DNA mutationer forekommer, når der er ændringer i nukleotid sekvens, der udgør en streng af DNA. Disse ændringer kan være forårsaget af tilfældige fejl i DNA-replikation eller af miljøpåvirkninger såsom UV-stråler og kemikalier. Ændringer på nukleotidniveau påvirker videre transkription og translation fra gen til proteinekspression.
Ændring af kun en nitrogenbase i en sekvens kan ændre den aminosyre, der udtrykkes af det DNA-kodon, hvilket kan føre til, at et helt andet protein udtrykkes. Disse mutationer kan være helt ufarlige, potentielt dødelige eller et eller andet sted imellem.
Punktmutationer
En punktmutation - ændringen af en enkelt nitrogenbase i en DNA-sekvens- er normalt den mindst skadelige type DNA-mutation. Kodoner er en sekvens af tre nitrogenbaser i en række, der "læses" af messenger RNA under transkription. Den messenger RNA codon oversættes derefter til en aminosyre, der fortsætter med at fremstille et protein, der vil blive udtrykt af organismen. Afhængigt af placeringen af en nitrogenbase i kodonen kan en punktmutation muligvis ikke have nogen indflydelse på proteinet.
Da der kun er 20 aminosyrer og i alt 64 mulige kombinationer af kodoner, kodes nogle aminosyrer med mere end et kodon. Hvis den tredje nitrogenbase i kodonet ændres, påvirkes aminosyren ofte ikke. Dette kaldes wobble-effekten. Hvis punktmutationen finder sted i den tredje nitrogenbase i et kodon, har det ingen indflydelse på aminosyren eller det efterfølgende protein, og mutationen ændrer ikke organismen.
Højst vil en punktmutation medføre, at en enkelt aminosyre i et protein ændrer sig. Selvom dette normalt ikke er en dødelig mutation, kan det forårsage problemer med proteinets foldningsmønster og tertiære og kvartære strukturer af proteinet.
Et eksempel på en punktmutation, der ikke er ufarlig, er den uhelbredelige blodforstyrrelse sigdcelleanæmi. Dette sker, når en punktmutation får en enkelt nitrogenbase i et kodon for en aminosyre i proteinet glutaminsyre til at kode for aminosyren valin i stedet. Denne lille ændring forårsager en normal runde rød blodcelle at i stedet være seglformet.
Frameshift-mutationer
Frameshift-mutationer er generelt meget mere alvorlige og ofte mere dødbringende end punktmutationer. Selvom kun en enkelt nitrogenbase påvirkes som i punktmutationer i dette tilfælde, en enkelt base er enten helt slettet, eller en ekstra indsættes i midten af DNA'et sekvens. Denne ændring i rækkefølge får læserammen til at skifte - deraf navnet "frameshift" mutation.
Et læserammeskift ændrer kodningssekvensen med tre bogstaver for messenger-RNA til at transkribere og oversætte. Det ændrer ikke kun den originale aminosyre, men også alle efterfølgende aminosyrer. Dette ændrer proteinet markant og kan forårsage alvorlige problemer, endda muligvis føre til død.
indsættelser
En type frameshift-mutation kaldes insertion. Som navnet antyder forekommer en indsættelse, når en enkelt nitrogenbase ved et uheld tilsættes midt i en sekvens. Dette kaster DNA'ets læseramme og det forkerte aminosyre er oversat. Det skubber også hele sekvensen ned med ét bogstav og ændrer alle kodoner, der kommer efter indsættelsen, hvilket ændrer proteinet fuldstændigt.
Selvom indsættelse af en nitrogenbase gør den samlede sekvens længere, betyder det ikke nødvendigvis, at aminosyrekædelængden vil stige. Faktisk kan det modsatte være sandt. Hvis indsættelsen får en forskydning i kodonerne til at skabe et stop-signal, produceres et protein måske aldrig. Hvis ikke, fremstilles et forkert protein. Hvis det ændrede protein er essentielt for at opretholde liv, vil organismen sandsynligvis dø.
sletninger
Sletning er en sidste type frameshift-mutation og forekommer, når en nitrogenbase tages ud af sekvensen. Igen får dette hele læserammen til at ændre sig. Det ændrer kodonet og vil også påvirke alle aminosyrer, der kodes for efter sletningen. Som med en indsætning kan nonsens- og stopkodoner også vises på de forkerte steder,
DNA-mutationsanalogi
Ligesom læsning af tekst "DNA" -sekvens "læses" af messenger RNA for at producere en "historie" eller en aminosyrekæde, der vil blive brugt til at fremstille et protein. Da hvert kodon er tre bogstaver, skal vi se, hvad der sker, når der opstår en "mutation" i en sætning, der kun bruger ord med tre bogstaver.
DEN RØDE KAT MATE ROTTEN.
Hvis der var en punktmutation, ville dommen ændres til:
THC RØD KATTE SPAR ROTTEN.
"E" i ordet "den" muteret til bogstavet "c". Mens det første ord i sætningen ikke længere er det samme, giver resten af ordene stadig mening og forbliver det, de skal være.
Hvis en indsættelse skulle mutere ovennævnte sætning, kan den muligvis læse:
THE CRE DCA TAT ETH ERA T.
Indsættelsen af bogstavet "c" efter ordet "the" ændrer resten af sætningen fuldstændigt. Det andet ord giver ikke længere mening, og heller ikke nogen ord, der følger det. Hele sætningen er ændret til vrøvl.
En sletning ville gøre noget, der ligner sætningen:
EDC ATA STILLER hende kl.
I eksemplet ovenfor er "r", der skulle være kommet efter ordet "the", blevet slettet. Igen ændrer det hele sætningen. Mens nogle af de efterfølgende ord forbliver forståelige, er meningen med sætningen helt ændret. Dette viser, at selv når codon ændres til noget, der ikke er total vrøvl, det ændrer stadig proteinet til noget, der ikke længere er funktionelt levedygtigt.