ژنتیک

[ali zanjani4]

آشنایی با علم ژنتیک(1)


ژنتیک یا علم وراثت یکی از رشته های علوم زیستی است که موضوع آن مطالعه پدیده هایی است که توسط آنهاخصوصیات یا صفات جانداران از والدین به فرزندان به ارث می رسد . علاوه براین ژنتیک اساس شباهتها وتفاوتها را توضیح می دهد .موضوع علم ژنتیك، انتقال، بیان و تكامل ژنها است.ژنها به مولكول هایی كه كاركرد، تكوین و خصوصیات ظاهری موجود زنده را كنترل می كنند ، گفته می شود.

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

 

[ali zanjani4]

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

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

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

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

این 3 حیطه عبارتند از:

* ژنتیك كلاسیك

* ژنتیك مولكولی

* ژنتیك تكاملی یا ژنتیك جمعیت

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

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

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی
کشف ساختمان DNA

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

ژنها و کروموزومها

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

متابولیزم DNA

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

متابولیزم RNA

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

ژنتیک یا علم وراثت یکی از رشته های علوم زیستی است که موضوع آن مطالعه پدیده هایی است که توسط آنهاخصوصیات یا صفات جانداران از والدین به فرزندان به ارث می رسد . علاوه براین ژنتیک اساس شباهتها وتفاوتها را توضیح می دهد .موضوع علم ژنتیك، انتقال، بیان و تكامل ژنها است.ژنها به مولكول هایی كه كاركرد، تكوین و خصوصیات ظاهری موجود زنده را كنترل می كنند ، گفته می شود

متابولیزم پروتئین

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

تنظیم بیان ژن

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

فناوری DNA نوترکیبی

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

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

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

تعریف ژن:

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

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

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

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

 

[ali zanjani4]

با ژنتیک آشنا شوید و صلح کنید!
http://olympiad.roshd.ir/biology/content/pdf/0004.pdf

 

[ali zanjani4]

پدر علم ژنتیک

گرگور یوهان مندل


وی در کشور چک که در آنزمان بخشی از امپراتوری اتریش بود در خانواده ای کشاورز به دنیا آمد. دوران کودکی خود را به عنوان باغبان کار کرد. اما در نوجوانی رویاهایی فراتر از زندگی کشاورزی را در سر پروراند و به همین دلیل تصمیم گرفت در یک موسسه علوم فلسفه ادامه تحصیل دهد. اما به دلیل فقر مجبور به ترک تحصیل شد.در سال 1843 وارد دیر سن توماس در شهر برن شد و در کنار برادران فرقه آگوستینی تحت آموزشهای آبه "سریل نپ" قرار گرفت.در این دیر علاوه بر موضوعات مذهبی، دروس آکادمیک را هم به راهبان آموزش می دادند و این برای فردی مثل مندل یک مزیت به شمار می رفت، به طوریکه موفق شد در دروس ریاضیات، باغبانی و هواشناسی تحصیل کند و در پایان در رشته های زیست شناسی و ریاضیات لیسانس بگیرد.

قوانین وراثت مندل

پس از 5 سال زندگی شاد در دیر سن توماس، مندل در 6 آگوست 1847 کشیش شد و در سال 1849 در یک مدرسه راهنمایی در کشور چک به حرفه معلمی پرداخت.

در سال 1851 آبه سریل نپ، وی را به دانشگاه امپراتوری وین معرفی کرد و از آن زمان پدر ژنتیک مدرن دستیار موسسه فیزیک این دانشگاه شد.


کشفیات و مقالات مندل

پس از سالها اقامت در وین، مندل در جولای 1853 به عنوان استاد ارشد رشته های فیزیک، ریاضیات و زیست شناسی به دیر سن توماس در برن بازگشت و پایه های علمی آینده خود را بنیان نهاد.

وی در طول تحقیقات خود موفق به کشف صفات تغییرپذیر گیاهان شد و پس از سالها تلاش توانست مکانیزمهای وراثت را شناسایی کند.

مندل در طول 7 سال توانست 28 هزار گیاه نخود فرنگی را بکارد و آنها را بررسی کند. سپس با پردازش اطلاعات خود در سه نسل نخود فرنگی توانست "قوانین وراثت مندل" را شرح دهد.این قوانین حتی امروز نیز به عنوان پایه های علم وراثت و ژنتیک شناخته می شوند و به همین علت گوگل امروز به شکل نخود فرنگی درآمده است.

يوهان گريگور مندل ، با دقت و حوصله زياد نخودها را در باغچه خانه اش مي کاشت . او در سال 1866، پس از 8 سال مطالعه کشاورزي علمي و تجزيه و تحليل ؛ و سرانجام اکتشافهاي خود را به چاپ رساند . يوهان در حين تحصيل کار مي کرد اما در آمدش آنقدر نبود که بتواند غذاي سيري بخورد . در نتيجه ، روز به روز ضعيف تر و لاغرتر ميشد بطوري که ديگر نتوانست ادامه تحصيل بدهد و آن را رها کرد . پدر يوهان که از وضع جسمي و روحي پسرش آگاه شده بود تصميم به فروش مزرعه گرفت . پس از فروختن مزرعه مقداري از پولش را به يوهان و دخترش ترزا فرستاد . اما خواهر سهم خود را به برادرش بخشيد . يوهان با اين پول مدت چهار سال به تحصيل و تحقيق در موسسه اولوتس بود.به توصيه يکي از استادانش وارد خانقاه بزرگ آلبرون شد . يوهان در بيست و يک سالگي زندگي رهباني پیش گرفت و لقب گريگور گرفت . گريگور مندل ، به اين زندگي آرام دل بسته بود روز بروز ، اهميت وجودش بيشتر احساس fمي شد . صومعه داراي باغ بزرگي بود که در آن گياهان زيادي مي روييد . گلکاري و کاشتن نهالها ، انجام شده بود . گريگور ، خود را در ميان گروهي مي ديد که به مسايل ديني ، فلسفي ، علوم و ادبيات و باغباني علمي علاقمند بودند . يوهان دوره مطالعات کشيشي را در سال 1847 به پايان رساند و به درجه افتخاري کليسا نايل آمد . گريگور مندل ، براي مدتي صومعه را ترک کرد و در دهکده اي به*عنوان کشيش مشغول به کار شد . مندل داراي روحي حساس بود ، از درد و غم ديگران رنج مي کشند و تاب و تحمل آن را نداشت . زماني که به عيادت بيماران ميرفت يا بازماندگان مرده اي را تسلي مي داد خاطراتش سخت آزرده مي شد ، و در بستر بيماري مي افتاد. پس از چندي دوباره به خانقاه بازگشت . مدتي در مدرسه متوسطه محل تدريس کرد . اما چون او را معلم تحصيل نکرده مي دانستند حقوق کمتري برايش در نظر گرفتند . مندل ، تصميم گرفت که دروس معملي را امتحان دهد ، اما اين بار به او اطلاع دادند که حتي شايستگي تدريس در مدرسه ابتدايي را هم ندارد . او خيلي کوشش کرد تا به هيات داوران بفهماند که کاملاً در اشتباهند و بر خلاف عقيده آنها او شايسته اين مقام است . متاسفانه تلاش او به جايي نرسيد . مندل براي خود مکتب واژه شناسي خاصي داشت و از به کار بردن زبان علمي آن زمان خودداري ميکرد . مندل ، دوباره به کار معلمي پرداخت . اما اين بار به*عنوان دستيار انجام وظيفه مي کرد . کلاس درسش محيط دو ستانه اي بود و شاگردانش از وجود چنين معلمي احساس رضايت و خوشنودي مي کردند و از . حرفهايش لذت مي بردند . او با سخت گيري در کلاس درس مخالف بود و با گفتن داستان*هاي شيرين از حيوانات ، جنگلها ، بيابانها و بوستانها شاگردانش را سرگرم مي کرد . او شاگردانش را در دروس تشويق مي کرد و به آنها جايزه مي داد . شاگردان هم با ديده احترام به او مي نگريستند . مندل ، اکتشافها و مشاهداتش را که از مطالعه زياد روي گيا هان بدست آمده بود بچاپ رساند . اما هيچ اتفاق تازه اي رخ نداد و کسي به اين کار بزرگ علمي توجه نکرد . تنها دوستانش بودند که او را مورد تفقد قرار دادند و به سرپرستي صومعه انتخا بش کردند . او در 47 سالگي به اين مقام رسيد . کار جديدش بسيار دشوار و پر مسئو ليت بود ، بطوريکه مندل ناگزير شد دست از تدريس بکشد و تمام وقت خود را صرف اداره اين امور حساس کند . سر پرست جديد ، مرد مشهوري شده بود . زندگي اش بخوبي تامين مي شد و اغلب اوقات از دوستانش در خانه پذ يرايي مي کرد . در عيدها يا جشنها ، در خانه اش بروي تمام اهالي دهکده باز بود . مردم او را مردي خير و بخشنده مي شناختند . در روز کريسمس ، جشن مفصلي در خانه اش بر پا مي کرد و با دادن غذا و نو شيدني فراوان خاطره خوشي در دلها باقي مي گذاشت . اين وضع زياد طولي نکشيد و با دخالت دولت در کار کليسا بحث و مجادله اي بين مندل و مقامات دولتي در گرفت . در سال 1874 ، لايحه اي از مجلس گذشت که بموجب آن براي دارايي کليسا ماليات تعيين شد . هدف از اين کار افزايش حقوق کشيشان و راهبان بود مندل ، در ابتداي امر خود را داوطلب کمک به دولت کرد ، اما دولت داوطلبي نمي خواست او اين قانون را خلاف دين و آيين مي دانست و بشدت با گرفتن ماليات از کليسا مخالف بود. مبارزه مندل با قانون دولت بي نتيجه ماند و زندگي اش را سخت تلخ و آشفته ساخت . مندل حتي نسبت به هر کسي که از اين قانون پيروي مي کرد کينه مي ورزيد و او را خائن مي شناخت گريگور مندل ، دانشمند بر جسته و ارزنده اي بود . اکتشافها و تجربه هاي او نتيجه مطالعا ت عميق و دقيقش در زمينه گياهشناسي بوده است. امروز ، براي هيچ کس جاي تعجب نيست که از يک پدر و مادر با موهاي قرمز فرزندان موقرمز متولد مي شوند . دوستان و آشنايان به دور نوزاد او جمع مي شوند و مي گويند : چه بچه قشنگي ، شباهت زيادي به پدرش دارد ! مندل ، نخستين کسي بود که قوانين وراثت را پي ريزي کرد . او در باره چگونگي صفاتي که از پدر و مادر به فرزندان منتقل مي شود مفصل صحبت کرده است . اگر به پدر و مادر خواهران و برادران خود نگاه کنيد مي بينيد که همگي با هم تفاوت دارند اما در عين حال بين همه آنها يک وجه مشترک ديده مي شود . اين مساله براي زيست شنا سا ن مشکلات زيادي ايجاد کرده بود . آنها نمي دانستند که چگونه صفات مشخصه گونا گون را از هم تفکيک کنند . مندل در حل اين مشکلات کمک بزرگي کرد ، و چه بسا آنها را بسيار ساده مي پنداشت. مندل ، براي مطالعه و بررسي اصل توارث ، کار را از گياهان باغ ، بويژه دانه هاي نخود آغاز کرد . ضمن مشاهده متوجه شد که بعضي از گيا هان داراي ساقه بلند ، و بعضي از گياهان داراي ساقه کوتاه و بعضي تخمدان دارند . مندل ، پي برد که اگر گياهي فقط از تخم نر يا ماده باشد ، مي توان انواع گياه خالص را پرورش داد . براي مثال ، گياه ساقه بلندي که نسل به نسل گياهان ساقه بلند مي دهد ، صفت مشخصه اش بلندي ساقه است . يا اگر گياهي که نسل به نسل گياهان ساقه کوتاه مي دهد ، صفت مشخصه اش کوتاهي ساقه اش است . مندل ، سپس به کار عجيبي دست زد . او از گرده افشاني طبيعي گياهان با يکديگر جلوگيري کرد ، و آنها را گرده افشاني پيوندي کرد ، مثلاً ، از پيوند تخم نر و ماده اي که مشخصه شان با هم فرق داشت نخود جديدي به دست آورد . او اين عمل را با تخم نر يا ماده که گياه ساقه بلند يا ساقه کوتاه بودند انجام داد و از اين طريق صدها گياه بدست آورد که همه ساقه بلند بودند در اينجا اين سوال براي مندل پيش آمد که چه عاملي موجب اين تغيير مي شود و آيا تخم گياه ساقه کوتاه تاثيري در انتقال صفت مشخصه به گياهان جديد را ندارد ؟ مندل ، روي اين مساله تحقيق و مطالعه زيادي کرد . و سر انجام به اين نتيجه رسيد که از دو صفت مشخصه در مورد نخودها هميشه يک صفت غالب است اما صفت ديگر مغلوب نيست بلکه فقط براي مد تي بي تاثير مي ماند . همانطور که ممکن است بچه بيشتر به پدر بزرگش شبيه باشد تا پدرش . مندل ثابت کرد که اگر بچه اي از پدر يا مادر بلند قد يا مادر کوتاه قد متولد شود ، بلند قد خواهد بود . زيرا صفت مشخصه بلند قدي بر کوتاه قدي غالب مي شود ، اما صفت مشخصه کوتاه قدي هرگز از بين نمي رود. بلکه تا مدتي محو مي شود ، و در نسلها ي بعد خود را ظاهر مي کند . مندل ، نام فرضيه را قانون تسلط گذارد . البته ، مندل از تمام عواملي که در کار توارث دخالت دارند آگاهي نداشت و امروز دانشمندان و زيست شنا سان روي اين مساله جدي و حياتي پژوهش و مطالعه مي کنند . با وجود اين ، نظريه هاي مندل در زمينه قانون وراثت داراي ارزش فراواني است . و از اين نظر بيشتر اهميت دارد که در مورد انسان هم صورت حقيقت بخود گرفته است مندل در سال 1884 از دنيا رفت , در حالي که هيچ کس ندانست جهان چه نابغه اي را از دست داد .