DNA mutasjoner oppstår når det er endringer i nukleotid sekvens som utgjør en streng av DNA. Disse endringene kan være forårsaket av tilfeldige feil i DNA-replikasjon eller av miljøpåvirkninger som UV-stråler og kjemikalier. Endringer på nukleotidnivå fortsetter å påvirke transkripsjon og oversettelse fra gen til proteinuttrykk.
Endring av bare en nitrogenbase i en sekvens kan endre aminosyren som uttrykkes av det DNA-kodonet, noe som kan føre til at et helt annet protein blir uttrykt. Disse mutasjonene kan være helt ufarlige, potensielt dødelige eller et sted i mellom.
Punktmutasjoner
En punktmutasjon - endringen av en enkelt nitrogenbase i a DNA-sekvens- er vanligvis den minst skadelige typen DNA-mutasjoner. Kodoner er en sekvens av tre nitrogenbaser på rad som blir "lest" av messenger RNA under transkripsjon. Den messenger RNA kodon blir deretter oversatt til en aminosyre som fortsetter å lage et protein som vil bli uttrykt av organismen. Avhengig av plasseringen av en nitrogenbase i kodonet, kan en punktmutasjon ikke ha noen innvirkning på proteinet.
Siden det bare er 20 aminosyrer og totalt 64 mulige kombinasjoner av kodoner, kodes noen aminosyrer med mer enn ett kodon. Ofte, hvis den tredje nitrogenbasen i kodonet endres, påvirkes ikke aminosyren. Dette kalles slingringseffekten. Hvis punktmutasjonen oppstår i den tredje nitrogenbasen i et kodon, har den ingen effekt på aminosyren eller påfølgende protein, og mutasjonen endrer ikke organismen.
På det meste vil en punktmutasjon føre til at en enkelt aminosyre i et protein endres. Selv om dette vanligvis ikke er en dødelig mutasjon, kan det føre til problemer med proteinets foldemønster og tertiære og kvartære strukturer av proteinet.
Et eksempel på en punktmutasjon som ikke er ufarlig er den uhelbredelige blodsykdommen sigdcelleanemi. Dette skjer når en punktmutasjon får en enkelt nitrogenbase i et kodon for en aminosyre i proteinet glutaminsyre til å kode for aminosyren valin i stedet. Denne eneste lille forandringen forårsaker en normalt runde rød blodcelle å i stedet være sigdformet.
Frameshift-mutasjoner
Frameshift-mutasjoner er generelt mye mer alvorlige og ofte mer dødelige enn punktmutasjoner. Selv om bare en enkelt nitrogenbase påvirkes, som for punktmutasjoner, i dette tilfellet, er en enkelt base er enten fullstendig slettet, eller en ekstra en settes inn i midten av DNA sekvens. Denne sekvensendringen får leserammen til å skifte - derav navnet "frameshift" mutasjon.
Et leserammeskifte endrer kodingssekvensen med tre bokstaver for RNA til messenger til å transkribere og oversette. Det endrer ikke bare den opprinnelige aminosyren, men alle påfølgende aminosyrer også. Dette endrer proteinet betydelig og kan forårsake alvorlige problemer, til og med muligens føre til død.
Innsett
En type rammeskiftmutasjon kalles innsetting. Som navnet tilsier, skjer en innsetting når en enkelt nitrogenbase tilfeldigvis legges til i midten av en sekvens. Dette kaster av leserammen til DNA og feil aminosyre er oversatt. Den skyver også hele sekvensen ned med en bokstav, og endrer alle kodoner som kommer etter innsetting, og endrer proteinet fullstendig.
Selv om innsetting av en nitrogenbase gjør den generelle sekvensen lenger, betyr det ikke nødvendigvis at aminosyrkjedelengden vil øke. Faktisk kan det motsatte være sant. Hvis innsettingen får en forskyvning i kodonene for å lage et stoppsignal, kan det aldri produseres et protein. Hvis ikke vil det lages et uriktig protein. Hvis det forandrede proteinet er essensielt for å opprettholde liv, vil sannsynligvis organismen dø.
slettinger
Sletting er en siste type rammeskiftmutasjon og oppstår når en nitrogenbase tas ut av sekvensen. Igjen, dette får hele leserammen til å endre seg. Det endrer kodonet og vil også påvirke alle aminosyrer som er kodet etter etter sletting. Som med en innsetting, kan tull og stoppkodoner også vises på feil steder,
DNA-mutasjonsanalogi
Mye som å lese tekst, blir DNA-sekvensen "lest" av messenger RNA for å produsere en "historie" eller en aminosyrekjede som vil bli brukt til å lage et protein. Siden hvert kodon er tre bokstaver, la oss se hva som skjer når en "mutasjon" oppstår i en setning som bare bruker ord med tre bokstaver.
DEN RØDE KATTEN SPIS ROTTEN.
Hvis det var en punktmutasjon, ville setningen endres til:
THC RØD KATTE SPIS ROTTEN.
"E" i ordet "the" mutert til bokstaven "c". Mens det første ordet i setningen ikke lenger er det samme, er resten av ordene fortsatt fornuftige og forblir det de skal være.
Hvis en innsetting skulle mutere setningen ovenfor, kan den kanskje lyde:
THE CRE DCA TAT ETH ERA T.
Innsettingen av bokstaven "c" etter ordet "the" endrer resten av setningen fullstendig. Det andre ordet gir ikke lenger mening, og heller ikke noen ord som følger det. Hele setningen har endret seg til tull.
En sletting vil gjøre noe som tilsvarer setningen:
EDC ATA TET Hennes på.
I eksemplet over er "r" som burde ha kommet etter at ordet "the" er blitt slettet. Igjen, det endrer hele setningen. Mens noen av de påfølgende ordene forblir forståelige, har betydningen av setningen forandret seg fullstendig. Dette demonstrerer at selv når kodon blir endret til noe som ikke er total tull, det endrer proteinet fortsatt fullstendig til noe som ikke lenger er funksjonelt levedyktig.