جهش ژنتیکی چیست و چگونه عمل می کند؟

ژن ها بخش هایی از DNA هستند که روی کروموزوم ها قرار دارند و حاوی دستورالعمل های لازم برای ساخت پروتئین ها و عملکرد سلول ها می باشند. جهش ژنتیکی به تغییر در توالی نوکلئوتیدهای DNA گفته می شود که می تواند بر یک جفت نوکلئوتید یا بخش های بزرگ تری از ژن تأثیر بگذارد. این تغییرات ممکن است منجر به تولید پروتئین های غیرفعال یا تغییر یافته شوند و در نهایت باعث ایجاد تنوع ژنتیکی و اثرات مختلفی در موجودات زنده گردند. در این محتوا، به بررسی انواع جهش های ژنتیکی، از جمله جهش های نقطه ای و درج یا حذف بازهای DNA، و همچنین علل ایجاد این جهش ها می پردازیم.

جهش های نقطه ای: تغییر در یک جفت نوکلئوتید

جهش های نقطه ای یکی از رایج ترین انواع جهش های ژنتیکی هستند که در آن یک جفت نوکلئوتید در توالی DNA تغییر می کند. این نوع جهش ها به عنوان جایگزینی باز نیز شناخته می شوند و می توانند تأثیرات متفاوتی بر عملکرد پروتئین ها داشته باشند. جهش های نقطه ای به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

• جهش خاموش: در این نوع جهش، تغییر در توالی DNA رخ می دهد، اما این تغییر باعث تولید پروتئین متفاوتی نمی شود. دلیل این امر آن است که چندین کدون ژنتیکی مختلف می توانند یک اسید آمینه یکسان را کد کنند. برای مثال، اسید آمینه آرژینین توسط کدون های CGT، CGC، CGA و CGG کد می شود. اگر کدون CGC به CGA تغییر کند، باز هم آرژینین تولید خواهد شد.
• جهش معنادار: در این نوع جهش، تغییر در توالی نوکلئوتیدها منجر به تولید اسید آمینه متفاوتی می شود. این تغییر می تواند تأثیر کمی، مفید یا حتی مضر بر عملکرد پروتئین داشته باشد. به عنوان مثال، اگر کدون CGC (آرژینین) به GGC تغییر کند، اسید آمینه گلیسین به جای آرژینین تولید می شود.
• جهش بی معنا: این نوع جهش باعث می شود که به جای کد کردن یک اسید آمینه، یک کدون توقف ایجاد شود. کدون های توقف، فرآیند ترجمه را متوقف کرده و تولید پروتئین را پایان می دهند. اگر این فرآیند زودتر از موعد متوقف شود، پروتئین تولید شده کوتاه تر از حد معمول بوده و معمولاً غیرفعال خواهد بود.

جهش های نقطه ای اگرچه کوچک به نظر می رسند، اما می توانند تأثیرات قابل توجهی بر عملکرد سلول ها و موجودات زنده داشته باشند. درک این نوع جهش ها به ما کمک می کند تا بهتر بتوانیم مکانیسم های ژنتیکی و بیماری های مرتبط با جهش ها را بررسی کنیم.

درج و حذف بازهای DNA: تغییر در چارچوب خواندن ژن

درج و حذف بازهای DNA نوع دیگری از جهش های ژنتیکی هستند که در آن یک یا چند نوکلئوتید به توالی DNA اضافه یا از آن حذف می شوند. این نوع جهش ها می توانند بسیار خطرناک باشند، زیرا چارچوب خواندن ژن را تغییر می دهند. نوکلئوتیدها در گروه های سه تایی (کدون ها) خوانده می شوند و هر کدون مسئول کد کردن یک اسید آمینه خاص است. اگر تعداد بازهای اضافه یا حذف شده مضربی از سه نباشد، چارچوب خواندن ژن به طور کامل جابه جا می شود و این پدیده به عنوان جهش جابجایی چارچوب (Frameshift Mutation) شناخته می شود.

برای مثال، فرض کنید توالی اصلی DNA به صورت زیر باشد:

• توالی اصلی: CGA-CCA-ACG-GCG...
• اسیدهای آمینه تولید شده: آرژینین/پرولین/ترئونین/آلانین...

اگر دو باز (GA) بین گروه های دوم و سوم اضافه شود، توالی جدید به این شکل درمی آید:

• توالی جدید: CGA-CCA-GAA-CGG-CG...
• اسیدهای آمینه تولید شده: آرژینین/پرولین/گلوتامیک اسید/آرژینین...

این درج باعث می شود چارچوب خواندن ژن به اندازه دو باز جابه جا شود و اسیدهای آمینه تولید شده پس از نقطه درج کاملاً تغییر کنند. این تغییر می تواند منجر به تولید پروتئین هایی شود که یا بیش از حد کوتاه هستند (به دلیل ایجاد زودهنگام کدون توقف) یا بیش از حد طولانی (به دلیل ایجاد دیرهنگام کدون توقف). در هر دو حالت، پروتئین های تولید شده معمولاً غیرفعال هستند و نمی توانند عملکرد طبیعی خود را انجام دهند.

جهش های جابجایی چارچوب به دلیل تأثیرات گسترده ای که بر ساختار و عملکرد پروتئین ها دارند، می توانند منجر به بیماری های ژنتیکی جدی شوند. درک این نوع جهش ها به دانشمندان کمک می کند تا مکانیسم های بیماری زایی را بهتر بررسی کرده و راه های درمانی مؤثری توسعه دهند.

علل جهش ژنتیکی: عوامل محیطی و خطاهای تقسیم سلولی

جهش های ژنتیکی می توانند به دلایل مختلفی رخ دهند که به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: عوامل محیطی و خطاهای طبیعی در فرآیندهای سلولی. هر یک از این عوامل می توانند به تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر باعث ایجاد تغییرات در توالی DNA شوند.

عوامل محیطی

عوامل محیطی مانند مواد شیمیایی، پرتوها و نور فرابنفش خورشید می توانند باعث ایجاد جهش در DNA شوند. این عوامل که به عنوان موتاژن شناخته می شوند، می توانند ساختار نوکلئوتیدها را تغییر داده یا حتی شکل DNA را دچار تحول کنند. برای مثال:

• مواد شیمیایی: برخی مواد شیمیایی مانند دود سیگار یا آفت کش ها می توانند با DNA واکنش داده و باعث تغییر در بازهای نوکلئوتیدی شوند.
• پرتوها: پرتوهای یونیزه کننده مانند پرتوهای ایکس یا گاما می توانند باعث شکستن رشته های DNA یا ایجاد تغییرات شیمیایی در آن شوند.
• نور فرابنفش: نور فرابنفش خورشید می تواند باعث ایجاد پیوندهای ناخواسته بین نوکلئوتیدها شود که منجر به خطا در تکثیر DNA می گردد.

خطاهای تقسیم سلولی

خطاهای طبیعی که در طول فرآیندهای تقسیم سلولی مانند میوز و میتوز رخ می دهند نیز می توانند باعث ایجاد جهش های ژنتیکی شوند. این خطاها ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• جهش های نقطه ای: تغییر در یک جفت نوکلئوتید به دلیل خطا در تکثیر DNA.
• جهش های جابجایی چارچوب: درج یا حذف بازهای DNA که باعث تغییر در چارچوب خواندن ژن می شود.
• حذف یا اضافه شدن کروموزوم ها: خطا در توزیع کروموزوم ها می تواند منجر به از دست رفتن یا اضافه شدن کروموزوم ها شود.
• جابه جایی بخش های کروموزومی: بخش هایی از کروموزوم ها ممکن است به مکان های نامناسب منتقل شوند.

این خطاها می توانند منجر به تولید پروتئین های غیرطبیعی یا اختلال در عملکرد سلول ها شوند. درک علل ایجاد جهش های ژنتیکی به دانشمندان کمک می کند تا راه های پیشگیری و درمان بیماری های مرتبط با جهش ها را بهتر بررسی کنند.