Synonymní substituce (také nazývaná tichá substituce) je evoluční substituce jedné báze za druhou v exonu genu kódujícího protein tak, že vytvořená sekvence aminokyselin není modifikována. Synonymní substituce a mutace ovlivňující nekódující DNA jsou souhrnně známy jako tiché mutace. Nesynonymní substituce má za následek změnu aminokyseliny, která může být libovolně dále klasifikována jako konzervativní (změna na aminokyselinu s podobnými fyziochemickými vlastnostmi), polokonzervativní (např. negativní na pozitivně nabitou aminokyselinu)[nutná citace], nebo radikální (diametrálně odlišná aminokyselina).
Degeneračnost genetického kódu
Překlad proteinů zahrnuje soubor dvaceti aminokyselin. Každá z těchto aminokyselin je kódována sekvencí tří párů bází DNA nazývaných kodon. Protože existuje 64 možných kodonů, ale pouze 20 aminokyselin (stejně jako stop signál [tj. tři kodony, které nekódují žádnou aminokyselinu a jsou známé jako stop kodony], což znamená, že by měl být překlad ukončen), některé aminokyseliny jsou kódovány 2, 3, 4 nebo 6 různými kodony. Například kodony TTT a TTC kódují aminokyselinu fenylalanin. To je často označováno jako redundance genetického kódu. Existují dva mechanismy redundance: několik různých transferových RNA může dodat stejnou aminokyselinu, nebo jedna tRNA může mít nestandardní „vratkou“ bázi v pozici tři antikodonu, která rozpozná více než jednu bázi v kodonu.
Ve výše uvedeném příkladu s fenylalaninem předpokládejme, že báze v pozici 3 kodonu TTT byla nahrazena C, takže kodon TTC zůstal. Aminokyselina v této pozici v proteinu zůstane fenylalaninem. Proto je substituce synonymem.
Substituce versus mutace
I když jsou mutace a substituce často používány zaměnitelně, je zde nepatrný, ale důležitý rozdíl. Nukleotidová mutace je změna báze (ať už synonymní nebo nesynnymní) taková, že mutantní a divoký typ formy koexistují v populaci. Nukleotidová substituce je změna báze mezi dvěma populacemi. Mutace se tedy stává substitucí pouze tehdy, když poslední společný předek celé populace tuto mutaci nesl [citace nutná]. Když vymřou všechny linie nesoucí alternativní mutace, zbývající mutace je prý fixní. Všimněte si, že fixní mutace nemusí nikdy dosáhnout 100% frekvence v populaci, protože mohou vzniknout další mutace na stejném místě; tyto následné mutace však budou mít společného předka, který měl fixní mutaci.
Synonymní substituce a evoluce
Když dojde k synonymní nebo tiché mutaci, často se předpokládá, že změna je neutrální, což znamená, že neovlivňuje způsobilost jedince nesoucího nový gen přežít a rozmnožovat se.
Synonymní změny nemusí být neutrální, protože některé kodony jsou přeloženy efektivněji (rychleji a/nebo přesněji) než jiné. Například když byla zavedena hrstka synonymních změn v genu alkoholdehydrogenázy ovocných mušek, které změnily několik kodonů na suboptimální synonyma, produkce kódovaného enzymu byla snížena a dospělé mouchy vykazovaly nižší etanolovou toleranci.
Mnoho organismů, od bakterií po zvířata, vykazuje zkreslené používání některých synonymních kodonů. Takové zkreslení používání kodonů může vzniknout z různých důvodů, některé selektivní a některé neutrální. U Saccharomyces cerevisiae bylo prokázáno, že používání synonymního kodonu ovlivňuje stabilitu mRNA při skládání, přičemž mRNA kóduje jinou sekundární strukturu proteinu a dává přednost různým kodonům.
Dalším důvodem, proč synonymní změny nejsou vždy neutrální, je skutečnost, že exonové sekvence blízké exonovým intronovým hranicím fungují jako RNA sestřihové signály. Když je sestřihový signál zničen synonymní mutací, exon se v konečném proteinu neobjeví. Výsledkem je zkrácený protein. Jedna studie zjistila, že přibližně čtvrtina synonymních variací postihujících exon 12 genu regulátoru transmembránové vodivosti cystické fibrozy vede k vynechání tohoto exonu.