Mutasyon Nedir? Oluşumu, Türleri ve Biyolojik Sonuçları

Mutasyonun tanımı ve DNA hasarından farkı

Mutasyon, DNA’daki nükleotit dizisinin kalıcı biçimde değişmesidir. DNA hasarı ise DNA molekülünün yapısında ortaya çıkan ve henüz kalıcı dizi değişikliğine dönüşmemiş bozulmadır. Örneğin bir DNA bazının kimyasal olarak değişmesi, DNA hasarı olarak başlayabilir; hücre bu hasarı doğru biçimde onarırsa mutasyon oluşmaz. Hasar onarılmadan DNA eşlenir ve değişmiş bilgi yeni DNA kopyasına aktarılırsa kalıcı bir mutasyon ortaya çıkabilir.

Bu ayrım, mutasyonun neden yalnızca geçici bir moleküler bozulma olmadığını gösterir. DNA eşlenmesi sırasında değişmiş nükleotit kalıp olarak kullanılırsa yeni dizi sonraki hücrelere aktarılabilir. Böylece bir gendeki tek baz değişimi, o genin ürettiği proteinin amino asit dizisini değiştirebilir veya proteinin yapısını ve işlevini etkileyebilir. Örneğin bir genin DNA dizisindeki tek nükleotit değişikliği, proteindeki tek bir amino asidin değişmesine yol açabilir; ancak bazı değişiklikler protein dizisini hiç değiştirmeyebilir. Bu nedenle DNA’daki her hasar mutasyon değildir ve her mutasyon da gözle görülebilen bir fenotip değişikliği oluşturmaz.

Mutasyonların oluşum nedenleri

Mutasyonlar kendiliğinden ya da çevresel etkenlerle oluşabilir. Kendiliğinden mutasyonların önemli bir kaynağı, DNA’nın eşlenmesi sırasında ortaya çıkan kopyalama hatalarıdır. DNA polimerazı yanlış nükleotidi ekler ve bu hata düzeltilmeden sonraki eşlenmeye ulaşırsa dizide kalıcı bir değişiklik meydana gelebilir. Hücre bölünmesi sırasında kromozomların dağıtımındaki hatalar da kromozom sayısı değişikliklerine yol açabilir.

Çevresel kaynaklı mutasyonlarda ise mutajen adı verilen fiziksel, kimyasal veya biyolojik etkenler rol oynar. Radyasyon, bazı virüsler, tütün dumanı ve toksik kimyasallar DNA’nın yapısını bozarak hatalı eşlenme olasılığını artırabilir. DNA onarım sistemleri bu hasarların bir bölümünü mutasyona dönüşmeden sınırlayabilir; bu sistemlerin ayrıntılı işleyişi ayrı bir konudur.

Gen düzeyindeki mutasyon türleri

Gen düzeyindeki mutasyonlar, bir genin DNA dizisindeki nükleotit değişiklikleridir. Başlıca türler baz değişimleri, nükleotit eklenmeleri ve nükleotit çıkarılmalarıdır. Baz değişiminde bir nükleotit başka bir nükleotitle yer değiştirir. Eklenme ve çıkarılmalarda ise DNA dizisine nükleotit eklenir veya diziden nükleotit çıkarılır. Değişikliğin proteini etkileyip etkilememesi; genin hangi bölgesinde gerçekleştiğine, genetik kodun nasıl okunduğuna ve oluşan yeni kodonların anlamına bağlıdır.

Genler proteinlerin amino asit dizisinin oluşturulması için bilgi taşır. Bu nedenle gen dizisindeki bir değişiklik, haberci RNA’daki kodonları ve sonuçta proteinin amino asit dizisini değiştirebilir. Örneğin tek bir baz değişimi bir amino asidin değişmesine neden olabilirken, üç nükleotidin eklenmesi okuma çerçevesini koruyarak proteine ek bir amino asit katabilir. Buna karşılık üçlü olmayan bir eklenme, genin geri kalanının farklı gruplar hâlinde okunmasına yol açabilir. Araştırmacılar bir genin görevini anlamak için gen dizisini değiştirebilir veya genin bir bölümünü silebilir; böylece gen işlevi ile ortaya çıkan özellik arasındaki ilişkiyi inceleyebilirler.

Baz değişimlerinin protein üzerindeki sonuçları

Tek bir baz değişiminin sonucu, oluşan yeni kodona göre sınıflandırılır. Sessiz mutasyonda DNA dizisi değişir ancak yeni kodon aynı amino asidi belirtir; bu nedenle proteinin amino asit dizisi değişmez. Yanlış anlamlı mutasyonda yeni kodon farklı bir amino asidi belirtir ve protein dizisi değişir. Bu değişiklik proteinin yapısını veya işlevini etkileyebilir, fakat etkinin büyüklüğü değişen amino asidin ve proteindeki konumunun özelliklerine bağlıdır. Anlamsız mutasyonda ise yeni kodon amino asit eklenmesini sonlandıran bir sinyal oluşturur; protein normalden kısa kalabilir ve işlevini kaybedebilir. Böylece aynı düzeyde, yani tek bazdaki değişiklik, protein üzerinde etkisiz bir sonuçtan belirgin işlev kaybına kadar farklı sonuçlar doğurabilir.

Eklenme, çıkarılma ve okuma çerçevesi değişimi

Eklenme ve çıkarılma mutasyonlarında DNA dizisine nükleotit eklenir veya diziden nükleotit çıkarılır. Eklenen ya da çıkarılan nükleotit sayısı üçün katı değilse okuma çerçevesi değişir. Çünkü genetik bilgi, protein sentezi sırasında üçer nükleotitten oluşan kodonlar hâlinde okunur. Başlangıç noktasından sonraki tüm nükleotitlerin üçlü grupları değiştiği için mutasyonun bulunduğu noktadan itibaren amino asit dizisi büyük ölçüde farklılaşabilir.

Örneğin bir gen dizisinden tek bir nükleotidin çıkarılması, yalnızca bir amino asidin eksilmesine yol açmaz; sonraki kodonların tamamının farklı okunmasına neden olabilir. Yeni okuma çerçevesi kısa süre sonra bir durma kodonu oluşturursa protein erken sonlanır. Üç nükleotidin eklenmesi veya çıkarılması ise okuma çerçevesini değiştirmeden proteine bir amino asit ekleyebilir ya da bir amino asidi çıkarabilir. Bu nedenle eklenme ve çıkarılmanın protein üzerindeki etkisi, değişen nükleotit sayısının üçle ilişkisine bağlıdır.

Kromozom düzeyindeki mutasyonlar

Kromozom düzeyindeki mutasyonlar, tek bir genin dizisinden daha geniş bir DNA bölgesini etkiler. İki ana grupta incelenir: kromozom yapısındaki değişiklikler ve kromozom sayısındaki değişiklikler. Yapısal değişikliklerde kromozomdan bir bölümün kopması, başka bir bölgeye eklenmesi, ters dönmesi veya eşlenmesi söz konusu olabilir. Böyle bir değişiklik genin tamamını, genin bir bölümünü ya da genlerin kromozom üzerindeki sırasını etkileyebilir.

Kromozom sayısındaki değişiklikler çoğunlukla hücre bölünmesi sırasında kromozomların yavru hücrelere eşit dağılmamasıyla ilişkilidir. Bir kromozomun bir hücrede fazladan bulunması veya eksik kalması, o kromozom üzerindeki çok sayıda genin kopya sayısını değiştirir. Bu nedenle gen düzeyindeki tek bir nükleotit değişiminden farklı olarak, aynı anda birçok genin etkinliği etkilenebilir. Örneğin bir kromozom çiftinin ayrılmaması sonucunda oluşan üreme hücresinde ilgili kromozomdan iki kopya bulunabilir; bu hücre normal bir üreme hücresiyle birleştiğinde embriyoda o kromozomun üç kopyası görülebilir. Yapısal bir değişikliğe örnek olarak da kromozom parçasının ters dönmesi verilebilir; bu durumda DNA miktarı aynı kalsa bile genlerin konumu ve bazı genlerin çalışma düzeni değişebilir.

Mutasyonların biyolojik sonuçları ve hücre hattına göre kalıtılması

Bir mutasyonun biyolojik sonucu, DNA’daki değişikliğin proteini ve hücrenin işleyişini ne ölçüde etkilediğine bağlıdır. Protein işlevi değişmiyorsa mutasyon nötr kalabilir. Bir değişiklik hücrenin ya da organizmanın yaşama ve üreme başarısını azaltıyorsa zararlı; belirli koşullarda bu başarıyı artırıyorsa yararlı olabilir. Aynı mutasyonun sonucu çevreye ve genin işlevine göre farklılaşabilir. Bazı mutasyonlar fenotipi belirgin biçimde değiştirirken bazıları gözlenebilir bir özellik oluşturmaz.

Mutasyonun hangi hücre hattında bulunduğu, kalıtılma olasılığını belirler. Somatik mutasyonlar vücut hücrelerinde oluşur ve genellikle yalnızca o hücreden türeyen hücrelere aktarılır; üreme hücrelerine geçmediği için sonraki nesle aktarılmaz. Germ hattı mutasyonları ise üreme hücrelerinde veya onları oluşturan hücre hattında meydana gelir. Böyle bir değişiklik döllenmeye katılan hücreye geçtiğinde yavru bireyin tüm hücrelerinde ya da hücrelerinin önemli bir bölümünde bulunabilir ve nesilden nesle aktarılabilir. Mutasyonların popülasyon düzeyindeki sonuçları ve evrimle ilişkisi ayrı bir başlıkta incelenir.