Въведение в генетични мутации

Днес ще разгледаме какво представляват генните мутации. Но първо да разгледаме централната догма на молекулярната биология, което е просто идеята, че генетичната информация в една клетка се съдържа във вид на ДНК. Тази ДНК после се използва за генериране на комплементарна РНК чрез процес, наречен транскрипция. Тази РНК после се използва за синтеза на съответстващ протеин в процеса на транслация. Да разгледаме набързо един пример – късата ни ДНК верига тук ще бъде използвана за синтез на РНК верига. Помни, че А се свързва с У или Т, а Ц се свързва с Г. След това РНК ще се използва за синтез на протеин в процеса на транслация. Помни, че по време на този процес РНК нуклеотидите се разчитат като групи по три, това са така наречените кодони, които съответстват на определени аминокиселини. Много общо казваме, че мутациите са причина синтезираният протеин да не се образува напълно правилно. Ще дам бърз пример със сърповидноклетъчната анемия, което е пример за заболяване, причинено от генетична мутация. Може би си спомняш, че има протеин в червените кръвни клетки, наречен хемоглобин, който също можем да наречем Hb. Хемоглобинът е протеин, който включва железни йони, за да свързва кислородни молекули и да ги транспортира из тялото. Мутацията, която причинява сърповидноклетъчната анемия, води до мутирала форма на хемоглобин, наречена HbS, като S обозначава сърповидната форма на клетките. Разликата между нормалния хемоглобин и HbS е, че една аминокиселина глутамат се заменя с аминокиселината валин. Тази малка промяна води до натрупване на тези мутирали HbS протеини в червената кръвна клетка, което затруднява тази червена кръвна клетка да пренася ефикасно кислород. Като странична забележка, помни, че червените кръвни клетки начално биват генерирани от хемопоетични стволови клетки чрез процес, наречен хемопоеза. Къде се срещат мутациите и как възникват те? Нека разгледаме няколко възможни грешки, които могат да доведат до неправилно произведен протеини. Първо ще видим какво се случва, ако една клетка направи грешка по време на транслация. Ще използваме отново примера за сърповидноклетъчната анемия. Да кажем, че имаме тази ДНК с три нуклеотида от гена, кодиращ хемоглобин. Тази ДНК бива транскрибирана, за да образува комплементарната РНК последователност ГАГ. ГАГ обикновено съответства на глутамат по време на транслация, но грешка по време на транслация може да доведе до включване на валин, за да се получи мутиралия хемоглобин, свързан със сърповидноклетъчната анемия. Но забележи, че ако мутация се случи по време на транслация, клетката ще произведе в клетката ще се синтезира само един мутирал хемоглобин, или HbS, от една такава грешка. Тъй като клетките произвеждат купища хемоглобин, само един мутирал протеин може да няма толкова голям ефект върху клетката. Можем да кажем, че грешките по време на транслация вероятно не причиняват мутации като тази, свързана със сърповидноклетъчната анемия. След това ще разгледаме грешки по време на транскрипция. Отново имаме ЦТЦ отрязъка ДНК, който обикновено ще произведе ГАГ на РНК, но може би възниква грешка, която води до транскрипция на ГУГ, който после ще кодира валина, свързан с мутиралия хемоглобин. Ако възникне тази грешка, клетката би произвела само няколко мутирали хемоглобина за една грешка, тъй като една конкретна верига информационна РНК ще се транслира само няколко пъти, преди да бъде разградена. Така че можем да кажем, че грешки по време на транскрипция вероятно не причиняват мутации като тази, свързана със сърповидноклетъчната анемия. Накрая ще разгледаме грешки в ДНК веригата. Ако ЦТЦ в ДНК погрешка бъде превърнат в ЦАЦ, тогава съответстващата РНК при транскрипцията ще бъде променена и ще бъде присъединен валин вместо глутаминова киселина. Тъй като ДНК на една клетка съхранява цялата генетична информация, тази грешка ще доведе до това, че всички бъдещи произведени молекули хемоглобини от този ген ще бъдат мутирали. Можем да обобщим, че мутациите обикновено възникват от грешки в клетъчната ДНК, а не от РНК или протеините. Откъде идват тези видове мутации? Има два начина, по които може да се получи генетична мутация. Първият е, че може да се унаследи от родителите. Помни, че ДНК се предава от родителите на поколението, така че ако бащата носи мутацията, има доста голяма вероятност поне едно от децата му да унаследи този мутирал ген, и това е същата вероятност детето да унаследи всяко произволно количество от ДНК на този родител. Другата възможност е мутацията да възникне спонтанно, т.е. когато в организма внезапно се получава мутация на ДНК, като родителите нямат същата мутация. Спонтанните мутации може да възникнат от много различни източници, като само няколко примера са от грешки при ДНК репликация, фактори на околната среда като определени отрови, а също е възможно генетичните мутации да възникнат напълно случайно. Какво научихме? Първо, научихме, че мутациите възникват на ниво ДНК, а не на ниво РНК или протеин. Ефектите на мутацията, като примера, който дадохме със сърповидноклетъчната болест, се откриват при проблеми с протеините, които са експресирани от мутиралата ДНК. Като всяко правило, има няколко изключения на това, но можем да кажем, че ефектите на една мутация обикновено се откриват на ниво протеин. Накрая, научихме, че мутациите или биват унаследени от родител, или възникват напълно спонтанно.