Κεφάλαιο 11.1 – Τύποι γονιδιακών μεταλλάξεων – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 106-107)

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 1 (σελ. 106)

Ένας γενετιστής βρήκε ότι μια μετάλλαξη σε ένα γονίδιο δεν είχε επίδραση στην πολυπεπτιδική αλυσίδα που κωδικοποιείται από αυτό. Σε τι μπορεί να οφείλεται η συγκεκριμένη μετάλλαξη; α. Σε έλλειψη μίας βάσης. β. Σε αλλαγή στο κωδικόνιο έναρξης. γ. Σε προσθήκη μίας βάσης. δ. Σε έλλειψη ολόκληρου του γονιδίου. ε. Σε αντικατάσταση μίας βάσης.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Αναζητούμε ποια αλλαγή μπορεί να αφήσει αναλλοίωτη την πολυπεπτιδική αλυσίδα: μόνο η αντικατάσταση μίας βάσης μπορεί να δημιουργήσει συνώνυμο κωδικόνιο (λόγω εκφυλισμού του γενετικού κώδικα) και να μην αλλάξει το αμινοξύ.

Λύση:

1. α, γ (έλλειψη/προσθήκη μίας βάσης) — μετατοπίζουν το πλαίσιο ανάγνωσης (frameshift) και αλλάζουν όλη την επόμενη αλληλουχία αμινοξέων.
2. β — αλλαγή στο κωδικόνιο έναρξης θα εμπόδιζε την έναρξη της μετάφρασης.
3. δ — έλλειψη ολόκληρου του γονιδίου καταργεί εντελώς την πρωτεΐνη.
4. ε — μόνο η αντικατάσταση μίας βάσης μπορεί να δημιουργήσει συνώνυμο κωδικόνιο, που κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα, χωρίς να αλλάξει η πολυπεπτιδική αλυσίδα (σιωπηλή μετάλλαξη).

Απάντηση: ε. Σε αντικατάσταση μίας βάσης (σιωπηλή μετάλλαξη — συνώνυμο κωδικόνιο).

Άσκηση 2 (σελ. 106)

Η αλληλουχία αμινοξέων: Glu-Cys-Met-Phe-Trp-Asp αποτελεί τμήμα μίας φυσιολογικής πρωτεΐνης. Προσδιορίστε τον τύπο μετάλλαξης, ο οποίος έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της αλληλουχίας ή του αριθμού των αμινοξέων σε κάθε μία από τις παρακάτω μεταλλαγμένες πρωτεΐνες (συμβουλευτείτε τον πίνακα με το γενετικό κώδικα): Α) Glu-Cys-Ile-Phe-Trp-Asp, Β) Glu-Val-Cys-Ser-Gly-Thr, Γ) Glu-Cys-Met-Phe, Δ) Glu-Met-Tyr-Val-Leu-Gly. Ποια είναι η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων της κωδικής αλυσίδας του DNA, η οποία κωδικοποιεί τη συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων στη φυσιολογική πρωτεΐνη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε κάθε μεταλλαγμένη αλληλουχία με τη φυσιολογική. Αν αλλάζει ένα μόνο αμινοξύ ή η αλυσίδα σταματά νωρίτερα, πρόκειται για αντικατάσταση βάσης. Αν από κάποιο σημείο και μετά αλλάζουν όλα τα αμινοξέα, πρόκειται για έλλειψη ή προσθήκη βάσης, που αλλάζει το πλαίσιο ανάγνωσης. Για να ξεχωρίσουμε έλλειψη από προσθήκη, γράφουμε τα κωδικόνια της φυσιολογικής πρωτεΐνης και δοκιμάζουμε ποια αλλαγή δίνει τη μεταλλαγμένη αλληλουχία· έτσι βρίσκουμε και ποια από τα συνώνυμα κωδικόνια υπάρχουν στο γονίδιο.

Λύση:

1. Κωδικόνια της φυσιολογικής πρωτεΐνης (mRNA): Glu = GAA/GAG, Cys = UGU/UGC, Met = AUG, Phe = UUU/UUC, Trp = UGG, Asp = GAU/GAC.
2. Α) Glu-Cys-Ile-Phe-Trp-Asp: αλλάζει μόνο το 3ο αμινοξύ (Met → Ile), γιατί το κωδικόνιο AUG έγινε AUU, AUC ή AUA. Πρόκειται για αντικατάσταση μίας βάσης.
3. Β) Glu-Val-Cys-Ser-Gly-Thr: από το 2ο αμινοξύ και μετά αλλάζει όλη η αλληλουχία. Αν χαθεί η πρώτη βάση (U) του κωδικονίου της Cys, το mRNA γίνεται GA(A/G) GUA UGU UCU GGG AC…, που μεταφράζεται σε Glu-Val-Cys-Ser-Gly-Thr μόνο αν το κωδικόνιο της Phe είναι UUC και του Asp GAC. Πρόκειται για έλλειψη μίας βάσης.
4. Γ) Glu-Cys-Met-Phe: η αλυσίδα σταματά μετά τη Phe. Το κωδικόνιο της Trp (UGG) έγινε κωδικόνιο λήξης (UGA ή UAG). Πρόκειται για αντικατάσταση μίας βάσης.
5. Δ) Glu-Met-Tyr-Val-Leu-Gly: από το 2ο αμινοξύ και μετά αλλάζει όλη η αλληλουχία. Αν προστεθεί μία βάση A μετά το κωδικόνιο της Glu, το mRNA γίνεται GA(A/G) AUG UAU GUU CUG GGA…, που μεταφράζεται σε Glu-Met-Tyr-Val-Leu-Gly. Πρόκειται για προσθήκη μίας βάσης.
6. Κωδική αλυσίδα DNA: έχει την ίδια αλληλουχία με το mRNA, με T στη θέση του U. Η πρωτεΐνη Β καθορίζει ότι το κωδικόνιο της Phe είναι UUC και του Asp GAC· η Cys είναι UGU (από τις Β και Δ). Άρα 5'-GA(A ή G) TGT ATG TTC TGG GAC-3'.

Απάντηση: Α: αντικατάσταση μίας βάσης (Met → Ile). Β: έλλειψη μίας βάσης (του πρώτου U του κωδικονίου της Cys), με αλλαγή του πλαισίου ανάγνωσης. Γ: αντικατάσταση μίας βάσης, που μετέτρεψε το κωδικόνιο της Trp σε κωδικόνιο λήξης. Δ: προσθήκη μίας βάσης (A μετά το κωδικόνιο της Glu), με αλλαγή του πλαισίου ανάγνωσης. Κωδική αλυσίδα DNA: 5'-GA(A ή G) TGT ATG TTC TGG GAC-3'.

Πρόσεξε:

• Η έλλειψη και η προσθήκη μίας βάσης αλλάζουν και οι δύο το πλαίσιο ανάγνωσης· τις ξεχωρίζουμε δοκιμάζοντας ποια από τις δύο δίνει τη μεταλλαγμένη αλληλουχία αμινοξέων.
• Μόνο το πρώτο κωδικόνιο (Glu) δεν μπορεί να προσδιοριστεί πλήρως: μπορεί να είναι GAA ή GAG.

Άσκηση 8 (σελ. 107)

Ποιο θα είναι το αποτέλεσμα στην πρωτεΐνη που παράγεται σε προκαρυωτικό κύτταρο αν στο γονίδιο που την κωδικοποιεί γίνει αντικατάσταση μίας βάσης;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εφαρμόζουμε τη γενική αρχή της αντικατάστασης βάσης: το αποτέλεσμα εξαρτάται από το αν η νέα τριπλέτα κωδικοποιεί το ίδιο ή διαφορετικό αμινοξύ, ή κωδικόνιο λήξης — η αρχή ισχύει το ίδιο σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα, αφού ο γενετικός κώδικας είναι κοινός.

Απάντηση: Το αποτέλεσμα εξαρτάται από το είδος της αντικατάστασης: αν η νέα τριπλέτα κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ (συνώνυμο κωδικόνιο), η πρωτεΐνη παραμένει αναλλοίωτη (σιωπηλή μετάλλαξη). Αν κωδικοποιεί διαφορετικό αμινοξύ, η πρωτεΐνη αλλάζει σε ένα σημείο — αν αυτό βρίσκεται σε κρίσιμη περιοχή, η λειτουργικότητα μπορεί να μειωθεί ή να χαθεί. Αν η αντικατάσταση δημιουργήσει κωδικόνιο λήξης, η σύνθεση τερματίζεται πρόωρα, με αποτέλεσμα συνήθως μη λειτουργική πρωτεΐνη.