تصنيف الطفرات (جينية: استبدال وإزاحة؛ كروموسومية: حذف، تكرار، قلب، تبديل موقع، تعدد الصيغة)، تأثيرها في البروتين، وأمثلة أمراض بشرية وطرق الكشف.
آخر تحديث:
الطفرة تغيّر في المادة الوراثية يحدث غالباً أثناء تضاعف DNA أو الانقسام. تزداد فرصة حدوثها عند التعرض لعوامل فيزيائية مثل أشعة X وUV، أو لعوامل كيميائية مثل التبغ وسموم بعض الفطريات.
تُصنَّف الطفرات في نوعين رئيسين: الطفرة الجينية، وهي تغيّر في تسلسل النيوكليوتيدات في جين أو جزء من DNA؛ والطفرة الكروموسومية، وهي تغيّر في عدد الكروموسومات أو تركيبها. وتورث الطفرة إذا حدثت في الجاميتات أو الخلايا التي تنتجها.
الطفرة: تغيّر في المادة الوراثية قد يحدث أثناء تضاعف DNA أو أثناء الانقسام، وقد يُورث إذا حدث في الجاميتات أو الخلايا التي تنتجها.
نشاط محاكاة الطفرة: الحروف الثلاثية = كودونات وجملة = بروتين: استبدال حرف واحد قد يغيّر «كلمة» فقط؛ حذف حرف يزحزح كل المجموعات (إزاحة الإطار) فيُفسد المعنى كله.
لماذا لا يُصاب الابن؟: طفرة في خلايا الأمعاء (جسمية) لا تنتقل للجاميتات — لذلك قد لا يُصاب الابن بمرض الأم إن كانت الطفرة غير موجودة في الخط الجنسي.
عند تفسير سبب طفرة، اربطها أولاً بمصدرها: هل نتجت أثناء تضاعف DNA أو أثناء الانقسام؟ ثم اذكر عاملاً يزيد احتمالها مثل الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية أو المواد الكيميائية الضارة. ولا تعامل كل الطفرات كأثر واحد؛ اسأل هل غيّرت كودوناً واحداً، أم أزاحت إطار القراءة، أم غيّرت عدداً أو جزءاً من كروموسوم.
ابدأ بمستوى الطفرة: قبل ربط الطفرة بالمرض، حدّد مستواها: جين واحد، إطار قراءة، تركيب كروموسوم، أو عدد كروموسومات؛ فهذا يحدد نوع الدليل الذي تبحث عنه.
في هذا الدرس تُنفَّذ نشاط: محاكاة الطفرة الجينية: اتبع خطوات التجربة وسجّل القراءات، ثم اربط النتيجة بالمفهوم الذي سبقه في الدرس.
من التجربة: سجّل المعطيات قبل الاستنتاج؛ التجربة تدعم القانون وليست بديلاً عنه.
استبدال زوج بزوج يغيّر كودوناً واحداً غالباً، لكن أثره لا يكون واحداً دائماً. في الطفرة الصامتة يتغير DNA دون تغيّر سلسلة عديد الببتيد لأن أكثر من كودون قد يشفر الحمض الأميني نفسه. وفي الطفرة مخطئة التعبير يتبدل حمض أميني واحد، أما الطفرة غير المعبرة فتحول الكودون إلى كودون وقف فتنتج سلسلة غير مكتملة.
| النوع | التأثير |
|---|---|
| صامتة | نفس الحمض الأميني (شفرة متعددة) |
| مخطئة (missense) | حمض أميني مختلف |
| غير معبرة (nonsense) | كودون stop → بروتين مقطوع |
مثال ذلك أن استبدالاً واحداً قد يحافظ على السلسلة، أو يغيّر حمضاً مثل Lys إلى Arg، أو يوقف الترجمة مبكراً.
كل استبدال «خفيف»: الاستبدال قد ينتج stop codon — تأثير شديد رغم تغيّر قاعدة واحدة.
تصنيف سريع: اسأل: هل تغيّر الأحماض؟ هل ظهر stop؟ إن لا تغيّر في الأحماض ⇒ صامتة.
الفرق العملي بين missense وnonsense يظهر في طول الناتج: الأولى تبدّل حمضاً أمينياً داخل السلسلة، أما الثانية فتدخل إشارة وقف مبكرة فتجعل البروتين أقصر من الطبيعي.
في طفرات الاستبدال، يكون السؤال الحاسم: ماذا حدث للكودون بعد تغيير القاعدة؟ قد يبقى الحمض الأميني نفسه، أو يتغير إلى حمض آخر، أو يتحول الكودون إلى إشارة توقف مبكرة. لذلك يبدأ التصنيف من أثر الكودون على سلسلة عديد الببتيد.
إزاحة الإطار (frameshift) تحدث عند حذف أو إضافة نيوكليوتيدات بأعداد ليست من مضاعفات الثلاثة، فتتغير قراءة الكودونات التالية لموضع الطفرة. لذلك يكون أثرها غالباً أشد من استبدال قاعدة واحدة؛ لأنها قد تغيّر سلسلة طويلة من الأحماض الأمينية أو تنهي الترجمة مبكراً.
طفرات تركيب الكروموسوم تشمل: حذف قطعة، تكرار قطعة، قلب قطعة في الاتجاه، أو تبديل موقعها إلى كروموسوم آخر. أما تغيّر العدد فقد يكون تعدد صيغة كروموسومية بإضافة مجموعات كاملة، أو اختلال عدد كروموسومات بزيادة أو نقص كروموسوم واحد نتيجة عدم الانفصال في الانقسام المنصف.
المخطط الكروموسومي (Karyotype): يُستخدم المخطط الكروموسومي للكشف عن الاختلالات العددية والتركيبية الكبيرة في الكروموسومات، حيث يتم ترتيب الكروموسومات في أزواج حسب الحجم وموقع السنترومير.
حذف على X: بعض حذوفات الكروموسوم X قد تكون مميتة للذكر عند حدوثها في الخط الجنسي؛ لأن الذكر يملك نسخة واحدة من هذا الكروموسوم، فلا توجد نسخة ثانية تعوض الفقد.
نشاط الحذف عند الزوج 85: في قطعة 105 زوجاً، حذف زوج 85 يغيّر الإطار من ذلك الموضع — احسب الكودونات غير المتأثرة قبل موضع الحذف.
للمقارنة بين التكرار وتبديل الموقع، تتبع مكان القطعة الوراثية بعد الطفرة: في التكرار تبقى نسخة إضافية ضمن الكروموسوم، أما في تبديل الموقع فتنتقل القطعة إلى كروموسوم آخر.
هنتنغتون ينتج من طفرة في جين HTT؛ فيتراكم بروتين في الخلايا العصبية وتظهر أعراض حركية وذاكرة غالباً في الثالثينات أو الأربعينيات. نمطه جسمي سائد: يكفي أليل واحد مصاب، لذلك يكون Hh أو HH مصاباً، بينما hh سليم.
التليف الكيسي (CF) ينتج من طفرة CFTR على الكروموسوم 7؛ فتتعطل قنوات الكلوريد ويصبح المخاط كثيفاً في الرئة والبنكرياس وغيرهما. نمطه متنحٍ: المصاب cc فقط، أما Cc فهو حامل.
نزف الدم من أمثلة الصفات المرتبطة بالجنس؛ لأنه غالباً مرتبط بطفرة على الكروموسوم X.
سجل نسب هنتنغتون: الأليل المسبب لنزف الدم متنحٍ ومرتبط بالكروموسوم X (يُرمز له بـ Xʰ، ولا علاقة له بأليل هنتنغتون H)؛ فتنتقل الإصابة غالباً من الأم الحاملة (X Xʰ) إلى نصف أبنائها الذكور تقريباً.
لذلك لا يكفي وجود أليل واحد من CFTR المتحوّر لظهور التليف الكيسي؛ فالحامل يملك نسخة طبيعية تؤدي الوظيفة بدرجة كافية، بينما تظهر الإصابة عند اجتماع نسختين متنحيتين.
الأمراض الوراثية في هذا الجزء تربط نوع الأليل بنمط ظهور المرض. هنتنغتون مثال لجين سائد؛ لذلك يكفي أليل مصاب واحد لظهور المرض. أما التليف الكيسي فيحتاج نسختين متنحيتين حتى تظهر الأعراض.
متلازمة داون تنتج غالباً من Trisomy 21؛ أي وجود ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 ومجموع 47 كروموسوماً. السبب المعتاد هو عدم الانفصال: فشل انفصال الكروموسومات المتماثلة في الانقسام المنصف الأول، أو الكروماتيدات الشقيقة في الانقسام المنصف الثاني، فينتج جاميت يحمل كروموسوماً زائداً.
كشف الاضطرابات الوراثية يعتمد على نوع الاضطراب: تحليل DNA للطفرات المعروفة، سجل النسب للأنماط السائدة أو المرتبطة بالجنس، فحوص ما قبل الزواج مثل الثلاسيميا، أو التشخيص قبل الولادة عند وجود خطر عائلي.
ثلاسيميا: فقر دم وراثي من طفرات جينية في سلاسل الهيموغلوبين — يُكشف ضمن برامج ما قبل الزواج في الأردن (راجع سياسات وزارة الصحة).
تمييز أنواع الطفرات: تغيّر قاعدة واحدة ⇒ جينية استبدال؛ فقد كروموسوم كامل ⇒ عدد؛ قطعة مفقودة ⇒ حذف تركيبي.
الفصل المهم هنا أن trisomy 21 مشكلة في العدد، أما translocation فهي انتقال قطعة كروموسومية إلى موقع آخر. كلاهما قد يخص الكروموسوم 21، لكن التصنيف الوراثي مختلف.
الخيط الجامع هنا أن أثر الطفرة يعتمد على مستواها: قاعدة واحدة، إطار قراءة، تركيب كروموسوم، أو عدد كروموسومات؛ ومن هذا التصنيف تفهم المرض وطريقة الكشف.
صوّر هذا الجدول وسمِّعه:
| النوع | الوصف |
|---|---|
| طفرة جينية | تغيّر في تتابع النيوكليوتيدات (استبدال/إزاحة) |
| استبدال | قاعدة محل أخرى — تؤثر في حمض أميني واحد غالباً |
| إزاحة (حذف/إضافة) | تزيح إطار القراءة كله — أشد أثراً |
| صامتة | تغيّر لا يبدّل الحمض الأميني |
| غير معبّرة | تكوّن شيفرة إيقاف فيقصر البروتين |
| كروموسومية | حذف/تكرار/قلب/انتقال لقطعة |
| Trisomy 21 | عدم انفصال الكروموسوم 21 ← ثلاث نسخ |
تغير في المادة الوراثية، تحدث أثناء تضاعف DNA أو أثناء الانقسام، وتزيد فرصة حدوثها عند تعرض الكائن الحي لعوامل كيميائية ضارة أو فيزيائية.
يُطلق على التغير في تسلسل النيوكليوتيدات في جين معين في جزيء DNA اسم الطفرة الجينية.
استبدال زوج من النيوكليوتيدات في جزيء DNA، والاستعاضة عنه بزوج آخر؛ ما يؤدي إلى تغير تسلسل النيوكليوتيدات في كودون واحد فقط من جزيء DNA.
حذف زوج أو أكثر من النيوكليوتيدات في جزيء DNA، أو إضافة زوج أو أكثر منها في جزيء DNA بأعداد ليست من مضاعفات الثلاثة؛ ما يؤدي إلى تغير تسلسل النيوكليوتيدات في كودون أو أكثر في جزيء DNA.
ينتج من استبدال زوج من النيوكليوتيدات في جزيء DNA تغير كودون في جزيء mRNA، يُترجم إلى الحمض الأميني نفسه.
ينتج من استبدال زوج من النيوكليوتيدات في جزيء DNA تغير كودون في جزيء mRNA، يُترجم إلى حمض أميني جديد؛ ما يؤدي إلى تغير حمض أميني واحد في تسلسل الحموض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد الناتجة.
ينتج من استبدال زوج من النيوكليوتيدات في جزيء DNA تغير الكودون في جزيء mRNA إلى كودون وقف الترجمة؛ فتنتج سلسلة عديد ببتيد غير مكتملة.
يُطلق على التغير في عدد الكروموسومات، أو تركيبها في الخلية، اسم الطفرة الكروموسومية.
تحتوي بعض الكائنات الحية على أكثر من مجموعتين من الكروموسومات في خلاياها الجسمية، كأن تكون الخلايا ثلاثية المجموعة الكروموسومية (3n)، أو رباعية المجموعة الكروموسومية (4n).
فشل انفصال الكروموسومات المتماثلة (في الطور الانفصالي الأول) أو الكروماتيدات الشقيقة (في الطور الانفصالي الثاني) أثناء الانقسام المنصف، فينتج جاميت يحمل كروموسوماً زائداً (n+1) أو ناقصاً (n−1) — وهو السبب الرئيس لاختلال عدد الكروموسومات (Aneuploidy) في الخلية الناتجة بعد الإخصاب، كأن يكون عددها 47 عوضاً عن 46.
نقص في الجينات المحمولة على الكروموسوم عند قطع جزء منه.
تكرار جينات في الكروموسوم عند ارتباط الجزء المقطوع من كروموسوم بالكروماتيد الشقيق للكروماتيد الذي انفصل منه الجزء المقطوع، أو بالكروماتيد غير الشقيق في الكروموسوم المماثل له.
ما الفرق بين الطفرة الجينية والطفرة الكروموسومية؟
الطفرة الجينية: تغيّر في تسلسل النيوكليوتيدات ضمن جين واحد أو جزء من DNA (طفرة استبدال أو إزاحة)، وتؤثر غالباً في بروتين واحد فقط. أما الطفرة الكروموسومية: فهي تغيّر في عدد الكروموسومات أو في تركيبها (كالحذف والتكرار والقلب وتبديل الموقع وتعدد الصيغة الكروموسومية)، وتؤثر عادة في عدد كبير من الجينات دفعة واحدة لأنها تشمل قطعاً كبيرة من الكروموسوم أو كروموسومات كاملة.
قارن بين طفرة الاستبدال وطفرة الإزاحة في تأثيرهما على البروتين.
طفرة الاستبدال تُغيّر كودوناً واحداً فقط، لذلك قد لا تؤثر في تسلسل الحمض الأميني إطلاقاً (طفرة صامتة، بسبب تعدد الشيفرة)، أو تُبدّل حمضاً أمينياً واحداً (missense)، أو تُنتج كودون وقف مبكراً فينتج بروتين ناقص (nonsense). أما طفرة الإزاحة (حذف أو إضافة نيوكليوتيدات ليست من مضاعفات الثلاثة) فتُزيح إطار القراءة لكل الكودونات التالية لموضع الطفرة، فتُنتج غالباً سلسلة أحماض أمينية مختلفة كلياً عن الأصل من ذلك الموضع فصاعداً، وقد تنتهي الترجمة مبكراً — لذلك يكون أثرها أشد عادة من طفرة الاستبدال.
اذكر أربعة أنواع لتغيير تركيب الكروموسوم.
أربعة أنواع لتغيير تركيب الكروموسوم: 1) الحذف: نقص في الجينات المحمولة على الكروموسوم عند قطع جزء منه. 2) التكرار: تكرار جينات في الكروموسوم عند ارتباط الجزء المقطوع بالكروماتيد الشقيق. 3) القلب: انعكاس ترتيب جينات في الكروموسوم بقطع جزء منه وإعادة ارتباطه معكوساً. 4) تبديل الموقع (الانتقال): انتقال جزء من كروموسوم إلى كروموسوم آخر غير مماثل.
عرّف الطفرة الصامتة والطفرة غير المعبرة.
الطفرة الصامتة: تغيّر في القاعدة لا يبدّل الحمض الأميني الناتج (لتكرار الشيفرة). والطفرة غير المعبّرة: تحوّل شيفرة حمض أميني إلى شيفرة إيقاف فيتوقّف بناء البروتين مبكراً.
لماذا يُصنّف التليف الكيسي طفرة متنحية وهنتنغتون سائداً؟
التليف الكيسي متنحٍّ لأنه لا يظهر إلا بوجود أليلين معطوبين (الحامل بأليل واحد سليم)؛ وهنتنغتون سائد لأنه يظهر بوجود أليل معطوب واحد فقط.
بطاقات مهمة
تغيّر في المادة الوراثية؛ تحدث أثناء تضاعف DNA أو أثناء الانقسام، وتزيد فرصة حدوثها عند تعرّض الكائن لعوامل كيميائية ضارّة (مثل سموم الفطريات والتبغ) أو فيزيائية (مثل الأشعة السينية X والأشعة فوق البنفسجية UV).
تُورَّث إذا حدثت في الجاميتات أو في الخلايا التي تنتجها؛ ونوعاها الرئيسان: الطفرات الجينية والطفرات الكروموسومية.
تغيّر في تسلسل النيوكليوتيدات في جين معيّن في جزيء DNA؛ ونوعاها: طفرة الاستبدال وطفرة الإزاحة.
استبدال زوج من النيوكليوتيدات في جزيء DNA بزوج آخر؛ ما يؤدّي إلى تغيّر تسلسل النيوكليوتيدات في كودون واحد فقط.
حذف زوج أو أكثر من النيوكليوتيدات أو إضافتها بأعداد ليست من مضاعفات الثلاثة؛ ما يؤدّي إلى تغيّر تسلسل كودون أو أكثر.
استبدال يغيّر الكودون لكنه يُترجَم إلى الحمض الأميني نفسه (لأنّ الحمض الأميني قد يُشفَّر بأكثر من كودون)؛ فلا تؤثّر في تسلسل الحموض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد.
استبدال يغيّر الكودون فيُترجَم إلى حمض أميني جديد؛ ما يؤدّي إلى تغيّر حمض أميني واحد في تسلسل سلسلة عديد الببتيد الناتجة.
استبدال يغيّر الكودون إلى كودون وقف الترجمة؛ فتنتج سلسلة عديد ببتيد غير مكتملة.
يتغيّر تسلسل جميع الكودونات التي تلي مكان حدوث الطفرة، فتنتج سلسلة عديد ببتيد بتسلسل حموض أمينية مختلف، وقد ينتج كودون وقف فتكون السلسلة غير مكتملة.
تغيّر في عدد الكروموسومات أو في تركيبها في الخلية؛ ونوعاها: التغيّر في عدد الكروموسومات، والتغيّر في تركيبها.
نصائح للمراجعة
موضوعات أخرى في الوحدة