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Mutation, die das Stop-Codon verliert

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Das hat jemand in meiner Klasse gefragt und meine Lehrerin war sich in ihrer Antwort nicht sicher, weiß niemand, was bei der Proteinsynthese passiert, wenn eine Mutation dazu führt, dass die mRNA kein Stoppcodon besitzt? Würde das Protein irgendwann aufhören? Würde es weiterhin in die Poly-A-Kette kodieren und eine Menge Phenylalanin einfügen?


Nein, das wird nicht passieren. mRNAs werden im Zellkern inspiziert, bevor sie in das Zytoplasma exportiert werden (zumindest bei Eukaryoten), wo Transkription und Translation nicht am selben Ort stattfinden. Dadurch wird sichergestellt, dass keine mRNAs ohne Stopcodons oder vorzeitige Stopcodons exportiert werden. Dieses Phänomen wird als "mRNA-Überwachung" bezeichnet. mRNAs, die diese Qualitätsprüfung nicht bestehen, werden abgebaut. Siehe die Wiki-Referenz für einige grundlegende Informationen und die Referenzen unten für mehr.

Verweise:

  1. Prozess oder zugrunde gehen: Qualitätskontrolle in der mRNA-Biogenese.
  2. Die Exosom- und RNA-Qualitätskontrolle im Zellkern
  3. Eine falsche 3'-UTR fördert eine aberrante Termination und löst einen Nonsense-vermittelten mRNA-Zerfall aus

Ja du hast Recht. Diese mRNAs, denen das Stopcodon fehlt, bewirken, dass die Translation in den Poly-A-Schwanz fortgesetzt wird (sie führt zur Zugabe von Lysinen, nicht von Phenylalanin). Da kein Stoppcodon vorhanden ist, bleibt das Ribosom an der mRNA hängen. Unter diesen Umständen wird ein Weg aktiviert, der als Non-Stop-Zerfall bekannt ist.

Ein wichtiges Protein in diesem Weg - Ski7 erkennt ein blockiertes Ribosom und leitet den Zerfallsprozess sowohl für das Peptid als auch für die mRNA ein. Es wurde gezeigt, dass der Poly-Lysin-Schwanz des Peptids den Peptidzerfallsprozess beschleunigt.



Auch bei Prokaryoten führen die Nonstop-Mutationen dazu, dass das Ribosom durch das Stopcodon läuft und schließlich zum Stillstand kommt. Es gibt jedoch keine Poly-A-Schwänze und der Weg zur Wiederherstellung der Ribsosomen unterscheidet sich von dem von Eukaryoten. Eine RNA namens tmRNA (ein Hybrid aus tRNA und mRNA) bindet mit ihrer tRNA-ähnlichen Domäne an die A-Stelle. Dann erfolgt die Translation durch die mRNA-Domäne der tmRNA (dies wird Trans-Translation genannt), was eine Anlagerung eines Peptid-Tags (das wie ein Abbausignal wirkt) an das blockierte Polypeptid bewirkt und schließlich bei Erreichen des Stoppcodons zur Freisetzung von Ribosomen führt .



Verweise:

Nonstop-Zerfall:
Klauer und van Hoof. Abbau von mRNAs, denen ein Stoppcodon fehlt: Ein Jahrzehnt des ununterbrochenen Fortschritts. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2012 Sept.-Okt.; 3(5): 649-660.

tmRNA:
Jannsen und Hayes. Das tmRNA Ribosom Rescue System. Adv Protein Chem Struct Biol. 2012; 86: 151-191.


Tatsächlich kommt es selten vor, dass eine Stopcodon-Mutation eine Translation der polyA-Sequenz in Säugerzellen verursacht, da Sie stromabwärts ein weiteres Stopcodon im Leserahmen finden. Und einige stoppen Codon-Mutationen, die das Protein immer noch stabil produzieren(1).

Wie jedoch WYSIWYG erwähnt, würden mRNAs in Abwesenheit eines alternativen Stopcodons im Leserahmen abgebaut. Es wird auch als Non-Stop-Zerfall bezeichnet (2). Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob dieser Satz populär wird.


49 Arten von Mutationen

Die DNA-Sequenz eines Gens kann auf verschiedene Weise verändert werden. Genmutationen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesundheit, je nachdem, wo sie vorkommen und ob sie die Funktion von essentiellen Proteinen verändern. Zu den Mutationsarten gehören:

Stille Mutation: Nicht alle Veränderungen der DNA-Sequenz führen zu einer Veränderung der Aminosäure, die in ein Protein eingefügt wird. Mutationen in der kodierenden Sequenz, die eine Aminosäure nicht verändern, werden als stille Mutationen bezeichnet.

Missense-Mutation: Diese Art von Mutation ist eine Veränderung in einem DNA-Basenpaar, die dazu führt, dass eine Aminosäure in dem von einem Gen hergestellten Protein durch eine andere ersetzt wird.

Unsinn Mutation: Eine Nonsense-Mutation ist auch eine Veränderung in einem DNA-Basenpaar. Anstatt eine Aminosäure durch eine andere zu ersetzen, bewirkt die Mutation jedoch die Insertion eines frühen Stoppcodons. Dieses Stoppcodon signalisiert der Zelle, vorzeitig mit dem Aufbau eines Proteins aufzuhören. Diese Art von Mutation führt zu einem verkürzten (verkürzten) Protein, das möglicherweise nicht richtig oder überhaupt nicht funktioniert.

Abbildung: Einige Mutationen verändern die Aminosäuresequenz in einem Protein nicht. Manche tauschen eine Aminosäure gegen eine andere. Andere führen ein frühes Stoppcodon in die Sequenz ein, wodurch das Protein verkürzt wird.

Einfügen oder Löschen: Eine Insertion ändert die Anzahl der DNA-Basen in einem Gen, indem ein Stück DNA hinzugefügt wird. Eine Deletion entfernt ein Stück DNA. Insertionen oder Deletionen können klein (ein oder wenige Basenpaare innerhalb eines Gens) oder groß (ein ganzes Gen, mehrere Gene oder ein großer Abschnitt eines Chromosoms) sein. In jedem dieser Fälle funktioniert das vom Gen hergestellte Protein möglicherweise nicht richtig.

Vervielfältigung: Eine Duplikation besteht aus einem DNA-Stück, das ein- oder mehrmals abnormal kopiert wird. Diese Art von Mutation kann die Funktion des resultierenden Proteins verändern.

Frameshift-Mutation: Diese Art von Mutation tritt auf, wenn das Hinzufügen oder der Verlust von DNA-Basen den Leserahmen eines Gens ändert. Ein Leserahmen besteht aus Gruppen von 3 Basen, die jeweils für eine Aminosäure kodieren. Eine Frameshift-Mutation verschiebt die Gruppierung dieser Basen und ändert den Code für Aminosäuren. Das resultierende Protein ist normalerweise nicht funktionsfähig. Insertionen, Deletionen und Duplikationen können alle Frameshift-Mutationen sein.

Erweiterung wiederholen: Nukleotid-Wiederholungen sind kurze DNA-Sequenzen, die mehrmals hintereinander wiederholt werden. Beispielsweise besteht ein Trinukleotid-Repeat aus 3-Basenpaar-Sequenzen und ein Tetranukleotid-Repeat besteht aus 4-Basenpaar-Sequenzen. Eine Wiederholungserweiterung ist eine Mutation, die die Anzahl der Wiederholungen der kurzen DNA-Sequenz erhöht. Diese Art von Mutation kann dazu führen, dass das resultierende Protein funktioniert.


KLASSIFIZIERUNG DER MUTATION NACH IHREN AUSWIRKUNGEN AUF DAS DNA-MOLEKÜL

Aufgrund ihrer Auswirkungen auf die strukturelle Integrität des DNA-Moleküls können Mutationen in Substitution, Insertion, Deletion, Inversion, reziproke Translokation und Chromosomenumlagerungen eingeteilt werden. Diese Mutationsklassifikation basiert auf der Wirkung der Mutation auf das genetische Material (DNA) der Zelle.

ERSETZUNG (BASISPAAR-ERSETZUNG)

Substitution bedeutet wörtlich das Ersetzen einer Sache durch eine andere. Wenn eine Basensubstitution als eine Art von Mutation während der DNA-Replikation auftritt, wird eine einzelne Base an einem Punkt des DNA-Replikationsprozesses durch eine der anderen drei Basen ersetzt. Diese Art von Mutation kann auch als Punktmutation bezeichnet werden. Es gibt verschiedene Arten von Basensubstitution, einschließlich stiller Mutation, Missense-Mutation und Frameshift-Mutation. Die Basensubstitution während der DNA-Replikation verursacht stille, Missense-, Nonsense-Mutationen und Frameshift-Mutationseffekte (Abbildung 1). Es ist auch bemerkenswert, dass die Folgen von Basenpaar-Substitutionsmutationen in proteinkodierenden Regionen einer DNA oder eines Gens von der Art der Substitution und dem Ort, an dem sie aufgetreten ist, abhängen.

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Abbildung 1. Illustration von Basenpaar-Substitutionen. Basenpaarsubstitutionen sind Beispiele für Punktmutationen. Ala=Alanin, Gly=Glycin, Pro=Prolin, Asp=Asparaginsäure, Arg=Arginin Foto mit freundlicher Genehmigung: https://www.microbiologyclass.com

Stille Mutation ist eine Art von Mutation, die den Phänotyp der Zelle, die sie durchläuft, nicht beeinflusst. Es tritt normalerweise außerhalb des Gens auf. Obwohl sie außerhalb eines Gens auftreten und möglicherweise keinen mutierten Phänotyp erzeugen, können stille Mutationen auch innerhalb des Gens einer Zelle beobachtet werden. Eine stille Mutation tritt auch innerhalb der kodierenden Region auf (exon) eines Gens wie oben erwähnt. Arginin (ARG) ist beispielsweise eine Aminosäure mit zwei verschiedenen Codons, nämlich: AGA und AGG und somit hätte eine Substitution in einem AGA-Codon durch AGG keine Auswirkung auf die Aminosäure (Arginin), da beide Codons (AGA und AGG) für dieselbe Aminosäure (die Arginin ist) kodieren.

Exons sind die Teile der DNA oder RNA eines Gens, die für eine bestimmte Proteinsequenz kodieren. Sie sind im Allgemeinen die kodierende Region eines Gens. Introns sind Teile der DNA oder RNA eines Gens, die nicht für die Proteinsequenz kodieren. Sie sind nicht-kodierende Sequenz eines Gens. Sie werden durch RNA-Spleißen während der Proteinsynthese entfernt. Introns werden normalerweise in Vorläufer-mRNA (Prä-mRNA) transkribiert und sie werden normalerweise durch Editieren (RNA-Spleißen) des Prä-mRNA-Transkripts in ein reifes mRNA-Molekül entfernt, das für die Synthese eines bestimmten Proteinmoleküls translatiert wird.

Im Allgemeinen kann eine Basenpaarsubstitution entweder innerhalb des Gens oder außerhalb des Gens erfolgen. Und eine Basensubstitution, die innerhalb der proteinkodierenden Region eines Gens auftritt, führt häufig zur Fehlkodierung eines Aminosäurerests und dies führt zur Synthese eines mutierten Proteinmoleküls. Solche mutierten Proteinmoleküle können einen teilweisen Verlust ihrer normalen biologischen Funktion und/oder eine gelegentliche Zunahme ihrer biologischen Aktivität aufweisen. Wenn eine Punktmutation wie eine Basenpaarsubstitution innerhalb der kodierenden Region eines Gens auftritt, das ein bestimmtes Polypeptid kodiert, kann jede Änderung zu einer Änderung der Aminosäuresequenz des Polypeptidmoleküls führen. Solche Mutationsänderungen haben wenig oder keine Auswirkung auf den Phänotyp der Zelle, da nicht alle Mutationen in der ein Polypeptid codierenden Basensequenz das Polypeptid verändern.

Die stille Mutation verändert keine Aminosäure. In einigen Szenarien können stille Mutationen jedoch immer noch einen phänotypischen Effekt auf den Proteinsyntheseprozess haben, indem sie entweder die Proteinsynthese beschleunigen oder verlangsamen oder das Spleißen von Genen bewirken. Gen-Spleißen ist definiert als die molekularbiologische Technik, die verwendet wird, um einen Teil der DNA in einem Gen herauszuschneiden und an seiner Stelle neue DNA hinzuzufügen. Es wird in der Gentechnik verwendet, um einen Teil eines Gens (DNA) zu bearbeiten, indem es geschnitten wird, und in einigen Fällen werden die vorhandenen Gene durch Gene ersetzt, die einer anderen Pflanze, Mikrobe oder einem anderen Tier entnommen wurden. Das Spleißen von Genen erfolgt mit einer chemischen Schere, die als bekannt ist Restriktionsenzyme (Endonukleasen), von denen bekannt ist, dass sie (nick)-Gensequenzen an spezifischen Stellen schneiden. Die Funktion des geschnittenen Gens ändert sich, sobald ein neues Gen vorhanden ist. Die Genspleißtechnik kann bei Gentherapietechniken angewendet werden, um ein abnormales Gen durch ein funktionelles (normales) Gen zu ersetzen, um die biologische Aktivität eines defekten Gens zu beheben und wiederherzustellen.

Missense-Mutation ist eine Mutation, bei der eine Basensubstitution zu einer Aminosäuresubstitution führen könnte. Anders als bei stillen Mutationen, bei denen aufgrund der genetischen Veränderung keine neue Aminosäure in der Proteinsequenz vorhanden ist, geht bei Missense-Mutationen meist die Produktion eines neuen Aminosäuremoleküls einher. Missense-Mutationen haben enorme biologische Konsequenzen. Es ist eine einzelne Basenänderung, die zur Änderung einer Aminosäure innerhalb eines bestimmten Polypeptidmoleküls führt. Zum Beispiel das Codon CTC im DNA-Sense-Strang (und GAG in mRNA) gibt einen Glutamatrest im Proteinmolekül an. Wenn dieses Codon (d. h. CTC oder GAG) jedoch im DNA-Sense-Strang und im mRNA-Strang zu CAC bzw. GUG verändert wird, wird ein anderes Aminosäuremolekül (in diesem Fall Valin) produziert. Bei Missense-Mutationen kommt es meist zu einer Addition oder Insertion des falschen Aminosäuremoleküls.

Die Sichelzellenanämie ist ein typisches Beispiel für eine genetische Erkrankung oder Störung aufgrund einer Missense-Mutation. Sichelzellenanämie ist eine durch Blut übertragene genetische/erbliche Erkrankung, bei der die Betroffenen eine dysfunktionale Art von roten Blutkörperchen haben, die einer Sichel ähneln. Die Missense-Mutation ändert eine Aminosäure in ein anderes Aminosäuremolekül. Abhängig von der biologischen Funktion des betroffenen Aminosäuremoleküls kann eine Missense-Mutation die Proteinfunktion beeinträchtigen, die diese betroffenen Aminomoleküle kodieren. Unsinn Mutation ist eine Art von Mutation, bei der ein vorzeitiger Typ eines verkürzten Proteinmoleküls gebildet wird. Bei der Nonsense-Mutation wird das gebildete Protein normalerweise abgeschnitten und ein unvollständiges Proteinmolekül gebildet. Nonsense-Mutationen führen im Allgemeinen zur Produktion von a STOPPEN SIE CODON. Diese Art von Mutation verwandelt eine Aminosäure in ein STOP CODON, so dass der Proteinsyntheseprozess automatisch stoppt. Nonsense-Mutation wie in gezeigt Abbildung 3.1 zur vorzeitigen Beendigung der Übersetzung (das ist ein lebenswichtiger Prozess, der an der Proteinsynthese beteiligt ist).

Codons stoppen (Terminationscodons) sind Nukleotidtripletts, die innerhalb der mRNA gefunden werden und die die Beendigung der Translation in Proteinmoleküle signalisieren. Beispiele von STOPP CODONS sind UAG, UAA und UGA (für RNA) und TAG, TAA und TGA (für DNA). Mutationen, bei denen STOP-CODONS gebildet werden, werden allgemein als Nonsense-Mutationen bezeichnet. Eine Nonsense-Mutation erzeugt ein STOP-CODON in der Mitte eines Gens, und dies führt zur Bildung eines unvollständigen Proteinmoleküls. Frameshift-Mutation ist eine Art von Mutation, die innerhalb der proteinkodierenden Region eines Gens auftritt. Solche Mutagenese oder Mutationen entstehen gewöhnlich durch die Addition oder Deletion einer oder weniger Basen, die kein Vielfaches von drei sind. Frameshift-Mutationen umfassen Deletionen, Insertionen und Genduplikationen, die normalerweise während der DNA-Replikation auftreten.

Codons befinden sich normalerweise in den Gruppen von drei Nukleotiden. Dies impliziert, dass Codons aus drei Nukleotidbasen bestehen. Wenn dieses Muster nicht befolgt wird, kommt es zu einer Veränderung des Leserahmens des Gens. Diese Art von Mutation, die im translationalen Leserahmen eines Gens auftritt, wird als Frameshift-Mutation bezeichnet. Es gibt nur drei mögliche Leseraster für jedes Gen, da Codons Gruppen von drei Nukleotiden sind. EIN codon ist eine Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Nukleotiden, die in der mRNA gefunden werden. Sie bilden Basenpaare mit dem Anticodon einer individuellen tRNA, die ein bestimmtes Aminosäuremolekül trägt. Eine Deletion oder Insertion (d. h. Frameshift-Mutation) einer Anzahl von Basen, die kein Vielfaches von drei ist, führt normalerweise vorzeitige STOP-Codons ein, die den Proteinsyntheseprozess zusätzlich zu anderen genetischen Veränderungen, die mit Frameshift-Mutationen verbunden sind, hemmen.

Andere Leserahmen als die korrekten translationalen Leserahmen enthalten oft STOP-Codons wodurch das mutierte Protein vorzeitig abgeschnitten wird. Frameshift-Mutationen machen mutierte Proteinmoleküle vollständig funktionsunfähig. Das Entfernen einer Basis (wie in Abbildung 2 unterstrichen) führt zu einer Änderung der Kodierung der benachbarten Basensequenzen, und dies erzeugt ein stark verändertes (mutiertes) Proteinmolekül (Figur 2). Frameshift-Mutationen verursachen fast immer lange Abschnitte von veränderten Aminosäuren, was zur Produktion inaktiver Proteinmoleküle führt. Von dieser Art von Mutation ist allgemein bekannt, dass sie eine oder einige wenige Nukleotidbasen im Translationsleserahmen eines mRNA-Moleküls deletiert oder inseriert.

Figur 2. Illustration der Frameshift-Mutation. Thr=Threonin, Ser=Serin, Arg=Arginin, Pro=Prolin, Val=Valin. Foto mit freundlicher Genehmigung: https://www.microbiologyclass.com

EIN Leserahmen bezieht sich auf einen von drei möglichen Wegen zum Lesen einer Nukleotidsequenz. Es ist eine Möglichkeit, die Sequenz von Nukleotiden in einem Nukleinsäuremolekül (DNA oder RNA) in einen Satz aufeinanderfolgender, nicht überlappender Tripletts zu unterteilen, die allgemein als . bekannt sind Codons. Es gibt drei Leserahmen, die im gelesen werden können 5’→3′ Richtung der DNA-Synthese und jede von diesen beginnt mit einem anderen Nukleotid in einem Triplett, das als Codon bekannt ist. Der Leserahmen beeinflusst Proteinmoleküle, die während der Translation gebildet werden.

Wenn wir zum Beispiel 15 DNA-Basenpaare haben, wie unten dargestellt:

ACTTAGCCGGGACTA

  1. Wir können beginnen, die DNA ab dem ersten Buchstaben zu lesen oder zu übersetzen, ‘EIN,’. Dieses erste Alphabet würde als bezeichnet erster Leserahmen des Übersetzungsprozesses.
  2. Wir können auch beginnen, die DNA ab dem zweiten Buchstaben zu übersetzen, ‘C,’ und dies würde als das bezeichnet werden zweiter Leserahmen.
  3. Und wir können auch ab dem dritten Buchstaben ‘ . mit dem Lesen oder Übersetzen beginnenT,’ und dies würde als das bezeichnet werden dritter Leserahmen.

Alles in allem gibt es tatsächlich sechs Leserahmen. Drei der Leserahmen befinden sich auf dem positiver Strang der DNA, während drei des Leserahmens (der in umgekehrter Richtung gelesen wird) auf dem negativer Strang. Es ist bemerkenswert, dass die ersten drei Leserahmen, wie oben erwähnt, in Vorwärtsrichtung und nicht in Rückwärtsrichtung gelesen werden.

Insertion ist eine Art von Mutation, die auftritt, wenn eine Zunahme von Nukleotidbasenpaaren auftritt. Es tritt auf, wenn eine oder mehrere Nukleotidbasen zu einer DNA-Sequenz hinzugefügt werden. Wenn Insertionen in die Aminosäure-kodierende Region eines Gens (d. h. die exon), kann es genetische Veränderungen verursachen, die den resultierenden Phänotyp gefährlich beeinflussen. Insertionen und die nachfolgende Frameshift-Mutation, die im Leseraster auftreten, führen dazu, dass die aktive Translation des Gens auf ein vorzeitiges trifft HALT codon. Dies führt zu einem Ende der Translation und der Produktion eines verkürzten Proteinmoleküls.

Deletion ist eine Art von Mutation, die zum Verlust von Nukleotidbasenpaaren führt. Deletionsmutation ist eine Art von Mutagenese, bei der ein Teil eines Chromosoms oder eine DNA-Sequenz während der DNA-Replikation verloren geht. Deletionen, die nicht in Vielfachen von drei Basen auftreten, können eine Frameshift-Mutation verursachen, indem sie den 3-Nukleotid-Proteinleserahmen der genetischen Sequenz ändern. Die Deletion einer Anzahl von Paaren, die nicht gleichmäßig durch drei teilbar ist, führt zu einer Frameshift-Mutation, die dazu führt, dass alle nach der Deletion auftretenden Codons während der Translation falsch gelesen werden, wodurch ein stark verändertes und möglicherweise nicht funktionsfähiges Proteinmolekül entsteht. Kleine Deletionen sind normalerweise weniger wahrscheinlich tödlich, aber große Deletionen sind normalerweise tödlich und können mehrere genetische Störungen beim Wirt verursachen. Eine Deletionsmutation entfernt das Segment eines DNA-Moleküls und diese Entwicklung kann zum Verlust wesentlicher Segmente des Chromosoms führen.

Inversionsmutation ist eine Art von Mutation oder Genumlagerung, die auftritt, wenn die normale Reihenfolge einer Gensequenz so umgedreht wird, dass das Chromosomensegment in Bezug auf andere Chromosomen in die entgegengesetzte Ausrichtung gebracht wird. Inversionen sind Chromosomenumlagerungen, bei denen ein Segment eines DNA-Moleküls Ende an Ende umgekehrt wird. Zum Beispiel wird ein bestimmtes Chromosomensegment dargestellt als: "A B C D E F G H" kann invertiert oder neu angeordnet werden zu: „ab-edc-fg-h“. Inversionen verursachen bei Trägern normalerweise keine Anomalien, solange die Umlagerung ohne zusätzliche oder fehlende DNA ausgeglichen ist.

Chromosomale Umlagerungen beinhalten Gendeletionen, Inversionen, Duplikationen und Translokationen. Und sie entstehen normalerweise durch Brüche, die in der DNA auftreten. Wenn es einen Bruch in der DNA-Struktur gibt, kann eine Wiedervereinigung der gebrochenen DNA zur Produktion einer neuen chromosomalen Anordnung von Genen führen, die sich stark von der normalen Ordnung des Gens vor dem Bruch unterscheidet.

Die Untersuchung von Mutationen in lebenden Organismen, einschließlich Mikroorganismen, ist wichtig, da Veränderungen, die das gesamte Chromosom oder einige Segmente der Chromosomen betreffen, erhebliche Probleme im Zusammenhang mit dem Wachstum, der Entwicklung und anderen Körperfunktionen des Organismus verursachen können. Unser Verständnis von Mutationen in lebenden Systemen und wie Zellen genetisch manipuliert und/oder mutiert oder transformiert werden können, wird uns helfen, komplexere biologische Prozesse zu verstehen, die in lebenden Zellen wie etwa die Karzinogenese ablaufen.

Mutationen können auch nach ihrer Wirkung auf das kodierte Protein klassifiziert werden, da Mutationen außerhalb der kodierenden Sequenz des Gens auch das Ergebnis der Genexpression beeinflussen können. Die DNA oder das Gen kodiert die genetische Information für die Produktion eines bestimmten Proteinmoleküls in der Zelle eines lebenden Organismus. Jede Veränderung der Nukleotidbasensequenz(en) des Gens wird letztendlich das Ergebnis des von der Zelle zu synthetisierenden Proteins beeinflussen. Es kann zu einem vollständigen Funktionsverlust oder Funktionsgewinn kommen, wenn sich die Mutation auf die Proteinfunktionen auswirkt.

Weiterlesen

Cooper G. M. und Hausman R. E. (2004). Die Zelle: Ein molekularer Ansatz. Dritte Edition. ASM-Presse.

Das H. K. (2010). Lehrbuch der Biotechnologie. Vierte Edition. Wiley-Ausgabe. Wiley India Pvt, Ltd, Neu-Delhi, Indien.

Davis J. M. (2002). Grundlegende Zellkultur, ein praktischer Ansatz. Oxford University Press, Oxford, Großbritannien.

Mather J. und Barnes D. (1998). Methoden der Tierzellkultur, Methoden der Zellbiologie. 2. Aufl., Academic Press, San Diego.

Noguchi P (2003). Risiken und Vorteile der Gentherapie. N Engl J Med, 348:193-194.

Sambrook, J., Russell, D. W. (2001). Molekulares Klonen: ein Laborhandbuch, 3. Aufl. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.

Tamarin Robert H (2002). Prinzipien der Genetik. Siebte Auflage. Tata McGraw-Hill Publishing Co Ltd, Delhi.


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Punktmutation

Die Veränderung, die an der im Genom eines Virus oder eines Organismus oder der extrachromosomalen DNA vorhandenen Nukleotidsequenz auftritt, wird als Mutation bezeichnet. Es besteht die Möglichkeit, dass eine Mutation entweder nachweisbare Veränderungen hervorruft, die in einem Organismus beobachtbar sind, oder sie nicht produzieren kann. Sie können entweder die ordnungsgemäße Funktion der Gene verhindern oder keine Wirkung haben oder das Produkt des Gens verändern. Es beinhaltet die Duplikation von DNA in großen Abschnitten.

Es gibt verschiedene Arten von Mutationen, die in einem Organismus auftreten, sie sind Chromosomenmutation und Punktmutation. Tritt die Mutation als Folge eines Crossing-Over in der Meiose auf, spricht man von einer chromosomalen Mutation. Bei einer Veränderung des einzelnen Basenpaares spricht man von einer Punktmutation.

Punktmutation, auch als Substitution bekannt, ist eine Art genetischer Mutation, bei der die Nukleotidbase in die DNA oder RNA des Genoms eines Organismus eingefügt, deletiert oder verändert wird. Diese haben vielfältige Auswirkungen auf die Produkte, wobei die Folgen bei der jeweiligen Mutation vorhersehbar sind.

Bezüglich der Proteinsynthese, seiner Funktion und seiner Zusammensetzung kann die Bandbreite dieser Folgen von keiner Wirkung bis zu schädlichen Wirkungen bestimmt werden. Beispiele für Punktmutationen sind Sichelzellenanämie und Mukoviszidose.

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Arten von Punktmutationen

Bei Punktmutationen gibt es zwei verschiedene Arten von Mutationen, die je nach Mutationsform weiter unterteilt werden

1. Substitutionsmutationen: Tritt die Mutation durch die Substitution eines Nukleotids im Genom eines Organismus auf, spricht man von einer Substitutionsmutation. Es wird weiter in drei Typen unterteilt:

Im Fall einer stillen Mutation kann ein Nukleotid ersetzt werden, das zur Bildung derselben Aminosäure führt, und diese Situation kann dazu führen, dass die mehreren Codons für dieselbe Aminosäure kodieren. Die Wirkung auf das Protein ist geringer, zum Beispiel kodieren die Codons AAA und AAG für Lysin, und im Fall anstelle von 'G' wird, wenn 'A' produziert wird, die gleiche Aminosäure gebildet, daher ist die Wirkung auf das Protein nicht gefunden.

Im Fall einer Nonsense-Mutation wird das Nukleotid substituiert, was zur Bildung eines Stopcodons anstelle der Bildung des Codons führt, das für die Aminosäure kodiert. Diese Stoppcodons sind bestimmte Sequenzen der Basenkette, die die Fähigkeit besitzen, die Produktion von Aminosäureketten zu stoppen. Am Ende der mRNA-Sequenz bei der Produktion des Proteins wird es immer gefunden und wenn die Substitution auftritt, beendet es die Sequenz der Aminosäuren und verhindert die Bildung des richtigen Proteins.

Die Missense-Mutation tritt auf, wenn das Nukleotid substituiert wird, was zur Bildung des unterschiedlichen Codons führt. Es ist das gleiche wie bei der Nonsense-Mutation, aber in diesem Fall besteht der Unterschied darin, dass das neu produzierte Codon kein Stoppcodon ist, sondern eine andere Aminosäure in der Sequenz. Wenn beispielsweise AAG durch AGG ersetzt wird, bezieht sich dieses Codon auf Arginin anstelle von Lysin. Diese Art der Mutation wird als konservativ bezeichnet, wenn die Aminosäure, die anstelle der Aminosäure, die aus der Missense-Mutation gebildet wird, gebildet werden muss, ähnliche Eigenschaften aufweist. Die Mutation wird als nicht konservativ bezeichnet, wenn in der Aminosäure, die gebildet werden muss, andere Eigenschaften gefunden werden als in der Aminosäure, die aus der Missense-Mutation gebildet wird.

2. Insertions- oder Deletionsmutationen: Wenn ein zusätzliches Basenpaar zur Sequenz der Aminosäure hinzugefügt wird, tritt die Insertionsmutation auf. Wenn ein zusätzliches Basenpaar aus der Sequenz der Aminosäure entfernt wird, spricht man von einer Deletionsmutation. Diese Mutationsarten werden zusammengefasst, da sie die Sequenz der Aminosäure drastisch beeinflussen können.

Wenn eine oder zwei Basen deletiert oder hinzugefügt werden, tritt die Änderung in allen drei Basencodons auf, die zur Mutation führt, sie wird auch als Frameshift-Mutation bezeichnet. Angenommen, die Sequenz in der DNA ist CCT ATG TTT, wenn 'A' zwischen dem Cytosin hinzugefügt wird und die Änderung in der Sequenz als CAC TAT GTT T erfolgt, dies ändert die Struktur und Funktion des gebildeten Proteins und kann dieses Protein manchmal unbrauchbar machen . Der gleiche Effekt kann gefunden werden, wenn eine Base gelöscht wird.

Folgen der Punktmutation

In den nicht-kodierenden Sequenzen tritt die Punktmutation die meiste Zeit ohne Folgen auf. Wenn das mutierte Basenpaar in der Promotorsequenz vorhanden ist, variiert die Genexpression. Wenn an der Spleißstelle eines Introns die Punktmutation beteiligt ist, dann interferiert diese mit der Spleißstelle der transkribierten mRNA in der richtigen Form.

Durch die Veränderung einer Aminosäure ändert sich die gesamte Peptidkette, dies wiederum verändert das gesamte Protein. Daher wird das neu gebildete Protein als Proteinvariante bezeichnet. Wenn dieses ursprüngliche Protein an der Funktion der zellulären Reproduktion beteiligt ist, beinhaltet die Single Point Mutation die Veränderung des gesamten Prozesses der zellulären Reproduktion.

Die Punktkeimbahnmutationen können sowohl nützlich sein als auch Krankheiten verursachen. Abhängig von der Umgebung, in der der Organismus lebt, können Anpassungen erfolgen. Die wissenschaftliche Evolutionstheorie basiert vollständig auf der Punktmutation, die in den Zellen stattfindet. Diese Theorie erklärt die Geschichte und Vielfalt der auf der Erde vorhandenen Organismen. Die nützlichen Mutationen können dem Organismus helfen, sich zu reproduzieren, wo die positiv betroffenen Gene an die nächste Generation weitergegeben werden. Die schädlichen Mutationen können dazu führen, dass der Organismus den Fortpflanzungsprozess reduziert oder den Organismus sterben lässt. Dies geschieht durch ein Phänomen, das als natürliche Selektion bezeichnet wird.

Bei Mutationen können die Langzeit- und Kurzzeiteffekte auftreten. Wo die Langzeiteffekte durch die Veränderung des Chromosoms, die zu einer Mutation führen, dauerhaft sind, sind Kurzzeiteffekte an dem Anhalten des Zellzyklus in verschiedenen Stadien beteiligt. Zum Beispiel wird ein Codon, das für Glycin kodiert, zu einem Stop-Codon verändert, was das Protein dazu bringt, die auszuführenden Aufgaben zu stoppen. Mutationen können die DNA beeinträchtigen und den Mitoseprozess aufgrund des Fehlens des vollständigen Chromosoms verhindern. Ein Beispiel für die langfristigen Auswirkungen ist Krebs.

Die anderen Auswirkungen der Punktmutation betreffen die Stelle, an der die Mutation im Gen auftritt. Tritt die Mutation in dem Gen auf, das für die Kodierung verantwortlich ist, kann die Aminosäuresequenz eines Proteins verändert werden. Diese Veränderung führt zu Proteinlokalisierung, Funktionsänderungen oder Proteinkomplexen. Viele der Verfahren wurden zur Bestimmung der Wirkungen von Missense-Mutationen vorgeschlagen. Während diese Methoden nur die binäre Klassifizierung der Auswirkungen der Mutationen liefern, wenn sie gutartig oder schädlich sind, ist eine andere Ebene erforderlich, um zu erklären, warum und wie die Mutationen die Proteine ​​​​schädigen können.

Tritt die Mutation in der Region auf, in der die Proteine ​​an die Transkriptionsmaschinerie gebunden sind, kann die Mutation die Bindungsfaktoren beeinflussen. Somit kann die Effizienz der Gentranskription beeinflusst werden. Dies wiederum verändert den Gehalt an mRNA und Proteinen. Der Transkriptionsmechanismus der Bindung an ein Protein erfolgt durch die Erkennung der kurzen Nukleotidsequenz. Je nach Region der Aminosäuresequenz des Proteins kann die Punktmutation das Verhalten und die Reproduktion des Proteins auf verschiedene Weise beeinflussen. Tritt die Mutation in der Region auf, in der das Gen für die Kodierung des Proteins verantwortlich ist, kann die Veränderung der Aminosäure gefunden werden. Diese Änderung kann die Proteinaktivierung, also die Bindung des Proteins an das Enzym, oder die Änderung der Funktion beeinflussen.

Krankheiten durch Punktmutationen

1. Mukoviszidose: Es wird am häufigsten bei Menschen europäischer Abstammung gefunden, es ist eine vererbte rezessive Erkrankung. Es gibt viele Arten von Mutationen, die CF verursachen können, aber die häufigste ist die Deletion der drei Nukleotidbasen im CFTR-Gen, das als Cystische Fibrose-Transmembran-Leitfähigkeitsregulatorgen abgekürzt wird. Dies führt zum Verlust der Phenylalanin-Aminosäure und führt zu einer fehlerhaften Proteinfaltung. Die Symptome sind dicker, klebriger Schleim in der Lunge. Salziger Schweiß, Atembeschwerden, verkürzte Lebenserwartung und bei manchen Menschen kann dies zu Unfruchtbarkeit führen.

2. Sichelzellenanämie: Die einmalige Substitution im Gen des Hämoglobins, das den Sauerstoff im Blut transportiert, verursacht eine Sichelzellenanämie. Es handelt sich um eine rezessive Störung. Durch die Substitution entsteht in der Kette das Valin anstelle der Glutaminsäure. Wenn beim Menschen zwei Kopien vorhanden sind, führt dies zu einer Veränderung der Blutzellen von scheibenförmig zu sichelförmig, wodurch die Sauerstoffversorgung des Blutes fehlt. Fast 80 Prozent der Menschen mit dieser Krankheit können sich vor Malaria schützen. Die Symptome sind Brustschmerzen, Verstopfung der Blutgefäße und Anämie.

3. Tay-Sachs: Es handelt sich um eine weitere rezessive Erkrankung, die durch Punktmutationen verursacht wird, wobei die Auswirkungen auf das HEXA-Gen des Chromosoms 15 gefunden werden Karosserie.

Abschluss

Die Punktmutationen können sowohl von Vorteil sein als auch schädliche Auswirkungen haben. Es hängt von der Umgebung ab, an die es angepasst ist. Die Punktmutationen werden manchmal durch die Replikation von DNA verursacht. Die Rate dieser Mutationen kann zunehmen, wenn diese Mutagenen wie extremer Hitze, Röntgenstrahlen, UV-Strahlen oder einigen Chemikalien wie Benzol ausgesetzt sind.


Problem: In einer "stillen" Mutation: a. Das mutierte Codon bewirkt eine Veränderung der angegebenen Aminosäure b. Das mutierte Codon bewirkt keine Veränderung der angegebenen Aminosäure c. Das mutierte Codon bewirkt, dass anstelle der Platzierung einer Aminosäure ein Stoppcodon auftritt d. Die Mutation tritt nicht in einem Codon e auf. Die Mutation ist nicht in der DNA

Welches wissenschaftliche Konzept müssen Sie kennen, um dieses Problem zu lösen?

Unsere Tutoren haben darauf hingewiesen, dass Sie zur Lösung dieses Problems das Mutationskonzept anwenden müssen. Sie können Video-Lektionen ansehen, um Mutationen zu lernen. Oder wenn Sie mehr Mutationsübungen benötigen, können Sie auch Mutationsübungsaufgaben üben.

Was ist die Schwierigkeit dieses Problems?

Unsere Tutoren bewerteten den Schwierigkeitsgrad vonBei einer "stillen" Mutation: a. Das mutierte Codon verursacht a. als geringer Schwierigkeitsgrad.

Wie lange dauert die Lösung dieses Problems?

Unsere erfahrene Biologielehrerin Kaitlyn brauchte 4 Minuten und 53 Sekunden, um dieses Problem zu lösen. Sie können ihre Schritte in der Videoerklärung oben verfolgen.

Für welchen Professor ist dieses Problem relevant?

Basierend auf unseren Daten glauben wir, dass dieses Problem für die Klasse von Professor Drummond an der PVAMU relevant ist.


Inhalt

Angenommen, am vierten Triplett in der DNA-Sequenz (CGA) wurde eine Point-Nonsense-Mutation eingeführt, die bewirkt, dass das Cytosin durch Thymin ersetzt wird, was TGA in der DNA-Sequenz und ACT im komplementären Strang ergibt. Da ACT als UGA transkribiert und dann translatiert wird, wäre das resultierende Transkript und Proteinprodukt:

Die restlichen Codons der mRNA werden nicht in Aminoproteine ​​übersetzt, da das Stopcodon während der Translation vorzeitig erreicht wird. Dies kann ein verkürztes (d. h. abgekürztes) Proteinprodukt ergeben, dem ziemlich oft die Funktionalität des normalen, nicht mutierten Proteins fehlt.


Abstrakt

Gengewinn und -verlust sind entscheidende Faktoren, die den evolutionären Erfolg verschiedener Organismen prägen. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde der Bedeutung des Gengewinns durch Genduplikation bzw de novo Gene. However, gene loss through natural loss-of-function (LoF) mutations, which is prevalent in the genomes of diverse organisms, has been largely ignored. With the development of sequencing techniques, many genomes have been sequenced across diverse species and can be used to study the evolutionary patterns of gene loss. In this review, we summarize recent advances in research on various aspects of LoF mutations, including their identification, evolutionary dynamics in natural populations, and functional effects. In particular, we discuss how LoF mutations can provide insights into the minimum gene set (or the essential gene set) of an organism. Furthermore, we emphasize their potential impact on adaptation. At the genome level, although most LoF mutations are neutral or deleterious, at least some of them are under positive selection and may contribute to biodiversity and adaptation. Overall, we highlight the importance of natural LoF mutations as a robust framework for understanding biological questions in general.


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