Le mutazioni

Sostituendo una A con una T nella 20ª base del gene della beta-globina si ottiene la variante responsabile dell'anemia falciforme.

Errori di copiatura e danni

Ogni volta che una cellula umana si divide, copia circa 6 miliardi di coppie di basi. L'enzima che esegue la copia, la DNA polimerasi, a volte inserisce una base sbagliata. OpenStax descrive tre linee di difesa. La polimerasi corregge gli errori mentre procede: controlla ogni nuova base ed elimina quella sbagliata prima di aggiungere la successiva. Gli enzimi di riparazione degli appaiamenti errati individuano le basi mal appaiate dopo la copiatura. La riparazione per escissione di nucleotidi rimuove tratti danneggiati, come le coppie di timine unite dai raggi ultravioletti, e riempie il vuoto. Un cambiamento che sfugge a tutti questi controlli e rimane nella sequenza è una mutazione.

Le mutazioni possono essere indotte o spontanee. Quelle indotte derivano da agenti esterni, come alcune sostanze chimiche, i raggi ultravioletti o i raggi X. Quelle spontanee nascono da normali reazioni chimiche nell'organismo, senza cause esterne. Conta anche dove avviene la mutazione. Una mutazione in una cellula del corpo, per esempio della pelle, riguarda solo quella persona e le cellule che derivano dalla cellula mutata. Una mutazione in una cellula germinale, un ovulo o uno spermatozoo, può essere trasmessa ai figli.

Piccoli cambiamenti, risultati diversi

Una mutazione puntiforme modifica una sola coppia di basi. Poiché il codice genetico ha 64 codoni per 20 amminoacidi, il cambiamento di una base può avere tre esiti molto diversi. Se il nuovo codone indica lo stesso amminoacido, la proteina non cambia: è una mutazione silente, che avviene più spesso nella terza base di un codone. Se il nuovo codone indica un amminoacido diverso, è una mutazione di senso e la proteina può funzionare diversamente. Se il nuovo codone è un codone di stop, è una mutazione non senso e la proteina termina in anticipo.

Aggiungere una base (inserzione) o toglierne una (delezione) ha spesso effetti peggiori. La cellula legge il gene a gruppi di tre dall'inizio: una base in più o in meno sposta quindi tutti i codoni successivi. È uno slittamento della cornice di lettura. Pensa alla frase inglese THE CAT ATE THE RAT. Elimina la prima E e, continuando a leggere a gruppi di tre, ottieni THC ATA TET HER AT: da quel punto in poi non ha senso. Inserire o eliminare tre basi insieme mantiene la cornice e modifica meno la proteina. Esistono anche cambiamenti più grandi, come il trasferimento di un pezzo di cromosoma a un altro, chiamato traslocazione.

Una lettera nella beta-globina

L'emoglobina, che trasporta l'ossigeno nei globuli rossi, è formata da due catene di alfa-globina e due di beta-globina. La catena beta viene prodotta a partire dal gene HBB, le cui prime 27 basi codificanti compaiono nel modello: ATG GTG CAT CTG ACT CCT GAG GAG AAG, che si leggono Met, Val, His, Leu, Thr, Pro, Glu, Glu, Lys. Nella variante chiamata emoglobina S, la A in posizione 20 è sostituita da T. Il codone GAG diventa GTG e l'acido glutammico diventa valina. È una mutazione di senso di una singola base.

MedlinePlus ne descrive l'effetto: le catene di beta-globina modificate si uniscono in lunghe fibre rigide che piegano i globuli rossi a forma di falce. Queste cellule muoiono precocemente e possono ostruire i piccoli vasi sanguigni. L'anemia falciforme si trasmette con modalità autosomica recessiva: una persona è affetta quando entrambe le copie di HBB portano la variante. Puoi trovare il cambiamento indicato come Glu6Val, contando dal primo amminoacido della proteina matura, che perde la metionina iniziale, oppure come Glu7Val, contando dal codone di inizio, come nel modello. Questa lezione offre informazioni generali; per domande su una diagnosi occorre rivolgersi a un medico.