質問: 突然変異はすべてタンパク質の立体構造が変化しているのか? 大学受験生です。鎌状赤血球症はタンパク質の立体構造が変化して起こることを習いました。 突然変異は遺伝子突然変異(置換・付加・欠失)と染色体突然変異(重複・欠失・逆位・転座・異数性・倍数性)がありますが、ならばこれらはすべてタンパク質合成にかかわるので、突然変異はすべてタンパク質の立体構造の変化が原因では?、と考えました。 これは実際はどうなんでしょうか?
回答: >突然変異はすべてタンパク質の立体構造の変化が原因では? 突然変異のうち、タンパク質の立体構造に影響するのはごく一部です。 突然変異で一番多いのは、遺伝子の破壊によるものだと考えていいです。 調節領域が破壊されて、転写が妨げられるとか、転写領域が破壊されて正常なmrnaの発現ができなくなり、タンパク質ができなくなる、あるいは非常に少なくなるというものです。 立体構造に影響するのはどういうものかというと、鎌形赤血球症もそうですが、塩基置換によってアミノ酸置換が起こるタイプの突然変異に限られると考えていいと思います。アミノ酸置換が起こると、それ以外のアミノ酸配列は保存されますが、タンパク質折りたたまれかたや、立体構造の安定性が変わって機能を失う場合があるからです。ただし、アミノ酸置換がいつでも立体構造に変化を与えるとは限りません。性質の似通ったアミノ酸へ置換した場合は、立体構造にも機能にも影響がないですし、立体構造が変わらなくても、酵素中心の重要なアミノ酸が置換したりすると機能を失ったりします。 アミノ酸置換で立体構造やその安定性が変化する突然変異では、温度感受性など「条件突然変異」がよく起こります。低温では正常だけれど、温度が上がると機能を失って異常な表現型を示すなどです。鎌状赤血球症も一種の条件突然変異で、酸素飽和度が高い場合、赤血球はほぼ正常だけれど、酸素飽和度が下がると、つぶれて鎌形になるんだったと記憶します。 塩基欠失、塩基挿入ではフレームシフトが起こってコドンの読み枠がずれるので、それ以後のコドン枠がずれて、アミノ酸配列自体が保存されなくなります。大きな欠失や挿入では、遺伝子が破壊され正常な転写すら起こらないこともあります。 染色体異常では、タンパク質の立体構造の変化が起こることはまずありえません。 染色体異常で遺伝子が完全な形で重複すると、遺伝子量が異常(過剰)になるため、異常が生じることがあります。 重複、欠失、逆位、転座、いずれも染色体がいったん切断されつなぎかえられていますが、切断点に遺伝子があれば破壊されます。つなぎかえられた時に、ある遺伝子が別の遺伝子と融合したり、調節領域が入れ替わって異常をおこすことがあります。