آشنایی با علم ژنتیک(1)

تاریخچه علم ژنتیک

مطالعه جدی ژنتیک در طول دو قرن اخر صورت گرفته است .«گرگور مندل »در سال 1860میلادی اصول اولیه وراثت را کشف کرد .مندل آزمایشهای مختلفی روی گیاه نخود فرنگی انجام داد .او از این آزمایشها به این نتیجه رسید که برخی صفات بر صفات دگر غالبند .او ان گونه فرض کرد که فاکتور یا عامل غالبی سبب بروز این صفات غالب می شود ، در نتیجه صفات مشخصی از نسلی به نسل دیگر به ارث می رسد .حدود 50سال پس از آزمایشهای مندل یک زیست شناس دانمارکی به نام « ویلهلم یوهانسن » فاکتورهای ژنتیکی مندل اعم از غالب یا مغلوب را ژن نامید .

در سال 1910 میلادی یک محقق آمریکایی به نام « توماس هانت مورگان » ثابت کرد که ژنها روی کروموزمها قرار گرفته اند وبه همرا کروموزمها به فرزندان منتقل می شوند .پس از آن محققان دیگر کمک های زیادی به پیشرفت علم وراثت کرده اند .دانشمندان کشف کرده اند که اسیدهای نوکلئیک (DANوRNA)صفات موجودات زنده را مشخص می کنند .امروزه با استفاده از علم مهندسی ژنتیک می توان خصوصیات جدیدی را در گیاهان وجانوران به وجود آورد .در واقع مهندسی ژنتیک علمی است که به دستکاری ژنها می پردازد .در این روش ،محققان می توانند ژنها خاصی را از سلول جدا کنند ومورد مطالعه قرار دهند .آنها می توانند با جدا کردن ، تغییر دادن یا انتقال ژنها تغییراتی در موجودات زنده به وجود آورند.

به طور مثال ، با استفاده از این از این علم می توان گیاهان مقاومتر و پر محصول تری به دست آورد .امید می رود که در آینده با استفاده از روش مهندسی ژنتیک بتوان بیماریهای وراثتی را درمان کرد وژنهای سالم را جایگزین ژنهای معیوب نمود .

تقسیم بندی علم ژنتیک

ژنتیك، علم مطالعه وراثت، در تمامی زمینه های آن، از گسترش صفات در یك شجره نامه خانوادگی، تابیوشیمی ماده ژنتیكی، اسید دزوكسی ریبونوكلئیكrnaو اسید ریبنوکلئیک dnaاست .

به صورت تاریخی، ژنتیك دانان در 3 حیطه مجزا فعالیت كرده اند، هر حیطه با مشكلات، روش ها و موجودات زنده مورد مطالعه مربوط به خود .

این 3 حیطه عبارتند از:

 *   ژنتیك كلاسیك

 *   ژنتیك مولكولی

 *   ژنتیك تكاملی یا ژنتیك جمعیت

در ژنتیك كلاسیك ما با تئوری كروموزومی وراثت روبرو هستیم، مفهومی كه ژ ن ها را به صورت خطی در كنار هم بر روی كروموزوم فرض می کند. موقعیت نسبی ژنها با بررسی فراوانی زاده های حاصل از آمیزش های خاصی قابل تعیین است.

ژنتیك مولكولی مطالعه ماده ژنتیك است؛ ساختار، رونویسی و بیان ماده ژنتیك. همچنین در همین حیطه ما انقلاب بزرگ تكنولوژی dna نوتركیب (یا مهندسی ژنتیك) و اطلاعات بدست آمده از آن را بررسی خواهیم كرد.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی

کشف ساختمان DNA

شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. .

ژنها و کروموزومها

ژنها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند.

متابولیزم DNA

سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را می‌توان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و نوترکیبی DNA ، دریافت. همانند سازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد.

متابولیزم RNA

رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز می‌شود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی می‌دهد. سه نوع RNA ساخته می‌شود.

متابولیزم پروتئین

پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینه‌های خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز می‌گردند.

تنظیم بیان ژن

بیان ژنها توسط فرآیندهایی تنظیم می‌شود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر می‌گذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ می‌دهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک می‌کنند.

فناوری DNA نوترکیبی

با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده می‌شوند، روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ، در

ژنتیك تكاملی یا ژنتیك جمعیت به بررسی تغییرات در فراوانی ژنها در جمعیت می پردازد. مفهوم داروینی تكامل كه بنابر پایه انتخاب طبیعی است بررسی می شود.

امروزه به دلیل پیشرفتهای علمی، مرزهای این 3 ناحیه، تا حدی محو شده اند؛ به عنوان مثال، اطلاعات به دست آمده از ژنتیك مولكولی، از طرفی به فهم بهتر ساختار و عملكرد كروموزوم ها و از طرف دیگر به فهمیدن انتخاب طبیعی كمك می كند.

تعریف ژن:

 عوامل وراثتی را که از نسلی به نسل دیگر انتقال میابند ژن مینامند.ژنها در سرتاسر مولکول غول پیکری به نام دزاکسی ریبو نوکلوئیک  اسید (DNA)مستقر شده اند. DNA همراه با مواد پروتینی به صورت نوکلئو پروتین در آمده است که در رنگ آمیزی اختصاصی در هسته سلول به شکل کروموزوم ظاهر میشود . یک ژن دارای اطلاعاتی است که پروتیین به کمک آن ساخته میشود.

مولکول DNA معمولا پایدار ودارای قدرت همانند سازی است تغییر بخشی از ساختمان این مولکول را اصطلاحا جهش یا موتاسیون میگویند. جهش در واقع عوض شدن اطلاعات موجود در مولکول DNA را به همراه دارد که در نتیجه آن یا پروتئین ناقص به وجود می آید و یا ساختن پروتیین کاملا قطع میشود . به هر حال باید توجه داشت که نتیجه نهایی موتاسیون ایجاد صفات و خصوصیات جدید در افراد یک گونه است .

یک ژن در اثر موتاسیونهای متعدد میتواند به اشکال مختلف در آید که اصطلاحا به این مجموعه ژنهای آلل مورف یا همردیف میگویند . هر ژن در روی کروموزوم محل معینی را اشغال میکند که در اصطلاح به آن جایگاه ژن یا لوکوس میگویند . به این ترتیب تمام همردیف های یک ژن در روی کروموزومهای مشابه همان جای مشخص و معین ژن اولیه را اشغال میکنند . اصطلاح لوکوس گاهی اوقات به جای کلمه ژن هم مورد استفاده قرار میگیرد.

به طور خلاصه در اوایل پیدایش علم ژنتیک ژن را عامل مستقلی تصور میکردند که همچون دانه های تسبیح بر روی رشته نخی در سراسر کروموزوم قرار دارد.

منبع: roshd-wikipedia-.gigapars-pezeshk-genetics

منو دایره المعارف علوم وفنون

تقسیم میوز و میتوز

                                     دانلود فایل تصویری

تقسیم میوز

مقدمه

تقسیم میوز شامل دو بخش میوز اول و میوز دوم است. در اثر تقسیم میوز ، گامتها بوجود می‌آیند. این تقسیم عموما قبل از تشکیل گامتها یا همزمان با تولید آنها صورت می‌گیرد. این فرایند سبب می‌شود که در موقع تشکیل تخم ، تعدادکروموزومها مضاعف نشود. تقسیم میوز در اندام تولید مثلی نر و ماده که محتوی سلولهای دیپلوئیدی مخصوصی است، صورت می‌گیرد. این سلولها دو تقسیم متوالی را طی می‌کنند، اما کروموزومها فقط یک بار مضاعف می‌شوند. از این تقسیم چهار سلول حاصل می‌آید که تعداد کروموزومهای هر یک نصف تعداد اولیه است.

بخش اول میوز

بخش اول میوز همانند میتوز خود شامل چهار مرحله است.

پروفاز اول

مرحله پروفاز در میوز اول روند پیچیده‌ای است که بسیار کندتر از میتوز صورت می‌گیرد و شامل پنج مرحله است:

• زیرمرحله لپتوتن:
  
  آغاز پروفاز با افزایش حجم هسته‌ای مشخص می‌شود. کروموزومها به صورت تخمهای دراز ، نازک و تاب خورده به شکل دانه‌های تسبیح به نام کرومومر ظاهر می‌شوند. این ریز مرحله را لپتوتن گویند. کروموزومها منفرد به نظر می‌رسند، در حالی که بیشتر DNAی یاخته قبلا دو برابر شده و کروموزومها دارای دو کروماتید هستند. بر اساس گفته «براون» ، سنتز DNA تا مرحله لپتوتن ادامه دارد و زمان چرخه یاخته‌ای را تشکیل می‌دهد.
  
  
• زیرمرحله زیگوتن:
  
  در این مرحله کروموزومهای همساخت به ترتیب ویژه‌ای جفت می‌شوند. نیرویی که دو جفت کروموزوم را به سوی یکدیگر می‌کشد، هنوز مشخص نشده است. این روند را سیناپس می‌گویند و جفت کروموزومهای همساخت را بی‌والانت (تتراد) می‌گویند.
  
  
• زیرمرحله پاکی‌تن:
  
  در این مرحله هستک از نظر اندازه رشد می‌کند و کروموزومها کوتاهتر و ضخیخم‌تر می‌شوند. حال هر کدام یک تتراد هستند که از دو کروموزوم همساخت یا 4 کروماتید تشکیل شده‌اند. هر کروماتید از یک تتراد ، به دور کروماتید خواهر خود می‌پیچد و کوتاهتر و ضخیم‌تر می‌شود. هر کروموزوم همساخت سانترومر مستقل دارد. بنابراین هر کروماتید سانترومر خاص خود را دارا است.
  
  مهمترین رویداد در زیرمرحله پاکی‌تن ، تشکیل کیاسما به هنگامی است که دو کروماتید خواهر از هر کروموزوم همساخت ، قطعاتی را بین خود مبادله می‌کنند. تبادل قطعات بین دو کروماتید از دو کروموزوم همساخت را کراسینگ اور (تقاطع کروموزومی) گویند. زیرمرحله پاکی‌تن طولانی است. در پایان این زیرمرحله ، نیرویی سبب جدا شدن کروماتیدها از یکدیگر می‌شود.
  
  
• زیرمرحله دیپلوتن:
  
  در این مرحله کروموزومها ، جدا شدن از یکدیگر را آغاز می‌کنند، اما چون در بعضی نقاط تبادل صورت گرفته است، لذا در این نقاط متصل به یکدیگر باقی می‌مانند. این ریز مرحله حقیقتا کیاسما نام دارد و از نظر ژنتیکی دارای اهمیت فراوانی است، زیرا تبادل بین کروماتیدهای ناخواهری در این زیرمرحله صورت می‌گیرد. کراسینگ اور به تبادل ژنها می‌انجامد و سبب تشکیل کروماتیدهای نوترکیب می‌شود. در ژنتیک مولکولی ، کراسینگ اور به عنوان وسیله تجربی برای نقشه برداری کروموزومی بکار می‌رود.
  
  
• زیرمرحله دیاکینز:
  
  در این مرحله ، کروموزومها کوتاهتر و ضخیم‌تر شده و کیاسما ناپدید می‌شود. کروموزومهای همساخت از دو سو به سمت محیط هسته کشیده می‌شوند، اما جدا شدن کامل کروماتیدها صورت نمی‌گیرد. کروموزومهای همساخت فقط در انتها متصل به یکدیگر باقی می‌مانند و ساختار حلقه مانند عریضی را تشکیل می‌دهند. به علاوه هستک و غشای هسته ناپدید می‌شود و دوک بطور کامل تشکیل می‌گردد. کرومزومهای تتراد در صفحه متافاز قرار می‌گیرند.

متافاز اول

این مرحله پس از دیاکینز آغاز می‌شود و همانند متافاز میتوز است. کروموزومهای همساخت در صفحه استوایی باقی می‌مانند و از طریق سانترومرها به رشته‌های دوک متصل می‌شوند.

آنافاز اول

در آنافاز اول ، کروماتیدهای خواهر از هر کروموزوم همساخت که به وسیله سانترومر به یکدیگر متصل‌اند، به قطبهای مربوط به خود می‌روند. کیاسما کاملا متلاشی می‌شود و کروماتیدهای ناخواهری از هم جدا می‌گردند. این کروماتیدها ، با کروموزومهای پدری و مادری خود تفاوت دارند. در مقایسه با آنافاز میتوز که در آن هر کروموزوم یک کروماتید دارد، هر کروموزوم در مرحله آنافاز میوز ، از دو کروماتید تشکیل شده است که احتمالا یکی از کروماتیدها ، نوترکیب است.

تلوفاز اول

در این مرحله کوتاه ، پیچش کروماتیدها باز شده و کروماتیدها دراز می‌شوند و تا مدتی در حالت فشردگی باقی می‌مانند. غشای هسته در اطراف هر گروه کروماتید تشکیل می‌گردد و دو هسته مجزا بوجود می‌آیند. در بعضی موجودات پس از تشکیل غشاها در هسته ، هر هسته دختر قبل از اینکه دومین تقسیم میوز آغاز شود، مدتی در مرحله اینترفاز باقی می‌ماند. باید توجه داشت که بین دو تقسیم میوز (ساختمان DNA|DNA)) ساخته نمی‌شود.

مرحله دوم میوز

این مرحله تقسیم همانند میتوز است، اما با این تفاوت که کروموزومها از دو کروماتید تشکیل شده‌اند. در این نوع تقسیم هر دو هسته خواهر از مراحل پروفاز ، متافاز ، آنافاز و تلوفاز دوم می‌گذرند. در این مرحله مضاعف شدن DNA صورت نمی‌گیرد.

پروفاز دوم

پروفاز این مرحله بسیار کوتاه است. دوک تشکیل می‌شود و کروموزومهای دو کروماتیدی و مضاعف روی آن قرار می‌گیرند.

متافاز دوم

در متافاز دوم ، کروموزومها به قسمت وسط دوک می‌روند و در آنجا مستقر می‌شوند. نکته جالب توجه این است در متافاز میوز اول سانترومرهای کروموزومهای همساخت از یکدیگر جدا می‌شوند، در حالی که در میوز دوم سانترومرهای کروماتیدهای خواهری از یکدیگر فاصله می‌گیرند.

آنافاز دوم

در آنافاز دوم میوز کروماتیدهای هر کروموزوم از هم جدا می‌شوند و به دو قطب سلول می‌روند.

تلوفاز دوم

در تلوفاز دوم میوز ، تقسیم میوزی کامل می‌شود و چهار سلول بوجود می‌آید. در بسیاری از جانداران ماده ، سیتوپلاسم سلولها در میوز بطور نامساوی تقسیم می‌شود و فقط یک سلول به جای چهار سلول حاصل می‌آید که سیتوپلاسم فراوان دارد و مبدل به تخمک می‌شود. سه سلول کوچک باقیمانده معمولا می‌میرند. در بعضی از جانداران نر چهار سلول حاصل مبدل به اسپرم می‌شوند.