چه جهش هایی را خودبخودی می نامند؟ اگر این اصطلاح را به زبانی قابل دسترسی ترجمه کنیم، اینها خطاهای طبیعی هستند که در فرآیند تعامل مواد ژنتیکی با محیط داخلی و / یا خارجی رخ می دهد. چنین جهش هایی معمولاً تصادفی هستند. آنها در سلول های تناسلی و سایر سلول های بدن مشاهده می شوند.
علل اگزوژن جهش
جهش خود به خودی می تواند تحت تأثیر مواد شیمیایی، تشعشع، دمای بالا یا پایین، هوای کمیاب یا فشار بالا رخ دهد.
هر سال، به طور متوسط، یک نفر حدود یک دهم راد پرتوهای یونیزان را جذب می کند که پس زمینه تشعشع طبیعی را تشکیل می دهد. این عدد شامل تشعشعات گاما از هسته زمین، باد خورشیدی و رادیواکتیویته عناصر موجود در ضخامت پوسته زمین و محلول در جو است. دوز دریافتی نیز بستگی به محل قرارگیری فرد دارد. یک چهارم تمام جهش های خود به خودی به دلیل این عامل اتفاق می افتد.
اشعه ماوراء بنفش، برخلاف تصور رایج، نقش جزئی در آن ایفا می کندوقوع تجزیه DNA، زیرا نمی تواند به اندازه کافی به عمق بدن انسان نفوذ کند. اما پوست اغلب از قرار گرفتن بیش از حد در معرض نور خورشید (ملانوم و سایر سرطان ها) رنج می برد. با این حال، موجودات تک سلولی و ویروس ها هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید جهش می یابند.
دمای بیش از حد بالا یا پایین نیز می تواند باعث تغییر در ماده ژنتیکی شود.
علل درونی جهش
دلایل اصلی که چرا جهش خود به خودی می تواند رخ دهد، عوامل درون زا هستند. اینها شامل محصولات جانبی متابولیک، اشتباهات در فرآیند تکثیر، ترمیم یا نوترکیب و موارد دیگر است.
-
شکست در همانندسازی:
- انتقال خود به خود و وارونگی بازهای نیتروژنی؛
- درج نادرست نوکلئوتیدها به دلیل خطا در DNA پلیمرازها؛- جایگزینی شیمیایی نوکلئوتیدها به عنوان مثال، گوانین-سیتوزین به آدنین-گوانین.
- خطاهای ترمیم:-جهش در ژن های مسئول ترمیم بخش های جداگانه زنجیره DNA پس از شکستن آنها تحت تأثیر عوامل خارجی.
- مشکلات مربوط به نوترکیب:- شکست در فرآیندهای عبور از طریق میوز یا میتوز منجر به از دست دادن و تکمیل پایه ها می شود.
اینها عوامل اصلی ایجاد جهش های خود به خودی هستند. دلایل شکست ممکن است در فعال شدن ژن های جهش دهنده و همچنین تبدیل ترکیبات شیمیایی ایمن به متابولیت های فعال تر باشد که بر هسته سلول تأثیر می گذارد. علاوه بر این، عوامل ساختاری نیز وجود دارد. اینها شامل تکرار توالی نوکلئوتیدی در نزدیکی محل استبازآرایی های زنجیره ای، وجود بخش های DNA اضافی مشابه ساختار ژن، و همچنین عناصر متحرک ژنوم.
پاتوژنز جهش
جهش خود به خودی به دلیل تأثیر همه عوامل فوق با هم یا جداگانه در دوره خاصی از زندگی سلول رخ می دهد. پدیده ای به عنوان نقض لغزشی جفت شدن رشته های DNA دختر و مادر وجود دارد. در نتیجه، حلقه‌ها اغلب از پپتیدهایی تشکیل می‌شوند که نتوانسته‌اند به اندازه کافی در توالی قرار بگیرند. پس از حذف قطعات DNA اضافی از رشته دختر، حلقه ها می توانند هم برداشته شوند (حذف) و هم ساخته شوند (تکثیر، درج). تغییرات ظاهر شده در چرخه های بعدی تقسیم سلولی ثابت می شوند.
سرعت و تعداد جهش هایی که رخ می دهند به ساختار اولیه DNA بستگی دارد. برخی از دانشمندان معتقدند که مطلقاً تمام توالی‌های DNA در صورت ایجاد خمیدگی، جهش‌زا هستند.
شایع ترین جهش های خودبه خودی
شایع ترین تظاهرات جهش های خود به خودی در ماده ژنتیکی چیست؟ نمونه هایی از چنین شرایطی از بین رفتن بازهای نیتروژنی و حذف اسیدهای آمینه است. بقایای سیتوزین به ویژه به آنها حساس هستند.
ثابت شده است که امروزه بیش از نیمی از مهره داران دارای جهش بقایای سیتوزین هستند. پس از دآمیناسیون، متیل سیتوزین به تیمین تبدیل می شود. کپی بعدی این قسمت خطا را تکرار می کند یا حذف می کند یا دو برابر وبه یک قطعه جدید جهش می یابد.
یکی دیگر از دلایل جهش های خودبخودی مکرر، تعداد زیادی شبه زا است. به همین دلیل، نوترکیبی های همولوگ نابرابر می توانند در طول میوز ایجاد شوند. این منجر به بازآرایی در ژن‌ها، چرخش و دو برابر شدن توالی‌های نوکلئوتیدی منفرد می‌شود.
مدل پلیمراز جهش زایی
طبق این مدل، جهش های خود به خودی در نتیجه خطاهای تصادفی در مولکول هایی که DNA را سنتز می کنند رخ می دهد. برای اولین بار چنین مدلی توسط برسلر ارائه شد. او پیشنهاد کرد که جهش‌ها به دلیل این واقعیت است که پلیمرازها در برخی موارد نوکلئوتیدهای غیر مکمل را در توالی وارد می‌کنند.
سالها بعد، پس از آزمایش ها و آزمایش های طولانی، این دیدگاه در دنیای علمی تأیید و پذیرفته شد. حتی الگوهای خاصی استنباط شده است که به دانشمندان اجازه می دهد جهش ها را با قرار دادن بخش های خاصی از DNA در معرض نور فرابنفش کنترل و هدایت کنند. بنابراین، برای مثال، مشخص شد که آدنین اغلب در مقابل سه قلو آسیب دیده قرار می گیرد.
مدل تومریک جهش زایی
نظریه دیگری در توضیح جهش های خود به خود و مصنوعی توسط واتسون و کریک (کاشفان ساختار DNA) ارائه شد. آنها پیشنهاد کردند که جهش زایی بر اساس توانایی برخی از بازهای DNA برای تبدیل شدن به اشکال تومریک است که نحوه اتصال بازها را تغییر می دهد.
پس از انتشار، این فرضیه به طور فعال توسعه یافت. پس از آن اشکال جدیدی از نوکلئوتیدها کشف شدتابش نور ماوراء بنفش به آنها این به دانشمندان فرصت های جدیدی برای تحقیق داد. علم مدرن هنوز در مورد نقش اشکال توتومریک در جهش زایی خود به خود و تأثیر آن بر تعداد جهش های شناسایی شده بحث می کند.
مدل های دیگر
جهش خود به خودی ممکن است در نقض شناخت اسیدهای نوکلئیک توسط DNA پلیمرازها باشد. پولتایف و همکارانش مکانیسمی را که انطباق با اصل مکمل بودن در سنتز مولکول های DNA دختر را تضمین می کند، روشن کردند. این مدل امکان مطالعه قاعده مندی های ظاهر جهش زایی خود به خود را فراهم کرد. دانشمندان کشف خود را با این واقعیت توضیح دادند که دلیل اصلی تغییر در ساختار DNA سنتز جفت‌های غیر متعارف نوکلئوتیدها است.
آنها پیشنهاد کردند که جایگزینی باز به دلیل دآمیناسیون بخش های DNA رخ می دهد. این منجر به تغییر سیتوزین به تیمین یا اوراسیل می شود. در اثر چنین جهش هایی، جفت نوکلئوتیدهای ناسازگار تشکیل می شوند. بنابراین، در طول تکرار بعدی، یک انتقال رخ می دهد (جایگزینی نقطه ای پایه های نوکلئوتیدی).
طبقه بندی جهش ها: خودبخودی
طبقه بندی های مختلفی از جهش ها بسته به اینکه کدام معیار زیربنای آنها است، وجود دارد. بر اساس ماهیت تغییر در عملکرد ژن یک تقسیم بندی وجود دارد:
- هیپومورف (الل های جهش یافته پروتئین های کمتری را سنتز می کنند، اما شبیه به پروتئین های اصلی هستند)؛
- آمورف (ژن به طور کامل عملکرد خود را از دست داده است)؛
- ضد شکل (ژن جهش یافته کاملاً آن ویژگی را تغییر می دهد که نشان دهنده آن است؛ - نئومورفیک (علائم جدید ظاهر می شود).
اما یک طبقه بندی رایج تر که همه جهش ها را متناسب با متغیر تقسیم می کند.ساختار برجسته:
1. جهش های ژنومی اینها عبارتند از پلی پلوئیدی، یعنی تشکیل ژنوم با مجموعه ای از کروموزوم های سه گانه یا بیشتر، و آنیوپلوئیدی، تعداد کروموزوم های ژنوم مضرب عدد هاپلوئید نیست.
2. جهش های کروموزومی بازآرایی های قابل توجهی در بخش های جداگانه کروموزوم ها مشاهده می شود. از دست دادن اطلاعات (حذف)، دو برابر شدن آن (تکثیر)، تغییر جهت توالی های نوکلئوتیدی (وارونگی)، و همچنین انتقال بخش های کروموزوم به مکان دیگر (جابه جایی).3. جهش ژنی شایع ترین جهش در زنجیره DNA، چندین باز نیتروژنی تصادفی جایگزین می‌شوند.
عواقب جهش
جهش‌های خودبه‌خودی از علل تومورها، بیماری‌های ذخیره‌سازی، اختلال در عملکرد اندام‌ها و بافت‌ها در انسان و حیوان هستند. اگر یک سلول جهش یافته در یک ارگانیسم چند سلولی بزرگ قرار گیرد، به احتمال زیاد با ایجاد آپوپتوز (مرگ برنامه ریزی شده سلولی) از بین می رود. بدن فرآیند حفظ مواد ژنتیکی را کنترل می کند و با کمک سیستم ایمنی از شر تمام سلول های آسیب دیده احتمالی خلاص می شود.
در یک مورد از صدها هزار مورد، لنفوسیت‌های T زمان لازم برای تشخیص ساختار آسیب‌دیده را ندارند و باعث ایجاد کلونی از سلول‌ها می‌شود که حاوی ژن جهش‌یافته نیز هستند. کنگلومرای سلول ها قبلاً عملکردهای دیگری دارد، مواد سمی تولید می کند و بر وضعیت عمومی بدن تأثیر منفی می گذارد.
اگر جهش نه در سلول سوماتیک، بلکه در سلول زایا رخ داده باشد، تغییرات در فرزندان مشاهده می شود. آن ها هستندبا آسیب شناسی اندام های مادرزادی، بدشکلی ها، اختلالات متابولیک و بیماری های ذخیره سازی ظاهر می شوند.
جهش خود به خود: معنی
در برخی موارد، جهش هایی که قبلاً به ظاهر بی فایده بودند، می توانند برای سازگاری با شرایط زندگی جدید مفید باشند. این جهش را به عنوان معیار انتخاب طبیعی نشان می دهد. حیوانات، پرندگان و حشرات برای محافظت از خود در برابر شکارچیان با توجه به منطقه سکونتشان استتار می شوند. اما اگر زیستگاه آنها تغییر کند، طبیعت با کمک جهش ها سعی می کند گونه ها را از انقراض محافظت کند. در شرایط جدید، بهترین ها زنده می مانند و این توانایی را به دیگران منتقل می کنند.
جهش می تواند در نواحی غیرفعال ژنوم رخ دهد و سپس هیچ تغییر قابل مشاهده ای در فنوتیپ مشاهده نمی شود. تشخیص "شکستگی" تنها با کمک مطالعات خاص امکان پذیر است. این برای مطالعه منشاء گونه های جانوری مرتبط و ترسیم نقشه های ژنتیکی آنها ضروری است.
مشکل خود به خودی جهش
در دهه 40 قرن گذشته، این نظریه وجود داشت که جهش ها صرفاً در اثر تأثیر عوامل خارجی ایجاد می شوند و به سازگاری با آنها کمک می کنند. به منظور آزمون این نظریه، یک روش آزمون و تکرار ویژه ایجاد شد.
روش به این صورت بود که مقدار کمی باکتری از همان گونه روی لوله های آزمایش کاشته شد و پس از چندین بار تلقیح آنتی بیوتیک به آنها اضافه شد. برخی از میکروارگانیسم ها زنده ماندند و به یک محیط جدید منتقل شدند. مقایسه باکتری ها از لوله های مختلف نشان داد که مقاومت ایجاد شده استبه طور خود به خود، هم قبل و هم بعد از قرار گرفتن در معرض آنتی بیوتیک ها.
روش تکرار به این صورت بود که میکروارگانیسم ها به یک پارچه پرزدار منتقل می شدند و سپس به طور همزمان به چند محیط تمیز منتقل می شدند. کلنی های جدید کشت داده شدند و با آنتی بیوتیک تحت درمان قرار گرفتند. در نتیجه، باکتری های واقع در همان قسمت های محیط در لوله های آزمایش مختلف زنده ماندند.
