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 αμινοξέων με τη φυσιολογική για να εντοπίσουμε αν πρόκειται για αντικατάσταση ενός αμινοξέος (μετάλλαξη αντικατάστασης βάσης), για ολική αλλαγή αλληλουχίας από κάποιο σημείο και μετά (μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης από προσθήκη/έλλειψη μη πολλαπλάσιου του 3), ή για μικρότερο μήκος αλυσίδας (πρόωρος τερματισμός).

Λύση:

1. Α) Glu-Cys-Ile-Phe-Trp-Asp: αλλάζει μόνο το 3ο αμινοξύ (Met→Ile), τα υπόλοιπα παραμένουν ίδια — αντικατάσταση βάσης που άλλαξε ένα μόνο κωδικόνιο.
2. Β) Glu-Val-Cys-Ser-Gly-Thr: από το 2ο αμινοξύ και μετά όλη η αλληλουχία είναι διαφορετική — μετατόπιση του πλαισίου ανάγνωσης (frameshift), δηλαδή προσθήκη ή έλλειψη βάσεων μη πολλαπλάσιου του 3, μετά το 1ο αμινοξύ.
3. Γ) Glu-Cys-Met-Phe: διατηρεί τα 4 πρώτα αμινοξέα αναλλοίωτα αλλά είναι κοντύτερη (λείπουν Trp-Asp) — πρόωρος τερματισμός λόγω αντικατάστασης βάσης που δημιούργησε κωδικόνιο λήξης στη θέση του Trp.
4. Δ) Glu-Met-Tyr-Val-Leu-Gly: το 1ο αμινοξύ ίδιο, από το 2ο και μετά διαφορετική αλληλουχία αλλά ίδιο μήκος — μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης από προσθήκη ή έλλειψη βάσεων μη πολλαπλάσιου του 3.
5. Η κωδική αλυσίδα DNA που κωδικοποιεί Glu-Cys-Met-Phe-Trp-Asp έχει την ίδια αλληλουχία με το mRNA (με Τ αντί U), π.χ. 5'-GAG-TGT-ATG-TTT-TGG-GAT-3'.

Απάντηση: Α: αντικατάσταση βάσης (1 αμινοξύ αλλάζει). Β: μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης. Γ: αντικατάσταση βάσης που δημιούργησε κωδικόνιο λήξης. Δ: μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης. Κωδική αλυσίδα DNA: 5'-GAG-TGT-ATG-TTT-TGG-GAT-3' (ενδεικτική).

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.