החלפה נרדפת – הבדלי גרסאות
ניסוח מחדש ומספר קישורים תגיות: עריכה חזותית עריכה ממכשיר נייד עריכה דרך האתר הנייד |
מ ←עודף של הקוד הגנטי: , תמונה, הערות שוליים |
||
| שורה 1: | שורה 1: | ||
| ⚫ | '''החלפה נרדפת''' (לעתים קרובות נקראת גם החלפה שקטה למרות שהיא לא תמיד שקטה) היא מוטציה בה מתחלף בסיס אחד [[גנום|בגנום]] בבסיס באחר, ב[[אקסון (גנטיקה)|אקסון]] של [[גן (ביולוגיה)|גן]] המקודד ל[[חלבון]], כך [[חומצת אמינו|שחומצת האמינו]] מהרצף לא משתנה. הדבר אפשרי מכיוון שכמה חומצות אמינו מקודדות על ידי יותר מ[[קודון]] אחד המורכב משלושה [[נוקלאוטיד|בסיסים]]; מאחר וכמה מהקודונים של חומצת אמינו מסוימת נבדלים על ידי בסיס אחד בלבד עבור אותה חומצת אמינו, מוטציה אשר מחליפה את הבסיס "הנורמלי" בבסיס אלטרנטיבי תגרום להיווצרות אותה חומצת אמינו בשרשרת ההולכת וגדלה של [[פפטיד|הפוליפפטיד]] כאשר הגנים מתורגמים. החלפה נרדפת ומוטציות המשפיעות על האזור הלא מקודד בדנ"א בדרך כלל נחשבות למוטציות שקטות (ללא [[גן (ביולוגיה)|פנוטיפ]]); יחד עם זאת, זה לא הכרחי שהמוטציה תהיה שקטה<ref name=":0">{{צ-מאמר|מחבר=Chava Kimchi-Sarfaty, Jung Mi Oh, In-Wha Kim, Zuben E. Sauna|שם=A "silent" polymorphism in the MDR1 gene changes substrate specificity|כתב עת=Science (New York, N.Y.)|כרך=315|עמ=525–528|שנת הוצאה=2007-01-26|doi=10.1126/science.1135308|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17185560}}</ref><ref>{{צ-מאמר|מחבר=J. V. Chamary, Joanna L. Parmley, Laurence D. Hurst|שם=Hearing silence: non-neutral evolution at synonymous sites in mammals|כתב עת=Nature Reviews. Genetics|כרך=7|עמ=98–108|שנת הוצאה=2006-02-01|doi=10.1038/nrg1770|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16418745}}</ref><ref name=":1">{{צ-מאמר|מחבר=Tong Zhou, Eun A. Ko, Wanjun Gu, Inja Lim|שם=Non-silent story on synonymous sites in voltage-gated ion channel genes|כתב עת=PloS One|כרך=7|עמ=e48541|שנת הוצאה=2012-01-01|doi=10.1371/journal.pone.0048541|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23119053}}</ref><ref>{{צ-מאמר|מחבר=Tong Zhou, Eun A. Ko, Wanjun Gu, Inja Lim|שם=Non-silent story on synonymous sites in voltage-gated ion channel genes|כתב עת=PloS One|כרך=7|עמ=e48541|שנת הוצאה=2012-01-01|doi=10.1371/journal.pone.0048541|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23119053}}</ref><ref>{{קישור כללי|הכותב=Dan Graur|כתובת=http://nsmn1.uh.edu/dgraur/ArticlesPDFs/encyclopediahumangenome93.pdf|כותרת=�Single-base Mutation|אתר=|תאריך=|שפה=אנגלית}}</ref>. החלפה נרדפת יכולה להשפיע על [[תעתוק (ביולוגיה)|שעתוק]], [[שחבור חליפי|שחבור]], העברה של [[mRNA]] [[תרגום (ביולוגיה)|ותרגום]], כל אחד מאלה יכולים לגרום לשינוי בפנוטיפ, דבר ההופך את המוטציה הנרדפת ללא שקטה<ref name=":1" />. ייחודיות הסובסטרט של ה [[tRNA]] לקודון הנדיר יכולה להשפיע על תזמון התרגום, ובהמשך על [[קיפול חלבונים|קיפול]] של החלבון<ref name=":0" />. הדבר בא לידי ביטוי בהטיית שימוש הקודון שנצפה בזנים רבים. החלפה שהיא לא נרדפת נובעת כתוצאה משינוי בחומצת אמינו שיכולה להיות מסווגות בצורה שרירותית כקונסרבטיבית (שינוי לחומצה אמינית עם מאפיינים דומים), או כקונסרבטיבית למחצה (למשל המטען של החומצה האמינית הופך להיות משלילי לחיובי), או רדיקלי (חומצה אמינית שונה באופן משמעותי). |
||
{{עריכה|סיבה=הקישורים החיצוניים שבטקסט אינם מובילים לשום מקום|נושא=מדעי הטבע}} |
|||
| ⚫ | '''החלפה נרדפת''' (לעתים קרובות נקראת גם החלפה שקטה למרות שהיא לא תמיד שקטה) היא מוטציה בה מתחלף בסיס אחד [[גנום|בגנום]] בבסיס באחר, ב[[אקסון (גנטיקה)|אקסון]] של [[גן (ביולוגיה)|גן]] המקודד ל[[חלבון]], כך [[חומצת אמינו|שחומצת האמינו]] |
||
== עודף של הקוד הגנטי == |
== עודף של הקוד הגנטי == |
||
תרגום חלבון מערב סט של 20 חומצות אמינו. כל אחת מהן מקודדת על ידי רצף של 3 זוגות בסיסים של דנ"א הנקרא קודון. מכיוון שיש 64 קודונים אפשריים אבל רק 20 חומצות אמינו ( ובנוסף לכך סיגנל לסיום כלומר שלושת הקודונים שלא מקודדים לאף חומצה אמינית וידועים כקודוני עצירה, המציינים שהתרגום צריך להיעצר), ישנן חומצות אמינו המקודדות |
תרגום חלבון מערב סט של 20 חומצות אמינו. כל אחת מהן מקודדת על ידי רצף של 3 זוגות בסיסים של דנ"א הנקרא קודון. מכיוון שיש 64 קודונים אפשריים אבל רק 20 חומצות אמינו ( ובנוסף לכך סיגנל לסיום כלומר שלושת הקודונים שלא מקודדים לאף חומצה אמינית וידועים כקודוני עצירה, המציינים שהתרגום צריך להיעצר), ישנן חומצות אמינו המקודדות על ידי 2,3,4 או 6 קודונים שונים. למשל, הקודונים TTT ו- TTC מקודדים לחומצת האמינו פנילאלנין. לעתים מתייחסים לזה כעודף של הקוד הגנטי. יש שני מנגנונים לעודף: מס' מעבירי רנ"א שונים יכולים להעביר את אותה חומצה אמינית, או tRNA אחד שיכול להיות לו בסיס לא סטנדרטי בעמדה 3 של האנטי קודון (wobbly), אשר מזהה יותר מבסיס אחד בקודון. |
||
[[קובץ:Aminoacids table.svg|ממוזער|תרשים המתאר את הקודונים הגנטיים ואת חומצות האמינו אליהם הם מקודדות. אפשר לראות את העודף של הקוד הגנטי בתרשים]] |
|||
בדוגמה של פנילאלנין המצוינת למעלה, נניח שהבסיס בעמדה 3 של הקודון TTT הוחלף ל-C, כך שהקודון התקבל הוא TTC. חומצת האמינו באותו מיקום בחלבון תישאר פנילאלנין, לכן החלפה זו היא למעשה נרדפת. |
בדוגמה של פנילאלנין המצוינת למעלה, נניח שהבסיס בעמדה 3 של הקודון TTT הוחלף ל-C, כך שהקודון התקבל הוא TTC. חומצת האמינו באותו מיקום בחלבון תישאר פנילאלנין, לכן החלפה זו היא למעשה נרדפת. |
||
| שורה 12: | שורה 11: | ||
שינויים נרדפים יכולים להיות לא נטרלים מכיוון שמס' קודונים מתורגמים יותר ביעילות (בצורה מהירה יותר ו/או בצורה מדויקת יותר) מאשר האחרים. למשל, כאשר קומץ של שינויים נרדפים התרחשו בזבוב הפרות בגן לאלכוהול דהידרוגנאז, זה גרם לשינוי במס' קודונים כך שהפכו להיות תת-אופטימליים, ייצור של האנזים המקודד הופחת |
שינויים נרדפים יכולים להיות לא נטרלים מכיוון שמס' קודונים מתורגמים יותר ביעילות (בצורה מהירה יותר ו/או בצורה מדויקת יותר) מאשר האחרים. למשל, כאשר קומץ של שינויים נרדפים התרחשו בזבוב הפרות בגן לאלכוהול דהידרוגנאז, זה גרם לשינוי במס' קודונים כך שהפכו להיות תת-אופטימליים, ייצור של האנזים המקודד הופחת<ref>{{צ-מאמר|מחבר=David B. Carlini, Wolfgang Stephan|שם=In vivo introduction of unpreferred synonymous codons into the Drosophila Adh gene results in reduced levels of ADH protein|כתב עת=Genetics|כרך=163|עמ=239–243|שנת הוצאה=2003-01-01|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12586711}}</ref> והזבובים המבוגרים הפגינו סבילות נמוכה לאתנול<ref>{{צ-מאמר|מחבר=David B. Carlini|שם=Experimental reduction of codon bias in the Drosophila alcohol dehydrogenase gene results in decreased ethanol tolerance of adult flies|כתב עת=Journal of Evolutionary Biology|כרך=17|עמ=779–785|שנת הוצאה=2004-07-01|doi=10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15271077}}</ref>. הרבה אורגניזמים, מחיידקים ועד לחיות, עושים שימוש מוטה של קודונים נרדפים מסוימים. שימוש מוטה כזה יכול לנבוע ממס' סיבות,סלקטיביות או ניטרליות. בשמר האפייה שימוש בקודונים נרדפים הראה השפעה על יציבות קיפול ה mRNA , כאשר קידוד מבנה משני של חלבונים שונים על ידי רנ"א יעדיף קודונים שונים. |
||
סיבה נוספת לכך ששינויים נרדפים הם לא תמיד נייטרלים היא העובדה שרצפי האקסונים הקרובים לגבולות האקסון-אינטרון מתפקדים כסיגנלים לשחבור של רנ"א. כאשר סיגנל השחבור נהרס |
סיבה נוספת לכך ששינויים נרדפים הם לא תמיד נייטרלים היא העובדה שרצפי [[אקסון (גנטיקה)|האקסונים]] הקרובים לגבולות האקסון-[[אינטרון]] מתפקדים כסיגנלים לשחבור של רנ"א. כאשר סיגנל השחבור נהרס על ידי מוטציה נרדפת, האקסון לא מופיע בחלבון הסופי. הדבר גורם להיווצרות חלבון קטוע. ממחקר אחד עלה כי בערך רבע מן השינויים הנרדפים משפיעים על אקסון 12 בגן בקרתי של מוליכות טרנסממברנלית של ציסטיק פיברוזיס, וגורמים לכך שהשינויים הנרדפים דילגו על חלבון זה והוא לא נכלל בחלבון הסופי<ref>{{צ-מאמר|מחבר=Franco Pagani, Michela Raponi, Francisco E. Baralle|שם=Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution|כתב עת=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|כרך=102|עמ=6368–6372|שנת הוצאה=2005-05-03|doi=10.1073/pnas.0502288102|קישור=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15840711}}</ref>. |
||
== קישורים חיצוניים == |
== קישורים חיצוניים == |
||
| שורה 34: | שורה 33: | ||
8. Kahali, Bratati; Basak Surajit; Ghosh Tapash Chandra (March 2007). "Reinvestigating the codon and amino acid usage of S. cerevisiae genome: a new insight from protein secondary structure analysis". Biochem. Biophys. Res. Commun. 354 (3): 693–9. doi:10.1016/j.bbrc.2007.01.038. PMID 17258174. |
8. Kahali, Bratati; Basak Surajit; Ghosh Tapash Chandra (March 2007). "Reinvestigating the codon and amino acid usage of S. cerevisiae genome: a new insight from protein secondary structure analysis". Biochem. Biophys. Res. Commun. 354 (3): 693–9. doi:10.1016/j.bbrc.2007.01.038. PMID 17258174. |
||
9. Pagani, Franco; Raponi, Michela; Baralle, Francisco E. (2005). "Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (18): 6368–72. doi:10.1073/pnas.0502288102. PMC 1088389. PMID 15840711 |
9. Pagani, Franco; Raponi, Michela; Baralle, Francisco E. (2005). "Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (18): 6368–72. doi:10.1073/pnas.0502288102. PMC 1088389. PMID 15840711. |
||
</div> |
</div> |
||
</div> |
</div> |
||
גרסה מ־22:35, 16 ביוני 2016
החלפה נרדפת (לעתים קרובות נקראת גם החלפה שקטה למרות שהיא לא תמיד שקטה) היא מוטציה בה מתחלף בסיס אחד בגנום בבסיס באחר, באקסון של גן המקודד לחלבון, כך שחומצת האמינו מהרצף לא משתנה. הדבר אפשרי מכיוון שכמה חומצות אמינו מקודדות על ידי יותר מקודון אחד המורכב משלושה בסיסים; מאחר וכמה מהקודונים של חומצת אמינו מסוימת נבדלים על ידי בסיס אחד בלבד עבור אותה חומצת אמינו, מוטציה אשר מחליפה את הבסיס "הנורמלי" בבסיס אלטרנטיבי תגרום להיווצרות אותה חומצת אמינו בשרשרת ההולכת וגדלה של הפוליפפטיד כאשר הגנים מתורגמים. החלפה נרדפת ומוטציות המשפיעות על האזור הלא מקודד בדנ"א בדרך כלל נחשבות למוטציות שקטות (ללא פנוטיפ); יחד עם זאת, זה לא הכרחי שהמוטציה תהיה שקטה[1][2][3][4][5]. החלפה נרדפת יכולה להשפיע על שעתוק, שחבור, העברה של mRNA ותרגום, כל אחד מאלה יכולים לגרום לשינוי בפנוטיפ, דבר ההופך את המוטציה הנרדפת ללא שקטה[3]. ייחודיות הסובסטרט של ה tRNA לקודון הנדיר יכולה להשפיע על תזמון התרגום, ובהמשך על קיפול של החלבון[1]. הדבר בא לידי ביטוי בהטיית שימוש הקודון שנצפה בזנים רבים. החלפה שהיא לא נרדפת נובעת כתוצאה משינוי בחומצת אמינו שיכולה להיות מסווגות בצורה שרירותית כקונסרבטיבית (שינוי לחומצה אמינית עם מאפיינים דומים), או כקונסרבטיבית למחצה (למשל המטען של החומצה האמינית הופך להיות משלילי לחיובי), או רדיקלי (חומצה אמינית שונה באופן משמעותי).
עודף של הקוד הגנטי
תרגום חלבון מערב סט של 20 חומצות אמינו. כל אחת מהן מקודדת על ידי רצף של 3 זוגות בסיסים של דנ"א הנקרא קודון. מכיוון שיש 64 קודונים אפשריים אבל רק 20 חומצות אמינו ( ובנוסף לכך סיגנל לסיום כלומר שלושת הקודונים שלא מקודדים לאף חומצה אמינית וידועים כקודוני עצירה, המציינים שהתרגום צריך להיעצר), ישנן חומצות אמינו המקודדות על ידי 2,3,4 או 6 קודונים שונים. למשל, הקודונים TTT ו- TTC מקודדים לחומצת האמינו פנילאלנין. לעתים מתייחסים לזה כעודף של הקוד הגנטי. יש שני מנגנונים לעודף: מס' מעבירי רנ"א שונים יכולים להעביר את אותה חומצה אמינית, או tRNA אחד שיכול להיות לו בסיס לא סטנדרטי בעמדה 3 של האנטי קודון (wobbly), אשר מזהה יותר מבסיס אחד בקודון.
בדוגמה של פנילאלנין המצוינת למעלה, נניח שהבסיס בעמדה 3 של הקודון TTT הוחלף ל-C, כך שהקודון התקבל הוא TTC. חומצת האמינו באותו מיקום בחלבון תישאר פנילאלנין, לכן החלפה זו היא למעשה נרדפת.
החלפות נרדפות ואבולוציה
כאשר החלפה נרדפת או מוטציה שקטה מתרחשת, השינוי בדרך כלל משוער להיות נטרלי, כלומר הוא לא משפיע על הכשירות של הפרט לשאת את הגן החדש על מנת לשרוד ולהתרבות.
שינויים נרדפים יכולים להיות לא נטרלים מכיוון שמס' קודונים מתורגמים יותר ביעילות (בצורה מהירה יותר ו/או בצורה מדויקת יותר) מאשר האחרים. למשל, כאשר קומץ של שינויים נרדפים התרחשו בזבוב הפרות בגן לאלכוהול דהידרוגנאז, זה גרם לשינוי במס' קודונים כך שהפכו להיות תת-אופטימליים, ייצור של האנזים המקודד הופחת[6] והזבובים המבוגרים הפגינו סבילות נמוכה לאתנול[7]. הרבה אורגניזמים, מחיידקים ועד לחיות, עושים שימוש מוטה של קודונים נרדפים מסוימים. שימוש מוטה כזה יכול לנבוע ממס' סיבות,סלקטיביות או ניטרליות. בשמר האפייה שימוש בקודונים נרדפים הראה השפעה על יציבות קיפול ה mRNA , כאשר קידוד מבנה משני של חלבונים שונים על ידי רנ"א יעדיף קודונים שונים.
סיבה נוספת לכך ששינויים נרדפים הם לא תמיד נייטרלים היא העובדה שרצפי האקסונים הקרובים לגבולות האקסון-אינטרון מתפקדים כסיגנלים לשחבור של רנ"א. כאשר סיגנל השחבור נהרס על ידי מוטציה נרדפת, האקסון לא מופיע בחלבון הסופי. הדבר גורם להיווצרות חלבון קטוע. ממחקר אחד עלה כי בערך רבע מן השינויים הנרדפים משפיעים על אקסון 12 בגן בקרתי של מוליכות טרנסממברנלית של ציסטיק פיברוזיס, וגורמים לכך שהשינויים הנרדפים דילגו על חלבון זה והוא לא נכלל בחלבון הסופי[8].
קישורים חיצוניים
1. Kimchi-Sarfaty, C.; Oh, J. M.; Kim, I.-W.; Sauna, Z. E.; Calcagno, A. M.; Ambudkar, S. V.; Gottesman, M. M. (26 January 2007). "A "Silent" Polymorphism in the MDR1 Gene Changes Substrate Specificity". Science 315 (5811): 525–8. doi:10.1126/science.1135308. PMID 17185560.
2. Chamary, JV; Parmley, JL; Hurst, LD (February 2006). "Hearing silence: non-neutral evolution at synonymous sites in mammals.". Nature Reviews Genetics 7 (2): 98–108. doi:10.1038/nrg1770. PMID 16418745. 3. Goymer, Patrick (February 2007). "Synonymous mutations break their silence". Nature Reviews Genetics 8 (2): 92. doi:10.1038/nrg2056.
4. Zhou, Tong; Ko, Eun A.; Gu, Wanjun; Lim, Inja; Bang, Hyoweon; Ko, Jae-Hong; Uversky, Vladimir N. (31 October 2012). "Non-Silent Story on Synonymous Sites in Voltage-Gated Ion Channel Genes". PLoS ONE 7 (10): e48541. doi:10.1371/journal.pone.0048541. PMC 3485311. PMID 23119053.
5. Graur, Dan (2003). "Single Base Mutation" (PDF). In Cooper, David N. Nature Encyclopedia of the Human Genome (PDF). MacMillan. ISBN 0333803868.
6. Carlini, David B.; Stephan, Wolfgang (2003). "In vivo introduction of unpreferred synonymous codons into the Drosophila Adh gene results in reduced levels of ADH protein". Genetics 163 (1): 239–243. PMC 1462401. PMID 12586711.
7. Carlini, David B. (2004). "Experimental reduction of codon bias in the Drosophila alcohol dehydrogenase gene results in decreased ethanol tolerance of adult flies". Journal of Evolutionary Biology 17 (4): 779–785. doi:10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x. PMID 15271077.
8. Kahali, Bratati; Basak Surajit; Ghosh Tapash Chandra (March 2007). "Reinvestigating the codon and amino acid usage of S. cerevisiae genome: a new insight from protein secondary structure analysis". Biochem. Biophys. Res. Commun. 354 (3): 693–9. doi:10.1016/j.bbrc.2007.01.038. PMID 17258174.
9. Pagani, Franco; Raponi, Michela; Baralle, Francisco E. (2005). "Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (18): 6368–72. doi:10.1073/pnas.0502288102. PMC 1088389. PMID 15840711.
- ^ 1 2 Chava Kimchi-Sarfaty, Jung Mi Oh, In-Wha Kim, Zuben E. Sauna, A "silent" polymorphism in the MDR1 gene changes substrate specificity, Science (New York, N.Y.) 315, 2007-01-26, עמ' 525–528 doi: 10.1126/science.1135308
- ^ J. V. Chamary, Joanna L. Parmley, Laurence D. Hurst, Hearing silence: non-neutral evolution at synonymous sites in mammals, Nature Reviews. Genetics 7, 2006-02-01, עמ' 98–108 doi: 10.1038/nrg1770
- ^ 1 2 Tong Zhou, Eun A. Ko, Wanjun Gu, Inja Lim, Non-silent story on synonymous sites in voltage-gated ion channel genes, PloS One 7, 2012-01-01, עמ' e48541 doi: 10.1371/journal.pone.0048541
- ^ Tong Zhou, Eun A. Ko, Wanjun Gu, Inja Lim, Non-silent story on synonymous sites in voltage-gated ion channel genes, PloS One 7, 2012-01-01, עמ' e48541 doi: 10.1371/journal.pone.0048541
- ^ Dan Graur, [http://nsmn1.uh.edu/dgraur/ArticlesPDFs/encyclopediahumangenome93.pdf �Single-base Mutation] (באנגלית)
- ^ David B. Carlini, Wolfgang Stephan, In vivo introduction of unpreferred synonymous codons into the Drosophila Adh gene results in reduced levels of ADH protein, Genetics 163, 2003-01-01, עמ' 239–243
- ^ David B. Carlini, Experimental reduction of codon bias in the Drosophila alcohol dehydrogenase gene results in decreased ethanol tolerance of adult flies, Journal of Evolutionary Biology 17, 2004-07-01, עמ' 779–785 doi: 10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x
- ^ Franco Pagani, Michela Raponi, Francisco E. Baralle, Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102, 2005-05-03, עמ' 6368–6372 doi: 10.1073/pnas.0502288102