موتاسيون

جهش و تغييرات ژنتيك
در هر يك از فعاليتهاي سلولي نظير فرايندهاي همانند سازي (Replication ) رو نويسي (Trancecription) ترجمه ( Translation) تركيب مجدد يا نو تركيبي ( Recombination) كروموزومها و بروز و ظهور اطلاعات ژنتيكي ( Gene-expression ) احتمال خطا و اشتباه وجود دارد.
درست است كه سطح دقت در اين فرايندها به گونه اي باورنكردني بالا و بسيار بالا است , اما با وجود اين , احتمال پيوند خوردن خطا در ميليونها و ميلياردها اتصال هميشه وجود دارد
ساختمان ملكول DNA دو زنجيره اي به گونه اي است كه بازهاي جفت شده در مركز مفتول و اسيدهاي فسفريك در سطح خارجي آن قرار دارند.

اين وضعيت سبب مي شود كه ملكول DNA خاصيت اسيدي پيدا كرده و بتواند با پروتوئينهاي بازي ويژه اي نظير هيستونها يا پروتامين تركيب شده و نوكلئوپروتوئين را بسازد.
اين نوكلئوپروتئين بصورت غلافي سرتاسر ملكول DNA را پوشانيده و آنرا دربرگرفته و حفاظي بدور ملكول بوجود آورده است .اما تمهيدات حفاظتي به همين جا ختم نمي گردد الياف نوكلئوپروتوئين يا كروموزوم دهها و صدها و هزارها با به روي خود تا مي شوند تا هم اين ملكول عظيم و سخت پيچيده شوند در درون سلول بسيار كوچك جاي بگيرد و هم حفاظت از اطلاعات اساسي حيات در بالاترين سطح بازدهي تحقق پذيرد.

هر قدر موجود پيچيده تر و پيشرفته باشد اين تمهيدات حفاظتي شديدتر است
در بسياري از موجودات يوكاريوتيك تك سلولي يا چند سلولي بعد از تمامي اين تجهيزات و تمهيدات حفاظتي , الياف نكلئوپروتئين در عميق ترين بخش سلول در مناسبترين جايگاه يعني در هسته و هستك جاي گرفته اند .
با همه اين پيش بيني ها و شگردهاي بسيار ظريف و دقيق ماده ژنتيك هنوز هم آسيب پذير است و دچار سانحه و ضايعه مي گردد.

ضايعاتي كه ممكن است هم از درون و هم از برون نشآت بگيرند.عوامل خارجي از نوع فيزيكي نظير تشعشات اتمي وكيهاني , اشعه ماوراي بنفش و غيره و يا از نوع شيميائي همچون ازت و گاز خردل , رنگهاي اكريدين ,بنزو پرين و بسياري از تركيبات شيميائي نظير اينها هر كدام بشيوه خاصي قادر به ايجاد ضايعه در ماده ژنتيك هستند .علاوه بر تمام اين پيش بيني هاي حفاظتي , در كنار فرآيندهاي اصلي حيات نظير همانند سازي , رونويسي و … سيستمهائي در درون موجود به وجود آمده اند كه كارشان شناسائي و آگاهي فوري و سريع از خطاهاي داخلي , يا اثرات عوامل خارجي و اقدام فوري و مناسب براي جبران خطا و يا مقابله يا تهديدات و ترميم ( Repair ) و تعمير ضايعات و آسيبهاي حاصله است .

اما علي رغم اين تمهيدات ظريف و دقيق و گسترده در سطح ماكرو وميكرو , ساختار ژنتيكي و به تبع آن فينوتيپي موجودات زنده طي ميليونها سال دستخوش تغييرات زيادي شده است .
برخي از اين تغييرات چنان محدود و جزئي هستند كه در همان سطح ژنوتيپ با قي مي مانند و اگر چه از نسلي به نسل ديگر منتقل مي گردند اما بروز خارجي يا فينوتيپي پيدا نمي كنند . گاهي هم ممكن است در جندين نسل بعد بروز و ظهور خارجي پيدا كنند .

حال آنكه پاره اي ديگر از اين تغييرات سبب تغيير در برخي از صفات و ويژگيهاي فينوتيپي در جهت تطابق بهتر با محيط و پيدايش انواع سويه ها و گونه هاي جديد در يك موجود شده و در مواردي هم در دراز مدت موجب بروز نوع يا گونه جديدي مي شوند. اما اكثر اين تغييرات به قدري حساس و شديداند كه مفيد به حال موجود نيستند و سبب تطابق بهتر آن با محيط زيست نشده و منجر به مرگش مي شوند.

جهش فرآيند يا پويشي است كه موجب تغيير مجموعه توارثي سلول و نهايتاٌ پيدايش يك موجود زنده با ويژگيهاي جديد ژنتيكي مي گردد.
واژه موتاسيون يا جهش اولين بار در سال ۱۶۵۰ ميلادي در مورد بروز و ظهور تغييرات ساختماني مشهود در موجودات زنده بكار برده شد .
اما چون استقبال چنداني از اين واژه بعمل نيامد به زودي به بوته فراموشي سپرده شد . در اوايل قرن بيستم يك گياه شناس هلندي به نام هوگو دو وريس ( Hugo De Vries) نظرات و كشفيات ژرژمندل , زيست شناس مشهور استراليائي قرن ۱۹ در زمينه وراثت را مورد بررسي و مطالعه مجدد قرار داد و توانست اهميت و عمق تحقيقات مندل را بار ديگر در ابعاد جديدي نشان بدهد . وي در ارائه و بررسي نظرات مندل واژه موتاسيون را براي انواع جديد تغيير يافته بكار برد و از آن پس اين واژه بطور گسترده اي مورد استفاده زيست شناسان قرار گرفت.

اگرچه هنوز هم مشاهده تغييرات فينوتيپي مهم ترين و ابتدائي ترين شيوه عملي شخيص جهش محسوب مي گردد اما امروزه كاملاٌ روشن شده است كه اين تعريف اساساٌ ناقص و نارسا ست . چرا كه بسياري از جهش ها به علل مختلف به تغييرات فينوتيپي منجر نميشوند , مثلاٌ در ژنتيك جديد روشن شده است كه در رمز ژنتيك ترادف وجود دارد . يعني براي برخي از اسيدهاي آمينه بيش از يك لغت رمز سه حرفي وجود دارد . و لذا اگر چه تغيير و جابجائي در نوكلئوتيدهاي DNA موجب به بوجود آمدن لغت رمز جديدي مي شود اما معني اين لغت رمز جديد چه بسا مترادف لغت رمز اوليه باشد.

مثلاٌ : براي اسيد آمينه تيروزين دولغت رمز سه حرفي UAU و UAG وجود دارد كه براي هر يك از آنها ۹ تغيير و جابجائي نوكلئوتيدها متحمل است .
مثلاٌ : براي لغت رمز UAU لغات رمز جهش يافته جديد عبارت خواهند بود از :UGU,UCU,AAU,GAU,CAU,UAC,UAA ,UAG,UUU
از اين نه لغت رمز معناي سه حرفي UAC مترادف با UAU يعني همان اسيد آمينه تيروزين است .
لذا اگر چه يك تغيير جهشي صورت گرفته است و باز C جاي باز U قرار گرفته است اما اين تغيير بروز فينوتيپي پيدا نخواهد كرد .

گاهي آسيب و تغيير در ماده ژنتيك ممكن است در ژن هائي رخ بدهد كه از حيث اطلاعات ژنتيك غير فعال باشند- نظير قطعات صامت در زنجيره DNA كه اساساٌ از روي آنها رونويسي صورت نمي گيرد . يا در ژنهائي صورت بگيرد كه از آن نوع ژن به تعداد زياد و مكرر در DNA وجود دارد .آسيب در اين نوع ژنها نيز اثر فينوتيپي ايجاد نمي نمايد.

جهش يك تغيير قابل وراثت , كه بر كروموزم اثر دائم مي گذارد است كه به ايجاد يك موجود جهش يافته منجر مي گردد.
تغييرات جهشي ها را مي توان بر حسب شاخص هاي متعدد تقسيم بندي كرد .
برخي از تغييرات جهشي دائمي و برخي موقتي هستند كه به آنها جهش شرطي هم گفته مي شود به اين معني كه تا زماني كه شرايط و علل و اسباب تغيير جهشي وجود داشته باشد فينوتيپ جهش يافته بروز مي كند و باقي مي ماند با از بين رفتن شرايط يا علل فينوتيپ جهش يافته نيز ناپديد مي گردد.
نمونه اي از اين نوع جهش ها كه بطور گسترده مطالعه شده است سبيه هاي جهش يافته حساس به گرما Temprature Sensitive و جهش يافته هاي حامل آسيبهاي بي معني Non_Sense mutation مي باشند .

جهش هاي محدود :
برخي از تغييرات جهشي تنها در يك قسمت بسيار محدود از ماده ژنتيك صورت مي گيرند.
جهش هاي محدود ممكن است به يكي از اشكال گوناگون زير همراه با اثرات و پيامدهاي متفاوت صورت پذيرد :
۱٫ جهش هاي جايگزيني (Substitution M.) : در اين نوع جهش ها در زنجيره اسيد نوكلئيك ژنتيك يك باز عالي جانشين باز عالي ديگري شده است به اين نوع تغييرات جهش هاي جانشيني ( Replacement M.) نيز گفته مي شود .
اگر چنانچه باز عالي جانشين شده با باز اصلي از يك گروه شيميائي باشند , يعني يك پورين جاي پورين ديگر را گرفته باشد و يا يك پيريميدين جايگزين پيريميدين اوليه شده باشد اين نوع تغيير را جهش انتقالي مي گويند . اگر چنانچه باز عالي جايگزين شده باز اوليه از يك گروه شيميائي نباشند يعني يك باز پورين جايگزين يك باز پيريميدين يا بالعكس شده باشد اين جايگزيني را جهش متقاطع ( Transversion M.) خوانده اند .

۲-جهش هاي افزايشي (Addition M. ) : در اين نوع تغييرات يك يا چند نوكلئوتيد ( اعم از پورين يا پيريميدين ) به زنجيره اسيد نوكلئيك ژنتيك افزوده شده است .به اين نوع تغييرات جهش هاي الحاقي (Inversion M. ) نيز گفته اند.
۳-جهش هاي حذفي يا نقصاني ( Deletion M. ) : در اين نوع تغييرات , بر خلاف تغييرات گروه دوم يك يا پند نوكلئوتيد از زنجيره اسيد نوكلئيك حذف شده است.
۴-جهش هاي جابجائي ( Transposition M. ) : در اين نوع تغييرات يك يا چند نوكلئوتيد از جاي اصلي خود در زنجيره اسيد نوكلئيك به جاي ديگري در زنجيره نقل مكان كرده است.
۵- جهش هاي معكوس ( Inversion M. ) : در اين نوع جهش ها هيچ تغيير كمي در نوكلئوتيدهاي اسيد نوكلئيك رخ نمي دهد . بلكه در قسمتي يا قسمتهائي از كروموزم جاي يك يا چند نوكلئوتيد با نوكلئوتيدهاي ديگر عوض مي شود. گاهي اوقات در اثر اين جابجائي تغييراتي در وضعيت فضائي نوكلئوتيدهاي جابجا شده در زنجيره اسيد نوكلئيك ايجاد مي گردد كه در نتيجه آن جهت قطبي ( Polarity ) اسيد نوكلئيك در آن قسمت از كروموزم ۱۸۰ درجه تغيير پيدا مي كند.
جهش هاي گسترده :
برخي از تغييرات جهشي در محدوده يك يا چند نوكلئوتيد ژنتيكي فراتر رفته و شامل حذف , افزايش , قطع و وصل و جابجائي قسمتهائي از , و يا تمامي يك يا چند ژن و كروموزم مي گردد كه در آن صورت دامنه اثرات آنها بسيار گسترده تر از جهش هاي محدود مي باشد و ممكن است يك يا چند ژن وي ا كروموزم را در بر گيرد.

موتاسيون هاي بي معني و بد معني :
هر گاه در اثر موتاسيون كدون يك اسيد آمينه به كدون اسيد آمينه ديگري تغيير كند به آن موتاسيون بد معني ( Missense Mutation ) مي گويند.
حال چنانچه در اثر موتاسيون يك كدون به صورت كدون خاتمه در آيد به حالت فوق موتاسيون بي معني ( Nonsense Mutation ) گفته مي شود.
با توجه به اينكه فقط سه كدون خاتمه وجود دارد , اغلب موتاسيونهائي كه در يك نوكلئوتيد صورت مي گيرد ( Point Mutation ) منجر به موتاسيون بد معني شده و كمتر موتاسيون بي معني توليد مي شود .

در اغلب مواقعي كه موتاسيون بد معني در يك پروتئين ايجاد مي شود به خاطر اينكه فقط يك اسيد آمينه عوض شده است پروتئين فوق كماكان فعاليت بيولوژيك خود را حفظ مي كند.
گاهي پروتئين هائي كه در آن موتاسيون بد معني انجام گرفته است فقط در دماي بالاتر از دماي طبيعي خود فعاليت خود را از دست مي دهند كه به حالت فوق موتاسيون حساس به دما مي گويند.
بسياري از كونه هاي غير طبيعي هموگلوبين در نتيجه موتاسيون بد معني حاصل شده اند.
مطالعات وسيعي كه در ملكولهاي هموگلوبين انجام گرفته است نشان مي دهد كه اغلب تعويض يك نوكلئوتيد منجر به موتاسيون مي شود.

موتاسيون بي معني اغلب رشته هاي پلي پپتيد ناقص توليد مي كند:

با تبديل يك كدون معمولي به كدون خاتمه بيوسنتز رشته پلي پپتيد خاتمه مي يابد.
اندازه پلي پپتيد توليد شده بسته به موقعيت كدون خاتمه در ژن دارد .
موتاسيون هائي كه در ابتداي ژن بوجود مي آيد رشته هاي كوتاه توليد مي كنند در حاليكه موتاسيون هائي كه در انتهاي ژن بوجود مي آيند رشته هاي تقريباٌ سالمي را مي سازند .
اغلب رشته هاي پلي پپتيد ناقص فاقد فعاليت بيولوژيك هستند و در نتيجه اغلب موتاسيون هاي بي معني قابل تشخيص هستند .

در حاليكه اغلب موتاسيون هاي بد معني داراي فعاليت بيولوژيك هستند و در نتيجه تشخيص آنها دشوار است .
اگر سلولهاي كلي باسيل با يك عامل جهش زا تماس داشته باشند اغلب موتاسيون هاي قابل روئيت از نوع بي معني خواهند بود.
اغلب ممكن است اثر يك موتاسيون مخرب توسط موتاسيون ثانويه ديگري برطرف شود. ماهيت بعضي از اين موتاسيون ها قابل تشخيص هستند زيرا باعث تغيير نوكلئوتيد موتاسيون يافته به حالت طبيعي مي شوند ( Reverse Mutation ).
شناخت اثر بعضي از موتاسيون ها كه در نقاط مختلف كروموزم اتفاق مي افتند دشوار است. براي مثال اگر موتاسيوني در جايگاه A توليد شود عواقب موتاسيون فوق در اثر ظهور موتاسيون ديگري در جايگاه B برطرف مي شود. موتاسيون هاي سوپرسور( Suppressor Mutation ) فوق دو نوع هستند:
در نوع اول موتاسيون دوم در همان ژني صورت گرفته است كه موتاسيون اول رخ داده است( Intragenic Suppression ) ولي در نوع دوم موتاسيون دوم در ژن ديگري به وجود آمده است (Intrgenic Suppression ) از طرفي ديگر ژن هائي كه مانع از بوجود آمدن موتاسيون در ژنهاي ديگر مي شوند به ژن هاي سوپرسور موسوم اند.
هر دو نوع موتاسيون سبب توليد پروتئين از ژنهائي كه در اثر موتاسيون مضر اوليه خاموش شده اند مي شود.
توسط يك tRNA جهش يافته جهش هاي بي معني تصحيح مي شوند :
موتاسيون بي معني كه منجر به ختم زودرس مي شود براي اولين بار در ژن پروتئين پوششي فاژ R17 ( حاوي RNA ) نشان داده شد.

RNA موتاسيون يافته فاژ R17 تا زمانيكه tRNA سوپرسور مناسب خود را نداشته باشد قادر به بيان پروتئين پوششي نيست. tRNA سوپرسور فوق موتاسيون بي معني ايجاد شده را به عنوان يك اسيد آمينه تلقي كرده و رشته پروتئيني كامل ساخته مي شود.