الطفرات الجينية: ما تتكون منه ، أنواعها وعواقبها - مادة الاحياء - 2025

و الطفرات الجينية أو محددة هي تلك التي واحدة أليل تغيير الجينات، ليصبح مختلفا واحد. يحدث هذا التغيير داخل الجين ، في موضع أو نقطة ، ويمكن تحديد موقعه.

على العكس من ذلك ، في الطفرات الصبغية ، عادة ما تتأثر مجموعات من الكروموسومات أو كروموسوم كامل أو أجزاء منه. لا تنطوي بالضرورة على طفرات جينية ، على الرغم من أنها قد تحدث في حالة انكسارات الكروموسومات التي تؤثر على الجين.

الشكل 1. طفرة في جين يتحكم في شكل ذيل الفأر. المصدر: بقلم (الصورة بإذن من إيما وايتلو ، جامعة سيدني ، أستراليا) ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

مع تطوير الأدوات الجزيئية المطبقة على تسلسل الحمض النووي ، تم إعادة تعريف مصطلح طفرة النقطة. يستخدم هذا المصطلح اليوم للإشارة إلى التعديلات في زوج أو بضعة أزواج نيتروجينية متجاورة في الحمض النووي.

ما هي الطفرات؟

الطفرة هي الآلية الجوهرية التي تقدم الاختلاف الجيني في السكان. يتكون من التغيير المفاجئ في النمط الجيني (DNA) للكائن الحي ، ليس بسبب إعادة التركيب أو إعادة الترتيب الجيني ، ولكن بسبب الوراثة أو تأثير العوامل البيئية السلبية (مثل السموم والفيروسات).

يمكن للطفرة أن تتجاوز النسل إذا حدثت في الخلايا الجرثومية (البويضات والحيوانات المنوية). يمكن أن يسبب اختلافات صغيرة في الفرد ، اختلافات هائلة - حتى تسبب الأمراض - أو يمكن أن تظل صامتة ، دون أي تأثير.

يمكن أن تؤدي الاختلافات في المادة الوراثية إلى تنوع مظهري في الطبيعة ، سواء كان ذلك بين أفراد من أنواع مختلفة أو حتى من نفس النوع.

أنواع التغيرات الطفرية الجينية أو النقطية

هناك نوعان من التغيرات الطفرية الجينية:

تغيرات قاعدة النيتروجين

وهي تتكون من استبدال زوج من القواعد النيتروجينية بآخر. وهي بدورها مقسمة إلى نوعين: التحولات والاستعراضات.

• التحولات: تتضمن استبدال قاعدة بأخرى من نفس الفئة الكيميائية. على سبيل المثال: البيورين لبيورين آخر ، الأدينين للجوانين أو الجوانين للأدينين (A → G أو G → A). يمكن أن يكون أيضًا حالة استبدال بيريميدين ببيريميدين آخر ، على سبيل المثال: السيتوزين للثيمين أو الثايمين للسيتوزين (C → T أو T → C).
• التحولات : هي التغييرات التي تنطوي على فئات كيميائية مختلفة. على سبيل المثال ، حالة التغيير من بيريميدين إلى البيورين: T → A ، T → G ، C → G ، C → A ؛ أو البيورين للبيريميدين: G → T، G → C، A → C، A → T.

وفقًا للاتفاقية ، يتم وصف هذه التغييرات بالإشارة إلى الحمض النووي مزدوج الشريطة ، وبالتالي يجب تفصيل القواعد التي يتكون منها الزوج. على سبيل المثال: سيكون الانتقال هو GC → AT ، بينما يمكن أن يكون التحويل هو GC → TA.

الشكل 2. أنواع التغييرات الطفرية النقطية. المصدر: (بواسطة Sara - Own work، CC BY-SA 3.0،

عمليات الإدراج أو الحذف

وهي تتكون من دخول أو خروج زوج أو أزواج متعددة من النيوكليوتيدات للجين. على الرغم من أن الوحدة المتأثرة هي النيوكليوتيدات ، فإننا عادة ما نشير إلى زوج أو أزواج القواعد المعنية.

الآثار

-مفاهيم أساسية

لدراسة عواقب الطفرات الجينية ، يجب علينا أولاً مراجعة خاصيتين أساسيتين للشفرة الجينية.

1. الأول هو أن الشيفرة الجينية تتدهور. هذا يعني أن نفس النوع من الأحماض الأمينية في البروتين يمكن ترميزه بأكثر من ثلاثة توائم أو كودون في الحمض النووي. تشير هذه الخاصية إلى وجود ثلاثة توائم أو أكواد في الحمض النووي أكثر من أنواع الأحماض الأمينية.
2. الخاصية الثانية هي أن الجينات تمتلك أكواد الإيقاف ، المستخدمة لإنهاء الترجمة أثناء تخليق البروتين.

- سيناريوهات الطفرات الجينية

يمكن أن يكون لطفرات الدعامات عواقب مختلفة ، اعتمادًا على المكان المحدد الذي تحدث فيه. لذلك ، يمكننا تصور سيناريوهين محتملين:

1. تحدث الطفرة في جزء من الجين يتم فيه ترميز البروتين.
2. تحدث الطفرة في متواليات تنظيمية أو أنواع أخرى من التسلسلات غير المشاركة في تحديد البروتين.

- النتائج الوظيفية للسيناريو الأول

تولد الطفرات الجينية في السيناريو الأول النتائج التالية:

طفرة صامتة

يحدث ذلك عندما يتغير كودون لآخر يرمز لنفس الحمض الأميني (هذا نتيجة لانحطاط الكود). تسمى هذه الطفرات الصامتة ، لأنه في الواقع لا يتغير تسلسل الأحماض الأمينية الناتجة.

طفرة U-turn

يحدث عندما يحدد تغيير الكودون تغيير الأحماض الأمينية. يمكن أن يكون لهذه الطفرة تأثيرات مختلفة اعتمادًا على طبيعة الحمض الأميني الجديد الذي تم إدخاله.

إذا كانت كيميائية بطبيعتها مشابهة للأصل (استبدال مرادف) ، فقد يكون التأثير على وظيفة البروتين الناتج ضئيلًا (غالبًا ما يسمى هذا النوع من التغيير التغيير المحافظ).

من ناحية أخرى ، عندما تكون الطبيعة الكيميائية للحمض الأميني الناتج مختلفة تمامًا عن الأصل ، يمكن أن يكون التأثير متغيرًا ، وقد يصبح البروتين الناتج عديم الفائدة (تغيير غير متحفظ).

يمكن أن يكون للموقع المحدد لمثل هذه الطفرة داخل الجين تأثيرات متغيرة. على سبيل المثال ، عندما تحدث الطفرة في جزء من التسلسل الذي سيؤدي إلى ظهور المركز النشط للبروتين ، فمن المتوقع أن يكون الضرر أكبر مما لو حدث في مناطق أقل خطورة.

طفرة هراء

يحدث ذلك عندما يولد التغيير رمز إيقاف الترجمة. ينتج هذا النوع من الطفرات عادة بروتينات مختلفة (بروتين مبتور).

عمليات الإدراج أو الحذف

لديهم تأثير مكافئ للطفرة غير المنطقية ، وإن لم تكن متطابقة. يحدث التأثير عندما يتغير إطار قراءة الحمض النووي (ظاهرة تعرف باسم تغيير إطار القراءة أو انعطاف الإطارات).

ينتج عن هذا الاختلاف مرسال RNA (mRNA) مع تأخر عن المكان الذي حدثت فيه الطفرة (الإدراج أو الحذف) ، وبالتالي تغيير في تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين. ستكون منتجات البروتين التي يتم الحصول عليها من الجينات التي تحتوي على هذه الأنواع من الطفرات معطلة تمامًا.

استثناءات

يمكن أن ينتج استثناء عند إدخال أو حذف ثلاثة نيوكليوتيدات بالضبط (أو مضاعفات الثلاثة).

في هذه الحالة ، على الرغم من التغيير ، يظل إطار القراءة دون تغيير. ومع ذلك ، لا يمكن بالتالي استبعاد أن يكون البروتين الناتج غير فعال ، إما بسبب دمج الأحماض الأمينية (في حالة الإدخال) أو بسبب فقدها (في حالة الحذف).

- النتائج الوظيفية للسيناريو الثاني

يمكن أن تحدث الطفرات في متواليات شبيهة بالتنظيم أو تسلسلات أخرى لا تشارك في تحديد البروتينات.

في هذه الحالات ، يكون من الصعب التنبؤ بتأثير الطفرات. سيعتمد بعد ذلك على كيفية تأثير طفرة النقطة على تفاعل هذا الجزء من الحمض النووي مع المنظمات المتعددة للتعبير الجيني الموجودة.

مرة أخرى ، فإن كسر إطار القراءة أو الفقد البسيط لجزء ضروري لربط المنظم ، يمكن أن يتسبب في تأثيرات تتراوح من خلل وظيفي في منتجات البروتين ، إلى نقص التحكم في الكميات نفسها.

- حالات متكررة تؤدي إلى أمراض

مثال على طفرة نقطية نادرة جدًا هو ما يسمى بطفرة اكتساب الحس.

يتكون هذا من تحويل كود الإيقاف إلى كودون ترميز. هذه هي حالة متغير من الهيموغلوبين يُدعى Constant Spring Hemoglobin (البديل الأليلي HBA2 * 0001) ، الناجم عن تغيير كود الإيقاف UAA إلى كودون CAA.

في هذه الحالة ، ينتج عن الطفرة النقطية هيموجلوبين α-2 غير مستقر يمتد بمقدار 30 حمضًا أمينيًا ، مما يتسبب في مرض الدم يسمى ألفا ثلاسيميا.

المراجع

1. آير ووكر ، أ. (2006). توزيع تأثيرات اللياقة لطفرات الأحماض الأمينية الضارة الجديدة في البشر. علم الوراثة، 173 (2) ، 891-900. دوى: 10.1534 / علم الوراثة.106.057570
2. هارتويل ، إل إتش وآخرون. (2018). علم الوراثة من الجينات إلى الجينوم. الطبعة السادسة ، MacGraw-Hill Education. ص 849
3. نوفو فيلافيردي ، إف جي (2008). علم الوراثة البشرية: مفاهيم وآليات وتطبيقات علم الوراثة في مجال الطب الحيوي. Pearson Education، SA pp. 289
4. نوسباوم ، رل وآخرون. (2008). علم الوراثة في الطب. الطبعة السابعة. سوندرز ، ص. 578.
5. ستولتزفوس ، أ ، وكابل ، ك. (2014). Mendelian-Mutationism: التوليف التطوري المنسي. مجلة تاريخ علم الأحياء ، 47 (4) ، 501-546. دوى: 10.1007 / s10739-014-9383-2