Οι παρακάτω μεταλλαγμένες αιμοσφαιρίνες χαρακτηρίζονται από συγκεκριμένη αντικατάσταση αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Πώς πραγματοποιήθηκαν οι αλλαγές αυτές; (συμβουλευτείτε τον πίνακα με το γενετικό κώδικα): Hb Hikari (αλυσίδα β, θέση 61, Λυσίνη → Ασπαραγίνη), Hb I (αλυσίδα α, θέση 16, Λυσίνη → Γλουταμίνη), Hb D Ibadan (αλυσίδα β, θέση 87, Θρεονίνη → Λυσίνη), Hb G Philadelphia (αλυσίδα α, θέση 68, Ασπαραγίνη → Λυσίνη).
Σκέψη / Μεθοδολογία: Για κάθε περίπτωση εντοπίζουμε τα κωδικόνια που κωδικοποιούν το αρχικό και το τελικό αμινοξύ στον πίνακα του γενετικού κώδικα και προσδιορίζουμε πόσες και ποιες βάσεις χρειάζεται να αλλάξουν για τη μετατροπή — στις περισσότερες περιπτώσεις αρκεί η αντικατάσταση μίας μόνο βάσης.
Λύση:
Απάντηση: Σε όλες τις περιπτώσεις η αλλαγή αμινοξέος εξηγείται με αντικατάσταση μίας μόνο βάσης στο αντίστοιχο κωδικόνιο: Hb Hikari (3η βάση), Hb I (1η βάση), Hb D Ibadan (2η βάση), Hb G Philadelphia (3η βάση).
Πρόσεξε: Χρειάζεται ο πίνακας γενετικού κώδικα του βιβλίου (Κεφ.7) για την ακριβή επιβεβαίωση κωδικονίων.
Η αιμοσφαιρίνη C (HbC) δημιουργείται από μία μετάλλαξη στη φυσιολογική αιμοσφαιρίνη Α (HbA). Στην 6η θέση της β-αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης C υπάρχει το αμινοξύ λυσίνη αντί του γλουταμινικού οξέος (HbA). Με ποιο γενετικό μηχανισμό μπορεί να ερμηνευτεί η αντικατάσταση του αμινοξέος; (συμβουλευτείτε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
Σκέψη / Μεθοδολογία: Εντοπίζουμε τα κωδικόνια του γλουταμινικού οξέος (GAA/GAG) και της λυσίνης (AAA/AAG) στον πίνακα γενετικού κώδικα και συγκρίνουμε πόσες βάσεις διαφέρουν.
Λύση:
Απάντηση: Η αντικατάσταση ερμηνεύεται με μετάλλαξη αντικατάστασης μίας βάσης στην 1η θέση του κωδικονίου της 6ης θέσης (GAA/GAG → AAA/AAG), δηλαδή αντικατάσταση G→A — ίδιο σημείο του γονιδίου με τη μετάλλαξη της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας (HbS), αλλά διαφορετική αντικατάσταση βάσης.
Πρόσεξε: Η HbC αφορά την ίδια θέση (6η) με την HbS αλλά διαφορετική αντικατάσταση βάσης/αμινοξέος — μην τις συγχέετε.
Η Constant Spring είναι μια παθολογική ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη. Η αλυσίδα α της αιμοσφαιρίνης αυτής αποτελείται από 172 αμινοξέα (η αλυσίδα α της φυσιολογικής αιμοσφαιρίνης έχει 141 αμινοξέα). Στην αιμοσφαιρίνη Constant Spring το 142ο αμινοξύ είναι γλουταμίνη, ενώ άλλες παραλλαγές της έχουν στη θέση 142 σερίνη ή λυσίνη. α. Περιγράψτε τον τύπο της αλλαγής η οποία μπορεί να δώσει το φαινόμενο της Constant Spring. β. Με ποιον τρόπο δημιουργήθηκαν τα αμινοξέα της θέσης 142 στις παραλλαγές της Constant Spring; γ. Με δεδομένο ότι η ακολουθία των αμινοξέων από τη θέση 143 έως την 172 είναι ίδια και για τις τρεις αυτές παραλλαγές, τι συμπέρασμα βγαίνει για το είδος της μετάλλαξης που συνέβη; (συμβουλευτείτε τον πίνακα με το γενετικό κώδικα).
Σκέψη / Μεθοδολογία: Μια αλυσίδα με 31 επιπλέον αμινοξέα (172 αντί 141) υποδεικνύει ότι το φυσιολογικό κωδικόνιο λήξης έπαψε να λειτουργεί ως τέτοιο — δηλαδή μετατράπηκε με αντικατάσταση βάσης σε κωδικόνιο που κωδικοποιεί αμινοξύ, και η μετάφραση συνεχίστηκε πέρα από το κανονικό τέλος της αλυσίδας μέχρι το επόμενο κωδικόνιο λήξης στην αλληλουχία του mRNA.
Λύση:
Απάντηση: α. Αντικατάσταση βάσης στο κωδικόνιο λήξης, που το μετατρέπει σε κωδικόνιο αμινοξέος. β. Με τρεις ανεξάρτητες αντικαταστάσεις μίας βάσης στο κωδικόνιο λήξης UAA ή UAG: U→C στην 1η θέση (CAA/CAG, γλουταμίνη), A→C στη 2η θέση (UCA/UCG, σερίνη), U→A στην 1η θέση (AAA/AAG, λυσίνη). γ. Η μετάλλαξη είναι αντικατάσταση βάσης (όχι μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης), αφού η υπόλοιπη αλληλουχία (143-172) παραμένει ίδια και στις τρεις παραλλαγές.