Τι είναι μια ανοησία μετάλλαξη;

Οι ανόητες μεταλλάξεις είναι σημειακές μεταλλάξεις που έχουν ως αποτέλεσμα την παρουσία ενός κωδικονίου λήξης στην αλληλουχία mRNA, προκαλώντας την απελευθέρωση μιας μικρής πρωτεΐνης στο σύστημα.

Κατά τη διάρκεια των σχολικών μου ημερών, το φαγητό στην τάξη ήταν μια συναρπαστική εμπειρία. Έπρεπε να χρονομετρήσετε τέλεια την κίνησή σας, ώστε να τρώτε μια μπουκιά από το φαγητό σας ακριβώς όταν ο δάσκαλος κοίταζε αλλού.

Ένας από τους κύριους λόγους για να είμαστε τόσο προσεκτικοί ήταν ότι φοβόμασταν την τιμωρία που θα λαμβάναμε αν μας έπιαναν. Θα έπρεπε να γράψουμε τη δήλωση «Δεν θα φάω στην τάξη» 100 φορές! Ωστόσο, αυτό δεν μας εμπόδισε να τρώμε στην τάξη. ο φόβος της τιμωρίας έκανε το έργο ακόμα πιο δύσκολο.

Πολλές φορές, ενώ έγραφα τη δήλωση ξανά και ξανά, κατέληξα να κάνω ένα λάθος. Αντί να γράψω «Δεν θα φάω στην τάξη», παρέλειψα μια λέξη και οι επόμενες γραμμές έγραφαν «Θα φάω στην τάξη»!

Προφανώς, ο δάσκαλος δεν το θεώρησε πολύ αστείο και με έβαλε να ξαναγράψω αυτά τα λάθη.

Ένα λάθος ή μια παράλειψη από την αρχική δήλωση κατέστησε την πρόταση χωρίς νόημα, ή τουλάχιστον της έδωσε ένα πολύ διαφορετικό νόημα. Πάρτε το δικό μας γενετικό σύστημα, για παράδειγμα, συγκεκριμένα την έννοια του DNA. Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή DNA, κοινώς γνωστό ως το σχέδιο της ζωής, υπάρχει στον πυρήνα κάθε κυττάρου στο σώμα ενός ατόμου.

Το DNA αποτελείται από αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που ονομάζονται κώδικες γονιδίων, οι κύριοι παράγοντες στο σχηματισμό πρωτεϊνών. Περιέχουν όλες τις εντολές ή τις οδηγίες που απαιτούνται για να αναπτυχθεί, να αναπτυχθεί, να επιβιώσει και να αναπαραχθεί ένας οργανισμός. Σε παρόμοια σημείωση, ένα λάθος ή μια αλλαγή που συμβαίνει σε μια αλληλουχία DNA ονομάζεται μετάλλαξη.

Τι είναι η μετάλλαξη;

Το DNA μας αποτελείται από 4 νουκλεοτιδικές βάσεις, δηλαδή αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), θυμίνη (Τ) και γουανίνη (G). Το DNA είναι μια διπλή έλικα όπου το A ζευγαρώνει με το T και το C με το G με τη βοήθεια δεσμών υδρογόνου. Οι πληροφορίες που υπάρχουν στις 4 νουκλεοτιδικές βάσεις του DNA μεταβιβάζονται στις μελλοντικές γενιές.

Μια μετάλλαξη δεν είναι παρά μια μικρή αλλαγή σε οποιαδήποτε από τις 4 βάσεις νουκλεοτιδίων, όπου ένα νουκλεοτίδιο αντικαθίσταται από ένα άλλο ή ένα νουκλεοτίδιο διαγράφεται με την πάροδο του χρόνου και την πορεία πολλών επαναλήψεων. Ο λόγος για τον οποίο συμβαίνουν μεταλλάξεις δεν είναι ακόμη σαφής.

Μετάλλαξη στην αλληλουχία του DNA. (Φωτογραφία:Catalin Rusnac/Shutterstock)

Το DNA περιέχει γονίδια, τα οποία είναι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων διατεταγμένων με συγκεκριμένο τρόπο για να μας δώσουν ένα τελικό προϊόν - μια πρωτεΐνη. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από διαφορετικά αμινοξέα που συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια μακριά αλυσίδα. Το τελικό αποτέλεσμα μιας μετάλλαξης θα φανεί στο προϊόν πρωτεΐνης.

Η παράλογη μετάλλαξη ονομάζεται σημειακή μετάλλαξη, καθώς υπάρχει μια αλλαγή σε μια μεμονωμένη βάση νουκλεοτιδίου. Η μετάλλαξη έχει ως αποτέλεσμα την παρουσία ενός κωδικονίου λήξης στη γονιδιακή αλληλουχία, το οποίο προκαλεί πρόωρο τερματισμό της πρωτεΐνης.

Τι είναι τα κωδικόνια;

Ένα κωδικόνιο είναι ένα σύνολο 3 νουκλεοτιδίων που ονομάζονται τριπλέτα κωδικονίων που κωδικοποιούν ένα αμινοξύ. Υπάρχουν 20 γνωστά αμινοξέα και διαφορετικά κωδικόνια κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ. Ο απλός λόγος είναι ότι το DNA περιέχει 4 νουκλεοτίδια και μια τριπλέτα κωδικονίων περιέχει 3 νουκλεοτίδια, δίνοντάς μας 4*4*4=64 διαφορετικούς συνδυασμούς. Ένα μόνο αμινοξύ, όπως η προλίνη, μπορεί να κωδικοποιηθεί ως CCU, CCC, CCA ή CCG!

Η παρουσία οποιουδήποτε από τους 4 συνδυασμούς σηματοδοτεί το σύστημα ότι το αμινοξύ στην πρωτεϊνική αλυσίδα θα είναι η προλίνη. Υπάρχουν 3 μοναδικά κωδικόνια που σηματοδοτούν τον τερματισμό της σύνθεσης της πρωτεϊνικής αλυσίδας, συγκεκριμένα τα UGA, UAA και UAG. Συνήθως ονομάζονται κωδικόνια λήξης ή κωδικόνια ανοησίας.

Ο γενετικός κώδικας. (Φωτογραφία:Gurustip /Wikimedia Commons)

Τώρα, η επόμενη ερώτηση που μπορεί να έρθει στο μυαλό είναι:από πού προήλθε το U; Για να απαντήσουμε σε αυτό, πρέπει να μιλήσουμε για τα θεμελιώδη στοιχεία της μοριακής βιολογίας.

Ποιο είναι το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας;

Η διαδικασία από το DNA στη λειτουργική πρωτεΐνη δεν είναι τόσο απλή όσο μπορεί να φαίνεται. Για εύκολη κατανόηση, η έννοια του κεντρικού δόγματος πρέπει να αντιμετωπιστεί πρώτα. Το κεντρικό δόγμα είναι μια διαδικασία δύο σταδίων, συμπεριλαμβανομένης της μεταγραφής του DNA σε RNA και της μετάφρασης του RNA σε πρωτεΐνες.

Πρώτον, το DNA υφίσταται μια διαδικασία που ονομάζεται αντιγραφή προκειμένου να δημιουργήσει ένα μεγάλο αριθμό αντιγράφων του εαυτού του. κάθε κλώνος DNA συμμετέχει περαιτέρω στη μεταγραφή και τη μετάφραση. Η μεταγραφή πραγματοποιείται στον πυρήνα του κυττάρου. Μετά τη μεταγραφή, το mRNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα, το οποίο είναι το παχύρρευστο εξωτερικό υγρό που γεμίζει το υπόλοιπο κύτταρο. Το mRNA αλληλεπιδρά με το tRNA έτσι ώστε να μπορεί να πραγματοποιηθεί μετάφραση. Μετά τη μετάφραση, το προϊόν πρωτεΐνης απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα.

Κεντρικό Δόγμα Μοριακής Βιολογίας. (Φωτογραφία:Philippe Hupé/Wikimedia Commons)

Κατά την υποβολή αίτησης στο κολέγιο, απαιτείται να προσκομίσουμε ένα αντίγραφο όλων των εκπαιδευτικών μας προσόντων. Ομοίως, για να φτάσει στο επόμενο επίπεδο να γίνει μόριο πρωτεΐνης, το DNA ισχύει και για «μεταγραφή». Για να γίνει αυτό, το DNA αλληλεπιδρά με ένα άλλο μόριο που ονομάζεται ένζυμο, την RNA πολυμεράση, για να επιταχύνει τα πράγματα.

Το ένζυμο είναι υπεύθυνο για την απλοποίηση των δεδομένων στο μόριο του DNA σε ένα μονόκλωνο μόριο RNA. Το προκύπτον είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν που ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA (mRNA), όπου το RNA σημαίνει ριβονουκλεϊκό οξύ. Το RNA περιέχει 4 νουκλεοτίδια, όπως ακριβώς και το DNA:αδενίνη (A), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G), αλλά αντί για θυμίνη (T), το RNA περιέχει ουρακίλη (U).

Επομένως, τα κωδικόνια στο mRNA περιέχουν ένα νουκλεοτίδιο U αντί για ένα νουκλεοτίδιο Τ. Στο DNA, το A ζευγαρώνει με το T, ενώ στο RNA, το U με τα νουκλεοτίδια Α.

Ένας μακρύς κλώνος RNA με 4 νουκλεοτιδικές βάσεις δεν θα είχε νόημα αν δεν είμαστε σε θέση να το μεταφράσουμε. Το tRNA ή το RNA μεταφοράς είναι η μηχανή μετάφρασης για τις πρωτεΐνες. Το t-RNA αναγνωρίζει τα τριπλέτα κωδικόνια και τα μεταφράζει στα αντίστοιχα αμινοξέα τους. Η μετάφραση συνεχίζεται έως ότου το tRNA αλληλεπιδράσει με ένα κωδικόνιο λήξης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση της πρωτεΐνης στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου.

Διαδικασία σχηματισμού πρωτεϊνών. (Φωτογραφία:Alila Medical Media/Shutterstock)

Η ειδικότητα και η ακρίβεια με την οποία το t-RNA αναγνωρίζει τα κωδικόνια υπερβαίνει τη φαντασία. Μια ελαφρά αλλαγή σε οποιαδήποτε από τις βάσεις νουκλεοτιδίων κατά τη διάρκεια της μεταγραφής μπορεί να προκαλέσει την είσοδο ενός εντελώς νέου αμινοξέος στην εικόνα. Αυτό ακριβώς συμβαίνει στην περίπτωση μιας ανόητης μετάλλαξης.

Τι είναι η ανόητη μετάλλαξη;

Οι μεταλλάξεις μπορούν να συμβούν στο σώμα για διάφορους λόγους, συμπεριλαμβανομένου του περιβάλλοντος, του υπεριώδους φωτός ή ενός σφάλματος στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του μορίου του DNA. Μια μετάλλαξη που προκαλεί ένα ανόητο κωδικόνιο τερματισμού στη μεταγραφή του mRNA ονομάζεται μετάλλαξη χωρίς νόημα.

Μια ανόητη μετάλλαξη είναι μια σημειακή μετάλλαξη όπου ένα μεμονωμένο νουκλεοτίδιο αντικαθίσταται από ένα άλλο νουκλεοτίδιο. Η νέα αλληλουχία κωδικοποιεί ένα σήμα διακοπής, το οποίο αναγκάζει τον σχηματισμό αμινοξέων να σταματήσει πρόωρα. Αυτό απελευθερώνει μια κοντή πρωτεΐνη που μπορεί να λειτουργεί διαφορετικά.

Το tRNA μεταφράζει οποιαδήποτε τριάδα κωδικονίου χωρίς να διορθώνει το προηγούμενο λάθος. Στην περίπτωση μιας ανόητης μετάλλαξης, η αλλαγή νουκλεοτιδίου κωδικοποιεί πάντα ένα κωδικόνιο λήξης. Τα κωδικόνια τερματισμού UAG, UGA ή UAA σηματοδοτούν το tRNA να σταματήσει την πρωτεϊνοσύνθεση και η πρωτεΐνη θα απελευθερωθεί πρόωρα από τον μηχανισμό t-RNA. Αυτή η συντομευμένη πρωτεϊνική αλληλουχία μπορεί να αποικοδομηθεί από το κύτταρο λόγω της μη έγκαιρης απελευθέρωσής της και της έλλειψης κατάλληλης λειτουργίας.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι μεταλλάξεις που συμβαίνουν στο σώμα είναι τυχαίες και δεν μπορούν να αποδοθούν σε έναν μόνο λόγο. Μερικές φορές, οι μεταλλάξεις οδηγούν σε ποικιλία στο DNA μας, ενώ άλλες φορές το τελικό προϊόν μπορεί να είναι κάπως ανεπιθύμητο. Τις περισσότερες φορές, το αποτέλεσμα μιας ανόητης μετάλλαξης είναι μια μη λειτουργική πρωτεΐνη, αλλά όποια κι αν είναι η περίπτωση, οι μεταλλάξεις μας βοηθούν να εκτιμήσουμε το επίπεδο πολυπλοκότητας με το οποίο είναι κατασκευασμένο το DNA μας.