تقسیم بندی جهش‌ها

تغییرپذیری ماده ژنتیکی یکی از خواصی بود که دانشمندان همواره برای ماده ژنتیک فرض می‌کردند. جهش پدیده‌ای تصادفی است یعنی تغییر در تمام نوکلئوتیدهای ژنوم ، کم و بیش یکسان است. بر اثر انتخاب طبیعی جهش یاخته‌های زیانبار کمتر تولید مثل می‌کنند یا اصلا تولید مثل نمی‌کنند. جهش یافته‌هایی با جهش سودمند بیشتر تولید مثل می‌کنند و در نسل‌های بعد فراوانتر می‌شوند.

جهش یاخته‌ها مهمترین ابزار ژنتیک بوده‌اند. میزان جهش در پروکاریوتها و یوکاریوتها یک نوکلئوتید در هر نوکلئوتید در هر چرخه سلولی است. برای موجودات زنده‌ای که از راه جنسی تولید مثل می‌کنند تنها جهش‌هایی که در سلول‌های جنسی رخ داده‌اند به نسلهای بعد منتقل می‌شوند. جهش در سلول غیر جنسی فقط در دودمان همان سلول در فرد جهش یافته تاثیر می‌گذارد.

تقسیم بندی جهش‌ها

یک نوع تقسیم بندی جهش‌ها بر حسب خودبخود بودن یا القایی بودن آنهاست.

جهش خودبخودی

جهشهای خودبخودی بر اثر عوامل و شرایط روز مره زندگی جاندار رخ می‌دهند. جهش‌های خودبخودی میزان زمینه‌ای جهش را تعیین می‌کنند. مثلا جهشهای که بر اثر تابش‌های فرابنفش که از خورشید به زمین می‌رسد یا بر اثر کیفیت عملکرد DNA پلیمراز در همانند سازی DNA. یکی از جهشهای معمول خودبخود ، حذف گروه آمین از با سیتوزین و تبدیل آن به یوراسیل است.

جهش القایی

در اثر استفاده از مواد جهش‌زا بوجود می‌آید. و باعث افزایش مقدار زمینه‌ای جهش می‌شوند. بعضی مواد شیمیایی ، تابش‌های فرابنفش و اشعه ایکس از عوامل جهش‌زا به شمار می‌آیند. جهش القایی بر رابطه مکملی نوکلئوتید تاثیر می‌گذارد پرتو ایکس و گاما در DNA شکستگی ایجاد می‌کند تابش فرابنفش باعث پیوند کووالان بین دو تیمین مجاور در یک رشته DNA می‌شوند و مسیرهای تیمین اشکالاتی را در همانند سازی DNA بوجود می‌آورند.

از دیدگاه دیگر می‌توان جهشها را به جهشهای بزرگ و کوچک تقسیم کرد.

جهش‌های بزرگ

جهش‌هایی هستند که با میکروسکوپ نوری می‌توان تاثیر آنها را بر ماده ژنتی تشخیص داد این جهش باعث تغییر در تعداد یا شکل کروموزوم‌ها می‌شوند این جهش‌ها بر فنوتیپ تاثیر دارند و این جهشهای اساس ملکولی دارند.

جهش‌های کوچک

جهشهایی هستند که بر فنوتیپ تاثیر می‌گذارند و تشخیص تغییر ایجاد شده در آنها تقریبا دشوار است. و جهشهایی هستند که اساس مولکولی دارند. جهشهای کوچک خود به چند دسته تقسیم میشوند.

جهش نقطه‌ای

فراوانترین جهشهای کوچک هستند. در اثر این جهش‌ها یک جفت نوکلئوتید جایگزین یک جفت نوکلئوتید دیگر می‌شود. یکی از دلایلی که جهش‌ها می‌توانند بی‌تاثیر باشند تکراری بودن رمزگان ژنتیک است. که تبدیل رمز یک اسید آمینه را به رمز دیگری برای همان اسید آمینه ممکن می‌سازد. به همین علت تشخیص آنها دشوار است همچنین امکان دارد بر اثر جهش نوکلئوتید یا اسید آمینه جدیدی در RNA یا پروتئین محصول ژن جهش یافته وارد شود بدون اینکه تغییری در فعالیت محصول ژن ایجاد کند.

برای مثال یک اسید آمینه جایگزین اسید آمینه‌ای با همان بار الکتریکی می‌شود. یک سری نقطه‌ای هم وجود دارد که تشخیص آنها راحت‌تر است بعنوان مثال برای ژنهای پروتئین ساز. جهشهای نقطه‌ای رمز یک اسید آمینه را به رمز اسید آمینه دیگر ، رمز اسید آمینه را به رمز پایان پروتئین سازی یا رمز پایان پروتئین سازی را به یک اسید آمینه تبدیل می‌کنند. و در حالت اخیر طول پروتئین به ترتیب کوتاه‌تر یا بلندتر می‌شود. جهشهای نوع اول اثر نامطلوب بر فعالیت پروتئین دارند ولی گاهی پروتئینی بوجود می‌آید که بهتر از پروتئین طبیعی عمل می‌کند.

جهش حذف و اضافه

این جهش‌ها اثر نامطلوبی دارند. اگر تعداد مضرب اسید آمینه در سطح نوکلئوتیدهای حذف اضافه شده سه یا مضربی از سه باشد به تعداد مضربها اسید آمینه در پروتئین حذف یا اضافه می‌شود. رمزها از جایگاه جهش به بعد تغییر می‌کنند. و پروتئین حاصل از توالی جهش یافته فعالیت نخواهد داشت مگر در مواردی که فقط تعداد کمی اسید آمینه در انتهای کربوکسیل پروتئین عوض شده باشد. این نوع جهشها ، جهش تغییر چارچوب می‌نامند.

جهش ساختاری

جهشهایی هستند که باعث تغییر در توالی اسیدهای آمینه در ملکول پروتئین شده‌اند. برای مثال ، جهشهای نقطه‌ای حذف و اضافه ، جهش‌هایی که توالی نوکلئوتیدها را در RNA‌هایی که ترجمه نمی‌شوند تغییر می‌دهند مانند rRNAها و tRNA‌ها نیز جهش ساختاری دارند.

جهش‌های تنظیمی

توالی نوکلئوتیدها را در بخش‌های تنظیمی مانند راه اندازها و جایگاه اتصال ریبوزوم در mRNA تغییر می‌دهند این جهش‌ها بر میزان تجلی تاثیر می‌گذارند. به این معنی که تجلی ژن مربوط را زیاد ، کم یا ناهمگن می‌سازد.

جهش در اثر پرتوها

پرتو فرابنفش عامل جهش‌زای بسیار موثری است. پرتوهای فرابنفش با طول موج 260 نانومتر بوسیله بازهای DNA به شدت جذب می‌شوند و این امر به ایجاد تغییرات شیمیایی در رشته DNA می‌انجامد معروفترین و شناخته شده‌ترین اثر پرتوفرابنفش بر روی بازهای رشته DNA این است که موجب ایجاد پیوندهای دو تایی (دیمر) بین مولکول تیمین مجاور هم می‌شود نسخه‌برداری غیر طبیعی از این قسمتها که حاوی تیمین دیمر است موجب جهش خواهد شد.

بسیاری از ارگانیسم‌ها دارای آنزیمهای ترمیم کننده‌ای هستند که می‌توانند آسیبهای ناشی از پرتو را ترمیم کنند علاوه بر این ، پرتو فرابنفش می‌تواند موجب تغییرات دیگر در رشته DNA شود ولی چگونگی وقوع این اثر گذاری مشخص نیست. پرتوهای یونیزه کننده ، مانند پرتو ایکس و پرتوهای اتمی ، نیز جهش‌زا هستند و چگونگی عمل آنها متفاوت است این پرتوها می‌توانند در بازهای رشته DNA موجب تغییرات شیمیایی شوند و یا باعث شکسته شدن رشته DNA یا حذف یک یا چند باز از رشته گردند.

ترمیم جهش

مجموع روندهای سلولی بکار رفته در مرمت تغییرات وارد شده به ماده ژنتیک را ترمیم می‌گویند. جهش‌های زیادی روزانه رخ می‌دهند اما اغلب این جهش‌ها پایدار نیستند زیار ترمیم می‌شوند. یقینا بدون دستگاه ترمیم طول عمر سلول‌های موجودات خیلی کمتر می‌بود. تعداد زیادی پروتئین در پروکاریوتها و یوکاریوتها در ترمیم فعالیت داند در معمولترین روند ترمیم نوکلئوتید تغییر یافته از یک رشته DNA حذف و از رشته مقابل به عنوام الگوی برای بازسازی منطقه حذف شده استفاده می‌شود.
ادامه مطلب

اسکلت سلولی

اسکلت سلولی شبکه سه بعدی درهم پیچیده‌ای از رشته‌هاست که این رشته‌ها یکدیگر را در جهات و نقاط مختلف به صورت شطرنجی قطع می‌کنند. اسکلت سلولی اسکلت داخلی سلول را تشکیل می‌دهد.

یاخته‌های واجد هسته مشخص اشکال متنوعی دارند. در جانوران که دیواره یاخته‌ای وجود ندارد، شکل یاخته دائما تغییر می‌کند. اگر به یاخته‌های در زیر میکروسکوپ بنگرید آن را زنده و متحرک خواهید یافت. سیتوپلاسم به هر طرف جاری است میتوکندریها در جریان سیتوپلاسمی غوطه‌ورند. بخشهایی از غشای پلاسمایی به بیرون یا داخل فرورفتگی دارد یا متورم شده است و این حفره‌ها به سمت بیرون یا داخل جدا می‌شوند و لبه‌های منظم تشکیل داده و تغییر شکل می‌دهند. در تمام این تظاهرات گوناگون یاخته‌های جانوری متحرک و زنده‌اند. امروزه مشخص شده است که اشکال متنوع سلولهای یوکاریوتی و نیز حرکات هماهنگ و منظم آنها به دلیل وجود اسکلت سلولی است. به اسکلت سلولی ماهیچه سلولی نیز گفته می‌شوند.

انواع رشته‌های اسکلت سلولی

دانشمندان توانسته‌اند با جداسازی اسکلت سلولی از سایر محتویات سیتوزول نشان دهند که این ساختار از سه نوع رشته‌های پروتئینی تشکیل شده است. ریز لوله‌ها ، ریز رشته‌ها و رشته‌های حد واسط. هر نوع رشته پروتئینی از زیر واحدهای متفاوتی تشکیل شده است و دارای پروتئینهای ضمیمه می‌باشند. پروتئینهای ضمیمه سرنوشت رشته‌ها را تعیین می‌کنند.

عملکرد پروتئینهای ضمیمه

پروتئینهای ضمیمه بعضی از این رشته‌های مختلف را به یکدیگر متصل می‌کنند. بعضی رشته‌ها را به سایر ساختارهای سلولی مثل غشای پلاسمایی وصل می‌کنند. دیگر تعیین کننده تجمع رشته‌ها در نقاط خاصی از سلول هستند و بعضی باعث حرکت مژه‌ها می‌شوند.

ریز لوله‌ها

ساختارهایی هستند که در سیتوزول تمام سلولهای یوکاریوتی از آمیب گرفته تا سلول گیاهان و جانوران عالی وجود دارند. گلبولهای قرمز ممکن است استثنا باشند. جزئیات ساختاری ریز لوله‌ها در سلولهای موجودات مختلف بطور شگفت آوری یکسان است. ریز لوله‌ها رشته‌های بلند و توخالی هستند که درازای آنها به حداکثر 200 میکرومتر می‌رسد. قطر خارجی آنها 25 نانومتر و قطر داخلی‌شان 15 نانومتر می‌باشد. هر ریزلوله از 13 رشته به نام پیش رشته تشکیل شده است که به موازات محور طولی ریز لوله قرار گرفته‌اند.

پیش رشته‌ها از دو نوع پروتئین کروی مشابه به نام توبولین آلفا (α) و توبولین بتا (β) تشکیل شده‌اند. تشابه ردیف اسیدهای آمینه این دو توبولین حدود 50 درصد است. در واقع واحد تشکیل دهنده پیش رشته‌ها دایمر βα است و این دایمر نیز اصطلاحا توبولین خوانده می‌شود. در هر پیش رشته توبولین به صورت پشت سر هم یعنی αβ←αβ قرار گرفته‌اند. تنوع ریز لوله‌ها عمدتا به دلیل وجود پروتئینهای ضمیمه متفاوت در آنهاست و این پروتئینهای ضمیمه هستند که خصوصیات ویژه یک ریز لوله‌ها را تعیین می‌کنند.

خاصیت قطبی بودن ریز لوله‌ها

یک خصوصیت کلیدی ریز لوله‌ها قطبیت آنهاست. در شرایط درون شیشه ، دراز یا کوتاه شدن ریز لوله‌ها با اضافه یا حذف شدن توبولینها در دو انتهای ریز لوله صورت می‌گیرد.

نقش ریز لوله‌ها

ریز لوله‌های اسکلت سلولی در ترابری مواد نقش دارند. دوک میتوز ، تاژک و مژه مثالهایی از این گونه ساختارها هستند.

ریز رشته‌ها

ریز رشته‌ها که رشته‌های اکتین نیز خوانده می‌شوند زنجیره‌هایی به قطر هفت نانومتر هستند که در تمام سلولهای یوکاریوتی به وفور یافت می‌شوند. رشته‌های اکتین از واحدهای پروتئینی کروی به نام اکتین تشکیل شده‌اند که به صورت منظم به دنبال یکدیگر قرار گرفته‌اند. رشته‌های اکتین مانند ریز لوله قطبی هستند و سرعت اضافه و حذف شدن زیرواحدها در انتهای مثبت بیش از انتهای منفی است.

رشته‌های اکتین دستجات و شبکه‌های اکتینی را ایجاد می‌کنند. این رشته‌ها مانند ریز لوله‌ها در سلولهای مختلف ساختاری مشابه دارند و تنوع آنها به دلیل وجود پروتئینهای ضمیمه آنهاست. یکی از مهمترین پروتئینهای ضمیمه میوزین است که در انقباض ماهیچه‌ای نقش دارد. سیتوکالازین ب باعث کاهش حرکت درون یاخته‌ای بوسیله تاثیر بر اکتین می‌باشد.

اهمیت اکتین

نقش اکتین در ریز پرزهای سلولهای پوششی روده ، حرکت آمیبی و فعال‌سازی پلاکتها و تقسیم سیتوپلاسم و در نهایت عملکرد ماهیچه نقش دارد.

رشته های حد واسط

رشته‌های حد واسط دسته سوم از رشته‌های پروتئینی اسکلت سلولی هستند قطر آنها 10 نانومتر ، ضخیمتر از رشته‌های اکتین و باریکتر از ریز لوله‌هاست. امروزه معتقدند که این رشته‌ها یکی از اجزای مهم ساختاری اکثر سلولها و بافتهای جانوری می‌باشند. این رشته‌های پروتئینی به مقدار زیاد در بافتهایی یافت می‌شوند که در معرض فشارهای مکانیکی قرار می‌گیرند. بنابراین یکی از نقشهای عمده آنها استحکام بخشیدن به بافتهاست.

رشته‌های حد واسط از نظر ساختاری

رشته‌های حد واسط از چند نظر بار ریز لوله‌ها و ریز رشته‌ها تفاوت دارند. از نظر ساختاری این رشته‌ها پلیمرهایی از پروتئینهای رشته‌ای هستند. در حالی که دو نوع رشته دیگر از زیر واحدهای کروی تشکیل شده‌اند. انواع رشته‌های حد واسط بسته به نوع سلول زیر واحدهای ساختاری متفاوت دارند. در حالی که زیر واحدهای ریز لوله‌ها و اکتینها در انواع سلولها مشابهند. در مقایسه با ریز لوله‌ها و اکتینها که دایما در حال تشکیل و تخریب هستند رشته‌های حد واسط پایدارترند و معمولا به صورت پلیمر باقی می‌مانند. تفاوت دیگر این است که رشته‌های حد واسط قطبیت ندارند.

انواع رشته‌های حد واسط

کراتینها یکی از مهمترین انواع رشته‌های حد واسط هستند که تا به حال 30 نوع از آنها ساخته شده است. کراتینها عمدتا در ساختارهایی مانند مو ، پشم و ناخن ساخته می‌شوند و جایگاه آنها در سیتوپلاسم است. وجود رشته‌های کراتین در سلول باعث استحکام آنها می‌شود. و یکی دیگر از رشته‌های حد واسط لامینها می‌باشند که ساختار صفحه‌ای بوجود می‌آورند. جایگاه آنها در زیر غشای داخلی هسته است و برخلاف کراتینها ناپایدارند. زیرا در آغاز تقسیم میتوز تخریب و در پایان آن مجددا تشکیل می‌شوند. لامینها ، اسکلت هسته را بوجود می‌آوردد.

چرخه یاخته‌ای در پروکاریوتها

زندگی یاخته‌ها در دو مرحله متوالی به صورت یک چرخه ، به نام چرخه یاخته‌ای تکرار می‌شود. تقسیم یا تولید مثل یاخته یکی از این مراحل است. مساله مهم در تقسیم یاخته ، تقسیم ماده ژنتیکی بین دو یاخته دختر است. باکتریها این مساله را با همانندسازی DNA منفرد و تقسیم دوتایی یاخته حل کرده‌اند. یوکاریوتها ، از لحاظ ساختار ژنوم پیچیده‌ترند و تقسیم یاخته‌ای پیچیده‌تری به نام میتوز دارند.

در میتوز ، ریزلوله‌ها به هر کروموزوم همانندسازی شده متصل می‌شوند و کروموزومهای خواهر را به قطبهای مخالف یاخته می‌کشاند. هنگامی که توزیع مجدد مواد کروموزومی کامل شد، یاخته تقسیم می‌گردد. در یوکاریوتها ، علاوه بر تقسیم میتوز ، تقسیم دیگری به نام میوز وجود دارد که به تشکیل گامتهای جنسی با کروموزومهای هاپلوئید می‌انجامد.

چرخه یاخته‌ای در پروکاریوتها

روند زندگی یاخته در پروکاریوتها می‌تواند به عنوان چرخه‌ای ساده مطرح شود. یکی از بهترین نمونه‌های پروکاریوتها باکتریها هستند. در باکتریها اطلاعات ژنتیکی یا ژنوم به صورت DNA حلقوی دو رشته‌ای است که به نقطه‌ای در سطح درونی غشای یاخته چسبیده است. در ابتدای زندگی یاخته ، دومین نسخه از DNA ساخته می‌شود. هنگامی که رشد باکتری به اندازه مناسبی رسید، یاخته تقسیم می‌شود و دو یاخته مساوی یا تقریبا مساوی بوجود می‌آیند. ابتدا غشای جدید پلاسمایی و مواد دیواره یاخته در محل تماس بین ژنوم دختر بوجود می‌آید.

به تدریج که ماده جدید به محل تماس اضافه می‌شود، غشای پلاسمایی در حال رشد به سمت درونی فشار می‌آورد و یاخته به شدت فشرده شده و به دو بخش تقسیم می‌گردد. شروع فشردگی در محل تماس غشایی دو ژنوم دختر این اطمینان را می‌دهد که هر یاخته جدید محتوی یکی از ژنومهای معین خواهد بود. سرانجام فرورفتگی غشا به مرکز یاخته می‌رسد و یاخته را به دو بخش تقسیم می‌کند. دیواره جدید یاخته‌ای در پیرامون غشای جدید بوجود می‌آید و یا یاخته ، به دو یاخته تقسیم می‌شود.

چرخه یاخته‌ای در یوکاریوتها

چرخه یاخته‌ای یک یاخته یوکاریوت شامل دو مرحله انترفاز و تقسیم است. در بیشتر یاخته های یوکاریوت ، روند حقیقی تقسیم یاخته کمتر از یک ساعت طول می‌کشد، اما مرحله انترفاز به زمان طولانی‌تری نیاز دارد. رویدادهای کلی چرخه یاخته‌ای تحت کنترل فرآورده‌های چند ژنی است که هماهنگی و رویدادهای مختلف را تنظیم می‌کنند.

اینترفاز

مرحله‌ای از روند تقسیم را که در آن یاخته تقسیم نمی‌شود اینترفاز نامیده‌اند و در این مرحله یاخته خود را برای ورود به مرحله دیگر تقسیم آماده می‌کند. مرحله اینترفاز شامل سه مرحله است.

مرحله G1

مرحله رشد یاخته است که طی آن سنتز RNA و پروتئین فعالانه انجام می‌گیرد و یاخته خود را برای آغاز سنتز DNA آماده می‌کند. این مرحله 30 تا 50 درصد از کل چرخه یاخته‌ای را دربرمی‌گیرد. در یاخته‌های پستانداران این زمان از 4 تا 9 ساعت متغیر است.

مرحله سنتز

زمان سنتز DNA است و 30 تا 40 درصد از کل چرخه یاخته‌ای را شامل می‌شود. این مرحله در یاخته‌های پستانداران 5 تا 7 ساعت طول می‌کشد.

مرحله G2

زمان بعد از سنتز DNA است. در این مرحله یاخته تدارکات لازم را جهت تفکیک اطلاعات ژنتیکی همانندسازی میتوکندریها و اندامکهای دیگر ، متراکم شدن کروموزومها و سنتز و تجدید حیات ریزلوله‌ها صورت می‌دهد. این مرحله به انرژی فراوانی نیاز دارد احتمالا این نیاز به خاطر آغاز میتوز است. این مرحله 10 تا 20 درصد زمان چرخه یاخته‌ای را تشکیل می‌دهد.

مرحله میتوز

در این مرحله ، دستگاه ریزلوله‌ای (دوک تقسیم) تشکیل می‌شود که به کروموزومها متصل می‌گردند و کروموزومهای خواهری از هم جدا می‌شوند. این مرحله که میتوز نامیده می‌شود مرحله اساسی در جدا شدن دو ژنوم دختر است. مرحله میتوزی یا M کوتاه‌ترین مرحله است که کمتر از یک ساعت طول می‌کشد. وارد شدن یاخته از مرحله انترفاز به میتوز مستلزم هماهنگی کامل بین رویدادهایی هست که در سیتوپلاسم و هسته رخ می‌دهند.

مرحله سیتوکینز

در این مرحله ، یاخته به دو یاخته دختر تقسیم می‌شود. هر یاخته دختر تقریبا نیمی از محتویات سیتوپلاسمی ، از جمله یکی از دو هسته همانندسازی شده را به عنوان میراث دریافت می‌کند. با پایان این مرحله یک چرخه کامل می‌شود.

میوز

نوعی تقسیم سلولی که طی آن هر سلول فقط نصف تعداد کروموزومهای سلول والد خود را دریافت می‌کند. در جانوران این تقسیم در هنگام تولید گامتها صورت می‌گیرد. میوز شامل دو مرحله است. در مرحله اول میوز ، در اینترفاز ماده وراثتی به شکل کروماتین است که قبل از تقسیم DNA آن همانندسازی می‌کند و دو برابر می‌شود. در مرحله دوم میوز ، مضاعف شدن DNA صورت نمی‌گیرد. بعد از پایان میوز از هر سلول والد 4 سلول حاصل می‌شود که هر کدام دارای نصف کروموزوم والدی هستند.

ترکیب نوکلئوپروتئین

ساختار نوکلئوزوم

هر کروموزوم یوکاریوتی از یک قطعه نسبتاً طویل DNA دو رشته ای تشکیل شده است و متوسط سلول های دیپلوئید دارای تعدادی از این قطعاتDNAمی باشند به منظور اینکه در طی تقسیم میوز و میتوز کروموزوم ها به درستی بین سلول های دختر توزیع شود این قطعات بایستی به صورت ساختارهایی فشرده شوند تا سازماندهی آن ها آسانتر گردد. مکانیسمی که بدین منظور توسط یوکاریوت ها به کار گرفته می شود پیچاندنDNA به دور گوی های پروتئینی است. پیچیده شدن DNA بدور این گوی ها اولین مرحله از سری مراحل فرآیند تا شدن و تاب خوردن DNA است که نهایتاً‌ منجر به تولید کروموزوم های کاملاً فشرده ای می شود که در مرحله متافاز می بینیم. هسته را در مرحله اینترفاز می توان با قرار دادن آن در محلول هیپوتونیک مانند آب جدا کرد. هنگامی که این اتفاق روی می دهد ماده کروماتین بیرون می ریزد. هنگامی که این مواد در زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده می شوند ذرات کوچکی که نوکلئوزوم نامیده می شوند دیده می شوند.

این ها همان گوی هایی هستند که DNA به دور آن ها پیچیده شده است و از پروتئین های هسیتون ساخته شده اند که DNA به آن متصل است.

هسیتون ها گروهی از پروتئین های بازی غنی از ریشه های آرژنین و لیزین هستند که نسبتاً به خوبی شناسایی شده اند. آن ها برای اتصال بهDNA که بار منفی دارد بسیار مناسبند. در ابتدا ژنتیکدانان فکر می کردند که اتصال انتخابی این پروتئین ها بهDNA باید بخشی از مکانیسم کنترل رونویسی باشد ولی اکنون می دانیم که هسیتون بسیار یکنواخت از آن هستند که بتواند به عنوان پروتئین های کنترلی انتخابی عمل کنند.

هنگامی که کروماتین در مجاورت نوکلئاز میکروبی قرار داده شود نوکلئوزوم ها به صورت منفرد قابل جداسازی خواهند بود که نشان می دهد DNA بین نوکلئوزوم ها برای تجزیه در دسترس هستند. اگر تجزیه توسط نوکلئاز ادامه یابد همه DNA حفاظت نشده تجزیه می شود و فقط DNA ای باقی می ماند که بوسیله بر هم کنش با هیستون محافظت شده است. نتایج این مطالعات نشان می دهد که 146 جفت باز از DNA نوکلئوزوم ها به دور هیستون ها پیچیده شده اند و در حدود 75 – 50 جفت باز بسته به نوع گونه نوکلئوزوم ها را به یکدیگر متصل می کند (linker DNA)

شکل 724

هنگامی که میزان هیستون های مختلف اندازه گیری شد در هر نوکلئوزوم از هر یک از انواع هیستون های H4,H3,H2B,H2Aدو مولکول از هسیتون نوع H1تنها یک مولکول موجود بود.

مطالعات بر روی تخریب و تشکیل مجدد هیستون ها نشان داد که هیستون H1 یک جزء ضروری برای تشیکل نوکلئوزوم نیست. در مدلی که اخیراً‌ ارائه شده است هیستون H1 به DNA متصل کننده نوکلئوزوم ها به یکدیگر هنگامی که به نوکلئوزوم وارد یا از آن خارج می شود اتصال پیدا می کند.

شکل 725

از آنجا که طولی از DNA که در یک نوکلئوزوم قرار می گیرد کوتاه است و چون سازماندهی هیستون ها بسیار منظم است نوکلئوزوم ها به وضوح سازمان دهنده های عمومی DNA هستند. به بیان دیگر نوکلئوزوم ها اولین مرتبه از بسته های DNA می باشند. آن ها طول DNA را کاهش می دهند و بی شک انقباض و تراکم لازم در طی میوز و میتوز را تاحدود زیادی فراهم می کنند.

هر چند به نظر می رسد که توده های DNA یوکاریوتی بوسیله نوکلئوزوم ها سازماندهی شده است نواحی از DNAوجود دارد نواحی وجود دارد که به نظر می رسد فاقد نوکلئوزوم هستند به این نواحی جایگاه های فوق حساس به نوکلئاز گفته می شود. این جایگاه ها که معمولاً از یک ناحیه نوکلئوزومی با حدود 200 جفت باز تشکیل شده است بویژه در برابر نوکلئاز های مختلف نسبت به تجزیه بسیار حساس هستند. هنگامی که این نواحی جدا سازی می شوند معمولاً توالی هایی دارند که در فرآیندهای رونویسی،‌همانند سازی و سایر فعالیت های DNA اعمالی از خود نشان می دهند. برای مثال تعداد زیادی از نواحی پروموتر در DNA موش و Drosophila و انسان در جایگاه های فوق حساس به نوکلئاز قرار دارند.

لذا برخی توالی های ویژه DNA فاقد نوکلئوزوم نگاه داشته می شدند و به نظر می رسد این نواحی همان نواحی هستند که بوسیله آنزیم های مختلف از قبیلRNA پلی مراز تشخیص داده می شوند اینکه این نواحی چطور تشخیص داده می شوند و خالی از نوکلئوزوم حفظ می شوند در حال حاضر ناشناخته است. هر چند این در حالی است که از تحقیقات اخیر می دانیم همانند سازی DNA از روی نوکلئوزوم ها و بدون جدا شدن هیستون ها از DNA صورت می گیرد.

هیستونها و نوکلئوزوم

یک کرو موزوم از 5 نوع هیستون تشکیل شده است : H1 (یا H5) ، H2A ، H2B ، H3 و H4 . H1 و پروتئین هومولوگ آن H5 در ساختارهای درجه بالا شرکت دارند. چهار هیستون دیگر به صورت فرم نوکلئوزومی وابسته به DNA می باشند. H1 (یا H5) دارای 220   اسید آمینه می باشند. دیگر انواع هیستونها کوچکتر می باشند ، که هر کدام از 150-100  اسید آمینه تشکیل شده اند.

 

شکل 3-D-2 . هر نوکلئوزوم از  DNA 146bp و 8 هیستون تشکیل شده است : دو کپی از H2A ، H2B ، H3 و H4 . DNA به دور هسته هیستونی پیچیده می شود که در هر نوکلئوزوم نزدیک به 2 دور می شود.

 

 

شکل3-D-3  . توالی H4 گاو. رزدیو لیزین (رنگ قرمز) در انتهای N نقش اصلی را در تنظیم رونویسی ژن بر عهده دارد.

 

خصیصه مهم هیستونها این می باشد که آنها دارای لیزین( K ) کمی در انتهای N خود می باشند. در حالت نرمال سلولی ، گروه R  لیزین دارای بار مثبت است که می تواند به گروه فسفات DNA که دارای بار منفی است متصل شود. مشخص شده که چنین مکانیزمی نقش اصلی را در تنظیم رونویسی ژن ایفا می کند. (فصل 4 بخش G ).

 

مقالات:

Origin of H1 linker histones - FASEB J., 2001

ادامه مطلب

تومور

بافتهای بدن به دنبال آسیب یا خسارت دیدن در اثر فرسودگی طبیعی سلولها بطور دائم ترمیم و با سلولهای جدید جایگزین می‌گردند. بنابراین بطور کلی ، رشد و ترمیم بسته به نیازمندیهای بدن بطور دائم روی می‌دهند. اندام‌های خاصی می‌توانند از نظر اندازه بزرگ شوند (هیپرترومی) یا تعداد سلولهایشان را افزایش دهند (هیپرپلازی) و این در صورتی است که کار خواسته شده از آن اندام بیش از ظرفیت آن باشد. تومورها دارای انواع مختلف هستند.

های خوش‌خیم

تومورهای خوش‌خیم به آهستگی و به صورت تصاعدی رشد کرده و به بافتهای دیگر تهاجم نمی‌نمایند. این تومورها روی بافتهای مجاور فشار وارد می‌کنند. ولی رشدشان ممکن است پس از مدتی قطع شود و آنگاه بدون تغییر باقی می‌مانند. سلولهای تومورهای خوش‌خیم معمولا شبیه به سلولهای بافتی که از آن بوجود آمده‌اند می‌باشند. با برداشتن کامل این تومورها با عمل جراحی دیگر عود نمی‌کنند. معمولا طول عمر بیمار را کوتاه نمی‌کنند.

البته وجود تومورهای خوش‌خیم در محلهای خاصی ممکن است کشنده باشد. زیرا ممکن است این تومورها در کار یک اندام حیاتی دخالت نمایند. تومورهای خوش‌خیمی که در مغز بوجود می‌آیند خارج کردن کامل آنها غالبا مشکل یا غیر ممکن است و بنابراین فشار ناشی از این تومورها که در داخل کاسه سر به ساختمانهای مجاور وارد می‌شود ممکن است باعث مرگ گردد.

تومورهای بدخیم

تومورهای بدخیم بطور تصاعدی رشد کرده و اگر جلوی رشدشان گرفته نشود به طرق مختلف باعث مرگ بیماری می‌گردند. این تومورها سریعا رشد کرده و سلولهای تشکیل‌دهنده آنها از سلولهای تومورهای خوش‌خیم کمتر تمایز یافته‌اند. به عبارت دیگر این تومورها تمایل دارند که همانند بافت جنینی که از آن عضو اصلی (قبل از سرطانی شدن) توسعه پیدا کرده باشند. تومورهای بدخیم غالبا به سایر بافتها انتشار یافته و برداشتن موضعی تومور در اطراف خط قطع کردن تومور می‌باشد.

انتشار تومورهای بدخیم با تهاجم مستقیم به بافتها مجاور و همچنین با تشکیل تومورهای ثانویه که متاستازها Metastases نامیده می‌شوند. در اندام‌هایی که دور از محل تومور اولیه می‌باشند، صورت می‌گیرد. متاستازها بطور خیلی شایع در غدد لنفاوی ، ریه‌ها ، کبد ، استخوانها ، غدد فوق کلیوی ، کلیه‌ها و مغز یافت می‌شوند. تومورهای اصلی به عنوان رشد اولیه شناخته شده و متاستازها رشدهای ثانویه نامیده می‌شوند.

انتشار تومورها

انتشار لنفاوی

سلولهای تومور در داخل عروق لنفاوی مجاور رشد کرده و از یکدیگر جدا شده و به غدد لنفاوی آن منطقه منتقل می‌شوند، که در آنجا ممکن است رشد ثانویه روی دهد. رشد ثانویه ممکن است در نهایت غده لنفی را نابود ساخته و مجددا به داخل عروق لنفاوی راه یافته و از طریق سیستم لنفاوی به سمت جلو پیشروی می‌نماید.

انتشار عروقی

سلولهای تومور ممکن است به مویرگها یا وریدهای محلی حمله کرده و از طریق جریان خون به سمت جلو حمل شوند. این سلولها در شبکه‌های مویرگی سایر اندامها مستقر شده و آنگاه رشد ثانویه ممکن است صورت گیرد. سلولهای تومور که وارد شاخه‌های ورید باب می‌شوند تمایل به مستقر شدن در کبد دارند.

سلولهایی که وارد وریدهای سیستماتیک می‌شوند تمایل به استقرار در ریه‌ها دارند. به هر حال ، برخی از سلولهای تومور ، از طریق مویرگهای ریوی عبور کرده و ممکن است رشد ثانویه را در سایر بافتها ایجاد کنند. سلولهای بدخیم ناشی از تومورهای اولیه ریه ممکن است به همین طریق وارد گرش خون سیستماتیک شده و رشدهای ثانویه را در بافتها دیگر تشکیل دهند.

انتشار توسط مهاجرت

سلولهای تومورهایی که دارای یک پرده سروزی می‌باشند ممکن است از آن جدا شده و روی قسمتهای دیگر آن پرده کاشته شوند. به عنوان مثال ، کارسینوم تخمدان ممکن است به این طریق در سرتاسر حفره صفاق پخش شود. تهاجمات موضعی و انتشار متاستاتیک تومورهای بدخیم ، خارج ساختن کال آنها را فوق‌العاده مشکل می‌سازد. سرعت رشد تومورهای بدخیم بطور قابل توجهی فرق می‌کند. ولی بطور کلی ، هرچه سلولها کمتر تمایز یافته باشند، تومور سریعتر رشد می‌کند.

تومورهای بدخیم ممکن است در ابتدا هیچ علامت کلینیکی نداشته باشند ولی با پیشرفت رشد ، تحلیل رفتن عضلات و آنمی شدید از علائم شایع می‌باشد. مرگ ناشی از تومورهای بدخیم بدلایل مختلفی روی می‌دهد ولی عوارضی از قبیل پنومونی یک دلیل شایع این مرگها می‌باشد. تومورهای داخل مجاری گوارشی با ایجاد انسداد می‌توانند باعث مرگ گردند. و یا ندرتا مرگ در اثر نارسایی کبد به خاطر وجود متاستازها در آن روی می‌دهد. تومورهایی که در مغز قرار دارند معمولا به خاطر اعمال فشار روی مغز باعث مرگ می‌گردد.

زیست شناسی سرطان

سلولهای سرطانی به دو صورت وجود دارند: اول نوعی که به آن حالت پیشرونده گویند و آن عبارت از استعداد سرایت و تخریب بافتهای مجاور است، بطور مثال سلولهای سرطانی شکم ممکن است فقط تا مثانه پیشرفت نمایند. حالت دوم ، سلولهای سرطانی که باعث ایجاد حالت ثانویه در قسمتهای مختلف بدن می‌شوند. سلولهای سرطانی از یاخته‌های رشد یافته قبلی بوجود آمده و بوسیله جریان خون به سایر اعضا و جوارح برده می‌شوند و در آنجا مجددا شروع به تقسیم نموده و ایجاد توده‌های غده‌ای شکل می‌نمایند. سرطان نزد کودکان و اشخاص بالای 40 سال ، بیشتر از سایر گروههای سنی دیده می‌شود.

سرطان یکی از شایع‌ترین و شدیدترین بیماریهای مشاهده شده در طب بالینی است. آمار نشان می‌دهد که سرطان به نوعی بیش از 3/1 جمعیت را گرفتار می‌کند، مسئول بیش از 20 درصد تمام موارد مرگ و میر است و در کشورهای پیشرفته مسئول بیش از 10 درصد کل هزینه مراقبتهای پزشکی می‌باشد. سرطان در صورت عدم درمان ، همواره کشنده است. تشخیص و درمان زودرس اهمیت حیاتی دارد و شناسایی افراد در معرض افزایش خطر سرطان پیش از ابتلا به آن ، یکی از اهداف مهم تحقیقات سرطان است.

سمبل سرطان

زیست شناسی سرطان

سرطان یک بیماری منفرد نیست، بلکه نامی است که برای توصیف اشکال بیماری‌زایی نئوپلازی بکار می‌رود. نئوپلازی نوعی روند بیماری است که با تزاید کنترل نشده سلولی منجر شونده به یک توده یا تومور ، مشخص می‌شود. به هر حال برای اینکه تومور (نئوپلاسم) را سرطان محسوب کنیم، باید بدخیم هم باشد، یعنی رشد آن دیگر کنترل شده نبوده و تومور قادر به تهاجم به بافتهای مجاور یا گسترش به نواحی دورتر یا هر دو می‌باشد.

اشکال سرطان

• سارکومها (Sarcomas) ، که در آنها تومور از یک بافت مزانشیمی مانند استخوان ، ماهیچه یا بافت همبند بوجود آمده است.
  
  
• کارسینومها (Carcinomas) ، که از بافت پوششی مانند سلولهای مفروش کننده روده‌ها ، نایژه‌ها و یا مجاری غدد پستانی ایجاد می‌شود.
  
  
• بدخیمیهای خونی و لنفاوی مانند لوکمیها و لنفوم‌ها که در سرتاسر مغز استخوان ، دستگاه لنفاوی و خون محیطی گسترش می‌یابند. در داخل هر یک از گروههای اصلی ، تومورها را برحسب مکان ، نوع بافتی ، تظاهر بافت شناختی و درجه بدخیمی طبقه بندی می‌کنند.
  
  نئوپلازی که نوعی تجمع غیر طبیعی سلولهاست، به علت عدم تعادل بین تزاید و فرسایش سلولی ایجاد می‌شود. سلولها با گذر از چرخه سلولی و انجام میتوز افزایش می‌یابند، در حالی که فرسایش به علت مرگ برنامه ریزی شده سلولی ، از طریق نوعی روند طبیعی قطعه قطعه شدن DNA و خود کشی سلولی که به آن آپوپتوز اطلاق می‌‌شود، سلولها را از یک بافت خارج می‌کند.

اساس ژنتیکی سرطان

• صرف نظر از اینکه آیا سرطان به صورت تک گیر در یک فرد ، یا بطور مکرر در بسیاری از افراد در داخل خانواده‌ها به صورت یک صفت ارثی رخ می‌دهد، سرطان نوعی بیماری ژنتیکی است.
  
  
• انواع مختلف ژنها را در آغاز روند سرطان ، دخیل دانسته‌اند، اینها شامل ژنهای رمز گردانی کننده پروتئینها در مسیرهای پیام‌دهی برای تزاید سلولی ، اجزای اسکلت سلولی دخیل در حفظ مهار تماسی ، تنظیم کننده‌های چرخه میتوزی ، اجزای ماشین مرگ سلولی برنامه ریزی شده و پروتئینهای مسئول تشخیص و ترمیم جهشها می‌باشند.
  
  
• انواع مختلف جهشها مسئول ایجاد سرطان هستند، اینها شامل جهشهایی مانند موارد زیر می‌باشند: جهشهای کسب فعالیت و فعال کننده یک آلل از یک پروتوانکوژن ، از دست دادن دو آلل یا جهش منفی غالب یک آلل از یک ژن سرکوب‌گر تومور ، جابجایی کروموزومی که باعث بروز نادرست ژنهای رمز گردانی کننده پروتئینهایی که خواص عملکردی جدیدی بدست آورده‌اند، می‌شوند.
  
  
• پس از شروع ، سرطان ، از طریق جمع‌آوری صدمه ژنتیکی اضافی به واسطه جهش یا برش و چسباندن اپی ژنتیک ژنهایی که ماشین سلولی رمز گردانی کننده DNA صدمه دیده را ترمیم و حالت طبیعی ژنتیک سلولی را حفظ می‌کنند، تکامل می‌یابد.

سرطان در خانواده‌ها

بسیاری از اشکال سرطان ، میزان بروز بالاتری در بستگان بیماران نسبت به جمعیت عمومی دارند. بارزترین این اشکال خانوادگی سرطان حدود 50 اختلال مندلی است که در آنها خطر سرطان بسیار زیاد است، مانند سرطان معده ، سرطان پوست و سرطان خون. در برخی سرطانها ، جهشهایی در یک ژن منفرد می‌تواند عامل دخیل غالب در ایجاد بیماری باشد. در برخی خانواده‌ها ، حتی در غیاب نوعی طرح توارث مندلی آشکار سرطان ، خطر این بیماری بیشتر از حد متوسط است. به عنوان مثال افزایش بروز سرطان در محدوده 2 تا 3 برابر در بستگان درجه اول بیماران مشاهده شده است و این امر چنین مطرح می‌کند که بسیاری از سرطانها ، صفات پیچیده ناشی از عوامل ژنتیکی و نیز محیطی می‌باشند.

انکوژنها

انکوژن ، نوعی ژن جهش یافته است که عملکرد یا بروز تغییر یافته آن موجب تحریک غیر طبیعی تقسیم و تزاید سلولی می‌شود. جهش فعال کننده می‌تواند در خود انکوژن ، در عناصر تنظیم کننده آن یا حتی در تعداد نسخه‌های ژنومی آن باشد و به عملکرد تنظیم نشده یا بروز مفرط فرآورده انکوژنی بینجامد. انکوژنها اثری غالب در سطح سلولی دارند، یعنی وقتی یک آلل جهش یافته منفرد فعال شود یا بروز مفرط پیدا کند، برای تغییر دادن فنوتیپ سلول از طبیعی به بدخیم ، کافی است.

ژنهای سرکوب‌گر تومور

در حالی که پروتئین‌های رمز گردانی شده توسط انکوژنها ، سرطان را عموما از طریق جهشهای کسب عملکرد یا بروز افزایش یافته یا نامناسب یک آلل از ژن پیش می‌برند، ژنهای بسیار دیگری وجود دارند که جهش در آنها از طریق مکانیزم متفاوتی ، یعنی از دست رفتن عملکرد هر دو آلل ژن ، در ایجاد بدخیمی نقش دارد. به این ژنها ، ژنهای سرکوب‌گر تومور گفته می‌شود. از آنجا که این ژنها و فرآورده‌های آنها طبیعت حفاظت کنندگی در برابر سرطان دارند، امید بر آن است که درک آنها سرانجام به بهتر شدن شیوه‌های درمان ضد سرطان منجر شود.

تغییرات سیتوژنتیکی سرطان

تغییرات سیتوژنتیکی مانند تغییر در تعداد کروموزومها یا ساختمان کروموزوم‌ها) شاه علامتهای سرطان هستند، به ویژه در مراحل دیررس‌تر و بدخیم‌تر یا مهاجم‌تر تکامل تومور. این تغییرات ژنتیکی ، مطرح کننده آن هستند که از عناصر مهم پیشرفت سرطان ، نقایصی در ژنهای دخیل در حفظ انسجام و پایداری کروموزمی و تخمین جور شدن صحیح میتوزی است.

از کانونهای تمرکز تحقیقات سرطان ، روی تعریف سیتوژنتیکی و مولکولی این اختلالات است که بسیاری از آنها را مرتبط با پروتوانکوژنها یا ژنهای سرکوب‌گر تومور می‌دانند و احتمالا تقویت بروز پروتوانکوژنها را مقدور می‌سازند یا نمایانگر از دست رفتن آللهای ژن سرکوب‌گر تومور می‌باشند.

پرتوها

پرتوهای یونیزه کننده ، خطر سرطان را افزایش می‌دهند. داده‌های مربوط به افراد زنده مانده از بمبهای اتمی هیروشیما و ناکازاکی و سایر جمعیتهای برخورد داشته با پرتوها ، دوره نهان طولانی را نشان می‌دهند که در مورد لوکمی در محدوده 5 سال است، اما برای برخی تومورها تا 40 سال می‌رسد. این خطر وابسته به سن است و بیشترین میزان آن برای کودکان زیر 10 سال و افراد مسن می‌باشد.

پرتوتابی برای افراد دچار نقایص ذاتی ترمیم DNA به مراتب صدمه زننده‌تر از جمعیت عمومی است. هر فردی در معرض درجاتی از پرتوهای یونیزه کننده ناشی از پرتوتابی زمینه‌ای ، برخورد طبی و انرژی هسته‌ای می‌باشد. متاسفانه نقاط ابهام زیادی در مورد وسعت آثار پرتوها ، خصوصا پرتوتابی در سطح کم ، بر خطر سرطانها وجود دارد.

سرطان‌زاهای شیمیایی

امروزه نگرانی در مورد بسیاری از سرطان‌زاهای شیمیایی خصوصا توتون ، اجزای رژیم غذایی ، سرطان‌زاهای صنعتی و فضولات سمی وجود دارد. اثبات خطر برخورد اغلب دشوار است، اما سطح نگرانی در حدی می‌باشد که تمام پزشکان باید دانش کاری از این موضوع داشته باشند و بتوانند بین واقعیات اثبات شده و موضوعات مورد شک و بحث افتراق قائل شوند.

یک موضو ع مهم که در آن عوامل محیطی و ژنتیکی می‌توانند تعامل کنند تا آثار سرطان‌زای مواد شیمیایی را تقویت یا مسدود کنند، در ژنهای رمز گردانی کننده آنزیم‌هایی است که داروهای برونزاد و مواد شیمیایی را متابولیزه می‌کنند. گروهی از آنزیم‌های متابولیزه کننده داروها که توسط خانواده ژنهای سیتوکروم P450 رمز گردانی می‌شوند، مسئول سم زدایی مواد شیمیایی خارجی هستند. یکی از این آنزیم‌ها ، آنزیم آریل هیدروکربن هیدروکسیلاز (AHH) ، پروتئینی قابل القا است که در متابولیزم هیدروکربنهای چند حلقه‌ای مانند آنهایی که در دود سیگار یافت می‌شوند، دخالت دارد.

AHH ، هیدروکربن را به شکل اپوکسیدی تبدیل می‌کند که راحت‌تر از بدن دفع می‌شود، اما سرطان‌زا نیز می‌باشد. میزان متابولیزم هیدروکربن بطور ژنتیکی کنترل می‌شود و در جمعیت سالم ، تنوع چند شکل نشان می‌دهد. افراد حامل آللی با قابلیت القای زیاد ، خصوصا افراد سیگاری ، ظاهرا در معرض خطر افزایش یافته سرطان ریه می‌باشند.

سرطان نوعی اختلال ژنتیکی است که در آن ، کنترل تزاید سلولی از دست رفته است. مکانیزم پایه در تمام سرطانها ، جهش در رده زاینده یا بطور به مراتب ناشایع‌تر ، در سلولهای پیکری می‌باشد. در مورد روندهای ژنتیکی ایجاد سرطان و عوامل محیطی که DNA را تغییر می‌دهند و لذا به بدخیمی منجر می‌شوند، مطالب ناشناخته زیادی وجود دارد.

محتمل است که بینش جدید به نقش بنیادی تغییرات DNA در ایجاد سرطان ، در آینده نزدیک ، به ایجاد روشهای بهتر و اختصاصی‌تر تشخیص زود هنگام ، پیشگیری و درمان بیماریهای بدخیم منجر شود.

تنظیم بیان زن

مقدار اطلاعات موجود در یاخته‌های یوکاریوتی خیلی بیشتر از پروکاریوتهاست. فرصت عمل در جایگاه‌های متفاوت از هسته سلول تا سیتوپلاسم برای تنظیم کننده‌ها نیز بیش از پروکاریوتهاست. اطلاعات ژنتیکی در یوکاریوتها در ساختارهای کروموزومی که اغلب پیچیدگی زیادی دارند نهفته است و رونویسی و بروز ژنها در آنها کاهش تراکم قبلی این ساختار را ایجاب می‌کند. بنابراین در یوکاریوتها سیستمهای تنظیم کننده بیشتر ، دقیقتر و بویژه پیاپی هستند. این سیستمها در جایگاهها و در حد ساختارهای متفاوت سلولی عمل می‌کنند و می‌توانند وابسته به یکدیگر باشند. به عنوان مثال تنظیم بیان ژن مالتوز در بسیاری از یوکاریوتها نیز دیده می‌شود.

پروموترهای یوکاریوت اغلب شامل چندین جایگاه اتصال برای فعال کننده‌ها هستند و در بسیاری از موارد ، فعال سازی به توالیهایی نیاز دارد که از نقطه شروع نسخه برداری فاصله زیادی دارند. فقط تعداد کمی از ژنهای یوکاریوتی بوسیله رپرسور کنترل می‌شوند و نسخه برداری اکثر ژنهای یوکاریوتی ، در عدم حضور یک فعال کننده انجام پذیر نیست. در پروکاریوتها ، معمولا پروتئینهای تنظیمی و جایگاههای اتصال آنها هر دو شناخته شده است. در حالی که در یوکاریوتها در بسیاری از موارد فقط توالیهای تنظیم کننده DNA مورد شناسایی قرار گرفته است. تنها در موارد معدودی ، پروتئینهای تنظیمی یوکاریوتی و مکانیسم تنظیم نسخه برداری ، مورد بررسی قرار گرفته است.

توالیهای شناسایی شونده بوسیله فعال کننده‌ها

تاکنون دو نوع معمول از توالیهای DNA یوکاریوتی که بوسیله فعال کننده‌ها باند می‌شود، شناخته شده است. یک نوع توالی فعال (Upstream Activating Sequenc) یا UAS می‌باشد که در ناحیه Upstream بسیاری از ژنهایی که فعال کننده آنزیمهای متابولیک در یوکاریوتهای تک سلولی ، مانند مخمر یافت شده است. این توالیها بوسیله فعال کننده‌هایی که سرعت شروع نسخه برداری از پروموتوهای مربوطه را به شدت افزایش می‌دهند، باند می‌شوند.

نوع دیگری از توالیهای فعال ، Enhancer می‌باشد که در یوکاریوتهای چند سلولی یافت می‌شود. برخلاف UAS ، Enhancerها می‌توانند در '5 یا '3 یک ژن قرار گیرند و حتی در صورت فاصله زیاد از جایگاه شروع نسخه برداری قادرند نسخه برداری را تحت تاثیر قرار دهند.

تنظیم متابولیسم گالاکتوز در مخمرها

یکی از ژنهای یوکاریوتیک که توالی UAS و پروتئینهای باند شونده به آن ، هر دو مورد شناسایی قرار گرفته است، ژنی است که توسط پروتئین GAL₄ در ساکارومایسین سروزیه کنترل می‌شود. پروتئین GAL₄ مونومری است با وزن مولکولی 99000 که نسخه برداری حداقل 5 ژن را کنترل می‌نماید. از آن جمله می‌توان ژنهای GAL₁₀ و گالاکتوز پرمه‌آز را کد می‌نمایند.

در ژنوم مخمر ، این ژنها در دو طرف UAS قرار دارند و در دو جهت مخالف نسخه برداری می‌شوند. پروموترهای این دو ژن در یک ناحیه 680 جفت بازی که دو ژن را از یکدیگر جدا می نمایند، قرار گرفته‌اند. همچنین در ناحیه بین دو پروموتر، یک UAS جای گرفته است. با اتصال پروتئین GAL₄ به UAS ، UAS نسخه برداری هر دو ژن GAL₁ و GAL₁₀ را 1000 برابر افزایش می‌دهد.

قسمتهای تشکیل دهنده UAS

UAS گالاکتوز از چهار جایگاه جداگانه مخصوص اتصال GAL₄ تشکیل یافته است که به ترتیب از شماره I تا IV شماره گذاری شده است. هر یک از این جایگاه‌های اتصال ، از یک توالی 17 جفت بازی مشابه تشکیل یافته است و دارای تقارن دو طرفی است. میل ترکیبی GAL₄ برای پیوند با هر یک از جایگاههای اتصال یکسان نیست و اتصال بین حداقل دو جایگاه (IV,III) به صورت همکاری انجام می‌گیرد.

هر چند آزمایشات نشان می‌دهند که سرعت نسخه برداری ژنهای GAL₁ و GAL₁₀ ، با تعداد مولکولهای GAL₄ باند شده به UAS ارتباط مستقیم دارد، فعالیت نسخه برداری به اشغال هر چهار جایگاه اتصال بوسیله GAL₄ نیازی ندارد. بنابراین اثر GAL₄ یک اثر اضافی است به این صورت که هر مولکول GAL₄ بطور مستقل در تحریک نسخه برداری شرکت دارد.

قسمتهای تشکیل دهنده GAL₄

GAL₄ از دو domain تشکیل شده است، یکی مسئول باند شدن به DNA و دیگری مسئول تحریک نسخه برداری ژنهای ناحیه down stream می‌باشد. همانند اپرونهای کد کننده آنزیمهای متابولیک در پروکاریوتها ، ژنهای GAL₁₀ , GAL₄ تنها در حضور سوبسترا که در این مورد گالاکتوز می‌باشد، نسخه برداری می‌شوند.

در عدم حضور گالاکتوز ، GAL₄ از طریق domain مسئول باند به DNA به UAS گالاکتوز متصل می‌شود ولی domain مسئول تحریک نسخه برداری آن ، بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده منفی به نام GAL₈₀ باند می‌شود. اتصال Gal₈₀ به GAL₄ از فعال سازی نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ توسط GAL₄ جلوگیری به عمل می‌آورد. با این حال در حضور گالاکتوز ، گالاکتوز به GAL₈₀ باند سبب جدا شدن آن از GAL₄ می‌شوند. در این حالت GAL₄ قادر است نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را فعال نماید.

ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز

هر چند، هر دو ژن GAL₁₀ , GAL₁ در حضور گلوکز نیز به صورت منفی تنظیم می‌شوند، کنترل این ژنها پیچیده تر از اینهاست این ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز ، مشابه جلوگیری کاتابولیتی در پروکاریوتهاست و در صورت حضور هر دو نوع قند (گلوکز و گالاکتوز) GAL₁₀ , GAL₁ در سرعتهای پایین ، نسخه برداری می‌شوند. گلوکز ، نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را از طریق جلوگیری از باند شدن GAL₄ به UAS گالاکتوز بلوکه می‌کند.

اینکه آیا گلوکز عملا به GAL₄ باند می‌شود یا GAL₁₀ , GAL₁ بوسیله یک متابولیسمی از گلوکز تحریک می‌شوند، هنوز نامشخص است. بطور کلی domainهای فعالیت پروتئینهای یوکاریوتیک ، مانند GAL₄ خیلی کم مورد شناسایی قرار گرفته ولی آنها را در سه طبقه تقسیم می‌نمایند.

1. تعدادی از domoianهای فعالیت ، شامل نواحی طویلی هستند که یک آلفا هلیکس آمفی پاتیک با بار منفی را تشکیل می‌دهند. یک مثال از این نوع پروتئینها GAL₄ می‌باشد. برای فعال سازی نسخه برداری ، domain فعالیت GAL₄ لازم و ضروری است.
   
   
2. تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهای غنی از گلوتامین هستند. پروتئین SP₁ دارای domain از این نوع است قدرت فعال کردن نسخه برداری SP₁ با برداشتن دو domain غنی از گلوتامین آن ، به شدت کاهش می‌یابد.
   
   
3. تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهایی غنی از پرولین هستند. پروتئین CTF شامل domainای از این نوع است چگونگی تحریک نسخه برداری توسط domainهای فعالیت ، هنوز ناشناخته است ولی ممکن است، از طریق درگیر کردن پروتئینهای دیگر نزدیک RNA پلی مراز П ، اثر خود را اعمال نمایند. به عنوان مثال آزمایشات انجام شده در مخمرها نشان می‌دهند که GAL₄ مستقیما با RNA پلی مراز П وارد واکنش نمی‌شود بلکه اثر خود را از طریق پروتئین دیگری اعمال می کند.

کنترل بیان ژن توسط توالیهای افزایش دهنده یا (Enhancers)

Enhancer نوع دوم از توالیهای فعال می‌باشد که در ارتباط با بسیاری از ژنهای کلاس П یافت شده‌اند. این توالیهای DNA بوسیله سه خصوصیت مشخص می‌گردند:

1. Enhancerها اغلب در هر جهتی فعال هستند.
   
   
2. Enhancer قادرند نسخه برداری را حتی در صورتی که از نقطه شروع آن هزاران جفت باز فاصله داشته باشند، تحت تاثیر قرار دهند. آنها بعضی اوقات در یک انترون یا در انتهای '3 یک ژن قرار دارند.
   
   
3. Enhancer ها، نسخه برداری هر ژنی در مجاورشان را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
   
   

بررسیها نشان می‌دهند که Enhancerها ، بسیاری از ژنهای ویروسی را نیز فعال می‌نمایند. این نوع Enhancerها که تحت عنوان ، Enhancerهای ویروسی شناخته می‌شوند، برای انجام عمل خود به فعال کننده‌های خاصی نیاز دارند. این ، خودش توجیهی است بر این سوال که چرا بعضی از ویروسها ، تنها در میزبانهای خاصی قادر به رشد هستند.

روشهای عمل Enhancer

به نظر می‌رسد که Enhancerها در 4 روش متفاوت عمل می‌کنند.

1. ممکن است، یک فعال کننده به یک Enhancer متصل و تحریک نسخه برداری را سبب شود، یا اینکه به جذب RNA پلی مراز به پروموتر ، کمک نماید. Enhancerهایی که به عنوان عناصر حساس به هورمون شناخته شده‌اند، به این روش عمل می‌نمایند.
   
   
2. حضور Enhancerها ممکن است ساختمان DNA را در مجاورت ژنی که نسخه برداری می‌شود، تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین این ناحیه از DNA را بیشتر در دسترس RNA پلی مراز قرار می‌دهند. مشاهده نسبتهای متفاوتی از پیریمیدین/ پورین در بسیاری از این Enhancerها که پذیرش ترکیب ساختمانی غیر طبیعی را در Invivo سبب می‌شود، این تئوری را حمایت می‌کند.
   
   
3. Enhancerها ممکن است در جایی از DNA که به ماتریکس هسته ، متصل می‌باشد، قرار داشته باشند. بنابراین نگهداری DNA در این قسمت و افزایش غلظت موثر RNA پلی مراز را سبب می‌شوند.
   
   
4. Enhancerها ممکن است، یک جایگاه بزرگ هدف ایجاد نمایند که RNA پلی مراز یا تعداد دیگری از پروتئینهای ضروری ، قبل از مهاجرت به پزوموتر ، در آن ناحیه با DNA باند می‌شوند. بر اساس این نوع مکانیسم ، مشاهده شده است. زمانی که یک جایگاه به پروتئین متصل شوند، در بین بعضی از Enhancerها و پروموترها قرار می‌گیرند، از عمل Enhancer جلوگیری به عمل می‌آید. به نظر می‌رسد که پروتئین باند شده ، مهاجرت پروتئین دیگر را Enhancer به پروموتر بلوکه می‌کند.
   
   

آزمایشات نشان می‌دهد که بعضی از Enhancerها تنها در یک بافت خاص هستند. به عنوان مثال در موش Enhancerهای ژنهای ایمونوگلولین ، تنها در سلولهای لمفوئید موثر می‌باشند. اینگونه مشاهدات ، موید این موضوع است که Enhancerهای خاص ، ممکن است بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده باند شده به DNA که تنها در گلبولهای سفید خون یافت می‌شوند، تشخیص داده شوند.

وقایع مهم در ژنتیک مولکولی تا سال 1944

ماهیت مولکولی ماده ژنتیکی چیست؟ چطور اطلاعات ژنتیکی از یک نسل به نسل بعد با صحت بالا انتقال می‌یابد؟ تغییرات نادر در ماده ژنتیکی که ماده خام تکامل می‌باشد، چگونه ایجاد می‌شوند؟ چطور اطلاعات ژنتیکی نهایتا به شکل توالیهای اسید آمینه‌ای مولکولهای پروتئینی متنوع موجود در یک سلول زنده ، بیان می‌شود؟ و ... . واحد پایه اطلاعات در سیستمهای زنده ، ژن می‌باشد.

از نظر بیوشیمیایی یک ژن به صورت قطعه‌ای از DNA تعریف می‌شود که اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد یک محصول دارای فعالیت بیولوژیک راکد می‌کند. محصول نهایی معمولا یک پروتئین است. ممکن است محصول ژنی وظیفه‌ای یکی از انواع RNA باشد. ذخیره ، حفظ و متابولیزم این واحدهای اطلاعاتی موضوعات بحث را در ژنتیک مولکولی تشکیل می‌دهند. پیشرفتهای اخیر در ژنتیک مولکولی ، منجر به مطرح شدن سه فرآیند اصلی در استفاده از اطلاعات ژنتیکی شده است.

• اولین فرآیند ، همانند سازی DNA یا نسخه برداری از DNA مادری و تولید مولکولهای DNA با توالیهای نوکلئوتیدی یکسان می‌باشد.
  
  
• دومین فرآیند سنتز RNA از روی DNA است، که طی قسمتهایی از پیام ژنتیکی کد شده در DNA دقیقا به صورت RNA ، نسخه برداری می‌شود.
  
  
• سومین فرآیند ، ترجمه می‌باشد که به موجب آن پیام ژنتیکی کد شده در RNA پیک بر روی ریبوزومها به پلی‌پپتیدی با توالی مشخص از اسیدهای آمینه ترجمه می‌شود.

• شروع ژنتیک توسط گرگور مندل و با مقاله‌ای بود که وی در سال 1866 در مجموعه مقالات انجمن علوم طبیعی در مورد نخود فرنگی ، به چاپ رساند.
• تا سال 1900 طول کشید تا سایر زیست شناسان مانند هوگو ، کورنس و شرماک اهمیت کار مندل را درک کنند و این علم پس از رکورد طولانی توالی دوباره یافت.
• در سال 1903 ، ساتن پیشنهاد کرد که ژنها روی کروموزومها قرار دارند.
• در سال 1909 ، یوهانس پیشنهاد کرد که عوامل مندلی ژن نامیده شدند.
• در سال 1910 ، مورگان آزمایشهای زیادی بر روی مگس سرکه انجام داد.
• در سال 1927 ، مولر کشف کرد که اشعه ایکس ایجاد موتاسیون (جهش) در مگس سرکه می‌نماید.
• در سال 1941 ، بیدل و تاتوم پیشنهاد کردند که هر ژن فعالیت یک آنزیم را کنترل می‌کند.
• در سال 1944 ، کتاب زندگی چیست توسط یک فیزیکدان به نام شرودینگر انتشار یافت.

کشف ساختمان DNA

شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده است. لین شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. فرضیه ژنتیکی ، مفهوم کد نمودن توسط ژنها را مشخص نمود. با استفاده از روشهای فیزیکی ، تعیین ساختمان مولکولی DNA بوسیله آزمایش انکسار اشعه ایکس ممکن گردید. شیمی نیز ترکیب DNA را آشکار نمود. ساختمان مارپیچی دو رشته‌ای DNA ، چگونگی نسخه برداری آن را نشان داد، نحوه تولید RNA و سنتز پروتئین از روی آن را شفاف کرد.

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. کروموزومهای یوکاریوتی دارای دو توالی مهم تکراری DNA می‌باشند که عمل اختصاصی را انجام می‌دهند؛ سانترومرها که نقاط اتصالی برای دوک تقسیم هستند و تلومرها که در دو انتهای کروموزوم وجود دارند. کروماتین در یوکاریوتها به صورت واحدهای نوکلئوزومی قرار دارد.

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. همانند سازی نیمه حفاظتی است، بطوری که هر رشته آن به عنوان قالبی برای تولید رشته جدید DNA مورد استفاده قرار می‌گیرد. سلولها دارای سیستمهای متعددی برای ترمیم DNA هستند. توالیهای DNA در طی واکنشهای نوترکیبی ، در فرآیندهایی که شدیدا هماهنگ با همانند سازی یا ترمیم DNA هستند، نو آرایی می‌شوند.

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؛ RNA پیک که برای ساختن پلی پپتیدها مورد استفاده قرار می‌گیرد. RNA ناقل که در انتقال اسیدهای آمینه بر روی ریبوزومها برای پروتئین سازی ، شرکت دارند و RNA ریبوزومی که در ساختار ریبوزوم شرکت دارند. این RNA ها به صورت پیش ساز ساخته می‌شوند که طی فرآیندهای آنزیمی بالغ می‌شوند.

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. اسیدهای آمینه‌ای که توسط کدونهای RNA پیک مشخص می‌گردند، از کلمات سه حرفی نوکلئوتیدی تشکیل شده‌اند. برای ترجمه نیاز به مولکولهای RNA ناقل می‌باشد که با شناسایی کدونها ، اسیدهای آمینه را در موقعیتهای متوالی مناسب خود در داخل زنجیر پلی پپتیدی قرار می‌دهند. بعد از سنتز بسیاری از پروتئینها به موقعیتهای خاص خود در داخل سلول هدایت می‌شوند.

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. اثر مهارکننده ها را تنظیم منفی و فعال شدن را تنظیم مثبت گویند. پروتئینهای تنظیمی ، پروتئینهای اتصالی DNA هستند که توالیهای اختصاصی از DNA را شناسایی می‌کنند. هورمونها بر روی تنظیم بیان ژن تأثیر دارند. موجودات یوکاریوت و پروکاریوت دارای مکانیزمهای متفاوتی برای تنظیم بیان ژنهای خود دارند.

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 حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع می‌باشد.

همانندسازی DNA

در مطالعات اولیه برای همانندسازی سه الگو مطرح شد که شامل الگوهای حفاظتی ، نیمه حفاظتی و پراکنده است. در الگوی حفاظتی از روی مارپیچ دو رشته‌ای DNA ، یک مولکول کامل DNA ساخته می‌شود. در الگوی نیمه حفاظتی ابتدا دو رشته DNA از هم باز شده و در مقابل هر یک از رشته‌ها ، رشته مکمل ساخته می‌شود. در الگوی پراکنده ابتدا مولکول DNA به قطعاتی تقسیم می‌گردد و هر یک از قطعه رشته مکمل خود را سنتز می‌کند. واتسون و کریک با پژوهشهای خود بر روی مولکول DNA ، الگوی نیمه حفاظتی را منطقی و تنها راه همانند سازی می‌دانستند. سپس مزلسون و استال با انجام آزمایشهای بسیار ظریف و مهم ، درستی چنین الگویی را به اثبات رساندند.

آزمایش مزلسون و استال

مزلسون و استال برای اثبات فرآیند همانند سازی آزمایشی انجام دادند که به شرح زیر می‌باشد. آنها ابتدا یاخته‌های باکتری اشرشیاکلی را در محیط کشت ویژه‌ای که نیتروژن آن از نوع سنگین (N¹⁵) بود، برای زمان معین کشت دادند و سپس یاخته‌ها را به محیط کشت عادی که نیتروژن آن از نوع سبک (N¹⁴) بود، انتقال دادند و در محدوده‌های زمانی معین از یاخته‌های نسلهای اول ، دوم و سوم حاصل از محیط کشت جدید ، نمونه برداری کرده و DNA آنها را به روشهای اختصاصی جدا ساختند. نمونه‌های DNA بر روی گرادیان (شیب) چگالی کلرور منیزیم سانتریفوژ شده و در این روش ترکیبات مختلف بر اساس چگالی آنها جدا سازی می‌شوند.

بدین ترتیب DNA واجد وزنهای متفاوت از یکدیگر جدا می‌شوند. DNA معمولی که N¹⁴ دارد (DNA سبک) به علت داشتن چگالی کمتر در بالای لوله قرار می‌گیرد. در حالی که مولکول DNA با (N¹⁵ سنگین) در محلی پایین تر از DNA سبک واقع می‌شود. DNA های واجد مقادیر متفاوت N¹⁵ و N¹⁴ نیز در بینابین این دو حد جای می‌گیرند.

با کشت یاخته‌های دارای DNA واجد نیتروژن سنگین در محیط کشت حاوی نیتروژن سبک مشاهده می‌شود که مولکول DNA ماهیت سبک - سنگین پیدا می‌کند. یعنی دو رشته DNA کاملا از هم باز شده و رشته‌هایی در تکمیل هر یک از دو رشته قبل ساخته می‌شود. این رشته‌های جدید همگی دارای نیتروژن سبک (محیط کشت جدید) هستند. با ادامه کشت در نسلهای دوم و سوم ملاحظه می‌شود که از میزان DNA سبک - سنگین کم شده و به DNA سبک افزوده می‌شود.

نتیجه آزمایش مزلسون و استال

مزلسون و استال با چنین مشاهداتی نتیجه گرفتند که همانند سازی در مولکول DNA به طریق نیمه حفاظتی صورت می‌گیرد که مستلزم باز شدن دو رشته از هم و سنتز مولکول DNA جدید در مقابل هر رشته قدیم است. این پدیده به نام همانند سازی مشهور است.

آنزیمهای لازم در همانند سازی

آنزیمهای پلیمراز

آنزیمهایی هستند که پلیمر شدن زنجیره‌های پلی‌نوکلئوتیدی را کاتالیز می‌کنند. تا کنون سه نوع آنزیم پلیمراز به نامهای Ι و ΙΙ و ΙΙΙ جداسازی و مشخصات آنها ارائه شده‌اند. از بین آنها آنزیم پلیمراز ΙΙΙ نقش اصلی را در سنتز DNA دارد. از خصوصیات مهم آن ، این است که منحصرا نوکلئوتیدها را در جهت '5 به '3 بهم متصل می‌کنند و در جهت عکس نمی‌تواند عمل کند. آنزیم پلیمراز ΙΙ نیز در مرحله‌ای از سنتز DNA وارد شده و سنتز را در جهت '3 به '5 پیش می‌برد. و آنزیم پلیمراز I عمل ترمیم همانند سازی را انجام می‌دهد.

آنزیم هلیکاز

این آنزیم به مولکول DNA دو رشته‌ای متصل شده و با عمل خود موجب باز شدن دو رشته از یکدیگر می‌شود.

آنزیم لیگاز

در مرحله‌ای از سنتز DNA وارد عمل شده و دو رشته DNA را بهم پیوند می‌دهد.

آنزیم پریماز

آنزیمی است که در ساختن قطعه کوچک RNA پرایمر ، هنگام همانند سازی وارد عمل شده و نوکلئوتیدهایی از نوع اسید ریبونوکلئوتید را به یکدیگر متصل می‌کند. تعدادی پروتئینهای ویژه وجود دارند که پس از باز شدن دو رشته DNA از یکدیگر به محلهای باز شده متصل شده و مانع اتصال مجدد دو رشته به یکدیگر می‌شوند.

همانند سازی متوالی

در روی مولکول DNA نقاطی وجود دارند که همانند سازی از آنها آغاز می‌شود. این نقاط مبدا همانند سازی خوانده می‌شوند. در DNA باکتریها ، یک مبدا همانند سازی و در DNA موجودات عالی ، تعدادی زیادی از این مبدا وجود دارند. هنگام همانند سازی ابتدا آنزیم هلیکاز به مارپیچ دو رشته‌ای DNA متصل شده و پیچش DNA را در آن نقطه باز می‌کند. پرتئینهای DBP به ناحیه باز شده هجوم آورده و با اتصال به DNA تک رشته‌ای مانع از جفت شدن بعدی DNA می‌شوند.

ناحیه‌ای را که هلیکاز به آن متصل می‌شود، چنگال همانند سازی می‌نامند. همانند سازی به صورت دو سویه است. آنزیم پلیمراز ΙΙΙ که اتصال نوکلئوتیدها را به یکدیگر به عهده دارد، فقط می‌تواند همانند سازی را در جهت 3 به 5 پیش ببرد. در این حالت دو رشته مولکول DNA در خلاف جهت یکدیگر هستند. در نتیحه رشته‌ای که در جهت '5 به '3 سنتز می‌شود، به راحتی سنتز DNA را آغاز کرده و پیش می‌برد. این رشته به نام رشته راهنما معروف است. در همانند سازی این رشته را متوالی می‌نامند.

همانند سازی نامتوالی

در مولکول DNA رشته‌ای که '5 آزاد دارد، سنتز DNA طبق آنچه درباره رشته راهنما ذکر شد، انجام نمی‌گیرد. دلیل آن این است که آنزیم پلیمراز ΙΙΙ نمی‌تواند نوکلئوتیدها را در جهت 3 به 5 کاتالیز کند. لذا می‌بایست مکانیسم دیگری برای سنتز این رشته از DNA وجود داشته باشد. این رشته DNA به نام رشته عمل کننده یا پیرو معروف است. در این حالت ابتدا دو رشته DNA در فواصل معینی از یکدیگر باز شده و آنزیم پریماز در آن محل قرار می‌گیرد و با استفاده از ریبونوکلئوتیدها ، RNA کوچکی ساخته می‌شود که RNA پرایمر نام دارد.

انتهای 3 این RNA کوچک که از روی الگوی DNA ساخته شده است، می‌تواند به آنزیم پلیمراز III امکان دهد تا دزاکسی ریبونوکلئوتیدها را به انتهای آن متصل کند. لذا در این رشته از مولکول DNA قطعاتی از DNA سنتز می‌شوند که قطعات اوکازاکی نام دارد. (اوکازاکی نخستین کسی بود که این قطعات سنتز شده DNA را با میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد).

در این حالت آنزیم پلیمراز I وارد عمل شده و به ترتیب یکی یکی ریبونوکلئوتیدها را در جهت 5 به 3 برداشته و به جای آنها نوکلئوتیدهای از انواع دزاکسی جایگزین می‌کند تا این که قطعات همه از نوع دزاوکسی شوند. سپس انتهای قطعات ساخته شده بوسیله آنزیم لیگاز به هم متصل شده و یک رشته ممتد DNA حاصل می‌شود. اندازه هر قطعه اوکازاکی حدود 1000 تا 2000 نوکلئوتید است.

پس از آنکه اسیدهای نوکلئیک بوجود آمدند، احتمال می‌رود که پیدایش جانداران جدید با سرعت بسیار زیادتری انجام گرفته باشد. این شتاب عظیم را ژنها ، که القاب کنونی اسیدهای نوکلئیک هستند امکان‌پذیر ساخته‌اند. اکنون جانداران بر طبق دستورالعمل‌هایی که ژنهایشان فراهم می‌آورند، به تولید مثل می‌پردازند و به سبب اینکه نسلهای متوالی جانداران ، ژنها را به ارث می‌برند. پدید آمدن یک جاندار جدید به صورت فرایندی کنترل شده و غیر تصادفی درآمده است. آنچه جاندار به ارث می‌برد تا حد زیادی بقای او را تعیین می‌کند، بنابراین وراثت از نظر سازگاری جانداران حائز اهمیت است.

اما چیزی که جانداران به ارث می‌برند، ماهیچه نیرومند ، برگ سبز ، خون قرمز یا مانند آن نیست، بلکه ژنها و دیگر محتویات سلولهای زاینده است. سپس در فردی که از این سلولها ناشی می‌شود، صفات قابل رویت تحت نظارت ژنهایی که به ارث برده است، پدید می‌آید. محصول این گونه وراثت موجود زنده منحصر به فردی است که در بعضی از صفات کلی خود به والدینش شباهت دارد و در بسیاری از صفات جزئی با آنها تفاوت دارد. اگر این تفاوتها کشنده نباشند یا سبب عدم باروری نشوند، جاندار حاصل می‌تواند زنده بماند و ژنهای خود را به نسلهای بعدی انتقال دهد.

تاریخچه

«ویلیام هاروی» ، در سال 1651 ، این نظریه را بیان کرد که تمام موجودات زنده از جمله ، انسان ، از تخم بوجود آمده‌اند و اسپرم فقط فرایند تولید مثل نقش دارد. هاروی همچنین تئوری اپی‌ژنز را ارئه داد که طبق این تئوری در مرحله رشد جنینی ، ارگانها و ساختمانهای جدیدی از ماده زنده تمایز نیافته ، بوجود می‌آید. پژوهشهای جدید درباره وراثت بوسیله گرگور مندل که کشیشی اتریشی بود، در نیمه دوم قرن 19 آغاز شد. وی دو قانون مهم را کشف کرد که همه پیشرفتهای بعدی علم وراثت بر پایه آنها بنا نهاده شده است.

ژن به عنوان یک واحد عملکردی

تمام نوکلئوتیدها در DNA ، گهگاه دستخوش دگرگونی‌هایی می‌شوند که جهش (Mutation) نام دارد. پس از هر جهش ، ژن جهش یافته (Mutant) به جای ژن اولیه به سلولهای فرزند انتقال می‌یابد و به ارث برده می‌شود. DNA جهش یافته ، آنگاه صفات تازه‌ای بوجود می‌آورد که ارثی هستند. ژنهایی که جز ژنهای ساختمانی هستند، مسئول ساختن زنجیره‌های پلی پپتیدی هستند.

اگر جهشی در یکی از این ژنها ، روی دهد، مجموعه صفات و ویژگی‌هایی که ژن جهش یافته مسئول بخش کوچکی از آن می‌باشد، بطور مستقیم یا غیر مستقیم ، تحت تاثیر قرار خواهند گرفت و از آنجایی که بیشتر پروتئین‌ها نقش آنزیمی بر عهده دارند، این جهش بر واکنشهایی که آنزیم مربوطه در آن دخالت دارد، اثر می‌گذارد. ژنهای دیگر که نقش تنظیم کننده دارند، فعالیت ژنهای دیگری را کنترل می‌کنند و جهش در این ژنها بر کنترل ژنهای ساختمانی اثر می‌گذارد. DNA هر موجود از تعدادی ژنهای مختلف تشکیل شده است.

در هنگام رشد ، هر ژن دقیقا ژن همانند خود را پدید می‌آورد. هنگامی که یک ژن جهش می‌یابد، ژن جهش یافته در تقسیمات بعدی سلول ، ژنهای جهش یافته همانند خود را بوجود می‌آورد و اگر این ژن یک ژن ساختمانی باشد، جهش منجر به تولید پروتئین جهش یافته می‌گردد. ژن جهش یافته و ژن اولیه نسبت بهم آللومورف (Allelomorph) نامیده می‌شوند.

ژن و کروموزوم

یاخته‌های یک گیاه یا یک جانور دارای تعداد معینی کروموزوم است که ویژه آن گونه گیاهی یا جانوری می‌باشد و تعداد این کروموزومها در همه یاخته‌های آن فرد پایدار و یکسان است. بنابراین همه یاخته‌های یک فرد دارای مجموعه‌های ژنی یکسانی می‌باشند، مثلا در مگس سرکه در حدود 10 هزار ژن شناخته شده است. افراد مختلف یک گونه دارای آللهای متفاوت یک ژن در سلولهای خود می‌باشند. در هر کروموزوم ، ژنها بطور خطی قرار گرفته‌اند و نظام آنها پایدار و ثابت است. جایگاه ثابت هر ژن در کروموزوم که ویژه آن ژن است، لوکوس (Locus) نامیده می‌شود.

دو ژن آلل نمی‌توانند بطور همزمان در یک جایگاه وجود داشته باشند و در یک زمان هر جایگاه می‌تواند پذیرایی تنها یکی از ژنهای آلل باشد. برخی از ژنها به ویژه ژنهایی که در ساختن RNA دخالت دارند، چندین بار در یک مجموعه کروموزومی تکرار می‌شوند. در پدیده میتوز ، پیش از تقسیم هسته ، ژنها و در نتیجه کرومزوم‌ها، دو برابر شده‌اند و هر یک از دو یاخته حاصل از تقسیم ، یکی از مجموعه‌های کروموزومی را دریافت می‌کند و از اینرو مجموعه‌های کروموزومی دو سلول دقیقا یکسان خواهد بود.

ژن و گوناگونی افراد

در یاخته‌های بدنی گیاهان و جانوران کروموزوم‌ها به صورت جفت وجود دارند و از نظر ظاهری یکسان می‌باشند (به جز کروموزوم‌های جنسی). در هر لنگه از یک جفت کروموزوم ، نظام جایگاههای ژنی ، همانند نظام جایگاههای لنگه دیگر می‌باشد و ژنهایی که در جایگاههایی همانند قرار دارند، ممکن است یکسان بوده و یا آلل یکدیگر باشند. در حالت نخست فرد از نظر دو ژن هموزیگوت و در حالت دوم هتروزیگوت می‌باشد. شماره کروموزوم‌ها در یاخته‌های حاصل از تقسیم میوز یا گامتها ، 2/1 تعداد کروموزوم‌ها در سلولهای پیکری است و در هر یک از گامتها ، تنها یک لنگه از یک جفت کروموزوم همانند ، در برخی از جایگاهها باهم متفاوت هستند.

در نتیجه گامتها نیز با هم متفاوت خواهند بود و چون توزیع کروموزومها در هر گامت از قانون احتمالات پیروی می‌کند، در نتیجه احتمال تولید گامتهای مختلف در صورتی که تعداد کروموزوم‌ها را در نظر بگیریم، خواهد بود. این حالت ، تفکیک مستقل نامیده می‌شود. تقاطع کروموزومی (Crossing-Over) نیز به ایجاد تفاوتهای بیشتر بین گامتها ، کمک می‌کند.

سازمان یابی و ساختمان ژن

در ساده‌ترین حالت ، یک ژن را می‌توان به صورت قطعه‌ای از یک مولکول DNA و حاوی رمز برای توالی اسید آمینه‌ای یک رشته پلی پپتیدی و توالی‌های تنظیم کننده لازم برای بروز آن در نظر گرفت. به هر حال این توصیف برای ژنهای موجود در ژنوم انسان ، ناکافی است، زیرا تعداد ناچیزی ژن به صورت توالی‌های رمزدار پیوسته وجود دارد. بلکه در عوض در بین اکثریت ژنها ، یک یا بیش از یک ناحیه فاقد رمز موجود است. این توالی‌های حد فاصل که اینترون (intron) نامیده می‌شوند، ابتدا در هسته به RNA رونویسی می‌شوند، اما در RNA پیامبر بالغ در سیتوپلاسم وجود ندارند.

لذا اطلاعات توالی‌های اینترونی ، بطور طبیعی در فرآورده پروتئینی نهائی نمایانده نمی‌شود. اینترونها یک در میان با توالی‌های رمزدار یا اگزون (exon) که نهایتا توالی اسید آمینه‌ای پروتئین را رمز گردانی می‌کنند، قرار دارند. اگرچه تعداد کمی از ژنها در ژنوم انسان فاقد اینترون می‌باشند، اکثر ژنها حداقل یک و معمولا چندین اینترون دارند. ژن دیستروفین وابسته به جنس که حاوی 2 میلیون جفت باز است، کمتر از یک درصد آن حاوی اگزونهای رمزدار است. اینترونها در ساختار ژنها ، نقش حفاظت از اگزونها را در برابر جهشها بر عهده دارند.

خصوصیات ساختمانی یک ژن معمولی انسان

ژن نه تنها توالی‌های رمزدار واقعی است، بلکه دارای توالی‌های نوکلئوتیدی مجاور لازم برای بروز مناسب ژن ، یعنی برای تولید یک مولکول RNA پیامبر طبیعی ، به مقدار صحیح ، در محل درست و در زمان صحیح حین تکامل و یا در طی چرخه سلولی نیز می‌باشد. توالی‌های نوکلئوتیدی مجاور ، پیامهای مولکولی شروع و پایان را برای ساخت RNA پیامبر رونویسی شده از ژن فراهم می‌کنند. ژن دارای دو انتهای به است. در انتهای ژن ، یک ناحیه پیشبر وجود دارد که شامل توالی‌های مسئول شروع مناسب رونویسی است.

پیشبرها و نیز عناصر تنظیم کننده می‌توانند محلهایی برای جهش در بیماریهای ژنتیکی که قادرند مانع بروز طبیعی ژن شوند، باشند. این عناصر تنظیم کننده شامل تقویت کننده‌ها ، خاموش کننده‌ها و نواحی کنترل کننده جایگاه ژنی هستند. در انتهای ژن ، یک ناحیه ترجمه نشده مهم یافت می‌شود که حاوی پیامی برای اضافه شدن یک توالی از واحدهای آدنوزین به اصطلاح دم پلی A به انتهای RNA پیامبر بالغ است.

مبانی بروز ژن

جریان اطلاعات از ژن به پلی پپتید ، شامل چندین مرحله است.

• رونویسی یک ژن در محل شروع رونویسی روی RNA کروموزومی ، بلافاصله از توالی‌های رمزدار آغاز می‌شود و در طول کروموزوم ادامه یافته، از چند صد جفت باز تا بیش از یک میلیون جفت باز و در هر دو گروه اینترونها و اگزونها و ناحیه بعد از پایان توالی‌های رمزدار را رونویسی می‌کند.
  
  
• پس از تغییر یافتن در هر دو انتهای و رونوشت اولیه RNA ، بخشهای مربوط به اینترونها برداشته می‌شوند و قطعات مربوط به اگزونها به یکدیگر چسبانده می‌شوند.
  
  
• پس از برش و چسباندن RNA ، RNA پیامبر حاصل که اینک فقط حاوی بخشهای رمزدار ژن است، از هسته به سیتوپلاسم سلول برده می‌شود و در آنجا نهایتا به توالی اسید آمینه‌ای پلی پپتید رمزگردانی شده ، ترجمه می‌گردد. هر یک از این مراحل ، در معرض بروز خطا هستند و جهشهایی که در هر یک از این مراحل مداخله می‌کنند، در ایجاد تعدادی از اختلالات ژنتیکی دخیل دانسته شده‌اند.

ادامه مطلب

ژنتیک بالینی

ژنتیک بالینی با تشخیص و اداره جنبه‌های طبی ، اجتماعی و روان شناختی بیماریهای ارثی سروکار دارد. همانند سایر حوزه‌های طب ، گذاشتن تشخیص صحیح و فراهم سازی درمان مناسب که باید شامل کمک به فرد مبتلا و اعضای خانواده او ، جهت درک ماهیت و پیامدهای اختلال باشد، ضروری است. به هر حال وقتی شک به ارثی بودن یک اختلال وجود دارد، بعد دیگری هم به آن اضافه می‌شود، نیاز به اطلاع دهی به سایر اعضای خانواده در مورد خطر برای آنها و شیوه‌های موجود برای تغییر دادن این مخاطرات.

همان گونه که خصوصیت منحصر به فرد بیماری ژنتیکی ، تمایل آن به عود در داخل خانواده‌هاست، جنبه منحصر به فرد مشاوره ژنتیکی ، تمرکز آن نه تنها بر بیمار اولیه ، بلکه بر اعضای خانواده بیمار ، هم در حال حاضر و هم در آینده می‌باشد. مشاوره ژنتیکی که از فعالیتهای محوری در ژنتیک پزشکی است، نه تنها با اطلاع دهی به بیمار و خانواده‌اش ، بلکه با ایجاد مشاوره جهت‌دار از نظر روان شناسی برای کمک به سازگار شدن افراد و تطابق با تاثیرات اختلال در خانواده سروکار دارد.

روند مشاوره ژنتیکی

استانداردهای تعیین شده مراقبت پزشکی مستلزم آن هستند که ارائه دهندگان خدمات ژنتیکی شرح حالی بدست آورند که شامل اطلاعات خانوادگی و نژادی باشد. در مورد مخاطرات ژنتیکی بیماران و اعضای خانواده‌شان به آنها توصیه‌های لازم را ارائه کنند. آزمایش ژنتیکی یا تشخیص پیش از تولد ، در صورت لزوم ، پیشنهاد دهند و درمان گوناگون یا راههای اداره و تدبیر جهت کاستن خطر بیماری را ذکر کنند.

مشاوره ژنتیکی ، محدود به ارائه اطلاعات و محاسبه خطر بیماری نیست، بلکه نوعی روند ارتباطی است. توانایی تعریف و تعیین موضوعات روانی _ اجتماعی پیچیده مرتبط با نوعی اختلال ژنتیکی در یک خانواده ، نقش مرکزی را در این کار ایفا می‌کند. توجه به این موضوعات ، احتمالا به موثرترین وجه از طریق تماس دوره‌ای با خانواده در طول زمان و با مرتبط شدن موضوعات پزشکی یا اجتماعی با زندگی افراد مبتلا ، انجام می‌شود.

کاربردهای رایج مشاوره ژنتیکی

• فرزد قبلی مبتلا به ناهنجاریهای مادرزادی متعدد ، عقب ماندگی ذهنی یا نوعی نقص مجزای مادرزادی مانند نقص لوله عصبی ، کام شکری و ... .
  
  
• سابقه یک بیماری ارثی مانند فیبروز کیستیک ، سندرم x شکننده یا دیابت.
  
  
• تشخیص پیش از تولد برای سن بالای مادر یا موارد دیگر.
  
  
• بیماری کم خونی
  
  
• برخورد با تراتوژنها ، مانند مواد شیمیایی شغلی ، داروها و الکل.
  
  
• سقط مکرر جنین یا ناباروری.
  
  
• بیماری ژنتیکی یا اختلال تازه تشخیص داده شده.
  
  
• پیش از انجام آزمایشهای ژنتیکی و پس از دریافت نتایج ، خصوصا وقتی برای استعداد به اختلالات با تظاهر دیررس مانند سرطان یا بیماریهای عصبی ، آزمایش صورت می‌گیرد.
  
  
• به عنوان پیگیری برای یک آزمایش مثبت نوزادی ، مثلا در مورد بیماری فنیل کتونوریا.

نقش مشاوران ژنتیک

• خدمات مشاوره ژنتیکی بطور روزافزونی ، توسط مشاوران ژنتیک ارائه می‌شود که افراد صلاحیت‌دار آموزش دیده در زمینه ژنتیک و مشاوره هستند و به عنوان اعضای یک تیم مراقبت سلامت همراه با پزشکان متخصص ژنتیک یا سایر پزشکان متخصص (مثلا در کار مامایی ، درمانگاه ارتوپدی یا درمانگاه سرطان) خدمت می‌کنند.
  
  
• مشاوران ژنتیک ، نقش ضروری در ژنتیک بالینی دارند و در بسیاری از جنبه‌های تحقیق و اداره مشکلات ژنتیکی شرکت دارند. مشاوره ژنتیک ، اغلب اولین نقطه تماس بیمار با خدمات ژنتیک بالینی است که مشاوره ژنتیکی مستقیم برای مشاوره کننده‌ها انجام می‌دهد، به بیماران و خانواده‌هایشان در مواجهه با بسیاری از موضوعات روانی و اجتماعی که در طی مشاوره ژنتیک ایجاد می‌شوند، کمک می‌کند و نقش حمایتی خود را ادامه داده ، به عنوان منبع اطلاعات پس از اتمام تحقیقات و مشاوره رسمی عمل می‌کند.
  
  
• مشاوران همچنین در حوزه آزمایش ژنتیکی بسیار فعال هستند. این افراد رابطه بسیار نزدیکی بین پزشکان ارجاع دهنده ، آزمایشگاههای تشخیصی و خود خانواده‌ها برقرار می‌کنند. تجربه خاص آنها برای آزمایشگاههای بالینی بسیار باارزش است. زیرا توضیح و تفسیر آزمایشهای ژنتیکی برای بیماران و پزشکان ارجاع دهنده ، اغلب نیاز به دانش پیچیده ژنتیک و ژنومیک و نیز مهارتهای خوب ارتباطی دارد.

تعیین خطر عود

برآورد خطر عود ، موضوعی محوری در مشاوره ژنتیکی و بطور ایده‌آل ، بر پایه آگاهی از ماهیت ژنتیکی اختلال مورد نظر و شجره خانواده خاص مورد مشاوره ، استوار است. عضوی از خانواده که قرار است خطر ابتلای او به نوعی اختلال ژنتیکی تعیین شود، معمولا از بستگان فرد بیمار است، مانند خواهر یا برادر فرد مبتلا.

وقتی توارث تک ژنی اختلالی مشخص باشد، خطر عود برای اعضای خاص خانواده را معمولا می‌توان از روی اصول پایه مندلی تعیین کرد. برخلاف اختلافات تک ژنی ، مکانیزمهای زمینه‌ای توارث اکثر اختلالت کروموزومی و صفات پیچیده نامشخص است و برآورد خطر عود بر پایه تجربیات قبلی صورت می‌گیرد. وقتی فنوتیپ خاص خطر نامعین دارد و یا می‌تواند ناشی از علل گوناگون با فراوانی‌های مختلف و خطرهای بسیار متفاوت باشد، برآورد احتمال ابتلا ، خطرناک است.

برآورد خطر وقتی ژنوتیپها مشخص باشد

ساده‌ترین برآوردهای خطر ، مربوط به خانواده‌هایی می‌شود که ژنوتیپهای تمام اعضای خانواده شناخته شده یا قابل استنباط باشند. به عنوان مثال ، اگر هر دو عضو یک زوج حامل هتروزیگوت نوعی اختلال آتوزومی مغلوب باشند و علاقه‌مند باشند احتمال به دنیا آمدن فرزند مبتلا به این اختلال را بدانند، خطر (احتمال) توارث بیماری برای فرزندشان ، 4/1 در هر بارداری است. حتی اگر زوج مربوطه ، 6 فرزند سالم بعد از کودک مبتلا داشته باشند، خطر در بارداری‌های بعدی ، هنوز 4/1 برای هر بارداری است.

مشاوره ژنتیکی برای هم خونی

زوجهای هم خون (خویشاوند) ، گاهی درخواست مشاوره ژنتیکی پیش از بچه‌دار شدن می‌کنند، زیرا انتظار افزایش خطر نقایص مادرزادی در فرزند خود را دارند. دو نکته مهم باید به چنین زوجهایی توضیح داده شود: اول اینکه خطر نسبی تولد فرزند غیر طبیعی برای والدین خویشاوند بیشتر از غیر خویشاوند است. دوم اینکه هر زوجی ، چه هم خون و چه غیر هم خون ، که فرزندی مبتلا به نوعی اختلال آتوزومی مغلوب به دنیا می‌آورند، با 25 درصد خطر ابتلا در بارداری‌های بعدی خود مواجه هستند.

پیشگیری از عود در خانواده‌ها

در مورد بسیاری از خانواده‌هایی که به دنبال مشاوره ژنتیکی هستند، یکی از اهداف اصلی ، تعیین خطر عود برای بیماری قابل توارث در فرزندان آنها و یادگیری راههای موجود برای پیشگیری از عود اختلال ژنتیکی خاص مورد نظر است. اگرچه تشخیص پیش از تولد ، یکی از رویکردهایی است که اغلب می‌توان به خانواده‌ها ارائه داد، به هیچ وجه ، راه حل همگانی برای خطر مشکلات ژنتیکی در فرزندان محسوب نمی‌شود. سایر اقدامات برای اداره عود اختلال عبارتند از:

• آزمایشهای ژنتیکی (تعیین کاریوتیپ ، تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی ، یا تجزیه و تحلیل DNA) گاهی به زوجهای دارای سابقه خانوادگی نوعی اختلال ژنتیکی اطمینان می‌دهد که خود آنها در معرض خطر افزایش یافته داشتن فرزندی مبتلا به نوعی بیماری ژنتیکی خاص نیستند. در موارد دیگر ، چنین آزمایشهایی نشان می‌دهد که این زوج در معرض خطر هستند.
  
  
• اگر والدین تصمیم به داشتن بچه‌های بیشتر ندارند یا مصمم هستند که اصلا بچه‌دار نشوند، می‌توانند از راههای پیشگیری از بارداری یا سترون سازی استفاده کنند.
  
  
• برای والدینی که یک یا بیش از یک فرزند می‌خواهند، پذیرش کودک ، یک راه امکان‌پذیر است.

چشم انداز

در آینده با گسترش پایه دانش ژنتیک پزشکی ، دامنه مشاوره ژنتیکی متناسبا افزایش خواهد یافت. چالش مربوط برای پزشکان ، تعیین اهمیت مشاوره ژنتیکی در کار طبابت ، درک اساس علمی آن و آگاهی از محدودیتهای دانشهاست. در اینجا اخطارات «ویلیام اسلر» را بازگو می‌کنیم که در یک زمینه بالینی نوشت، اما می‌توانست در مورد احتمالات ژنتیکی نیز توضیح دهد: « خطاهای قضاوت ، پیوسته به بروز مندی هستند که عمدتا شامل احتمالات متعادل می‌باشند.»

 

ادامه مطلب

یای جانداران میكروسكوپی دنیایی بس بزرگ است. انسان ها از میكروب غالباً تصور

 

ناخوش آیندی دارند و با نام میكروب مفهوم درد و رنج و بیماری را به یاد می آورند. در صورتی

 

كه واقعیت چنین نیست .

واژه میكروب از دو كلمه كوچك و زیستن گرفته شده است. بنابراین هر جاندار كوچك و ذره

 

بینی میكروب  است.

زندگی انسان و سایر جانوران به وجود میكروب ها وابسته است بسیاری از نیازهای ما توسط

 

میكروب ها تهیه می شود.

 

مانند:

 

نان، ماست، پنیر، چای، ترشی ها و ... و حتی بعضی از داروها و ویتامین ها توسط میكروب

 

ها بدست  می آیدامروزه با استفاده از علم بیوتكنولوژی توانسته اند برخی از مواد غذایی ،

 

دارویی، سوختی، شیمیایی و حتی كودهای شیمیایی را تهیه كنند.

میكروب ها معمولاً در كنار هم رشد می كنند . از رشد و تقسیم میكروب ها اجتماعی از آنها

 

به وجودمی آید به اجتماع میكروب ها كلونی می گویند. كلونی میكروب ها با چشم غیر

 

مسلح دیده می شوند. كلونی میكروب ها شكل ها، رنگ ها و ویژگی های متفاوت دارند.

 

بیماری زایی میكروب ها:

بعضی از میكروب ها برای بدست آوردن محیط مناسب ممكن است وارد بدن انسان

، گیاه، یا

 

جانوران شوند. در این حالت میكروب را انگل و جانداری كه میكروب وارد بدنش شده است

 

میزبان نام دارد. میكروب ها در درون بدن میزبان رشد و تولید مثل و حتی مواد سمی هم

 

تولید می كنند و به سلول های میزبان آسیب می زنند در این حالت بیماری میكروبی بروز

 

می كند.
 

 

هر بیماری سخت میكروبی سه مرحله دارد:
1) مرحله جایگیری: در این مرحله میكروب وارد بدن می شود و خود را به محل مناسب خود می رساند.

2) مرحله حاد: شخص بیمار می شود و همه نشانه های بیماری آشكار می شود.

3) مرحله نقاهت: در این مرحله بدن بر میكروب غلبه كرده و رفته رفته تواناتر می شود.

سرعت رشد بعضی از میكروب ها بسیار كند است و مبارزه بدن و میكروب نیز به كندی صورت

 

می گیرد و مدت ها به طول می كشد اینگونه بیماری ها را مزمن می گویند. بیماری سل و یا

 

جزام از جمله

       بیماری های مزمن هستند كه در آنها مبارزه بدن و میكروب ماه ها و حتی

 

سالها طول می كشد.
آغازیان :

آغازیان موجودات ساده ای هستند كه برخی تك سلولی و برخی پر سلولی اند. گونه هایی

 

زندگی آزاد و بعضی زندگی انگلی دارند همه آغازیان به دو گروه پست و عالی رده بندی می

 

شوند. ساختمان سلولی آغازیان پست و عالی با یكدیگر متفاوت است. آغازیان پست

 

ساختمان سلولی     ساده ای دارند كه آنها را پروكاریوت می نامند. در پروكاریوت ها هسته

 

معین و مشخصی در درون سلول دیده نمی شود و مواد وراثتی در درون سلول پراكنده اند و

 

بعضی از ضمایم(اندامك) سلولی را ندارند. یوكاریوت ها كه سلول های كاملتری هستند

 

هسته واقعی دارند. آغازیان جانور مانند در این گروه قرار دارند. آغازیان جانور مانند عبارتند از :

 

آمیب ها، مژك داران، هاگ داران، ناژك داران

دلایل اهمیت آغازیان :

 غذای بسیاری از جانوارن ساكن آب بخصوص ماهی ها هستند.

 پوسته سخت بعضی از آنها منابع پر ارزشی هستند.

 در میان آنان اقسام بیماری زا وجود دارد. مانند (اسهال خون ، مالاریا)

چگونگی تغذیه آمیب ها:

قارچ ها:
قارچ ها گروهی از جانداران هستند كه در زندگی انسان و سایر جانداران اهمیت فراوان دارند.

قارچ ها عامل اصلی فساد مواد غذایی و بخصوص میوه ها و محصولات كشاورزی هستند

 

گروهی از قارچ ها بیماری زا هستند و مبارزه با آنها به دشواری صورت می گیرد.

 

 اما بعضی از قارچها در تولید مواد غذایی (شیمیایی) داروها و حتی طعم مواد غذایی واقع

 

آفات گیاهی نقش دارند. مثلاً برای تهیه نان از گرد مخمر در نانوایی استفاده می شود كه

 

نوعی قارچ تك سلولی است و یا برای تهیه ماست و یا پنیر از انواع قارچ های تك سلولی

 

استفاده می شود.

 

 

باكتری ها:

مهمترین و مشهور ترین آغازیان پست باكتری ها هستند. تعداد كمی از باكتریها زیان آورند و

 

اغلب آنها مفید هستند و چون آنها برای بقای ما و سایر جانداران اهمیت دارند. حتی در درون

 

بدن ما باكتریهای مفیدی وجود دارند كه بعضی از نیازهای ما را تأمین می كنند.
 

ساختمان بدن باكتری ها :

باكتریها جانداران تك سلولی از گروه پروكاریوت ها هستند. در بدن این جانداران هسته

 

مشخصی دیده نمی شود. بلكه اجزای هسته در درون سیتوپلاسم پراكنده است. باكتریها به

 

شكل و اندازه های گوناگون دیده می شوند. دانشمندان باكتریها را بر اساس شكل به سه

 

دسته تقسیم كرده اند

كه عبارت اند از :

 

1) كوكسی ها یا باكتریهای كروی شكل مثل میكروكوك استرپتوكوك استافیلوكوك

2) باسیل ها یا باكتریهای میله ای شكل باسیل یونجه یا مثل باسیل سیاه زخم

3) اسپریل ها یا باكتریهای فنری شكل مثل نوعی آنژین چركی گلودرد

 

اصول كخ:

رابرت كخ دانشمند آلمانی مطالعات وسیعی را پیرامون بعضی از بیماری های میكروبی انجام

 

داد.او توانست عامل بیماری سیاه زخم(باسیلوس آنتراسیس) و سل (مایكوباكتریوم

 

توبركلوزیس) را كشف كند و یا درباره میكروب وبا (ویریوكلرا) و مالاریا(پلاسمودیوم) تحقیق

 

وسیعی انجام دهد.

روش تحقیق كخ كه به اصول كخ مشهور است ثابت می كند كه بین بعضی میكروب ها و

 

بیماری ها ارتباط وجود دارد.

این اصول عبارتنداز:

میكروب عامل بیماری باید به تعداد زیاد در بدن بیمار وجود داشته باشد.

این میكروب را باید بتوان بدست آورد و پرورش داد.

 

 میكروب پرورش داده شده باید بتواند فرد سالم را بیمار كند و همان بیماری را به وجود آورد.

 امكان دوباره پرورش میكروب وجود داشته باشد.
 

باكتری ها و غذاها

یكی از علل آلودگی غذاها وجود باكتریها در محیط غذایی است . باكتریها در درون غذاها تولید

 

مثل

 می كنند و با رشد و تولید مثل خو، مواد زاید و سمی تولید می كنند همچنین بعضی از

 

باكتریها مثل وبا آبها را آلوده كرده و باعث بیماری می شوند. محیط آشپزخانه باید كاملاً تمیز

 

باشد و ظروف مواد غذایی نیز پاكیزه باشند. همچنین عوامل انتقال دهنده میكروب ها مانند

 

مگس، كرمك، محیط غذایی نیز باید كاملاً از بین بردند.

ویروس ها

ویروسها عوامل كوچكی هستند كه فقط دارای یك نوع اسیدنوكلثیك (RNA , DNA) هستند

 

این عوامل فقط قادر اند كه تولید مثل كنند اما هیچ یك از سایر كارهای موجودات زنده را انجام

 

نمی دهند. ویروس ها فقط در درون سلول های زنده می توانند تولید مثل كنند بنابراین انگل

 

های اجباری هستند. اسیدنوكلثیك ویروسی توسط پوسته ای از جنس پروتئین پوشانده

 

شده است. ویروسها چنان كوچكند كه با میكروسكوپ های معمولی قابل مشاهده نیستند و

 

برای دیدن آنها از میكروسكوپ های بسیار قوی (الكترونی) استفاده می شود.

ماده وراثتی ویروس (اسید

نوكلثیك) دارای تمامی اطلاعات لازم برای برنامه ریزی سلول میزبان

 

است و   می تواند به كمك سلول میزبان تمام مولكول های لازم برای ساخت ویروسی جدید

 

را بسازد. ویروس ها قادرند هر موجود زنده ای را از قبیل (باكتریها، قارچها، تك سلولی ها،

 

جانور مانند گیاهان، جانوران، انسان) آلوده كنند.

 

ویروس ها اقسام مختلفی دارند به دلیل انگل بودن اغلب آنها مضرند و گروه كوچكی از آنها بی زیان هستند.  ساختمان بعضی از ویروس ها مثل ویروس ایدز پیچیده است.

بعضی از بیماری های ویروسی عبارتند از :

 

اوریون، انفولانزا، سرخك، سرخجه، واكسینیا، آبله ، سرماخوردگی، تبخال، آبله مرغان،

 

هپاتیت، ویروسهای تومورزا و سرطان زا، ایدز
 

ادامه مطلب

پروکاریوت

1- ميكروارگانيسمهای تک سلولی و فاقد ديواره هسته ( هسته ابتدايي)
2- دارای ژنوم DNAبصورت حلقوی و تک رشته ای
3- فاقد ميتوكندري ، اجسام گلژی، هستک و شبکه آندوپلاسمی و دارای ريبوزوم S 70می باشند.
4- دارای غشاء سلولی و يا غشاءسلولی و يك ديواره سلولی هستند که جنس ديواره از پپتيد و گلوکان می باشد.

دو نوع پروکاریوتها در گیاهان تولید بیماری می کنند:
1- باکتریها ( Bacteria) :
دارای یک غشاء سلولی و دیواره سلولی محکم هستند و در بیشتر موارد یک یا چند تاژک دارند.
2- مایکو پلاسما ها یا ما لیکوتها
(Mycoplasma like Organism= MLO):
فاقد دیواره سلولی و فقط دارای یک غشاء تک لایه ای خاص هستند.
طبقه بندی پروکاریوتها : براساس خصوصیات دیواره سلولی
1- Gracilicutes :
باکتری گرم منفی با دیواره نازک
2- Firmacutes:
باکتری گرم مثبت با دیواره محکم
3- Mollicutes )Tenericutes):
فاقد دیواره سلولی و دارای یک غشاء تک لایه ای نرم

1- باکتریهای بیماریزای گیاهی
باکتریهای بیماریزای گیاهی ساپروفیت اختیاری هستند و به خوبی در محیطهای کشت مصنوعی کشت می شوند ولی کشت تعدادی از باکتریهای آوندی (Fastidious) در محیط کشت مشکل بوده وبرخی ازآنها هنوز قابل کشت نیستند.

2- شکل باکتریها :
میله ای، کروی، فنری، رشته ای، گرزی،Y یا V شکل
به استثنای Streptomyces که رشته ای است بیشتر باکتریهای بیماریزای گیاهی میله ای شکل اند

3- دیواره سلولی باکتریها
دیواره سلولی باکتریها بوسیله مواد صمغی و چسبنده ای احاطه شده است . این مواد ممکن است دارای ضخامت کمی باشند که در این صورت به آنها Slime layer گفته می شود و اگر ضخامت آنها زیاد باشددر این صورت به آنها کپسول ( Capsule) گفته می شود.

4- تاژک (Flagellum) :
یک از ضمائم نخی شکل خارج دیواره سلولی باکتریها است که باعث تحرک آنها می شود که از واحد های پروتئینی بنام فلاژلین تشکیل شده است.

5- طرز آرایش تاژکها در طبقه بندی مؤثر بوده وبه اشکال زیر وجود دارد:
Monotrichous: دارای فقط یک تاژک قطبی
Lophotrichous: دارای چند تاژک در یک قطب
Amphitrichous: دارای تاژکهایی در دو قطب
Peritrichous: دارای تاژکهایی جانبی یا محیطی

6- اسپور
برخی گونه های میله ای می توانند به اسپور تبد یل شوند ولی گونه های رشته ای (( Streptomycesتوانایی تولید اسپورهایی بنام کنیدی در انتهای رشته خود دارند.

7- دیواره سلولی :
دیواره سلولی باکتریها مسئول حفظ شکل ، جلوگیری از متلاشی شدن سلول باکتری در شرایط نامساعد محیطی و عکس العمل باکتری در برابر رنگ گرم ( Gram stain) می باشد.

8- نقش غشاء سیتوپلاسمی باکتریها:
عبور ومرور مواد از طریق این غشاء صورت می گیرد
تقسیم سلولی از طریق این غشاء صورت می گیرد
نقش میتوکندری را دارد

9- تولید مثل :
باکتریهای میله ای شکل از طریق تولید مثل غیر جنسی که بنام تقسیم دو تایی معروف است تولید مثل می کند.

10- علائم بیماریهای باکتریایی :
تولید گال یا غده (Tumor)
لکه برگیها و آتشک و شانکرها
پوسیدگی نرم (Soft Rot)
پژمردگی آوندی(Vascular Wilt)

11- طبقه بندی :
Rhizobium: میله ای شکل – تاژک جانبی، G─
Clavibacter: میله ای شکل – تاژک قطبی، G+
Erwinia: میله ای شکل – تاژک پریتریکوس، G─
Pseudomonas: میله ای شکل – تاژک قطبی، G─
Xantamonas: میله ای شکل – یک تاژک قطبی، G─
Streptomyces: دارای هیف های استوانه ای شکل و منشعب

12- انتشار بیماریهای باکتریایی :
ورود وانتشار باکتریها در مزرعه و باغ ازروشهای زیر صورت می گیرد:
خاک آلوده
مواد گیاهی آلوده ( بذر، نشاء و سایر اندامهای آلوده)
انسان( ادوات کشاورزی آلوده ، عملیات مختلف زراعی)

13- کنترل بیماریهای باکتریایی :
استفاده از بذر و گیاهان سالم
بهداشت زراعی مانند حذف و سوزاندن شاخه ها و یا گیاهان آلوده
ضد عفونی ابزار آلاتی مانند چاقوی و قیچی هرس ودستها
کوددهی و آبیاری مناسب
تناوب زراعی
استفاده از ارقام مناسب

14- کنترل بیماریهای باکتریایی :
استفاده از مواد شیمیایی و بخار آب در ضد عفونی بذور وخاک
استفاده از ترکیبات مسی دربیماریهای باکتریایی لکه برگی و بلایت بصورت سمپاشی شاخ و برگ
استفاده از آنتی بیوتیک ها بصورت پاشش و یا فرو بردن نشاء و قلمه ها در محلول آن
استفاده از ویروسهای باکتری خوار ( باکتریوفاژها) و باکتریوسین ها ( مواد ضد باکتریایی مترشحه از باکتریها)

منبع : سبزینه Sabzineh.iR

ادامه مطلب

ویژگی های تریکودینا:

 

ویژگی های تریکودینا:

1-تک سلولی مژک دار و هتروتروف

2-زندگی تک سلولی با ماهی و تغذیه از باکتری های سطح بدن ماهی

3-دهان سلولی برای ورود باکتری ها به درون سلول

 

ویژگی مژک ها:

1-باعث حرکت سلول

2-انتقال باکتری به سوی دهان سلولی

 

:DNA

1-ویژگی ریخت شناسی

2-تولید پروتئين هاي اختصاصي: شکل اختصاصی سلول و کار اختصاصی سلول

ويژگی هایی مانند داشتن مژک – دهان سلولی و خارهای اتصال دهنده موجب می

شود تا این جاندار بسیار تخصص یافته باشد.

 

میکروسکوپ:1-نوری: بزرگنمایی 1000 2-الکترونی:بزرگنمایی 100000

 

با استفاده از میکروسکوپ نوری اجزای بزرگ سلولی مانند هسته- میتوکندری و

کلروپلاست قابل مشاهده هستند ولی به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی همه ی

اجزای سلولی و ملکول های درشت مانند پروتئين ها قابل مشاهده هستند.

 

از میکروسکوپ الکترونی گزارهبرای مطالعه ی سلول های زنده استفاده

می شود . ولی با میکروسکوپ الکترونی نمی توان سلول های زنده را

مطالعه کرد.

در ساختارهای سلول های جانداران بخش مشترک : غشای پلاسمایی

تریکودینا تک سلولی از : پروکاریوت های مژک دار

 

نسبت سطح به حجم در سلول های بزرگ تر در مقایسه با سلول های کوچکتر هم

شکل خود کوچکتر است.

ساختار پروکاریوت ها :1- دیواره ی سلولی باکتریایی 2-غشای پلاسمایی

3-سیتوپلاسم: شامل ریبوزوم و ناحیه ی نوکلئوئيدی

کپسول و پیلی در چسباندن باکتری به سطوح مختلف مشترکند.

 

نقش پیلی : الف )اتصال به سطوح مختلف ب)انتقال مواد ژنی

 

باکتری : 1- دارای یک کروموزوم 2- پلیمری از هر سه نوع کروموزوم

 

ساختار سلول های پروکاریوت:

1-دیواره ی سلولی (گیاهان-قارچ ها – جلبک ها)

2-غشای پلاسمایی

3- اندامک غشادار (دستگاه غشایی درونی)

دستگاه غشایی درونی شامل : هسته- میتوکندری- کلروپلاست- پراکسیزوم-

لیزوزوم- واکوئل – گلژی و شبکه آندو پلاسمی

 

ساختار های سلولی بدون غشا:

1- اسکلت سلولی 2- ریبوزوم ها 3- سانتریول 4-تاژک

سانتریول از 9 دسته لوله ی 3 تایی بدون غشا تشکیل شده است.

سلول های گیاهی ابتدایی مثل سرخس ها و خزه ها سانتریول دارند ولی در گیاهان

پیشرفته مانند نهاندانگان سانتریول ندارد.

سلول های جانوری ممکن است یک یا چند تاژک داشته باشند همچنین سلول های

گیاهی که سانتریول دارند سلول جنسی نر آنها سانتریول دارد.

 

ساختار غشا:الف ) سطح خارجی غشا(ملکول های گلیکو پروتئين وگلیکو لیپید)

ب) سطح داخلی غشا(ریز رشته های اسکلت سلولی متصل به غشا)

ج)عرض غشا(پروتئین های ناقل و کلسترول در عرض غشا بین ملکول های

فسفو لیپیدی)

 

در سلول های گیاهی جوان واکوئل های کوچک زیادی وجود دارد واکوئل

کوچک به یکدیگر متصل شده و تشکیل واکوئل مرکزی می دهند که ازهسته

بزرگ تر است.

 

 

عامل محدود کننده ی اندازه ی سلول ها نسبت سطح به حجم است.

سطح باید به اندازه ای باشد که بتواند به مقدار کافی برای سلول تبادل انجام دهد.

 

دیواره ی سلولی برای همه ی گیاهان مسن:

تیغه ی میانی - دیواره ی نخستین – دیواره ی دومین

در فسفولیپید بخش فسفات اب دوست

و

زنجیره ی هیدرو کربن اب گریز

 

در سلول گیاهی با لغ واکوئل مرکزی از هسته بزرگتر است.

 

 

 

نمونه سوالات فصل دوم

 

-درون سیتو پلاسم سلول باکتری کدام یک از اجزای زیر وجود دارد؟1

1)ریبوزوم 2)شبکه ی آندوپلاسمی

3)میتوکندری 4)هر سه گزینه

گزینه ی (1) ریبوزوم ها در سیتوپلاسم سلول های پروکاریوتی و یو کاریوتی وجود دارند در صورتی که اندامک های غشادار در سسیتوپلاسم سلول های یوکاریوتی وجود دارند.

2- در مقایسه سلول های پروکاریوتی ویوکاریوتی کدام ساختار سلول مشترک می باشد؟

1)ریبوزوم 2) شبکه ی آندوپلاسمی

3)لیزوزوم 4)میتوکندری

گزینه ی (1)

3-کدام ساختار زیر در سلول بسیاری از گیاهان وجود ندارد؟

1)پراکسی زوم 2)ریبوزوم

3)سانتریول 4) دستگاه گلژی

سانتریول در گیاهان ابتدایی مانند خزه ها و سرخس وجود دارد.

4-از کدام یک مواد محلول به سهولت عبور می کند؟

1)دیواره ی سلولی 2 )غشای پلاسمایی

3)غشای هسته 4)غشای گلبول قرمز

گزینه ی (1) دیواره ی سلولی نفوذ پزیری انتخابی نداردو هر نوع ماده ای می تواند از

آن عبور کند.

5-میکروسکوپ الکترونی نگاره.................

1)تصویر سه بعدی از سلول را فراهم می کند.

2)جایگاه اتم را تعیین می کند.

3)ساختار سلول را نشان می دهد.

4)مراحل تقسیم سلول را نشان می دهد.

گزینه ی(1)

6-نقش پیلی و کپسول در کدام یک مشترک است؟

1)حفاظت 2 )حفظ شکل

4)چسبیدن باکتری به سطوح 3) حرکت

گزینه ی (4)پیلی موجب چسبیدن باکتری به سطوح مختلف می شود.

7-سلول گیاهان عالی فاقد کدام است؟

1)ریبوزوم 2)میتو کندری

3)سانتریول 4)شبکه اندوپلاسمی

گزینه ی (3) سانتریول در سلول های جانوری – اغازیان و گیاهان ساذه وجود دارد ولی

در گیاهان پیشرفته وجود ندارد.

8-برآمدگی های مو مانند که بعضی باکتری هابر سطح خود دارند اگر کوتاه یا بلند

باشند به کدام نام موسومند؟

1)مژک – پیلوس 2)پیلی – تاژک

3)تاژک – مژک 4)تاژک- پیلوس

گزینه ی (2)

9-ارتباط سیتوپلاسمی دو سلول گیاهی مجاور بیش تر به وسیله ی کدام است؟

1)دیواره ی اولیه 2)پلاسمودسم

3)دیواره ی ثانویه 4)غشای سیتوپلاسمی

گزینه ی (2) در منافذ دیواره ی سلولی ارتباط دو سلول مجاور از طریق پلاسمودسم انجام می گیرد.

10-در مبادلات سلول گیاهی کدام یک نقش حیاتی دارد؟

1)رشته های سلولزی 2) تیغه ی میانی

3)دیواره ی نخستین 4) غشای پلاسمایی

گزینه ی (4) غشای پلاسمایی نفوذ پذیری انتخابی دارد .

11-در هستک ........... وجود دارد . نقش هستک ساختن لیزوزوم است.

- RNA - DNA 2) DNA 1)

3)ریبوزوم 4) پروتئین

گزینه ی (2)

12-کدام گیاه دارای سانتریول می باشد؟

1) کاج 2) زنبق

3)سرخس 4) اطلسی

گزینه ی (3) گیاهان ساده سانتریول دارند ولی گیاهان پیشرفته فاقد سانتریول هستند.

13-در خروج آنزیم ها از سلول همکاری کدام اندامک لازم است؟

1)جسم گلژی 2)پراکسی زوم

3)شبکه ی آندو پلاسمی زبر و جسم گلژی 4)لیزوزوم

گزینه ی (3)

14- وزیکول های حاصل از شبکه ی آندوپلاسمی زبر در کدام عمل زیر شرکت ندارد؟

1)تبدیل به واکوئل 2)خروج آنزیم ها

3)تبدیل به لیزوزوم 4)انتقال آنزیم به هسته

گزینه ی (4)ورود مولکو ل ها به درون هسته یا خروج آن ها به وسیله ی منافذ هسته انجام می گیرد.

15-در کدام سلول بدن شبکه ی گسترده ای از شبکه ی اندوپلاسمی صاف وجود دارد؟

1)سلول پوششی 2)سلول جگر

3)سلول پانکراس 4)گلبول سفید

گزینه ی (2)

16-تعداد اجسام گلژی به کدام عامل بستگی دارد؟

1)فعالیت سلول 2)ساختار سلول

3)محل سلول 4) اندازه ی سلول

گزینه ی (1) تعداد اجسام گلژی به میزان فعالیت سلول در ترشح مواد پروتئینی بستگی دارد.

17- اغلب واکنش های حیاتی به کدام بخش سلول یو کاریوت بستگی دارد؟

1)هسته 2)غشای پلاسمایی

3)شبکه اندوپلاسمی 4)درون اندامک های غشادار

گزینه ی (4) بسیاری از فعالیت های سلول در فضای درون اندامک غشادار صورت می گیرد.

18-کدام اندامک در سلول گیاهی مشابه لیزوزوم عمل می کند؟

1)واکوئل مرکزی 2) پراکسی زوم

3)شبکه ی اندو پلاسمی 4)جسم گلژی

گزینه ی (1)

19-کدام یک در تمام سلول های گیاهی و جانوری دیده می شود؟

1) پلاسمودسم 2)دیواره ی سلولی

3)ریبوزوم 4)کلروپلاست

گزینه ی (3) ریبوزوم ها جایگاه پروتئین سازی هستند و هم در پروکاریوت ها و هم در یوکاریوت ها وجود دارد.

20- کدام یک از گزینه های زیر از خصوصیات تریکودیناست؟

1)فتوسنتز کننده – ابزی 2)غیر فتوسنتز کننده- ابزی تک سلولی

3)فتوسنتز کننده- خشکی زی- پر سلولی 4 )غیر فتوسنتزکننده

گزینه ی (2) تریکودینا جانداری تک سلولی ابزی و غیر فتوسنتز کننده (هتروتروف) می باشد این جاندار همانند فرفره روی بدن لغزنده ی ماهی ها حرکت کرده و از باکتری ها تغزیه می کند.

21- کدام در مقایسه با پروکاریوت ها فقط در یوکاریوت ها وجود دارد؟

1)غشای سلولی 2)دیواره ی سلولی

3)میکروتوبول 4)ریبوزوم

گزینه ی (3)ریبوزوم ودیواره ی سلولی و غشای سلولی در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها یافت می شود میکروتوبول که یکی از اجزای سلولی است فقط در سلول های یوکاریوتی وجود دارد.

22-کدام جز زیر در تریکودینا مشاهده نمی شود؟

1)هسته ی هلالی شکل 2)خارهای اتصال دهنده

3)دهان سلولی 4)ناحیه ی نوکلئو ئیدی

گزینه ی (4)ناحیه ی نوکلئو ئیدی در سلول های پروکاریوتی مشاهده می شود. در حالی که تریکودینا یک سلولیوکاریوتی است و هسته ی هلالی شکل دارد. خارهای اتصال دهنده نیز در تریکودینا وجود دارد

23- کدام یک از موارد زیر در بین سلول ها مشترک است؟

1)داشتن پوشش هسته 2)داشتن دهان سلولی

3)داشتن مزک 4)دارا بودن غشای پلاسمایی

گزینه ی(4)همه ی سلول ها چه پروکاریوتی و چه یوکاریوتی دارای غشای پلاسمایی هستند. پروکاریوت ها پوشش هسته ندارند . دهان سولی هم در اکثر سول ها وجود ندارد.

24- در کدام مورد زیر سلول های بدن انسان و تریکودینا با هم اختلاف دارند؟

1)دارا بودن مزک 2)دارا بودن دهان سلولی

3)دارا بودن اسکلت سلولی 4)استفاده از طول موج نوری

گزینه ی (2) بعضی از سلول های بدن انسان از جمله سلول های پوشاننده ی لوله های تنفسی همانند تریکودینا مزک دارند سلول های انسان مانند یوکاریوت و هسته دار هستند. اسکلت سلولی نیز در تمام سلول های یوکاریوتی وجود دارد و به انها شکل میدهد. اما دهان سلولی در

سلول های انسان وجود ندارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- کدام یک از گزینه های زیر از خصوصیات تریکودیناست؟

1)فتوسنتز کننده – ابزی 2)غیر فتوسنتز کننده- ابزی تک سلولی

3)فتوسنتز کننده- خشکی زی- پر سلولی 4) غیر فتوسنتز کننده- خشکی زی- تک سلولی

گزینه ی (2) تریکودینا جانداری تک سلولی ابزی و غیر فتوسنتز کننده (هتروتروف) می باشد این جاندار همانند فرفره روی بدن لغزنده ی ماهی ها حرکت کرده و از باکتری ها تغزیه می کند.

2- کدام در مقایسه با پروکاریوت ها فقط در یوکاریوت ها وجود دارد؟

1)غشای سلولی 2)دیواره ی سلولی

3)میکروتوبول 4)ریبوزوم

گزینه ی (3)ریبوزوم ودیواره ی سلولی و غشای سلولی در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها یافت می شود میکروتوبول که یکی از اجزای سلولی است فقط در سلول های یوکاریوتی وجود دارد.

3- تریکودینا ....

1)فاقد انزیم سازنده ی DNA است 2)از تولید کننده ها محسوب می شود

3)DNA محصور در غشای هسته دارد 4)هیچ کدام

گزینه ی (3)سلول های یوکاریوتی دارای هسته هستند و مولکول DNA در داخل هسته ی انها قرار دارد . تریکودینا فاقد کلروفیل است و فتوسنتز در یوکاریوت ها وجود ندارد . تریکودینا یک جاندار یوکاریوتی است.

 

4-کدام جز زیر در تریکودینا مشاهده نمی شود؟

1)هسته ی هلالی شکل 2)خارهای اتصال دهنده

3)دهان سلولی 4)ناحیه ی نوکلئو ئیدی

گزینه ی (4)ناحیه ی نوکلئو ئیدی در سلول های پروکاریوتی مشاهده می شود. در حالی که تریکودینا یک سلولیوکاریوتی است و هسته ی هلالی شکل دارد. خارهای اتصال دهنده نیز در تریکودینا وجود دارد.

5- کدام یک از موارد زیر در بین سلول ها مشترک است؟

1)داشتن پوشش هسته 2)داشتن دهان سلولی

3)داشتن مزک 4)دارا بودن غشای پلاسمایی

گزینه ی(4)همه ی سلول ها چه پروکاریوتی و چه یوکاریوتی دارای غشای پلاسمایی هستند. پروکاریوت ها پوشش هسته ندارند . دهان سولی هم در اکثر سول ها وجود ندارد.

6- در کدام مورد زیر سلول های بدن انسان و تریکودینا با هم اختلاف دارند؟

1)دارا بودن مزک 2)دارا بودن دهان سلولی

3)دارا بودن اسکلت سلولی 4)استفاده از طول موج نوری

گزینه ی (2) بعضی از سلول های بدن انسان از جمله سلول های پوشاننده ی لوله های تنفسی همانند تریکودینا مزک دارند سلول های انسان مانند یوکاریوت و هسته دار هستند. اسکلت سلولی نیز در تمام سلول های یوکاریوتی وجود دارد و به انها شکل میدهد. اما دهان سلولی در سلول های انسان وجود ندارد.

7-کوچکترین ذراتی که به وسیله ی میکروسکوپ های نوری قابل تشخیص هستند چه اندازه ای دارند؟

1) میکرومتر 2) نانومتر

3) میلی متر 4) انگستروم

گزینه ی (1)با میکروسکوپ های نوری نمی توان اجسام کوچکتر از میکرومتر یعنی در حدود اندازه ی کوچکترین باکتری را مشاهده کرد.

8-برای مشاهده ی حرکت کروموزوم هاهنگام تقسیم سلول کدام میکروسکوپ مناسب تر است؟

1)نوری زیرا قدرت تفکیک ان بیشتر است 2)الکترونی گزاره زیرا قدرت بزرگنمایی ان بیشتر است

3)الکترونی نگاره زیرا نمونه ی ان زنده است 4)نوری زیرا نمونه ی ان زنده است

گزینه ی (4) هدف مشاهده ی سلول زنده است و به وسیلهی میکروسکوپ الکترونی (با وجود قدرت تفکیک)بالا نمی توان سلول زنده را مشاهده کرد. بنابرین برای مشاهده ی سلول زنده از میکروسکوپ نوری (با وجود قدرت تفکیک پایین)استفاده میشود.

9-مناسب ترین میکروسکوپ برای مشاهده ی سلول در حال تقسیم کدام است؟

1)الکترونی نگاره 2)الکترونی گزاره

3)میکروسکوپ نوری 4)الکترونی ولتاز بالا

گزینه ی (3) برای مشاهده ی سلول زنده از جمله سلول های در حال تقسیم از میکروسکوپ نوری استفاده می شود.

10-کدام سلول زیر نسبت به بقیه حجیم تر است؟

1)سلول ماهیچه 2)سلول عصبی

3)تخمک پرندگان 4)تخم انسان

گزینه ی (3)اندازه و شکل هر سلول به کارش بستگی دارد. تخمک پرندگان حجیم استچون مقدار زیادی مواد غذایی برای رشد پرندگان در خود جای داده است . سلول های ماهیچه ای دراز اندو در نتیجه می توانند قسمت های مختلف بدن را به یکدیگر وصل کند. سلول های عصبی هم دراز اند و در نتیجه می توانند پیام های عصبی را به سرعت از یک نقطه به نقطه ی دیگر متصل کنند.

11-اندازه و شکل سلول ها به کدام عامل زیر بستگی دارد؟

1)نوع جاندار 2)نوع عمل سلول

3)میزان فعالیت سلول 4)عمر هر سلول

گزینه ی (2)اندازه و شکل هر سلولبه کار ان بستگی دارد

12- نسبت سطح به حجم:

1)در سلول های بزرگ تر بیشتر است 2)در سلول های کوچکتر بیشتر است

3)هر چه کوچکتر باشد سلول فعال تر است 4)ارتباطی با فعالیت سلول ندارد

گزینه ی (2)توجه داشته باشید که نسبت سطح به حجم در سلول های کوچکتر بیشتر است هر چه سطح به حجم بزرگ تر باشد سلول فعالیت بیشتری نیز دارد.

13-کدام یک از بخش های زیر در افزایش بزرگنمایی یک میکروسکوپ نوری دخالت دارد؟

1)منبع نور 2)دیافراگم

3)عدسی چشمی 4)اینه

گزینه ی (3)عدسی شیئی و عدسی چشمی در بزرگنمایی میکروسکوپ دخالت دارند.

14-غلظت کلسیم در یک سلول3% و غلظت ان در محیط 1%است. سلول از طریق .......کلسیم را به دست می اورد.

1)انتشار سلده 2)انتشار تسهیل شده

3)انتقال فعال 4)اسمز

گزینه ی (3) این سلول در این وضعیت با مصرف ATP و به وسیله ی ناقل های پروتئینی یون کلسیمرا در جهت خلاف شیب غلظت به درون سلول وارد می کند به این نوع انتقال انتقال فعال می گویند.

15- به ترتیب در انتقال فعال و انتقال تسهیل شدهکدام نوع پروتئین های غشایی دخالت دارند؟

1)کانالی – کانالی 2)ناقل – ناقل

3)کانالی – ناقل 4)ناقل – کانالی

گزینه ی (4) در انتشار تسهیل شده عبور مواد از عرض غشا با کمک کانال های پروتئینی انجام می گیرد. در صورتی که در انتقال فعال سلول ها با مصرف و توسط ناقل های پروتئینی مولکول ها را از عرض غشا عبور می دهد.

16-در پلاسموسیت ها پادتن های ساخته شده با کدام روش از سلول خارج می شوند؟

1)انتشار 2)انتقال فعال

3)اندوسیتوز 4)اگزوسیتوز

گزینه ی (4)پروتئین های ترشحی مثل پادتن ها با روش اگزوسیتوز از سلول به بیرون ترشح میشود.

17- یکی از دلایل کوچک بودن سلول ها این است که سلول های کوچک ......

1)در برابر پارگی مقاوم ترند 2)در برابر عفونت ها مقلوم ترند

3)به انرزی کمتری احتیاج دارد 4)اسان تر تغییر شکل می دهند

5)توانایی بیشتری برای مبادلهی مواد دارند

گزینه ی(5)در سلول های کوچک نسبت سطح به حجم بیشتر است و این وضعیت توانایی سلول رابرای مبادله ی مواد بیشتر می کند.

18-انتشار یک ماده به داخل یک محیط بسته با کدام نمودار زیر مطابقت دارد؟

سرعت

1) زمان 2)

 

3) 4)

19-در فرایند تنفس کدام یک از اندامکهای زیر نقش بنیادی دارند؟

1)کلروپلاست 2)میتوکندری

3)شبکه ی اندوپلاسمی 4)ریبوزوم

گروه حق شناس : زهرا حق شناس

سمانه محزونيه

زهرا پاك اتديش

 

 

 

 

 

 

 

                           

                               پروکاریوت                               یوکاریوت

 

غشای هسته	ندارد	دارد
سیتوپلاسم	دارد	دارد
غشای پلاسمایی	دارد	دارد
تقسیم سلولی	ساده( دو تایی )	میتوز و میوز
سیستم غشای درونی	ندارد	دارد
میتوکندری	ندارد( آنزیم های تنفسی در غشای  سلول  هستند)	دارد(آنزیم های تنفس هوازی در میتوکندری  هستند
کلروپلاست	ندارد	در سلول های فتوسنتز کننده وجود دارند
هستک	ندارد	دارد
سانتریول	ندارد	دارد( به جز سلول های گیاهان عالی)
دیواره ی اسکلتی	معمولا دیواره اسکلتی سخت و محکم  دارند	به جز اکثر سلول های گیاهی در بقیه ی  سلول های یوکاریوتی وجود ندارد
لیزوزوم	ندارد	دارد
دستگاه گلژی	ندارد	دارد
واکوئل	ندارد	دارد
پراکسی زوم	ندارد	دارد
ریبوزوم	دارد	دارد
DNA	دارد (حلقوی)	دارد(غیرحلقوی در هسته و حلقوی در  میتو کندری و کلروپلاست)
شبکه آندوپلاسمی	ندارد	دارد
تاژک	اغلب مجموعه ای از زنجیره های  پروتئینی درهم و پیچیده هستند	از تعدادی لوله های پروتئینی به نام میکروتوبول تشکیل می شود
کروموزوم	یک عدد حلقوی	چند کروموزوم با شکل های مختلف و غیر حلقوی

 

دید کلی

این نظر که ژنتیک پزشکی صرفا مربوط به توارث خصوصیات جزئی ، سطحی و نادر است، جای خود را به درک نقش اساسی ژن در فرایندهای پایه زندگی داده است. ژنتیک پزشکی و ژنتیک انسانی ، در خط مقدم تحقیقات پیرامون تنوع و توارث انسانها قرار دارند، در حالی که در پیشرفت سریع زیست شناسی مولکولی ، بیوشیمی و زیست شناسی سلولی نیز نقش دارند و از آن بهره می‌برند. بویژه ، در دهه آخر قرن 20 و شروع قرن 21 شاهد آغاز پروژه ژنوم انسانی بوده‌ایم که تلاش هدفمند در جهت تعیین محتوای کامل ژنوم انسان است.

ژنوم به زبان ساده به صورت مجموعه اطلاعات ژنتیکی گونه ما که در هر یک از سلولهای هسته‌دار بدن رمزگردانی می‌شود، تعریف می‌گردد. همگام با سایر موضوعات زیست شناسی نوین ، پروژه ژنوم انسانی از طریق فراهم سازی بینش اساسی در مورد بسیاری از بیماریها و پیشبرد تکامل ابزارهای تشخیصی به مراتب بهتر ، اقدامات پیشگیری کننده و شیوه‌های درمانی در آینده نزدیک ، در حال متحول کردن ژنتیک پزشکی و انسانی است. پس از کامل شدن ، پروژه ژنوم انسانی ، توالی کامل تمام DNA انسان را در دسترس قرار خواهد داد. آگاهی از این توالی کامل ، به نوبه خود شناسایی تمام ژنهای انسان را مقدور می‌سازد و نهایتا تعیین این موضوع را که چگونه تنوع در این ژنها در ایجاد سلامت و بیماری نقش دارد، امکان‌پذیر می‌سازد.

تاریخچه

در سال 1902 گارود (Garrod) و گالتون (Galton) ، که بنیانگذاران ژنتیک پزشکی نام گرفته‌اند، با بررسی آلکاپتون اوری اولین نمونه توارث مندلی در انسان را گزارش کردند. گارود در گزارش خود با تشکر از همکاریهای بیت سن (Bateson) زیست شناس ، نتیجه ازدواجهای فامیلی را در بوجود آمدن به اصطلاح خطاهای متابولیزم مادرزادی تاکید کرده بود. این اولین نتیجه روشن همکاری تحقیقی بین علم پزشکی و غیر پزشکی بود که تا به حال ادامه پیدا کرده و حاصل آن نیز پیشرفت سریع این علم می‌باشد.

در اواخر دهه 50 قرن بیستم ، مطالعه علمی کروموزوم‌های انسان مقدور گشت و نقش نقایص کروموزومی در عقب افتادگی رشدی و ذهنی ، عقیمی و دیگر عوارض روشن شد. جدیدا تعیین نقشه کروموزومی ژنهای انسان بر روی کروموزوم‌ها مشخص شده است. توسعه و کاربرد علم ژنتیک نتایج سودمندی برای پزشکی بالینی داشته است.

اهمیت ژنتیک در تمام جنبه‌های پزشکی

اگرچه ژنتیک پزشکی به صورت تخصصی شناخته شده در آمده است، واضحا آشکار شده که ژنتیک انسانی مفاهیم یکنواخت مهمی فراهم می‌سازد که مسیر تمام کارهای پزشکی را روشن و آنها را همسو می‌کند. برای بهره‌مند ساختن کامل بیماران و خانواده‌های آنها از دانش در حال گسترش ژنتیک ، تمام پزشکان و همکاران آنها در مشاغل بهداشتی نیاز به درک اصول پایه ژنتیک انسانی دارند.

• وجود اشکال جایگزین یک ژن (آللها) در جمعیت ، پیدایش فنوتیپ‌های مشابه بوجود آمده از جهش و تنوع در جایگاههای ژنی مختلف ، اهمیت تعاملات ژنی _ ژنی و ژنی _ محیطی در بیماری ، نقش جهش پیکری در سرطان و پیری ، مقدور بودن تشخیص پیش از تولد ، امیدواری در زمینه ژن درمانی‌های قوی ، مفاهیمی هستند که امروزه در تمام کارهای پزشکی نفوذ پیدا کرده‌اند و در آینده فقط مهمتر خواهند شد.
  
  
• یک جنبه از کار ژنتیک پزشکی که مربوط به تمام طب است، ارزش تاکید دارد: این علم نه تنها بر بیمار بلکه بر کل خانواده نیز متمرکز می‌باشد. تاریخچه جامع خانوادگی ، از گامهای اولیه مهم در تجزیه و تحلیل هر نوع اختلال است، صرفنظر از اینکه ژنتیکی بودن این اختلال شناخته شده یا ناشناخته باشد.
  
  
• تاریخچه ژنتیکی ، از این جهت اهمیت دارد که می‌تواند نقش حیاتی در تشخیص داشته باشد، ممکن است ارثی بودن یک اختلال را نشان دهد، می‌تواند اطلاعاتی پیرامون تاریخچه طبیعی یک بیماری و تنوع در بروز آن فراهم کند و می‌تواند طرح توارث را آشکار سازد. تشخیص یک بیماری ارثی ، تخمین خطر برای سایر افراد خانواده را مقدور می‌کند تا بتوان اداره و تدیبر مناسب ، پیشگیری و مشاوره برای بیمار و خانواده او در نظر گرفت.

قوانین موجود در ژنتیک انسانی و پزشکی

• ژنتیک ، موضوع پراکنده‌ای مرتبط با تنوع و توارث در تمام موجودات زنده است. در این حوزه وسیع ، ژنتیک انسانی ، داشن تنوع و توارث در انسان است. در حالی که ژنتیک پزشکی ، با زیرگروهی از تنوع ژنتیکی انسان که در کار طب و تحقیقات پزشکی حائز اهیمیت است، سروکار دارد.
  
  
• در ژنتیک انسانی و پزشکی ، حوزه‌های متعدد جالبی وجود دارند که به صورت جهات گوناگون تکامل ژنتیک مشخص می‌شوند. حوزه‌های اصلی شناخته شده این تخصص عبارتند از:
  
  
  • مطالعه کروموزوم‌ها یا ژنتیک سلولی (Cytogenetics).
    
    
  • بررسی ساختمان و عملکرد هر ژن یا ژنتیک بیوشیمیایی و مولکولی.
    
    
  • مطالعه ژنوم، سازمان‌یابی و اعمال آن یا ژنومیک (genomics).
    
    
  • بررسی تنوع ژنتیکی در جمعیتهای انسانی و عوامل تعیین کننده فراوانی آللها یا ژنتیک جمعیت.
    
    
  • بررسی کنترل ژنتیکی تکامل یا ژنتیک تکامل.
    
    
  • استفاده از ژنتیک برای تشخیص و مراقبت از بیمار یا ژنتیک بالینی.
    
    
• مشاوره ژنتیکی که اطلاعاتی پیرامون خطر ابتلا به بیماری را ارائه می‌دهد و در عین حال ، حمایت روانی و آموزشی فراهم می‌کند، به حرفه بهداشتی جدیدی تکامل پیدا کرده است که در آن تمام کادر مشاغل پزشکی ، خود را وقف مراقبت از بیماران و خانواده‌های آنها می‌کنند.
  
  
• علاوه بر تماس مستقیم با بیمار ، ژنتیک پزشکی ، از طریق فراهم سازی تشخیص آزمایشگاهی ، افراد و از طریق برنامه‌های غربالگری (Screening) طراحی شده برای شناسایی اشخاص در معرض خطر ابتلا یا انتقال یک اختلال ژنتیکی ، جمعیت را مراقبت می‌کند.

موضوعات اخلاقی در ژنتیک پزشکی

موفقیتهای ژنتیک پزشکی ، با رشد موازی سطح نگرانی و اضطراب در مورد استفاده از دانشمان در جهت مفید (نه مضر) برای افراد ، خانواده‌هایشان و کل جامعه همراه بوده است. با شروع پروژه ژنوم انسانی در ایالات متحده ، کنگره آمریکا ، معضلات اخلاقی آسیب پذیری جدی جامعه بر اثر استفاده نادرست از این دانش بسیار توسعه یافته ژنتیک انسانی را شناسایی کرد.

کنگره کاربرد بخشی از بودجه پروژه ژنوم انسانی آمریکا برای حمایت از تحقیقات و آموزش در زمینه‌های اخلاقی ، قانونی و اجتماعی (EISI) این پروژه را الزامی ساخت. برنامه‌های مشابهی در کشورهای دیگر نیز وجود دارند. تلاش (EISI) در جهت مطالعه اثر دانش بدست آمده از پروژه ژنوم انسانی در بسیاری از حوزه‌ها مانند کار طب و سایر حرفه‌های مراقبت بهداشتی ، وضع و ارائه سیاست عمومی ، قانون و آموزش می‌باشد.

در هر بحثی از موضوعات اخلاقی در پزشکی ، سه اصل اساسی غالبا ذکر می‌شود: سودمندی ، احترام به خودمختاری فرد ، عدالت. وقتی این سه اصل در تعارض با یکدیگر باشند، موضوعات اخلاقی پیچیده‌ای بوجود می‌آید. نقش متخصصان اخلاقی پزشکی که در حد فاصل بین جامعه و ژنتیک پزشکی کار می‌کنند، سنجیدن تقاضاهای متعارض است که هر کدام بر پایه یک یا بیش از یک اصل اساسی فوق ادعای مشروعیت دارند.

در طی زندگی حرفه‌ای 40 ساله دانشجویان پزشکی و مشاوره ژنتیکی ، احتمالا تغییرات عمده‌ای در درک و کار بر روی نقش ژنتیک در پزشکی صورت خواهد گرفت. هر دوره‌ای می‌تواند دربر گیرنده تغییراتی بیشتر از تغییرات مشاهده شده ظرف بیش از 50 سال گذشته باشد. در طی این مدت ، حوزه ژنتیک از شناسایی ماهیت DNA به عنوان عامل فعال توارث تا آشکارسازی ساختمان مولکولی DNA و کروموزوم‌ها و تعیین رمز کامل ژنوم انسان تکامل پیدا کرده است. با قضاوت از روی سرعت زیاد اکتشافات فقط در دهه گذشته عملا مشخص می‌شود که ما صرفا در آغاز انقلابی در وارد کردن دانش ژنتیک و ژنوم به حوزه سلامت عمومی و کار پزشکی هستیم.

تنظیم بیان زن

نگاه کلی

مقدار اطلاعات موجود در یاخته‌های یوکاریوتی خیلی بیشتر از پروکاریوتهاست. فرصت عمل در جایگاه‌های متفاوت از هسته سلول تا سیتوپلاسم برای تنظیم کننده‌ها نیز بیش از پروکاریوتهاست. اطلاعات ژنتیکی در یوکاریوتها در ساختارهای کروموزومی که اغلب پیچیدگی زیادی دارند نهفته است و رونویسی و بروز ژنها در آنها کاهش تراکم قبلی این ساختار را ایجاب می‌کند. بنابراین در یوکاریوتها سیستمهای تنظیم کننده بیشتر ، دقیقتر و بویژه پیاپی هستند. این سیستمها در جایگاهها و در حد ساختارهای متفاوت سلولی عمل می‌کنند و می‌توانند وابسته به یکدیگر باشند. به عنوان مثال تنظیم بیان ژن مالتوز در بسیاری از یوکاریوتها نیز دیده می‌شود.

پروموترهای یوکاریوت اغلب شامل چندین جایگاه اتصال برای فعال کننده‌ها هستند و در بسیاری از موارد ، فعال سازی به توالیهایی نیاز دارد که از نقطه شروع نسخه برداری فاصله زیادی دارند. فقط تعداد کمی از ژنهای یوکاریوتی بوسیله رپرسور کنترل می‌شوند و نسخه برداری اکثر ژنهای یوکاریوتی ، در عدم حضور یک فعال کننده انجام پذیر نیست. در پروکاریوتها ، معمولا پروتئینهای تنظیمی و جایگاههای اتصال آنها هر دو شناخته شده است. در حالی که در یوکاریوتها در بسیاری از موارد فقط توالیهای تنظیم کننده DNA مورد شناسایی قرار گرفته است. تنها در موارد معدودی ، پروتئینهای تنظیمی یوکاریوتی و مکانیسم تنظیم نسخه برداری ، مورد بررسی قرار گرفته است.

توالیهای شناسایی شونده بوسیله فعال کننده‌ها

تاکنون دو نوع معمول از توالیهای DNA یوکاریوتی که بوسیله فعال کننده‌ها باند می‌شود، شناخته شده است. یک نوع توالی فعال (Upstream Activating Sequenc) یا UAS می‌باشد که در ناحیه Upstream بسیاری از ژنهایی که فعال کننده آنزیمهای متابولیک در یوکاریوتهای تک سلولی ، مانند مخمر یافت شده است. این توالیها بوسیله فعال کننده‌هایی که سرعت شروع نسخه برداری از پروموتوهای مربوطه را به شدت افزایش می‌دهند، باند می‌شوند.

نوع دیگری از توالیهای فعال ، Enhancer می‌باشد که در یوکاریوتهای چند سلولی یافت می‌شود. برخلاف UAS ، Enhancerها می‌توانند در '5 یا '3 یک ژن قرار گیرند و حتی در صورت فاصله زیاد از جایگاه شروع نسخه برداری قادرند نسخه برداری را تحت تاثیر قرار دهند.

تنظیم متابولیسم گالاکتوز در مخمرها

یکی از ژنهای یوکاریوتیک که توالی UAS و پروتئینهای باند شونده به آن ، هر دو مورد شناسایی قرار گرفته است، ژنی است که توسط پروتئین GAL₄ در ساکارومایسین سروزیه کنترل می‌شود. پروتئین GAL₄ مونومری است با وزن مولکولی 99000 که نسخه برداری حداقل 5 ژن را کنترل می‌نماید. از آن جمله می‌توان ژنهای GAL₁₀ و گالاکتوز پرمه‌آز را کد می‌نمایند.

در ژنوم مخمر ، این ژنها در دو طرف UAS قرار دارند و در دو جهت مخالف نسخه برداری می‌شوند. پروموترهای این دو ژن در یک ناحیه 680 جفت بازی که دو ژن را از یکدیگر جدا می نمایند، قرار گرفته‌اند. همچنین در ناحیه بین دو پروموتر، یک UAS جای گرفته است. با اتصال پروتئین GAL₄ به UAS ، UAS نسخه برداری هر دو ژن GAL₁ و GAL₁₀ را 1000 برابر افزایش می‌دهد.

قسمتهای تشکیل دهنده UAS

UAS گالاکتوز از چهار جایگاه جداگانه مخصوص اتصال GAL₄ تشکیل یافته است که به ترتیب از شماره I تا IV شماره گذاری شده است. هر یک از این جایگاه‌های اتصال ، از یک توالی 17 جفت بازی مشابه تشکیل یافته است و دارای تقارن دو طرفی است. میل ترکیبی GAL₄ برای پیوند با هر یک از جایگاههای اتصال یکسان نیست و اتصال بین حداقل دو جایگاه (IV,III) به صورت همکاری انجام می‌گیرد.

هر چند آزمایشات نشان می‌دهند که سرعت نسخه برداری ژنهای GAL₁ و GAL₁₀ ، با تعداد مولکولهای GAL₄ باند شده به UAS ارتباط مستقیم دارد، فعالیت نسخه برداری به اشغال هر چهار جایگاه اتصال بوسیله GAL₄ نیازی ندارد. بنابراین اثر GAL₄ یک اثر اضافی است به این صورت که هر مولکول GAL₄ بطور مستقل در تحریک نسخه برداری شرکت دارد.

قسمتهای تشکیل دهنده GAL₄

GAL₄ از دو domain تشکیل شده است، یکی مسئول باند شدن به DNA و دیگری مسئول تحریک نسخه برداری ژنهای ناحیه down stream می‌باشد. همانند اپرونهای کد کننده آنزیمهای متابولیک در پروکاریوتها ، ژنهای GAL₁₀ , GAL₄ تنها در حضور سوبسترا که در این مورد گالاکتوز می‌باشد، نسخه برداری می‌شوند.

در عدم حضور گالاکتوز ، GAL₄ از طریق domain مسئول باند به DNA به UAS گالاکتوز متصل می‌شود ولی domain مسئول تحریک نسخه برداری آن ، بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده منفی به نام GAL₈₀ باند می‌شود. اتصال Gal₈₀ به GAL₄ از فعال سازی نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ توسط GAL₄ جلوگیری به عمل می‌آورد. با این حال در حضور گالاکتوز ، گالاکتوز به GAL₈₀ باند سبب جدا شدن آن از GAL₄ می‌شوند. در این حالت GAL₄ قادر است نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را فعال نماید.

ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز

هر چند، هر دو ژن GAL₁₀ , GAL₁ در حضور گلوکز نیز به صورت منفی تنظیم می‌شوند، کنترل این ژنها پیچیده تر از اینهاست این ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز ، مشابه جلوگیری کاتابولیتی در پروکاریوتهاست و در صورت حضور هر دو نوع قند (گلوکز و گالاکتوز) GAL₁₀ , GAL₁ در سرعتهای پایین ، نسخه برداری می‌شوند. گلوکز ، نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را از طریق جلوگیری از باند شدن GAL₄ به UAS گالاکتوز بلوکه می‌کند.

اینکه آیا گلوکز عملا به GAL₄ باند می‌شود یا GAL₁₀ , GAL₁ بوسیله یک متابولیسمی از گلوکز تحریک می‌شوند، هنوز نامشخص است. بطور کلی domainهای فعالیت پروتئینهای یوکاریوتیک ، مانند GAL₄ خیلی کم مورد شناسایی قرار گرفته ولی آنها را در سه طبقه تقسیم می‌نمایند.

1. تعدادی از domoianهای فعالیت ، شامل نواحی طویلی هستند که یک آلفا هلیکس آمفی پاتیک با بار منفی را تشکیل می‌دهند. یک مثال از این نوع پروتئینها GAL₄ می‌باشد. برای فعال سازی نسخه برداری ، domain فعالیت GAL₄ لازم و ضروری است.
   
   
2. تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهای غنی از گلوتامین هستند. پروتئین SP₁ دارای domain از این نوع است قدرت فعال کردن نسخه برداری SP₁ با برداشتن دو domain غنی از گلوتامین آن ، به شدت کاهش می‌یابد.
   
   
3. تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهایی غنی از پرولین هستند. پروتئین CTF شامل domainای از این نوع است چگونگی تحریک نسخه برداری توسط domainهای فعالیت ، هنوز ناشناخته است ولی ممکن است، از طریق درگیر کردن پروتئینهای دیگر نزدیک RNA پلی مراز П ، اثر خود را اعمال نمایند. به عنوان مثال آزمایشات انجام شده در مخمرها نشان می‌دهند که GAL₄ مستقیما با RNA پلی مراز П وارد واکنش نمی‌شود بلکه اثر خود را از طریق پروتئین دیگری اعمال می کند.

کنترل بیان ژن توسط توالیهای افزایش دهنده یا (Enhancers)

Enhancer نوع دوم از توالیهای فعال می‌باشد که در ارتباط با بسیاری از ژنهای کلاس П یافت شده‌اند. این توالیهای DNA بوسیله سه خصوصیت مشخص می‌گردند:

1. Enhancerها اغلب در هر جهتی فعال هستند.
   
   
2. Enhancer قادرند نسخه برداری را حتی در صورتی که از نقطه شروع آن هزاران جفت باز فاصله داشته باشند، تحت تاثیر قرار دهند. آنها بعضی اوقات در یک انترون یا در انتهای '3 یک ژن قرار دارند.
   
   
3. Enhancer ها، نسخه برداری هر ژنی در مجاورشان را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
   
   

بررسیها نشان می‌دهند که Enhancerها ، بسیاری از ژنهای ویروسی را نیز فعال می‌نمایند. این نوع Enhancerها که تحت عنوان ، Enhancerهای ویروسی شناخته می‌شوند، برای انجام عمل خود به فعال کننده‌های خاصی نیاز دارند. این ، خودش توجیهی است بر این سوال که چرا بعضی از ویروسها ، تنها در میزبانهای خاصی قادر به رشد هستند.

روشهای عمل Enhancer

به نظر می‌رسد که Enhancerها در 4 روش متفاوت عمل می‌کنند.

1. ممکن است، یک فعال کننده به یک Enhancer متصل و تحریک نسخه برداری را سبب شود، یا اینکه به جذب RNA پلی مراز به پروموتر ، کمک نماید. Enhancerهایی که به عنوان عناصر حساس به هورمون شناخته شده‌اند، به این روش عمل می‌نمایند.
   
   
2. حضور Enhancerها ممکن است ساختمان DNA را در مجاورت ژنی که نسخه برداری می‌شود، تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین این ناحیه از DNA را بیشتر در دسترس RNA پلی مراز قرار می‌دهند. مشاهده نسبتهای متفاوتی از پیریمیدین/ پورین در بسیاری از این Enhancerها که پذیرش ترکیب ساختمانی غیر طبیعی را در Invivo سبب می‌شود، این تئوری را حمایت می‌کند.
   
   
3. Enhancerها ممکن است در جایی از DNA که به ماتریکس هسته ، متصل می‌باشد، قرار داشته باشند. بنابراین نگهداری DNA در این قسمت و افزایش غلظت موثر RNA پلی مراز را سبب می‌شوند.
   
   
4. Enhancerها ممکن است، یک جایگاه بزرگ هدف ایجاد نمایند که RNA پلی مراز یا تعداد دیگری از پروتئینهای ضروری ، قبل از مهاجرت به پزوموتر ، در آن ناحیه با DNA باند می‌شوند. بر اساس این نوع مکانیسم ، مشاهده شده است. زمانی که یک جایگاه به پروتئین متصل شوند، در بین بعضی از Enhancerها و پروموترها قرار می‌گیرند، از عمل Enhancer جلوگیری به عمل می‌آید. به نظر می‌رسد که پروتئین باند شده ، مهاجرت پروتئین دیگر را Enhancer به پروموتر بلوکه می‌کند.
   
   

آزمایشات نشان می‌دهد که بعضی از Enhancerها تنها در یک بافت خاص هستند. به عنوان مثال در موش Enhancerهای ژنهای ایمونوگلولین ، تنها در سلولهای لمفوئید موثر می‌باشند. اینگونه مشاهدات ، موید این موضوع است که Enhancerهای خاص ، ممکن است بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده باند شده به DNA که تنها در گلبولهای سفید خون یافت می‌شوند، تشخیص داده شوند.
ادامه مطلب

مهندسی ژنتیک

دید کلی

کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر می‌رسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه و همچنین تولیدات صنعتی ، کشاورزی و علوم پزشکی دارد. در زمینه علوم پایه ، بررسیهایی مانند مکانیزمهای همانند سازی DNA و بیان ژنها در پروکاریوتها ، یوکاریوتها و ویروسها و همچنین چگونگی ساخته شدن و تغییرات پروتئینهای داخلی سلول و همچنین مکانیزم ایجاد سرطان از جمله کاربردهای مهندسی ژنتیک است. در زمینه کشاورزی که زمینه بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک بوده است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی ، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر ، را می‌توان نام برد. در زمینه کاربردهای انسانی ، تشخیص بیماریهای ارثی ، تولید انسولین انسانی ، تولید هورمون رشد انسان و ... را می‌توان نام برد.

تاریخچه

اهمیت بعضی از اصول علمی ، در زمان کشف آنها مشخص نمی‌شود، بلکه پس از مدت زمانی که می‌گذرد ارزش آنها معلوم می‌شود. یکی از مثالهای روشن این مساله کشف ساختمان سه بعدی DNA بوسیله واتسون و کریک در سال 1953 بود. این ساختمان نسبتا ساده باعث شد تا دانشمندان سیستمهای مختلف ژنتیکی را بررسی کنند. اما مطلب به همین جا ، ختم نشد و دانشمندان مختلف سعی کردند که از این اطلاعات استفاده نمایند. هدف آنها نیز بیان ساده‌ای داشت. آنها خواستند تا یک DNA را از یک موجود بگیرند و در موجود دیگر وارد نمایند تا اثرات آن ژن در موجود ثانویه بروز کند.

این علم نوین که به تدریج جای خود را در بین علوم دیگر پیدا کرد، با عناوین چون زیست مولکولی ، مهندسی ژنتیک و نهایتا DNA نوترکیب (Recombinant DNA) نامیده می‌شود. مثالی معروف از کارهای مهندسی ژنتیک تولید یک نوع باکتری اشرشیاکلی (E.Coli) است که قادر است انسولین انسانی بسازد. یا تولید گیاهان مقاوم به شوری و خشکی.

مراحل مهندسی ژنتیک

• انتخاب ژن مورد نظر
• جداسازی ژن مورد نظر
• وارد کردن ژن مورد نظر در حامل
• تکثیر ژن در میزبان مناسب
• انتقال حامل ژن به سلول هدف
• تکثیر سلول هدف
• تولید انبوه محصول یا ایجاد صفت مورد نظر

تولید DNA نوترکیب با استفاده از آنزیمهای محدود‌الاثر(Restriction)

• گروهی از آنزیم های محدود‌الاثر هنگام برش ، توالیهای مورد شناسایی‌شان را بطور نامتقارن می‌شکنند، در نتیجه در انتهای قطعات DNA حاصله رشته‌های تکی با حدود 4 نوکلئوتید بوجود می‌آید که به این انتهای تک رشته‌ای ، انتهای چسبنده (Sticky end) می‌گویند. یکی از آنزیمها ECORI نام دارد که باعث ایجاد قطعاتی می‌شود که در انتهای خود ، چسبنده می‌باشند.
  
  
• حال فرض کنید که دو قطعه متفاوت DNA بوسیله یک آنزیم محدودالاثر یکسانی برش داده شده‌اند، اگر قطعات حاصل از این برش با هم مخلوط شوند و شرایط مناسب فراهم شود انتهاهای چسبناک که مکمل هم می‌باشند بهم متصل می‌شوند. سپس بوسیله آنزیم DNA لیگاز این رشته‌ها به صورت کووالانسی بهم متصل می‌شوند.
  
  
• هدف اصلی برش DNA در مهندسی ژنتیک ، اتصال دو قطعه DNA به یکدیگر می‌باشد. ولی هنگام اتصال قطعات DNA ممکن است بجای اینکه قطعات DNA بهم متصل شوند، دو سر یک مولکول DNA بار دیگر بهم بچسبند و در نتیجه نوترکیب صورت نگیرد. برای جلوگیری از این کار از آنزیم فسفاتاز قلیایی استفاده می‌کنند. به این صورت که پس از برش دادن حامل بوسیله آنزیم محدودالاثر فسفاتاز را به محیط واکنش می‌افزایند و در نتیجه فسفات انتهای 5 مولکول DNA در هر دو طرف جدا می‌شود و امکان اتصال دو سر مولکول حامل ، بدون DNA تازه ، به یکدیگر از بین می‌رود.

سیستمهای کلون کردن ژن

کلون کردن یک ژن خاص مهمترین مرحله مهندسی ژنتیک است. هدف از کلون کردن ژن به دست آوردن مقادیر زیادی از ژنهای خاص به صورت خالص می‌باشد. هدف اصلی کلون کردن ژن ، انتقال ژن مورد نظر از داخل یک ژنوم بزرگ و پیچیده به داخل یک حامل ساده و کوچک تکثیر آن است.

مراحل کلون کردن ژن

• جداسازی و قطعه قطعه کردن منبع DNA: منبع DNA می‌تواند، ژنوم کامل یک موجود باشد که در این صورت، باید آن را بوسیله آنزیم محدودالاثر برش داد و قطعات حاصله را برای کلون کردن بکار برد.
  
  
• اتصال به یک حامل کلون (Cloning Vector): حاملهای کلون ، قطعات ژنتیکی کوچکی هستند که بطور مستقل توانایی تکثیر دارند و دارای محل برش بوسیله آنزیمهای محدودالاثر می‌باشند، ولی این برش نباید در محل همانند سازی این حاملها باشد.
  
  
• ورود به داخل میزبان:DNA نوترکیب حاصل به روشهای مختلف وارد باکتری یا میزبان مورد نظر می‌شود.
  
  
• شناسایی و جداسازی کلون حاوی ژن مورد نظر: این مرحله شامل جداسازی میزبانهایی است که ژن مورد نظر بوسیله حامل وارد آنها شده و به نحو موثر بیان می‌شود.
  
  
• تولید تعداد زیاد سلولها و یا باکتریهای حاوی ژن: این کار به منظور جداسازی و بررسی ژن مورد نظر ، انجام می‌گیرد.

حاملهای کلون (Cloning Vector)

پلاسمیدها

قطعات DNA حلقوی هستند. که در داخل سیتوپلاسم باکتریها و جدا از کروموزوم آنها قرار دارند و بطور مستقل تکثیر می‌شوند. پلاسمیدها ، خصوصیات مفیدی برای استفاده به عنوان حامل دارند مانند: اندازه کوچک ، DNA حلقوی ، همانند سازی مستقل ، تکثیر زیاد و شاخصهای مفید دیگر مانند دارا بودن ژنهای مقاومت به آنتی بیوتیک که جداسازی کلنی‌های حاوی پلاسمید را راحتتر می‌کند.

باکتریوفاژها (ویروس باکتری)

• ویروسها به خاطر داشتن پروتئینهای خاص ، نفوذ بسیار موثر و اختصاصی را به داخل سلولهای میزبان انجام می‌دهند.
  
• بعضی ویروسها در قسمتی از چرخه تکثیر خود ، نفوذ پایداری به داخل ژنوم میزبان دارند که این باعث پایداری بیان ژن در داخل سلول میزبان می‌شود.
  
• ویروسها دارای پروموتورهای خاصی هستند که بوسیله سلولهای میزبانی شناخته می‌شوند و این باعث بیان مناسب ژنهای کلون شده می‌شود.

کازمیدها (Cosmids)

کازمیدها در حقیقت قطعات حاصل از دو انتهای ژنوم از دو انتهای ژنوم باکتریوفاژها لامبدا قرار بگیرند و در نتیجه وارد سلول Ecoli (باکتری اشرشیاکلی)شوند. در داخل سلول E.Coli این DNA به صورت حلقوی در آمده و مانند یک پلاسمید عمل می کند.

فاسمیدها

یکی دیگر از حامل‌های DNA نوترکیب هستند که ترکیبی از ژنوم باکتریوفاژ و پلاسمیدها هستند.

انتخاب میزبان مناسب

میزبان مورد نظر باید خصوصیاتی از قبیل پایداری ژنتیکی ، ژنوم کاملا شناخته شده مشخصات فیزیولوژیک معلوم ، توانایی پذیرش DNA خارجی ، داشتن یک شاخص خاص برای شناسایی در مواقع لزوم و ... را داشته باشد. یکی از شناخته شده ترین میزبانهای مورد استفاده باکتری E.Coli است. هنگام انجام کارهای ژنتیکی باید با مطالعاتی کافی یک سیستم حامل میزبان مناسب را انتخاب کرد و بکار برد. باسیلوس سوبتلیس (B.Subtilis) در مواردی که هدف از کلون کردن تولید یک پروتئین خالص می‌باشد، بر E.Coli ترجیح دارد. زیرا خصوصیات تخمیری این باکتری برای تولیدات صنعتی مناسب تر است.

روشهای وارد کردن حاملها به داخل میزبان

ویروسها و باکتریوفاژها

برای ویروسها و باکتریوفاژها و همچنین DNA نوترکیب که در داخل کپسید ویروس ها قرار گرفته‌اند (کاسمیدها) روش ورود واضح است و همانند ورود معمولی ویروس ها در سلول های میزبان است.

• ترانسفورماسیون: برای این کار DNA نوترکیب را با باکتری مجاور می‌کنند. این روش یکی از متداولترین روشهای انتقال است.
  
  
• الکتروپوریشن: در این روش قطعات DNA را در یک محیط دارای بار الکتریکی در مجاورت سلولها قرار می‌دهند. بار الکتریکی باعث ایجاد منافذ ریز در غشای سیتوپلاسمی می‌شود که این خود باعث تسهیل ورود قطعات DNA به داخل سلول می‌گردد.
  
  
• تفنگ ذره‌ای یا تفنگ اسید نوکلئیک: در این روش دقیقا تنگی در مقیاس میکروسکوپی وجود دارد که گلوله آن قطعات DNA می‌باشد و DNA را به داخل سلول ، شلیک می‌کند.

انتخاب کلونهای تغییر یافته

پس از اینکه DNA نوترکیب ساخته شد و در داخل باکتری میزبان ، انتقال داده شد. حال نوبت به انتخاب کلونهای باکتریایی می‌رسد که DNA نوترکیب مورد نظر به داخل آن انتقال یافته و به نحو موثری در داخل آن بیان شود. 3 خصوصیت در بین حاملین مشترک است. قدرت تکثیر در میزبان ، محل ورود ژن خارجی و یک شاخص انتخابی.

شاخصهای انتخابی موجود بر روی حاملها

مقاومت به آنتی بیوتیکها

مقاومت به آنتی بیوتیکها معمولا یا بوسیله آنزیم هایی ایجاد می‌شود که باعث غیر فعال شدن آنتی بیوتیکها می‌شوند و یا با سنتز پروتئینهایی است که به روشهای مختلف باعث ممانعت از اثر آنتی بیوتیکها می‌شوند. هر دو نوع مکانیزم مقاومت فوق بوسیله قطعات ژنتیکی ، کنترل می‌شوند. این قطعات ژنتیکی را می‌توان در حاملها وارد کرد و از آنها به عنوان شاخصهای انتقال موثر استفاده کرد.

نیازهای متابولیزمی

نیازهای متابولیزمی طیف وسیعی از مواد مختلف را شامل می‌شود. برای این کار از گونه‌های خاص از میزبان استفاده می‌شود که تونایی ساختن یک ماده متابولیزمی ضروری از دست داده‌اند، در نتیجه این باکتریها بر روی محیطهای بدون این ماده متابولیزمی رشد ، نخواهد کرد. برای مثال اگر یک باکتری توانایی تولید اسید امینه لوسین را نداشته باشد. بر روی محیط فاقد لوسین رشد نخواهد کرد.

حال اگر ما از حاملی استفاده کنیم که حاوی ژن سنتز لوسین باشد، باکتریهای میزبان حاوی این حاملها بر روی محیط فاقد لوسین رشد خواهند کرد. پس از اینکه کلنی‌های حاوی ژن نوترکیب انتخاب و جدا شدند، این کلنی‌ها را به میزان دلخواه تکثیر می‌دهند و سپس ژن تکثیر شده را برای بررسیهای بعدی استخراج کرده قرار می‌دهند.

حاملهای بیان ژن (Expression Vector)

یک حامل بیان ژن حاصل است که نه تنها می‌توان از آن به عنوان حامل کلون استفاده کرد. بلکه این حامل دارای کی توالی تنظیمی می‌باشد که باعث می‌شود که بیان ژن مورد نظر تحت کنترل مهندسی ژنتیک قرار گیرد. یک حامل بیان ژن خوب باید دارای مشخصات زیرا باشد. هر چه قدر تعداد نسخه‌های یک ژن بیشتر باشد، میزان بیان آنها بیشتر خواهد بود. پلاسمیدها از این نظر مناسب هستند. قدرت آغازگری آن خوب باشد. الگوی خواندن آن مناسب باشد. بطور کلی وظیفه مهندسی ژنتیک ایجاد یک حامل مناسب است که بتوانند بطور موثری به داخل میزبان وارد شود به تعداد همانند سازی کند بطور موثر نسخه برداری شود - بطور موثر ترجمه شود.

llمولكولهاي زيستي

ه مولكولهايي كه در دنياي جانداران يافت مي‌شوند و بيشتر اتم كربن دارند مولكولهاي زيستي گفته مي‌شود. دو ويژگي مولكولهاي زيستي 1- متنوع ( گوناگون) غير قابل شمارش است 2- پايدار مثل هموگلوبين كه مدتها در گلبول قرمز مي‌ماند. اتم كربن مي‌تواند تركيباتي را بسازد كه پايدار و گوناگون است. کربن چهار ظرفيتي- اتصال به انواع اتمهاي ديگر و كربن با پيوند كوالانسي. انواع اسكلت كربني گوناگون با اتصال كربن‌ها ( خطي- شاخه‌دار- حلقوي- تركيبي) معمولاً گروههاي فعال شيميايي OH هيدروكسيل سبب قليايي شدن مي‌شوندرواسكلت كربني قرار مي‌گيرند. CooH كربوكسيل سبب اسيدي شدن مولكول قرار مي‌گيرند. و خواصي ويژه به اسكلت كربني مي‌بخشند. - توانايي اتم كربن در شكل پيوند والانسي و ايجاد تركيباتي با شكل‌هاي گوناگون باعث شده است تا تركيبات كربن‌دار بتوانند بسيار پايدار و گوناگون باشند. همه درشت مولكولها پلي‌مر نيستند. خواص فيزيكي و شيميايي درشت مولكولها به نوع- تعداد- ترتيب مونومرهاي آن بستگي دارد ( در مورد پروتئینها به تعداد رشته‌های پلی‌پپتیدی و نحوه پیچ و تاپ خوردن آنها نیز بستگی دارد. با تغيير هر كدام از مواد سه گانه خواص درشت مولكول نيز تغيير مي‌كند. 1828 فردريك ماده آلي اوره را توانست از مواد غير آلي بسازد و اين تصور كه مواد آلي فقط به وسيله جانداران ساخته مي‌شود را اصلاح كرد . ليپيد‌ها درشت مولكول نيستند ولي چون ساختارهاي بزرگي مثل غشاء سلولي را مي‌توانند پديد آورند و نقش مهم آنها در حيات سلول به همراه درشت مولکولها بررسي مي‌شوند. درشت كربوهيدراتها مولكولهاي مهم بدن پروتئين‌ها نوكليك اسيدها .... * با توجه به تنوع زياد مونومرهاي پروتئين ( 20 نوع آمينو اسيد) گمان مي‌رود حدود هزار ميليارد نوع پروتئين در دنيای زنده وجود داشته باشد كه همگي از همين 20 نوع آمينو اسيد ساخته شده‌اند. بنابراين تفاوت جانداران مختلف با يكديگر به سبب تفاوت در نوع درشت مولكولهاي آنهاست.