della frase. La seconda parola non ha più senso, né le parole che la seguono. L'intera frase è diventata senza senso.

Una cancellazione farebbe qualcosa di simile alla frase:

L'EDC ATA TETERÀ A.

Nell'esempio sopra, la "r" che avrebbe dovuto venire dopo la parola "the" è stata eliminata. Ancora una volta, cambia l'intera frase. Mentre alcune delle parole successive rimangono comprensibili, il significato della frase è completamente cambiato. Ciò dimostra che anche quando i codoni vengono trasformati in qualcosa che non è una totale assurdità, cambia ancora completamente la proteina in qualcosa che non è più funzionalmente funzionale.