وراثت و ژنتیک

انتقال ژن از پدر و مادر به فرزند را وراثت می گویند. اطلاعات به صورت رمزهای شیمیایی هستند که به وسیله دئوکسی ریبونوکلئیک اسید منتقل خواهند شد.

به ارث بردن ژن ها

چیزی که باعث می شود ما خاص و منحصر به فرد باشیم، به کمک ژن ها به ما منتقل می شود. هر ژن برنامه کاری و نقشه تولید یک محصول مشخص را حمل خواهند کرد.

این محصولات متفاوت هستند:

1-برخی از این محصولات ژن ها تاثیرات خاصی بر شکل و قیافه و وضعیت زیستی فرد همانند رنگ پوست و چشمی می گذارند.

2-محصولات بعضی از ژن ها می توانند با ترکیب شدن، یک صفت مشخص ایجاد کنند مثلا یک محصول می تواند تولید یک محصول دیگر را کنترل یا تنظیم نموده و در نتیجه یک توانایی خاص برای قهرمان شدن به وجود آید.

3-و…

طرح های ساده که یک ژن آن ها را کنترل می کند، با الگوهای قابل پیش بینی به ارث می رسند اما صفات ویژه به وسیله مجموعه ای از ژن ها کنترل شده و انتقال آن ها غیر قابل پیش بینی است مثلا معمولا والدین قد بلند فرزندان قد بلند هم دارند اما همیشه این گونه نیست. اطلاعات
ژنی در وضعیت ظاهری فرد نمایان شده و به کمک ژن ها از نسلی به نسل دیگر منتقل می شود. امروزه مسیر این انتقال به خوبی مشخص و درک شده است.

ژنوم

مجموعه کامل ژن های انسان را ژنوم انسانی می گویند که 23 جفت کروموزوم حمل می کنند. تعداد ژن ها در این مجموعه حدود 35000-30000 است که این تعداد ژن برای انسان با پیچیدگی هایی که دارد در مقایسه با موجودات دیگر ناچیز است برای مثال مگس کوچک میوه (دروزوفیلا) که
در کارهای آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد، حدود 13600 ژن دارد.

توالی ژنوم

برنامه طراحی ژنوم انسانی در سال 1990 برای شناسایی همه جفت بازهای موجود در DNA در همه کروموزوم ها اجرا شد.  در سال 2003 فهرستی از حدود 3 میلیارد جفت باز انتشار یافت. اصلی ترین روش تعیین توالی  های DNA روش الکتروفروز با ژل است.

نحوه توالی DNA به صورت زیر است:

1-ابتدا DNA از سلول خارج شده، خالص می شود و سپس به کمک انزیم های محدود کننده به قطعات کوچک می شکند.

2-قطعات کوچک را در ماده ای ژله ای قرار گرفته و جریان الکتریکی از آن می گذرانند. در این زمان قطعات براساس اندازه و بار الکتریکی خود با سرعت های متفاوت پخش می شوند.

3-حال این قطعات پخش شده به کمک رنگ های شیمیایی رنگ شده و شبیه بارکد فروشگاهی به صورت خطوط تیره و روشن در می آیند.

4-در نهایت رایانه این بارکدها را خوانده و جفت بازهای آن ها را تشخیص می دهد.

با توجه به این این تصویر چاپ به رنگ آبی است لذا گاهی به آن بلو پرینت می گویند.

سلول

اطلاعات ژنتیکی DNA در هسته سلول قرار گرفته است. تقریبا تمام سلول های بدن دارای DNA هستند ولی برخی از انواع خاص همانند گلبول های قرمز این  DNA را از دست داده اند.

کروموزوم ها

هر کروموزوم مولکول بسیار بسیار باریک و دراز DNA است که به شکل X و به صورت پیچیده و حلقوی هستند. این مولکول هنگام تقسیم سلولی به دو نسخه تبدیل شده که دارای دو کروماتید یکسان خواهری هستند.

رمز ژنتیکی

ساختار DNA به صورت مارپیچ دو گانه دارای دو رشته اصلی است که به کمک اتصالات عرضی بازهای شیمیایی آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C) به هم وصل هستند. باز شیمیایی گوانین فقط با سیتوزین و باز تیمین فقط با آدنین با هم جفت می شوند. طرز قرار گرفتن بازهای
شیمیایی در DNA ، رمزهلای اطلاعات ژنتیکی را می سازند. برای مشخص کردن ترتیب قرار گرفتن جفت بازها در DNA ، با کمک مواد شیمیایی دو رشته  DNA را از هم جدا کرده و با دستگاه ویژه ترتیب بازها مشخص می شود.

رونویسی از DNA

DNA  علاوه بر این که حاوی رمزهای شیمیایی اطلاعات ژنتیکی است، در فرآیند رونویسی یا نسخه برداری، یک نسخه واقعی از خود تهیه می کند که این کار بسیار مهم بوده و پیش از تقسیم سلولی انجام خواهد گرفت. برای رونویسی مراحل زیر طی می شود:

1-جدا شدن دو رشته

دو رشته مارپیچ از محل اتصال بازها از هم جدا شده و هر باز با باز شریک خود جفت خواهد شد.

2-اتصال بازها

در این زمان نوکلئوتیدهای آزاد به قسمت های جدا شده DNA متصل می شوند که در این اتصال همواره آدنینی به تیمین و گوانین به سیتوزین وصل می شوند.

3-تشکیل دو رشته

در این مرحله بیشتر نوکلئوتیدها متصل شده و ستون فقرات مولکول  DNA کامل شده است. الان مولکول   DNA دارای یک رشته DNA است که تصویر آینه ای آن است. هر دو DNA موجود، مارپیچ دوگانه دارند و کاملا با هم یکسان هستند.

جهش ها

رونویسی از DNA معمولا به دقت انجام می شود اما گاهی ممکن است که یک یا چند جفت باز درست رونویسی نشوند که در این صورت تغییر رخ داده را جهش یا موتاسیون می گویند. ترتیب جدید بازها ممکن است به تولید پروتئین دیگر و یا مشکلاتی در بدن منجر خواهد شد. جهش ممکن است
در اثر عواملی همانند پرتوها  یا مواد شیمیایی رخ بدهد که باعث بروز خطا در رونویسی خواهند شد.

ژن طبیعی

در ژن طبیعی هر 3 جفت باز (رمز سه تایی) با یک آمینواسید مشخص مرتبط بوده و جایگاه آن را در رشته پروتئین تعیین می کند.

ژن جهش یافته

در ژن جهش یافته، در نقطه ای که جهش رخ می دهد یک جفت باز تغییر می کند در نتیجه آمینواسید مرتبط با آن ها، و نوع و شکل پروتئین تغییر خواهد کرد.

ساخت سلول جدید

میتوز به فرآیندی گفته می شود که در آن یک سلول به دو سلول دختری کاملا یکسان تقسیم خواهد شد. این فرآیند برای تولید سلول های جدید به منظور رشد، نگهداری و ترمیم رخ می دهد.

مراحل میتوز به شرح زیر است:

1-ابتدا مولکول DNA از طریق رونویسی دو برابر شده و هر کروموزوم به صورت دو واحد یکسان به نام کروماتید در می آید. همچنین در این مرحله غشای هسته از بین خواهد رفت.

2-سپس کروموزوم های دوتایی بر روی قسمت میانی سلول به صف قرار می گیرند. رشته های دوک مانندی به وجود آمده  و به هر سانترومر هر کروموزوم متصل می شوند.

3-سانترومر تقسیم شده و هر کروموزوم به سمت انتهای سلول حرکت می کند.

4-رشته های دوک ناپدید شده و در اطراف هر یک از گروه های کروموزومی غشای هسته به وجود می آید.

5-در نهایت سیوپلاسم تقسیم شده و سلول به دو سلول تقسیم می شود. در هر سلول جدید، 46 کروموزوم با تمام اطلاعات ژنتیکی وجود دارد.

ساخت سلول های جنسی

به تقسیم سلولی که منجر به ساخته شدن سلول های جنسی می شود، تقسیم میوز می گویند. این نوع تقسیم نیز شبیه تقسیم میتوز است منتهی مراحل بیشتری دارد که در آن جفت کروموزم ها از هم جدا شده و در پایان میوز 4 سلول دختری به وجود می آید که هر کدام نیمی از کروموزوم ها
را داشته و از هر کروموزوم نیز یک عدد آن در سلول های دختری وجود دارد. در زمان لقاح و جفت شدن تخمک و اسپرم، 23 جفت کروموزوم در کنار هم قرار می گیرند. تقسیم سلول زیگوت به کمک میتوز انجام می شود.

به طور کلی مراحل میوز عبارتند از:

1-ابتدا رشته های DNA در هسته سلول رونویسی و پیچیده شده و به شکل  X در می آیند.

2-سپس کروموزوم های یکسان (همولوگ) به هم متصل می شوند تا مواد ژنتیکی را تبادل نمایند.

3-اولین جدا شدن کروموزوم ها زمانی رخ می دهد که رشته های دوکی شکل، یک کروموزوم را به سمت انتهای سلول بکشند.

4-هر سلول دارای یک کروموزوم دو گانه از هر جفت کروموزوم است که به طور تصادفی در آن قرار می گیرند.

5-در دومین مرحله جدا شدن، کروموزوم های دوگانه از هم جدا شده و نیمی از آن ها در انتهای سلول قرار می گیرند.

6-در نهایت 4 سلول جنسی به وجود می آیند که ترکیب ژنتیکی آن ها با هم و با والدین متفاوت است.