13.10: Mutazioni

Panoramica

Le mutazioni sono cambiamenti nella sequenza del DNA. Questi cambiamenti possono verificarsi spontaneamente o possono essere indotti dall'esposizione a fattori ambientali. Le mutazioni possono essere caratterizzate in diversi modi: se e come alterano la sequenza di amminoacidi della proteina, se si verificano su una piccola o grande area del DNA e se si verificano nelle cellule somatiche o nelle cellule germinali.

Conseguenze delle mutazioni puntiformi a livello molecolare

Le mutazioni che si verificano in un singolo nucleotide sono chiamate mutazioni puntiformi. Quando le mutazioni puntiformi si verificano all'interno dei geni, le conseguenze possono variare in termini di gravità a seconda di ciò che accade alla sequenza di amminoacidi codificati. Una mutazione silenziosa non cambia l'identità dell'amminoacido e non avrà alcun effetto su un organismo. Una mutazione errata modifica un singolo aminoacido e gli effetti potrebbero essere gravi se il cambiamento altera la funzione della proteina. Una mutazione senza senso produce un codone di arresto che tronca la proteina, probabilmente rendendola non funzionale. Le mutazioni del frameshift si verificano quando uno o più nucleotidi vengono inseriti o eliminati da una sequenza di DNA codificante di proteine, che interessano tutti i codoni a valle della posizione della mutazione.

Le alterazioni cromosomiche sono mutazioni su larga scala

Il tipo più drastico di mutazione, l'alterazione cromosomica, cambia la struttura fisica di un cromosoma. Le alterazioni cromosomiche possono includere la cancellazione, la duplicazione o l'inversione di grandi distese di DNA all'interno di un singolo cromosoma o l'integrazione di una porzione di un cromosoma diverso. Queste mutazioni sono in genere molto più gravi delle mutazioni puntiformi perché comprendono molti geni ed elementi regolatori. Le alterazioni cromosomiche possono essere rilevate cariotipizzando la cellula interessata.

Solo le mutazioni germinali sono ereditate

Le mutazioni possono verificarsi in qualsiasi cellula, ma solo le mutazioni germinali (quelle presenti negli ovuli e negli spermatozoi) possono essere trasmesse alla prole. Ad esempio, le malattie ereditarie sono un sottotipo di malattia genetica causata da mutazioni germinali deleterie. Possono essere autosomici, che si verificano sui cromosomi da uno a 22, o legati al sesso, che si verificano sul cromosoma X o Y. Un esempio di malattia ereditaria è la fibrosi cistica (CF), una malattia che colpisce principalmente i polmoni. È causato da una delezione all'interno del CFTR genico che rimuove un singolo aminoacido dalla proteina CFTR. La CF è una malattia recessiva autosomica, il che significa che una persona con una copia mutata del gene e una copia normale non svilupperà la malattia; altre malattie, come la Malattia di Huntington, un disturbo neurodegenerativo, sono autosomiche dominanti, il che significa che solo una copia mutata del gene è necessaria per lo sviluppo della malattia.

Alcune mutazioni sono causate da fattori ambientali

Entrambe le mutazioni somatiche, quelle che si verificano al di fuori della germinale, e le mutazioni germinali possono sorgere spontaneamente durante la replicazione del DNA, ma possono anche essere causate dall'esposizione a radiazioni o sostanze chimiche nell'ambiente. I fattori esterni che danneggiano il DNA e causano mutazioni sono chiamati mutageni. Un mutageno ambientale ben caratterizzato è la radiazione ultravioletta (UV). La radiazione UV trasporta più energia della luce visibile e danneggia il DNA rompendo i legami tra le coppie di basi, facendo sì che le basi della timina sullo stesso filamento di DNA si accoppiano l'una con l'altra nei caratteristici dimeri della timina. Il sole è una fonte naturale di radiazioni UV. Le lunghezze d'onda più dannose, UV-C, sono intercettate in alto nell'atmosfera, ma i raggi UV-A e UV-B raggiungono la superficie della Terra. Le fonti artificiali di esposizione ai raggi UV includono letti abbronzanti, che trasmettono principalmente raggi UV-A con piccole quantità di UV-B. Fortunatamente, le cellule hanno meccanismi per riparare il DNA danneggiato, ma a volte il danno non viene riparato prima della divisione cellulare in cellule che si dividono rapidamente, come le cellule della pelle. Se il danno al DNA si verifica in una regione genomica importante per la regolazione della crescita cellulare e della divisione, può portare al cancro se non viene riparato.

- [Istruttore] Le mutazioni puntiformi,

in cui un singolo nucleotide viene modificato,

possono produrre una proteina totalmente normale

o completamente non funzionale, a seconda del tipo.

Questi includono mutazioni silenti, missense,

nonsense e frameshift.

Le mutazioni silenti, come suggerisce il nome,

non incidono sulla sequenza aminoacidica della proteina.

Ad esempio, se il codone CCA viene modificato in CCG,

continuerà a codificare per la prolina dell'amminoacido

e la proteina funzionerà normalmente.

Le mutazioni missenso, d'altra parte,

comportano la sostituzione di un amminoacido con un altro,

come l'arginina invece della prolina,

che può causare il malfunzionamento della proteina.

Le mutazioni nonsense si verificano quando

si cambia un codone per un amminoacido in uno di stop.

Ciò segnala alla cellula di interrompere la traduzione,

risultante in una proteina troncata prematuramente

che spesso non è funzionale.

Le mutazioni frameshift avvengono se il riquadro di lettura,

raggruppati i gruppi di tre nucleotidi in codoni,

viene spostato, spesso per l'inserimento o la cancellazione

di uno o più nucleotidi.

Ciò si traduce in una serie di nuovi codoni

che codificano per diversi aminoacidi,

creando una proteina anormale.