سرآغاز

موضوع علم ژنتيك، انتقال، بيان و تكامل ژنها است به مولكول هايي كه كاركرد، تكوين و خصوصيات ظاهري موجود زنده را كنترل مي كنند . در اين بخش، ما به قوانين انتقال ژن ها خواهيم پرداخت به انتقال ژن ها از يك نسل به نسل بعد، گرگود مندل قوانين وراثت را كشف كرد . در اين بخش ما به مطالعه قوانين مندل و تعميم دادن آنها خواهيم پرداخت.

در سال ۱۹۰۰ – 3 گیاه شناس به نام های Carl Correns از آلمان Erichron Tschermak از اتریش و HugodeVries از هلند، قوانين حاكم بر انتقال صفات از والدين به زاده ها را گزارش كردند.

اين قوانين قبلاً در سال ۱۸۶۶ توسط يك كشيش اتريشي به نام Gregor Mendel گزارش شده بود. هر چند كارهاي مندل بعد از ۱۸۶۶ به راحتي قابل دسترس بود، ولي تا قبل از پايان قرن، دانشمندان به اهميت آنها پي نبردند. حداقل چهار دليل براي اين وقفه ۳۴ ساله وجود دارد.

اول اينكه تا قبل از آزمايشات مندل، زيست شناسان به دنبال الگويي براي توضيح نحوه انتقال صفاتي بودند كه به صورت پيوسته اندازه گيري مي شدند . صفاتي مانند طول و وزن . آنها به دنبال قوانين وراثتي اي بودند كه صفات پيوسته اي را به خصوص بعد از تئوري تكامل داروين كه در سال ۱۸۵۹ ارائه شد، بيابند اما مندل پيشنهاد كرد كه صفات وراثتي، مجزا و ثابت هستند ( ناپيوسته ). براي مثال نخود فرنگي ها سبز يا زرد بودند. طرفداران نظريه تكامل به دنبال تغييرات كوچك در صفات پيوسته بودند در حالي كه مندل قوانين وراثت ناپيوسته را ارائه داد . قوانين مندل، آن نوعي از تنوع را كه مورد نظر طرفداران نظريه تكامل بود، فرموله نمي كرد . دليل دوم اينكه تا آن زمان هيچ ذره فيزيكي اي كه بتواند معادل " ذرات ارثي " مندل باشد، شناخته نشده بود . هيچ كسي بعد از مطالعه مقاله مندل نمي توانست بگو يد كه ذره خاصي در سلول رفتاري مشابه با عناصر تكاملي مندل دار د. سوم اينكه مندل تجربيات خود ر ا با تعداد زيادي گياه انجام داد و نتايج را به صورت كسر درآورد . در آن زمان زيست شناسان كه در آن زمان علم بسيار ناقص و ناپيوسته اي را مطالعه مي كردند، معمو ً لا اطلاعات زيادي در مورد رياضيات نداشتند . و در نهايت اينكه مندل شخصيت معروفي نبود و تلاش چنداني هم براي دفاع از نظريه اش در مقابل دانشگاه ها نكرد

در طي سالهاي ۱۸۶۶ تا ۱۹۰۰ – دو تغيير عمده در علم زيست شناسي رخ داد . اول اينكه در طي اين زمان نه تنها زيست شناسا ن كروموزوم را شناخته بودند، بلكه به حركت هاي كروموزومي هم توجه كرده بودند و آنها را مورد مطالعه قرار د اده بودند و دوم اينكه در پايان قرن، زيست شناسان راحت تر و بهتر از زمان مندل با ابزارهاي رياضياتي كار مي كردند. مندل يك كشيش اتريش بود ( اهل Brunn در اتریش که امروزه همان Brno در چک است). ايده اصلي آزمايش هاي او، آميزش گياهاني بود كه صفات ناپيوسته و بدون overlap داشتند و سپس بررسي فراواني و توزيع اين صفات دروازه هاي چند نسل بعدي مندل با نخود فرنگي عادي sativum Pisum آزمايش مي كرد . او حداقل به 3 دليل گياه نخود فرنگي را انتخاب كرد؛ اول اينكه آنها به راحتي پرورش داده مي شوند و دوره ی  توليد مثل كوتاهي دارند.

دوم اينكه اين گياهان صفات ناپيوسته اي مانند رنگ گل و الگوي ميوه دهي دارند و سوم اينكه به دليل آناتومي اين گياه گرده افشاني گياه به راحتي قابل كنترل است. مي توان از ورود گر ده هاي خارجي جلوگيري كرد و خود لقاحي نيز به طور مصنوعي در اين گياه قابل انجام است.

مندل لقاح را به اين صورت انجام مي داد كه قبل از بالغ شدن دانه هاي گر ده، گل را باز مي كرد و گرده هاي يك گياه ديگر را به روي خامه قرار مي دا د. در بيش از ۱۰ هزار گياهي كه مندل مورد آزمايش قرار داد، تنها تعداد كمي به غير از روش كه مد نظر مندل بود لقاح انجام دادند.

نوشته شده توسط رضا در جمعه بیست و سوم شهریور 1386 ساعت 18:59 موضوع ژنتیک | لینک ثابت

مگس سركه و باكتري روده اي

در مطالعه ژنتيك، خواهيد ديد كه جانداران خاصي به كرات در آزمايش ها استفاده مي شوند. اگر هدف اين علم، مشخص كردن قوانين كلي در جهان موجودات زنده است، چرا ژنتيك دانان اصرار دارند كه فقط از چند جاندار خاص استفاده كنند؟ جواب اين سوال بر اي شما احتمالاً بديهي است؛ جانداراني كه براي هر آزمايش انتخاب مي شوند، خصوصياتي دارند كه آنها را براي آن آزمايش مناسب مي كنند.

در مراحل اوليه تحقيقات ژنتيكي، در ابتداي قرن بيستم، تكنيكهاي بررسي ماده ژنتيكي داخل يك باكتري يا ويروس هنوز به وجود نيامده بودند . جاندار اصلي اي كه در آن زمان مورد استفاده قرار مي گرفت يك مگس مگس سركه به نام علمي Drosophila melanogaster بود كه قبلاً توسط زيست شناسان تكويني مورد استفاده قرار مي گرفت اين جاندار دوره توليد مثل كوتاهي(در حدود 2 هفته) دارد و در آزمايشگاه بقا و توليد مثل با لايي دار د. همچنين مگس سركه، در برخي سلو لهاي خود(سلول هاي غدد بزاقي) كروموزومهاي بسيار بزرگي دارد(موسوم به كروموزومهاي پلي تن) و بسياري از خصوصيات ظاهري(فنوتيپ) اين جاندار توسط ژنوم آن كنترل مي شوند. براي مثال ميتوان به آساني جهش هايي را در اين موجود يافت كه در ژنهاي كنترل كننده رنگ چشم، تعداد و شكل صفحات چشمي و صفاتي مانند شكل و تراكم كرك و رگ ها اتفاق افتاند ه اند در اواسط قرن گذشته، هنگامي كه تكنيك هاي آزمايش هاي ژنتيكي بر روي باكتري ها ابداع شدند  باكتري روده اي معمول  Escherichia coli   به جاندار مورد علاقه براي كارهاي ژنتيكي تبديل شد.

زيرا اين باكتري دوره توليد نسلي برابر با 20 دقيقه دارد، از هر ژن تنها 1 نسخه دارد و مقدار ماده ژنتيكي آن بسيار كم است . بسياري از گرو ه هاي تحقيقاتي از آن استفاده كردند. اتفاق بعدي، استفاده از ويروس هاي باكتريايي، موسوم به باكتريوفاژها بود ويرو س ها تنها از چند نوع پروتئين محدود و يك كروموزوم بسيار كوچك ساخته شده اند و برخي ويروس ها مي توانند تا يكصد بار در ساعت رونويسي شوند.

هدف ما معرفي گونه هاي اصلي استفاده شده در ژنتيك نيست بلكه ما قصد داريم توضيح دهيم كه چرا اين گونه ها مورد استفاده قرار گرفتند . مطالعاتي مقايسه اي انجام شد ه اند براي اين كه نشان دهند چه خصوصياتي كه در موجودات ژنتيكي كشف شدند آنها را از نظر علمي جهاني كردند.

روش هاي مطالعه

هر بخشي از دنياي ژنتيك، رو ش هاي خاص خود را در مطالعه دارد. معمولاً كشف يك تكنيك مطالعاتي جديد، بهينه كردن يك تكنيك پهنه جديدي از تحقيقات را به روي محققين باز كرده است هر چه در طول اين سالها تكنيك هاي ما رشد كرد ه اند، سوالات بيشتر و در سطوح پايين تري از حيات مورد بررسي قرار گرفته اند. جرج مندل، پدر علم ژنتيك، مطالعاتي با انجام دادن آميز ش هاي ساده بر روي گياهان انجام داد امروزه، با روش هاي مدرن بيوشيميايي و فيزيولوژيكي، تعيين توالي نوكلئوتيدها(زيرواحدهاي سازنده ( RNA,DNA يي كه سازنده يك ژن هستند به صورت يك روش روتين درآمده است. يكي از بزرگترين پروژه هاي انجام شده در طول تاريخ، پروژه ژنوم انسان بود كه با تعيين توالي 3/3 ميليارد نوكلئوتيد موجود  در ژنوم انسان، به پايان رسيد . تكنولوژي لازم براي انجام پروژ ههايي با چنين ابعادي، به تازگي به دست آمده است. تا 10 سال پيش فرض بر اين بود كه چنين پروژه هايي حداقل يك دهه زمان و بودجه عظيمي ميبرند. امروزه با تكنيك هاي جديدي مانند Pyrosequencing چنين پروژ ه اي ممكن است در كمتر از 1 سال انجام شود.

نوشته شده توسط رضا در پنجشنبه بیست و دوم شهریور 1386 ساعت 15:17 موضوع ژنتیک | لینک ثابت

سلام.

از امروز هر روز یه قسمت ژنتیک می ذارم. این هم مثل گیاهی مهریار از مبتدی و خیلی ساده شروع می کنم.

معرفي علم ژنتيك

ژنتيك، علم مطالعه وراثت، در تمامي زمينه هاي آن، از گسترش صفات در يك شجره نامه خانوادگي، تا

بيوشيمي ماده ژنتيكي، اسيد دزوكسي ريبونوكلئيك  DNA  و اسید ریبنوکلئیک RNA است.  هدف ما در اين بخش، معرفي و بررسي مكانيز مهاي وراثت است.

به صورت تاريخي، ژنتيك دانان در 3 حيطه مجزا فعاليت كرده اند، هر حيطه با مشكلات، روش ها و موجودات زنده مورد مطالعه مربوط به خو د. اين 3 حيطه عبارتند از ژنتيك كلاسيك، ژنتيك مولكولي وژنتيك تكاملي )يا ژنتيك جمعيت.)

در ژنتيك كلاسيك ما با تئوری  كروموزومي وراثت روبرو هستيم، مفهومي كه ژ ن ها را به صورت خطي

در كنار هم بر روي كروموزوم فرض می کند. موقعيت نسبي ژنها با بررسي فراواني زاده هاي حاصل از آميزش هاي خاصي قابل تعيين است. ژنتيك مولكولي مطالعه ماده ژنتيك است؛ ساختار، رونويسي و بيان ماده ژنتيك. همچنين در همين حيطه ما انقلاب بزرگ تكنولوژي DNA نوتركيب (يا مهندسي ژنتيك) و اطلاعات بدست آمده از آن را بررسي خواهيم كرد. ژنتيك تكاملي يا ژنتيك جمعيت به بررسي تغييرات در فراواني ژنها در جمعيت مي پردازد. مفهوم دارويني تكامل كه بنابر پايه انتخاب طبيعي است بررسي مي شود.

امروزه به دليل پيشرفتهاي علمي، مرزهاي اين 3 ناحيه، تا حدي محو شده اند؛ به عنوان مثال، اطلاعات به دست آمده از ژنتيك مولكولي، از طرفي به فهم بهتر ساختار و عملكرد كروموزوم ها و از طرف ديگر به فهميدن انتخاب طبيعي كمك مي كند. در این قسمت، ما سعي مي كنيم مطالب را به صورت تاريخي آنها بررسي كنيم؛ از كارهاي مندل و كشف خصوصيات وراثت آغاز مي كنيم و سپس به ژنتيك مولكولي مي پردازيم.

ژنتيك مانند هر علم ديگري، بر پايه متد علمي بنا نهاده شده است . اطلاعات ما برگرفته از دنياي واقعي است. متد علمي گردآوري قوانيني است كه به فهم بهتر طبيعت كمك مي كنند. در قلب يك متد علمي،آزمايش قرار دارد، طي يك آزمايش، يك حدس درباره كار بخشي از طبيعت( كه آن را يك فرضيه مي ناميم) امتحان مي شود. در يك آزمايش خوب، تنها 2 نتيجه ممكن وجود دارد؛ تاييد فرضيه و يا رد فرضيه.

به عنوان مثال ممكن است شما تصور كنيد كه صفات اكتسابي به ارث ميرسند ايده اي كه توسط لامارك پيشنهاد شد. لامارك فرض كرد كه زرافه هايي كه سعي مي كردند بر گهاي موجود در شاخه هاي بالاتري را بخورند، گردن هاي بلندتري داشتند. آنها اين صفت درازي گردن را به فرزندان خود انتقال ميدهند (در هر نسل فقط افزايش كوتاهي در طول گردن وجود دار د) و اين روند در نهايت امروزه منجر به گرد نهاي بسيار طويل زرافه ها شده است. ديدگاه ديگر نسبت به اين مطلب، ديدگاه تكامل براساس انتخاب طبيعي است كه توسط داروين پيشنهاد شد. براساس فرضيه داروين، زرافه ها به طور طبيعي در طول گردن تنوع كمي دارند و اين تنوع ها به ارث مي رسند. زرافه هايي كه گردن بلندتري دارند، در تهيه بر گ از درخت براي خوردن، نسبت به ديگران مزيت دارند. به عبارت ديگر، درطول زمان، زرافه هايي كه گرد ن هاي بلندتري دارند، بهتر و بيشتر از ديگران زنده مي مانند و توليد مثل مي كنند. در نتيجه، زرافه هايي با گردن درازتر، پس از مدتي، گونه غالب در جمعيت مي شوند كه دليل اصلي اين اتفاق مرگ گونه هاي داراي گردن كوتا ه تر است. فراواني هر جهشي كه باعث افزايش طول گردن در جمعيت شود، در جمعيت افزايش خواهد يافت. براي آزمودن فرضيه لامارك، ما ابتدا بايد جاندار مناسبي پيدا كنيم . گرفتن زرافه ها و انجام آميزش هاي مورد نظر بر روي آنها بسيار دشوار است. مي توانيم آزمايش را با موش هاي آزمايشگاهي انجام دهيم).نگهداري و آزمايش بر روي موش نسبتاً آسان و ارزان است). ما بايد صفت ديگري به غير از طول گردن پيدا كنيم. براي مثال مي توانيم نيمي از دم موش ها را ببريم. سپس موش هاي دم كوتاه را با موش هاي عادي آميزش مي دهيم و زاد ه ها را بررسي مي كنيم اگر زاد ه ها دم هاي عادي داشتند، مي توانيم نتيجه بگيريم كه دم كوتاه، يك صفت اكتسابي، به ارث نمي رسد. در مقابل در صورتي كه دم موش هاي نسل بعد كوتاه تر از حد معمول باشد، ميتوانيم نتيجه بگيريم كه صفات اكتسابي،ارثي هستند.

دليل اينكه ما يك آزمايش را با تمامي سختي هايش انجام مي دهيم، اين است كه نتايج آزمايش، براي ما قطعي هستند و قابل اطمينان اند. در صورتي كه آزمايش درست طراحي شده باشد و بدون خطا اجرا شود، نتيجه منفي در آزمايش، مانند آزمايش ما در بالا، به معني رد نظريه خواهد بود. آزمودن نظريه ها به طوري كه اگر نتيجه آزمايش منفي باشد، نظريه رد شود، ايده اصلي متد علمي است.

نوشته شده توسط رضا در پنجشنبه بیست و دوم شهریور 1386 ساعت 10:39 موضوع ژنتیک | لینک ثابت

نوشته شده توسط رضا در شنبه شانزدهم تیر 1386 ساعت 23:4 موضوع ژنتیک | لینک ثابت

سلام.

از نظر ها و کمک های همتون واقعا ممنونم. خیلی خوشحالم کردید.

این هم یک مقاله راجع به DNA & RNA

و یک عکس بی نظیر که فکر کنم خودش همه چی رو میگه باز هم اگه اشکالی بود در خدمتم:

ساختمان DNA

DNA یا دزاکسی ریبونوکلئیک اسید یکی از ماکرومولکولهای سلولی است که حامل اطلاعات وراثتی بوده و طی همانند سازی ژنتیکی از یک نسل به نسل بعد منتقل می‌شود. و در داخل سلول از روی آن RNA و پروتئین ساخته می‌شود.
● مقدمه
کشف ماده‌ای که بعدها DNA نام گرفت در سال ۱۸۶۹ بوسیله فردیک میشر انجام شد. این دانشمند هنگام مطالعه بر روی گویچه‌های سفید خون ، هسته سلولها را استخراج کرد و سپس بر روی آن محلول قلیایی ریخت. حاصل این آزمایش ، رسوب لزجی بود که بررسیهای شیمیایی آن نشان داد، ترکیبی از کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و درصد بالایی از فسفر می‌باشد. میشر این ماده را نوکلئین نامید. زمانی که ماهیت اسیدی این ماده مشخص گردید، نام آن به اسید دزاکسی ریبونوکلئیک تغییر یافت.
● ساختمان رشته‌ای DNA
سرعت پیشرفت تعیین ساختمان DNA بسیار کند بوده است. در سال ۱۹۳۰ کاسل و لوین دریافتند که نوکلئین در واقع اسید دزوکسی ریبونوکلئیک است. برسیهای شیمیایی آن مشخص کرد که زیر واحد تکرار شونده اصلی DNA ، نوکلئوتید می‌باشد که از سه قسمت تشکل شده است. یک قند پنتوز (۲&#۶۱۴۴۹;- دزوکسی D- ریبوز) ، یک گروه ۵-فسفات و از یکی چهار باز آلی نیتروژن‌دار حلقوی آدنین (A) ، گوانین (G) ، سیتوزین (C) و تیمین (T) تشکیل شده است.
از این چهار باز دو باز آدنین و گوانین از بازهای پورینی و دو باز سیتوزین و تیمین از بازهای پیریمیدینی می‌باشند.
به مجموعه قند و باز آلی نوکلئوزید گفته می‌شود. گروه فسفات می‌تواند به کربن۳ و یا۵ متصل شود. به مجموع نوکلئوزید و گروه فسفات متصل به آن نوکلئوتید می‌گویند. با توجه به اینکه یون فسفات می‌تواند هم به کربن ۳ و هم به کربن۵ متصل شود.
پس دو نوکلئوتید از طریق یک پیوند فسفودی استر بهم متصل می‌شوند. به این صورت که گروه هیدروکسیل یک نوکلئوتید با گروه فسفات نوکلئوتید دیگر واکنش داده و پیوند فسفودی استر را بوجود می‌آورد. از آنجایی که پیوند فسفودی استر ، کربنهای۳ و۵دو قند مجاور را بهم متصل می‌کند، این پیوند را پیوند۵-۳فسفودی استر نیز می‌نامند. یک زنجیره در اثر اتصال پشت سر هم تعدادی۲-دزوکسی ریبونوکلئوتید بوسیله پیوندهای دزوکسی ریبونوکلئوتید تشکیل می‌شود.
تمامی نوکلئوتیدها در یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی دارای جهت یکسان می‌باشند.
به این صورت که نوکلئوتید انتهایی در یک سمت زنجیره دارای یک گروه۵ آزاد و نوکلئوتید انتهایی در سمت دیگر زنجیره دارای یک گروه۳ آزاد می‌باشد. بنابراین زنجیره پلی نوکلئوتیدی دارای جهت بوده و این جهت را به صورت۵--->۳ نشان می‌دهند. بنابراین اگر در نوکلئوتید ابتدایی کربن۵ در بالای حلقه پنتوز و کربن۳در زیر آن باشد، در تمامی نوکلئوتیدهای بعدی زنجیره کربن ۵ در بالای حلقه پنتوز جای خواهد داشت.
● نتایج حاصل تا سال ۱۹۵۰
DNA یک پلیمر رشته‌ای متشکل از واحدهای۲دزوکسی اسید ریبونوکلئیک می‌باشد که بوسیله پیوندهای فسفودی استر۵-۳ به هم متصل شده‌اند.
DNA حاوی چهار زیر واحد dc و dG و dT و dA می‌باشد.
مقادیر متوالی dT و dA با یکدیگر و dc و dG نیز با یکدیگر مساوی می‌باشند.
● مارپیچ دو رشته‌ای DNA
در سال ۱۹۵۳ در ساختمان سه بعدی DNA ، بوسیله واتسون و کریک کشف شد. واتسون و کریک با استفاده از مطالعات تفرق اشعه ایکس ، رشته‌های DNA که بوسیله فرانکلین و ویلکینز تهیه شده بود و همچنین ساختن مدلها و استنباطهای مشخصی ، مدل فضایی خود را ارائه دادند و در سال ۱۹۶۲ واتسون و کریک و ویلکینز به خاطر اهمیت کشف ساختمان DNA به صورت مشترک جایزه نوبل دریافت کردند.
مدل پیشنهادی آنان چنین بود. DNA یک مارپیچ دو رشته‌ای است که رشته‌های آن به دور یک محور مرکزی ، معمولا به صورت راست گرد پیچ می‌خورند. طبق مدل واتسون و کریک ، ستونهای قند - فسفات همانند نرده‌های پلکان به دو قسمت خارجی بازهای آلی پیچیده و به این ترتیب در معرض محیط آبکی داخل سلول هستند و بازهای آلی که خاصیت آبگریزی دارند، در داخل مارپیچ قرار می‌گیرند. هنگام تشکیل مارپیچ رشته‌ها به صورت موازی متقابل قرار می‌گیرند.
یعنی اگر جهت یک رشته۳<--۵ باشد، رشته دیگر ۵<--۳ خواهد بود. پیوندهای هیدروژنی بین آدنین از یک رشته با باز تیمین رشته مقابل و باز گوانین یک رشته با سیتوزین رشته مقابل بوجود می‌آیند. گر �