Między sekwencją nukleotydów w cząsteczkach DNADNA (kwas deoksyrybonukleinowy)DNA a sekwencją aminokwasówaminokwasyaminokwasów budujących białko istnieje ścisła zależność, określana jako kod genetycznykod genetycznykod genetyczny.

Każdy aminokwas łańcucha peptydowego wyznaczany jest przez kodonkodonkodon (tryplet) –trzy nukleotydynukleotydynukleotydy leżące obok siebie w cząsteczce DNA. Stąd kod genetyczny określany jest jako trójkowytrójkowość kodu genetycznegotrójkowy.

Występują 4 rodzaje nukleotydów budujących DNA, różniące się wbudowaną zasadą azotową, zatem istnieją 64 możliwe kombinacje 3 nukleotydów (64 różne kodony). Natomiast białka budowane są z 20 różnych aminokwasów, dlatego ten sam aminokwas może być kodowany przez różne kodony. Jednocześnie konkretny kodon koduje zawsze tylko jeden aminokwas − kod genetyczny jest jednoznacznyjednoznaczność kodu genetycznegojednoznaczny. W ten sposób do zapisu genetycznego aminokwasów wykorzystywanych jest 61 trójek nukleotydów, zwanych kodonami sensownymi.

Trzy trójki: UAA, UAG i UGA nie kodują aminokwasów, dlatego nazywa się je kodonami nonsensownymi. Są one sygnałem do zakończenia translacji.

Więcej informacji na temat cech kodu genetycznego w e‑materiale: Cechy kodu genetycznegoD1DWMacziCechy kodu genetycznego.

Mutacje na poziomie DNA (genowe) polegają na zmianie sekwencji nukleotydów budujących cząsteczkę DNA. Mogą one polegać na substytucji, delecji lub insercji.

1. Substytucja − zamiana pary nukleotydów w cząsteczce DNA na inną parę (tranzycje lub transwersje), np. zamiast nukleotydu zawierającego adeninę w łańcuchu DNA zostaje podstawiony nukleotyd z guaniną lub zamiast nukleotydu z tyminą – nukleotyd zawierający adeninę (możliwości jest wiele).

2. Delecja − utrata jednej pary lub większej liczby par nukleotydów w cząsteczce DNA.

3. Insercja − wstawienie jednej dodatkowej pary lub większej liczby par nukleotydów do cząsteczki DNA.

Więcej na temat tych typów mutacji w e‑materiale: Mutacje genowe.

R1PorkNLA519u

Ilustracja przedstawia schemat przebiegu ekspresji genu. U góry znajduje się zapis sekwencji nukleotydowej DNA na nici sensownej i matrycowej. Zapis jest rozdzielony czarnymi przerywanymi liniami co trzy litery, sugerując podział na kodony. Z boku podpis: DNA nić sensowna. Poniżej znajduje się sekwencja nukleotydowa mRNA komplementarna do nici matrycowej DNA również podzielona przerywanymi liniami na kodony. Z boku podpis: mRNA. Na dole pod każdym kodonem jest narysowany okrąg z trzyliterowym oznaczeniem aminokwasu, za wyjątkiem ostatniego kodonu, pod którym jest napis STOP. Obok podpis: łańcuch peptydowy. Po drugiej stronie duży podpis: Prawidłowa ekspresja pewnego fragmentu DNA.

W zależności od skutków powodowanych w białku kodowanym przez gen mutacje można podzielić na:

• mutacje zmiany sensu;

• mutacje synonimiczne;

• mutacje nonsensowne;

• mutacje zmiany ramki odczyturamka odczyturamki odczytu.

Na skutek delecji (usunięcia) lub insercji (wstawienia) nukleotydów, których liczba jest niepodzielna przez trzy, dochodzi do mutacji typu przesunięcie ramki odczytu. Od miejsca mutacji do końca genu zmienia się układ i znaczenie wszystkich kolejnych trójek nukleotydów (kodonów), a w konsekwencji skład aminokwasowy białka zakodowanego przez dany gen. Natomiast jeśli liczba wyciętych lub wstawionych nukleotydów wynosi trzy albo jest wielokrotnością tej liczby, to białkowy produkt będzie krótszy lub dłuższy o jeden lub kilka aminokwasów, ale sekwencja fragmentu łańcucha położonego za miejscem zmiany pozostanie taka sama.

R8MyqxOoaWAAQ

Ilustracja przedstawia schemat przebiegu ekspresji genu po delecji. U góry znajduje się zapis sekwencji nukleotydowej DNA na nici sensownej i matrycowej. Sekwencja nici sensownej jest taka sama jak na poprzedniej ilustracji, jednak dolna nić w trzecim kodonie zawiera pusty prostokąt, w miejscu dwóch liter GG. Zapis nici sensownej jest rozdzielony czarnymi przerywanymi liniami co trzy litery, sugerując podział na kodony, natomiast zapis nici matrycowej jest podzielony na kodony niebieskimi przerywanymi liniami, które są przesunięte w stosunku do czarnych linii o dwie litery. Z boku podpis: DNA nić sensowna. Poniżej znajduje się sekwencja nukleotydowa mRNA komplementarna do nici matrycowej DNA również podzielona niebieskimi przerywanymi liniami na kodony. Z boku podpis: mRNA. Na dole pod każdym kodonem jest narysowany okrąg z trzyliterowym oznaczeniem aminokwasu, ale od kodonu z mutacją są to oznaczenia innych aminokwasów, niż na poprzedniej ilustracji i nie ma oznaczenia STOP. Obok podpis: łańcuch peptydowy.

Konsekwencją przesunięcia ramki odczytu jest najczęściej utrata lub poważne upośledzenie funkcji powstałego białka, co może prowadzić do wystąpienia niemal każdej choroby wynikającej z braku funkcjonalnego peptydu. W zależności od tego, w jakim genie zajdzie mutacja tego typu, wystąpić mogą różne choroby i zaburzenia o podłożu genetycznym.

R1VN5km0BDyFn1

Zdjęcie przedstawia wnętrze jelita grubego. Różowa ściana jelita jest nieregularnie pokryta żółtymi, ropnymi ranami na całym widocznym odcinku.

W literaturze opisano występowanie m.in. choroby Leśniowskiego–Crohna w konsekwencji mutacji zmiany ramki odczytu. Polega ona na przewlekłym, nieswoistym procesie zapalnym ściany przewodu pokarmowego. Najczęściej lokalizuje się w końcowej części jelita cienkiego oraz początkowej jelita grubego.

W wyniku mutacji dochodzi do przesunięcia ramki odczytu w rejonie kodującym gen NOD2. Mutacja ta polega na insercji nukleotydu cytozynowego na pozycji 3020, co skutkuje przedwczesnym zakończeniem translacji. Zachorowalność u osób z mutacją jest nawet 40‑krotnie wyższa w porównaniu z osobami bez mutacji.

Słownik