جهش‌های DNA زمانی رخ می‌دهند که در توالی نوکلئوتیدی سازنده یک رشته DNA تغییراتی ایجاد شود. این تغییرات می‌توانند ناشی از اشتباهات تصادفی در همانندسازی DNA یا عوامل محیطی مانند پرتوهای فرابنفش (UV) و مواد شیمیایی باشند. این تغییرات در سطح نوکلئوتیدها بر فرآیندهای رونویسی (Transcription) و ترجمه (Translation) از ژن به پروتئین اثر می‌گذارند.
حتی تغییر یک باز نیتروژنی در توالی DNA می‌تواند آمینو اسیدی را که توسط کدون DNA بیان می‌شود، تغییر دهد و منجر به تولید پروتئینی کاملاً متفاوت شود. این جهش‌ها می‌توانند کاملاً بی‌ضرر، به طور بالقوه مرگبار، یا چیزی بین این دو باشند. درک این پدیده، کلیدی برای شناخت بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی و سازوکارهای تکاملی است.
جهش‌های نقطه‌ای: تغییرات ظریف در کد ژنتیکی
جهش نقطه‌ای، که به آن تغییر تک‌باز نیز گفته می‌شود، نوعی از جهش DNA است که در آن یک باز نیتروژنی واحد در توالی DNA تغییر می‌کند. این نوع جهش معمولاً کم‌خطرترین نوع در بین جهش‌های DNA محسوب می‌شود.
کدون‌ها، توالی‌های سه‌تایی از بازهای نیتروژنی هستند که توسط RNA پیام‌رسان (mRNA) در طی رونویسی خوانده می‌شوند. هر کدون mRNA به یک آمینو اسید ترجمه می‌شود و این آمینو اسیدها در نهایت پروتئینی را تشکیل می‌دهند که توسط سلول بیان خواهد شد. بسته به محل قرارگیری باز نیتروژنی در کدون، یک جهش نقطه‌ای ممکن است هیچ تأثیری بر پروتئین نداشته باشد.
از آنجا که تنها 20 آمینو اسید وجود دارد و در مجموع 64 ترکیب ممکن برای کدون‌ها وجود دارد، برخی از آمینو اسیدها توسط بیش از یک کدون رمزگذاری می‌شوند. اغلب، اگر سومین باز نیتروژنی در کدون تغییر کند، آمینو اسید تحت تأثیر قرار نخواهد گرفت. این پدیده به عنوان "اثر لرزش" (Wobble effect) شناخته می‌شود. اگر جهش نقطه‌ای در سومین باز نیتروژنی یک کدون رخ دهد، هیچ تأثیری بر آمینو اسید یا پروتئین متعاقب آن نخواهد داشت و جهش تغییری در ارگانیسم ایجاد نمی‌کند.
حداکثر تأثیر یک جهش نقطه‌ای می‌تواند تغییر یک آمینو اسید منفرد در یک پروتئین باشد. در حالی که این معمولاً یک جهش مرگبار نیست، اما ممکن است مشکلاتی در الگوی تاخوردگی پروتئین و ساختارهای سوم و چهارم پروتئین ایجاد کند.
یک مثال از جهش نقطه‌ای که بی‌ضرر نیست، کم‌خونی داسی‌شکل، یک اختلال خونی غیرقابل درمان است. این بیماری زمانی رخ می‌دهد که یک جهش نقطه‌ای باعث شود یک باز نیتروژنی واحد در یک کدون برای آمینو اسید گلوتامیک اسید به جای آن برای آمینو اسید والین رمزگذاری شود. این تغییر کوچک باعث می‌شود یک گلبول قرمز طبیعی گرد به شکل داس تبدیل شود. این تغییر شکل، منجر به مشکلات متعددی در انتقال اکسیژن و گرفتگی عروق می‌شود.
جهش‌های تغییر چارچوب: اختلال در خوانش کد ژنتیکی
جهش‌های تغییر چارچوب معمولاً بسیار جدی‌تر و اغلب مرگبارتر از جهش‌های نقطه‌ای هستند. اگرچه در این نوع جهش نیز، مانند جهش‌های نقطه‌ای، تنها یک باز نیتروژنی تحت تأثیر قرار می‌گیرد، اما در اینجا، آن باز نیتروژنی یا به طور کامل حذف می‌شود یا یک باز اضافی به وسط توالی DNA اضافه می‌شود. این تغییر در توالی، باعث تغییر چارچوب خوانش می‌شود؛ به همین دلیل به آن جهش تغییر چارچوب می‌گویند.
تغییر چارچوب خوانش، توالی سه حرفی کدون‌ها را برای رونویسی و ترجمه RNA پیام‌رسان تغییر می‌دهد. این نه تنها آمینو اسید اصلی را تغییر می‌دهد، بلکه تمام آمینو اسیدهای بعدی را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. این امر به طور قابل توجهی پروتئین را تغییر می‌دهد و می‌تواند مشکلات شدیدی ایجاد کند، حتی به طور بالقوه منجر به مرگ شود.
افزودگی (Insertion)
یکی از انواع جهش‌های تغییر چارچوب، افزودگی (Insertion) نام دارد. همانطور که از نامش پیداست، افزودگی زمانی رخ می‌دهد که یک باز نیتروژنی به طور تصادفی در وسط یک توالی اضافه شود. این امر چارچوب خوانش DNA را به هم می‌ریزد و آمینو اسید اشتباهی ترجمه می‌شود. همچنین، کل توالی را یک حرف به جلو می‌راند و تمام کدون‌هایی که پس از افزودگی می‌آیند را تغییر می‌دهد و در نتیجه پروتئین به طور کامل تغییر می‌کند.
حتی اگر افزودن یک باز نیتروژنی باعث شود طول کلی توالی بیشتر شود، لزوماً به این معنی نیست که طول زنجیره آمینو اسیدی افزایش می‌یابد. در واقع، ممکن است خلاف این امر صادق باشد. اگر افزودگی باعث شود در اثر تغییر در کدون‌ها یک سیگنال توقف ایجاد شود، ممکن است پروتئین هرگز تولید نشود. در غیر این صورت، یک پروتئین نادرست ساخته خواهد شد. اگر پروتئین تغییر یافته برای ادامه حیات ضروری باشد، به احتمال زیاد، ارگانیسم خواهد مرد.
حذف (Deletion)
حذف (Deletion) نوع دیگری از جهش تغییر چارچوب است و زمانی رخ می‌دهد که یک باز نیتروژنی از توالی حذف شود. باز هم، این امر باعث تغییر کل چارچوب خوانش می‌شود. این جهش، کدون را تغییر می‌دهد و بر تمام آمینو اسیدهایی که پس از حذف رمزگذاری می‌شوند نیز تأثیر می‌گذارد. مانند افزودگی، کدون‌های بی‌معنی و توقف نیز ممکن است در مکان‌های اشتباه ظاهر شوند.
تشبیه جهش DNA: یک مثال ساده برای درک بهتر
همانطور که یک متن خوانده می‌شود، توالی DNA نیز توسط RNA پیام‌رسان (mRNA) "خوانده" می‌شود تا یک "داستان" یا یک زنجیره آمینو اسیدی تولید شود که برای ساخت یک پروتئین مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که هر کدون از سه حرف تشکیل شده است، بیایید ببینیم چه اتفاقی می‌افتد اگر یک "جهش" در یک جمله که فقط از کلمات سه حرفی استفاده می‌کند رخ دهد.
جمله اصلی: گربه سرخ موش را خورد.
اگر یک جهش نقطه‌ای رخ دهد، جمله ممکن است به این صورت تغییر کند:
گربه زرش موش را خورد.
در این مثال، حرف "د" در کلمه "سرخ" به حرف "ش" جهش یافته است. در حالی که کلمه اول جمله دیگر دقیقاً یکسان نیست، بقیه کلمات همچنان معنی دارند و همان چیزی هستند که باید باشند. این نشان می‌دهد که جهش نقطه‌ای همیشه فاجعه‌بار نیست.
اگر یک افزودگی (Insertion) در جمله بالا رخ دهد، ممکن است جمله به این صورت خوانده شود:
گربه سرخهم موش را خورد.
افزودن حرف "ه" بعد از کلمه "سرخ" به طور کامل بقیه جمله را تغییر می‌دهد. کلمه دوم دیگر معنی ندارد و هیچ یک از کلمات بعدی آن نیز معنی ندارند. کل جمله به یک عبارت بی‌معنی تبدیل شده است. این نشان می‌دهد که جهش تغییر چارچوب چه تأثیر مخربی می‌تواند داشته باشد.
حذف (Deletion) نیز اثر مشابهی روی جمله خواهد داشت:
گربه سر موش را خورد.
در مثال بالا، حرف "خ" که باید بعد از کلمه "سر" می‌آمد، حذف شده است. باز هم، این امر کل جمله را تغییر می‌دهد. در حالی که برخی از کلمات بعدی همچنان قابل فهم هستند، معنای جمله به طور کامل تغییر کرده است. این نشان می‌دهد که حتی زمانی که کدون‌ها به چیزی تبدیل می‌شوند که کاملاً بی‌معنی نیست، باز هم پروتئین را به چیزی تبدیل می‌کند که دیگر از نظر عملکردی قابل استفاده نیست. این تشبیه کمک می‌کند تا تأثیر جهش‌های DNA بر عملکرد سلولی و سلامتی را بهتر درک کنیم.
انواع جهش DNA: از تغییرات نقطه‌ای تا اختلال در چارچوب خوانش — https://www.rayeshmand.ir/article/types-and-examples-of-dna-mutations