Синонимичная замена
Синонимом замены (часто называемой молчаливой заменой, хотя они не всегда молчат) является эволюционной заменой одного основания для другого в экзоне гена, кодирующего белок , так что полученная аминокислотная последовательность не модифицирована. Это возможно, потому что генетический код является « вырожденным », что означает, что некоторые аминокислоты кодируются более чем одним кодоном с тремя базой ; Поскольку некоторые из кодонов для данной аминокислоты отличаются только по одной паре оснований от других, кодирующих одну и ту же аминокислоту, мутация, которая заменяет «нормальное» основание на одну из альтернатив, приведет к включению одной и той же аминокислоты в Растущая полипептидная цепь при переводе гена. Синонимичные замены и мутации, влияющие на некодирующую ДНК , часто считаются молчаливыми мутациями ; Однако не всегда тот случай, когда мутация молчит. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Поскольку существует 22 кода для 64 кодонов, примерно мы должны ожидать, что случайная замена будет синонимом вероятности около 22/64 = 34%. Фактическое значение составляет около 20%. [ 6 ]
Синонимичная мутация может влиять на транскрипцию , сплайсинг , транспорт мРНК и трансляцию , любая из которых может изменить результирующий фенотип , что делает синонимичную мутацию неолименной. [ 3 ] Субстратная специфичность тРНК к редкому кодону может влиять на время трансляции, и , в свою очередь, совместное складывание белка . [ 1 ] Это отражается в смещении использования кодона , которое наблюдается у многих видов . Неснанонимичная замена приводит к изменению аминокислоты, которое может быть произвольно дополнительно классифицировано как консервативное (изменение аминокислоты с аналогичными физиохимическими свойствами ), полуконсервативным (например, отрицательно для положительно заряженной аминокислоты) или радикала (совершенно иначе кислота).
Вырождение генетического кода
[ редактировать ]белка Перевод включает набор из двадцати аминокислот . Каждый из этих аминокислот кодируется последовательности из трех ДНК пар оснований , называемых кодоном . Потому что существует 64 возможных кодонов, но только 20-22 кодированные аминокислоты (по своей природе) и сигнал остановки (то есть до трех кодонов, которые не кодируют для какой-либо аминокислоты и известны как стоп-кодоны , что указывает на то, что трансляция должна останавливаться) , некоторые аминокислоты кодируются на 2, 3, 4 или 6 различных кодонов. Например, кодоны TTT и TTC код для аминокислотного фенилаланина . Это часто называют избыточностью генетического кода . Существует два механизма для избыточности: несколько различных РНК переноса могут доставлять одну и ту же аминокислоту, или одна тРНК может иметь нестандартное колебание базы в третьем положении антикодона, которая распознает более одного основания в кодоне.
В примере фенилаланина предположим, что основание в положении 3 кодона TTT заменило C, оставив кодон TTC. Аминокислота в этом положении в белке останется фенилаланином. Следовательно, замена является синонимом.
Эволюция
[ редактировать ]Когда возникает синонимичная или молчаливая мутация , предполагается, что изменение является нейтральным , что означает, что оно не влияет на пригодность человека, несущего новый ген, чтобы выжить и воспроизводить.
Синонимичные изменения могут не быть нейтральными, поскольку некоторые кодоны переводятся более эффективно (быстрее и/или более точно), чем другие. Например, когда была введена горстка синонимичных изменений в ген-дегидрогеназе фруктов [ 7 ] и взрослые мухи показали более низкую терпимость этанола. [ 8 ] Многие организмы, от бактерий до животных, демонстрируют смещенное использование определенных синонимичных кодонов. Такое смещение использования кодона может возникнуть по разным причинам, некоторым селективным и некоторым нейтральным. У Saccharomyces cerevisiae использование синонимы кодона было показано, что влияет на стабильность складывания мРНК , причем мРНК кодирует различная вторичная структура белка , предпочитая разные кодоны. [ 9 ]
Другая причина, по которой синонимичные изменения не всегда являются нейтральными, заключается в том, что последовательности экзонов, близкие к границам экзона-интрона, функционируют как сигналы сплайсинга РНК . Когда сигнал сплайсинга разрушается синонимом мутации, экзон не появляется в конечном белке. Это приводит к усеченному белке. Одно исследование показало, что около четверти синонимичных вариаций, влияющих на экзон 12 гена регулятора трансмембранного проводимости муковисцидоза, приводит к тому, что пропущенный экзон. [ 10 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Соотношение / ks
- Миссенс -мутация
- Несинонимичная замена
- Точечная мутация
- Расширенный генетический код , где используются более 20-22 природных кодируемых аминокислот
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Kimchi-Sarfaty C, OH JM, Kim IW, Sauna ZE, Calcagno AM, Ambudkar SV, Gottesman MM (январь 2007 г.). «« Тихой »полиморфизм в гене MDR1 изменяет специфичность субстрата» . Наука . 315 (5811): 525–528. Bibcode : 2007sci ... 315..525K . doi : 10.1126/science.1135308 . PMID 17185560 . S2CID 15146955 .
- ^ Chamary JV, Parmley JL, Hurst Ld (февраль 2006 г.). «Слушание молчания: недитральная эволюция на синонимических сайтах у млекопитающих». Природные обзоры. Генетика . 7 (2): 98–108. doi : 10.1038/nrg1770 . PMID 16418745 . S2CID 25713689 .
- ^ Jump up to: а беременный Goymer P (февраль 2007 г.). «Синонимичные мутации нарушают их молчание» . Nature Reviews Genetics . 8 (2): 92. doi : 10.1038/nrg2056 . S2CID 29882152 .
- ^ Zhou T, Ko Ea, Gu W, Lim I, Bang H, Ko JH (31 октября 2012 г.). «Невздрачая история о синонимичных сайтах в генах ионных каналов, управляемых напряжением» . Plos один . 7 (10): E48541. BIBCODE : 2012PLOSO ... 748541Z . doi : 10.1371/journal.pone.0048541 . PMC 3485311 . PMID 23119053 .
- ^ Graur D (2003). «Единая базовая мутация» (PDF) . В Купере Д.Н. (ред.). Природа Энциклопедия человеческого генома . Макмиллан. ISBN 0333803868 .
- ^ Кимура М (август 1969). «Скорость молекулярной эволюции, учитывая с точки зрения генетики популяции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 63 (4): 1181–1188. Bibcode : 1969pnas ... 63.1181K . doi : 10.1073/pnas.63.4.1181 . PMC 223447 . PMID 5260917 .
- ^ Карлини Д.Б., Стефан У (январь 2003 г.). «Внедрение in vivo непредвзятых синонимичных кодонов в ген Drosophila ADH приводит к снижению уровня белка ADH» . Генетика . 163 (1): 239–243. doi : 10.1093/Genetics/163.1.239 . PMC 1462401 . PMID 12586711 .
- ^ Carlini DB (июль 2004 г.). «Экспериментальное снижение смещения кодонов в гене алкогольной дегидрогеназы drosophila приводит к снижению этанола устойчивости к взрослым мухам» . Журнал эволюционной биологии . 17 (4): 779–785. doi : 10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x . PMID 15271077 .
- ^ Кахали Б., Басак С., Гош Т.С. (март 2007 г.). «Реинвестирование использования кодона и аминокислоты генома S. cerevisiae: новое понимание анализа вторичной структуры белка». Биохимическая и биофизическая исследовательская коммуникация . 354 (3): 693–699. doi : 10.1016/j.bbrc.2007.01.038 . PMID 17258174 .
- ^ Pagani F, Raponi M, Baralle FE (май 2005 г.). «Синонимичные мутации в CFTR Exon 12 влияют на сплайсинг и не являются нейтральными по эволюции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (18): 6368–6372. Bibcode : 2005pnas..102.6368p . doi : 10.1073/pnas.05022888102 . PMC 1088389 . PMID 15840711 . Полем