الطفرات الجينية

الطفرات الجينية

الطفرة Mutation هي تغيير عشوائي في تركيب DNA (الطفرة الجينية Gene mutation) أو في تركيب أو عدد الكروموسومات (الطفرة الكروموسومية .(Chromosome mutation
الطفرة الجينية هي تغيير في تتابع النيوكليوتيدات، وبالتالي تغيير في تتابع القواعد في DNA. تحدث الطفرة عندما يتم استبدال أو حذف أو إدخال نيوكليوتيد ومن الممكن أن يحصل ذلك بسبب الأخطاء التي تحدث أثناء تضاعف DNA، أو بسبب تلف في DNA بفعل عوامل مثل الإشعاع أو المواد المسرطنة.
قد يسبب التغيير في تتابع قواعد DNA تغييرًا في تتابع الأحماض الأمينية لعديد الببتيد الذي يشفره DNA الطافر.
ويسمى مسبب الطفرة مُطَفِر Mutagen، مثل الأشعة السينية X-Ray.
الطفرات الجينية أحداث عشوائية ومن المحتمل أن تكون ضارة، لأن إجراء أي تغيير عشوائي في تتابع الأحماض
الأمينية (التركيب الأولي) في عديد الببتيد يمكن أن يكون ضارًا. قد يؤثر مثل هذا التغيير على الطريقة التي ينطوي
بها عديد الببتيد، وبالتالي يؤدي إلى تغيير التركيب الثالثي للبروتين، الأمر الذي يؤثر في وظيفة عديد الببتيد. وقد
درست في الصف الحادي عشر كيف أن الطفرات في جينات معيّنة يمكن أن تسبب السرطان.

أنواع الطفرات
ثمّة أنواع مختلفة من الطفرات الجينية، والثلاثة الأكثر شيوعًا هي:

• الاستبدال Substitution: استبدال قاعدة بأخرى (تحل قاعدة محل قاعدة أخرى في DNA).
• الحذف Deletion: فقدان قاعدة من تتابع DNA من دون أن يتم استبدالها.
• الإدخال Insertion: إضافة قاعدة إلى تتابع DNA.

الاستبدال

يمكن أن يُستخدم تتابع القواعد في شريط القالب في الشكل ١-١٠ كمثال لتوضيح تأثير الاستبدال. يظهر تتابع القواعد في السطر الأول أدناه، وتشير الخطوط العمودية إلى كيفية قراءة الشيفرة؛ ثلاث قواعد في كل مرة، ويظهر أيضًا تتابع الأحماض الأمينية المشفرة. السطر الثاني من القواعد يُظهر الاستبدال، ولقد استُبدلت في الثلاثية الثانية القاعدة T الوسطى بالقاعدة A (مبيّنة بالأحمر للتوضيح). لاحظ أدناه التغير الناتج في تتابع الأحماض الأمينية المشفرة (التتابعات تقرأ من اليسار إلى اليمين).

يبيّن تتابع القواعد الآتي كيف أن الاستبدال لا يؤثر بالضرورة على تتابع الأحماض الأمينية المشفرة في الثلاثية
الثانية، حيث استبدلت القاعدة الثالثة T ب C (مبيّنة بالأحمر للتوضيح).

لاحظ أن ليس لذلك تأثير على تتابع الأحماض الأمينية لأن اللايسين يُشفر بكل من الشيفرتين الجينيتين TTT وTTC.
الحمض الأميني الذي يُشفَّر بأكثر من ثلاثية واحدة هو مثال على تكرار الشيفرة الجينية.
مثال على الاستبدال: فقر الدم المنجلي
يمكن أن يكون الخلل الجيني الوراثي فقر الدم المنجلي sickle cell anaemia مثالا على مدى تأثير الاستبدال، فهو
يؤثر في بروتين الهيموجلوبين.
الهيموجلوبين هو الصبغة الحمراء في خلايا الدم الحمراء، وهو يحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم. وكما درست
في الصف الحادي عشر، يتكوّن جزيء الهيموجلوبين من 4 سلاسل عديد ببتيد، تحتوي كل سلسلة على مجموعة هيم
واحدة، تتضمّن الحديد في مركزها. تسمّى سلسلتان من عديد الببتيد سلسلتَي ألفا (a)، وتسمّى السلسلتان الأخريان
سلسلتَي بيتا (B).
والجين الذي يشفر لتتابع الأحماض الأمينية في سلسلتي بيتا (B) ليس هو نفسه في جميع الناس. تبدأ سلسلتا بيتا (B)
لدى معظم الناس بتتابع الأحماض الأمينية الآتي (من اليسار إلى اليمين):

ولكن في الأشخاص المصابين بفقر الدم المنجلي يتم استبدال تتابع القواعد CAT ويصبح تتابع الأحماض الأمينية
(من اليسار إلى اليمين):

الطفرة المسؤولة هي طفرة استبدال حيث تمّ استبدال القاعدة T الثانية في الثلاثية CTT ب A. وفي هذه الحالة ينتج
من الفرق البسيط في تتابع الأحماض الأمينية فقر الدم المنجلي.

الحذف والإدخال
يمكن أن تكون طفرات الحذف والإدخال أخطر من طفرات الاستبدال لأنها تسبب (طفرات انزياح الإطار Frame – shift mutations)).
تبيّن تتابعات القواعد الآتية تأثير إدخال أو حذف قاعدة واحدة على كيفية قراءة الشيفرة.
تمّ اختيار تكرار التتابع TAG كمثال لأنه يجعل رؤية التغيير أسهل.
الشيفرة الطبيعية:

إدخال قاعدة (تبدو باللون الأحمر):

حذف قاعدة (حُذفت القاعدة آ الأولى من الثلاثية TAG الخامسة):

لاحظ أنه في حالتَي الإدخال والحذف تتغيّر الشيفرة كلها. فإطار القراءة الذي يتضمن قراءة كل ثلاثية قد انزاح
بمقدار قاعدة واحدة، ومن هنا جاء المصطلح طفرة انزياح الإطار. فجميع الثلاثيات من الطفرة وما بعدها تتأثر.
لذا من المحتمل أن تكون جميع الأحماض الأمينية المشفرة غير صحيحة، ومن المحتمل أن يكون عديد الببتيد أو
البروتين المتكوّن نتيجة لذلك غير فعّال.