Définition de la mutation par substitution
Une mutation par substitution est un type d’erreur de réplication pendant la réplication de l’ADN qui place le mauvais nucléotide ou la mauvaise séquence de nucléotides à la mauvaise position. Un type de mutation par substitution, une mutation ponctuelle, se produit qu’un seul nucléotide est substitué. On peut le voir dans l’image ci-dessous.
Important, une mutation par substitution donne lieu à un ADN de même longueur. Elle n’ajoute ni ne soustrait au nombre de nucléotides de la séquence. Une mutation par substitution d’un seul nucléotide est la plus courante, car la plupart des échanges de nucléotides à grande échelle font intervenir d’autres mécanismes. Par exemple, une translocation réciproque implique le déplacement de portions entières de chromosomes et échange une portion contre une portion d’un autre chromosome.
Comme toutes les mutations, une mutation par substitution peut modifier radicalement les protéines créées par un organisme. Les protéines chargées de lire l’ADN traitent la molécule par unités de trois paires de bases à la fois. Ces codons spécifient chacun un acide aminé différent. Si la séquence change, même d’un seul nucléotide, un acide aminé différent est placé dans la protéine. La fonction de chaque protéine dépend de l’interaction spécifique entre les acides aminés qui la composent. Une mutation par substitution peut déplacer beaucoup plus d’un nucléotide. Dans ce cas, elle peut rendre la protéine complètement dysfonctionnelle, ou lui donner une fonction entièrement nouvelle. De nouvelles adaptations peuvent apparaître de cette manière, si elles sont transmises à la descendance et sont bénéfiques. Cependant, la grande majorité des mutations sont délétères, ou provoquent des effets négatifs.
Qu’est-ce qui provoque une mutation par substitution ?
Une mutation par substitution peut être provoquée par un certain nombre de sources directement liées à la lecture et au stockage de l’ADN. Par exemple, chaque heure, chaque cellule de votre corps perd environ 1 000 nucléotides du squelette de l’ADN. Ces nucléotides tombent en raison du processus de dépurination. Lors de leur remplacement, les protéines qui gèrent l’ADN se trompent dans environ 75 % des cas, car il y a 4 nucléotides parmi lesquels choisir. D’autres protéines doivent venir après et vérifier que l’ADN ne contient pas d’erreurs. Si elles manquent la mutation de substitution, elle peut rester et être répliquée.
Un autre facteur qui peut entraîner une mutation de substitution est la désamination, le processus par lequel les groupes amino se dégradent des nucléotides. L’une des seules façons dont la machinerie protéique peut différencier les nucléotides est les groupes amino qui leur sont attachés. Lorsque ceux-ci se détachent, la machinerie protéique peut mal reconnaître le nucléotide et fournir la mauvaise paire de nucléotides. Lorsque l’ADN se réplique, le nouveau nucléotide s’établit dans une nouvelle lignée cellulaire.
En plus de ces moteurs internes qui peuvent provoquer une mutation par substitution, il existe également des forces externes qui peuvent provoquer des échanges de nucléotides. Les substances cancérigènes et mutagènes sont une classe spéciale de produits chimiques qui entravent de manière drastique la machinerie protéique et provoquent de nombreuses mutations. Même la lumière du soleil peut se dégrader et entraver la fonction de l’ADN, entraînant une mutation par substitution.
Exemples de mutations par substitution
Anémie à cellules falciformes
La maladie du sang qu’est l’anémie à cellules falciformes est causée par une simple mutation par substitution. Dans cette mutation, un seul nucléotide est remplacé dans la portion d’ADN qui code pour une unité d’hémoglobine. L’hémoglobine est un complexe multiprotéique, responsable du transport de l’oxygène et du maintien de la forme des cellules sanguines. La mutation de substitution entraîne le remplacement d’un acide glutamique dans la protéine par un acide aminé valine.
Bien que cela puisse ne pas sembler être un grand changement dans une protéine qui contient plus de 140 acides aminés, cela fait toute la différence. La valine, contrairement à l’acide glutamique, est hydrophobe. En tant que telle, elle repousse les interactions polaires là où l’acide glutamique les attirerait. Cela affecte gravement la capacité de la protéine à fonctionner. Les cellules sanguines reflètent immédiatement ce changement, en se ratatinant et en prenant la forme d’une faucille. Leur capacité à transporter l’oxygène étant réduite, ces cellules sont également plus susceptibles de former des caillots dans les petits capillaires des organes. Cela peut entraîner un risque accru de crise cardiaque, d’accident vasculaire cérébral et d’autres maladies cardiovasculaires.
Il est intéressant de noter que la mutation de substitution a survécu dans la population pour une raison surprenante. Le parasite à l’origine du paludisme dépend des cellules sanguines humaines pour une partie de son cycle de vie. Les personnes présentant la mutation de substitution drépanocytaire sont moins susceptibles de contracter le paludisme. Apparemment, la forme et la fonction différentes des cellules sanguines entravent leurs processus de reproduction.
Cécité aux couleurs
Dans votre œil, certaines cellules sont chargées de capter les couleurs rouge, verte et bleue. Ces cellules s’appuient sur différentes protéines, qui réagissent aux diverses couleurs. Une mutation de substitution dans l’ADN qui code pour l’une de ces protéines peut entraîner la condition de daltonisme. Les personnes atteintes de cette maladie ont du mal à distinguer les couleurs, alors que leur vision est claire par ailleurs. Souvent, une seule couleur est détruite. Les différentes protéines sont codées à différents endroits de l’ADN, ce qui rend peu probable une substitution dans les trois gènes.
Types de mutations par substitution
Transition
Il existe deux types de base que peut être une mutation par substitution. Parmi les quatre nucléotides, il en existe deux types : les purines et les pyrimidines. L’adénine (A) et la guanine (G) sont toutes deux des purines, tandis que la cytosine (C) et la thymine (T) sont des pyrimidines. Si une purine se transforme en une autre purine, la mutation de substitution est considérée comme une transition. De même, si une pyrimidine se transforme en pyrimidine, la mutation de substitution est également une transition. Dans l’image ci-dessous, les transitions sont étiquetées par les lignes alpha.
Transversion
L’opposé de la transition est la transversion. Dans une mutation par substitution impliquant une transversion, une purine est substituée à une pyrimidine, ou vis versa. Dans l’image ci-dessus, une transversion est étiquetée par les lignes bêta. Les transversions sont beaucoup moins probables que les transitions. Cela est probablement dû au fait que les machines utilisées pour réparer et relire l’ADN sont plus spécifiques pour la purine contre la pyrimidine que pour spécifier entre les nucléotides individuels.
Quiz
1. Quelle est la différence entre une mutation par substitution et une mutation par délétion ?
A. Aucune différence
B. Une délétion entraîne un décalage du cadre de lecture
C. Une substitution provoque un décalage de cadre
2. Regardez la séquence d’ADN suivante
- CTTGACTC
- CCTGACTC
Lequel des événements suivants s’est produit?
A. Mutation par délétion
B. Mutation par insertion
C. Mutation par substitution
3. Une mutation par substitution s’est produite dans un organisme. Il est arrivé de changer la séquence des acides aminés juste légèrement, et le nouvel acide aminé n’est que légèrement différent de l’ancien. Cette mutation entraînera-t-elle un changement fonctionnel ?
A. Non
B. Oui
C. Peut-être…