Guinguette Marais Poitevin

Missense-Mutation Definition

Eine Missense-Mutation ist eine Art von Punktmutation, bei der eine andere Aminosäure als die ursprüngliche im produzierten Protein platziert wird. Im Prozess der Umwandlung von DNA in Protein muss die Sprache der DNA in die Sprache der Proteine übersetzt werden. Während dieses Prozesses kann eine Veränderung in der Struktur der DNA, eine Mutation, die Sequenz der Aminosäuren verändern, wodurch ein Protein entsteht. Wenn sie die Struktur oder Funktion des Proteins nicht verändert, kann sie als stille Mutation bezeichnet werden. Wenn sie das Protein verändert, spricht man von einer Missense-Mutation.

Das obige Bild zeigt verschiedene Punktmutationen und ihre Auswirkungen auf die resultierende Aminosäure. Die DNA wird in Dreier-Einheiten, den sogenannten Codons, abgelesen. Diese Codons fordern eine von 21 Aminosäuren an, die der Ribosomenkomplex durch Ablesen der Boten-RNA (mRNA) in der richtigen Reihenfolge zusammensetzt. Wenn es 3 Stellen in einem Codon gibt und 4 mögliche Nukleotide an dieser Stelle, können die Codons 64 verschiedene Signale aufrufen. Da es nur 21 Aminosäuren gibt, rufen viele dieser Codons die gleiche Aminosäure auf. Wenn eine Mutation für die gleiche Aminosäure wie vor der Mutation aufruft, wird sie als stumm angesehen.

Auf der anderen Seite rufen auch einige andere Codons Signale auf, um das Protein zu stoppen und zu verarbeiten. In diesem Fall wird, anstatt eine Aminosäure hinzuzufügen, die Sequenz beendet und das Protein aus dem Ribosom ausgestoßen. In diesem Fall wäre die Mutation eine Nonsense-Mutation, da das Protein unvollständig wäre. Eine Missense-Mutation setzt die Kette des Proteins fort, kann aber auch die Funktion des Proteins stören. Zu diesem Zweck gibt es zwei grundlegende Arten von Missense-Mutationen.

Typen von Missense-Mutationen

Konservativ

Bei einer konservativen Missense-Mutation ist die ersetzte Aminosäure in Funktion und Form ähnlich der ersetzten Aminosäure. Eine konservative Missense-Mutation kann zu einem Funktionsverlust führen, der jedoch nur geringfügig sein kann. Im Kontext der Populationsgenetik und Ökologie muss eine Missense-Mutation nicht unbedingt etwas Negatives sein. Eine verlangsamte oder leicht veränderte Funktion eines Proteins kann tatsächlich die Fitness eines Organismus erhöhen. Wenn das Produkt des Proteins reguliert werden muss oder gerade die Fitness des Organismus behindert, kann eine Veränderung von Vorteil sein. Eine konservative Missense-Mutation verändert die Funktion eines Proteins in der Regel weniger drastisch als die anderen Arten von Missense-Mutationen.

Nicht-konservativ

Bei einer nicht-konservativen Missense-Mutation wird eine völlig andere Art von Aminosäure an die Kette angefügt. Wo eine polare Aminosäure vorhanden war, wird eine unpolare Aminosäure hinzugefügt. Diese Art von Missense-Mutation kann die Funktion eines Proteins stark verändern, da sie wahrscheinlich die Form und Struktur des Proteins verändert.

Proteine haben verschiedene Ebenen der Struktur, die alle von der DNA abhängen. Wenn eine Missense-Mutation eine Aminosäure verändert, verändert sie zunächst die Primärstruktur, also die Grundsequenz der Aminosäuren. Die Sekundärstruktur von Proteinen besteht aus Mustern und Strukturen, die durch Wechselwirkungen zwischen diesen Aminosäuren entstehen. Eine Missense-Mutation könnte eine Form wie eine Alpha-Helix oder ein Beta-Faltblatt vollständig zerstören. Diese Strukturen können entscheidend für die gesamte Tertiärstruktur des Proteins sein, oder seine allgemeine Form und Größe. Diese Struktur gibt Auskunft darüber, wie das Protein mit anderen Molekülen in der Umgebung interagiert. Eine nicht-konservative Missense-Mutation kann diese Wechselwirkungen vollständig verändern. Auf der letzten Ebene der Proteinstruktur, der quaternären Struktur, kann eine Missense-Mutation sogar verhindern, dass sich ein Protein in einen größeren Proteinkomplex einfügt, dessen Teil es sein soll. Dies kann ganze biochemische Wege unbrauchbar machen oder ihnen einen völlig neuen Nutzen verleihen.

Beispiel für eine Missense-Mutation

Ein häufiges und bekanntes Beispiel für eine Missense-Mutation ist die Sichelzellenanämie, eine Blutkrankheit. Menschen mit Sichelzellenanämie haben eine Missense-Mutation an einer einzigen Stelle in der DNA. Diese Missense-Mutation erfordert eine andere Aminosäure und beeinflusst die Gesamtform des produzierten Proteins. Dies wiederum führt dazu, dass die gesamte Form der Blutzellen anders ist. Menschen mit dieser Krankheit leiden unter den Symptomen, dass sie nicht in der Lage sind, effizient Sauerstoff aufzunehmen, und dass ihr Blut gerinnt. Sie sind jedoch teilweise vor Parasiten geschützt, die in den Blutzellen leben. Malaria ist eine Krankheit, die durch diese Parasiten verursacht wird, und Menschen mit Sichelzellenanämie haben eine angeborene Abwehr gegen den Parasiten. Ihre sichelförmigen Blutzellen können den Lebenszyklus des Parasiten nicht unterstützen.

Die Missense-Mutation, die all dies verursacht, ist der Unterschied von einem Nukleotid. Sie wird zunächst in mRNA und dann in ein Protein übersetzt. Die Missense-Mutation bewirkt, dass ein Valin an die Stelle gesetzt wird, an der normalerweise eine Glutaminsäure sitzt. Diese nicht-konservative Missense-Mutation bewirkt, dass sich die Form des Proteins, des Hämoglobins, verändert. Wo sich normales Hämoglobin trennt, bildet das mutierte Hämoglobin lange Ketten. Diese Ketten, wenn sie in die Blutzellen eingebaut werden, verändern ihre Form und zwingen sie zu einer Sichel. Dies ist im Bild unten zu sehen.

Viele andere Anämien und verschiedene genetische Krankheiten werden durch eine Missense-Mutation verursacht. Alle Proteine sind auf die Abfolge der Aminosäuren angewiesen, aus denen sie aufgebaut sind. Während Mutationen manchmal Vorteile für einen Organismus bringen können, stören sie häufiger einen stabilen und zuverlässigen Prozess. Wenn auch nur ein einziges Protein gestört wird, können Zellen funktionslos werden oder zumindest Schwierigkeiten haben zu funktionieren.

Quiz

1. Welche der folgenden ist eine Missense-Mutation?
A. Serin wird durch Serin ersetzt
B. Arginin wird durch Glutamin ersetzt
C. Ein STOP-Signal wird durch Cystein ersetzt

2. Welche der folgenden Antworten wäre die schlimmste Mutation?
A. Missense-Mutation
B. Nonsense-Mutation
C. Es kommt darauf an…
D. XXXX

3. Sichelzellenanämie und einige andere genetische Krankheiten treten in einigen Populationen mit konstant niedrigen Raten auf. Warum ist das so?
A. Die Mutationen sind teilweise vorteilhaft
B. Einzelne Punktmutationen sind wahrscheinlicher als andere
C. Beides