Мутации: ошибка в ДНК, а видна в белке

Мутация возникает в ДНК, но проявляется на уровне белка, который эта ДНК кодирует. Разберём, как мутации классифицируют — и по изменению ДНК, и по эффекту на белок, — а потом посмотрим, как поломки генов роста ведут к раку. Это финальный урок модуля, пригодятся трансляция и репарация.

Молекулярная биология · урок 7 точечные · миссенс · онкогены ⏱ ~18 мин
По изменению ДНК

Заменить букву или сбить счёт

Первый способ классификации смотрит на саму ДНК.

точечная

Замена буквы

Один нуклеотид меняется на другой. Затрагивает максимум одну аминокислоту.

сдвиг рамки

Вставка или выпадение

Добавили или убрали букву — и сбилось чтение по три. Все кодоны после сдвига читаются иначе, эффект куда сильнее.

По эффекту на белок

От «ничего не изменилось» до «белок обрублен»

Второй способ смотрит, что стало с белком.

Молчащая
Белок не меняется. Код избыточен — разные кодоны кодируют одну аминокислоту, поэтому замена может пройти незаметно.
Миссенс
Одна аминокислота меняется на другую.
Нонсенс
Кодон превращается в стоп → белок обрывается досрочно. Эффект обычно тяжёлый.
Консервативная / нет
Внутри миссенс: новая аминокислота того же типа (консервативная) или другого (неконсервативная, обычно хуже).
Разбор на примере

Серповидноклеточная анемия

Классический пример, где сходятся обе классификации. В гемоглобине одна аминокислота — глутамат — заменяется на валин. Этого хватает, чтобы белок стал дефектным (HbS), а эритроциты приняли форму серпа.

По ДНК
Точечная — заменена одна буква.
По белку
Миссенс — аминокислота сменилась (Glu → Val).
Тип замены
Неконсервативная: глутамат кислый, валин неполярный — разные типы.
Когда мутация ведёт к раку

Педаль газа и тормоза

Рак — это клетка, которая делится без остановки. За рост клетки отвечают две группы генов, и удобно думать о них как о газе и тормозах машины.

газ

Онкогены

Из нормального прото-онкогена (педаль газа) мутация делает застрявшую педаль — усиление функции. Хватает удара по одному аллелю (доминантно).

тормоз

Гены-супрессоры

Это тормоза, что останавливают деление и запускают апоптоз. Тут потеря функции, и нужно выбить оба аллеля (рецессивно).

ОнкогенГен-супрессор
Аналогиязастрявшая педаль газаобрезанные тормоза
Что за мутацияусиление функциипотеря функции
Сколько удароводин (доминантно)два (рецессивно)
ПримерыRAS, MYC, BCR-ABLp53, Rb

Правило «двух ударов» объясняет, почему супрессору мало одной поломки: пока цел второй аллель, тормоз работает. Rb открыли на ретинобластоме, а p53 потерян в очень многих опухолях. Из онкогенов на слуху BCR-ABL — филадельфийская хромосома при хроническом миелолейкозе.

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Молчащая мутация всё равно меняет белок»
Из-за избыточности кода замена может не изменить аминокислоту — белок остаётся тем же.
✗ «Сдвиг рамки — мелочь, всего одна лишняя буква»
Он меняет чтение всех последующих кодонов, эффект куда сильнее точечной замены.
✗ «Для рака хватает мутации в одном гене»
Онкогену — да (доминантный, один удар). Супрессору нужны оба аллеля (два удара).
✗ «Мутацию видно прямо в белке»
Мутация возникает в ДНК, а проявляется уже на уровне белка.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Почему сдвиг рамки обычно бьёт по белку сильнее точечной мутации?
Что меняет точечная?
Одну букву → максимум одну аминокислоту.
Что делает вставка или выпадение?
Сдвигает рамку чтения на три — все кодоны после сдвига читаются иначе.
Чем это оборачивается?
Меняется весь хвост белка, часто появляется ранний стоп-кодон.
Вывод. Поэтому вставки и делеции опаснее простой замены буквы.
Показать следующий шаг →
Почему для рака от супрессора нужны два удара, а от онкогена хватает одного?
Что за онкоген?
Усиление функции — застрявшая педаль газа. Хватает поломки одного аллеля (доминантно).
Что за супрессор?
Тормоз. Пока цел второй аллель, он тормозит (рецессивно).
Что нужно, чтобы снять тормоз?
Выбить оба аллеля — это и есть гипотеза двух ударов.
Вывод. Онкоген жмёт на газ, супрессор отпускает тормоз — оба ведут к бесконтрольному делению.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Классифицируй мутацию

У пациента с серповидноклеточной анемией в β-цепи гемоглобина глутамат заменён на валин. Нужно отнести эту мутацию ко всем подходящим категориям.

Какая это мутация?
Что с ДНК?
Заменена одна буква → точечная.
Что с аминокислотой?
Она сменилась (Glu → Val) → миссенс.
Одного ли типа аминокислоты?
Глутамат кислый, валин неполярный — разные типы → неконсервативная.
Вывод. Одна точечная неконсервативная миссенс-замена превращает Hb в HbS и деформирует эритроциты.
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

Модуль пройден целиком

От структуры ДНК до мутаций и рака

В библиотеку →