Definizione di mutazione di sostituzione
Una mutazione di sostituzione è un tipo di errore di replicazione durante la replicazione del DNA che colloca il nucleotide sbagliato o una sequenza di nucleotidi nella posizione sbagliata. Un tipo di mutazione di sostituzione, una mutazione puntiforme, si verifica quando un singolo nucleotide viene sostituito. Questo può essere visto nell’immagine qui sotto.
Importante, una mutazione di sostituzione risulta nel DNA della stessa lunghezza. Non aggiunge o sottrae il numero di nucleotidi nella sequenza. Una mutazione di sostituzione di un singolo nucleotide è la più comune, poiché la maggior parte degli scambi di nucleotidi su larga scala coinvolge altri meccanismi. Per esempio, una traslocazione reciproca comporta lo spostamento di intere porzioni di cromosomi, e scambia una porzione con una porzione di un altro cromosoma.
Come tutte le mutazioni, una mutazione di sostituzione può cambiare drasticamente le proteine create da un organismo. Le proteine responsabili della lettura del DNA elaborano la molecola in unità di tre coppie di basi alla volta. Questi codoni specificano ciascuno un diverso amminoacido. Se la sequenza cambia anche di un solo nucleotide, un aminoacido diverso viene inserito nella proteina. La funzione di ogni proteina dipende dall’interazione specifica tra gli aminoacidi che la compongono. Una mutazione di sostituzione può spostare molto più di un nucleotide. In questo caso, può rendere la proteina completamente disfunzionale, o darle una funzione completamente nuova. Nuovi adattamenti possono nascere in questo modo, se vengono trasferiti alla prole e sono benefici. Tuttavia, la grande maggioranza delle mutazioni sono deleterie, o causano effetti negativi.
Cosa causa una mutazione di sostituzione?
Una mutazione di sostituzione può essere causata da una serie di fonti direttamente collegate alla lettura e all’immagazzinamento del DNA. Per esempio, ogni ora ogni cellula del vostro corpo perde circa 1.000 nucleotidi dalla spina dorsale del DNA. Questi nucleotidi cadono a causa del processo di depurinazione. Nel processo di sostituzione, le proteine che gestiscono il DNA sbagliano circa il 75% delle volte, perché ci sono 4 nucleotidi da scegliere. Altre proteine devono venire dopo e controllare il DNA per gli errori. Se mancano la mutazione di sostituzione, questa può rimanere ed essere replicata.
Un altro fattore che può guidare una mutazione di sostituzione è la deaminazione, il processo con cui i gruppi amminici si degradano dai nucleotidi. Uno dei soli modi in cui il macchinario proteico può differenziare i nucleotidi sono i gruppi amminici attaccati ad essi. Quando questi si staccano, il macchinario proteico può riconoscere male il nucleotide e fornire la coppia di nucleotidi sbagliata. Quando il DNA si replica, il nuovo nucleotide si stabilirà in una nuova linea cellulare.
Oltre a questi fattori interni che possono causare una mutazione di sostituzione, ci sono anche forze esterne che possono causare scambi di nucleotidi. I cancerogeni e i mutageni sono una speciale classe di sostanze chimiche che ostacolano drasticamente il macchinario proteico e causano molte mutazioni. Anche la luce del sole può degradare e ostacolare la funzione del DNA, causando una mutazione di sostituzione.
Esempi di mutazione di sostituzione
Anemia falciforme
La malattia del sangue Anemia falciforme è causata da una semplice mutazione di sostituzione. Nella mutazione, un singolo nucleotide è sostituito nella porzione di DNA che codifica per un’unità di emoglobina. L’emoglobina è un complesso multiproteico, responsabile del trasporto dell’ossigeno e del sostegno della forma delle cellule del sangue. La mutazione di sostituzione fa sì che un acido glutammico nella proteina sia cambiato in un aminoacido valina.
Anche se questo potrebbe non sembrare un gran cambiamento in una proteina che contiene oltre 140 aminoacidi, fa la differenza. La valina, a differenza dell’acido glutammico, è idrofoba. Come tale, respinge le interazioni polari dove l’acido glutammico le attirerebbe. Questo ha un forte impatto sulla capacità della proteina di funzionare. Le cellule del sangue riflettono immediatamente questo cambiamento, diventando raggrinzite e a forma di falce. Con una minore capacità di trasportare ossigeno, queste cellule sono anche più inclini a coagularsi nei piccoli capillari degli organi. Questo può portare ad un aumento del rischio di infarto, ictus e altre malattie cardiovascolari.
Interessante, la mutazione di sostituzione è sopravvissuta nella popolazione per una ragione sorprendente. Il parassita che causa la malaria dipende dalle cellule del sangue umano per parte del suo ciclo vitale. Le persone con la mutazione falciforme sono meno suscettibili di contrarre la malaria. Apparentemente la diversa forma e funzione delle cellule del sangue impedisce i loro processi riproduttivi.
Cecità cromatica
Nel tuo occhio, alcune cellule sono responsabili di captare i colori rosso, verde e blu. Queste cellule si basano su diverse proteine, che reagiscono ai vari colori. Una mutazione di sostituzione nel DNA che codifica per una di queste proteine può portare alla condizione di daltonismo. Le persone con questa condizione hanno difficoltà a distinguere tra i colori, mentre la loro visione è ancora chiara altrimenti. Spesso, solo un colore è messo fuori uso. Le varie proteine sono codificate in punti diversi del DNA, il che rende improbabile che una sostituzione avvenga in tutti e tre i geni.
Tipi di mutazioni di sostituzione
Transizione
Ci sono due tipi fondamentali che una mutazione di sostituzione può essere. All’interno dei quattro nucleotidi, ce ne sono due tipi: le purine e le pirimidine. Adenina (A) e guanina (G) sono entrambe purine, mentre citosina (C) e timina (T) sono pirimidine. Se una purina cambia in una purina, la mutazione di sostituzione è considerata una transizione. Allo stesso modo, se una pirimidina cambia in una pirimidina, la mutazione di sostituzione è anche una transizione. Nell’immagine qui sotto, le transizioni sono etichettate dalle linee alfa.
Trasversione
L’opposto della transizione è la trasversione. In una mutazione di sostituzione che comporta una trasversione, una purina viene sostituita da una pirimidina, o viceversa. Nell’immagine qui sopra, una trasversione è etichettata dalle linee beta. Le trasversioni sono molto meno probabili delle transizioni. Questo è probabilmente dovuto al fatto che i macchinari usati per riparare e rileggere il DNA sono più specifici per la purina rispetto alla pirimidina, piuttosto che specificare tra i singoli nucleotidi.
Quiz
1. Qual è la differenza tra una mutazione di sostituzione e una mutazione di delezione? Nessuna differenza
B. Una delezione causa un frame-shift
C. Una sostituzione causa un frame-shift
2. Guarda la seguente sequenza di DNA
- CTTGACTC
- CCTGACTC
Quale delle seguenti è avvenuta? Mutazione di delezione
B. Mutazione di inserzione
C. Mutazione di sostituzione
3. Una mutazione di sostituzione si è verificata in un organismo. È successo che la sequenza degli aminoacidi è cambiata di poco, e il nuovo aminoacido è solo leggermente diverso da quello vecchio. La mutazione porterà ad un cambiamento funzionale?
A. No
B. Sì
C. Forse…