Arten und Beispiele von DNA-Mutationen

DNA-Mutationen treten auf, wenn sich die Nukleotidsequenz ändert, aus der ein DNA-Strang besteht. Diese Veränderungen können durch zufällige Fehler bei der DNA-Replikation oder durch Umwelteinflüsse wie UV-Strahlen oder Chemikalien verursacht werden. Änderungen auf Nukleotidebene beeinflussen weiterhin die Transkription und Translation von der Gen- zur Proteinexpression. Das Ändern von nur einer Stickstoffbase in einer Sequenz kann die Aminosäure verändern, die von diesem DNA-Codon exprimiert wird, was dazu führen kann, dass ein völlig anderes Protein exprimiert wird. Diese Mutationen können von völlig harmlos bis potenziell tödlich reichen.

Punktmutationen

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Eine Punktmutation - die Änderung einer einzelnen Stickstoffbase in einer DNA-Sequenz - ist normalerweise der am wenigsten schädliche Typ von DNA-Mutationen. Codons sind eine Sequenz von drei Stickstoffbasen in einer Reihe, die während der Transkription von Messenger-RNA "gelesen" wird. Dieses Messenger-RNA-Codon wird dann in eine Aminosäure übersetzt, aus der ein Protein entsteht, das vom Organismus exprimiert wird. Abhängig von der Platzierung einer Stickstoffbase im Codon hat eine Punktmutation möglicherweise keinen Einfluss auf das Protein.

Da es nur 20 Aminosäuren und insgesamt 64 mögliche Kombinationen von Codons gibt, werden einige Aminosäuren von mehr als einem Codon codiert. Wenn die dritte Stickstoffbase im Codon geändert wird, wird die Aminosäure häufig nicht beeinflusst. Dies nennt man den Wobble-Effekt. Wenn die Punktmutation in der dritten Stickstoffbase in einem Codon auftritt, hat sie keinen Einfluss auf die Aminosäure oder das nachfolgende Protein und die Mutation verändert den Organismus nicht.

Höchstens eine Punktmutation bewirkt, dass sich eine einzelne Aminosäure in einem Protein ändert. Während dies normalerweise keine tödliche Mutation ist, kann es Probleme mit dem Faltungsmuster dieses Proteins und den Tertiär- und Quartärstrukturen des Proteins verursachen.

Ein Beispiel für eine nicht harmlose Punktmutation ist die Sichelzellenanämie mit unheilbarer Blutkrankheit. Dies geschieht, wenn eine Punktmutation bewirkt, dass eine einzelne Stickstoffbase in einem Codon für eine Aminosäure im Protein Glutaminsäure stattdessen für die Aminosäure Valin codiert. Diese einzelne kleine Veränderung bewirkt, dass ein normalerweise rundes rotes Blutkörperchen stattdessen sichelförmig ist.

Frameshift-Mutationen

Frameshift-Mutationen sind im Allgemeinen viel schwerwiegender und oft tödlicher als Punktmutationen. Obwohl wie bei Punktmutationen nur eine einzige Stickstoffbase betroffen ist, wird in diesem Fall die einzige Base entweder vollständig deletiert oder eine zusätzliche in die Mitte einer DNA-Sequenz eingefügt. Diese Änderung der Reihenfolge bewirkt, dass sich der Leserahmen verschiebt - daher der Name "Frameshift" -Mutation.

Eine Leserahmenverschiebung ändert die Drei-Buchstaben-Codonsequenz, damit die Messenger-RNA transkribiert und translatiert. Das ändert nicht nur die Aminosäure, sondern auch alle nachfolgenden Aminosäuren. Dies verändert das Protein erheblich und kann schwerwiegende Probleme verursachen, die sogar zum Tod führen können.

Einfügungen

Eine Art von Frameshift-Mutation wird Insertion genannt. Wie der Name schon sagt, erfolgt eine Insertion, wenn versehentlich eine einzelne Stickstoffbase in der Mitte einer Sequenz hinzugefügt wird. Dies wirft den Leserahmen der DNA ab und die falsche Aminosäure wird translatiert. Es drückt auch die gesamte Sequenz um einen Buchstaben nach unten und ändert alle Codons, die nach der Insertion kommen, wodurch das Protein vollständig verändert wird.

Obwohl das Einfügen einer Stickstoffbase die Gesamtsequenz verlängert, bedeutet dies nicht unbedingt, dass die Aminosäurekettenlänge zunimmt. In der Tat kann genau das Gegenteil der Fall sein. Wenn die Insertion eine Verschiebung der Codons verursacht, um ein Stoppsignal zu erzeugen, wird möglicherweise nie ein Protein produziert. Wenn nicht, wird ein falsches Protein hergestellt. Wenn das veränderte Protein lebensnotwendig ist, stirbt der Organismus höchstwahrscheinlich.

Streichungen

Die Deletion ist eine letzte Art von Frameshift-Mutation und tritt auf, wenn eine Stickstoffbase aus der Sequenz entfernt wird. Dies bewirkt wiederum, dass sich der gesamte Leserahmen ändert. Es verändert das Codon und beeinflusst auch alle Aminosäuren, die nach der Deletion codiert werden. Wie bei einer Einfügung können auch Unsinn- und Stoppcodons an den falschen Stellen auftreten,

DNA-Mutationsanalogie

Ähnlich wie beim Lesen von Text wird die DNA-Sequenz von der Boten-RNA "gelesen", um eine "Story" oder eine Aminosäurekette zu erzeugen, die zur Herstellung eines Proteins verwendet wird. Da jedes Codon drei Buchstaben lang ist, wollen wir sehen, was passiert, wenn eine "Mutation" in einem Satz auftritt, der nur Wörter mit drei Buchstaben verwendet.

Die rote Katze aß die Ratte.

Wenn es eine Punktmutation gäbe, würde sich der Satz ändern zu:

Die rote Katze aß die Ratte.

Das "e" im Wort "the" mutierte zum Buchstaben "c". Während das erste Wort im Satz nicht mehr das gleiche ist, machen die restlichen Wörter immer noch Sinn und bleiben das, was sie sein sollen.

Wenn eine Einfügung den obigen Satz mutieren würde, könnte sie lauten:

DIE CRE DCA TAT ETH ERA T.

Das Einfügen des Buchstabens "c" nach dem Wort "the" ändert den Rest des Satzes vollständig. Das zweite Wort ergibt keinen Sinn mehr und es folgen auch keine weiteren Wörter. Der ganze Satz hat sich in Unsinn verwandelt.

Eine Löschung würde etwas Ähnliches wie der Satz bewirken:

DER EDC ATA TET IHR AN.

Im obigen Beispiel wurde das "r", das nach dem Wort "the" hätte stehen sollen, gelöscht. Auch hier wird der gesamte Satz geändert. Während einige der folgenden Wörter verständlich bleiben, hat sich die Bedeutung des Satzes vollständig geändert. Dies zeigt, dass selbst wenn Codons in etwas verwandelt werden, das kein völliger Unsinn ist, das Protein dennoch vollständig in etwas verwandelt wird, das nicht mehr funktionsfähig ist.