Evrim Dersi 5: Mutasyonlar

Mutasyonlar, DNA’da meydana gelen rastgele değişimlerdir.

Bunlardan ilkinde, bir nükleotit yerine, yanlışlıkla başka bir nükleotit yerleştirilir. Örneğin Adenin nükleotiti karşısına Timin gelmesi gerekirken, yanlışlıkla Guanin gelir.

Ekleme tipi mutasyonlarda, DNA dizisine yanlışlıkla fazladan bir veya birden fazla nükleotit eklenir. Örneğin bir nükleotit dizisi CTTGAG diye gitmesi gerekirken, CTGGTGGAG diye kodlanır. Burada diziye fazladan bir adet Timin ve iki adet Guanin’in araya girmesi, ekleme tipi mutasyonun ürünüdür.

Silme tipi mutasyon ise bunun tam tersidir. Nükleotitlerden biri veya birkaçı yanlışlıkla silinir. Örneğin CTGGAG diye olması gereken bir dizi, CTAG diye kodlanır. Bu durumda aslında olması gereken iki adet Guanin silinmiş demektir.

Ekleme tipi de, silme tipi de sıklıkla benzer etkilere sahip mutasyonlar olduğu için, bunları da bir arada gruplandırarak, bir bütün olarak 'Ekle-Sil tipi mutasyonlar' deriz.

Bildiğiniz üzere DNA tarafından kodlanan RNA aracılığıyla üretilen aminoasitler, üçlü nükleotit grupları halinde okunurlar. Bu üçlü nükleotit gruplarına 'kodon' adı verilir.

Mesela ekleme veya silme tipi mutasyonlar meydana geldiğinde, proteinlerin üretilmesi için kullanılan okuma dizgesi kayabilir. ... İşte bu tip mutasyonlara bu nedenle 'çerçeve kaydırıcı mutasyonlar' denir.

Kimi zaman, yer değiştirme tipi bir mutasyon nedeniyle bir kodon değişebilir; ancak şans eseri, o kodon da mutasyondan önceki kodonun kodladığı aminoaside karşılık geliyor olabilir. Neden? Çünkü bir aminoasit, genellikle 3-4 farklı kodon ile kodlanmaktadır. ... Bu durumda üretilen protein de değişmemiş olacaktır. İşte bu tip mutasyonlara 'sessiz mutasyonlar' da denir.

Mesela, ACGUGCCAA dizisi normalde Threyonin, Sistein ve Glutamin isimli aminoasitleri üretir. Ancak bu dizinin 6. pozisyonundaki C nükleotiti, A olacak şekilde mutasyona uğrarsa, aminoasit üretimi ikinci kodonda duracaktır. Çünkü UGA durma kodonu olduğu için, bu kodon görüldüğü anda kodlama duracaktır.

İşte bu şekilde yarıda kesilmeyle sonuçlanan mutasyonlara 'anlamsız mutasyonlar' denir.

En sık gördüğümüz mutasyon türü, 'hatalı mutasyon' dediğimiz türdür. Bu türde olan tek şey, yer değiştirme tipi mutasyonun, üretilen aminoasidi değiştirmesidir. Yani UUA, normalde Lösin’i kodlar. UUC ise Fenilalanini. Dolayısıyla 3. pozisyonda meydana gelecek bu tip bir mutasyon, Lösin’i Fenilalanin’e dönüştürür. İşte bu, 'hatalı mutasyondur'.

Doğada gördüğümüz mutasyonların ezici bir çoğunluğu nötral (yani etkisiz) veya nötre yakın (yani neredeyse etkisiz) mutasyonlardır. Yani meydana geldikleri bireyde neredeyse hiçbir değişim yaratmazlar veya yarattıkları değişim çok ama çok küçüktür.

Mutasyonların nötral olmayanları ise ani değişimler yaratan mutasyonlardır. Bunlar, daha nadiren görülürler. Bu daha ufak olan kısmınsa önemli bir bölümünü zararlı mutasyonlar oluşturur. ... Çünkü bir şeyi yıkmak, yapmaktan çok daha kolaydır. Rastgele mutasyonların, var olan sistemi bozma olasılığı, daha iyi bir sistem yaratma olasılığından çok daha yüksektir. Bu nedenle eğer ki bir mutasyon nötr değilse, yani ani ve büyük bir değişime neden oluyorsa, muhtemelen zararlı olacaktır. Bu ani etkili zararlı mutasyonlar, birçok türde %10-20 dolaylarında görülür. Örneğin, beta-hemoglobin proteinini kodlayan genlerde meydana gelen tek bir mutasyon, orak hücreli anemi hastalığına neden olmaktadır.

Mutasyonların geriye kalan %1 ila 10 civarındaki kısmı ise ani etkilidir ve yararlıdır. Örneğin birçok bakteri ve haşerenin, onları öldürücü ilaç ve antibiyotiklere karşı geliştirdikleri dirençlerin bir kısmı, ani etkili yararlı mutasyonlara örnektir. Hatta bazı durumlarda, tek bir ani etkili mutasyonun bakteri direncini %1600, yani 16 kat arttırıverdiği tespit edilmiştir.

Çevre şartları, türler üzerinde sonradan detaylarını öğreneceğimiz seçilim baskılarını yaratır. Avantajlı özelliklerine göre seçilen, dezavantajlı özelliklerine göre elenen türler, nesiller içerisinde evrimleşir. Dolayısıyla bu seçilim süreci olmaksızın, rastgele yaratılan çeşitliliğin evrimsel pek bir anlamı olmayacaktır.

Çeşitlilik mekanizmalarının rastgeleliğiydi. Bu rastgelelik, doğaüstü ya da bilimsel olarak anlaşılamaz bir tesadüf anlamına gelmemektedir. Sadece düşük ve hesaplanması güç olasılıkların gerçekleşmesine biz insanlar 'tesadüf' ya da 'rastgelelik' diyoruz. Yoksa rastgele olan bir olayın, olasılık-dışı, bilim-dışı ya da matematik-harici bir doğası bulunmamaktadır. Örneğin mutasyonların rastgeleliği, mutasyona sebep olan radyasyon, mutajen kimyasallar veya DNA kopyalama hatalarının nerede, ne zaman, ne sıklıkla gerçekleşeceğini kesin olarak kestiremememizden kaynaklanmaktadır.

Mesela ekleme veya silme tipi mutasyonlar meydana geldiğinde, proteinlerin üretilmesi için kullanılan okuma dizgesi kayabilir. Bildiğiniz üzere DNA tarafından kodlanan RNA aracılığıyla üretilen aminoasitler, üçlü nükleotit grupları halinde okunurlar.

Eğer ki bir mutasyon, otozomal hücrelerde, yani üremeyle ilgili olmayan hücrelerinizde meydana geliyorsa evrimsel bir anlamı olmayacaktır. O birey içerisinde etki edecek ve o bireyle sınırlı olacaktır.

Mutasyonların evrimsel anlamı olabilmesi için, şu 4 noktadan veya evreden birinde meydana gelmesi gerekir: 1) Sperm ve yumurta gibi üreme hücrelerinde, 2) Üreme hücrelerini üreten dokularda, 3) Sperm ve yumurtanın birleşmesinden oluşan zigotta, 4) Zigotun en erken evrelerinde meydana gelen ilk birkaç bölünme sonucu oluşan hücrelerde. Bunlarda meydana gelen mutasyonlar, sonradan oluşacak organizmaları doğrudan etkilediği için, evrimsel anlamları da çok büyük olmaktadır.

Bu oranlar genellikle 'mitoz bölünme başına' olacak şekilde ifade edilirler. Ortalama bir insan, ömrü boyunca 10 üzeri 16, yani 10 katrilyon defa mitoz bölünme geçirir. Yani tek bir nükleotitte bölünme başına meydana gelebilecek mutasyon oranı, ömür içerisindeki bölünme sayısı ve her bir hücre içerisinde bulunan nükleotit sayısıyla çarpılınca, mutasyonların hiç de nadir olmadığı görülür.

Mutasyonların rastgeleliği matematiksel olasılıklar kapsamında açıklanır; rastgele demek doğaüstü anlamına gelmez, yalnızca nerede ve ne zaman olacağının öngörülemez olduğunu belirtir.

Evrimin yönü seçilim gibi öngörülebilir süreçlerle belirlenir; mutasyonlar çeşitlilik sağlar ama seçilim hangi değişimlerin kalacağını belirler, bu yüzden evrim rastgele değildir.

Per-nükleotit oranı düşük olsa da toplam nükleotit sayısı ve hücre bölünmeleri nedeniyle mutasyonlar sık gerçekleşir; her bebek onlarca yeni mutasyonla doğar ve yaşam boyunca çok sayıda mutasyon oluşur.

Gerçekte mutasyonların çoğu nötral veya neredeyse nötrdür; zararlı ani etkili mutasyonlar daha nadir, yararlı mutasyonlar ise küçük bir yüzdeyi oluşturur.

Mutasyonlar genellikle küçük etkiler yaratır; büyük bozulmalar nadirdir ve genellikle seçilim tarafından elenir, bu yüzden fantastik mutantlar oluşmaz.

Bir mutasyonun yarar veya zarar olması çevreye ve organizmanın duruma bağlıdır; aynı mutasyon farklı koşullarda farklı etkiler gösterebilir.

Sadece germline (sperm/ovum), üreme dokuları, zigot veya erken embriyonik hücrelerde oluşan mutasyonlar kalıtsal olup popülasyon gen havuzunu etkiler; somatik mutasyonlar bireyle sınırlıdır (ör. kanser).

Tek nükleotit değişimleri birçok durumda sessiz olabilir ya da proteini etkilemeyebilir; kodonların fazlalığı nedeniyle bazı değişimler aminoasidi değiştirmez.

Per-baz olasılık çok küçük olsa da genoma ve hücresel bölünme sayısına bakıldığında toplam gerçekleşen mutasyon sayısı büyüktür ve evrimsel önem taşır.

Yararlı mutasyonlar nadir olsa da vardır ve seçilim bunları biriktirerek adaptasyonu sağlar; örneğin antibiyotik dirençleri tek bir mutasyonla büyük artış gösterebilir.

Mutasyon, DNA’da meydana gelen rastgele değişimdir ve yer değiştirme, ekleme veya silme gibi farklı türlerde olabilir.

En yaygın üç tür yer değiştirme (substitüsyon), ekleme (inserisyon) ve silme (deleisyon) mutasyonlarıdır.

Bu mutasyonlar okuma çerçevesini kaydırarak çerçeve kaydırıcı mutasyonlara yol açar ve proteinin tamamının değişmesine neden olabilir.

Sessiz mutasyon proteini değiştirmez, anlamsız mutasyon erken stop kodonu yaratarak proteini keser, hatalı (missense) mutasyon ise aminoasidi değiştirir.

Mutasyonların meydana gelmesi zaman ve yerde öngörülemez (probabilistik), fakat bu rastgelelik doğaüstü değil matematiksel olasılıktır; seçilim sonucu belirleyicidir.

Her insan bebeği ebeveynlerinden ortalama 50–160 yeni mutasyonla doğar; per-nükleotit oranı düşük olsa da toplam genoma ve bölünme sayısına bakınca mutasyonlar sık gerçekleşir.

Hayır, çoğu nötral veya nötre yakın; zararlı olanlar daha nadirdir ve ani etkililer genelde daha kötü sonuçlara yol açar.

Hayır, çoğu mutasyon küçük ya da etkisizdir; büyük yıkıcı değişiklikler nadirdir ve seçilim tarafından hızla elenebilir.

Evrim için önemli olanlar üreme hücrelerinde, üreme dokularında, zigotta veya zigotun çok erken bölünmelerinde oluşan mutasyonlardır çünkü nesillere aktarılırlar.

Bir mutasyonun etkisi çevre ile etkileşime bağlıdır; aynı mutasyon farklı çevrelerde zararlı da, faydalı da olabilir (örnek: orak hücre anemisi ve sıtma).