Mutazione

Il genoma è composto da una a diverse molecole lunghe di DNA e la mutazione può verificarsi potenzialmente ovunque su queste molecole in qualsiasi momento. I cambiamenti più gravi avvengono nelle unità funzionali del DNA, i geni. Una forma mutata di un gene è chiamata mutanteallele., Un gene è in genere composto da una regione regolatrice, che è responsabile di accendere e spegnere la trascrizione del gene nei momenti appropriati durante lo sviluppo, e una regione codificante, che porta il codice genetico per la struttura di una molecola funzionale, generalmente una proteina. Una proteina è una catena di solito diverse centinaia di aminoacidi. Le cellule producono 20 amminoacidi comuni, ed è il numero e la sequenza unici di questi che danno a una proteina la sua funzione specifica., Ogni amminoacido è codificato da una sequenza unica, o codone, di tre delle quattro possibili coppie di basi nel DNA (A–T, T–A, G–C e C–G, le singole lettere che si riferiscono alle quattro basi azotate adenina, timina, guanina e citosina). Quindi, una mutazione che cambia la sequenza del DNA può cambiare la sequenza di aminoacidi e in questo modo potenzialmente ridurre o inattivare la funzione di una proteina. Un cambiamento nella sequenza del DNA della regione regolatoria di un gene può influenzare negativamente i tempi e la disponibilità della proteina del gene e anche portare a gravi malfunzionamenti cellulari., D’altra parte, molte mutazioni sono silenziose, non mostrando alcun effetto evidente a livello funzionale. Alcune mutazioni silenziose sono nel DNA tra i geni, o sono di un tipo che si traduce in cambiamenti significativi di aminoacidi.

Le mutazioni sono di diversi tipi. I cambiamenti all’interno dei geni sono chiamati mutazioni puntiformi. I tipi più semplici sono le modifiche alle singole coppie di basi, chiamate sostituzioni di coppie di basi. Molti di questi sostituiscono un aminoacido errato nella posizione corrispondente nella proteina codificata e di questi una grande proporzione provoca la funzione alterata della proteina., Alcune sostituzioni base-pair producono un codone stop. Normalmente, quando un codone di arresto si verifica alla fine di un gene, interrompe la sintesi proteica, ma, quando si verifica in una posizione anormale, può provocare una proteina troncata e non funzionale. Un altro tipo di semplice cambiamento, la delezione o l’inserimento di singole coppie di basi, ha generalmente un effetto profondo sulla proteina perché la sintesi della proteina, che viene effettuata dalla lettura di codoni tripletti in modo lineare da un’estremità del gene all’altra, viene eliminata., Questo cambiamento porta ad un frameshift nella lettura del gene in modo tale che tutti gli amminoacidi non siano corretti dalla mutazione in poi. Combinazioni più complesse di sostituzioni di base, inserzioni e delezioni possono anche essere osservate in alcuni geni mutanti.

Le mutazioni che coprono più di un gene sono chiamate mutazioni cromosomiche perché influenzano la struttura, la funzione e l’ereditarietà di intere molecole di DNA (microscopicamente visibili in uno stato a spirale come cromosomi)., Spesso queste mutazioni cromosomiche derivano da una o più rotture coincidenti nelle molecole di DNA del genoma (possibilmente dall’esposizione a radiazioni energetiche), seguite in alcuni casi da ricongiungimento difettoso. Alcuni risultati sono cancellazioni su larga scala, duplicazioni, inversioni e traslocazioni. In una specie diploide (una specie, come gli esseri umani, che ha un doppio set di cromosomi nel nucleo di ogni cellula), le delezioni e le duplicazioni alterano l’equilibrio genico e spesso provocano anomalie., Le inversioni e le traslocazioni non comportano alcuna perdita o guadagno e sono funzionalmente normali a meno che non si verifichi una rottura all’interno di un gene. Tuttavia, alla meiosi (le divisioni nucleari specializzate che hanno luogo durante la produzione di gameti—cioè uova e spermatozoi), l’accoppiamento difettoso di un set cromosomico invertito o traslocato con un set normale può causare gameti e quindi progenie con duplicazioni ed eliminazioni.

La perdita o il guadagno di cromosomi interi si traduce in una condizione chiamata aneuploidia., Un risultato familiare dell’aneuploidia è la sindrome di Down, una malattia cromosomica in cui gli esseri umani nascono con un cromosoma 21 in più (e quindi portano tre copie di quel cromosoma invece delle solite due). Un altro tipo di mutazione cromosomica è il guadagno o la perdita di interi set cromosomici. Il guadagno di insiemi si traduce in poliploidia, cioè la presenza di tre, quattro o più set cromosomici invece dei soliti due. La poliploidia è stata una forza significativa nell’evoluzione di nuove specie di piante e animali. (Vedi anche evoluzione: Poliploidia.,)

La maggior parte dei genomi contiene elementi mobili di DNA che si spostano da un luogo all’altro., Il movimento di questi elementi può causare mutazioni, sia perché l’elemento arriva in qualche posizione cruciale, come all’interno di un gene, o perché promuove mutazioni cromosomiche su larga scala tramite ricombinazione tra coppie di elementi mobili in luoghi diversi.

A livello di intere popolazioni di organismi, la mutazione può essere vista come un rubinetto che gocciola costantemente introducendo alleli mutanti nella popolazione, un concetto descritto come pressione mutazionale. Il tasso di mutazione differisce per diversi geni e organismi., Nei virus a RNA, come il virus dell’immunodeficienza umana (HIV; vedi AIDS), la replicazione del genoma avviene all’interno della cellula ospite utilizzando un meccanismo che è soggetto a errori. Quindi, i tassi di mutazione in tali virus sono alti. In generale, tuttavia, il destino dei singoli alleli mutanti non è mai certo. La maggior parte sono eliminati per caso. In alcuni casi un allele mutante può aumentare di frequenza per caso, e quindi gli individui che esprimono l’allele possono essere soggetti a selezione, positiva o negativa., Quindi, per qualsiasi gene la frequenza di un allele mutante in una popolazione è determinata da una combinazione di pressione mutazionale, selezione e possibilità.