Mutasyon ya dadeğişinim, bir canlınıngenomu içindekiDNA ya daRNA diziliminde meydana gelen kalıcı değişmelerdir.[1] Mutasyona sahip birorganizma isemutant olarak adlandırılır.
Mutasyonlar, genel olarakgerm hattı mutasyonları vesomatik mutasyonlar olmak üzere ikiye ayrılır. Doku hücreleri içinde gerçekleşen bir mutasyon, kalıtsal olamayacağı için kuşaktan kuşağa aktarılmaz. Bedensel (somatik) mutasyonlar bu anlamda kalıtsal değildir. Eşey (üreme) hücresi mutasyonları, diğer ismiyle germ hattı mutasyonları ise kalıtsaldır ve bir sonraki nesillere aktarılır.[2]
Bireyin kalıtsal özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlayangenetik şifre, herhangi bir nedenden dolayı (DNA onarımı,mayoz bölünme veyaDNA replikasyonu sırasında meydana gelen hatalar,transpozonlar,virüsler,X ışını,radyasyon,ultraviyole, bazıilaç vemutajen kimyasallar, ani sıcaklık değişimleri vb. etkenlerle) bozulabilir.[3][4][5][6] Bunun yanındahipermutasyon gibi hücresel süreçlerde organizmanın kendisi tarafından da tetiklenebilir.[3] Bu durumdaDNA'nın sentezlediğiprotein veyaenzim bozulur. Böylece canlının, proteinden dolayı yapısı, enzimlerinden dolayı metabolizması değişebilir. Mutasyon ters evrimin temelini oluşturur.
Mutasyonlar, kalıtsal materyalin normal kombinasyonunu değiştirmeyen, kalıtsal yapıda meydana gelen bütün değişikliklerdir. Mutasyon terimi genel olarak,
Kromozom yapısının değişmesini,
Kromozom sayısının değişmesini,
Genlerdeki değişiklikleri kapsar.
Bu anlamda mutasyonlar,sitogenetikte, değişimlerin kapsamlarına göre,Genom mutasyonu,Kromozom mutasyonu veGen mutasyonu olarak adlandırılıp üçe ayrılırlar. Genom mutasyonları kromozom sayısındaki değişmeler olup kromozom mutasyonları iseışık mikroskobu altında incelenebilen vekromozomun iç yapısında oluşan değişimlerdir. Gen mutasyonları ise ışık mikroskobu altında görünmeyen ve tek bir geni kapsayan mutasyonlardır.
Mutasyonlar, dizilimlerde farklı türde değişimlere yol açabilirler; bu anlamda bir mutasyon, canlı organizmanınfenotipik özelliklerindenegatif veyapozitif etkilere sahip olabileceği gibinötr mutasyonlar hiçbir etkiye sahip olmayabilirler (durağan veya sessiz mutasyonlar). Bu tür değişimler, birgen ürününün değişmesinde veya genin doğru ya da tamamen işlemesini engellemede herhangi bir etkileri olmayabilir.Drosophila melanogaster sineği üzerinde yapılan çalışmalar, gen tarafından oluşturulan birproteinin mutasyonunda, bu mutasyonun yaklaşık %70'inin zararlı etkilere sahip olduğunu, geri kalanının ise ya nötr ya da zayıf faydalı etki gösterdiğini ortaya koymaktadır.[7] Mutasyonların genler üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle, organizmalar mutasyonları gidermek içinDNA onarımı gibi mekanizmalara sahiptir.[4]
Genetik materyal olarakRNA kullananvirüsler, sürekli ve hızlı bir şekilde çoğalıp geliştikleri için onlara avantaj sağlayan hızlı mutasyon oranlarına sahiptir,[8] ve bu şekilde insanbağışıklık sistemi gibi savunma mekanizmalarını atlatabilir ve reaksiyonlardan kaçabilirler.[9]
Tarihsel olarak "mutasyon" terimi ilk kez 1901 yılındaHugo de Vries tarafındanakşamsefası bitkisiyle yaptığıçaprazlamalarda gözlemlediği varyasyonu tanımlamak için kullanılmıştır. Varyasyonların çoğu çoklutranslokasyonlar nedeniyle oluşmuştur. Daha sonra iki vakanın,DNA'nın kimyasal kompozisyonunda gerçek değişiklikler olan gen mutasyonları sonucunda olduğu gösterilmiştir. Mutasyon çalışmaları ilerledikçe, meydana gelen değişikliklerin nötr, yararlı ya da zararlı olduğu,evrim süreciyle test edilerek anlaşılır.
Mutasyonlar genetik çalışmaların temelini oluştururlar. Mutasyonun en önemli sonuçlarından biri, bir sonraki kuşağa farklı genetik özellikler aktarılmasına neden olmasıdır. Bu ise, farklı fiziksel özelliklere sahip bireylerin meydana gelmesidir.
Bu değişimler sonucu ortaya çıkarılanfenotipik çeşitlilik, genetikçilerin değişikliğe uğramış olan özelliği kontrol edengenleri çalışmalarına olanak sağlar. Genetik araştırmalarda mutasyonlar, nesilden nesile geçişlerde takip edilebilen, "marker"lar olarak kullanılırlar. Tarihte mutasyonların sunduğu fenotipik çeşitlilik olmasaydı, örneğinMendel'in araştırmalarını yaptığıbezelye bitkisinin fenotipi tek olsaydı, bu deneyler hiçbir zaman sonuç bulamayacaktı.
Bazı canlıların kısa olan hayatlarından yararlanılarak, kolayca tanınabilecek ve çalışılabilecek mutasyonlar bu canlılarda elde edilirler. Mutasyon ve mutagenez çalışmalarında özelliklevirüsler,bakteriler,mantarlar,meyve sinekleri, bazıbitkiler vefareler kullanılmaktadır. Bucanlılar, genetik hakkında bilgilerin elde edilmesinde çok yararlı olmuşlardır.
Mayoz bölünmenin ilk evrelerindecrossing-over ile kromozomlardan kopan parçalar yer değiştirip tekrar kromozomlara bağlanabilirler. Crossing-over, homologkromatitler arasındaki alışılagelmiş parça değişimidir; ancak genlerin rekombinasyonlarına neden olur; fakat kromozomlarda yapı değişikliklerine neden olmaz. Bazen kromatitler, crossing-over olmadan parça değişimine, yitirilmesine ya da kazanılmasına neden olur.
Kromozomlarmitoz vemayoz bölünme sırasında bazen düzenli olarak ayrılmazlar. Sonuçta kromozom sayısı bakımından farklı hücreler meydana gelir ve kalıtsal açıdan bazı sorunlar oluşturur. Birçok bitki doğadaki diploit kökenli diğer bitkilerden türemiştir. Aynıgen lokusunda meydana gelecek öldürücü bir mutasyon, bu şekilde, diğer normal genleri taşıyan poliploit kromozomlar tarafından korunabilir. Başlangıçta öldürücü ya da engelleyici görünen bu genler bir zaman sonra canlının ayakta kalmasını sağlamak bakımından önemli bir duruma geçebilir. Bu tip bitkiler belli bir süre sonra kısır olarak kalırlar veçelikleme ya dayumru ile çoğaltılırlar. Hayvanlar, vücutlarının belli bir parçasından üretilemedikleri için, triploidi ve tetraploidi bunlarda bir önem arz etmez. İnsanlardaki kromozom sayısı değişimleri;
Kromozomların yapısında ya da sayısında herhangi bir değişiklik olmadan, doğal ya da deneysel olarak meydana gelen ve mikroskopta görülmeyen mutasyonlardır. Mutasyonu meydana getiren aracılara "mutajenik faktör" denir. Mutasyona uğramış birgen nadir olarak eski haline dönebilir.
Gen mutasyonları, hücredeki kalıtsal bilgiyi taşıyan, çift nükleotid zincirinden oluşan, DNA (deoksiribonükleikasit) molekülündeki gen denilen ve belirli bir özelliği kodlayan bölümündeki değişiklikten kaynaklanır. Mutasyonlar, bir DNA zincirindeki bazın (A, T, G, C) başka bir bazla yer değiştirmesi sonucunda ortaya çıkabileceği gibi, zincire bir ya da daha çok bazın eklenmesi veya zincirdeki bazların eksilmesi sonucunda da ortaya çıkabilir.
Yumurta veyasperm ya da bunların öncüleri ile ilişkili olan vegerm hattı üzerindengelecek nesillere aktarılan mutasyonlardır. Bu mutasyonlar bir nesilden gelecek nesile aktarıldıklarındanevrim için önemlidir. Genellikle germ hattı mutasyonları, onların yer aldığı organizmalar üzerinde doğrudan etkilere sahip olmazlar.
Somatik mutasyonlar
Üreme hücreleri dışındaki diğersomatik hücrelerde meydana gelen mutasyonlardır. Ortaya çıktığı organizmalar üzerinde etkilere sahip olmakla birlikte bunlar gelecek nesile aktarılmazlar. Bu şekilde normal hücreler kontrolsüz çoğalankanser hücrelerine dönüşürler. Bunun yanında somatik mutasyonlar bir organizmanın yaşlanma sürecinde de rol oynadıklarından tıp için önem taşırlar.
dış etkenler olmadan meydana gelen mutasyonlardır. Bu anlamda bir nükleotitin kimyasal bozulumu (örneğinsitozinin oksidatifdeaminasyonu sonucu kendiliğindenurasil meydana gelmesi) veyatünel etkisi (DNA'dakiproton tünelleri) gibi nedenler kendiliğinden meydana gelen mutasyonlara yol açabilirler.[10]
Uyarılmış mutasyonlar
mutajenler (mutasyona neden olan maddeler ya da radyasyon) tarafından oluşturulan mutasyonlardır.
Bazı DNA polimerazları hatalı yapıları bağımsız olarak tanıma ve düzeltme olanaklarına sahiptir. Ancak,ökaryotlardaki A ailesi DNA polimerazları okuma ve düzeltme etkinliğine sahip değildirler.
Pre- ve postreplikatif onarım hataları
Mesela urasil gibi olağan dışı bir nükleotit DNA'ya gelip yerleştiğinde çıkartılarak uzaklaştırılır. Onarımdan sorumluenzimler, iki tipik DNA nükleotiti arasında oluşan olası bir hatalı eşleşmede ise yüzde 50 oranında bir hata olasılığıyla ikisi arasında bir karar vermek zorunda kalırlar.
Bir DNA dizisi üzerinde birbirlerinin yakınlarında yer alansatelit DNA veyatranspozonlar gibi benzer veya özdeş sekanslarınmayoz bölünme sırasında hatalı çiftleşmesi sonucu oluşan bir mutasyon türüdür.
Hücre bölünmesi sırasında eş kromozomların bölünmemesi
kromozomların yanlış dağılımına ve aynı zamanda böylecetrizomi vemonozomi oluşumuna yol açar.
Sadece bir geni etkileyen kalıtımsal değişimlerdir.Nokta mutasyonları veçerçeve kayması mutasyonları buna örnektir. Nokta mutasyonunda sadece bir organik baz mutasyona uğrar.Çerçeve kayması mutasyonu, tek bir bazıninsersiyonu (eklenmesi) veyadelesyonu (silinmesi) olupgenetik kod içinde var olan üçlü şifreleme nedeniyle bir genin tüm yapısını değiştirir ve bu nedenle genelde çok daha büyük etkilere sahiptir. Gen mutasyonun başka bir olası sonucualternatif bağlamadır. Uzun dizilerin delesyonu (silinmesi) ve kromozomların belirli bölümlerinin iki veya daha fazla bir kata çıktığıgen duplikasyonları da bahsedilen Gen mutasyonlarına dahildir.
Tek bir kromozomun yapısında oluşan kalıtımsal değişimlerdir. Bu durumda kromozomun sadeceışık mikroskobunda görünebilir olan bölümleri değişime uğrar. Bu şekilde, kromozom parçaları kaybolabilir veya başka bir kromozomun parçaları eklenebilir. Buna bir örnekKromozom 5'in kaybolduğukedi miyavlaması sendromudur (veya tıptaki adıyla Cri du chat sendromu). Bu şekilde birçok gen eksik kalarak fenotipte hasarlara ve büyük değişimlere yol açar.
Tüm kromozomların veya kromozom kümelerinin çoğalarak artış gösterdiği (anöplodi vepoliploidi) veya aksine kaybolduğu değişimlerdir. İnsanlarda bilinen örneğiDown sendromudur. Down sendromunda insanınkromozom 21 çiftinde fazladan bir kromozom bulunur.
Burada gen ürünü, gendeki bir mutasyon tarafından işlevsiz hale getirilir. Bu durum da bir genin mutasyona uğradıktan sonra artık işe yaramamasına ve herhangi bir şeyi kodlayamamasına yol açar. Eğer gen ürünü işlev ve fonksiyonlarını tamamıyla kaybetmişse bunanull alel veya amorfalel denir. Eğer yaban tipi fonksiyonlarından bir bölümünü muhafaza edebilmişse buna hipomorfik alel denir. Hipomorfik mutasyon, herhangi bir genin ifadelenmesini (transkripsiyon) azaltan ancak tamamen durdurmayan mutasyonlardır.
Fonksiyon kaybedici mutasyonlar, bir genin fonksiyon kaybı başka bir alel tarafından da telafi edilebileceğinden genellikle çekinik olup resesiftir.[11][12]
Herhangi bir genin transkripsiyonunu artıran bir mutasyon türüdür. Burada gen etkinlik ve hareketlilik kazanır ve bu gen hipermorf olarak adlandırılır. Eğer mutasyon tamamen yeni bir fenotip oluşturursa bu durumda bu alel de hipermorf denir.
Fonksiyon kazandırıcı mutasyonlar fark edilir birfenotip oluşturuyorsa bu mutasyonlar "baskın" olarak tanımlanır. Eğer fonksiyon kazandırıcı alel birfenotipi sadece homozigot durumda ortaya çıkarıyorsa buna da resesif fonksiyon kazandırıcı mutasyon denir.[13]
Nötr mutasyonlar
Bu tür mutasyonlar fenotiplerde değişimlere yol açsalar dabiyolojik uyumluluk üzerinde herhangi bir etkileri yoktur.
Durgun veya sessiz mutasyonlar
Organizmalar üzerinde hiçbir etkisi olmayan mutasyonlardır.
Mutasyonlar birkaç sebepten dolayı meydana gelebilir.
DNA'nın kendini doğru olarak kopyalayamaması: Hücre bölünürken, DNA'sının bir kopyasını çıkarır - ve bazen bu kopyalar birebir olmaz. Orijinal DNA diziliminde meydana gelen bu farklılık bir mutasyondur. Doğal sebeplerden ötürü gerçekleşir.
Dış etkiler mutasyona sebep olabilir: Mutasyonlar ayrıca belirli kimyasallara ya daiyonlaştırıcı radyasyona maruz kalındığında gerçekleşebilir. Bunlar DNA'da bozulmaya sebep olur. Doğal olmayan yollarla gerçekleşmesi zorunlu değildir - en izole ve bozulmamış çevrelerde bile DNA bozulur. Bu durumda, hücre DNA'yı onarırken, her zaman mükemmel şekilde gerçekleştiremez. Böylece, hücre orijinalinden farklı bir DNA ile son bulur; sonuç olarak, bir mutasyondur.[14]
Mutasyonlar; genellikle DNA'nın kopyalanması ya da onarımı sırasındaki hatalarla ortaya çıkar. Genetik çeşitliliğin ana kaynağıdır.[15]
Mutasyonlar; yararlı, etkisiz ya da zararlı olabilir. DNA'daki bir değişiklik organizmanın herhangi bir özelliğinde değişime sebep olabilir.[16]
Mutasyonun gözlenebilen bir etki olmadan ortaya çıkması çok az gözlenen bir olgudur. Daha çok çevreden gelen kimyasal ya da fiziksel etkiler nedeniyle olur. Bir dış etkinin mutasyona yol açabilmesi (mutajen olması) için hücre içine girip etkinliğini gösterebilmesi gerekir. Örneğin Güneş'in morötesi ışınları, girim gücü düşük olduğu için yalnızca deri hücrelerinde somatik mutasyona yol açabilirken, girim gücü yüksek olanX ışınları ya daatom bombası ışımaları, tohumsal mutasyona yani nesilden nesile aktarılabilen mutasyona yol açabilen çok güçlü etkenlerdir. Bu tür mutasyonların birçok örneği yakın zamandaÇernobil patlaması sonucunda çevredeki birçok canlı türünde gözlenmiştir. Günümüzde bile bu patlama sonrası etrafa saçılan radyoaktif maddelerin neden olduğu somatik mutasyonların görünür sonuçları vardır. Hâlen Rusya ve Karadeniz Bölgesi'ndeki kanser oranları çok yüksektir.[kaynak belirtilmeli]
Mutasyonun diğer bir sonucu da hücre bölünmesindeki kontrol mekanizmasını ortadan kaldırabilmesidir. Bunun bilinen en tehlikeli sonucu ise hücrenin kontrolsüz bölünmesi yanikanserdir.
^Aminetzach YT, Macpherson JM, Petrov DA (2005). "Pesticide resistance via transposition-mediated adaptivegene truncation in Drosophila".Science.309 (5735). ss. 764-7.doi:10.1126/science.1112699.PMID16051794.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
^Burrus V, Waldor M (2004). "Shaping bacterial genomes with integrative and conjugative elements".Res. Microbiol.155 (5). ss. 376-86.doi:10.1016/j.resmic.2004.01.012.PMID15207870.
^Sawyer SA, Parsch J, Zhang Z, Hartl DL (2007). "Prevalence of positive selection among nearly neutral amino acid replacements in Drosophila".Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.104 (16). ss. 6504-10.doi:10.1073/pnas.0701572104.PMC1871816 $2.PMID17409186.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
