Точечные мутации. Репарирующие системы клетки

Точечные мутации - тип мутации в ДНК или РНК, для которого характерна замена одного азотистого основания другим.

1. Замена пар оснований. Классифицируют на транзиции и трансверсии.

Транзиция — одно пуриновое основание замещается на другое (аденин на гуанин или наоборот), либо происходит аналогичная перестановка пиримидиновых оснований (тимин с цитозином).

Трансверсия — пуриновое основание замещается на пиримидиновое основание или наоборот.

Транзиции происходят чаще, чем трансверсии.

2. Сдвиг рамки считывания - тип мутации в последовательности ДНК, для которого характерна вставка или делеция нуклеотидов, в количестве не кратном трем. В результате происходит сдвиг рамки считывания при транскрипции мРНК.

В связи с триплетным характером генетического кода, вставка или делеция числа нуклеотидов, не кратных трем, приводит к сильному искажению информации в транскрибируемой мРНК. Также в результате может появиться стоп-кодон, что приводит к преждевременной терминации синтеза протеина.

Также может возникнуть и обратная ситуация, когда измененный стоп-кодон начинает кодировать какую-либо аминокислоту. Это приводит к аномальному удлинению полипептидной цепи. Когда делеция и вставка кодонов происходят друг за другом последовательно в одной и той же точке цепи кодонов в ДНК, это может привести к синтезу белка нужной длины, но с другой аминокислотой в измененном фрагменте

3. Нонсес-мутации – внутри гена появляются кодоны-терминаторы, в результате чего происходит преждевременная терминация синтеза нужного белка. Обычно такой фрагмент не может выполнять функции изначально синтезируемого протеина.

ДНК: 5' - ATГ AЦT ЦAЦ ЦГА ГЦГ ЦГА AГЦ TГA - 3'

3' - TAЦ TГA ГTГ ГЦT ЦГЦ ГЦT TЦГ AЦT - 5'

мРНК: 5' - AУГ AЦУ ЦAЦ ЦГA ГЦГ ЦГA AГЦ УГA - 3'

Белок: Met Thr His Arg Ala Arg Ser Стоп

Предположим, что нонсенс-мутация произошла в четвёртом триплете последовательности ДНК. В результате чего цитозин был замещён тимином, и триплет ЦГА стал триплетом ТГА. Поскольку ТГА транскрибируется как УГА, то процесс синтеза полипептидной цепи белка будет выглядеть следующим образом:

ДНК: 5' - ATГ AЦT ЦAЦ ТГA ГЦГ ЦГА AГЦ TГA - 3'

3' - TAЦ TГA ГTГ АЦT ЦГЦ ГЦT TЦГ AЦT - 5'

мРНК: 5' - AУГ AЦУ ЦAЦ УГA ГЦГ ЦГA AГЦ УГA - 3'

Белок: Met Thr His Стоп

Кодоны, стоящие после стоп-кодона, не транслируются и синтез прерывается. Образуется фрагмент белка, не обладающий свойствами изначально синтезируемого протеина.

Примеры:

Серповидно-клеточная анемия (ГУА→ГАА (валин→глутамин);

Мышечная дистрофия Дюшенна (сдвиг рамки считывания);

Полидактилия (6 пальцев);

Синдром Марфана (паучьи пальцы);

Нейрофиброматоз (образование опухолей нервной ткани).

Повреждения в ДНК, возникающие спонтанно или индуцировано, не всегда реализуются в виде мутаций. Часть из них устраняется или исправляется с помощью специальных репарирующих ферментов. Процесс восстановления первоначальной структуры и исправление повреждений молекулы ДНК называется репарацией. Наиболее изучены фотореактивация и темновая репарация.

Фоторепарация. В результате исследований было установлено, что при воздействии на молекулу ДНК бактерий ультрафиолетовыми лучами в ней образуются димеры тимина. Руперт открыл и выделил фермент, под влиянием которого димеры тимина разрушались. Причем оказалось, что активность этого фермента значительно увеличивается на свету. В последующем фотореактивирующие ферменты были открыты в клетках многих других организмов. Таким образом, под процессом фотореактивации понимают разрушение димеров тимина под действием ферментов, активных на свету, что в итоге приводит к исправлению структуры ДНК.

Темновая репарация. При темновой репарации исправляются повреждения в ДНК, вызванные химическими и физическими мутагенами. Темновая репарация протекает в несколько этапов. При этом участвуют четыре типа ферментов, последовательное действие которых исправляет повреждение одной из цепей ДНК.

1. Фермент эндонуклеаза «обследует» молекулу ДНК, узнает место повреждения и удаляет поврежденный участок.

2. Фермент экзонуклеаза расширяет поврежденный участок, удаляя из нити ДНК 500 – 1000 нуклеотидов, примыкающих к поврежденному участку.

3. Фермент ДНК-полимераза застраивает удаленный участок одной из цепей ДНК, располагая нуклеотиды комплементарно второй неповрежденной нити.

4. Фермент лигаза скрепляет вновь синтезированный участок с исходной цепью ДНК. Таким образом, осуществляется полное восстановление поврежденного участка ДНК, и она приобретает первоначальную структуру.

Репарация молекулы ДНК, как правило, протекает в период G1 митотического цикла.

Если в молекуле ДНК на одном и том же участке одновременно повреждаются обе комплементарные нити, то это повреждение не восстанавливается и проявляется в виде генной мутации.