الطفرات والاختلالات الوراثية

• أوضح مفهوم الطفرات.
• أستنتج مُسبِّبات للطفرات وتأثيراتها في الكائن الحي.
• أميِّز بين الطفرات الجينية والطفرات الكروموسومية.
• أصف أمراضاً تنتج من زوج من الجينات المُتنحيّة، وأمراضاً أخرى تنتج من جين سائد.
• أميِّز بين مُسبِّبات بعض الاختلالات الوراثية لدى الإنسان وأعراضها.
• أصف طرائق للكشف عن الاختلالات الوراثية لدى الإنسان.

الطفرات: متى يتغيّر ما تحمله الخلية؟

• تحدث الطفرة أثناء تضاعف ⁦DNA⁩، أو أثناء الانقسام.
• تزيد فرصة حدوثها عند تعرُّض الكائن الحي لعوامل كيميائية ضارة، مثل: سموم بعض الفطريات، والتبغ.
• وتزيد أيضًا عند تعرُّضه لعوامل فيزيائية، مثل: الأشعة السينية ⁦X⁩، والأشعة فوق البنفسجية ⁦UV⁩.
• تُورَّث الطفرة في حال حدثت في الجاميتات، أو في الخلايا التي تُنتجها.
• يوجد نوعان رئيسان للطفرات، هما: الطفرات الجينية، والطفرات الكروموسومية.

حدثت طفرة في خلايا الأمعاء تسبَّبت في إصابة شخص ما بمرض. أُفسِّر عدم إصابة ابن هذا الشخص بالمرض نفسه.

فما الذي يتغيّر في الطفرة الجينية؟

الطفرات الجينية: استبدال أم إزاحة؟

• وهي نوعان: طفرة الاستبدال ⁦Substitution Mutation⁩، وطفرة الإزاحة ⁦Frameshift Mutation⁩.

نشاط: كيف تغيّر الطفرة معنى الجملة؟

أُصنّف الطفرات التي تضمّنها النشاط إلى: طفرة استبدال زوج من النيوكليوتيدات، طفرة إزاحة بحذف زوج، طفرة إزاحة بإضافة زوج.

أقارن بين تأثير طفرة استبدال زوج بزوج من النيوكليوتيدات وطفرة إضافة زوج إلى جزيء ⁦DNA⁩ في سلسلة عديد الببتيد الناتجة.

حدثت طفرة حذف زوج النيوكليوتيدات الذي يحمل الرقم (85) في جزء من جزيء ⁦DNA⁩ يتكوّن من (105) أزواج من النيوكليوتيدات. أحسب عدد الكودونات التي لم يطرأ عليها تغيير بسبب الطفرة.

الاستبدال: ماذا يحدث للحمض الأميني؟

• تُصنّف طفرة الاستبدال بحسب تأثيرها في سلسلة عديد الببتيد الناتجة إلى ثلاثة أنواع.

• لأنّ الحمض الأميني قد يُشفَّر بأكثر من كودون؛ فإنّ هذه الطفرة لا تُؤثر في تسلسل الحموض الأمينية في السلسلة الناتجة.

الإزاحة: لماذا تتغيّر الكودونات كلها بعدها؟

• يتغيّر تسلسل جميع الكودونات التي تلي مكان حدوث طفرة الإزاحة.
• فتنتج سلسلة عديد ببتيد تحوي تسلسلًا من الحموض الأمينية يختلف عن السلسلة الأصلية التي يراد بناؤها.
• وقد ينتج كودون وقف الترجمة؛ فتنتج سلسلة عديد ببتيد غير مُكتملة.

أقارن بين سلسلة عديد الببتيد بعد حدوث الطفرة وسلسلة عديد الببتيد التي يراد بناؤها.

أيهما يُحتمل أن يكون أكثر تأثيرًا: حذف كودون أم حذف زوج من النيوكليوتيدات؟ أُبرّر إجابتي.

وماذا لو تغيّر عدد الكروموسومات نفسه؟

الطفرات الكروموسومية: تغيّر في العدد أم في التركيب؟

• الجاميتات أحادية المجموعة الكروموسومية ⁦(1n)⁩ تنتج من انقسام مُنصّف لخلية ثنائية المجموعة الكروموسومية ⁦(2n)⁩.
• الخلايا الناتجة من الانقسام المتساوي لخلية ثنائية المجموعة تكون ثنائية المجموعة الكروموسومية.
• لكن قد تحدث طفرات تؤدي إلى اختلاف عدد الكروموسومات عن مضاعفات المجموعة الكروموسومية الواحدة ⁦Aneuploidy⁩، أو إلى تعدّد المجموعة الكروموسومية ⁦Polyploidy⁩.

عدم الانفصال: متى تنتج جاميتات غير طبيعية؟

• يحدث أحيانًا عدم انفصال أحد أزواج الكروموسومات المتماثلة أثناء المرحلة الأولى من الانقسام المنصف.
• يُنتج ذلك جاميتات لا تحتوي جميعها على العدد الطبيعي من الكروموسومات.
• في المرحلة الأولى:
• جاميتات أكثر من العدد الطبيعي ⁦(n+1)⁩، أو أقل منه ⁦(n-1)⁩.
• بعض الجاميتات تحوي نسختين من الكروموسوم نفسه، وبعضها يفتقر إلى هذا الكروموسوم.
• في المرحلة الثانية: عدم انفصال كروماتيدين شقيقين في أحد الكروموسومات.
• جاميتات تحوي العدد الطبيعي ⁦(n)⁩، وجاميتات ⁦(n+1)⁩، وجاميتات أخرى ⁦(n-1)⁩.

• إذا خُصِّب الجاميت غير الطبيعي مع آخر طبيعي نتجت بويضة مُخصَّبة ⁦(2n+1)⁩، أو ⁦(2n-1)⁩، علمًا بأنَّ العدد الطبيعي ⁦(2n)⁩.

أُوضِّح نتيجة عدم انفصال كروموسومين متماثلين أثناء المرحلة الأولى من الانقسام المنصف.

أُقيِّم: في أيِّ المرحلتين يُعَدُّ حدوث عدم الانفصال أكثر خطورة؟ أُبرِّر إجابتي.

أتوقّع عدد الكروموسومات في كل جاميت من الجاميتات الناتجة بافتراض عدم انفصال زوجين من الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام المنصف.

وماذا لو زادت المجموعة الكروموسومية كلها؟

تعدّد المجموعة: ماذا لو زادت المجموعات الكروموسومية؟

• كأن تكون الخلايا ثلاثية المجموعة الكروموسومية ⁦(3n)⁩، أو رباعية المجموعة الكروموسومية ⁦(4n)⁩.

• تنتج الخلية ثلاثية المجموعة ⁦(3n)⁩ عند إخصاب جاميت ثنائي المجموعة الكروموسومية ⁦(2n)⁩ مع جاميت طبيعي ⁦(1n)⁩.
• الجاميت ⁦(2n)⁩ ناتج من عدم انفصال أزواج الكروموسومات المتماثلة جميعها.
• فتنتج بويضة مُخصَّبة ثلاثية المجموعة الكروموسومية.

أُفسِّر سبب وجود بويضة مُخصَّبة ثلاثية المجموعة الكروموسومية.

• تظهر حالة تعدد المجموعة الكروموسومية في النباتات أكثر منها في الحيوانات.
• قد تظهر بسبب عدم انقسام السيتوبلازم في البويضة المخصبة بعد تضاعف كروموسوماتها؛ فتنتج خلية رباعية المجموعة ⁦(4n)⁩.
• ثم تدخل هذه الخلية في انقسامات متساوية متتالية؛ فينتج جنين خلاياه متعددة المجموعة الكروموسومية.
• مثال: نبات الكركديه الصيني ⁦Hibiscus rosa⁩ متعدد المجموعة الكروموسومية.

تركيب الكروموسوم: ماذا يحدث بعد قطع جزء منه؟

• يحدث أثناء الانقسام المُنصّف أحيانًا قطع جزء من أحد الكروموسومات.
• يُسبّب ذلك حدوث طفرات تُغيّر في تركيب الكروموسوم إمّا بالحذف ⁦Deletion⁩، وإمّا بالتكرار ⁦Duplication⁩، وإمّا بالقلب ⁦Inversion⁩، وإمّا بتبديل الموقع ⁦Translocation⁩.

ما أنواع الطفرات التي تؤدي إلى تغيّر في تركيب الكروموسوم؟

أُفسِّر: قد تكون طفرة الحذف مميتة لدى الذكر عند حدوثها في الكروموسوم ⁦X⁩.

هنتنغتون: لماذا تتأخر الأعراض؟

• يُؤثّر بروتين هنتنغتون المتراكم في وظائف الخلايا العصبية.
• من أعراضه: اضطرابات في الحركة، وضعف في الذاكرة.
• لا تظهر الأعراض في أوقات مُبكّرة من حياته، وإنّما تبدأ بالظهور في سنّ الثلاثينيات أو الأربعينيات.
• يُحمل الأليل السائد المُسبّب للمرض على الزوج الكروموسومي رقم (4).
• الطراز الجيني:
• الفرد المصاب متماثل الأليلات ⁦(HH)⁩، أو غير متماثل الأليلات ⁦(Hh)⁩.
• الفرد غير المصاب متماثل الأليلات ⁦(hh)⁩.

أكتب الطرز الجينية لجميع الأفراد الوارد ذكرهم في سجل النسب.

أُفسِّر: يُمكِن لشاب لا تظهر عليه أعراض مرض هنتنغتون إنجاب ذكور مصابين بهذا المرض.

التليف الكيسي: كيف يختلّ نقل الكلورايد؟

• ينتج هذا المرض من طفرة في الجين المحمول على الزوج الكروموسومي رقم (7).
• يُسمّى الجين CFTR ⁨(Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator)⁩.
• وهو مسؤول عن تنظيم انتقال الأيونات (مثل أيونات الكلورايد) في الأغشية البلازمية للخلايا الطلائية المُنتجة للمخاط، والعَرَق، والدموع، والإنزيمات الهاضمة.
• يساعد نقل أيونات الكلورايد على ضبط حركة الماء في الأنسجة.

• تؤدي الطفرة إلى خلل في القنوات الناقلة لأيونات الكلورايد.
• فيتراكم المخاط الكثيف في بعض أجزاء الجسم، مثل: الرئتين، والبنكرياس، والقناة الهضمية.
• من أعراضه: التهابات في الرئة، وسوء امتصاص المواد من الأمعاء الدقيقة إلى الدم.
• الطراز الجيني:
• الفرد المصاب متماثل الأليلات، وطرازه الجيني ⁦(cc)⁩.
• الفرد غير المصاب متماثل الأليلات ⁦(CC)⁩، أو غير متماثل الأليلات ⁦(Cc)⁩.

أيُّ أجزاء الجسم يتأثر بحدوث طفرة في الجين ⁦CFTR⁩؟ وما أعراض التليف الكيسي في كلّ منها؟

متلازمة داون: كروموسوم جسمي زائد

• الملامح: وجه مُسطّح وملامح مميّزة، وقد يعاني مشكلات في القلب والجهاز الهضمي.
• تحتوي كل خلية جسمية على 47 كروموسومًا.
• السبب: عدم انفصال زوج الكروموسومات الجسمية الذي يحمل الرقم (21) عند الأنثى أو الذكر.
• ينتج جاميت يحوي كروموسومًا جسميًا إضافيًا، عدد الكروموسومات فيه ⁦(n+1)⁩.
• عند إخصابه مع جاميت طبيعي ⁦(n)⁩ تنتج بويضة مُخصّبة ⁦(2n+1)⁩ تحوي كروموسومًا جسميًا إضافيًا.

أُوضِّح الأعراض التي تظهر على شخص يعاني متلازمة داون.

أستنتج أيّ الجاميتات نتج من عدم الانفصال في الحالتين.

متلازمة تيرنر: كروموسوم جنسي ناقص

• السبب: عدم انفصال زوج الكروموسومات الجنسية عند الذكر أو الأنثى؛ فينتج جاميت يحوي ⁦(n-1)⁩.
• عند إخصابه مع جاميت طبيعي ⁦(n)⁩ تنتج بويضة مُخصّبة ⁦(2n-1)⁩، طرازها الكروموسومي الجنسي هو ⁦XO⁩.
• الأنثى المصابة قصيرة القامة، وعقيمة في أغلب الأحيان.
• وتعاني اضطرابات في القلب والأوعية الدموية، وضعفًا في السمع.
• عدد الكروموسومات في كل خلية من خلاياها الجسمية 45 كروموسومًا.

أستنتج: أيّ الجاميتات نتج من عدم انفصال الكروموسومين الجنسيين في الحالة (أ) والحالة (ب)؟

الثلاسيميا: كيف تقلّل الوقاية الإصابات؟

متلازمة كلاينفلتر: كروموسوم جنسي زائد

• السبب: عدم انفصال زوج الكروموسومات الجنسية عند الذكر أو الأنثى؛ فينتج جاميت يحوي ⁦(n+1)⁩.
• عند إخصابه مع جاميت طبيعي ⁦(n)⁩ تنتج بويضة مُخصّبة ⁦(2n+1)⁩.
• يبلغ عدد الكروموسومات في كل خلية من خلاياه الجسمية 47 كروموسومًا.
• من أعراضها: صعوبات في التعلّم، وصغر في حجم الخصيتين.

أستنتج: أيّ الحالتين تدلّ على عدم انفصال الكروموسومين الجنسيين أثناء تكوين الجاميتات الذكرية؟ أُبرّر إجابتي.

إذا أُصيب أحد الأفراد بمتلازمة كلاينفلتر ومتلازمة داون، فأتوقّع طرازه الكروموسومي الجنسي وعدد كروموسوماته الجسمية.

كيف نكشف الاختلال الوراثي؟

• يُشخَّص الاختلال في عدد الكروموسومات بأخذ خلايا من الشخص تحتوي على نواة، ثم عمل مخطط كروموسومي يُبيّن عدد الكروموسومات.
• بعد ذلك تُقارن الكروموسومات بمخطط كروموسومي طبيعي لتعرُّف الخلل في عدد الكروموسومات (إن وُجد).
• يمكن أيضًا الكشف عن وجود أليل يُسبّب اختلالًا وراثيًا للشخص إذا كان تسلسل النيوكليوتيدات في هذا الأليل معروفًا.

وكيف نكشف الاختلال لدى الجنين قبل ولادته؟

الجنين: من أين تؤخذ العينة؟

• يمكن الكشف عن الاختلالات الوراثية لدى الجنين بطرائق عِدّة.
• منها: أخذ عيّنة دم من الأم الحامل بعد الأسبوع العاشر من الحمل.
• يحتوي دمها على قطع صغيرة من ⁦DNA⁩ للجنين، يُمكن استخدامها في الكشف عن بعض الاختلالات لدى الجنين.

• تتشكّل حول الجنين طبقات من الأغشية لحمايته وتغذيته.
• ينشأ الغشاء الرهلي ⁦Amnion⁩ حول الجنين مباشرة، وينشأ خارجه غشاء الكوريون.

• يمكن تشخيص الاختلالات لدى الجنين بأخذ عيّنة من خملات الكوريون، أو من السائل الرهلي.
• الكروموسومات في خملات الكوريون هي نفسها الموجودة في خلايا الجنين.
• يحتوي السائل الرهلي على خلايا خاصة بالجنين، وهرمونات، ومواد أُخرى ذات علاقة بنُموّه.
• تُؤخذ العيّنة عن طريق إبرة، ويُستخدم جهاز الموجات فوق الصوتية في تحديد المكان المناسب لأخذها.

• بعد ذلك تُفصل خلايا الجنين عن السائل الرهلي باستخدام جهاز الطرد المركزي، ثم تُزرع للحصول على كمّية كافية منها.
• أمَّا عيّنة خملات الكوريون فتحتوي غالبًا على كمّية كافية من الخلايا.
• تُفحص خلايا العيّنتين لتعرُّف عدد الكروموسومات، وتحليل ⁦DNA⁩، لتحديد إن كان الجنين مصابًا باختلال وراثي (مثل: متلازمة داون، والتليُّف الكيسي) أم لا.

أتوقّع: أيُّ حالتي الإخصاب الآتيتين قد ينتج منهما ولادة أنثى ثلاثية الكروموسوم الجنسي؟

الأولى: حيوان منوي يحوي 22 كروموسومًا جسميًا + كروموسوم جنسي ⁦Y⁩، وبويضة (22 كروموسومًا جسميًا + كروموسومين جنسيين ⁦XX⁩).

الثانية: حيوان منوي يحوي 22 كروموسومًا جسميًا + كروموسوم جنسي ⁦X⁩، وبويضة (22 كروموسومًا جسميًا + كروموسومين جنسيين ⁦XX⁩).

الخرائط الدماغية: ماذا تُظهر؟

مراجعة الدرس: اختبر ما تعلّمته

الفكرة الرئيسة: أُصنِّف الطفرات الآتية إلى جينية وكروموسومية: الاستبدال، تبديل الموقع، إضافة زوج من النيوكليوتيدات، التكرار، القلب.

أُميِّز طفرة التكرار من طفرة تبديل الموقع.

أقارن بين متلازمة كلاينفلتر وتيرنر في عدد الكروموسومات الجسمية والجنسية في الخلية الجسمية.

أُقارِن بين طفرة الاستبدال وطفرة الإزاحة من حيث التأثير.

أُوظِّف البيانات الواردة في الشكل (أ) والشكل (ب): أُحدِّد الجنس في كل بويضة مُخصَّبة، وأستنتج اسم المتلازمة.

أُحدِّد نوع الطفرة في كلٍّ من الطفرتين في الشكل الآتي.

أوضّح تأثير الطفرة والوراثة فوق الجينية في تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء ⁦DNA⁩.

أتوقّع نوع الطفرة الكروموسومية التي حدثت أثناء تكوين الجاميت في الشكل.