جهش جایجایی: درج یا حذف نوکلئوتیدها باعث تغییر قاب خوانش

جهش جایجایی: وقتی ترتیب نوکلئوتیدها به هم می‌ریزد

دی‌ان‌ای و زبان رمزگذاری شدهٔ زندگی

همهٔ موجودات زنده از دستورالعملی به نام دی‌ان‌ای ساخته شده‌اند. این مولکول مانند یک نقشهٔ کامل برای ساخت و ساز بدن است. دی‌ان‌ای از واحدهای سازنده‌ای به نام نوکلئوتید^۴ تشکیل شده است. چهار نوع نوکلئوتید اصلی وجود دارد که با حروف $A$ (آدنین)، $T$ (تیمین)، $G$ (گوانین) و $C$ (سیتوزین) نشان داده می‌شوند. ترتیب خاص این نوکلئوتیدها است که ژن^۵ها را می‌سازد و هر ژن دستور ساخت یک پروتئین خاص را در اختیار سلول قرار می‌دهد.

جهش چیست و جهش جایجایی چگونه رخ می‌دهد؟

هرگونه تغییر در توالی نوکلئوتیدهای دی‌ان‌ای، یک جهش^۸ محسوب می‌شود. جهش‌ها می‌توانند به شکل‌های مختلفی رخ دهند. جهش جایجایی زمانی اتفاق می‌افتد که یک یا چند نوکلئوتید به توالی دی‌ان‌ای اضافه شود (درج) یا از آن حذف گردد. اگر تعداد این نوکلئوتیدهای اضافه یا حذف شده، مضربی از سه نباشد، مشکل بزرگی به وجود می‌آید.

چرا؟ زیرا همانطور که گفتیم، سلول دی‌ان‌ای را سه‌تا سه‌تا می‌خواند. فرض کنید توالی اصلی دی‌ان‌ای مانند یک جملهٔ منظم است که کلمات آن همیشه سه حرفی هستند. حالا اگر یک حرف به طور نابه‌جا به این جمله اضافه یا از آن کم شود، تمام کلمات بعد از آن نقطه، به هم می‌ریزند. این دقیقاً همان اتفاقی است که در جهش جایجایی رخ می‌دهد و به آن "تغییر قاب خوانش" می‌گویند.

یک مثال ساده از جهش جایجایی

فرض کنید توالی اصلی نوکلئوتیدهای یک ژن به صورت زیر باشد. هر سه نوکلئوتید یک کدون را تشکیل می‌دهند:

حالا اگر یک نوکلئوتید $T$ در ابتدای این توالی حذف شود، چه اتفاقی می‌افتد؟ توالی جدید به این شکل درمی‌آید:

همانطور که می‌بینید، نه تنها کدون اول کاملاً تغییر کرد، بلکه تمام کدون‌های بعدی نیز دگرگون شدند. حتی ممکن است کدون "توقف" نیز جابجا شده و سلول به ساخت پروتئین ادامه دهد تا به یک کدون توقف جدید برسد که نتیجه، یک پروتئین بسیار طویل و غیرطبیعی خواهد بود.

پیامدهای جهش جایجایی در دنیای واقعی

از آنجایی که جهش‌های جایجایی می‌توانند پروتئین تولید شده را به کلی غیرفعال یا حتی مضر کنند، اغلب با بیماری‌های ژنتیکی جدی در انسان مرتبط هستند. برای مثال، بیماری فیبروز سیستیک^۹ در بسیاری از موارد به دلیل یک جهش جایجایی کوچک (حذف سه نوکلئوتید که منجر به حذف یک اسید آمینه فنیل‌آلانین می‌شود) در یک ژن خاص رخ می‌دهد. این تغییر به ظاهر کوچک، باعث تولید یک پروتئین ناقص در غشای سلولی می‌شود که در نهایت منجر به مشکلات تنفسی و گوارشی شدید می‌گردد. مثال دیگر، برخی از انواع بیماری دوشن^۱۰ است که در آن جهش جایجایی، تولید پروتئین ضروری دیستروفین را مختل می‌کند و باعث تحلیل پیشروندهٔ عضلات می‌شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ جهش جایجایی (Frameshift Mutation)
^۲ دی‌ان‌ای (DNA: DeoxyriboNucleic Acid)
^۳ قاب خوانش (Reading Frame)
^۴ نوکلئوتید (Nucleotide)
^۵ ژن (Gene)
^۶ کدون (Codon)
^۷ اسید آمینه (Amino Acid)
^۸ جهش (Mutation)
^۹ فیبروز سیستیک (Cystic Fibrosis)
^۱۰ بیماری دوشن (Duchenne Muscular Dystrophy)
^۱۱ جهش نقطه‌ای (Point Mutation)