سرويس فروش پستي و نقدي در سراسر ايران
برای کسب اطلاعات بیشتر به این لینک مراجعه کنید
استخدام در سيستم كسب درآمد از فروتل
چطور مي توانيد با فروتل پولدار شويد ؟!!
محصول از شما فروش در سراسر ايران از ما
كسب درآمد اينترنتي
آيا دنبال يك كار خوب مي گرديد؟
آيا ميخواهيد در وقت و انرژي خود صرفه جويي كنيد؟
آيا دنبال يك شغل درآمد زا مي گرديد؟
سامانه تبليغاتي فورتل اين امكان را به شما مي دهد
دقيقا شما يكي از نمايندگي هاي ما در هر كجا كه هستيد(محل كار منزل و ...)خواهيد شد
براي كسب اطلاعات بيشتر بايد ابتدا عضواين سامانه گرديده تا در پنل كاري خود اطلاعات لازم را دريافت كنيد
اين فرصت طلايي را از دست ندهيد
ما مشتاقانه منتظر حضور شما در سامانه تبليغاتي فورتل هستيم
براي عضويت به لينك(عضويت در سامانه تبليغاتي فورتل) مراجعه كنيد
www.FortelShop2010.Mihanblog.com
فروش محصولات خود را به ما بسپارید
محصول از شما، فروش در سراسر ایران از ما
گستردگی فروش
اگر تا به حال در محله یا شهر خود فروش داشته اید به کمک فروتل در تمام ایران فروش خواهید داشت
بازاریابی نوین
اگر تا به حال با روشهای سنتی فروش داشته اید از این به بعد با کمک فروتل با نوین ترین روشها فروش خود را افزایش دهید و هزینه ها را به حداقل برسانید
فروش دائمی
بدون نیروی انسانی در 24 ساعت شبانه روز و در تمام روزهای سال فروش داشته باشید
با همکاری پست
مراجعه روزانه مامور پست به محل اعلام شده فروشنده و جمع آوری سفارشات
تنوع روشهای دریافت وجه
امکان دریافت وجه در لحظه خرید و یا پس از تحویل سفارش توسط مامور پست
www.FortelShop2010.mihanblog.com
كسب درآمد اینترنتی
آیا دنبال یك كار خوب می گردید؟
آیا میخواهید در وقت و انرژی خود صرفه جویی كنید؟
آیا دنبال یك شغل درآمد زا می گردید؟
سامانه تبلیغاتی فورتل این امكان را به شما می دهد
دقیقا شما یكی از نمایندگی های ما در هر كجا كه هستید(محل كار منزل و ...)خواهید شد
برای كسب اطلاعات بیشتر باید ابتدا عضواین سامانه گردیده تا در پنل كاری خود اطلاعات لازم را دریافت كنید
این فرصت طلایی را از دست ندهید
ما مشتاقانه منتظر حضور شما در سامانه تبلیغاتی فورتل هستیم
برای عضویت به لینك(عضویت در سامانه تبلیغاتی فورتل) مراجعه كنید
www.FortelShop2010.mihanblog.com
فروشگاه فورتل Fortel Shop
با مراجعه به لينك زير ميتوانيد سفارش خود را انتخب كنيد
با ما خريد اينترنتي را تجربه كنيد
با تشكر مدير وبلاگ
www.FortelShop2010.mihanblog.com
دعوت به همكاري
گالري عكس PHOTO GALERY
مهندسی ژنتیک
یک محیط کشت
مهندسی ژنتیک، به مجموعه روشهایی گفته میشود که به منظور جداسازی، خالص سازی، وارد کردن و بیان یک ژن خاص در یک میزبان بکار میروند و نهایتا منجر به بروز یک صفت خاص و یا تولید محصول مورد نظر در جاندار میزبان میشود. کاربردهای مهندسی ژنتیک تقریبا نامحدود به نظر میرسد. این علم کاربردهای زیادی در علوم پایه، 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 بستر بسیاری از کاربردهای مهندسی ژنتیک است، تولید گیاهان مقاوم به آفات گیاهی و خشکی، تولید گیاهان پرمحصول و تولید گاوهای دارای شیر و گوشت بیشتر، را میتوان نام برد. و در زمینه کاربردهای پزشکی، تشخیص بیماریهای ارثی، تولید انسولین انسانی، تولید هورمون رشد انسان و... را میتوان نام برد. در سالهای اخیر گسترش و توسعهٔ تکنیکهای سنتز DNA نوترکیب انقلابی را در درمان بسیاری از بیماریهای انسانی از جمله انواع سرطانها، اغلب بیماریهای خود ایمنی نظیر دیابت و همچنین تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماریهای مادر زادی فراهم آوردهاست.
تاریخچه
امروزه دانش و فن مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصههای بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخههای مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیطزیست و بهداشت بشر، استفادههای بسیار ارزشمندی پیدا کردهاست. 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 جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ 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 عناوینی چون زیستشناسی مولکولی، مهندسی ژنتیک و نهایتا DNA نوترکیب[۱] شناخته میشود. مثال معروفی از کاربردهای مهندسی ژنتیک تولید سویه ای از باکتری اشرشیاکلی[۲] است که قادر به سنتز انسولین انسانی است. تولید گیاهان مقاوم به تنشهای شوری و خشکی از دیگر مثالهای شناخته شدهٔ کاربردهای مهندسی ژنتیک است.
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
کاربردهای مهندسی ژنتیک
دانش و فن مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصههای بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخههای مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیطزیست و بهداشت بشر، استفادههای بسیار ارزشمندی پیدا کردهاست که برخی از انها در زیر شرح داده شدهاست.
بیوتکنولوژی و علوم پزشکی
کریستالهای انسولین
کاربرد بیوتکنولوژی در زمینة علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گستردهای مانند ابداع روشهای کاملاً جدید برای «تشخیص مولکولی مکانیسمهای بیماریزایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی»، «امکان تشخیص پیش از تولد بیماریها و پس از آن»، «ژندرمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری»، «تولید داروها و واکسنهای نوترکیب و جدید»، «ساخت کیتهای تشخیصی»، «ایجاد میکروارگانیسمهای دستکاری شده برای کاربردهای خاص»، «تولید پادتنهای تکدودمانی (منوکلونال)» و غیره را در بر میگیرد. امروزه برای تشخیصهای دقیق، پیشگیری، درمان اساسی بیماریها و در واقع سلامت و بهداشت جوامع ظاهراً راه دیگری جز پزشکی مولکولی بهنظر نمیرسد.
ژن درمانی (Gene Therapy) بسیاری از صاحبنظران از سدة حاضر بهعنوان سدة مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد میکنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژندرمانی در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشمانداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روشها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژنهای سالم به درون سلولهای بدن و تصحیح و درمان ژنهای جهشیافته و معیوب، پنجرهای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآوردههای ژنی) با بسیاری از بیماریها گشودهاست. ژندرمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلولهای یک موجود برای مقاصد درمانی میباشد که به روشهای متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت میگیرد.
کشف بسیاری از ژنهای بیماریزای مهم در آینده نزدیک، کاربرد روشهای متنوع و بیسابقه غربالسازی ژنتیکی و پیشگوییهای بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماریهای ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیتهای مهندسی ژنتیک و ژندرمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیتهای موجود در زمینه ژندرمانی فائق آمدهاند. همچنین در زمینه هدفگیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن- به عنوان دارو- پیشرفتهای چشمگیری حاصل شدهاست.
علیرغم اینکه در حال حاضر ژندرمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما بهزودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماریها استفاده خواهد شد. همچنین شواهد فزآینده و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روشهای پزشکی مولکولی، در آیندهای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینههای درمانی را نیز کاهش خواهد داد.
طرح بینالمللی ژنوم انسان (IHGP) پروژه بینالمللی ژنوم انسان، یکی از مهمترین و عظیمترین طرحهای تحقیقاتی زیستشناسی عصر حاضر است که با رمزگشایی از ژنوم انسان، گرههای بیشماری را گشوده و قلههای متعددی را فتح کردهاست. این طرح که انجام آن، مولود پیشرفتها و اطلاعات جدید محققان در عرصه مهندسی ژنتیک است، در آیندهای نزدیک، تحولات عمیق و غیرهمنتظرهای را در علوم پزشکی بهوجود خواهد آورد. طرح بینالمللی ژنوم انسان را میتوان نقطه عطفی در تاریخ علوم زیستی بهویژه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به حساب آورد.
شناسایی مکانیسمهای مولکولی پیدایش سرطان
امروزه از رهگذر بهکارگیری مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، این پرسش که سرطان چگونه ایجاد میشود؟، دیگر جزء اسرار ناشناخته علمی به حساب نمیآید. در خلال دو دهة اخیر، پژوهشگران با استفاده از روشهای مولکولی و نتایج حاصل از مطالعاتی مانند طرح رمزگشایی از ژنوم انسان، به پیشرفتهای خیرهکنندهای در شناسایی علل و مراحل مولکولی پیدایش سرطان دست یافتهاند که در آینده نزدیک، به روشهای انقلابی در مسیر درمان آن منجر خواهد شد. با آنکه هنوز هیچکس قادر نیست زمان دقیق غلبه کامل بر سرطان را پیشگویی کند، اما چشمانداز آن بسیار نویدبخش است.
در این راستا، تلاشهای گستردهای برای درمان سرطان با استفاده از روشهای ژندرمانی (مانند انتقال ژنهای بازدارندة سرطان به درون سلولها) به طور فزایندهای در حال افزایش است. مهار ژنهایی که بیشتر از اندازه طبیعی تکثیر یا بیان شدهاند (مانند آنکوژنهای فعالشده) و جایگزینی یک ژن ناقص یا حذفشده از جمله راهبردهای این روش درمانی به حساب میآیند.
اخیراً پژوهشگران امریکایی نوعی ویروس «هوشمند» را طراحی کردهاند که بتواند در درون سلولهای سرطانی، تکثیر شده و تمام سلولهای بدخیم را در بدن از بین ببرد، اما به سلولهای سالم آسیبی نرساند. نتایج به دست آمده از این شیوة جدید، روی موشهای الگو موفقیتآمیز بوده و توانستهاست حدود ۶۰ درصد از سلولهای سرطانی را نابود سازد.
شماری از شرکتهای دارویی جهان نیز با تکیه بر فرآیندها و قابلیتهای بیوتکنولوژی مولکولی، بر روی طراحی داروها و عوامل درمانی مناسب جهت توقف ماشین تکثیر بیرویه سلولی (سرطان) فعالیت میکنند.
بیشک انجام این پژوهشها، که در آیندهای نزدیک به نتایج مفیدی برای درمان شماری از سرطانهای انسانی منجر خواهد شد، بدون بکارگیری اصول و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی میسر نمیبود.
شبیهسازی(Cloning)
از دیگر موضوعات بسیار مهم روز در زمینه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، که ارتباط تنگاتنگی با علوم پزشکی داشته و احتمالاً در آینده منشأ تحولات بزرگی در این زمینه خواهد بود، بحث کلونسازی (همانندسازی یا شبیهسازی) یا تکثیر غیرجنسی سلولها است؛ که طی آن با همانندسازی از روی سلول بالغ یک موجود زنده، نسخهای مشابه موجود اولیه ساخته میشود.
شایان ذکر است که نخستین موفقیت انسان در کلونسازی یک پستاندار بالغ (گوسفند دالی) در سال ۱۹۹۶ توسط یان ویلموت انگلیسی و همکاران وی در مؤسسه راسلین (ادینبر، اسکاتلند) با انتقال هستة یک سلول سوماتیک (غیرجنسی) بهدرون سیتوپلاسم یک اووسیت (سلول جنسی ماده) که هستهاش خارج شده بود، به دست آمد.
به طور کلی، محققان علم ژنتیک و بیوتکنولوژیستهای مولکولی اعتقاد دارند که تلاشهای آنها در این زمینه، میتواند به کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینههای پزشکی، کشاورزی و مانند آنها منجر شود.
البته علیرغم بحثهای بسیار جدی که در مورد سوء استفادههای احتمالی از مقوله شبیهسازی و عواقب زیستی و اخلاقی آن در دنیا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثریت قابل توجهی از صاحبنظران امر که با درک مسئولیت خطیر انسانی خود، به پژوهشهای متنوع و گسترده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در عرصه پزشکی مولکولی مشغولند، این است که تحقیقات مذکور باید تنها برای مقاصد پیشگیری، تشخیص و درمان اساسی بیماریها به کار رفته شود.
بیوتکنولوژی مولکولی و صنعت
در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی مولکولی در صنایع گوناگون جایگاه منحصر به فردی پیدا کردهاست. امروزه در برخی از معادن دنیا، استخراج و بازیافت کانیهای پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم به کمک میکروارگانیسمها و با روشهای زیستی (Bioleaching) صورت میگیرد. تولید صنعتی بسیاری از اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک، اسید استیک و اسید لاکتیک و همچنین تولید روغنهایی با ترکیبات اسیدهای چرب ویژه که دارای ارزش بالایی در صنایع غذایی و مواد پاککننده هستند، از دیگر زمینههای حضور فعال بیوتکنولوژی در صنعت است.
علاوه بر این، به اعتقاد بسیاری از صاحبنظران، یکی از عرصههای بسیار حیاتی بیوتکنولوژی، در «صنایع آنزیمی» است؛ چراکه به جرأت میتوان ادعا کرد بدون استفاده از فرآیندهای بیوتکنولوژیک و طراحی سویههای میکروبی مهندسی ژنتیک شده، پیشرفتهای بزرگ بشر در زمینه تولید انبوه آنزیمها و بیوکاتالیستهای بسیار با ارزش و متنوع که بهعنوان مواد مادر در صنایع گوناگون غذایی، شیمیایی، سلولزی، نفت، تولید شویندهها و غیره به کار میروند، تقریباً غیرممکن و دور از دسترس بود.
تولید پلاستیکهای قابل تجزیه (Green Plastics)، تولید انرژیهای تجدیدپذیر با استفاده از بیومس (Biomass)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری (Nanostructures) جدید مثل بیوترانزیستورها، بیوچیپها و پلیمرهای پروتئینی با استفاده از روشهای مهندسی پروتئین، بکارگیری روشهای بیوتکنولوژی در افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگیهای زیستمحیطی به کمک فرآیندهای زیستی، از دیگر عرصههای نوین و با ارزش بیوتکنولوژی در صنعت و محیط زیست به شمار میروند.
بیوتکنولوژی و کشاورزی
رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهههای اخیر موجب شد تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتنابناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روشهای نوین بیوتکنولوژی در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که میدانیم، گیاهان، اصلیترین و مهمترین منابع تجدیدشونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیهای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع میگردد. به همین دلیل، کاربرد روشهای مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینهها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روشها در شاخههای گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کردهاست.
تولید گیاهان تراریخته
بهکارگیری روشها و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به طور جدی از سال ۱۹۸۳ آغاز و روندی به شدت رو به رشد را به ویژه در قلمرو اصلاح گیاهان زراعی استراتژیک، طی کرد. پیشرفت در این حوزه، فوقالعاده چشمگیر است. بهطوریکه در مدتی کمتر از هشت سال، سطح زیر کشت گیاهان دستورزی شده ژنتیکی (Transgenic)، وسعتی بالغ بر ۶۰ میلیون هکتار از اراضی کشاورزی جهان را به خود اختصاص داد. به این ترتیب، مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به منظور تأمین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان وارد عمل شده و مواد غذایی دستکاری شده ژنتیک (GMOs) به تدریج وارد بازار شد.
در سال ۱۹۸۶ نخستین آزمایشهای مزرعهای، با تنباکوی تراریخته، در امریکا و فرانسه صورت گرفت. چین نخستین کشوری بود که در سال ۱۹۹۰، تولیدگیاهان تراریخته (تنباکو) را به شکل تجاری آغاز کرد. امریکا، دومین کشوری بود که در سال ۱۹۹۴، گیاه تراریخته گوجهفرنگی را به شکل تجارتی تولید نمود. پس از آن، در فاصله سالهای ۱۹۹۵ تا ۱۹۹۶، ۳۵ گیاه تراریخته تولید شد که حدود ۸۰ درصد آنها مربوط به دو کشور امریکا و کانادا بودند. تا سال ۱۹۹۹، بین ۲۵ تا ۴۵ درصد تولید برخی از محصولات اصلی زراعی (ذرت، سویا و غیره) در امریکا، با استفاده از گیاهان تراریخته صورت میگرفت. درحال حاضر، حداقل ۲۵ درصد از سطح زیر کشت ذرت تراریخته و ۴۰ درصد از سطح زیرکشت سویای تراریختة جهان در امریکاست.
وارد کردن ژنهای فراوان (مربوط به صفات مختلف) به دهها گونه گیاهی مانند گندم، جو، گوجهفرنگی، ذرت، سیب زمینی، سویا، پنبه، مارچوبه، تنباکو و چغندرقند جهت اصلاح یا بهبود فرآوردههای کشاورزی، امکان تغییر ژنتیکی در راههای بیوسنتزی گیاهان برای تولید انبوه موادی مانند روغنهای خوراکی، مومها، چربیها و نشاستهها که در شرایط عادی به میزان بسیار جزیی تولید میشوند و کنترل آفات زیستی، تنها نمونههای کوچکی از کاربردهای گسترده گیاهان ترانسژنی (تراریخته) را شامل میشوند. اطلاعات بیشتر در این زمینه در جدول شماره ۴ ارایه شدهاست.
احیای مراتع و جنگلها و حفظ تنوع گونههای گیاهی و جانوری در مناطق کویری و بیابانی از دیگر عرصههای کشاورزی است که با کمک بیوتکنولوژی روند سریعتری یافتهاست. برای مثال، بیوتکنولوژیستها با شناسایی، تکثیر و پرورش گونههای واجد ژنهای مقاومت به نمک، گیاهان مقاومی مانند کاکتوسها، کاج و سرو اصلاح شدهای را تولید کردهاند که قابلیت رشد و تکثیر در مناطق سخت بیابانی را پیدا کردهاند. همچنین به کمک روشهای بیوتکنولوژی، از جلبکها و گلولای موجود در دریاها، ترکیبات و کودهای زیستی سودمندی را برای حاصلخیزی زمینهای کشاورزی تولید میکنند.
تولید جانوران ترانسژنیک
تولید جانوران دستورزی شده (ترانسژنیک) نیز از دیگر دستاوردهای بسیار مهم بیوتکنولوژی و ژنتیک جدید در عرصه علوم زیستی است که اهداف ارزشمندی را دنبال میکند.
جانور ترانسژن علاوه بر مادة ژنتیکی خود، واجد مقداری مادة ژنتیکی اضافی با منشا خارجی میگردد. این جانور باید قادر باشد که ژن بیگانه را به نسلهای بعدی انتقال دهد. امروزه روشهای متعددی برای ایجاد جانوران ترانسژنیک ابداع شدهاست.
برخی از جنبههای اقتصادی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی
بیوتکنولوژی از جمله تکنولوژیهای نوین است که بهعنوان یک ابزار مناسب و قدرتمند برای دستیابی به توسعة پایدار بهشمار میآید. بنابراین در جهان امروز، توجه به توانمندیها و قابلیتهای بیشمار این صنعت، بهویژه در کشورهای کمتر توسعهیافته و فقیر، میتواند از جمله عوامل مهم در پیشرفت اقتصادی و رسیدن به رفاه اجتماعی بالاتر، محسوب گردد.
ترجمه
در فرآیند ترجمه، توالی نوکلئوتیدها در mRNA به توالی آمینواسیدها در پروتئین ترجمه میشوند. در این فرآیند، در واقع زبان نوکلئیک اسیدی که با حروف نوکلئوتیدی است به زبان پروتئین که با حروف آمینواسیدی است، ترجمه میشود.
این فرآیند در سیتوپلاسم سلولها و توسط ریبوزومها صورت میگیرد. در ترجمه mRNAها، tRNAها، sRNAها، rRNAها و... شرکت دارند.
فرآیند ترجمه را میتوان به سه مرحله تقسیم کرد:
مرحلهٔ آغاز
بخش کوچکتر ریبوزوم در مجاورت کدون آغاز به mRNA متصل میشوند (mRNAهای ساخته شده در هستهٔ سلول قبلا به سیتوپلاسم وارد شدهاند). tRNA وظیفهٔ حمل آمینواسیدهای آزاد در سیتوپلاسم را به ریبوزومها دارد. ریبوزوم با توجه به کدون آغازین mRNA، tRNA مناسب را به آن متصل میکند. قانون تطبیق کدون mRNA و آنتیکدون tRNA در قوانین ژنتیکی کشف شدهاست.
بعد از مکمل شدن کدون و آنتیکدون بخش بزرگتر ریبوزوم به بخش کوچکتر میپیوندد و ساختار ریبوزوم برای ترجمه کامل میشود.
مرحلهٔ ادامه
هر ریبوزوم دو جایگاه دارد. کدون و آنتیکدون ابتدا وارد جایگاه اول (جایگاه P برای پلیپپتید در حال ساخت) و کدون و آنتیکدون بعدی وارد جایگاه دوم (جایگاه A) میشود. بعد از قرار گرفتن کدون دوم mRNA در جایگاه دوم، tRNA مکمل به آن متصل شده و آمینواسید جایگاه اول به آمینواسید جایگاه دوم پیوند پپتیدی میدهد و کدون آغاز از جایگاه اول خارج میشود. حالا ریبوزوم به اندازهٔ یک کدون بر روی mRNA به جلو حرکت میکند و کدون و آنتیکدون دوم به جایگاه اول که به تازگی خالی شدهاست وارد میشوند و کدون سوم به جایگاه دوم وارد میشود.
ریبوزوم به همین ترتیب بر روی mRNA حرکت میکند و تا انتهای آن ادامه میدهد تا به کدون پایان برسد.
مرحلهٔ پایانی
وقتی یکی از کدونهای پایان درون جایگاه A قرار گیرد، ترجمه پایان میپذیرد. چون هیچ tRNA ای برای کدون پایان وجود نداردو در این حال دو بخش ریبوزوم، mRNA و پروتئین ساخته شده از یکدیگر جدا میشود
رونويسي
سنتز یک مولکول RNA به صورت رونوشتی از یک مولکول DNA روند بسیار پیچیدهای است که در آن آنزیم RNA پلیمراز و تعدادی پروتئینهای دیگر شرکت مینمایند. رونویسی از DNA شامل مراحل آغاز ، طویل شدن و پایان میباشد مراحل سنتز مولکول RNA در پروکاریوتها در مقایسه با نحوه سنتز در پستانداران بسیار متفاوت است. برای مثال ، مولکول RNA در پروکاریوتها با همان ساختمان اولیه خود قابل ترجمه میباشد در حالی که در پستانداران ، رونوشت اولیه RNA مولکول پیش سازی است که برای تولید mRNA تکامل یافته و فعال بکار میرود.
ساختمان RNA پلیمراز
RNA پلیمراز موجود در سلولهای پروکاریوتها دارای ساختمان پیچیدهای است. در باکتری کلیباسیل RNA پلیمراز شامل یک هسته مولکولی است که از چهار زیر واحد پلیپپتید تشکیل یافته است، دو زیر واحد آلفا کاملا یکسان و دو زیر واحد دیگر بتا و بتاپریم (β و́β) از نظر اندازه یکسان ولی از نظر ساختمانی تفاوتهایی دارند. این هسته چهار پلیپپتیدی همراه با یک فاکتور پروتئینی دیگر یعنی فاکتور سیگما یک مولکول آنزیم کامل را (هولوآنزیم) را میسازند. فاکتور سیگما نقش اساسی را در شناسایی نقطه آغاز سنتز RNA به عهده دارد.
سنتز RNA
RNA پلیمراز قادر است در حضور DNA و چهار نوع نوکلئوزید تری فسفات یعنی CTP,GTP,UTP,ATP سنتز RNA را انجام دهد. این آنزیم در کلیه سلولها یافت میشود. در سنتز RNA یکی از رشتههای مارپیچ دوتایی DNA به صورت قالب بکار گرفته میشود و از همین رو سنتز RNA از DNA را رونویسی مینامند و بنابراین ردیف ریبونوکلئوتیدها در مولکول RNA مکمل ردیف دزاکسی ریبونوکلئوتیدهای یکی از رشتههای DNA میباشد. رشتهای از DNA را که از آن رونویسی انجام میپذیرد رشته کد دهنده ژن و رشته مقابل آن را رشته غیر کد دهنده مینامند.
علایم رونویسی در پروکاریوتها
علامت آغاز
در آغاز رونویسی فاکتور سیگما ردیف خاصی از ژن به نام ردیف پیشبر یا پروموتور را شناسایی میکند، ردیف پیشبر محل اتصال RNA پلیمراز است. جایگاه پیشبر خود از دو ردیف کوچکتری تشکیل یافته که توالی نوکلئوتیدهای آنها در تمام پیشبرهای ژنهای گونههای مختلف یکسان میباشد، به بیانی دیگر از اینها ردیفهایی محافظت شده و ثابت میباشند.
یکی از این ردیفها که به فاصله 35 جفت باز قبل از نقطه آغاز رونویسی قرار گرفته شامل 8 جفت نوکلئوتید (TGTTGACA) و ردیف دیگر که تقریبا به فاصله 10 جفت باز قبل از نقطه آغاز قرار گرفته شامل 6 جفت نوکلئوتید (TATAAT) میباشد. ردیف (TATA) جدا شدن دو رشته DNA از یکدیگر را تسهیل مینماید تا RNA پلیمراز از جایگاه پیشبر اتصال یافته بتواند به ردیفهای نوکلئوتیدی رشته کد دهنده که بلافاصله بعد آن قرار گرفتهاند دسترسی یابد.
علامت پایان
در پایان رونویسی ، آنزیم RNA پلیمراز ردیف خاصی از DNA را به کمک فاکتور پروتئینی رو تشخیص داده و رونویسی را خاتمه میدهد. علامت پایان رونویسی در پروکاریوتها از یک ردیف نوکلئوتیدی به طول تقریبی 40 جفت باز تشکیل شده، این ردیف نیز دارای ساختمان نوکلئوتیدی مشخص بوده و در بین گونههای مختلف پروکاریوتها محافظت شده و ثابت باقی مانده است. ردیف نوکلئوتیدی نقطه پایان شامل تعدادی توالیهای تکراری و معکوسی میباشد و به دنبال آنها نیز یک ردیف تکراری از جفت بازهای آدنین و تیمین وجود دارد.
هنگامی که رونویسی به جایگاه علامت پایان میرسد توالیهای تکراری و معکوس با یکدیگر جفت شده و موجب میشود که RNA سنتز شده یک ساختمان ثانوی همانند سنجاق سر را بدست آورد و رونویسی در محل ردیفهای تکراری AT ادامه مییابد تا سرانجام عمل آنزیم RNA پلیمراز به کمک فاکتور پروتئین رو متوقف گردیده و آنزیم و رونوشت اولیه تواما آزاد گردند.
مراحل تکامل یافتن مولکولهای RNA
در پروکاریوتها رونوشت اولیه mRNA بدون اینکه نیازی به تکامل ساختمانی داشته باشد و حتی قبل از آنکه رونویسی آن پایان یافته باشد به صورت قالبی برای ترجمه شدن شدن و نهایتا سنتز پروتئینها بکار گرفته میشود، به بیانی دیگر در پروکاریوتها مراحل رونویسی و ترجمه mRNA توام شدهاند
.
بیماری ” آلکاپتونوریا
آرچیبلد گرود با پژوهش گستردهای که روی این بیماری انجام داد، به این نتیجه رسید که این نارسایی، به علت یک عامل ژنی نادر (با توارث مندلی) رخ میدهد و ازدواج بستگان درجهی اول، زمینه بروز این صفت نهفته و نادر را آماده میسازد.
برای این پژوهش بود که نظریه “یک ژن، یک آنزیم” ، با نام این پژوهشگر گره خورد. البته، همانطور که در ادامه میخوانید، وی با گردآوری و تفسیر دادههای به دست آمده از پژوهشهای دانشمندان دیگری، به این مفهوم پایهای دست پیدا کرد. در پژوهشهای گرود، کمتر با طراحی آزمایش روبرو میشویم. در حقیقت، او با مشاهده و گردآوری اطلاعات توانست، فرضیههای خود را تا اندازهای اثبات کند. سرانجام، زیست شیمیدانها با پژوهش هایی که طی نیم سده انجام دادند، توانستند تصویر دقیق تری از اساس بیماری آلکاپتونوریا عرضه کنند. در این مقاله، شما با شیوه پژوهشی گرود آشنا میشوید و در مییابید که چگوه گردآوری دادهها و تفسیر آنها به یک یافته زیستشناسی میانجامد.
طرح مسئله
در سال ۱۸۹۸ میلادی، خانوادهای به دکتر گرود مراجعه کردند که ادرار کودکشان پس از برخورد با هوا، تیره رنگ میشد (پوشاک نوزاد در بخش جلو قهوهای تیره تا سیاه میشد). سه سال بعد، کودک دیگری در همان خانواده به دنیا آمد که به همین بیماری دچار بود. مشاهده های آغازین گرود نشان داد، این بیماری در خانوادهها تکرار میشود، یعنی اگر یکی از خویشاوندان نسبی این صفت را داشته باشد، احتمال بروز آن در خویشاوندان دیگر نیز هست. اما به طور معمول، والدین کودکان بیمار، این صفت را ندارند.
مسئله:
چرا ادرار کودکان دچار شده به آلکاپتونوریا، پس از برخورد با هوا، تیره میشود؟
آیا این بیماری ارثی است؟
الگوی توارث آن چگونه است؟
گردآوری اطلاعات:
در سال ۱۸۵۹، شیمیدانها ثابت کردند در ادرار این بیماران ترکیبی به نام اسید همو جنتیسیک (آلکاپتون) وجود دارد که پس از واکنش با اکسیژن هوا، به ماده سیاه رنگی تبدیل میشود و ساختمان شیمیایی آن، شبیه ملانین (رنگیزه پوست) است.
پژوهشگران دریافتند:
۱- این مولکول در ادرار افراد سالم وجود ندارد.
۲- همه بیماران از کودکی این نارسایی را دارند.
۳- تغییر رژیم غذایی، باعث تغییر مقدار آلکاپتون در ادرار نمیشود.
فرضیه سازی
دادههای جدول نشان میدهد، بین سن بیماران و میزان ترشح اسید همو جنتیسیک (و در واقع، بیماری آلکاپتونوریا) ارتباطی وجود ندارد و مردها بیش از زنها به این بیماری مادرزادی دچار میشوند. همچنین، گرود و پژوهشگران دیگر دریافتند، بین این بیماری و رژیم غذایی افراد، ارتباط معناداری وجود ندارد. از این رو، میتوان نتیجه گرفت، این بیماری به اختلالی در واکنشهای شیمیایی بیماران مربوط میشود و مبتلایان این نارسایی را از والدین خود به ارث بردهاند.
فرضیه: اگر این نارسایی ارثی باشد، احتمال بروز آن در بستگان بیمار (برادرها و خواهرها) نیز وجود دارد.
بررسی فرضیه
آلکاپتون از کجا میآید؟
بررسیهای گرود نشان داد، آلکاپتونوریا یک بیماری ارثی است. اما چرا در ادرار مبتلایان مقدار زیادی آلکاپتون وجود دارد؟ در آن زمان، شیمیدان هایی که درباره واکنشهای زیست شیمیایی مطالعه میکردند، میدانستند که آنزیمها باعث سرعت این واکنشها میشوند و در نبود آنزیم، این واکنشها انجام نمیشوند. آنان نشان داده بودند که واکنشهایی زیست شیمیایی زنجیره وار انجام میشوند؛ به طوری که ماده آغازین، نخست به چند ماده میانی و سپس به فرآورده تبدیل میشود. هر کدام از مرحلههای یک زنجیره زیست شیمیایی را یک آنزیم پیش میبرد و اگر یکی از آنزیمها وجود نداشته باشند، ماده میانی، که آن آنزیم روی آن کار میکند، انباشته میشود و در صورتیکه در آب محلول باشد، با ادرار به بیرون راه مییابد.
فرضیه سازی
ساختمان شیمیایی اسید همو جنتیسیک شباهت زیادی به ساختمان شیمیایی اسید آمینه تیروزین دارد. از این رو به نظر می رسد، اسید همو جنتیسیک از این اسید آمینه به دست میآید. افراد دچار شده به آلکاپتونوریا، آنزیمی را که ماده میانی آلکاپتون را به ماده میانی دیگری تبدیل میکند، ندارند.
فرضیه: اگر این بیماری پیامد کمبود آنزیمی باشد که روی اسید همو جنتیسیک اثر میگذارد، پس میزان فعالیت این آنزیم باید در بیماران پایین باشد.
بررسی فرضیه
پرسش۲: با توجه به شکل، آیا فرضیه ثابت میشود؟ ادرار والدین بیماران، پس از قرار گرفتن در معرض هوا به رنگ تیره در نمیآید. با وجود این، فعالیت آنزیم در آنان از افراد عادی کمتر است. این حقیقت را چگونه توجیه میکنید؟ اگر به هر سه گروه مقداری اسید همو جنتیسیک بخورانیم، انتظار دارید ترکیب ادرار آنان چه تغییری پیدا کند؟
۵۰ سال طول کشید تا با نمونه برداری از کبد مشخص شد، فعالیت آنزیمهای درگیر در تجزیه اسید آمینههای فنیل آلانین و تیروزین در افراد سالم و بیمار، به جز آنزیم همو جنتیسیک اسید اکسیداز، یکسان است. این آنزیم همو جنتیسیک را به مالیل استواستیک تبدیل میکند و کمبود فعالیت آن، باعث انباشته شدن این اسید در سلولها و سرانجام ترشح آن به ادرار میشود.
پرسش۳: کودک دو سالهای به بیمارستان آورده شده است. مادرش میگوید، او زیاد استفراغ میکند (به ویژه پس از شیر خوردن). وزن کودک و میزان تحرکش زیر اندازه عادی است. موهایش تیرهاند، اما رگه های سفیدی دارند. نتیجه بررسی ادرار کودک به صورت زیر است.
پژوهش های فرا کلاسی
۱- همان طور که گفته شد، اسید همو جنتیسیک در برخورد با هوا به مادهای سیاه رنگ تبدیل میشود که ساختمان آن شبیه ملانین (رنگریزه پوست) است. پژوهش کنید، بین سوخت و ساز ملانین و اسید همو جنتیسیک چه ارتباطی وجود دارد؟
۲- آلبینیسم یکی دیگر از نارسایی مادرزادی در سوخت و ساز است. این نارسایی که به کاهش تولید ملانین و در نتیجه سفید شدن مو می انجامد، به علت کمبود فعالیت یکی از آنزیمهای دخیل در تولید ملانین به وجود میآید. دربارهی این نارسایی اطلاعات بیشتری گردآوری کنید.
۳- فنیل کتونوریا (PKA ) نوعی نارسایی مادرزادی در سوخت و ساز است که بر خلاف دو نارسایی دیگر که گفته شد، میتواند با پیامدهای خطرناکی مانند کند ذهنی همراه باشد. درباره این نارسایی و چگونگی کاستن از پیامدهای آن پژوهش کنید.
پروتئين سازي
پروتئینها از اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر از طریق پیوند پپتیدی بدست میآیند. تشکیل پیوند پپتیدی و قرار گرفتن ترتیب اسیدهای آمینه که برای هر پروتئین اختصاصی است، به سادگی امکان پذیر نیست. به همین دلیل میبایست در یاخته مکانیسم ویژهای وجود داشته باشد که بتواند ویژگی پروتئینها را حفظ کند. بیوسنتز پروتئینها در واقع ترجمه ترتیب نوکلئوتیدی اسید نوکلئیک DNA در مولکول پروتئین است. انتقال اطلاعات از DNA به مولکول پروتئین بوسیله RNAها ، بویژه mRNA امکانپذیر است. بدین ترتیب برای هر پروتئین ، mRNA اختصاصی آن پروتئین وجود دارد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/b/b8/proteinsentes1.JPG
به عبارت دیگر هر پروتئین در روی DNA ، ژن اختصاصی دارد که اطلاعات آن ژن در mRNA رونویسی و در مولکول ترجمه میشود. در بیوسنتز پروتئینهایی که در ساختارشان بیش از چند اسید آمینه دارند، وجود یک مکانیسم سنتزی که در آن ترکیبات و عوامل بسیاری دخالت میکنند، الزامی است. این مکانیسم به یک سیستم رمز یاب نیاز دارد که بطور خودکار واحد اسید آمینه معینی را در موقعیت ویژهای از زنجیره پروتئینی قرار میدهد.
ترکیبات شرکت کننده در سنتز
RNA پیک (mRNA)
این RNA اطلاعات مربوط به پروتئین ویژهای را از مولکول DNA میگیرد و به ماشین سنتز کننده پروتئین انتقال میدهد. در ترتیب نوکلئوتیدهای mRNA هر سه نوکلئوتید مجاور بیانگر رمز (کدون) اسید آمینه مشخص هستند و به همین جهت ترتیب نوکلئوتیدها در mRNA بیان کننده ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین است. هر اسید آمینه رمز مشخصی دارد. متیونین و تریپتوفان فقط یک رمز دارند، در حالیکه سایر اسیدهای آمینه واجد دو یا تعداد بیشتری رمز هستند.
رمز میتونین همیشه AUG است که آغاز سنتز را در همه پروتئینها به عهده دارد. در یاختههای پروکاریوت و یوکاریوت ، در هر دو پروتئین سازی با میتونین آغاز میشود. پروتئینهایی که نخستین اسید آمینه آنها میتونین نیست، پس از آغاز میتونین آغازین از مولکول برداشته میشود. سه رمز UGA و UAA و UAG برای پروتئین رمز خوانی نمیکنند، بلکه رمزهایی هستند که پایان سنتز زنجیره پروتئین را بیان میکنند.
RNA ناقل (tRNA)
tRNA ساختار سوم از نوع L دارد که در آن دو ناحیه پذیرنده و آنتی کدون آزادند و بقیه مولکول تاب خورده است. آنتی کدون (پاد رمز) شامل سه نوکلئوتید است که مکمل رمز ویژهای از mRNA است. tRNA از ناحیه پذیرنده یک اسید آمینه اختصاصی را به خود متصل میکند. آنزیم اختصاصی به نام آمینو اسیل- tRNA- سنتتاز این عمل را انجام میدهد. در نتیجه برای هر اسید آمینه دست کم یک tRNA اختصاصی وجود دارد. ولی برخی از اسیدهای آمینه بیش از یک نوع tRNA دارند.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/7/76/ribosum1.GIF
ریبوزومها
ریبوزمها که از اتصال RNA ریبوزومی با تعدادی پروتئین شکل میگیرند، شامل دو زیر واحد هستند که از نظر اندازه و نوع پروتئینها در یوکاریوتها متفاوت هستند. دو زیر واحد در حالت عادی از یکدیگر جدا بوده و در یاخته پراکندهاند. در حالی که با آغاز سنتز پروتئین ، دو زیر واحد به هم متصل شده و یک مجموعه را تشکیل میدهند. در روی ریبوزومها (هر دو زیر واحد) در جایگاه وجود دارد. جایگاه آمینو اسیل که با A نمایش داده میشود و جایگاه پپتیدیل که با P مشخص میشود. هنگامی که دو زیر واحد به هم متصل میشوند، جایگاهها به نحوی قرار میگیرند که کاملا بر همدیگر منطبق باشند.
آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتید سنتتاز
اتصال دو اسید آمینه به یکدیگر یا تشکیل پیوند پتیدی را کاتالیز میکند.
عوامل آغازگر
این عوامل دراز کننده و پایان دهنده یا آزاد کننده زنجیره هستند.
انرژی لازم
انرژی لازم در واکنشها بوسیله GTP تامین میشود.
مراحل سنتز پروتئین(مراحل سنتز در پروکاریوتها)
آغاز سنتز
عواملی که در آغاز سنتز زنجیره پروتئین شرکت دارند، عوامل آغازگر خوانده شده و با علامت اختصاصی IF نشان داده میشوند. تا کنون سه نوع آغازگر IF1 , IF2 , IF3 شناسایی و مطالعه شدهاند. رمز آغازگر سنتز در روی mRNA همیشه مربوط به اسید آمینه متیونین بوده و در پروکاریوتها این اسید آمینه حالت فرمیل دار متیونین است. رمز متیونین و یا فرمیل متیونین سه نوکلئوتید AUG است. در مرحله اول ، عامل IF3 به زیر واحد کوچک ریبوزوم متصل میگردد.
سپس mRNA در روی آن طوری قرار میگیرد که رمز AUG در جایگاه P ریبوزوم واقع شود. پس از استقرار mRNA در جایگاه خود IF3 آزاد میگردد. در مرحله بعد عامل IF2 , GTP به tRNA فرمیل متیونین (fMet) متصل شده و مجموعا بر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم که حامل mRNA نیز هست، انتقال مییابد. در این حالت زیر واحد بزرگ ریبوزوم به مجموعه فوق به نحوی متصل میشود که جایگاه P و A دو زیر واحد به یکدیگر منطبق شوند.
دراز شدن زنجیره
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/d/d9/translation5.gif
مرحلهای است که طی آن اسیدهای آمینه تشکیل دهنده زنجیره پروتئین مورد نظر ، یکی یکی با سوار شدن بر روی tRNA ویژه خود ، بر روی ریبوزوم انتقال مییابند و بین آن پیوند پپتیدی ایجاد میشود. در این فرآیند عوامل دراز کننده زنجیره شرکت دارند که با EFG و EFT نشان داده میشوند. ابتدا اسید آمینه دوم بر روی tRNA خود سوار میشود و عوامل GTP و EFG را به خود متصل میکند و مجموعه حاصل به جایگاه A ریبوزوم منتقل میشود. پس از اینکه tRNA کاملا در محل خود ثابت شد، EFT آزاد میشود و GTP به GDP و Pi تبدیل میگردد.
در مرحله بعد بین دو اسید آمینه که یکی در جایگاه P و دیگری در جایگاه A قرار دارد، پیوند پپتیدی تشکیل میشود. این عمل بوسیله آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتیدیل سنتتاز کاتالیز میگردد. در این حالت حرکت ریبوزوم در روی mRNA در جهت 5--->3 به اندازه یک رمز ، موجب میشود که tRNA موجود در جایگاه p (که اسید آمینه خود را رها کرده) و tRNA پپتیدیل (که اسید آمینه را بر روی خود حمل میکند) از جایگاه A به P انتقال یابد. این مرحله جابجایی نامیده میشود و انجام آن به عامل EFG نیاز دارد. جایگاه A که اکنون خالی شده ، برای پذیرش اسید آمینه سوم آماده میشود. اتصال واحدهای اسید آمینه به همین ترتیب پیش میرود تا اینکه ریبوزوم به انتهای رمز مربوط در روی mRNA برسد.
پایان سنتز زنجیره
پایان سنتز زنجیره پروتئین هنگامی است که ریبوزوم به رمزهای انتهایی روی زنجیره mRNA میرسد. در روی mRNA سه رمز پایانی UGA , UAG , UAA وجود دارند، که پایان سنتز زنجیره را اعلام میکنند. عواملی که در این مرحله شرکت دارند به نام عوامل آزاد کننده R3 و R2 و R1 معروف هستند. اتصال این عوامل به رمزهای پایانی مربوطه ، باعث میشود که آنزیم پپتیدیل سننتاز به جای اینکه پیوند پپتیدی ایجاد کند، مولکول آب را به انتهای زنجیره انتقال دهد. در نتیجه مولکول پروتئین تازه سنتز شده در انتها به عامل COOH پایان مییابد و زنجیره آزاد میگردد و بلافاصله mRNA و سایر عوامل آزاد شده و دو زیر واحد ریبوزومها نیز از یکدیگر جدا میشوند. برای سنتز یک مولکول mRNA چندین ریبوزوم همزمان روی رشته قرار میگیرند و در پروتئین سازی شرکت میکنند.
موزیک رپ
باسلام به این سایت Mortalمراجعه کنید البته اگه ترفدار موزیک رپ هستید
میتوز
مقدمه
مرحله میتوز تقسیم یاختهای نسبت به جنبههای دیگر چرخه یاختهای یوکاریوتها توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. بر اساس سنتی که وجود دارد میتوز را به چهار مرحله پروفاز ، متافاز ، آنافاز و تلوفاز تقسیم میکنند. این گونه تقسیم بندی آسان به نظر میرسد، اما روند تقسیم حقیقتا پیوسته است و مراحل تقسیم به آرامی از یک مرحله به مرحله دیگر وارد میشود.پروفاز
اولین مرحله تقسیم یاختهای که با متراکم شدن کروموزومها (که آغاز آن از مرحله
است) آغاز میشود و شاید طولانیترین مرحله بوده و چند ساعت طول میکشد، پروفاز نام دارد. متراکم شدن کروموزومها در طی مرحله پروفاز ادامه مییابد. بنابراین کروموزومهایی که در آغاز پروفاز به صورت رشتهای ظریف بودند، در آخر این مرحله کاملا حجیم میشوند. هنگامی که بخشی از کروموزوم که حاوی ژنهای RNA ریبوزومی است، متراکم میشود، سنتز RNA ریبوزومی کاهش مییابد و در نتیجه هستک که قبلا مشخص شود، ناپدید میگردد. |
در حین متراکم شدن کروموزومها یک سری رویدادهای مهم دیگر رخ میدهد. هستک ناپدید شده و دستگاه ریزلولهای ، جهت جدا کردن کروموزومهای دختر تشکیل میگردد. در اوایل مرحله پروفاز دو جفت سانتریول از یکدیگر دور میشوند و بین آنها محوری از ریزلولهها تشکیل میگردد که رشتههای دوک نامیده میشوند. سانتریولها از هم دور میشوند تا در دو قطب مخالف روبروی هم قرار گیرند و پلی از ریزلولهها بین آنها بوجود میآید. در یاختههای گیاهی چنین پلی متشکل از رشتههای دوک بین قطبهای مخالف یاخته تشکیل میگردد، اما در این حالت مرکز سازمان دهنده ریزلولهها با میکروسکوپ نوری دیده نمیشود.
هنگام تشکیل دستگاه دوک ، غشای هسته خرد میشود و مواد آن بوسیله شبکه آندوپلاسمی جذب میگردد. بنابراین دوک ریزلولهای از یک قطب به قطب دیگر کشیده میشود. موقعیت دوک صفحه تقسیم را مشخص میکند که از مرکز هسته میگذرد و عمود بر دوک است. هنگامی که سانتریولهای یاختههای جانوری در حال تقسیم ، به قطبهای یاخته میرسند، در اطراف خود رشتههایی از ریزلولهها را به صورت شعاعی بیرون میفرستند که همانند داربستی سانتریولها را در برابر غشای یاخته نگاه میدارند. این نوع آرایش ریزلولهها را ستاره (آستر) میگویند.
یاختههای گیاهی که دیواره سخت یاختهای دارند، فاقد سانتریول هستند. در حین ادامه پروفاز دومین گروه ریزلولهای از هر سانترومر منفرد به قطبهای دوک کشیده میشوند. از هر کروموزوم دو ریزلوله خارج میشود که دو طرف سانترومر را به دو قطب دوک متصل میکنند. دو ریزلوله متصل به سانترومر به پیشروی خود ادامه میدهند تا هر دو با دو قطب یاخته تماس حاصل کنند. این امر سبب کشیدگی کرومزومها به خط میانی یاخته میشود. در مرحله پروفاز ATP به مقدار فراوان مصرف میشود. اگر فهالیت تنفسی یاخته در ابتدای این مرحله متوقف گردد، میتوز هم متوقف خواهد شد. در اواخر این مرحله ، اگرچه یاخته مقدار زیادی ATP ذخیره میکند، با این وجود کاهش فعالیت تنفسی هیچ اثری بر میتوز ندارد.
|
متافاز
دومین مرحله میتوز ، یعنی متافاز ، هنگامی آغاز میشود که کروماتیدهای جفت در مرکز یاخته در یک سطح قرار بگیرند. در این مرحله کروموزومها به آسانی قابل شمارش هستند. ریزلولهها که به دو طرف قطب کشیده شدهاند، آشکارا قابل مشاهدهاند. کروموزومها هم موازی یکدیگر نیستند، بلکه بازوی بلند آنها در هر جهتی قرار میگیرد. سانترومرها به یک فاصله از دو قطب در یک سطح قرار میگیرند.در تقسیم میتوز کروموزومها ، سانترومرهای خود را بطور غیر فعال دنبال میکنند. هر سانترومر دو طرف دارد و یک ریزلوله سانترومری به هر طرف آن متصل شده و به قطبهای مخالف کشیده میشود. این نظم و ترتیب برای روند میتوز کاملا مهم است. هر اشتباهی در استقرار این ریزلولهها خطرناک است. به عنوان مثال ، اتصال دو ریزلوله سانترومری به همان قطب سبب جدا نشدن کروماتیدهای خواهر و در نتیجه باقی ماندن آنها در همان یاخته دختر میشود.
زیست شناسان برای متوقف کردن میتوز در مرحله متافاز ، از مادهای به نام کلشیسین استفاده میکنند تا ساختار ریختی و تعداد کروموزومها را مطالعه کنند. در بسیاری از گونهها ، اندازه کروموزومها متغیر است. کروموزومهای بزرگتر در بیرون و کروموزومهای کوچکتر در مرکز قرار میگیرند. در این مرحله کروموزومها ضخیم و کوتاهاند. کرومونما به حداکثر انقباض خود میرسد. در پایان مرحله متافاز ، سانترومرها تقسیم میشوند. تقسیم سانترومر همه کروموزومها همزمان صورت میگیرد. شکل استوانهای کروموزومهای متافاز نتیجه محکم کلاف شدن کرومونماست. کوتاه شدن کروموزومهای پروفازی و تبدیل آنها به کروموزومهای متافازی هنگام تقسیم 3 تا 6 برابر است.
آنافاز
در بین مراحل میتوز ، ATPی رانده شده در اثر تغییرات ساختاری پروتئینهای پل ریزلولههای جفت است. چون هر یک از ریزلولههای جفت از نظر فیزیکی ، به قطبهای مخالف قلاب شدهاند، سر خوردن هر یک از آنها روی دیگری سبب دور شدن قطبها از یکدیگر میشود.- سانترومرها به طرف قطبها حرکت میکنند. با جابجا شدن پیاپی اجزای توبولین از انتهاهای قطبی خود ریزلولههای سانترومری کوتاه میشوند. این روند کوتاه شدن ، یک انقباض نیست، چون ریزلولههای سانترومری مرکز تنظیم کننده جابجا میشوند. هر قدر اجزا توبولین بیشتر جابجا شوند، بی نظمی پیشرفته ریزلوله حامل کروموزوم سبب کوتاهتر شدن آن میگردد و کروموزوم را به قطب یاخته نزدیکتر میکشاند. رشتههای اکتین در دوک هم دیده میشوند.
|
تلوفاز
جدا شدن کروماتیدها که در مرحله آنافاز صورت میگیرد، تقسیم صحیح ژنوم همانندسازی شده را که عنصر اصلی میتوز است، کامل میکند. با این تکمیل ایفای نقش تلوفاز که از بین بردن تشکیلات دوک و تشکیل دو هسته است، آغاز میشود. دستگاه دوک متلاشی میشود. ریزلولهها نظم خود را از دست میدهند و به صورت مونرمرهای توبولین در میآیند و آماده استفاده مجدد در ساختار اسکلت یاختهای جدید میشوند.غشای هسته در اطراف هر گروه کروماتیدهای دختر شکل میگیرد. این کروماتیدها که هنوز به شکل کروموزوماند، شروع به باز شدن میکنند و کاملا کشیده میشوند و به صورت کروماتین تجلی مییابند. یکی از ژنهایی که به سرعت ظاهر میشود، RNA ریبوزومی است که سبب ظهور مجدد هستک میگردد.
سرطان
درحال حاضر، سرطان که درايا لات متحده و کشورهاي پيشرفته بلاي جان 20%انسان ها شده است ،يکي ازبيماري هاي چرخه ي سلولي است . درسلول هاي سرطاني، بر خلاف سلول هاي طبيعي بدن ،سيستم کنترل چرخه ي سلولي به درستي عمل نمي کند .سلول هاي سرطا ني به شدت تقسيم مي شوند ومي توانند به بافت هاي ديگر بدن حمله کنند.اين رشد اضا في منجربه توليدتوده سلولي غيرطبيعي به نام تومور مي شود.اما با يد بدانيم همه ي تومور ها سرطا ني نيستند. تومور خوش خيم، تجمع غير طبيعي سلول هاي ذاتا ً طبيعي است .اگرتومورهاي خوش خيم در اندام هاي خاصي مانند مغز رشد کنند باعث بروز مشکل مي شوند، اما معمولاً با عمل جراحي مي توان آنها را به طور کامل خارج کرد . اين تومورها هميشه در محل اصلي خود در بدن با قي مي ما نند .بر خلاف تومورخوش خيم، تومور بد خيم سرطا ن زات است . تومور بد خيم تجمعي از سلول هاي سرطا ني است که مي تواند به بافت هاي مجاور و حتي قسمت هاي مختلف بدن گسترش يابد. يک سلول سرطاني رشد مي کند و منجر به تشکيل تومور بد خيم مي شود که جا يگزين بافت طبيعي مي گردد. اگر اين تومور از بين نرود و يا خارج نشود بعضي از سلول هاي سرطاني به بافت هاي اطراف منتشر شده و باعث بزرگ شدن تومورمي شود .سلول ها مي توانند از تومور شده و وارد سيستم گردش مواد (رگ هاي لنفي و رگ هاي خوني)شوند و به کمک آن به نقاط ديگر بدن منتقل گردند و در آنجا تومور هاي جديدي توليد کنند . گسترش سلول هاي سرطا ني در مناطقي دور از محل اصلي خود را متاستاز مي گويند.سرطان ها بر اساس بافتي که منشأ توليد آن ها ست نا مگذاري مي شو ند .
براي سا د گي مطالعه سرطان ها را به 4 گروه تقسيم مي کنند:کارسينوما ،سرطان هايي است که از پوشش خارجي يا داخلي بدن، نظير پوست يا پوشش روده منشأ مي گيرند .سارکوما، سرطان ها يي که ازبافت ها ي نگه دارنده ما نند استخوان و ماهيچه منشأ مي گيرند. سرطان ها يي که از بافت هاي توليد کننده ي خون نظير، مغز استخوان طحال و گره هاي لنفي منشأ مي گيرند لوسمي و لنفوما ناميده مي شوند.محققين از مطالعه ي سلول ها ي سر طا ني کشته شده دريا فتند که اين سلول ها تا اندازه ي زيا دي از قيد و بند سيستم کنترل کننده ي طبيعي تقسيم سلولي آزاد هستند. سلول هاي سرطا ني معمولاً تحت تأثير ممانعت وابسته به تراکم نيستند وبه تقسيم خودحتي درتراکم با لاي سلولي ادامه داده و روي هم جمع مي شوند.
در بيشتر سلول هاي سرطاني ،سيستم هاي کنترل کننده ي چر خه ي سلولي وجود دارد .که مي توانند از نقاط وارسي حتي درغياب فاکتورهاي رشد عبور کنند . ساير سلول هاي سرطاني ، خودشان فاکتور هاي رشد را مي سازندکه سبب تقسيم مداوم سلول ها مي شوند . و اين سلول هاي در حال تقسيم به پيام هاي مهاري پاسخ نمي دهند.سلول هاي سرطاني نياز کمي به تکيه گاه دارند و اغلب بدون چسبيدن به سطح خاصي رشد مي کنند.
سلول هاي طبيعي پستانداران در محيط کشت فقط تا حدود 50 نسل رشد کرده و تقسيم مي شوند اما سلول هاي سرطا ني مادامي که مواد غذايي در اختيار داشته باشند به تقسيم نامحدود خود ادامه مي دهند. اگرتقسيم سلول هاي سرطاني متوقف شود، اين توقف هم بيشتر در نقاط تصادفي از چرخه ي سلولي رخ مي دهد و در نقاط طبيعي سلول توقف انجام نمي شود .
دردو روش درمان سرطان ، يعني شيمي در ماني و پرتو درما ني،سعي براين است که با توقف تقسيم ، از انتشا ر سلول هاي سرطاني جلوگيري شود .در پرتو درماني ، بخش هايي از بدن که داراي تومور هاي سرطاني هستند در معرض پرتو هاي پرانرژي قرارمي گيرند تا تقسيم سلولي آنها متوقف شود. به علت اينکه سلول هاي سرطاني بيشتر از سلول هاي معمولي تقسيم مي شوند،پس از هر زمان که پرتو داده شود احتمال وجود سلول هاي سرطاني در حال تقسيم زياد است. بنا بر اين پرتو دهي مي تواند سلول ها ي سرطا ني را بدون آسيب جدي به سلول هاي طبيعي بدن تخريب کند.با اين حال، گاهي آسيبي که به سلول هاي طبيعي ميرسد اثرات جانبي بدي به جاي مي گذارد.مثلاً آسيب به سلول هاي تخمدان ها يا بيضه ها منجربه عقيمي مي شود.ازشيمي درما ني هم معمولاً با ترفندي مشا به پرتودرماني استفاده مي شود.دراين حالت ، داروهايي که تقسيم سلولي را متوقف مي کنند، براي بيمار تجويزمي شود.اين داروها به طرق مختلف عمل مي کنند.برخي از دارو ها ، ضد تقسيم ميتوزي هستند و(( آنتي ميتوتيک )) ناميده مي شوند و از طريق مداخله در دوک ميتوزي از تقسيم سلول جلوگيري مي کنند.وين بلاستيتن يک داروي آنتي ميتو تيک است که از تشکيل دوک ازهما ن ابتدا جلوگيري مي کند.دارو يديگرتاکسول است که دوک تشکيل شده را پايدارمي کند. وين بلاستين، نخستين بار از گل تلفوني استخراج شد. اين گياه گلدار در جنگل هاي بارا ني و گرمسير ما داگا سکا ر يافت مي شود. تاکسول در پوست درخت سرخدار کشف شد. اين درخت عمدتاً در مناطق شمال غربي ايالت متحده يافت مي شود. تاکسول عوارض جانبي کم تري نسبت به ساير دارو ها ي ضد سرطا ن دارد و به نظر ميرسد که براي برخي از سرطان هاي سخت درمان تخمدان و پستان مؤثر واقع مي شود. درحال حاضر، وين بلاستين و تاکسول هر دو، توسط شرکت هاي دارو يي توليد مي شوند.
اساس ژنتيکي سرطان
سرطان در نتيجه ي جهش در ژنهاي کنترل کننده ي تقسيم سلولي ايجاد مي شود.
در بيماري سرطان سلول ها از دست مکانيسم هاي کنترل کننده ي رشد و تقسيم سلولي فرار مي کنند .
در سال هاي اخير دانشمندان پي بردند که فرار از اين کنترل طبيعي ناشي از تغيير در برخي از ژن - هاي سلول و يا به تغيير در نحوه ي بيان ژن هاي خاصي است .
رفتار غير طبيعي سلول هاي سرطاني ،سال ها قبل از کشف چرخه ي سلولي ،کنترل آن ،يا ژن هايي
که در ايجاد سلول هاي سرطاني مؤثرند،مشاهده شد.نخستين کليد ها براي حل معماي سرطان در سال
1911کشف شد و آن کشف ويروسي بود که سبب سرطان در مرغ مي شد. ويروس ها ملکول هاي
ساده اي ازِDNAيا RNA هستند که توسط ملکول هاي پروتييني و در برخي حالات با يک پوشش
غشايي احاطه شده اند.ويروس ها که سبب سرطا ن مي شوند با تزريق اسيد نوکلـييک خود هستند. پس از تزريق اين ژن ها به درون سلول ميزبان ، باعث سرطاني شدن سلول ميزبان مي شوند.ژني را که
سبب ايجاد سرطان مي شود انکوژن(oncogene) مي گويند .(کلمه يوناني انکوز onkosبه معني
موتوراست.)
در سال 1976،بيو لوژيست هاي ملکولي آمريکايي به نام ميکاييل بيشاپ (J.Michael Bishop)
هارلد وارموس(Harold Varmos)و همکارانش به کشف تکان دهنده اي دست يافتند. آن ها ويروسي
راپيدا کردند که باعث سرطان در مرغ مي شد؛ اين ويروس حامل انکوژني بود که از تغيير شکل يکي
ازژن هاي طبيعي سلول مرغ حاصل مي شد. ظاهراً، اين ويروس، ژن مذکور را از سلول ميزبان سابق
خود گرفته است.تحقيقات بعدي نشان داده است که کروموزوم هاي بسياري از جانوران، از جمله انسان
محتوي ژن هايي است که مي توانند به انکوژن ها تبديل شوند. به ژن طبيعي که پتانسيل تبديل شدن به
انکوژن را داشته باشند، پرتو-انکوژن (proto oncogene)ميگويند. يک سلول ميتواند انکوژن را از دو طريق به دست آورد : يا از يک ويروس مي گيرد و يا از تغيير شکل يکي از ژن هاي خود به دست
مي آورد. بيشاب و وارموس با تحقيقات خود نشان دادند که همه ي موجودات زنده ژن هايي با قابليت سرطان زايي دارند و به اين ترتيب جايزه ي نوبل سال 1989 را از آن خود کردند . تحقيقات بيشاب و وارموس روي پروتو-انکوژن ها متمرکز شد. محققان با مطالعه ي نقش طبيعي اين ژن ها دريافتند که
بسياري از پروتو – انکوزن ها،يا فاکتورهاي رشد راکد مي کنند(اين فاکتور هاي رشد پروتيين هايي هستند که تقسيم سلولي را تحريک مي کنند.) و يا پروتيين هايي را کد مي کنند که به طريقي بر عمل فاکتور هاي رشد و يا جنبه هاي ديگر ديگر چرخه سلولي اثر مي گذارند. زماني که همه ي اين پروتيين ها به طور طبيعي عمل کنند و مقدار و زمان آن ها مناسب و به جا باشند، مي توان تقسيم و تمايز سلولي را
کنترل نمايند. براي اينکه پرتو – انکوژن به انکوژن تبديل شوند، لازم است يک جهش در DNAسلول رخ دهد. جهش ها يي که منجر به ايجاد انواع سرطان ها در سولول هاي سوماتيک مي شوند تأثيري بر روي تشکيل گامت ندارند؛ بنا براين ، جهش ها يي که منجر به سرطان مي شوند معمولاً مورو ثي نبوده و به نسل بعد منتقل نمي گردند .
تغيير در ژن هايي که فرآورده هايشان از تقسيم سلولي جلوگيري مي کند نيز در ايجاد سرطان نقش دارند . به اين ژن ها ، ژن هاي سرکوب کننده ي تومور مي گويند، زيرا پروتيين هايي که توسط اين ژن ها کد مي شوند رشد خارج از کنترل سلول را مهار مي کنند. هرگونه جهشي که مانع سنتز ياعملکرد طبيعي پروتئين سرکوب کننده ي تومور شود به تقسيم سلولي خارج از کنترل منجر مي شوند.
بنابراين ، تغييرا ت ژنتيکي به طرق مختلف با بد عمل کردن چرخه ي سلولي ارتباط پيدا مي کند .
تغييرات ژنتيکي متعدد،زمينه ي ايجاد سرطان را فراهم مي کنند
يکي از انواع سرطان هاي انسان که به خوبي، مطالعه شده است سرطان کولن(روده بزرگ) يا رکتوم است که اصول مهمي را در رابطه با چگونگي ايجاد سرطان نشان ميدهد: براي ايجاد يک سلول سرطاني کاملاً نوپا، بيش از يک جهش سوماتيکي لازم است .گسترش سرطان کولن نيز مانند بيشتر سرطان ها،که متاستاز مي دهند(پخش مي شوند) به صورت تدريجي صورت مي گيرد.
همان طور که در شکلAمي بينيد، 1- نخستين علامت سرطان کولن،تقسيمات زياد و غير معمول سلول هاي ظاهراً طبيعي جدار کولن است.2- بعد از آن يک تومور خوش خيم (پوليپ)در ديواره کولن ظاهرمي شود، و 3- سرانجام تومور بدخيم (يک کارسينوما)به وجود مي آيد. اين تغييرات سلولي به موازات تغييرات DNA صورت مي گيرد . از جمله اين تغييرات ، فعال شدن يک انکوژن سلولي و فعال شدن دوژن سرکوب کننده ي تومور مي باشد. اين تغييرات ژنتيکي (جهش ها) به تغيير در مسير هاي انتقال پيام از خلال غشأ مي انجامد
آن است که جهش هاي متعددي – معمولاً چهار يا بيشتر- براي ايجاد سرطان لازم است .
شکلBنشان مي دهد که چگونه جهش هايي که منجر به سرطان مي شوند دردودماني از سلول هاي سوماتيکي جمع مي شوند . رنگ ها باعث تشخيص سلول هاي طبيعي (قهوه اي روشن) از سلول هاي جهش يافته (رگه هاي سبز رنگ) مي شوند. در اين سلول ها، يک يا چند جهش، باعث افزايش تقسيمات سلولي وسرطاني شدن آن ها مي شوند . وقتي که يک جهش سرطان زا رخ مي دهد(نوار سبز روي کروموزم )اين جهش به تمام سلول هاي حاصل از اين جهش منتقل مي شود. در مثال مورد نظر ما دو جهش اول باعث افزايش سرعت تقسيمات سلولي مي شوند با اين حال سلول هاي طبيعي به نظر مي رسند. سومين جهش، سرعت تقسيمات سلولي را باز هم بيشتر مي کند و سبب تغييراتي در سلول ها مي شود .نهايتاً چهارمين جهش سرطان زا در سلول جمع مي شود و تقسيم آن را غير غابل کنترل مي کند. ساختار اين سلول و سلول هاي حاصل از آن به مقدار زيادي تغيير کرده است.
درک و فهم ما در مورد اصول ژنتيکي سرطان، در سال هاي اخير ، بسيار افزايش يافته است. از ميان کشفيات اخير ، کشف گروهي از ژن هاي سرکوب کننده ي تومور را مي توان نام برد.پروتئين هاي طبيعي که توسط اين ژن هاي سرکوب کننده ي تومور کد مي شوند، غير ا زشرکت کردن در مسير هايي چون شکل B در ترميم DNA هاي آسيب ديده دخالت مي کنند. وقتي اين ژن ها جهش پيدا مي کنند ، جهش هاي سرطان زاي ديگر نيز در سلول تجمع مي يابند.
مری کلایر کینگ در مورد جهش هایی که منجر به سرطان پستان می شوند بحث می کند .
مري کلایرکینگ پروفسور دانشگاه واشینگتون بیش از 25 سال عمر خود را صرف تحقیق درباره ی اساس پنتیکی سرطان پستان کرده ات . از هر ده زن آمریکایی ، یک نفر به سرطان پستان مبتلا می شود . دکتر کینگ یکی از ریاضیدانان ارشد کالج کارلتون بود و تا قبل از رفتن به UC Berkeley برای مطالعه آمار ، در اواسط دهه 60 علاقه ا به ژنتیک نداشت موضوع پایان نامه ی ph.d خود را با همکاری مرحوم الن ویلسون((Allan Wilson، مقایسه ی ژنتیکی انسان و شمپانزه قرار داد و شباهت های فوق العاده زیادی را بین آن دو پیدا کرد. در سال ،1973 برای تدریس در برنامه ی سازمان خیریه فورد ، به دانشگاه شیلی رفت اما مدت اقامت او ، با سرنگونی حکومت آلنده ، کوتاه گردید .
به برکلی((Berkeley برگشتم با خود فکر می کردم چه باید بکنم ؟ می دانستم که باید کار کنم زیرا کار کردن برا امرار معاش اهمت داشت . اولین فرصتی که پیش آمد ، راه اندازی ک آزمایشگاه ژنتیک مدرن در گروه اپیدمیولوژی سرطان در سان فرانسیسکو بود . به زودی برایم ان سوال پیش آمد که علت سرطان به ویژه سرطان پستان چیست ؟
از دکتر کینگ خواستم که در مورد این جمله توضیح دهد : گاهس اوقات از سرطان پستان مانند سایر سرطان ها به عنوان یک بیماری ژنتیک یاد می شود . این جمله دو معنی دارد . از این جهت که سرطان همیشه در نتیجه ی تغییر DNA ایجاد می شود یک عارضه ژنتیکی است در سلو.لهایی که جهش های سرطان زا رخ می دهد تقسیم سلولی و نمو آنطور که باید باشد انجام نخواهد شد .
اکثر جهش هایی که منجر به سرطان می شوند در بافت هایی رخ می دهد که سرطان در آنجا شروع می شود مانند کولون یا پستان . ان جهش ها از نوع جهش های سوماتیکی هستند که در ارتباط با سلولهای سوماتیک بدن می باشند اما با سلول های زانده که منجر به تولید اسپرم یا تخمک می شوند ارتباطی ندارد .
در برخی خانواده ها در یک یا چند ژن موجود در سلولهای زاینده غیر جهش رخ می دهد چنن جهش هایی می توانند از والدین به فرزندان منتقل شوند و زمینه برای ایجاد سرطان در فرد گیرنده را فراهم سازند .
به این نوع سرطان ، سرطان ارثی(موروثي) می گویند؛ اگر چه تا زمانی که جهش های سوماتيکي اضافي رخ ندهد سرطان نيز ظاهرنمي شود.
تعداد زیادی ازافراد مبتلا به سرطان پستان،نمي توانند اقدامي در برابر جهش هاي موروثي انجام دهند. گزارشات زيادي از یونانیان قدیم وجود دارد که نشان مي دهند در خانواده هایی که سرطان پستان به وفور ظاهر می شود یکی ویژگی ارثی درگیر است .
تحقیقات و مطالعات در زمینه ي سرطان پستان: دکتر کینگ به سرطان پستان خانوادگی، علاقه مند شد .
« این مطلب به ذهنم رسید که اگر جهش ها در بروز سرطان پستان خانوادگی دخالت دارند پس ما می توانیم، ژن هایی را که جهش یافته اند را شناسایی و سپس نقش نسخه های طبیعی این ژن ها را تعیین کنیم. نتایج حاصل می توانند بینش و نقطه نظراتی در رابطه با شکل معمول تر و غیر وراثتی این بیماری ارائه دهند . »
دکتر کینگ و همکارانش پس از دو دهه کار و تلاش موفق شدند ژنی را بر روی کوروموزم 17 شناسایی کنند که در بسیاری از خانواده های با سابقه سرطان پستان دچار جهش شده است . ان ژن BRCA1 نام دارد که جهش های این ژن سبب بالا رفتن احتمال ابتلا ی زن به سرطان سینه می شود ( علاوه بر سرطان تخمدان) . با جهش در این ژن احتمال ابتلا به سران در طول زندگی او به بیش از 80% می رسد . تحقیقات دیگر در سایر آزمایشگاهها نشان می د هند که، پروتئینی که توسط ژن طبیعی BRCA1 کد می شود با کمک به ترمیم DNA ی آسیب دیده ی سلول به عنوان یک سرکوب کننده تومور عمل می کند اما با اینکه جهش در این ژن کمک به بروز سرطان می کند، محتمل است که تأثیرات محیطی خاصی که سبب بروز جهش های سوماتیکی می شوند نیز در بروز سرطان نقش داشته باشند. دکتر کینگ، تلاش می کند تا برای ان فامتورهای محیطی، راه حلی پیدا کند .
« اکنون در حال مطالعه بر روی خانواده های یهودی ساکن در نیویورک سیتی و اسرائیل هستیم خانواده هایی که در ژن های BRCA1 و BRCA2 خود جهش هایی دارند . ژن BRCA2 بلافاصله پس از ژن BRCA1 شناسایی شد (حدود 10% از بیماران یهودی مبتلا به سرطان سینه جهش هایی را در یکی از دو ژن دارند.)
آزمایشاتی بر روی DNA این یهودیان مبتلا به سرطان سینه ، با اجازه ی خودشان انجام شد . در مورد بیمارانی که حامل جهش در یکی از دو ژن BRCA1 و BRCA2 بودند ، ردیابی تاریخی این جهش در خانواده ای تا دورترین حد ممکن انجام شد ÷س این سوالات مطرح می شود که آیا همهی زنان خانواده که دارای این جهش بودند به سرطان سینه مبتلا شدند ؟ در چه سنی سرطان ظاهر شد ؟ اگر برخی از زنان ، سرطان سینه را در سن 70 سالگی نشان دادند و برخی در سن 30 سالگی ، آیا اختلافاتی در فاکتورهای محیط اطراف آنها وجود دارد ؟ اگر تعدادی از زنان حامل ژن های جهش یافته ، تا سنین بسیار بالا زندگی کنند بدون آنکه به سرطان سینه مبتلا گردند ، آیا می توان توجیهی برای این قضیه پیدا کرد ؟
آزمایشات ژنتیکی : آزمایشات ژنیتیکی که بر روی افراد شرکت کننده در این تحقیق انجام می شود هدف مشخصی را دنبال می کند و آن یافتن اطلاعات بیشتر در مورد این بیماری است با این امید که بتوانند به پیشگیری یا درمان آن در نسل های بعدی کمک کنند . اما چه آزمایشاتی بر روی زنانی که حامل جهش های ژن BRCA هستند انجام خواهد شد ؟ دکتر کینگ در این مورد نقطه نظرات قاطعی دارد .
((آیا زنان مورد آزمایش برای جهش های این ژن ،اطلاع کافی از موضوع دارند ؟ به نظر من سه اصل بسیار مهم وجود دارد : یکی این که آزمایش باید به همراه آموزش بیمار انجام شود . تست کردن (آزمایش ) وقتی مفید خواهد بود که در هنگام انجام آزمایش ، محدودیت ها و نتایج آن برای بیمار قابل درک باشد . مشاوران ژنتیک در انتقال این اطلاعات ، کمک کننده های خوبی هستند .
د ومین اصل اساسی ، عدالت اجتماعی است ما باید به حقوق تک تک افراد احترام بگذاریم . مثلاً زمینه ی ژنتیکی افراد هرگز نباید با حق بیمه ی او ارتباطی داشته باشد در هرکدام از ما ، زمینه ی ابتلا به برخی بیماری ها وجود دارد .
سومین اصل باید با سرعت ، تحقیقات زیست شناسی انجام شود با گفتن این مطلب به زن امروز که در معرض ابتلا به سرطان سینه و تخمدان است فقط مشکلی را به او اهئدا کرده ایم که راه حلی جز جراحی های جلوگیرنده از طریق برداشت پستان ها یا تخمدان ها وجود ندارد .
من امیدوارم که تحقیقات آنقدر سریع پیش روند که ژن های ایجاد کننده ی بیماری شناسایی شوند و راههای درمان نیز به زودی پیدا شوند ، اما قضیه فقط این نیست . یافتن یک راه درمان مفید ، بسیار مهم است ولی معمولاً بسیار دشوار می باشد . پس لازم است که یک مصلحت اندیشی معقول برای تست ژنتیکی تعبیه شود که نیاز به آموزش ، عدالت و واقعیت های تحقیقات زیستی را تصدیق کند .
تغییراتی در روش زندگی ، می تواند خطر ابتلا به سرطان را کاهش دهد
تا سال 2000 فرض بر این بود که سرطان ، علت اصلی مرگ و میر در بیشتر کشورهای پیشرفته ، از جمله ایلات متحده است . میزان مرگ و میر ناشی از انواع خاص سرطان (از جمله معده ، گردن رحم و رحم ) کاهش یافته است اما روی هم رفته ، میزان مرگ و میر ناشی از سرطان هنوز هم رو به افزایش است . در حال حاظر سرعت این افزایش حدود 1% در هر دهه است .
عوامل ایجاد کننده ی سرطان ، یعین فاکتورهایی که DNA را تغییر می دهند و سلولهای سرطانی تولید می کنند را کارسینوژن(carcinogens) می گویند . بيشتر مواد جهش زا ، کارسینوژن نیز هستند . کارسینوژن ها عواملی هستند که باعث تغییرات سرطان زای DNA می شوند(مانند شکلB) . دو تا از قوی ترین کارسینوژن ها(مواد جهش زا) اشعه X و اشعه ماورای بنفش موجود در نور خورشید هستند . علت اصلی لوسمی(سرطان خون) و سرطان مغز ، اشعه X است . قرار گرفتن در معرض اشعه UV خورشید ، علت اصلی سرطان کشنده ی ملانوما(نوعي سرطان پوست) می باشد .
بزرگترین گروه کارسینوژن ها ، ترکیبات شیمیایی جهش زا(موتا ژن ها) یا موادی که محتوی این ترکیبات هستند می باشند . از میان مهمترین کارسینوژن ها می توان به تنباکو اشاره کرد که علت اکثر سرطان ها می باشد . در سال 1900 سرطان ریه یکی از بیماریهای نادر بود از آن به بعد به علت افزایش دود سیگار سرطان ریه به طور دایم ازفایش پیدا کرد به طوری که امروزه از میان انواع سرطانها سرطان ریه علت اصلی مرگ و میر افراد را تشکیل می دهد . در واقع بیشتر سرطانهای مربوط به تنباکو در اثر سیگار کشیدن ایجاد می شوند ، اما استنشاق غیر فعال دود دست دوم سیگار (توسط افراد غیر سیگاری که در محیطی زندگی می کنند که افراد سیگاری نیز هستند )نیز خطرناک است . استفاده از تنباکو به همراه مصرف الکل ، گاهی سبب بروز انواع سرطانها علاوه بر سرطان ریه می شود . تقریباً در تمام موارد سیگار مجرم اصلی است اما فرآورده های تنباکویی بدون دود(انفيه = ( snuff با سرطان های دهان و گلو ارتباط دارند .
کارسینوژن ها چگونه باعث سرطان می شوند ؟ همانطور که دیدیم ، بیشتر سرطان ها حاصل تغییرات متعدد ژنتیکی است که فعال شدن انکوژن ها و غیر فعال شدن ژن های سرکوب کننده ی تومور از جمله ی این تغییرات است . در بسیاری از افراد مبتلا به سرطان ، این تغییرات ژنتيکی ناشی از دهها سال قرار گرفتن در معرض اثرات جهش زایی کارسینوژن ها ست . کارسینوژن ها می توانند محرک تقسیم سلولی نیز باشند و بدین طریق اثر خود را اعمال کنند . عموماً هر چه سرعت تقسیم سلولی زیادتر باشد ، احتمال بروز جهش های حال از اشتباهات همانند سازی و نو ترکیبی DNA بیشتر خواهد بود . برخی از کارسینوژن ها ، ظاهراً هر دو اثر را دارند . به عنوان مثال ، هورمون هایی که سبب سرطان های سینه و رحم مي شوند هم محرک تقسیم سلولی هستند و هم باعث تغییرات ژنتیکی می گردند که منجر به سرطان می شوند . در برخی افراد ، عوامل مختلفی نظیر: ویروس ها و یک یا چند کارسینوژن با هم، تولید سرطان می کنند .
هنوز بسیاری از فاکتورهای دخیل در ایجاد سرطان را نمی شناسیم . اثرات بسیاری از آلوده کننده های محیطی باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرند ؛ اگر چه ترکیباتی از قیبل پنبه نسوز(asbestos) قطعاً به عنوان یک کارسینوژن شناخته شده است .
قرار گرفتن در معرض برخی از مهمترین کارسینوژن های شناخته شده اغلب ک انتخاب شخصی است . استفاده از تنباکو ، مصرف چرب های حیوانی و الکل و مدت زمان قرارگرفتن در زیر نور خورشید همه جزء فاکتورهای رفتاری هستند که در ایجاد سرطان مؤثرند .
پرهیز از کارسینوژن ها کل ماجرا نیست ؛ زیرا شواهد محکمی وجود دارد که نشان می دهند انتخاب برخی غذاها به طور مشخص خطر ابتلا به سرطان را کاهش می دهند . مثلاً خوردن روزانه 30 ـ 20 گرم فیبر گیاهی و کاهش مصرف چربی های حیوانی به طور همزمان به پیشگیری از سرطان کولون کمک می کنند .
علاوه بر این ، مدارکی وجود دارد که نشان می دهند ترکیبات موجود در میوه ها و سبزی ها از جمله ، ویتامین C وE و ترکیبات خاص وابسته به ویتامین A باعث محافظت بدن در برابر انواع سرطان ها می شوند . کلم و خویشاوندان آن نظیر کلم بروکلی غنی از ترکيباتی هستند که از بروز سرطان ، جلوگیری می کنند ، اما هنوز ماهیت آنها شناسایی نشده است . تعیین تأثیر رژیم غذایی بر سرطان یکی از اهداف اصلی تحققات قرار گرفته است.
تعیین جنسیت
در اين روش از طب سنتي قديم و روشهاي علمي جديد استفاده مي شود بر اساس طب قديم خوردن بعضي از غذا ها مانند كاهو، توت فرنگي ، خرملا، هل، زعفران ... در هنگام بار دار شدن به پسر شدن و مصرف ماست، ترشي، تخم مرغ... به دختر شدن جنين منجر مي شود.
همچنين بر اساس تحقيقات انجام شده ، ثابت شده است كه تغيير در غلظت بعضي از املاح خون باعث كمك به تعيين جنسيت مي شود به اين شكل كه افزايش سديم و پتاسيم و كاهش كلسيم و منيزيم بدن براي افرادي كه خواهان پسر هستند و عكس آن براي دختر شدن جنين كمك كننده است البته بايد حداقل به مدت ۴ تا ۶ هفته انجام شود تا كارساز باشد البته اين رژيم حتما بايد زير نظر پزشك و مراقبتهاي خاص و با مقادير معين انجام شود و انجام خودسرانه آن به هيچ وجه توصيه نمي شود
زمان بندي مقاربت
براي استفاده از روش زمان بندي كافي است نگاهي به خصوصيات تخمك (X) و دو نوع اسپرم حاوي كروموزومهاي X Y در آقايان بيندازيم .مي دانيم كه خانمها هر ماه در اواسط سيكل خود يك يا چند تخمك كه از نظر جنسي فقط X هستنذد توليد مي كنند و در مقابل آقايان داراي دو نوع اسپرم X Y هستند در واقع اين مرد است كه جنسيت سلول تخم را تعيين مي كند به شكلي كه اگر تخمك X با اسپرمY لقاح يابد سلول تخم مونث شده و اگر تخمكX با اسپرم Y لقاح يابد سلول تخم مذكر مي شود.تخمك يك شلول درشت است كه حدود ۰.۱ ميلي متر قطر دارد و با چشم غير مسلح هم قابل مشاهده مي باشد .حركت آن بسيار كم و سنگين است و در حدود ۷۲ ساعت مي تواند در شرايط رحم زنده بماند .
آقايان داراي دو نوع اسپرم هستند اسپرمي كه حاوي كروموزوم X است و اسپرمي كه حاوي كروموزوم Y است اسپرمX داراي سر بيضي بوده درشت تر و سنگين تر و با حركت كمتري نسبت به اسپرم Y است و طول عمر آن بيشتر است . اسپرم Y كوچكتر ، فرزتر و با سرعت بيشتري مي باشد و داراي دم بلندتري است سر آن نيز گرد است ولي طول عمر آن كوتاه تر است و بسيار كم جان تر و ضعيفتر است . در واقع تفاوت اين دو نوع اسپرم است كه پايه و اساس انتخاب جنسيت را تشكيل مي دهد و تمام روشهاي انتخاب جنسيت در دنيامبتني بر اين تفاوتها مي باشد.
يك نكته مهم اين است كه اگر چه اسپرمهاي Y كم جانتر و داراي عمر كوتاه تري هستند ولي تعداد اسپرمهاي اين نوع بسيار بيشتر از اسپرمهايX است و اين جبران كننده نقطه ضعف آنهاست . و موجب يكسان شدن تعداد مواليد دختر و پسر مي شود. اسپرمهايY نسبت به محيط اسيدي بسيار حساس هستند و سريعا در اين محيطها از بين مي روند و در مقابل اسپرمهايX در اين محيطها مقاومت بيشتري دارند و به اين علت در تعيين جنسيت از شستشوهاي اسيدي يا قليايي استفاده مي شود.
طبق مطالب فوق يكي از مهمترين نكات در تعيين جنسيت ، تعيين زمان تخمك گذاري مي باشد و اگر مقاربت در حوالي زمان تخمك گذاري صورت گيرد ، پسر بدنيا خواهد آمد چرا كه در زمان تخمك گذاري ترشحات دهانه رحم از هميشه قليايي تر و رقيق تر است و ارتجاع پذير تر است و حركت اسپرمهايY را بسيار سهل و آسان مي كنداما اگر مقاربت ۳ تا ۴ روز بعد يا قبل از تخمك گذاري اتفاق بيفتد شانس پسر شدن بشدت كاهش مي يابد و احتمال دختر زياد مي شود .
يكي ديگر از مواردي كه در انتخاب جنسيت مي توان از آن بهره جست ارگاسم زن در هنگام مقاربت است . مي دانيم كه در هنگام ارگاسم زنانه ترشحات با PH قليايي از دهانه واژن ترشح مي شود كه همزمان با انقباضات عضلات واژن باعث بالا راندن اسپرمهاي پسر و كمك به حركت ان اسپرمها به سمت رحم مي شود و اين مورد به زوجهاي خواهان فرزند پسر پيشنهاد مي شود.
تعداد اسپرمها
در زوجهايي كه ۲ يا بيش از ۲ فرزند دختر دارند و خواهان پسر مي باشند مرد بايد يك آزمايش شمارش اسپرمي بدهد چرا كه اگر تعداد اسپرمهاي مرد در يك سي سي كمتر از ۲۰ ميليون باشد احتمال دختر دار شدن ۸۰٪ و اگر زير ۵ ميليون باشد اين احتمال ۱۰۰٪ خواهد بود. كلا هر اتفاقي كه باعث افزايش اسپرمها شود به نفع پسر شدن است و برعكس به نفع دختر شدن.
ماههاي سال
از روشهاي ديگر در تعيين جنسيت استفاده مي شود با استفاده از جداولي ، سن مادر را با حاملگي در نظر مي گيرند و بر اين اساس مشخص مي شود كه بارداري در هر ماه كه اتفاق بيفتد احتمال كدام فرزند بيشتر است . مثلا مادري ۳۰ ساله اگر در ماه ارديبهشت باردار شود جنين حاصله دختر خواهد بود
اگر تمام موارد در بالا بطور همزمان و زير نظر فرد مجرب در تعيين جنسيت و به درستي انجام شود مي توان بين ۸۰٪ تا ۹۰٪ به حصول نتيجه مطلوب اميدوار بودالبته تعيين زمان تخمك گذاري مهمترين مورد است و تجربه و دقت زيادي را طلب مي كند. چون حتي اگر ۱۲ ساعت در تعيين زمان اشتباه كنيم نتيجه متفاوت خواهد بودو در ضمن تمام اين روشها بايد از حدود ۲ ماه قبل از بارداري انجام شود خصوصا روشهاي تغذيه اي از ۱.۵ ماه قبل از بارداري بايد شروع شود. بدون شك حتي اگر يك روز از لقاح گذشته باشد جنسيت جنين مشخص است و نمي توان آن را تغيير داد . و اگر قرار است تعيين جنسيتي انجام شود حتما بايد قبل از بارداري باشد
اشکالی از یوکاروتها
دید کلی بر انواع تولید مثل
دید کلی
میکروارگانیسمها موجودات فعالی هستند که از زیستگاه خود به رشد و نمو و اعمال متابولیسمی مشغولند به بیان سادهتر میکروبها ماشینهایی متابولیسمی هستند با توانایی تکثیر فوقالعاده زیاد رشد میکروبها ممکن است برای ما گاه سودمند و زمانی زیانبار باشد. تولید موادی که در شیمی درمانی مورد استفاده قرار میگیرند یکی از نتایج سودمند رشد میکروبی است.سایر مواد مفیدی نیز که از میکروبها بدست میآیند در تهیه و تولید مواد غذایی ، آشامیدنی ، الکلی ، استون و اسید سیتریک بکار گرفته میشوند. رشد میکروبها در یک محیط مشخص تابع قوانین معینی است که مطالعه آن امکان بررسی و پژوهش درباره صفحات گوناگونی از قبیل ویژگیهای فیزیولوژیک را میسر میسازد. توانایی ما در کنترل بیماریهای عفونی بستگی تام به آگاهی ما از چگونگی رشد و تکثیر باکتریها دارد.
انواع تولید مثل
تقسیم مستقیم
تولید مثل جنسی به روش دو نیم شدن یکی از خصوصیات بارز باکتریهاست. در این حالت باکتریها در محیط مناسب ، مواد مورد نیاز را جذب و قسمتی از آن را به پروتوپلاسم تبدیل میکنند و در نتیجه بر حجم باکتری افزوده میشود. وقتی رشد باکتری به حد معینی رسید پروتوپلاسم آن بر اثر پیدایش دیوارهای عرضی در قسمت میانی به دو قسمت تقسیم میشود و یک باکتری به دو باکتری تبدیل میگردد.آمیختگی
نوع ویژهای از تولید مثل جنسی است در اینگونه تولید مثل ، دو باکتری مجاور هم قرار میگیرند و یکی از آنها که ماده ارثی (DNA) را به دیگری میدهد، نر و دیگری که ماده ارثی را دریافت میکند. ماده به شمار میآید.جوانه زدن
برخی از باکتریها به روش جوانه زدن تکثیر مییابند جوانهها ابتدا به صورت زائده چسبیده به باکتری ظاهر میشوند و تدریجا بزرگ شده و از با کتری اصلی جدا میگردند.سایر روشها
روش دیگر تولید مثل که در برخی از باکتریها نظیر اکتینومیستها مشاهده میشود که باکتری به صورت رشتهای دراز درمیآید، سپس این رشته قطعه قطعه شده و هر قطعه در نتیجه رشد تدریجی به یک باکتری حاصل تبدیل میشود.شرایط رشد و تکثیر
رشد باکتریها و سایر میکروارگانیسمها به شرایط مناسب فیزیکی و شیمیایی و وجود مواد غذایی نیاز دارد. این شرایط بر حسب نوع ارگانیسمها متفاوتاند. این نیازها عبارتند از رطوبت ، انرژی و منابع کربن و عناصر اساسی.عناصر اساسی
تمام یاختهها علاوه بر کربن به ذخایر هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، فسفر و گوگرد نیاز دارند. و عواملی محیطی که بر بقا و رشد آنها تاثیر میگذارند عبارتند از : دما ، اسیدیته (PH) ، اکسیژن ، فشار اسمزی ، کشش سطحی و فشار هیدروستاتیکی. باکتریها برحسب محدودهای از دما که بهترین رشد را در آن دارند به سه گروه گرما دوستها که دمای بهینه بدن آنها40ċ است و فرونیل که دمای 20 تا 40 را ترجیح می دهند و سرما دوستها که دمای بین 7 تا 20 قادر به زندگی هستند. دمای پایین باعث کندی رشد میشود.باکتریها ، محیطهایی را که اندکی قلیایی باشد ترجیح می دهند. مثلا PH مناسب برای رشد باکتری اشرشیاکلی 4.5 تا 8 است اما بعضی از باکتریها PH های کاملا قلیایی یا کاملا اسیدی را بخوبی تحمل میکنند. بدن انسان متشکل از محیطهای گوناگونی با PH های متفاوت است. اکثر میکروارگانیسمها قادر به تحمل PH بسیار اسیدی معده انسان نیستند و فقط آن دسته از بیماریزا که قدرت تحمل چنین محیطی اسیدی را به مدت طولانی دارند و میتوانند باعث عفونتهای گوارشی شوند. در مورد پوست بدن انسان نیز اسیدیته ، عامل محافظی در برابر عفونت به شمار میرود.
رشد تصاعدی و زمان تقسیم
تکثیر باکتریها از راه تقسیم دوتایی صورت میگیرد و چگونگی افزایش آنها تابع تصاعد هندسی است، بدین معنی که یاخته ابتدا به دو و سپس به چهار قسمت و هشت و ... تقسیم میشود و بدین سان تعداد یاختهها با سرعت شگفت آوری افزایش مییابد. بنابراین هر نسل دو برابر تعداد یاختههای نسل پیشین را دارا است و به هنگام رشد فعال ، نرخ افزایش جمعیت میکروبی به صورت نمایی است شماره باکتریها در هر مقطعی از زمان بستگی به تعداد اولیه جمعیت و شماره نسلهای بوجود آمده دارد و این رابطه با فرمول روبرو نمایش داده می شود.Bf = شماره نهایی باکتریها Bi = تعدا اولیه جمعیت و n شماره تعداد نسلهاست. طول زمانی را که تعداد جمعیت دو برابر میشود، زمان مضاعف شدن گویند. تعیین زمان مضاعف با استفاده از فرمول روبرو صورت میگیرد.
G = زمان مضاعف شدن ، t = طول زمانی که شماره باخته از نقطه B مرحله لگاریتمی به نقطه b میرسد. B = جمعیت اولیه ، b = جمعیت پس از زمان log2t بر مبنای log10 محاسبه میشود. 3.3 عامل تبدیل log2 به log10 است. زمان مضاعف شدن معمولا تحت شرایط ثابت فیزیکی و شیمیایی برای هر ارگانیسمی ثابت است. بطور نظری میکروارگانیسمی با زمان مضاعف شدن برابر 30 دقیقه ، طی 24 ساعت میتواند 248 یاخته بوجود آورد.
رشد لگاریتمی میکروبها تا هنگامی ادامه خواهد یافت که مواد غذایی در محیط وجود داشته باشد و از تجمع مواد زاید و سمی حاصل از متابولیسم به گونهای جلوگیری دارد. در صورت برقرار نبودن شرایط فوق میزان رشد روبه کاهش مینهد و شاهد منحنی رشدی خواهیم بود که از چهار مرحله لگ ، لگاریتیمی ، رکورد (سکون) مرگ (نسبتی) تشکیل شده است نظیر مورد کشتهای پهن.
مقدمه
در عمل باکتریهایی که دارای خواص یکسانی باشند بندرت یافت میشوند، حتی باکتریهایی که از یک سلول منشا میگیرند ممکن است از نظر یک یا چند صفت با یکدیگر متفاوت باشند. این تفاوتها نتیجه تغییراتی است که به علت جهش ژنی یا موتاسیون در سلولهای باکتریایی پدید میآید. این باکتریهای تغییر یافته ، موتانت Mutant نامیده میشوند که از نظر بعضی از خواص نظیر ساختمان آنتی ژن ، حساسیت در مقابل آنتی بیوتیکها و ... با سایر باکتریهای مشابه اختلاف دارند.
سهولت تغییرپذیری در باکتریها مربوط به سرعت تقسیم آنهاست. زمان تقسیم یا مدت زمانی که برای تولید یک سلول جدید در باکتریها لازم است، حدود 2 دقیقه و در مورد انسان 20 سال است. مثلا یک سلول باکتری در مدت 18 ساعت 54 نسل بوجود میآورد. درحالیکه برای ایجاد همین تعداد نسل انسان بیش از 1000 سال زمان لازم است. پس جهش ژنی در باکتریها نسبت به موجودات عالی خیلی سریع و قابل ملاحظه است.
|
تفاوت یوکاریوتها با باکتریها
در کره خاکی تنها دو نوع سلول توسط کلیه ارگانیسمهای زنده تولید میشود. سلولهای پروکاریوت (یا هسته ابتدایی). در این گروه هسته ، فاقد غشا است و شامل کلیه باکتریهاست. پروکاریوتها شامل یوباکتریها (باکتریهای حقیقی) و آرکئی باکترها (باکتریهای قدیمی) است. اما گروه دیگر یوکاریوتها هستند که دارای غشای هسته و هسته حقیقی میباشند. اینگونه هسته در تمام ارگانیسمهای دیگر مانند Algae (جلبکها) Fungi (قارچها) ، پروتوزوئرها (protozoa) و گیاهان (Plant) و جانوران (Animals) یافت میشود. پاتوژنهای انسانی تنها در میان یوباکتریها یافت میشوند.
مشخصات سلول باکتری
اکثر باکتریها پوشش سلولی (cell envelope) تولید میکنند که شامل غشای پلاسمایی ، دیواره سلولی (cell wall) و پروتئینها و پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن میباشد. بعضی از باکتریها کپسول یا لایه چسبنده تولید میکنند. فیلامانهای خارجی (فلاژل و پیلی) ممکن است در باکتریها بوجود آید. دیواره سلولی ، ساختمان سخت و مقاومی است که پروتوپلاست را احاطه کرده و آن را از آسیب فیزیکی و شرایط کاهش فشار اسمزی محیط خارج حفاظت میکند. معمولا به باکتری اجازه میدهد تا در برابر سطح وسیعی از شرایط محیطی ایستادگی کند پروتوپلاست از غشای سیتوپلاسمی و محتویات آن تشکیل شده است.
از نظر محتویات سلولی ، باکتریها سلولهای سادهای هستند. ساختمان اصلی سیتوپلاسم آنها شامل شبکه فیبریلی کروماتین مرکزی یا نوکلئوتید (Nucleoid) میباشد که توسط سیتوپلاسم بیشکل حاوی ریبوزومها احاطه شدهاست. اجسام انکلوزیون سیتوپلاسمی یا گرانولهای ذخیره انرژی ، بسته به گونههای باکتری ماهیت شیمیایی متفاوتی دارند و مقدار آنها به مرحله رشد و محیط بستگی دارد. بعضی از ساختمانهای سلولی از قبیل آندوسپورها فقط به تعداد کمی از باکتریها محدود میشوند.
|
طبقه بندی باکتریها
باکتریهای پست
این باکتریها تک یاختهای بوده و اگر کروی یا بیضوی باشند، کوکوس و اگر میلهای شکل یا دراز باشند، باسیل و اگر خمیده باشند ویبریون و چنانچه مارپیچی شکل و غیرقابل انعطاف باشند، اسپریل و اگر فنری و قابل انعطاف باشند، اسپیروکت نامیده میشوند.
باکتریهای عالی یا رشتهای
این باکتریها رشته مانند و اغلب غلافدار هستند و اغلب اوقات شاخههای حقیقی ایجاد کرده ، میسلیوم تشکیل میدهند و چون تشکیلات منشعب ایجاد میکنند، لذا اکتینومیست نامیده میشوند. بنابراین باکتریها از نظر شکل به 6 گروه گرد ، دراز ، خمیده ، مارپیچی ، فنری و منشعب تقسیم میشوند.
اجزای ساختمانی باکتریها
فلاژلها (Flagella)
فلاژلها ، فیلامانهای پروتئینی به طول و قطر یکنواخت میباشند و موجب تحرک شبیه به شنای سریع و مستقل اغلب باکتریها پاتوژنیک میگردند فلاژل در سه قسمت فیلامان ، قلاب و جسم پایه تشکیل شده است. پایه فلاژل در غشای پلاسمایی قرار گرفته است. لنگرگاه و تعداد فلاژل در باکتریها فرق خواهد کرد.
فیمبریاها
فیمبریاها که پیلی هم نامیده میشوند، فیبریلهای شبیه مو هستند به اندازه 0.004 تا 0.008 میکرون هستند. این ارگانل با میکروسکوپ الکترونی در سطح باکتریهای مختلف قابل رویت هستند. آنها مستقیمتر ، نازکتر و کوتاهتر از فلاژلها هستند. این رشتهها در غشای پلاسمایی سلول میکروبی لنگر میاندازد.
هسته باکتری
هسته سلول را میتوان بعد از رنگ آمیزی اختصاصی با میکروسکوپ نوری مشاهده کرد. در مقایسه با سلولهای عالی مواد ژنتیکی باکتریها و سایر سلولهای پست پراکنده ، ساده و بدون پوشش و کروموزوم حلقوی است غشای هسته وجود ندارد و کروموزوم به مزوزوم فرورفته در غشای سیتوپلاسمی چسبیده است. در سالهای اخیر پروتئینهای شبیه هیستون در باکتریها کشف شده است که احتمالا نقش مشابه هیستونها را در کروماتینهای سلولهای یوکاریوت ایفا میکنند.
سیتوپلاسم
بیش از 50 درصد پروتئین سلول در سیتوپلاسم قرار دارد و آنزیمهای متابولیسمی راههای گلیکولیز و بسیاری از آنزیمهای چرخه کربس ، انواع کاتالازها ، دهیدروژنازها ، و مواد حد واسط چرخه های متابولیکی در سیتوپلاسم وجود دارد. روابط اتمی ، یونی و الکترونی بین ترکیبهای مختلف سیتوپلاسمی با نظم خاص فعالیتهای حیاتی را ظاهر میسازد.
پوشش سلول (Cellenvelope)
کپسول و لعاب (Capsoles)
قدرت بیماریزایی پاتوژنها اغلب با تولید کپسول همراه است. باکتریهای کپسولدار در محیط جامد ، کلنیهای مخاطی (Mucoid) یا صاف (Smooth) میسازند. در مقابل باکتریهای فاقد کپسول کلنیهای خشن (Rough) دارند. اگر باکتری قدرت کپسولسازی خودش را از دست بدهد در مقابل قدرت ویرولانس (بیماریزایی) خود را از دست داده و در مقابل دستگاه ایمنی بدن میزبان تاب مقاومت نخواهد داشت.
دیواره سلولی
دیواره سلولی باکتریها بینهایت پیچیده است و لایه سفت و سختی را در اطراف باکتریها ایجاد میکند که سلول را از گسیختگی و متلاشی شدن در مقابل فشار اسمزی خارج سلول محافظت میکند. همچنین دیواره محل تجمع عوامل آنتی ژن میباشد که باکتریها را توسط این آنتی ژنها از هم تمیز میدهند. باکتریها با روش رنگآمیزی گرم (Gram stain) به دو دسته تقسیم میشوند.
گرچه هر دو گروه یعنی باکتریهای گرم مثبت و منفی دارای دیواره میباشند ولی فرق بین این دو گروه مربوط به خواصی است که در ساختمان دیواره سلولی آنها وجود دارد. اساس ساختمان در دیواره سلولی باکتریهای گرم مثبت یک لایه ضخیمی است از پپتیدوگلیکان (Poptidoglycan) ، ولی در باکتریهای گرم منفی ضخامت آن به حداقل میرسد.
|
غشای سیتوپلاسمی
غشای سیتوپلاسمی غشای داخلی نیز نامیده میشود. غشای سیتوپلاسمی باکتریها مشخص بوده و از فسفو لیپید و پروتئین ساخته شده است. این غشا در پروکاریوتها از غشای سیتوپلاسمی در یوکاریوتها به علت نداشتن استرول متمایز میشود. چینخوردگیهای غشای سیتوپلاسمی به درون سلول ساختارهای ویژهای به نام مزوزوم ایجاد میکند که کروموزومهای باکتریها به مزوزومها متصل هستند. غشا همچنین به عنوان یک سد اسمزی برای سلول عمل میکند و دارای سیتوپلاسم انتقال دهنده برای مواد محلول است و انتقال تولیدات سلولی را در مقابل با محیط خارج سلولی تنظیم میکنند.
|
تولیدمثل باکتری
باکتریها به روشهای تقسیم مستقیم ، آمیختگی ، قطعه قطعه شدن یا بوسیله کنیدی و همچنین جوانه زدن تکثیر مییابند. برخی باکتریها توانایی ایجاد هاگ درونی را دارند. هاگ سبب مقاومت باکتری در برابر عوامل نامساعد محیط میشود. هر باکتری فقط یک هاگ میسازد و از هر هاگ یک باکتری بوجود میآید.
کروموزوم ها
محدود است، پس باید برای جادادن میلیونها کد ژنتیکی در این فضا فکری کرد. برای همین باید مولکول DNA را مرتب و بسته بندی کرد.در ابتدا نوکلئوتیدها به صورت دو رشته خطی در کنار هم قرار میگیرند و یک مارپیچ دوتایی میسازند. بعد از آن این مارپیچها به دور پروتئینهایی به نام "هیستون" پیچیده میشوند. به هر واحد DNA که به دور یک مولکول هیستون پیچیده شده یک نوکلئوزوم میگوییم. نوکلئوزومها هم توسط یک رشته بلند DNA به هم وصل میشوند.
برای اینکه DNA باز هم فشرده تر شود، نوکلئوزومها به هم فشرده میشوند و رشته های کروماتینی را به وجود میآورند. بعد، رشته های کروماتینی با هم تا میخورند و یک شبکه پیچ پیچ به وجود میآورند. هنگام تقسیم سلول این شبکهها به صورت ساختارهایی به نام "کروموزوم" در میآیند.
کروموزم در فرآیند پیر شدن و مرگ سلول هم نقش مهمی دارد. در نوک کروموزوم ها، بخشهای کوچکی به نام تلومر قرار دارند. وقتی DNA یک سلول صدمه میبیند، تلومرها کوتاه میشوند. اگر تلومرها از حد مشخصی کوتاه تر شوند، سلول تصمیم میگیرد که دیگر خود را ترمیم نکند و فرآیند مرگ سلولی یا آپپتوسیس (Apoptosis) آغاز میشود. امروزه بسیاری از دانشمندان مشغول تحقیق راجع به مکانیسم هایی هستند که تلومرها از طریق آنها باعث مرگ سلول میشوند.
كروموزوم !Y این كروموزوم است كه باعث مى شود مردان آن گونه باشند كه هستند. در واقع بسيارى از و اما یه نکته جالب، ژن هایی که باعث به ارث رسیدن بهره های هوشی ( بالا یا پایین ) به نوزاد میش روی کروموزوم X فقط دیده شدن، این یعنی حد اقل برای پسر ها هر وضعیت ذهنی و هوشی که دارن از مادرشون بهشون به ارث رسیده! این موضوع در مورد خیلی مسائل دیگه مثل بعضی از بیماری ها هم درست هستش!
شباهت ها بين زنان و مردان به ۴۵ كروموزوم مشترك آنها بستگى دارد، اما بسيارى از
تفاوت هاى آنها تنها به كروموزوم Y بستگى دارد كه تنها مردان داراى آن
هستند.
كروموزوم ها حاوى كد اصلى ژنتيكى بدن هستند كه به صورت ماده شيميايى DNA در آن قرار دارد. كروموزوم ها به صورت جفت هايى هستند كه در مجموع حاوى حدود
۳۰ هزار ژن هستند. ۲۲ جفت كروموزوم هم در مردان و هم در زنان وجود دارند. اما جفت
بيست و سوم كروموزوم ها هستند كه مردان و زنان را از هم متمايز مى كند. اين جفت
كروموزوم كروموزوم هاى جنسى نام دارند. در زنان هر دو عضو اين جفت كروموزومى را
كروموزوم هاى X تشكيل مى دهند، اما در مردان اين جفت از يك كروموزوم X و از يك
كروموزوم Y تشكيل شده است . براساس نظريه تكامل كروموزوم Y احتمالاً حدود ۲۴۰ تا
۳۲۰
ميليون سال پيش، پس از اشتقاق پستانداران از خزندگان كه فاقد كروموزوم
جنسى اند، از كروموزوم X به وجود آمده است.كروموزوم Y يكى از كوچك ترين
كروموزوم هاى انسانى است طول آن تنها حدود يك سوم اندازه كروموزوم X است، همچنين
اين كروموزوم يكى از ساده ترين كروموزوم هاى انسانى است و تنها ۷۸ ژن دارد، در حالى
كه كروموزوم X داراى ۲۰۰۰ ژن است به علاوه كروموزوم Y بسيار به جهش يا موتاسيون- اشتباهات ژنتيكى كه باعث اختلاف وراثتى مى شود- حساس تر است.همه كروموزوم هاى ديگر
مى توانند ژن هاى صدمه ديده را با معاوضه كردن قطعات DNA از كروموزوم مقابلشان در
جفت كروموزومى ترميم كنند. كروموزوم Y با توجه به فقدان ژن هاى متناظر برروى آن،
نمى تواند در نوتركيبى مشابهى با كروموزوم مقابلش يعنى كروموزوم X شركت كند. اما
نكته اى كه باعث آرامش خيال مى شود اين است كه هر كروموزوم Y حاوى نسخه هاى پنهانى
از ژن هاى حياتى است بنابراين مى تواند اشتباهات را با نوتركيبى با خودش برطرف
كند.
پس كروموزوم Y كوچك، ساده و نشات گرفته از كروموزوم X است. اما تازه بخش
كوچكى از اين كروموزوم است كه مردانگى را باعث مى شود. يك ژن واحد، ناحيه تعيين
جنسيت (SRY)، باعث مى شود مرد ها به شكل كنونى خود درآيند، بدون SRY همه نوزادان
مونث خواهند بود حتى اگر تركيب كروموزوم هاى جنسى آنها XY باشد. SRY توليد بيضه هاى
جنينى را باعث مى شود كه دو هورمون اساسى را در طول زندگى جنينى توليد مى كند. يكى
از آنها «ماده مهار كننده مولرين» (MIS) نام دارد؛ اين ماده رشد دستگاه مجرايى
ابتدايى را كه در غير اين صورت به رحم و لوله هاى تخمدانى تكامل مى يابد، مانع
مى شود. هورمون ديگر تستوسترون است كه باعث نمو دستگاه تناسلى مذكر در جنين مى شود. به هر حال مرد شدن تنها به ژن SRY خلاصه نمى شود. شايد در موقع تولد اين ژن ها
باشند كه مذكر يا مونث بودن را تعيين كنند، اما پس از آن زندگى است كه تفاوت ها را
بين زن ها و مرد ها به وجود مى آورد.

همانند سازی DNA
مقدمه
پیشرفتهایی که در سده اخیر نصیب علم ژنتیک شده است، تا حدود زیادی مرهون مطالعه و بررسی وراثت در باکتریها است. امروزه ثابت شده است که مکانیسمها ژنتیکی در باکتریها از نظر واکنشهای شیمیایی مشابه یاختههای یوکاریوت است. پروکاریوتها موجودات ساده و مناسبی برای بررسیهای ژنتیکی هستند. زیرا در آنها تنها یک مولکول DNA در هر یاخته وجود دارد و این DNA دارای ساختار کروموزمی پیچیدهای نیست. استفاده از میکروارگانیسمها به عنوان ابزار مطالعه ژنتیکی دارای نقاط ضعفی نیز است.اول آنکه کوچکی اندازه این موجودات بررسی ویژگیهای ظاهری هر یاخته را دشوار میسازد. دوم آنکه تولید مثل جنسی در این موجودات وجود ندارد و یا بطور ناقص دیده میشود. پس از اینکه ساختار مولکولی DNA که نخستین بار بوسیله واتسون و کریک معرفی و ارائه شد، نحوه بیوسنتز آن را نیز در یاخته مشخص کردند. در اواخر سالهای 1950 ، کریک اصل بنیادی را مطرح کرد. این اصل بیان کننده چگونگی انتقال اطلاعات ژنتیکی از مولکول DNA به RNA و ترجمه آن در پروتئینها است.
|
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.
دانشمندان ژنتیک
سالها پیش از آن که دانشمندان سعی کنند تا با استفاده از قوانین فیزیکی و شیمیایی علت پدیده های زیست شناختی را نیز تبیین کنند، زیست شناسان با مشاهده گیاهان و جانوران قلمرو دانش خود را گسترش می دادند. در واقع، تحقیقات دو تن از پیشگامان این علم وجود نوعی دستور یا کد وراثتی بر همگان اثبات کرده بود.
چارلز داروین (Charles Darwin) در سال ۱۸۵۹ نظریه تکامل خود را مطرح کرده بود و گرگور مندل (Gregor Mendel) نیز در سال ۱۸۶۵ موفق شده بود قوانین اساسی وراثت را کشف کند؛ اما هیچ یک از آنها نتوانستند دریابند که چه عاملی باعث کنترل و هدایت سیستم های مورد مطالعه آنها می شود. تنها چیزی که آشکار بود این بود که عامل هدایت کننده جایی در درون گیاهان و حیوانات پنهان بود. تا اینکه کشف ارزشمند دانشمند سویسی فردریش میشر (Friedrich Mischer) راه را برای ادامه تحقیقات گشود. او در سال ۱۸۶۹ در بیمارستانی در آلمان، ماده ای را از محل عفونت که غنی از گلبول های سفید بود، استخراج کرد. میشر این ماده را " نوکلئین " (nuclein) نامید. وی با کمال تعجب متوجه شد که منشاء این ماده فقط می تواند از کروموزوم ها باشد. بنابراین به حمایت از " نظریه وراثت شیمیایی " پرداخت و اعلام نمود که اطلاعات بیولوژیکی به صورت ترکیبات شیمیایی در سلولها ذخیره می شود و از نسلی به نسل بعد منتقل می گردد. با اینکه میشر در دورانی زندگی می کرد که اصول علم پزشکی – پس از چند هزار سال رکود – در حال دگرگونی اساسی بود، اما عده بسیار کمی از دانشمندان توانایی و پذیرش این اکتشاف مهم او را داشتند.
در قرن بعد، توماس مورگان (Thomas H.Morgan) زیست شناس آمریکایی، شروع به تحقیق و مطالعه در این مورد نمود. او دریافت که ژن ها بر روی محل های خاصی از کروموزم ها واقع شده اند و نتیجه گیری کرد که همین ژن ها عامل انتقال وراثتی مندل و نیز کلید اصلی تکامل داروینی هستند.
نقشه ای که مورگان از ژن های موجود بر روی کروموزم ها رسم کرد، سؤالات جدید بسیاری را مطرح نمود. ساختار پایه و خواص شیمیایی ژن ها هم چنان نامشخص بود. نحوه عمل آنها نیز هنوز به طور واضح مشخص نشده بود. هیچ کس نمی دانست که تکثیر یا نسخه برداری از ژن ها در سلول چگونه صورت می گیرد. منشاء بیماری های وراثتی و نقش جهش در این میان چه بود؟ و ... . اما اساسی ترین پرسش در این میان این بود که: ژن ها چگونه اطلاعات وراثتی را شامل می شوند و چه طور آنها را منتقل می کنند؟ و چگونه می توانند رشد کلیه سیستمهای زنده را هدایت نمایند؟
این بار مردی از انگلستان معما را حل نمود. در سال ۱۹۲۸، آزمایشات فرد گریفیث (Fred Griffith) بر روی باکتری های مولد ذات الریه به کشفی حیرت انگیز منجر شد. او دو نوع باکتری مختلف را شناسایی کرد. نوع اول که گریفیث آنها را " نوع S " نامید، دارای یک کپسول پلی ساکاریدی در اطراف خود بودند. نوع دوم یا " نوع R " فاقد این کپسول بود. " نوع S " بیماری زا بود، در حالی که " نوع R " خطری در پی نداشت. در واقع کپسول موجود در اطراف باکتری نوع S باعث مقاومت آن در برابر دستگاه ایمنی بدن می شد.
گریفیث سپس مخلوطی از باکتری های S - که با حرارت کشته شده بودند - و باکتری های R تهیه کرد و اثر آن را بر روی موشها بررسی نمود. با اینکه انتظار می رفت که این مخلوط اثر زیان باری نداشته باشد، مشاهده شد که تمامی موش ها به بیماری مبتلا شده و مردند. جالب اینکه در اجساد موشها باکتری های S زنده یافته شد. گریفیث نتیجه گرفت که نوعی انتقال بین دو نوع باکتری صورت گرفته است که سبب شده باکتری های نوع R دچار تغییرات ژنتیکی شوند. امروزه ما این پدیده را " ترانسفورماسیون " می نامیم.
متأسفانه تحقیقات گریفیث نیز با استقبال معاصران او مواجه نشد و او نتوانست آنها را قانع کند، تا اینکه سرانجام در سال ۱۹۴۱ در یک بمباران هوایی در لندن درگذشت. پنجاه سال بعد، اسوالد اوری (Oswald Avery) در یک موسه تحقیقات طبی در نیویورک آزمایشهای گریفیث را تکرار کرد. اوری و همکارانش مکلئود ( Colin Macleod ) و مک کارتی ( Mc Carty ) به دنبال یافتن عامل ترانسفورماسیون بودند. آنها نشان دادند که اگر مخلوطی از باکتری های S – که با حرارت کشته شده بودند – و باکتری های R و پروتئازها ( آنزیم های تجریه کننده پروتئین ها ) تهیه کنیم، باز هم ترانسفورماسیون رخ می دهد؛ اما اگر به جای پروتئاز از دی . ان . آز ( آنزیم تجریه کننده DNA ) استفاده کنیم، دیگر شاهد ترانسفورماسیون نخواهیم بود. و این گونه اثبات شد که عامل اصلی ترانسفورماسیون مولکولهای DNA هستند.
با این حال هنوز هم قبول این حقیقت برای جامعه علمی آن زمان دشوار می نمود. بسیاری از دانشمندان می پنداشتند که مولکول DNA بسیار ساده تر از آن است که قادر به ذخیره و انتقال حجم عظیم اطلاعات بیولوژیک بدن جاندار باشد. سال ها بود که باور عمومی این بود که پروتئین ها عامل اصلی این فرآیند هستند، چرا که آنها از بیست نوع اسید آمینه تشکیل می شوند و این به معنای آن است که می توانند اطلاعات زیادی را به صورت کد در ساختار خود ذخیره سازند. به همین دلیل نتایج کار اوری مورد تردید قرار گرفت و عده ای می پنداشتند که DNA مورد آزمایش اوری احتمالا با نوعی ناخالصی پروتئینی که عامل اصلی انتقال اطلاعات بیولوژیک بوده ، آلوده شده است. در سال ۱۹۵۲ گروه دیگری از دانشمندان آزمایش اوری را با DNA کاملا عاری از مواد پروتئینی تکرار کردند. این آزمایش آخرین تردیدها را نیز برطرف کرد و اثبات شد که این DNA است که حامل اصلی ژن ها و اطلاعات بیولوژیک می باشد. پس از آن تلاش همگانی برای کشف ساختار DNA آغاز شد و این گونه بود که دانش زیست شناسی وارد دوران نوینی گردید.
● ساختمان مولکول DNA
در اواخر قرن نوزدهم یک بیوشیمیست آلمانی نشان داد که اسیدهای نوکلئیک ( مولکولهای زنجیری بلند که از واحد های ساختمانی کوچک تری به نام " نوکلئوتید" تشکیل شده اند . ) دارای قند، اسید فسفریک و چند باز نیتروژن دار می باشند. اندکی بعد مشخص شد که قند موجود در اسیدهای نوکلئیک می تواند ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد و لذا اسیدهای نوکلئیک به دو دسته DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) – که قند موجود در آنها دئوکسی ریبوز است – و ( RNA RiboNucleic Acid ) - که قند موجود در آنها ریبوز است – تقسیم می شوند. پس از کشف اسوالد اوری لازم شد تا ساختار دقیق مولکول DNA و شیوه عمل آن معین شود.
در سال ۱۹۴۸ لینوس پاولینگ (Linus Pauling) کشف کرد که بسیاری از مولکولهای پروتئینی به شکل یک مارپیچ (helix) هستند، و تقریباً شکلی شبیه فنر دارند. در سال ۱۹۵۰ نیز اروین شارگاف (Erwin Chargaff) نشان داد که اگرچه آرایش بازهای موجود در ساختار DNA بسیار متنوع است، اما همواره نسبت باز ادنین (A) و باز تیمین (T) موجود در آن با هم برابر است و همین طور نسبت باز سیتوزین (C) با باز گوآنین (G). این دو اکتشاف نقش مهمی را در آشکار شدن ساختمان مولکول DNA ایفا نمود.
در دهه ۱۹۵۰ همچنان رقابت برای کشف ساختار DNA ادامه داشت. در دانشگاه کمبریج کریک (Francis Crick) و واتسون (James Watson) تحت تأثیر کارهای پاولینگ سعی داشتند تا با ارائه مدلهای فیزیکی ساختارهای احتمالی ممکن برای DNA را محدود کنند تا سرانجام به ساختار صحیح دست یابند. گروه دیگری متشکل از ویلکینز (Maurice Wilkins) و فرانکلین (Rosalind Franklin) نیز در کالج کینگ لندن به طور همزمان مشغول مطالعه DNA بود. روش کار این گروه با گروه قبلی متفاوت بود. آنها سعی داشتند تا با روش آزمایشگاهی به ویژه با استفاده از تصاویر پراش اشعه X از مولکول DNA، ساختار آن را معین کنند.
در سال ۱۹۵۱، فرانکلین دریافت که DNA با توجه به میزان رطوبت هوای محیط، می تواند دو شکل متفاوت داشته باشد و بنابراین نتیجه گیری کرد که بخش فسفات مولکول در سمت خارجی آن قرار دارد. اندکی بعد او با استفاده از تصاویر اشعه X فهمید که DNA در حالت " مرطوب " (Wet) از تمامی ویژگی های یک مارپیچ (helix) برخوردار است؛ این احتمال که حالت دیگر مولکول DNA نیز به شکل مارپیچی باشد به ذهن او خطور کرد، اما نمی خواست تا زمانی که شواهد قطعی برای این حدس پیدا کند آن را اعلام نماید. در ژانویه ۱۹۵۳ ویلکینز که از به نتیجه رسیدن تحقیقات ناامید شده بود، نتایج تحقیقات فرانکلین را بدون اطلاع و رضایت او، با واتسون در میان گذاشت.
واتسون و کریک با استفاده از این نتایج مدلی بسیار شگفت انگیز را برای ساختار DNA پیشنهاد نمودند. آنها مولکول را به صورت دو زنجیر مارپیچی متشکل از نوکلئوتیدها تصور کردند که یکی از آنها بالا می رفت و دیگری پایین می آمد. کریک که به تازگی یافته های شارگاف را هم مطالعه کرده بود سعی کرد با استفاده از آنها نحوه قرار گرفتن بازها را در مولکول DNA مشخص کند.
او اظهار کرد که بازها در میانه این مارپیچ دوتایی دو به دو به هم متصل می شوند تا فاصله بین دو مارپیچ ثابت بماند. آنها ادعا کردند که هر یک از این دو مارپیچ مولکول DNA می تواند به عنوان قالبی برای ایجاد دیگری استفاده شود.
در تقسیم سلولی این دو رشته از هم جدا می شوند و بر روی هر یک از آنها یک نمونه جدید شبیه رشته مقابل قبلی ساخته می شود. با این روش بدون اینکه ساختار DNA عوض شود، یک DNA شبیه آن تولید می شود. در اندک مواردی که در این روند خطایی پیش بیاید، شاهد " جهش " خواهیم بود. مدل آنها چنان با اطلاعات حاصل از آزمایش ها مطابقت داشت که بلافاصله مورد قبول همه واقع شد. کشف ساختار DNA را می توان مهمترین اکتشاف زیستی در صد سال اخیر دانست. در سال ۱۹۶۲ واتسون، کریک و ویلکینز موفق به دریافت جایزه نوبل شدند، اما متأسفانه فرانکلین در گذشته بود.
ساختار اسید نوکلئیک
نگاه اجمالی
نوکلئوتیدها اعمال متنوعی را در داخل سلول انجام میدهند. نوکلئوتیدها به عنوان زیر واحدهای اسیدهای نوکلئیک حامل اطلاعات ژنتیکی هستند. ساختمان هر پروتئین و نهایتا هر بیومولکول ، محصولی از اطلاعات موجود در توالی نوکلئوتیدی اسیدهای نوکلئیک سلول میباشد. توانایی ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی از نسلی به نسل بعد شرط اساسی زندگی است. توالی آمینو اسیدی هر پروتئین موجود در سلول و توالی نوکلئوتیدی هر مولکول RNA توسط توالی نوکلئوتیدی موجود در ساختمان DNA DNAسلول تعیین میگردد. قطعه ای از مولکول DNA که حاوی اطلاعات لازم جهت سنتز یک محصول بیولوژیک وظیفهدار نظیر پروتئین یا RNA است را یک ژن میگویند. در داخل سلولها دو نوع اسید نوکلئیک یافت میشود. |
ساختار اسید نوکلئیک
اسیدهای نوکلئیک بسپارهایی (پلیمرهایی) با زنجیر طولانی و وزن مولکولی بالا متشکل از نوکلئوتیدها هستند. هرنوکلئوتید از قسمتهای زیر تشکیل شده است.- یک مولکول اسید فسفریک
- یک مولکول قند 5 کربنی
- یک مولکول باز نیتروژندار
انواع اسیدهای نوکلئیک
دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد. دزوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) و ریبو نوکلئیک اسید (RNA). اختلاف اساسی بین این دو مولکول قندی است که مورد استفاده قرار دادهاند. DNA حاوی دزوکسی ریبوز و RNA حاوی ریبوز است. پیشوند دزوکسی برداشتن یک اتم اکسیژن را نشان میدهد. اگر یک اتم اکسیژن ، از اتم کربن شماره 2 ریبوز برداشته شود، ساختار دزوکسی ریبوز بدست میآید. DNA بطور عمده در هسته سلول یافت میشود. در حالی که RNA بطور عمده در سیتوپلاسم یعنی در خارج هسته سلول است.سه نوع عمده از RNA مشخص شده است. این سه نوع عبارتند از RNA پیک (mRNA) ، RNA ناقل (tRNA) ، و RNA ریبوزومی (rRNA). هر یک از آنها وزن مولکولی و ترکیب بازی خاص خود را دارد. RNAهای پیک ، معمولا از همه بزرگترند و وزن مولکولی آنها بین 25000 تا یک میلیون است. آنها 75 تا 3000 واحد مونو نوکلئوتید دارند. وزن مولکولی RNA های ناقل بین 23000 تا 30000 است و شامل 75 تا 90 واحد نوکلئوتیدند. RNA های ریبوزومی که وزن مولکولی آنها بین وزن مولکولهای mRNA و tRNA است حدود 80 درصد کل RNA سلول را تشکیل میدهند.
ساختار RNA و DNA
مونومرهای RNA و DNA شامل یک قند ساده ، یکی از بازهای نیتروژنی و یک یا دو واحد اسید فسفریک هستند. نوکلئوتیدهای RNA و DNA از نظر ساختاری تنها در قند و یک باز متفاوت دارند. پلی نوکلئوتیدهایی با وزنهای مولکولی تا چند میلیون شناخته شدهاند. ردیف نوکلئوتیدها در زنجیر پلی نوکلئوتیدی ساختار نوع اول این زنجیر است. در زنجیر اسید نوکلئیک ، اتم کربن شماره 3 یک مولکول قند و اتم کربن شماره 5 مولکول قند بعدی توسط یک اتصال استر به مولکول اسید فسفریک متصل میگردد.یکی از چهار بنیان مختلف باز نیتروژندار جایگزین گروه OH اتم کربن شماره 1 هر مولکول قند میگردد. ساختار دوم DNA یک مارپیچ دوگانه است. دو زنجیر DNA به نحوی به یکدیگر پیچ خوردهاند که بازها درون مارپیچ واقع شدهاند. ساختار از طریق پیوندهای هیدروژنی بین بازهای یک زنجیر و بازهای زنجیر دیگر به هم متصل شدهاند. چهار بنیان باز موجود در DNA از تیمین (T) ، آدنین (A) ، گوانین (G) و سیتوزین (C). آدنین و تیمین یکدیگر را تکمیل میکنند.
موقعیت اتمها این امکان را فراهم میسازد تا دو پیوند قوی هیدروژنی بین A از یک زنجیر و T از زنجیر دیگر مارپیچ دو گانه بوجود آید. گوانین (G) و سیتوزین (C) به همین نحو همدیگر را تکمیل میکنند. بین این زوج باز سه پیوند قوی هیدروژنی تشکیل میشود. در هر نمونه DNA مقدار A و T و نیز G و C یکسان است. بازهایی که به یک زنجیر DNA متصل است بازهای متصل به زنجیر دیگر DNA را تکمیل میکنند. اگر یک A روی زنجیر 1 وجود داشته باشد، T روی زنجیر 2 مخالف آن خواهد داشت و اگر یک T روی زنجیر 1 وجود داشته باشد، A روی زنجیر 2 مخالف آن وجود خواهد داشت. همین نحوه جفت شدن بین C و G روی میدهد.
دو جفت پیوند هیدروژنی تقریبا طول یکسان دارند. در نتیجه دو زنجیر مارپیچ دوگانه به یک فاصله از همدیگر قرار می گیرند. مولکولهای RNA به صورت تک رشتهای قرار دارند و فقط در بعضی از انواع آن هم در مواقعی خاص پیوندهای هیدروژنی در داخل یک زنجیره ایجاد میشود که میتوان مولکول RNA ناقل را نام برد. 4 باز موجود در RNA عبارتند از: آدنین ، یوراسیل ، گوانین و سیتوزین.
|
عمل پلی نوکلئوتیدها
عمل پلی نوکلئوتیدها همانند سازی از اطلاعات سلولی موجود در هسته است. بطوری که شبیه ، شبیه را بوجود می آورد. گوناگونی ساختارهای نوع اول پلی نوکلئوتیدها تقریبا بینهایت است و این گوناگونی امکان میدهد که اطلاعات بینهایت گوناگون در ساختارهای مولکولی رشتههای اسید نوکلئیک ثبت شود. آرایشهای گوناگون فقط چند باز متفاوت ساختارهای بسیار گوناگونی ایجاد می کند. امروزه باور دانشمندان این است که اطلاعات کد شده با همانند سازی DNA آغاز میشود و با سنتز پروتئین طبیعی و همچنین با سنتز بافتهای بدن ادامه مییابد.همانند سازی DNA
تقریبا تمام هستههای سلولهای موجود زنده شامل ترکیب کروموزومی یکسان است. این ترکیب همواره ثابت است. صرف نظر از اینکه در سلول ، مواد غذایی فراوان یا بسیار کم باشد. هر موجود زنده حیات خود را بصورت یک تک سلول با ترکیب کروموزمی یکسان آغاز میکند. در تولید مثل جنسی نیم یک کروموزوم از هر یک از والدین به آن میرسد. این واقعیتهای زیست شناختی ، خوب شناخته شده همراه با اکتشافهای اخیر درباره ساختارهای پلی نوکلئوتیدها ، دانشمندان را به این نتیجهگیری رسانیده است که ساختار DNA در حین تقسیم عادی سلول (میتوز - هر دو رشته) بطور کامل و در تقسیم سلولی سلولهای جنسی (میوز – یک رشته) فقط بطور نیمه کپیه میشود.وقتی یاختهای تقسیم میشود، دو زنجیر مارپیچ دوگانه DNA از همدیگر جدا میگردد. هر زنجیر به عنوان الگو برای سنتز زنجیر جدید و مکمل مورد استفاده قرار میگیرد. از این فرآیند دو مارپیچ دوگانه یکسان بوجود میآید. هر مارپیچ دوگانه حاوی یکی از زنجیرهای مارپیچ دوگانه اصلی است. نوکلئوتیدهای موجود در محلول ، زنجیرهای جدید را تشکیل میدهند. باز یک نوکلئوتید با باز مکمل یک زنجیره DNA از طریق تشکیل پیوندهای هیدروژنی جفت میشوند. بنابراین ، نوکلئوتیدها به نحوی که توسط ترتیب بازها در زنجیر DNA تعیین میگردد منظم میشوند. زنجیرهای جدید که از نوکلئوتیدها تشکیل میشوند مکمل زنجیرهای DNA اصلی میباشند. همانند سازی DNA در هسته سلول صورت میگیرد.
جهش (Mutation)
هر تغییری که در DNA یک یاخته ، تغییر در RNA پیکی که از آن تولید میشود و در نتیجه اختلال در پروتئین حاصل را به دنبال دارد جهش نامیده میشود. این تغییرات ممکن است سودمند ، زیان آور یا بیاهمیت باشد و از نسلی به نسل دیگر منتقل گردد. جهشها مسئول بیماریهای ژنتیکی از قبیل بیماری تی – ساکس ، کم خونی ، هموفیلی و کره هانتینگتون هستند.آزمایش ایوری
یکی از مهم ترین آزمایش ها در تاریخ زیست شناسی،آزمایش اسوالد ایوری است.که ماهیت ماده ی ژنتیک را آشکار ساخت.
ایوری وهمکارانش می دانستند که در سلول چهارماده ی شیمیایی اصلی وجود دارد.این مواد عبارتند از:کربوهیدرات ها،لیپید ها،پروتئین ها و نوکلئوئیک اسید ها است.بنا بر این عامل ترانسفورماسیون هر چه باشد یکی از این چهار عامل است.آنان ابتدا عصاره ی سلولی باکتری های کپسول دار کشته شده را استخراج کردند.عصاره ی سلولی همه ی مواد درون سلول را دربردارد و سپس عصاره ی سلولی را به چند قسمت تقسیم کردند و به هر قسمت یک نوع از آنزیم های تخریب کننده را اضافه کردند و کوشیدند با هر قسمت به طور جدا گانه بکتری بدون کپسول زنده را وادار به ترانسفورماسیون کنند.ایوری و همکارانش مشاهده کردند که ترانفورماسین فقط هنگامی رخ می دهد که DNA تخریب نشده باشد و به این ترتیب فهمیدند که عامل ترانسفورماسیون همان DNA موجود در هسته است
فردریک گریفیت
● فردریک گریفیت : در سال 1928 آزمایشی که ارتباط چندانی با ژنتیک نداشت منجر به کشف بزرگی در باره ی ماده ی ژنتیک شد.در این سال فردریک گریفیت که باکتری شناس بود سعی می کرد تا واکسنی علیه بیماری ذات الریه که نام علمی آن اسپرتوکوکوس نومونیا بود پیدا کند.
گریفیت روی دو نوع(سویه)از این باکتری ها کار می کرد.یکی از این سویه ها کپسولی پلی ساکاریدی دارد که اطراف باکتری را احاطه می کند.این کپسول باکتری را در برابر دستگاه ایمنی بدن محافظت می کند وموجب بیماری آن می شود.سویه ی یگر این نوع باکتری بدون کپسول پلی ساکاریدی است و به این علت موجب موجب بیماری ذات اریه نمی شود.
گریفیت پی برده بود که تزریق باکتری کپسول دار به موش ها موجب بیماری و مرگ آنان می شود در حالی که موشهایی که به باکتری بدون کپسول آلوده شده اند سالم باقی می مانند.
گریفیت برای این که بفهمد آیا کپسول عامل مرگ موش هاست یا خیر تعدادی باکتری کپسول دار را با گرما کشت و سپس آن ها را به موش ها تزریق کرد.او مشاهده کرد که موش ها پس از آن بیمار نشند و زنده ماندند.گریفیت در یافت که کپسول باکتری عامل مرگ موش ها نیست.
او سپس باکتری های بدون کپسول زنده و باکتری های کپسول داری را که بر اثر گرما کشته بود با یکدیگر مخلوط و مخلوط حاصل را به موش ها تزریق کرد.نتیجه ی این آزمایش غیر منتظره بود.او مشاهده کردکه همه موش ها در اثر ابتلا به بیماری ذات الریه مردند.
گریفیت پس از بررسی خون موش های مرده با کمال تعجب مشاهده کرد که در خون این موش ها بعضی از باکتری ها ی بدون کپسول کپسول دار شده اند.به عبارت دیگر باکتری های بدون کپسول تغییر شکل داده اند و به باکتری ها ی کپسول دار تبدیل شده اند.
ماده ژنتیک
اطلاعات اولیه
علم ژنتیک یکی از شاخههای علوم زیستی است. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم میتوانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است. علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است. ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسمهاست، سروکار دارد. علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت میکند.تاریخچه ژنتیک
علم زیست شناسی ، هرچند به صورت توصیفی از قدیمیترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است. اما از حدود یک قرن پیش این علم وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیدهاند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی بوجود آورد. در قرن هجدهم ، عدهای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند. ولی به دو دلیل مهم که یکی عدم انتخاب صفات مناسب و دیگری نداشتن اطلاعات کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجهای نرسیدند.اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گریگور مندل بود که در سال 1865 این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد. اما متاسفانه جامعه علمی آن دوران به دیدگاهها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. در سال 1900 میلادی کشف مجدد قوانین ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود.
در سال 1953 با کشف ساختمان جایگاه ژنها از سوی جیمز واتسون و فرانسیس کریک ، رشتهای جدید در علم زیست شناسی بوجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت . با حدود گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای 1971 و 1973 در رشته زیست شناسی ملکولی و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماریهای ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها میپرداخت ، ادغام شدند و رشتهای به نام مهندسی ژنتیک را بوجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشتههای مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحتالشعاع خود قرار دهد.
تقسیم بندی علم ژنتیک
ژنتیک را میتوان به سه گروه تقسیم بندی کرد.موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه
ژنتیک مندلی
ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزومها بحث میکند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.تغییرات نسبتهای مندلی
نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (3:1) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار میگیرد که نسبتهای مندلی را تغییر میدهد.احتمالات
آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپدههای ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوقالعادهای میباشد.پیوستگی ژنها
پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله سوتون ، در سال 1903 ، عنوان گردید. سوتون با بیان اینکه کروموزومها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزومها بوده و بنابراین هر کروموزوم ، میتواند حامل ژنهای متعددی باشد.جهش ژنی
موتاسیون ژنی را در اصل ، بدن توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در جانوران یا گیاهان نیز بکار بردهاند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر میکند را موتان میگویند.موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی
کشف ساختمان DNA
شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافتههای ژنتیکی ، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA ، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال 1953 خلاصه گردید. .ژنها و کروموزومها
ژنها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها ، انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارند.متابولیزم DNA
سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را میتوان از پیچیدگی و کثرت سیستمهای آنزیمی شرکت کننده در همانند سازی ، ترمیم و نوترکیبی DNA ، دریافت. همانند سازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد.متابولیزم RNA
رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز میشود. رونویسی در چندین فاز ، شامل اتصال RNA پلیمراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور ، شروع سنتز رونویسی ، طویل سازی و خاتمه ، روی میدهد. سه نوع RNA ساخته میشود.متابولیزم پروتئین
پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینههای خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز میگردند.تنظیم بیان ژن
بیان ژنها توسط فرآیندهایی تنظیم میشود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر میگذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و بواسطه پروتئینهای تنظیمی رخ میدهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک میکنند.فناوری DNA نوترکیبی
با استفاده از فناوری DNA نو ترکیبی مطالعه ساختمان و عملکرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به، روشهایی برای برش و دوختن قطعات DNA ، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده میشوند، روشهایی برای ارائه ناقل حاوی DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنیهایی را ایجاد کند و روشهایی برای شناسایی سلولهای حاوی DNA مورد نظر. پیشرفتهای حاصل در این فناوری ، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاههای پزشکی ، کشاورزی و سایر صنایع میباشد.موضوعات مورد بحث در ژنتیک پزشکی و انسانی
- 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.
