درسنامه کامل زیست شناسی (3)

گریفیت باکتری شناسی که سعی میکرد واکسنی برای آنفولانزا تولید کند ، با انجام چهار آزمایش بر روی باکتری های استرپتوکوکوس نومونیا نتیجه گرفت ماده وراثتی هرچه باشد می تواند بین سلول ها منتقل شود.

باکتری استرپتوکوکوس نومونیا دو سویه دارد:

 1-پوشینه (کپسول) دار، عامل بیماری ذات الریه

 2-بدون پوشینه (کپسول)، غیر بیماری زا

تزریق باکتری زنده پوشینه دار به موش ← ایجاد بیماری و مرگ موش

دلیل: پوشینه از باکتری در برابر دستگاه ایمنی موش محافظت میکند، پس باکتری زنده میماند و با ایجاد بیماری ذات الریه، موش را میکشد.

تزریق باکتری زنده بدون پوشینه به موش←  بیماری ایجاد نمیشود و موش زنده میماند.

دلیل: دستگاه ایمنی بدن موش ، به راحتی باکتری ها را میکشد، چون پوشینه ای برای حفاظت وجود ندارد.

تزریق باکتری پوشینه دار کشته شده با گرما به موشک نتیجه همانند آزمایش دوم

دلیل: گرما باکتری را میکشد، پس بیماری ایجاد نمی شود.

نتیجه: تنها خود پوشینه بیماری زا نیست.

تزریق مخلوطی از محتویات سرنگ های آزمایش دوم و سوم ( بدون پوشینه زنده + پوشینه دار کشته شده) به موش ← همانند آزمایش اول موش بیمار شده و میمیرد.

دلیل: ماده وراثتی باکتری های پوشینه دار کشته شده، توسط باکتری های بدون پوشینه زنده، جذب شده اند و باکتری با استفاده از اطلاعات آن، توانسته پوشینه بسازد و در برابر دستگاه ایمنی زنده بماند.

اثبات اینکه ماده وراثتی همان DNA است، نتیجه آزمایش های ایوری و همکارانش بود.

مراحل آزمایش

1) تهیه مخلوط مورد استفاده در آزمایش چهارم گریفیت (بدون پوشینه + پوشینه دار) حذف پروتئین های این مخلوط..

2) مخلوط بدون پروتئین را به محیط کشت باکتری های زنده بدون پوشینه اضافه کردند.

3) مشاهده شد که انتقال صفت صورت میگیرد ← نتیجه گرفتند ماده وراثتی از جنس پروتئین نیست.

4) بخشی از مخلوط را سانتریفیوژ کرده تا مواد تشکیل دنده آن لایه لایه جدا شود. سپس هر لایه را که فقط حاوی نوع خاصی از ماده آلی بود به محیط کشت باکتری های بدون پوشینه اضافه کردند. مشاهده کردند انتقال صفت فقط هنگامی رخ میدهد که لایه حاوی DNA را به محیط کشت اضافه کنند.

ایوری برای اثبات بیشتر اینکه ماده وراثتی از جنس DNA بوده و رفع ابهام کند آزمایش زیر را انجام داد:

عصاره باکتری پوشینه دار را استخراج کرده و درون چند لوله آزمایش ریخت. به هر قسمت نوعی آنزیم تخریب کننده اضافه کرد (مثلا پروتئاز_آمیلاز_نوکلئاز و...). سپس محتویات هر لوله را جداگانه به محیط کشت باکتری زنده بدون پوشینه اضافه کرد. مشاهده کرد که انتقال صفت در اغلب موارد انجام میشود به استثناء هنگامی که آنزیم نوکلئاز اضافه شد، چون با حذف DNA انتقال صفت انجام نشد، پس نتیجه این شد که ماده وراثتی حتما DNA است.

در ساختار فام تن (کروموزوم) دو ماده شرکت دارند:

1- DNA

2- پروتئین

1) به هر رشته از اسید های نوکلئیک، رشته پلی نوکلئوتیدی می گویند.

2) هر رشته پلی نوکلئوتیدی از واحد های کم و بیش شبیه به هم به نام نوکلئوتید ساخته شده است.

1- DNA (دئوکسی ریبونوکلوئیک اسید) ← DNA همیشه دو رشته ای

2- RNA (ریبونوکلویک اسید) ← RNA معمولا تک رشته ای

1- خطی:

درون هسته یاخته یوکاریوت

2- حلقوی:

میتوکندری (راکیزه) _ کلروپلاست (سبز دیسه) _ یاخته پروکاریوت

در هر نوکلئوتید سه بخش وجود دارد:

1- یک قند 5 کربنی که ممکن است ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد.

2- یک باز آلی نیتروژن دار که ممکن است از نوع پورین یا پیریمیدین باشد.

3- یک یا دو یا سه عدد گروه فسفات.

5 نوع باز آلی نیتروژن دار وجود دارد که هر نوکلئوتید فقط یک عدد از آن را دارد.

باز های آلی پورینی دو حلقه دارند و شامل آدنین و گوانین هستند.

باز های آلی پیریمیدینی: تک حلقه ای هستند و شامل سیتوزین ، گوانین و یوراسیل می باشد.

باز های آدنین ، گوانین و سیتوزین هم در DNA و هم در RNA وجود دارند.

باز تیمین فقط در DNA و باز یوراسیل فقط در RNA وجود دارد.

حداکثر و مجموعا 24 نوع نوکلئوتید را می توان در یک یاخته یافت: 8 نوع بر اساس نوع قند و باز آلی که هر کدام ممکن است یک یا دو یا سه گروه فسفات داشته باشند. (24=3×8)

درون هر نوکلئوتید، یک باز آلی نیتروژن دار با پیوند کوالانسی به قند 5 کربنی وصل شده است.

درون هر نوکلئوتید، گروه فسفات با پیوند کوالانسی به قند 5 کربنی وصل شده است.

بین باز آلی و گروه فسفات، اتصال مستقیم وجود ندارد.

در یک رشته پلی نوکلئوتیدی 2 نوکلئوتید مجاور با فسفودی استر به یکدیگر متصل اند.

هر مولکول DNA، از دو رشته پلی نوکلئوتیدی ساخته شده است.

هر مولکول RNA، فقط از یک رشته پلی نوکلئوتیدی ساخته شده است.

همه RNA ها و گروهی از DNA ها به شکل خطی هستند یعنی هر رشته پلی نوکلئوتیدی دو انتهای باز دارد. در یک انتها گروه فسفات و در انتهای دیگر هیدروکسیل قند قرار دارد.

پس می توان گفت در رشته پلی نوکلئوتیدی خطی، قطبیت وجود دارد یعنی دو انتهای یک رشته یکسان نیستند.

در DNA حلقوی، انتهای آزاد وجود ندارد چون فسفات یک انتها با پیوند فسفودی استر به هیدروکسل قند انتهای دیگر متصل شده است پس می توان گفت در DNA حلقوی، قطبیت وجود دارد.

پیوند های هیدروژنی دو رشته DNA را (پیوند بین باز ها) به یکدیگر متصل کرده اند.

در یک مولکلول DNA، همیشه آدنین مقابل تیمین و همیشه گوانین مقابل سیتوزین قرار دارد چون مکمل یکدیگرند ← پس با دانستن توالی باز های یک رشته DNA میتوان توالی باز های رشته های مقابل را نیز به دست آورد.

1- در یک مولکول DNA (خطی و حلقوی) : مقدار آدنین با تیمین و مقدار گوانین با سیتوزین برابر است.

2- همیشه باز پورینی مقابل یک باز پیریمیدینی قرار می گیرد.

تعداد  A=T

تعداد G=C

تعداد A+G=C+T

1- DNA شکل مارپیچی دارد.

2- بیش از یک رشته دارد.

3- تشخیص ابعد مولکلول ها.

مهم ترین نتایج موارد 1و 2 هستند.

این دو دانشمند بر اساس 3 مورد زیر، این مدل را پیشنهاد دادند:

1) نتایج آزمایشات چارگاف

2) یافته های تصویر برداری با اشعه X

3) یافته های خودشان

DNA به شکل نردبان مارپیچی است:

1) نرده ها (ستون ها) از مولکول های قند و فسفات تشکیل شده اند(قند و فسفات، یک در میان قرار گرفته اند)

2) پله ها از جفت باز های آلی نیتروژندار تشکیل شده اند.(جفت AT یا جفت CG)

در پایدارترین حالت:

الف) بین آدنین و تیمین مقابل، دو پیوند هیدروژنی تشکیل می شود.

ب) بین گوانین و سیتوزین سه پیوند هیدروژنی تشکیل می شود.

همیشه باز پورینی (2 حلقه ای) مقابل یک باز پیریمیدینی (تک حلقه ای) قرار میگیرد، پس قطر DNA در تمام قسمت ها ثابت است ← فایده ثابت ماندن قطر DNA :

1) پایداری اطلاعات ذخیره شده

2) فشرده شدن بهتر فام تن (کروموزوم) ها.

هرجفت باز مقابل هم، مجموعا دارای سه حلقه هستند.

هر جفت نوکلئوتید مقابل هم مجموعا 5 حلقه آلی دارند ( سه حلقه بازی و دو حلقه قند دئوکسی ریبوز)

پیوند هدروژنی انرژی کمی دارد، اما به دلیل وجود میلیون ها و هزاران پیوند هدروژنی بین دو رشته DNA، می توان نتیجه گرفت که دو رشته DNA به صورت محکم به یکدیگر وصل شده اند.

برای فرآیند همانند سازی DNA و رونویسی RNA از روی DNA، پیوند های هیدروژنی توسظ آنزیم هایی شکسته می شوند تا دو رشته DNA از یکدیگر جدا شوند.

( توسط آنزیم هلیکاز در همانند سازی DNA و آنزیم RNA پلی مراز در رونویسی)

ژن بخشی از DNA دو رشته ای که اطلاعات مربوط به یک RNA در آن ذخیره شده است.

یک مولکول DNA حاوی چندین ژن است.

هر مولکول RNA فقط از روی یک رشته DNA رونویسی می شود.

4 نوع RNA داریم:

الف)  mRNA(RNA پیک یا پیام رسان):

اطلاعات لازم برای پروتئین سازی را از DNA به رناتن (ریبوزوم) ها می رساند. mRNA تنها RNA ای است که توسط رناتن (ریبوزوم)، قابل ترجمه است.

ب) tRNA (RNA ناقل یا حامل):

حمل آمینواسید به رناتن هنگام پروتئین سازی.

ج) rRNA (RNA رناتن (ریبوزومی):

جزئی از ساختمان رناتن است. (مولکول های سازنده رناتن (ریبوزوم): پروتئین ها + RNA های رناتن (ریبوزومی).

د) sRNA (RNA کوچک):

در بلوغ mRNA نقش دارد.

1) ذخیره انرژی؛ مثل ATP (منبع رایج انرژی در یاخته)

2) گیرنده و ناقل الکترون مثلا NADH و FADH2 (در تنفس سلولی) و NADH (فتوسنتز) و ...

هنگام تقسیم یاخته، 2 یاته حاصل از رشتمان (میتوز) و سیتوکینز، باید DNA یکسان با یاخته مادر را دریافت کنند. پس قبل از شروع رشتمان و در مرحله S چرخه یاخته ای، با عمل همانند سازی، محتوای DNA درون هسته دو برابر می شود.

الف) روش حفاظتی: هر دو رشته DNA قبلی بدون تغییر به یک یاخته وارد می شوند و دو رشته جدید به یاته دیگر وارد می شود.

(یعنی یک یاخته همانند DNA مادری را دریافت می کند و یاخته دیگر DNA نوساز)

ب) روش نیمه حفاظتی: هر یاخته، یک رشته قدیمی و یک رشته جدید DNA را دریافت می کند.

ج) روش غیرحفاظتی (پراکنده): هر یاخته، DNA را دریافت میکند که در هر رشته اش قطعاتی از DNA قدیمی و نوساز به صورت پراکنده در خود دارد.

همانندسازی DNA تدریجی است یعنی در محل شروع همانندسازی به تدریج آنزیم هلیکاز، با شکستن پیوند های هیدروژنی ، دو رشته را از یکدیگر جدا میکند و سپس آنزیم DNA پلی مراز، به تدریج در برابر هر رشته قدیمی، یک رشته جدید میسازد.

مهم ترین عوامل لازم برای همانندسازی DNA :

1. مولکول DNA یه عنوان الگو
2. آنزیم های DNA پلی مراز و هلیکاز
3. نوکلئوتید های سه فسفاته آزاد درون یاخته

برای همانندسازی DNA چهار نوع نوکلئوتید سه فسفاته لازمند:

1. آدنین دار
2. گوانین دار
3. سیتوزین دار
4. تیمین دار

این نوکلئوتید ها دو سفات را از دست داده و به صورت تک فسفاته در رشته جدید به کار می روند.

قبل از همانند سازی، باید پیچ و تاب DNA باز شده و از هیستون ها جدا شود تا آنزیم های هلیکاز و DNA پلی مراز و ... به DNA دسترسی داشته باشند.

1. باز کردن مارپیچ DNA
2. شکستن پیوند های هیدروژنی و جدا کردن و فاصله دادن دو رشته DNA از یکدیگر در محل همانندسازی

انواعی از انزیم ها با همکاری هم در برابر هر رشته الگو (رشته قدیمی)، یک رشته جدید می سازند (در برابر هر نوکلئوتید در رشته الگو، نوکلئوتید مکمل را قرار داده و بین نوکلئوتید ها در رشته جدید، پیوند فسفودی استر تشکیل میدهند)

مهم ترین این آنزیم ها، دنا بسپاراز ( DNA پلی مراز) است.

جایگاه شروع همانندسازی  DNA : محلی است که همانندسازی از آنجا شروع میشود.

در همه DNA های هسته یوکاریوتی که خطی هستند و بعضی DNA های حلقوی پروکاریوتی، هر مولکول DNA ، دارای چند نقطه شروع همانندسازی است.

اغلب DNA های پروکاریوتی، فقط یک نقطه شروع همانندسازی دارند.

در محل شروع همانندسازی، دو رشته DNA از هم باز میشوند و ساختاری به شکل Y ایجاد میشود، به این ساختار دو راهی همانندسازی میگویند.

در محل دو راهی همانندسازی، آنزیم دنابسپاراز، بین نوکلئوتید های جدید، پیوند فسفودی استر ایجاد میکند.

آنزیم بسپاراز، قانون پارگاف را رعایت میکند یعنی در برابر نوکلئوتید آدنین دار، نوکلئوتید تیمین دار قرار میدهد و غیره.

با اضافه شدن هر نوکلئوتید سه فسفاته، دو تا فسفات از آن جدا میشوند.

به ازاء هر نقطه آغاز همانندسازی، موارد زیر را در نظر میگیریم (به شرطی که همانندسازی دو جهتی باشد):

1. دو عدد دوراهی همانندسازی
2. دو عدد آنزیم هلیکاز
3. چهار عدد آنزیم DNA پلی مراز

دلایل دقت زیاد همانندسازی DNA:

1. تا حدود زیادی رابطه مکمل بین نوکلئوتید ها
2. عمل ویرایش (توسط DNA پلی مراز)

آنزیم DNA پلی مراز دارای دو خاصیت است:

الف) فعالیت پلی مرازی: ایجاد پیوند بین نوکلئوتید ها هنگام همانندسازی (تشکیل پیوند فسفودی استر)

ب) فعالیت نوکلئازی: شکستن پیوند بین نوکلئوتید ها هنگام ویرایش (شکستن پیوند فسفودی استر)

فعالیت پلی مرازی را با انجام واکنش سنتز آبدهی انجام میشود ( انرژی خواه_ تولید آب_ کاهش فشار اسمزی)

فعالیت نوکلئازی را با انجام واکنش آب کافت (هیدرولیز) انجام میدهد (انرژی زا_ مصرف آب_ افزایش فشار اسمزی)

اگر یک نوکلئوتید به صورت اشتباه در رشته جدید قرار گیرد، DNA پلی مراز بلافاصله پس از تشکیل پیوند فسفودی استر، برگشته و با شکستن پیوند فسفودی استر، نوکلئوتید اشتباه را حذف کرده و نوکلئوتید صحیح را جایگزین میکند.

هر آنزیم هلیکاز فقط پیوندهای هیدروژنی بین دو رشته را میشکند پس با هر دو رشته سروکار دارد.

هر آنزیم DNA پلی مراز، در یک رشته پیوند فسفودی استر را هم تشکیل میدهد و هم می تواند بسازد.

اطلاعات وراثتی پروکاریوت ها

1. پروکاریوت ها، همه باکتری ها را شامل میشوند.
2. دو نوع فام تن (کروموزوم) دارند:

الف) فام تن اصلی که بزرگ تر است.

ب) فام تن کمکی ( دیسک (پلازمید))

هر دو نوع فام تن، به شکل حلقوی هستند ( DNA آنها نیز حلقوی است)

فام تن اصلی به غشای سلول وصل است.

دیسک حاوی اطلاعاتی است که ویژگی های اضافه تری به باکتری میدهد (کثلا مقاومت به آنتی بیوتیک)

1. پروکاریوت ها، همه باکتری ها را شامل میشوند.
2. دو نوع فام تن (کروموزوم) دارند:

الف) فام تن اصلی که بزرگ تر است.

ب) فام تن کمکی ( دیسک (پلازمید))

هر دو نوع فام تن، به شکل حلقوی هستند ( DNA آنها نیز حلقوی است)

فام تن اصلی به غشای سلول وصل است.

دیسک حاوی اطلاعاتی است که ویژگی های اضافه تری به باکتری میدهد (کثلا مقاومت به آنتی بیوتیک)

1. بیشتر ماده وراثتی یاخته یوکاریوت به صورت فام تن های خطی است و درون هسته قرار گرفته است.
2. مقدار کمی نیز DNA به صورت حلقوی است که درون میتوکندری و کلروپلاست قرار دارد.

به DNA موجود درون کلروپلاست و میتوکندری DNA سیتوپلاسمی میگویند.

در همانندسازی دو جهتی DNA حلقوی که یک نقطه آغاز همانندسازی دارد، 2 دو راهی ایجاد میشود.

درنهایت این دو راهی ها در یک نقطه به هم رسیده و همانندسازی پایان می یابد.

همانندسازی DNA در یوکاریوت ها پیچیده تر است، پون طول و مقدار DNA آنها بیشتر از پروکاریوت هاست پس هر DNA خطی حتما چندین نقطه همانندسازی دارد.

DNA یوکاریوتی بیشتر است پس در چند ام تن قرار گرفته است.

تعداد جایگاه های آغاز همانندسازی در DNA یوکاریوتی (DNA خطی)، متغیر و قابل تنظیم است.

تعداد جایگاه های آغاز همانندسازی در DNA یوکاریوتی (DNA خطی)، با توجه به مراحل رشد و نمو و سرعت تقسیم یاخته ای، تغییر میکند.

در مراحل مورولا و بلاستوسیست، تعداد نقاط آغاز همانندسازی بیشتر میشود چون سرعت تقسیم مولکولی بالاست. اما پس از تشکیل اندام های جنین، کاهش می یابد.

در یاخته های سرلادی گیاهان نیز تعداد چایگاه ها فراوان است چون به سرعت تقسیم میشوند.

اگر در یک مولکول DNA خطی، تعداد نقاط شروع همانندسازی n باشد:

1. تعداد حباب های همانندسازی n
2. تعداد دو راهی های همانندسازی 2n
3. تعداد آنزیم های DNA پلی مراز 4n
4. تعداد آنزیم های هلیکاز 2n

آزمایشی را طراحی و اجرا کردند تا تشخیص دهند کدام روش انجام می شود.

از ایزوتوپ سنگین نیتروژن (N15) استفاده کردند تا DNA قدیمی و جدید را از یکدیگر تشخیص دهند.

N15 چگالی بیشتری دارد )نسبت به N14) پس DNA هایی که در ساختار آنها N15 به کار رفته باشد نیز چگالی بالاتری خواهند داشت.

مولکول هایی با چگالی های مختلف را می توان با سانتریفیوژ (فراگریزانه) با سرعت بالا از یکدیگر جدا کرد. (محلول کلرید سزیم)

الف- باکتری ها را برای چندین مرحله رشد و تکثیر (چندین نسل) در محیطی کشت دادند که حاوی N15 بود.

نتیجه: تولید باکتری هایی که DNA آنها چگالی بالاتری دارد.

ب- انتقال باکتری ها به محیط حاوی N14

تقسیم یک باکتری به 2 باکتری تقریبا 20 دقیقه طول می کشد پس در فواصل منظم 20 دقیقه ای، باکتری هایی را از محیط کشت برداشته و چگالی DNA آن ها را اندازه گیری کردند (با سانتریفیوژ سرعت بالا در محلول سزیم کلرید)

DNA سنگین تر، سریع تر حرکت کرده و در بخش های پایین تر لوله آزمایش قرار می گیرد اما DNA سبک تر در بخش های بالاتر.

ج- مشاهدات مزلسون و استال:

1. در ابتدای آزمایش، یک نوار در ته لوله تشکیل می شود که مربوط به DNA است که هر دو رشته آن N15 دارند.
2. پس از 20 دقیقه (یک مرحله همانند سازی) ، یک نوار تشکیل می شود، که در میانه لوله قرار میگیرد و حاویDAN  است که یک رشته با N15 و یک رشته با N14 دارد.
3. پس از 40 دقیقه (دو مرحله همانند سازی) ، دو نوار تشکیل می شود. نوار پایین تر در میانه لوله که حاوی DNA است که یک رشته با N15 و یک رشته با N14 دارد. نوار بالاتر در بالای لوله که دارای DNA است که هر دو رشته حاوی N14 هستند.

کم خونی داسی شکل نوعي بيماري ارثي است.

علت این بيماري نوعي تغيير ژني است كه باعث مي شود پروتئين هموگلوبين حاصل از آن دچار تغيير شود.

این بیماری نتيجة تغيير در پروتئين هموگلوبين، تغيير شكل گويچه قرمز از حالت گرد به داسي شكل است.

تغيير ژني در بيماري كم خوني داسي شكل، بسيار جزئي است.            

در تغيير ژني بيماري كم خوني داسي شكل، تنها يك جفت از صدها جفت نوكلئوتيد دنا در افراد بيمار تغيير يافته است.

اين بيماري به نوعي، رابطة بين ژن و پروتئين را نشان مي دهد.

بعضي ژن ها مانند ژن سازنده هموگلوبين فقط در گويچه هاي قرمز بروز مي كنند.

واحد سازندة مولكول دنا، نوكلئوتيد است.

واحد سازندة پلي پپتيدها، آمينواسيد است.

دستورالعمل ساخت پلي پپتيدها در مولكول دنا قرار دارد، پس بايد بين نوكلئوتيدهاي ژن و آمينواسيدهاي پلي پپتيد، ارتباطي وجود داشته باشد.

دنا چگونه نوع آمينواسيدهاي پلي پپتيد را تعيين مي كند؟

در مولكول دنا، 4 نوع نوكلئوتيد وجود دارد كه فقط در نوع بازهاي آلي تفاوت دارند.

پلي پپتيدها از 20 نوع آمينواسيد تشكيل شده اند.

هر توالي 3 تايي از نوكلئوتيدهاي دنا، بيانگر نوعي آمينواسيد است.

با 4 نوع نوكلئوتيد به كار رفته در دنا، 64 توالي 3 نوكلئوتيدي مختلف ايجاد مي شود.

64 توالي 3 نوكلئوتيدي مختلف مي توانند رمز ساخت پلي پپتيدهايي با 20 نوع آمينواسيد را داشته باشند.

نقش مولكول رنا به عنوان ميانجي

پلي پپتيد ها بر اساس اطلاعات دنا و توسط رناتن ها (ريبوزوم ها) در سيتوپلاسم ساخته مي شوند.

در ياخته هاي داراي هسته( هو هسته اي ها)، چون رناتََن ها درون هسته حضور ندارند، فرايند ساخت پلي پپتيد در هسته انجام نمي شود.

اطلاعات دنا براي ساخت پلي پپتيد ضروري است و دنا هم از هسته خارج نمي شود.

دستورات ساخت پلي پپتيد توسط مولكول رنا به بيرون هسته منتقل مي شود.

انواعي از رنا در ياخته وجود دارند كه در پروتئين سازي نقش دارند.

انواعي از رنا ها از روي مولكول دنا ساخته مي شوند.

به ساخته شدن مولكول رنا از روي بخشي از يك رشته دنا، رونويسي گفته مي شود.

اساس رونويسي، شبيه همانندسازي است.      

در رونويسي نيز با توجه به نوكلئوتيدهاي رشتة دنا، نوكلئوتيدهاي مكمل در زنجيره رنا قرار مي گيرد و به هم متصل مي شوند.

در هر چرخة ياخته اي،فرايند همانندسازي يك بار انجام مي شود.

در هر چرخة ياخته اي، فرايند رونويسي از يك ژن مي تواند بارها انجام شود و چندين رشته رنا ساخته شود.

آنزيم هاي ويژه اي رونويسي را تسهيل مي كنند

در ياخته انواعي از رنا ساخته مي شود.

عمل رونويسي از دنا به كمك آنزيم ها انجام مي شود.

آنزيم هايي كه رونويسي انجام مي دهند را، تحت عنوان كلي رنابسپاراز نام گذاري مي كنند. 

در پيش هسته اي ها، يك نوع رنابسپاراز وظيفة ساخت انواع رنا را بر عهده دارد.

در هو هسته اي ها، انواعي از رنابسپاراز، ساخت رناهاي مختلف را انجام مي دهند.

رناي پيك(mRNA) توسط رنابسپاراز 2 ( RNAپليمرازII ) ساخته مي شود.

رناي ناقل(tRNA) توسط رنابسپاراز 3( RNAپليمرازIII )  ساخته مي شود.

رناي رناتنی (rRNA) توسط رنابسپاراز 1( RNAپليمرازI )  ساخته مي شود.

رونويسي فرايندي پيوسته است.           

براي سادگي موضوع، رونويسي را به سه مرحلة آغاز، طويل شدن و پايان تقسيم مي كنند.

آنزيم رنابسپاراز، عمل رونويسي را از بخشي از يك رشته دنا انجام مي دهد.

1- مرحلة آغاز

در اين مرحله، رنابسپاراز به مولكول دنا متصل مي شود و دو رشتة آن را از هم بازمي كند. ( پيوند هيدروژني را مي شكند)

 توالي راه انداز

توالي هاي نوكلئوتيدي ويژه اي هستند در دنا، كه رنابسپاراز آن ها را شناسايي مي كند.  

توالي راه انداز موجب مي شود تا رونويسي ژن از محل صحيح خود شروع شود.

توالي راه انداز موجب مي شود تا رنابسپاراز اولين نوكلئوتيد مناسب را به طور دقيق پيدا و رونويسي را از آنجا آغاز كند.

در اين مرحله بخش كوچكي از مولكول دنا باز و زنجيره كوتاهي از رنا ساخته مي شود.

نحوة عمل رنابسپاراز

ابتدا آنزيم با توجه به نوع نوكلئوتيد رشته الگوي دنا، نوكلئوتيد مكمل را در برابر آن قرار مي دهد ( ايجاد پيوند هيدروژني)

سپس اين نوكلئوتيد را به نوكلئوتيد قبلي رشته رنا متصل مي كند. ( ايجاد پيوند فسفودي استر)

در رونويسي، نوكلئوتيد يوراسيل دارِ رنا، به عنوان مكمل در برابر نوكلئوتيد آدنين دارِ دنا قرار مي گيرد.

2- مرحله طويل شدن

رنابسپاراز ساخت رنا را ادامه مي دهد كه در نتيجة آن، رنا طويل مي شود و مولكول رنابسپاراز به پيش مي رود.

 دو رشته دنا در جلوي رنابسپاراز، باز و در چندين نوكلئوتيد عقب تر، رنا از دنا جدا مي شود و دو رشتة دنا مجددا به هم مي پيوندند.

 در محل رونويسي و نواحي مجاور آنها حالتي شبيه حباب ايجاد مي شود كه به سوي انتهاي ژن پيش مي رود.

3- مرحله پايان

در دنا توالي هاي ويژه اي وجود دارد كه موجب پايان رونويسي توسط آنزيم رنابسپاراز مي شوند.

در محل توالي پايان رونويسي، آنزيم رنابسپاراز از مولكول دنا و رناي تازه ساخت جدا و دو رشتة دنا به هم متصل مي شوند.

فقط يكي از دو رشتة دنا در هر ژن رونويسي مي شود

ژن بخشي از مولكول دناي دو رشته اي است ولي رونويسي از روي هردو رشته يك ژن انجام نمي شود.

اگر از روي دو رشتة يك ژن رونويسي انجام مي شد، مسلماً رنا و پلي پپتيد ساخته شده از روي دو رشتة مكمل دنا بسيار متفاوت مي شدند.

براي هر ژن خاص، هميشه و فقط يكي از دو رشته رونويسي مي شود.

رشته الگو : به بخشي از رشته دنا كه مكمل رشته رناي رونويسي شده است رشته الگو مي گويند. 

رشته رمزگذار: به رشته مكملِ رشتة الگو در مولكول دنا، رشته رمزگذار گفته مي شود.

توالي نوكلئوتيدي رشتة رمزگذار، شبيه رشتة رنايي است كه از روي رشته الگوي ساخته مي شود.

تفاوت رشتة رنا با رشتة رمزگذار در نوكلئوتيدهاي مورد استفاده است.

به جاي نوكلئوتيد تيمين دار در دنا، نوكلئوتيد يوراسيل دار در رنا قرار دارد.

• همانطور که در شکل مشاهده میشـود، فقـط یکـی از دو رشـته هـر ژن رونویسی میشود.

در ياخته هاي يوكاريوتي، رناي ساخته شده در رونويسي با رنايي كه در سيتوپلاسم وجود دارد تفاوت هايي دارد.

اين تغييرات در بسياري از رناهاي يوكاريوتي انجام مي شود و اين مولكول ها( رنا ها) براي انجام كارهاي خود دستخوش تغييراتي مي شوند.

تغييرات رناي پيك

رناي پيك ممكن است دستخوش تغييراتي در حين رونويسي و يا پس از رونويسي شود.

يكي از تغييراتي كه در يوكاريوت ها و پس از رونويسي متداول است، حذف بخش هايي از مولكول رناي پيك است.

فرايند پيرايش: در بعضي ژن ها، توالي هاي معيني از رناي ساخته شده، جدا و حذف مي شود و ساير بخش هاي رنا به هم متصل مي شوند و يك رناي پيك يكپارچه مي سازند.

فرايند پيرايش، هنگامي آشكار شد كه دانشمندان، يك رناي پيك درون سيتوپلاسم را با رشتة الگوي ژن آن در دنا مجاورت دادند.

ديدند:

1- بخش هايي از دناي الگو با رناي رونويسي شده، دو رشته مكمل را تشكيل مي دهند.

2-  ولي بخش هايي نيز فاقد مكمل باقي مي مانند.

بخش هايي كه فاقد مكمل باقي مي مانند، ( ميانه يا اينترون) به صورت حلقه هايي بيرون از مولكول دو رشته اي قرار مي گيرند.

ميانه (اينترون): به نواحي كه درمولكول دنا وجود دارد ولي رونوشت آن در رناي پيك سيتوپلاسمي حذف شده ميانه(اينترون)مي گويند.

بيانه ( اگزون): به بخش هايي از مولكول دنا، كه رونوشت آنها در رنا حذف نمي شوند بيانه(اگزون)گفته مي شود. 

رناي نابالغ (رناي اوليه): رناي رونويسي شده از رشته الگو، در ابتدا داراي رونوشت هاي ميانة دنا است. به اين رنا، رناي نابالغ گفته مي شود.

رناي بالغ:  با حذف اين رونوشت ها ( ميانه ها)  از رناي اوليه و پيوستن بخش هاي باقي مانده به هم( بيانه ها)، رناي بالغ ساخته مي شود.

شدت و ميزان رونويسي

ميزان رونويسي يك ژن به مقدار نياز ياخته به فراورده هاي آن ژن بستگي دارد.

بعضي ژن ها، مانند ژن هاي سازنده رناي رِناتَني(rRNA) در ياخته هاي تازه تقسيم شده بسيار فعال اند.

در ياخته هاي تازه تقسيم شده بايد تعداد زيادي رناي رِناتَني (rRNA ) ساخته شود  .

ژن هايي كه به مقدار زيادي به فراوردي آن نياز است، هم زمان( پشت سر هم) تعداد زيادي رنابسپاراز از روي همان ژن رونويسي مي كنند.

در زير ميكروسكوپ الكتروني، اندازه رناهاي ساخته شده از يك ژن، متفاوت ديده مي شود.

 دليل تفاوت در اندازة رناهاي در حال ساخت از روي يك ژن: زيرا در هر زمان، رنابسپارازها در مراحل مختلفي از رونويسي از روي اين ژن هستند.

 در تصاوير (تصوير هاي گرفته شده به كمك ميكروسكوپ الكتروني)، رناها از اندازة كوتاه به بلند ديده مي شوند.

رناهاي بلند در حال ساخت از روي يك ژن، در انتهاي مراحل رونويسي هستند. ( رونويسي از روي ژن زود تر شروع شده است.)

رناهاي كوتاه در حال ساخت از روي يك ژن، در ابتداي مراحل رونويسي هستند. ( رونويسي از روي ژن ديرتر شروع شده است.)

پلي پپتيدها از مهم ترين فراورده هاي ژن ها هستند.

پروتئين ها اعمال مختلفي را در بدن انجام مي دهند.  

ژن ها و پروتئين هاي حاصل از آن، صفات را ايجاد مي كنند.

تبديل زبان نوكلئيك اسيدي رنا به پلي پپتيدي

در فرايند رونويسي از روي توالي هاي دنا، رنا ساخته مي شود كه هر دو از نوكلئوتيد تشكيل شده اند.

در ساختار پلي پپتيدها، آمينواسيد وجود دارد.

رمزه( كدون): توالي هاي 3 نوكلئوتيدي رناي پيك؛ كه تعيين مي كند كدام آمينواسيدها بايد در ساختار پلي پپتيد قرار بگيرد.

در ياخته 64 نوع رمزه(كدون) وجود دارد.

رمزه آمينواسيدها درهمة جانداران يكسان اند.

رمزة پايان: رمزه هاي UAG ، UGA ،UAA هيچ نوع آمينواسيدي را رمز نمي كنند كه به آنها مزة پايان مي گويند.

حضور رمزه هاي پايان در رناي پيك موجب پايان يافتن عمل ترجمه مي شود .

رمزة آغاز: توالي AUG است. رمزه اي است كه ترجمه از آن آغاز مي شود. اين رمزه، معرف آمينواسيد متيونين نيز است

عوامل لازم در ترجمه

ترجمه نيازمند عوامل مختلفي است.     

در ترجمه براساس رمزه هاي رناي پيك (كدون هاي mRNA)، پلي پپتيد خاصي ساخته مي شود.

مواد اوليه مصرفي در ترجمه، آمينواسيدها هستند.

رِناتَن ها(ريبوزوم ها) و رناهاي ناقل(tRNA) از ديگر عوامل لازم در ترجمه هستند.

انرژي لازم براي تهيه پلي پپتيد هم از مولكول هاي پر انرژي مانند ATP به دست مي آيد. 

رناي ناقل(tRNA) مانند ساير رناها پس از رونويسي دچار تغييراتي مي شود.    

در ساختار نهايي رناي ناقل، نوكلئوتيدهاي مكمل مي توانند پيوند هيدروژني ايجاد كنند. 

به دليل ايجاد پيوند هاي هيدروژني، رناي تك رشته اي، روي خود تا مي خورد.

رناي ناقل در حالت فعال : تاخوردگي هاي مجددي پيدا مي كند كه ساختار سه بعدي را به وجود مي آورد.

در ساختار سه بعدي:

يك بخش محل اتصال آمينواسيد است. 

بخش ديگر، توالي 3 نوكلئوتيدي به نام پادرمزه (آنتي كدون) است.

هنگام ترجمه، اين توالي( پادرمزه يا آنتي كدون) با توالي رمزة مكمل خود پيوند هيدروژني مناسب برقرار مي كند.

رناهاي ناقل(tRNA) به جز در ناحيه پاد رمزه اي، در همه انواع، توالي هاي مشابهي دارند.

تعداد انواع پاد رمزه ها(آنتي كدون ها) كمتر از رمزه ها(كدون ها) است؛ مثلاً براي رمزه هاي پايان، رناي ناقل وجود ندارد

نحوة عمل رناي ناقل

مينواسيد به رناي ناقل(tRNA)   متصل مي شود.

در ياخته ها، آنزيم هاي ويژه اي وجود دارند كه براساس نوع توالي پادرمزه(آنتي كدون)، آمينواسيد مناسب را به رناي ناقل متصل مي كند.

آنزيم هاي ويژه، با تشخيص رمزهپاد (آنتي كدون) در رناي ناقل(tRNA)  ،آمينواسيد مناسب را يافته و به آن وصل مي كند.

فراينداتصال آمينواسيد به رناي ناقل(tRNA) نيازمند انرژي است.

 نحوۀ پیوستن آمینواسید به رنای ناقل مربوط به خود توسط آنزیم ویژه آن

رِناتَن در ساخت پلي پپتيد نقش دارد.

رِناتَن ها ازدو زير واحد تشكيل شده است.

هر زير واحد نيز از رنا و پروتئين تشكيل شده است.

رناي رِناتَني (rRNA) به وسيله رنابسپاراز 1 ) RNAپليمرازI (ساخته مي شود.

در ياخته، پروتئين هاي رِناتَني(ريبوزومي) ساخته مي شوند.

رناي مربوط به رناتن ها( ريبوزوم ها) و پروتئين هاي رناتني در كنار هم قرار گرفته و زير واحد كوچك و بزرگ رِناتَن(ريبوزوم) را مي سازند.

رِناتَن(ريبوزوم) در ساختار كامل خود، سه جايگاه به نام E وP، Aدارد.

ترجمه فرايندي پيوسته است. براي سادگي در يادگيري آن را به سه مرحلة آغاز، طويل شدن و پايان تقسيم مي كنند

-1  مرحله آغاز

بخش هايي از رناي پيك(mRNA) ،زير واحد كوچك رِناتَن(ريبوزوم) را به سوي رمزة آغاز، هدايت مي كند.

 رناي ناقلي(tRNA) كه مكمل توالي رمزه آغاز (كدون آغاز) است به رمزة آغاز (كدون آغاز) متصل مي شود. (پيوند هيدروژني(

با افزوده شدن زير واحد بزرگ رِناتَن(ريبوزوم) به اين مجموعه ( زير واحد كوچك و رناي پيك((mRNA)  ، ساختار رِناتَن(ريبوزوم) كامل مي شود .

جايگاه P در رِناتَن، محل قرارگيري رناي ناقل(tRNA) داراي آمينواسيد است.

جايگاه P در ابتدا توسط رناي ناقل (tRNA) متيونين اشغال مي شود .

جايگاه A محل قرارگيري رناي ناقل(tRNA) بعدي و آمينواسيد متصل به آن خواهد بود.

پيوند پپتيدي در جايگاه A برقرار مي شود.

جايگاه E محل خروج رناي ناقل بدون آمينواسيد است.

در مرحله آغاز فقط جايگاهP پر مي شود و جايگاه A و جايگاه E خالي مي ماند.

2 - مرحلة طويل شدن

در اين مرحله ممكن است رناهاي ناقل(tRNA) مختلفي وارد جايگاه A رِناتَن شوند.

البته فقط رنايي كه مكمل رمزة(كدون) جايگاه A است، استقرار پيدا مي كند.

رنايي كه مكمل رمزة(كدون) جايگاه A است، استقرار پيدا مي كند.

سپس آمينواسيدجايگاه P از رناي ناقل(tRNA) خود جدا مي شود و با آمينواسيد جايگاه A پيوند برقرار مي كند. (پيوند پپتيدي)

پس از آن رنِاتَنَ(ريبوزوم) به اندازة يك رمزه(كدون) به سوي رمزه پايان(كدون پايان) پيش مي رود. 

رناي ناقل كه حامل رشت ة پپتيدي در حال ساخت است در جايگاه P قرار مي گيرد(علت نام گذاري جايگاه P) و جايگاه A خالي مي شود.

وقتي جايگاه A خالي شود، پذيراي رناي ناقل(tRNA) بعدي خواهد شد.

رناي ناقل(tRNA) بدون آمينواسيد نيز در جايگاهE قرار مي گيرد و سپس از اين جايگاه خارج مي شود.

اين فرايند بارها تكرار مي شود و طول زنجيرة آمينواسيدي بيشتر مي شود تا رنِاتَن به يكي از رمزه هاي پايان (كدون هاي پايان) برسد.

-3 مرحلة پايان

با ورود يكي از رمزه هاي پايان ترجمه در جايگاه A ،اين جايگاه توسط پروتئين هايي به نام عوامل آزادكننده اشغال مي شود.

براي رمز هاي پايان(كدون هاي پايان)، رناي ناقل مكمل وجود ندارد. (رمز هاي پايان، پادرمزة (آنتي كدون) مكمل ندارند.)

عوامل آزادكننده باعث جا شدن پلي پپتيد از آخرين رناي ناقل(tRNA (مي شوند.

عوامل آزادكننده باعث جدا شدن زيرواحدهاي رِناتَن (ريبوزوم) از هم و آزاد شدن رناي پيك(mRNA) مي شوند.

زيرواحدهاي رِناتَن ها(ريبوزوم) مي توانند مجددا اين مراحل را تكرار كنند تا چندين نسخه از يك پلي پپتيد ساخته شود.

ممكن است پروتئين ها در بخش هاي مختلفي از يك ياخته ساخته شوند.

به طور كلي پروتئين سازي در هر بخشي از ياخته كه رِناتَن ها(ريبوزوم ها) حضور داشته باشند مي تواند انجام شود.

پروتئين هاي ساخته شده در سيتوپلاسم سرنوشت هاي مختلفي پيدا مي كنند.

بعضي از پروتئين ها به شبكة آندوپلاسمي و دستگاه گلژي مي روند و  ممكن است:

براي ترشح، به خارج  از سلول بروند.

به بخش هايي مثل كُرُيچه (واكوئل) وكافنده تن(ليزوزوم) بروند.

بعضي از پروتئين ها در سيتوپلاسم مي مانند.

بعضي از پروتئين ها به راكيزه(ميوكندري)، هسته و يا ديسه ها (پلاست ها) مي روند.

براساس مقصدي كه پروتئين بايد برود، توالي هاي آمينواسيدي در آن پروتئين خاص وجود دارد كه  آن پروتئين را به مقصد خود هدايت میکند.

سرعت و مقدار پروتئين سازي

به طور كلي سرعت و مقدار پروتئين سازي در ياخته ها بسته به نياز ياخته، تنظيم مي شود.

در پيش هسته اي ها پروتئين سازي حتي ممكن است پيش از پايان رونويسي رناي پيك (mRNA (آغاز شود.

طول عمر رناي پيك (mRNA) در ياخته هاي پيش هسته اي(پروكاريوت) كم است.

براي پروتئين هايي كه به مقدار بيشتري مورد نيازند، ساخت پروتئين ها، به طور هم زمان و پشت سر هم توسط مجموعه اي از رِناتَن ها انجام مي شود. اگر پروتئيني به مقدار بيشتري مورد نياز باشد، مجموعه اي از رِناتَن ها تعداد بيشتري از آن پروتئين را در واحد زمان مي سازند.

در اين مجموعه( مجموعه اي از رناتن ها) ، رِناتَن ها مانند دانه هاي تسبيح و رناي پيك شبيه نخي است كه از درون اين دانه ها مي گذرد.

همكاري جمعي رِناتَن ها به پروتئين سازي سرعت بيشتري مي دهد .

در ياخته هاي هو هسته اي ها(يوكاريوت)، تجمع رِناتَن ها نيز ديده مي شوند.

در ياخته هاي هوهسته اي ها، ساز و كارهايي براي حفاظت رناي پيك در برابر تخريب وجود دارد.

ساز و كارهايي براي حفاظت رناي پيك در برابر تخريب، موجب فرصت بيشتري براي پروتئين سازي هست.

در مجموع، اين عوامل(ساز و كارهايي براي حفاظت رناي پيك در برابر تخريب) موجب طولاني تر شدن عمر رناي پيك پيش از تجزيه مي شود.

همه ياخته هاي پيكري بدن از تقسيم رشتمان( تقسيم ميتوز) ياخته تخم ايجاد مي شوند.

ياخته هاي حاصل از يك تخم، از نظر فام تني (كروموزومي) و ژن ها يكسان اند.

در ادامة تقسيمات و رشد جنين، ياخته هاي متفاوتي ايجاد مي شوند كه اعمال مختلفي انجام مي دهند.

ياخته هاي عصبي و ماهيچه اي بدن يك فرد، ژن هاي يكساني دارند ولي داراي عملكرد و شكل متفاوتي هستند.

دليل تفاوت در ياخته هاي حاصل از يك تخم: در هر ياخته تنها تعدادي از ژن ها فعال و ساير ژن ها غير فعال هستند.

بيان ژن ( روشن شدن ژن): هرگاه اطلاعات ژني در يك ياخته مورد استفاده قرار بگيرد، آن ژن بيان شده و به اصطلاح روشن است.

بيان نشدن ژن ( خاموش شدن ژن):  ژني كه مورد استفاده قرار نمي گيرد خاموش است و به اصطلاح بيان نشده.

مقدار، بازه و زمان استفاده از ژن در ياخته هاي مختلف يك جاندار ممكن است فرق داشته باشد .

مقدار، بازه و زمان استفاده از ژن در يك ياخته از يك جاندار هم نيز بسته به نياز متفاوت است.

فرايندهاي تنظيم بيان ژن:        

تعريف: به فرايندهايي كه تعيين مي كنند در چه هنگام، به چه مقدار و كدام ژن ها بيان شوند و يا بيان نشوند.

تنظيم بيان ژن فرايندي بسيار دقيق و پيچيده است و عوامل متعددي ممكن است بر آن اثر بگذارند.

تنظيم بيان ژن موجب مي شود تا جاندار به تغييرات پاسخ دهد.

مثال: در گياه، نور مي تواند باعث فعال شدن ژن سازندة آنزيمي شود كه در فتوسنتز مورد استفاده قرار مي گيرد. در نبود نور اين ژن بيان نمي شود .         

تنظيم بيان ژن مي تواند موجب ايجاد ياخته هاي مختلفي از يك ياخته شود.

مثال:  ياخته هاي متفاوتي كه از ياخته هاي بنيادي مغز استخوان ايجاد مي شوند.

محصول ژن، رنا و پروتئين است.

تغيير در فعاليت ژن ها، بر ساخت رنا و پروتئين نيز اثر مي گذارد.

تنظيم بيان ژن در پروكاريوت ها مي تواند در هر يك از مراحل ساخت رنا و پروتئين تأثير بگذارد.

ولي به طور معمول تنظيم بيان ژن در مرحلة رونويسي انجام مي شود.

در مواردي هم ممكن است ياخته با تغيير در پايداري (طول عمر) رنا يا پروتئين، فعاليت آن را تنظيم كند.

عواملي به پيوستن رنابسپاراز به توالي راه انداز كمك مي كنند و يا از اين كار جلوگيري مي كنند.

كمك عواملي به پيوستن رنابسپاراز به توالي راه انداز، رونويسي  از ژن را   تسهيل مي كند.

جلوگيري عواملي از پيوستن رنابسپاراز به توالي راه انداز، رونويسي  از ژن  را ممانعت مي كند.

مثال: با اتصال پروتئين هاي خاصي به بخشي از دنا كه سر راه رنابسپاراز است، از انجام رونويسي جلوگيري مي شود.

نمونة اين نوع تنظيم، در نوعي باكتري به نام اشرشيا كلاي شناخته شده است.

قند مصرفي ترجيحي باكتري اشر شيا كلاي گلوكز است.

اگر گلوكز در محيط باكتري وجود نداشته باشد ولي قند لاكتوز وجود داشته باشد، باكتري مي تواند از اين قند استفاده كند.

لاكتوز متفاوت از گلوكز بوده است و آنزيم هاي لازم براي مصرف لاكتوز نيز متفاوت است.

وقتي لاكتوز در محيط وجود دارد: توليد آنزيم هاي تجزيه كننده لاكتوز  

وقتي لاكتوز در محيط وجود ندارد  يا كاهش يافته است: توقف يا كاهش توليد آنزيم هاي تجزيه كننده لاكتوز      

در پيش هسته اي ها بيان ژن به دو صورت منفي و مثبت تنظيم مي شود.

رونويسي با چسبيدن رنابسپاراز به راه اندازِ ژن شروع مي شود.

اگر مانعي بر سر راه رنابسپاراز وجود داشته باشد، رونويسي انجام نمي شود.

پروتئين مهار كننده: مانع پيش روي رنابسپاراز نوعي پروتئين به نام مهاركننده است.

پروتئين مهاركننده به توالي خاصي از دنا به نام اپراتور متصل مي شود و جلوي حركت رنابسپاراز را مي گيرد.

لاكتوز موجود در محيط، به باكتري وارد مي شود و با اتصال به مهاركننده، شكل آن را تغيير مي دهد.

تغيير شكل مهاركننده، آن را از اپراتور جدا مي كند و نيز مانع از اتصال مهاركننده به اپراتور مي شود.

با برداشته شدن مانع سر راه، رنابسپاراز مي تواند رونويسي ژن ها را انجام دهد.

محصولات اين ژن ها تجزيه لاكتوز را ممكن مي كند .

در اين نوع تنظيم، پروتئين هاي خاصي به رنابسپاراز كمك مي كنند تا بتواند به راه انداز متصل شود و رونويسي را شروع كند.

مثال اين نوع تنظيم نيز در باكتري اشرشياكلاي وجود دارد.

اگر در محيط باكتري، قند مالتوز وجود داشته باشد، درون باكتري آنزيم هايي ساخته مي شوند كه در تجزية مالتوز دخالت دارند.

در عدم حضور مالتوز اين آنزيم ها ساخته نمي شوند چون باكتري نيازي به آنها ندارد .

تنظيم رونويسي در مورد ژن هايي كه منجر به توليد آنزيم هاي تجزيه كنندة مالتوز مي شوند، به صورت مثبت انجام مي شود.

در حضور قند مالتوز، انواعي از پروتئين به نام فعال كننده وجود دارند كه به توالي هاي خاصي از دنا متصل مي شوند.

توالي هايي خاصي از دنا كه پروتئين فعال كننده به آن متصل مي شود، جايگاه اتصال فعال كننده گفته مي شود.

در حضور مالتوز در محيط، پروتئين فعال كننده به جايگاه خود(جايگاه اتصال فعال كننده) متصل مي شود.

پس از اتصال، پروتئين فعال كننده به رنابسپاراز كمك مي كند تا به راه انداز متصل شود و رونويسي را شروع كند.

عاملي كه سبب مي شود كه فعال كننده به جايگاه خود بچسبد، مالتوز است.

اتصال مالتوز به فعال كننده باعث پيوستن فعال كننده به جايگاه اتصال شده و رونويسي شروع مي شود.

تنظيم بيان ژن در هو هسته اي(يوكاريوت) ها پيچيده تر از پيش هسته اي(پروكاريوت) هاست.

تنظيم بيان ژن در هو هسته اي ها مي تواند در مراحل بيشتري انجام شود.

ياخته هاي هو هسته اي به وسيلة غشاها به بخش هاي مختلفي تقسيم شده اند.      

اگر ياخته بخواهد نسبت به يك ماده واكنش نشان دهد بايد عوامل به طريقي از غشاها عبوركنند و ژن ها را تحت تأثير قرار دهند.

در ياخته هاي هو هسته اي، بيشتر ژن ها درهسته و برخي در راكيزه و ديسه ها قرار دارند.

در هر يك از اين محل ها ( هسته، راكيزه، ديسه)، ياخته مي تواند بر بيان ژن نظارت داشته باشد.

تنظيم بيان ژن در هو هسته اي ها مي تواند در مراحل متعددي انجام شود.

در هو هسته اي ها نيز مانند پيش هسته اي ها، رونويسي با پيوستن رنابسپاراز به راه انداز آغاز مي شود.     

عوامل رونويسي:           

در هو هسته اي ها رنابسپاراز نمي تواند به تنهايي راه انداز را شناسايي كند.  

در هو هسته اي ها رنابسپاراز براي پيوستن به راه انداز نيازمند پروتئين هايي به نام عوامل رونويسي  هستند.        

گروهي از عوامل رونويسي با اتصال به نواحي خاصي از راه انداز، رنابسپاراز را به محل راه انداز هدايت مي كنند.

چون تمايل پيوستن عوامل رونويسي به راه انداز در اثر عواملي تغيير مي كنند، مقدار رونويسي ژن آن هم تغيير مي كند.

توالي افزاينده : 

در هو هسته اي ها ممكن است عوامل رونويسي ديگري! به بخش هاي خاصي از دنا به نام توالي افزاينده متصل شو   

با پيوستن عوامل رونويسي ديگر! به توالي افزاينده و با ايجاد خميدگي در دنا، عوامل رونويسي در كنار هم قرار مي گيرند.

كنار هم قرارگيري اين عوامل (عوامل رونويسي و عوامل رونويسي ديگر!)، سرعت رونويسي را افزايش مي دهند.   

توالي هاي افزاينده متفاوت از راه انداز هستند و ممكن است در فاصلة دوري از ژن قرار داشته باشند.

اتصال اين پروتئين ها(عوامل رونويسي) بر سرعت و مقدار رونويسي ژن مؤثر است. 

در هو هسته اي ها تنظيم بيان ژن مي تواند پيش از رونويسي يا پس از رونويسي انجام شود.

مثالي از تنظيم بيان ژن پس از رونويسي:

اتصال بعضي رناهاي كوچك مكمل به رناي پيك

با اين اتصال، از كار رِناتَن(ريبوزوم) جلوگيري مي شود.

در نتيجه، عمل ترجمه متوقف و رناي ساخته شده پس از مدتي تجزيه مي شود.

مثالي از تنظيم بيان ژن پيش از رونويسي:

اين روش در سطح فام تني(كروموزومي) است .

به طور معمول بخش هاي فشرده فام تن كمتر در دسترس رنابسپارازها قرار مي گيرند.

ياخته ها مي تواند با تغيير در ميزان فشردگي فام تن در بخش هاي خاصي، دسترسي رنا بسپاراز را به ژن مورد نظر تنظيم كند .

ارتباط به طول عمر رناي پيك دارد .

افزايش طول عمر رناي پيك موجب افزايش محصول مي شود .

اين فرايندها (افزايش طول عمر رناي پيك) در ميزان پروتئين سازي مؤثر خواهند بود .

شيوه هاي ديگري نيز در تنظيم بيان ژن مؤثرند كه نحوه عمل بسياري از آنها ناشناخته است.

شباهت بين فرزندان و والدين، گوياي آن است كه ويژگي هاي والدين به نحوي به فرزندان منتقل مي شود.          

در توليد مثل جنسي ارتباط بين نسل ها را كامه ها (گامت ها) برقرار مي كنند.

ويژگي هاي هريك از والدين توسط دستورالعمل هايي كه در دناي موجود در كامه ها قرار دارد، به نسل بعد منتقل مي شود.

پيش از كشف قوانين وراثت، تصور بر آن بود كه صفات فرزندان، آميخته اي از صفات والدين و حد واسطي از آنهاست.         

مثلا اگر يكي از والدين بلندقد و ديگري كوتاه قد باشد، فرزند آنان قدي متوسط خواهد داشت.

مشاهدات متعدد نشان داد كه اين تصور درست نيست.         

در اواخر قرن نوزدهم، زماني كه هنوز ساختار و عمل دنا و ژن ها معلوم نبود.

در اواخر قرن نوزدهم، گريگور مندل توانست قوانين بنيادي وراثت را كشف كند.        

به كمك قوانين مندل مي شد صفات فرزندان را پيش بيني كرد.

هر يك از ما ويژگي هايي داريم كه ما را با آنها مي شناسند.

بعضي از اين ويژگي هايي كه توسط آنها شناخته مي شويم، را از والدين خود دريافت كرده ايم.

مثال هايي از ويژگي هاي ارثي: رنگ چشم، رنگ مو، گروه خوني

مثال هايي از ويژگي هاي غير ارثي: تغيير تيره شدن رنگ پوست، به علت قرارگرفتن در معرض آفتاب

علم ژن شناسي (ژنتيك)، شاخه اي از زيست شناسي كه به چگونگي وراثت صفات از نسلي به نسل ديگر مي پردازد.

صفت: در علم ژن شناسي( ژنتيك)، ويژگي هاي ارثي جانداران را صفت مي نامند.

هر يك از صفات به شكل هاي مختلفي ديده مي شوند.         

رنگ چشم ممكن است به رنگ مشكي، قهوه اي، سبز يا آبي باشد.

حالت مو ممكن است به شكل صاف، موج دار يا فر ديده شود.

به انواع مختلف يك صفت، شكل هاي آن صفت مي گويند.

وقتي مي گويند گروه خوني شخصي +A است در واقع «دو » گروه خوني را براي او مشخص كرده اند.

الف) گروه خوني ABO

ب) گروه خوني R

گروه خوني Rh

گروه خوني Rh بر اساس بودن يا نبودن پروتئينD است كه در غشا گويچه هاي خوني قرمز جاي دارد.

گروه خونيRh مثبت : اگر پروتئينD در غشا گويچه هاي خوني وجود داشته باشد، گروه خونيRh مثبت است .

گروه خونيRh منفي:  اگر پروتئينD در غشا گويچه هاي خوني وجود داشته باشد، گروه خونيRh منفي است.

بود و نبود پروتئينD به نوعي ژن بستگي دارد .

دو ژن در ارتباط پروتئينD ، در ميان مردم ديده . مي شود

ژن : D ژني كه مي تواند پروتئينD را بسازد .

ژن : d ژني كه نمي تواند پروتئينD را بسازد .

ژن D و ژن d ،جاي مشخصي در فام تن (كروموزوم) دارند.

ژن D و ژن d ،هر دو، جاي يكساني از فام تن (كروموزوم)  شماره 1 را به خود اختصاص داده اند.

توجه داشته باشيد كه هر فام تن(كروموزوم) شماره 1 در اين جايگاه فقط يكي از ژن هاي D يا d را دارد نه هردو را.

به اين جايگاه از فام تن (كروموزوم) شماره1 ، جايگاه ژن هاي Rh مي گويند

دگره ( الل) : به D و d كه شكل هاي مختلف صفت Rh را تعيين مي كنند و هر دو جايگاه ژني يكساني دارند؛ دگره (الل) مي گويند.

از آنجا كه هر كي از انسان ها دو فام تن (كرروموزوم) شماره 1 داريم، پس دو دگره ( الل) هم براي ژن Rh داریم.

ممكن است در فردي هر دو فام تنِ شمارة 1 دگره ( الل) D را داشته باشند. (فرد براي اين صفت خالص است.) (DD)

ممكن است در فردي هر دو فام تنِ شمارة 1 دگره ( الل) d را داشته باشند. ( فرد براي اين صفت خالص است.) (dd)

ممكن است در فردي در فام تن هاي شمارة 1 ،يك فام تن D را داشته باشد و فام تن ديگر d را داشته باشد. ( فرد براي اين صفت ناخالص است(Dd) (

در سه فرد متفاوت

گروه خوني فردي كه DD است، مثبت است.   

گروه خوني فردي كه Dd است؛ مثبت است.   

گروه خوني فردي كه dd است، منفي است.    

افراد ناخالص، گروه خوني مثبت را خواهند داشت.

اگر دو دگره Dو d كنار هم قرار بگيرند، اين آلل D است كه بروز مي كند.        

دگره (الل) D بارز است  و طبق قرارداد، دگره بارز را با حرف بزرگ نشان مي دهند.     

دگرة (الل) d نهفته است  و طبق قرارداد، دگره بارز را با حرف كوچك نشان مي دهند.

بين دگره ها رابطة بارز و نهفتگي برقرار است.

توضيح علت رابطة بارز و نهفتگي دگره هاي گروه خوني Rh كار آساني است.  

داشتن تنها يك دگره D كافي است تا در غشاي گويچه هاي قرمز پروتئين D مشاهده شود.   

خوني فردي كه براي اين صفت ناخالص است، مثبت خواهد شد.

ژن نمود (ژنوتيپ) : تركيب دگره ها(الل ها) را در فرد است .

رخ نمود (فنوتيپ): شكل ظاهري يا حالت بروز يافته صفت در فرد است.

گروه خوني ABO

در گروه خوني ABO خون به چهار گروه A ،B ،AB ،O گروه بندي می شود.

اين گروه بندي بر مبناي بودن يا نبودن دو نوع كربوهيدرات به نام هاي A وB در غشاي گويچه هاي قرمز است.

اضافه شدن كربوهيدرات هاي A وB به غشاي گلبول قرمز، يك واكنش آنزيمي است.            

دو نوع آنزيم وجود دارد:          

• آنزيم A كه كربوهيدرات A، را به غشا اضافه مي كند.         
• آنزيم B كه كربوهيدرات B را به غشا اضافه مي كند.          

اگر هيچ يك از اين دو آنزيم وجود نداشته باشند، آن گاه هيچ كربوهيدراتي اضافه نخواهد شد.    

براي صفت گروه خوني ABO، سه دگره  وجود دارد.    

• ( دگرة A): دگره اي كه آنزيم A را مي سازد.            
• ( دگرة B): دگره اي كه آنزيم B را مي سازد.
• ( دگرة O): دگره اي كه هيچ آنزيمي نمي سازد.       

جايگاه ژن هاي گروه خوني در فام تن (كروموزوم) شماره 9 است.      

تشخيص رخ نمود براي ژن نمودهاي خالص AA وBBوOO آسان است.           

دگرة A نسبت به دگرة O بارز است.   

دگرة B نسبت به دگرة O بارز است.    

دگرة  Aو  دگرة B نسبت به هم توان هستند.

دگرة A همانI^A  است.           

دگرة B همانI^B  است.           

دگرة O همانi   است. 

 رابطة بارزيت ناقص: آن موقعي است كه صفت در حالت ناخالص، به صورت حدواسط حالت هاي خالص مشاهده می شود.

مثال: رنگ گل ميموني

دو دگره براي رنگ گل ميموني وجود دارد:       

دگرة قرمز (R) 

دگرة سفيد (W)

فام تن ها به دو دستة فامتن هاي غيرجنسي و فامتن هاي جنسي تقسيم مي شوند. 

فام تن هاي جنسي انسان  X وY  هستند.

صفت مستقل از جنس: صفاتي را كه جايگاه ژني آنها در يكي از فام تن هاي غيرجنسي قرار داشته باشد.

صفت وابسته به جنس: صفاتي را كه جايگاه ژني آنها در يكي از دو فام تن جنسي قرار داشته باشد. ( صفات وابسته به X)

وراثت صفات مستقل از جنس

Rh يك صفت مستقل از جنس است.

هر يك از پدر و مادر، از هر جفت فام تن همتا، تنها يكي را از طريق كامه ها (سلول هاي جنسي) به نسل بعد منتقل مي كنند. 

اگر پدر و مادر هر دو ژنوتيپ ( ژن نمود) Dd داشته باشند:

پدر از نظرRh دو نوع كامه توليد مي كنند: يكي كامه اي كه D دارد. و ديگري كامه اي كه d دارد.  o مادر از نظرRh دو نوع كامه توليد مي كنند: يكي كامه اي كه D دارد. و ديگري كامه اي كه d دارد. 

ژن نمود فرزندان به اين بستگي دارد كه كدام كامه ها با يكديگر لقاح پيداكنند. 

ژن نمود فرزندان را مي توان با روشي به نام مربع پانت به دست آورد. 

پانت نام دانشمندي است كه اين روش را پيشنهاد كرده است.

در روش مربع پانت، 

ابتدا گامت هاي والدين را به طور جداگانه در سطر و ستون يك جدول مي نويسيم.

 بعد خانه هاي جدول را با كنار هم قرار دادن كامه هاي سطر و ستون متناظر هم پر مي كنيم.

بايد توجه داشت كه ژن نمود هاي  Dd وdD يكسان اند. ( معمولاً ابتدا حرف بزرگ نوشته مي شود).

بنابراين هر فرزندي كه متولد مي شود مي تواند يكي از ژن نمود هاي DD و  Dd وdd را داشته باشد.

صفت وابسته به X ( صفت وابسته به جنس) 

صفات وابسته به جنس (وابسته به X ) : گاهي ژنِ صفتي كه بررسي مي شود در فام تن X قرار دارد. به اين صفات، وابسته به X مي گويند.

مثال: هموفيلي:

• يك بيماري وابسته به و نهفته است .
• دگرة ( الل) اين بيماري كه روي فام تن X قرار دارد نهفته است. 
•  در اين بيماري، فرايند لخته شدن خون دچار اختلال مي شود. 
• شايع ترين نوع هموفيلي مربوط است به فقدان عامل انعقادي VIII (هشت) است.
•  دگرة (الل) بيماري h است. ( دگرة نهفته)
•  دگرة (الل) سالم H  است. ( دگرة بارز)
• دگره ها به دليل وابسته به X بودن، به صورت بالا نويس X^H و  X^h  نوشته مي شود.

در فام تن (كروموزوم) Y  جايگاهي براي ژن دگره هاي H و h  وجود ندارد.

فرد ناقل :فردي است كه بيمار نيست (سالم است) اما ژن بيماري را دارد و مي تواند به نسل بعد منتقل كند.

مسئله : مردي هموفيل قصد دارد با زني ازدواج كند كه سالم است و ناقل هم نيست. زن مي خواهد بداند آيا ممكن است فرزند حاصل از اين ازدواج، هموفيل باشد؟

حل مسئله:

ژن نمود مرد هموفیلY X^h است و گامت هایی که تولید میکند Y  و  X^h  است.

ژن نمود سالم X^H X^H است و برای این صفت فقط یک نوع گامت X^H تولید میکند.

ژن نمود ها و رخ نمود های نسل های بعد را میتوان به کمک مربع پانت یافت.

صفت پيوسته: صفتي كه هر عددي براي آن بين يك حداقل و يك حداكثر، ممكن است باشد. مانند اندازة قد انسان.

صفت گسسته: صفتي كه تنها دو شكل از آن وجود دارد. مانند صفت  Rh در انسان

صفات تك جايگاهي : صفاتي هستند كه يك جايگاه ژن در فام تن دارند. 

رخ نمود صفات تك جايگاهي، غيرپيوسته است. 

مانند صفت گروههاي خوني ABO كه يك جايگاه مخص در كروموزوم شمارة 9 انسان دارند.

مثلاً رنگ گل ميموني يا سفيد، يا قرمز يا صورتي (بدون طيف) است.  

صفات چند جايگاهي: صفاتي هستند كه در بروز آنها بيش از يك جايگاه ژن شركت دارد.

صفات چند جايگاهي رخ نمود هاي پيوسته اي دارند.

مانند رنگ نوعي ذرت كه رنگ اين ذرت طيفي از سفيد تا قرمز است. 

صفت رنگ در نيا نوع ذرت صفتي با سه جايگاه ژني است.

هر كدام از جايگاه ها دو دگره )الل( دارند.

براي نشان دادن ژن ها در این سه جايگاه، از حروف بزرگ و كوچك A و B و C استفاده میکنیم.

برحسب نوع تركیب دگره ها، رنگ هاي مختلفي در اين نوع از ذرت ها ايجاد می شود.

دگره هاي بارز، رنگ قرمز را به وجود می آورند

دگره هاي نهفته، رنگ سفید را به وجود می آورند

دو آستانة طيف وجود دارد:

فنوتيپ خالص ( رخ نمود خالص) قرمز با ژنوتيپ ( ژن نمود) AABBCC

فنوتيپ خالص ( رخ نمود خالص) سفيد با ژنوتيپ ( ژن نمود) aabbcc   

در رخ نمود هاي ناخالص، هرچه تعداد دگره هاي بارز بیشتر باشد، مقدار رنگ قرمز  بیشتر است.

صفات چند جايگاهي رخ نمود هاي پیوسته يا دارند. يعني افراد جمعیت این ذرت، در مجموع طیف  پیوسته يا بین سفید و قرمز . هستند

نمودار توزیع فراواني این رخ نمود ها شبیه زنگوله است.

گاهي براي بروز يك رخ نمود تنها وجود ژن كافي نيست.

براي مثال در گياهان، ساخته شدن سبزينه علاوه بر ژن، به نور هم نياز دارد.

محيط انسان، شامل عوامل متعددي است.

تغذيه و ورزش عواملي محيطي اند كه مي توانند بر ظهور رخ نمود اثر بگذارند.

به عنوان مثال، قد انسان به تغذيه و ورزش هم بستگي دارد.

بنابراين نمي توان تنها از روي ژن ها، علت اندازه قد يك نفر را توضيح داد. 

در حال حاضر نمي توان بيماري هاي ژنتيك را درمان كرد (مگر در موارد معدود).

گاهي مي توان با تغيير عوامل محيطي، بروز اثر ژن هاي عامل بيماري هاي ژنتيكي را مهار كرد. 

مثال اين موضوع، بيماري فنيل كتونوري PKU است. 

در بيماري فنيل كتونوري

• آنزيمي كه آمينواسيد فنيل آلانين را مي تواند تجزيه كند وجود ندارد. 
•  تجمع فنيل آلانين در بدن به ايجاد تركيبات خطرناك منجر مي شود. 
• در اين بيماري، مغز آسيب مي بيند.
• خوشبختانه مي توان از بروز اين بيماري جلوگيري كرد. 
• علت بيماري فنيل كتونوري، تغذيه از پروتئين هاي حاوي فنيل آلانين است. 
• با تغذيه نكردن از خوراكي هايي كه فنيل آلانين دارند، مي توان مانع بروز اثرات اين بيماري شد.
•  فنيل كتونوري يك بيماري نهفته است. 
• وقتي نوزاد متولد مي شود، علائم آشكاري براي بيماري فنيل كتونوري ندارد. 
• تغذيه نوزاد مبتلا به فنيل كتونوري با شير مادر (كه حاوي فنيل آلانين است) به آسيب ياخته هاي مغزي او مي انجامد.
•  به همين علت، نوزادان را در بدو تولد از نظر ابتلاي احتمالي به اين بيماري، با انجام آزمايش خون بررسي مي كنند. 
•  در صورت ابتلا، نوزاد با شيرخشك هايي كه فاقد فنيل آلانين است تغذيه مي شود.

 در رژيم غذايي فرد مبتلا براي آينده، از رژيم هاي بدون (يا كم) فنيل آلانين استفاده مي شود.

در تصویر ابتدای فصل تغییر ژنتیک سبب تغییر در رنگ میوه هندوانه شده است .

هندوانه گیاهی درشت و یک ساله با ساقه های دراز ، کم دوام و خزنده می باشد.

گل های هندوانه تک پایه بوده و گل های نر و ماده آن به طور جداگانه روی یک بوته قرار دارند .

پایداری اطلاعات در سامانه های زنده یکی از ویژگی های ماده وراثتی است اما در عین حال ماده وراثتی به طور محدود تغییر پذیر است .

تغییر پذیری ماده وراثتی به صورت محدود سبب ایجاد گوناگونی (تنوع) شده و بقای جمعیت ها را در شرایط متغیر محیط افزایش می دهد .

تغییر پذیری محدود ماده وراثتی زمینه تغییر گونه ها را فراهم می کند .

تغییر پذیری ماده وراثتی سبب اثر گذاری بر فرد، جمعیت و گونه خواهد شد .

تغییر پذیری ماده وراثتی ممکن است مفید ، مضر یا خنثی باشد .

پیامدهای تغییر در ماده ژنتیک به طور کلی عبارتند از : 

تغییر در ماده ژنتیک ، ایجاد گوناگونی ، افزایش توان بقای جمعیت ها در شرایط متغیر محیطی ، فراهم ساختن زمینه تغییر گونه ها

ژن های سازنده هموگلوبین بر روی کروموزوم 11 (کروموزوم های اتوزومی) قرار دارند .

برای پروتئین هموگلوبین دو جایگاه ژنی بر روی کروموزوم 11 وجود دارد یکی جایگاه ساخت زنجیره آلفا و دیگری جایگاه ساخت زنجیره بتا .

در هر جایگاه ژنی دو الل وجود دارد . 

برای هر جایگاه ژنی سه ژنوتیپ وجود دارد .

هموگلوبین دو زنجیره آلفا و دو زنجیره بتا دارد. 

زنجیره های آلفا هر کدام 141 آمینواسید دارند و زنجیره های بتا 146 آمینواسید دارند  .

تغییر ماندگار در نوکلئوتیدهای ماده وراثتی (دنا) را جهش می نامند. 

بیماری کم خونی داسی شکل که در فصل قبل به آن پرداختیم نوعی بیماری ژنتیکی اتوزومی مغلوب است که مثالی از جهش مضر می باشد .

در کم خونی داسی شکل جهش در بخش اگزون ژن سازنده زنجیره بتا رخ می دهد .

در کم خونی داسی شکل، مولکول های هموگلوبین تغییر شکل می دهند که نتیجه آن تغییر شکل گلبول قرمز به حالت داسی است .

هموگلوبین سالم و تغییر شکل یافته تنها در آمینواسید ششم از زنجیره بتا با هم تفاوت دارند . 

هموگلوبین سالم در زنجیره بتا گلوتامیک اسید دارد در حالی که هموگلوبین تغییر شکل یافته به جای گلوتامیک اسید، آمینواسید والین دارد .

هموگلوبین سالم و تغییر شکل یافته فقط در یک آمینواسید با هم فرق دارند.

برای گلوتامیک اسید دو رمزه یا کدون وجود دارد یکی GAA و GAG  که رمزهای آن ها روی رشته الگو CTT و CTC می باشد .

در فصل قبل با رمزه  GAG  و رمز آن یعنی CTC به بررسی  نحوه تغییر دنا و جهش پرداخته شد  . 

در این فصل در شکل کتاب رمزه GAA مورد بررسی قرار گرفته است که با تغییراتی در شکل زیر مشاهده می نمایید . 

در هر دو حالت  نوکلئوتید A  جایگزین نوکلئوتید T می شود. 

ژنوتیپ افراد سالم در این بیماری Hb^A Hb^A ، ژنوتیپ افراد ناقل Hb^A Hbs و ژنوتیپ افراد بیمار Hb^s Hb^s می باشد .

الل سالم (Hb^A): هموگلوبین سالم می سازد و الل نهفته (Hb^s) : هموگلوبین تغییر شکل یافته (ناقص) می سازد

علت تغییر شکل گلبول قرمز اتصال هموگلوبین های دارای زنجیره تغییر یافته بتا در داخل گلبول قرمز می باشد .

کم خونی: 

1. کم خونی وابسته به گلبول های قرمز داسی شکل: ناشی از دگره مستقل از جنس نهفته که باعث تغییر شکل هموگلوبین می شود-جایگزینی نوکلئوتید A  به جایT به علت جهش کوچک از نوع جایگزینی - گلبول های قرمز افراد ناقل هنگام کمبود اکسیژن ،داسی شکل می شوند .
2. کم خونی ناشی از کمبود اسید فولیک
3. کم خونی ناشی از کمبود ویتامینB12 (به علت هایی مثل آسیب مخاط معده)
4. کم خونی ناشی از فقر آهن

پرخونی (افزایش میزان خون بهر): 

1. باعث افزایش غلظت خون می شود
2. ناشی از کم رسیدن اکسیژن به بافت ها و در نتیجه ترشح بیشتر هورمون اریتروپویتین 
3. ناشی از وجود تومور در بخش های هورمون ساز کبد و کلیه

اختلالات انعقادی:

1. هموفیلی: بیماری وابسته به جنس و نهفته- وجود یک ژن معیوب در مردان و دو ژن معیوب در زنان سبب بیماری می شود. 
2. اگر به هر علتی عملکرد پروتئین پلاسمین مختل شود، می تواند اختلال انعقادی ایجاد کند. (فصل هفتم). 

الف: جهش های کوچک (ژنی) : این جهش ها یک یا چند نوکلئوتید را در بر می گیرند.

انواع جهش های کوچک 

1) جانشینی : در این نوع جهش یک نوکلئوتید جانشین نوکلئوتید دیگری می شود مثل بیماری کم خونی داسی شکل . 

نکته 1: به علت وجود رابطه مکملی بین بازها ، تغییر در یک نوکلئوتید از یک رشته دنا، نوکلئوتید مقابل آن را در رشته دیگر تغییر می دهد به همین علت جانشینی در یک نوکلئوتید به جانشینی در یک جفت نوکلئوتید منجر می شود.

نکته 2: جهش جانشینی همیشه باعث تغییر در توالی آمینواسیدها نمی شود . گاهی جهش رمز یک آمینواسید را به رمز دیگری برای همان آمینواسید تبدیل می کند و یا جهش در مناطقی خارج از ژن (توالی های تنظیمی مثل راه انداز و توالی های بین ژنی ) رخ دهد. این نوع جهش تأثیری بر پروتئین نخواهد گذاشت. چنین جهشی را جهش خاموش می نامند .

مثال برای جهش خاموش : TTA رمز مربوط به آمینواسیدی به نام آسپاراژین است. اگر به جای نوکلئوتید A نوکلئوتید G قرار بگیرد آن گاه رمز TTA تبدیل به رمز TTG می شود که اتفاقاً این رمز هم مربوط به آسپاراژین می باشد پس تغییری در پروتئین ساخته شده به وجود نخواهد آمد .

نکته 3 : جهش در توالی های تنظیمی(راه انداز و افزاینده) می تواند مقدار رونویسی را تحت تأثیر قرار دهد.

نکته 4: این امکان وجود دارد که جهش جانشینی رمز یک آمینواسید را به رمز پایان ترجمه تبدیل کند که در این صورت پلی پپتید حاصل از آن کوتاه خواهد شد و به این نوع جهش جهش بی معنا می گویند  .

2) جهش های اضافه و حذف:  انواع دیگر جهش های کوچک هستند در این نوع جهش ها به ترتیب یک یا چند نوکلئوتید اضافه یا حذف می شوند . 

نکته:  از آن جا که رمز های دنا به صورت دسته های سه تایی از نوکلئوتیدها خوانده می شوند درصورتی که نوکلئوتیدی اضافه یا حذف شود ممکن است پیامد وخیمی داشته باشد .

جمله این سیب سرخ است را که با کلمات سه حرفی نوشته شده است به صورت زیر در نظر بگیرید: 

ا ی ن / س ی ب / س ر خ / ا س ت 

اگر یک حرف به جایی درون این جمله اضافه شود چگونه خوانده می شود؟ قرار است این جمله را همچنان به صورت کلمات سه حرفی بخوانیم  ا ی ن / ر س ی / ب س ر / خ ا س / ت 

می بینیم که جمله معنای خود را از دست می دهد.

نکته : جهش های حذف و اضافه ممکن است با تغییر چارچوب یا بدون تغییر چارچوب همراه باشند .

تغییر چارچوب یعنی جهشی کوچک که با حذف یا اضافه سبب تغییر در خواندن رمزهای 3 نوکلئوتیدی دنا می شود . 

نکته مهم:  در جهش های جانشینی تعداد نوکلئوتیدهای دنا تغییری نمی کند اما در جهش های حذف و اضافه به ترتیب تعداد نوکلئوتیدهای دنا کم و زیاد می شود.

نکته:  هر نوع جهش کوچکی که سبب ایجاد کدون پایان شود حتماً جانشینی نیست بلکه ممکن است اضافه باشد

جمع بندی جهش های کوچک

تست : 

1. در جهش خاموش ممکن است            ..................            (سنجش – 20 اردیبهشت  (98                                                       

1) چارچوب خواندن رمزها تغییر کند                                  2) یک رمز پایان به رمز دیگر پایان تبدیل شود .

3) ژن به دلیل تغییر در چند نوکلئوتید ، خاموش شود         4) با تغییر توالی های تنظیم ، میزان رونویسی کاهش یابد

جهش ممکن است در مقیاس وسیعتری رخ دهد تا جایی که به ناهنجاری های فام تنی منجر شود.

زیست شناسان با مشاهده کاریوتیپ از وجود چنین ناهنجاری هایی آگاه شوند.

کاریوتیپ تصویری از کروموزوم های دو کروماتیدی در حداکثر فشردگی طی مرحله متافاز در یاخته های در حال تقسیم است . 

1) ناهنجاری های عددی در کروموزوم ها: 

این تغییر به دلیل با هم ماندن کروموزوم ها در تقسیم میوز به وجود می آید  مثلاً مبتلایان به بیماری سندرم داون یک کروموزوم 21 اضافه دارند ( 47 کروموزوم)

مثلاً گل مغربی تتراپلوئید که به جای 14 کروموزوم 28 کروموزوم دارد .

2) ناهنجاری های ساختاری در کروموزوم ها: 

a) حذف:   

 ممکن است قسمتی از کروموزوم از دست برود که به آن حذف می گویند .

نکته : جهش های کروموزومی حذف غالباً باعث مرگ می شوند( 100 درصد نیست)

نکته : جهش های حذف موجب کاهش طول کروموزوم می شوند .

b) جابه جایی : 

نوعی دیگری از ناهنجاری کروموزومی است که در آن قسمتی از یک کروموزوم به کروموزوم غیر همتا یا حتی بخش دیگری از همان کروموزوم منتقل می شود .

نکته : جهش جابه جایی موجب کاهش طول کروموزوم مبدأ و افزایش طول کروموزوم مقصد می شود  .

نکته : در جهش جابه جایی ممکن است طول کروموزوم مبدأ و مقصد تغییری نکند. مثلاً در صورتی که قطعه شکسته شده به همان کروموزوم متصل شود  .

c) مضاعف شدگی: 

اگر قسمتی از یک کروموزوم به کروموزوم همتا جابه جا شود آن گاه در کروموزوم همتا از آن قسمت دو نسخه دیده می شود به این جهش مضاعف شدگی می گویند.

نکته:  در تعریف این نوع جهش کلمه جابه جایی دیده می شود اما این جهش جابه جایی نیست!

نکته:  جهش مضاعف شدگی نیز همانند جهش جابه جایی موجب کاهش طول کروموزوم مبدأ و افزایش طول کروموزوم مقصد می شود.

نکته:  بین کروموزوم های جنسی در مردان نمی تواند جهش مضاعف شدگی رخ دهد زیرا کروموزوم های جنسی مردان همتای هم نیستند اما در زنان بین کروموزوم های جنسی جهش مضاعف شدگی داریم چون همتا هستند .

d) واژگونی: 

در این ناهنجاری جهت قرارگیری قسمتی از یک کروموزوم در جای خود معکوس می شود .

نکته : در جهش واژگونی طول کروموزوم تغییری نمی کند .

سؤال:  در کدام جهش ها قطعه جدا شده از کروموزوم می تواند بر روی همان کروموزوم متصل شود؟ 

تست:

گزینه صحیح را انتخاب کنید . 

الف) در جهش جابه جایی طول کروموزوم افزایش می یابد.

ب)هر نوع جهش بزرگی که در آن طول کروموزوم افزایش یابد از نوع جابه جایی است. 

1) هر دو صحیح            2) هر دو غلط              3) الف درست ، ب غلط              4) الف غلط ، ب درست

تست : 

کدام عبارت در ارتباط با ناهنجاری های فام تنی (کروموزومی) در سطح وسیع و از نوع مضاعف شدگی ، نادرست است؟     (سراسری خارج کشور- 98)

1)از طریق کاریوتیپ قابل مشاهده و شناسایی است        

2) در پی وقوع بعضی جهش های جابه جایی رخ می دهد

3) باعث تغییر در تعداد فام تن (کروموزوم) های یاخته می شود.                 

4) می تواند منجر به تشکیل یاخته های جنسی غیر طبیعی گردد 

نکته:  کوچک و بزرگ بودن جهش ربطی به نوع اثر جهش ندارد  و فقط از نظر تعداد نوکلئوتیدهای تغییر یافته نام گذاری شده اند. 

نکته:  گاهی یک جهش کوچک اثر به مراتب خطرناکتری بر حیات فرد می تواند داشته باشد.

نکته:  همه  جهش های بزرگ را می توان از روی کاریوتیپ افراد تشخیص داد حتی جهش واژگونی .

اثر جهش بر عملکرد محصول ژن ها به عوامل متعددی بستگی دارد که یکی از این عوامل محل وقوع جهش در ژنگان (ژنوم) است .

تعریف:  به کل محتوای ماده وراثتی گفته می شود و برابر است با مجموع محتوای ماده وراثتی هسته ای و سیتوپلاسمی

نکته:  طبق قرارداد ژنگان هسته ای را معادل مجموعه ای شامل یک نسخه از هریک از انواع فام تن ها در نظر می گیرند.

نکته:  ژنگان هسته ای انسان شامل 22 فام تن غیر جنسی و فام تن های جنسی x و Y است .

نکته:  دنای راکیزه، ژنگان سیتوپلاسمی را در ژنگان انسان تشکیل می دهد .

نکته:  گیاهان ژنگان سیتوپلاسمی بیشتری از جانوران دارند .

نکته:  هر گیاهی ژنگان هسته ای بیشتری از انسان ندارد مثلاً گل مغربی با 14 کروموزوم ژنگان هسته ای کمتری دارد .

انواع بخش های موجود در ژنگان 

1) ژن ها (توالی های درون ژنی)

بخش هایی از ژنگان هستند که از روی آن ها رونویسی انجام می شود  و جهش در آن ها می تواند بر محصول ژن (پروتئین یا رنا) اثر گذار باشد .

2) توالی های بین ژنی : 

نوکلئوتیدهایی هستند که بین ژن ها قرار دارند. 

این توالی ها رونویسی نمی شوند.

3) توالی های تنظیمی:   

توالی هایی نظیر راه انداز ، افزاینده و اپراتور را توالی تنظیمی می گویند .

این توالی ها رونویسی نمی شوند اما در آغاز و تنظیم رونویسی نقش دارند .

بررسی اثر جهش بر روی توالی های مختلف

1) جهش در توالی های درون ژنی 

اگر جهش درون ژن رخ دهد آن گاه پیامدهای آن مختلف خواهد بود (ممکن است مفید ، مضر یا خنثی باشد.) مثلاً اگر جهش جانشینی در رمز یک آمینواسید مربوط به یک آنزیم اتفاق بیفتد و موجب تغییر آمینواسید شود.، بستگی دارد که این آمینواسید در کجای آنزیم قرار داشته باشد .

اگر جهش باعث تغییر در جایگاه فعال آنزیم شود آن گاه احتمال تغییر عملکرد آنزیم بسیار زیاد است اما اگر جهش در جایی دور از جایگاه فعال رخ دهد به طوری که بر آن اثری نگذارد احتمال تغییر در عملکرد آنزیم کم یا حتی صفر است .

نکته:  اثر جهش در توالی های درون ژنی به محل وقوع جهش و نوع جهش دارد.

نکته:  اگر بر روی اگزون ها رخ دهد بر روی پروتئین سازی (نوع پروتئین ساخته شده ) تأثیر گذار خواهد بود اما اگر بر روی اینترون ها رخ دهد اثری بر پروتئین سازی ندارد .

2) جهش در توالی های بین ژنی: 

اگر جهش در توالی های بین ژنی رخ دهد در این صورت بر توالی محصول ژن اثری نخواهد گذاشت (یعنی بر نوع و مقدار محصول تأثیر  نمیگذارد)

3) جهش در توالی های تنظیمی