Mutacja missense Definicja
Mutacja missense jest rodzajem mutacji punktowej, w której w produkowanym białku umieszczony jest inny aminokwas niż w oryginale. W procesie przekształcania DNA w białko, język DNA musi zostać przetłumaczony na język białek. Podczas tego procesu zmiana w strukturze DNA, czyli mutacja, może zmienić sekwencję aminokwasów, która tworzy białko. Jeśli nie zmienia ona struktury lub funkcji białka, może być uznana za cichą mutację. Jeśli zmienia białko, jest uważana za mutację typu missense.
Powyższy obrazek pokazuje różne mutacje punktowe i ich wpływ na powstający aminokwas. DNA jest odczytywany w jednostkach po trzy, zwanych kodonami. Te kodony wzywają do jednego z 21 aminokwasów, które kompleks rybosomów będzie montował w kolejności, czytając messenger RNA, lub mRNA. Jeśli w kodonie znajdują się 3 miejsca i 4 możliwe nukleotydy, które mogą znaleźć się w tym miejscu, kodony mogą wywoływać 64 różne sygnały. Ponieważ istnieje tylko 21 aminokwasów, wiele z tych kodonów wywołuje ten sam aminokwas. Jeśli mutacja wywołuje ten sam aminokwas co przed mutacją, jest uważana za niemą.
Z drugiej strony, kilka innych kodonów również wywołuje sygnały do zatrzymania i przetworzenia białka. W tym przypadku, zamiast dodawania aminokwasu, sekwencja jest zakończona, a białko jest wyrzucane z rybosomu. W tym przypadku mutacja byłaby mutacją nonsensowną, ponieważ białko byłoby niekompletne. Mutacja typu missense kontynuuje łańcuch białka, ale może również zaburzać jego funkcjonowanie. W tym celu, istnieją dwa podstawowe typy mutacji typu missense.
Typy mutacji typu missense
Konserwatywna
W konserwatywnej mutacji typu missense, aminokwas zastąpiony jest podobny w funkcji i kształcie do aminokwasu zastępowanego. Konserwatywna mutacja typu missense może powodować utratę funkcji, ale może być ona niewielka. W kontekście genetyki populacyjnej i ekologii, mutacja typu missense nie musi być czymś negatywnym. Zwolniona lub nieznacznie zmieniona funkcja białka może w rzeczywistości zwiększyć kondycję organizmu. Jeśli produkt białka musi być regulowany, lub obecnie utrudnia kondycję organizmu, zmiana może być korzystna. Konserwatywna mutacja typu missense zazwyczaj zmienia funkcję białka mniej drastycznie niż inne typy mutacji typu missense.
Niekonserwatywna
W niekonserwatywnej mutacji typu missense do łańcucha dodawany jest zupełnie inny rodzaj aminokwasu. Tam, gdzie obecny był aminokwas polarny, dodany zostanie aminokwas niepolarny. Ten rodzaj mutacji typu missense może znacznie zmienić funkcję białka, ponieważ prawdopodobnie zmieni kształt i strukturę białka.
Białka mają różne poziomy struktury, wszystkie zależą od DNA. Jeśli mutacja typu missense zmienia aminokwas, to najpierw zmienia strukturę pierwotną, czyli podstawową sekwencję aminokwasów. Struktura drugorzędowa białek składa się z wzorów i struktur utworzonych przez interakcje pomiędzy tymi aminokwasami. Mutacja typu missense może całkowicie zaburzyć formę taką jak helisa alfa lub beta. Struktury te mogą być kluczowe dla ogólnej struktury trzeciorzędowej białka, czyli jego ogólnego kształtu i rozmiaru. Struktura ta informuje, w jaki sposób białko oddziałuje z innymi cząsteczkami w środowisku. Niekonserwatywna mutacja typu missense może całkowicie zmienić te interakcje. Na ostatnim poziomie struktury białka, strukturze czwartorzędowej, mutacja missense może nawet uniemożliwić białku dołączenie do większego kompleksu białkowego, którego ma być częścią. To może uczynić całe biochemiczne szlaki bezużytecznymi, lub dać im zupełnie nowe zastosowanie.
Przykład mutacji typu missense
Wspólnym i dobrze znanym przykładem mutacji typu missense jest anemia sierpowata, choroba krwi. Ludzie z anemią sierpowatą mają mutację typu missense w pojedynczym punkcie w DNA. Ta mutacja missense wymaga innego aminokwasu i wpływa na ogólny kształt produkowanego białka. To z kolei powoduje, że cały kształt komórek krwi jest inny. Osoby z tą chorobą doświadczają objawów niemożności efektywnego pozyskiwania tlenu, a także doświadczają krzepnięcia krwi. Są one jednak częściowo chronione przed pasożytami żyjącymi w komórkach krwi. Malaria jest chorobą wywoływaną przez te pasożyty, a osoby z anemią sierpowatą mają wrodzoną obronę przed pasożytem. Ich sierpowaty kształt krwinek nie może wspierać cyklu życiowego pasożyta.
Mutacja missense, która powoduje to wszystko, jest różnicą jednego nukleotydu. Jest on najpierw tłumaczony na mRNA, a następnie na białko. Mutacja braku sensu powoduje, że walina jest umieszczana tam, gdzie normalnie znajduje się kwas glutaminowy. Ta niekonserwatywna mutacja missense powoduje zmianę kształtu białka, hemoglobiny. Tam, gdzie normalna hemoglobina oddziela się, zmutowana hemoglobina tworzy długie łańcuchy. Łańcuchy te, po włączeniu do krwinek, zmieniają ich kształt i nadają im kształt sierpa. Widać to na poniższym obrazku.
Wiele innych anemii i różnych chorób genetycznych jest spowodowanych mutacją typu missense. Wszystkie białka są zależne od sekwencji aminokwasów, które je tworzą. Podczas gdy mutacje mogą czasem przynieść korzyści organizmowi, częściej zakłócają stabilny i niezawodny proces. Zaburzając nawet pojedyncze białko, komórki mogą stać się bezużyteczne, lub przynajmniej mieć trudności z funkcjonowaniem.
Quiz
1. Która z poniższych mutacji jest mutacją typu missense?
A. Seryna jest zastąpiona przez serynę
B. Arginina jest zastąpiona przez Glutaminę
C. Sygnał STOP jest zastąpiony Cysteiną
2. Która z poniższych odpowiedzi byłaby najgorszą mutacją?
A. Mutacja braku sensu
B. Mutacja nonsensowna
C. To zależy…
D. XXXX
3. Anemia sierpowata, i niektóre inne choroby genetyczne, nawracają w stałych niskich stawek w niektórych populacjach. Dlaczego tak się dzieje?
A. Mutacje są częściowo korzystne
B. Pojedyncze mutacje punktowe są bardziej prawdopodobne niż inne
C. Oba