ژن و ژنتیک چیست؟ – تاریخچه، ساختار و انواع ژن ها

علمی که مطالعه توارث و چگونگی به ارث رسیدن صفات مختلف از والدین به فرزندان را در همه موجودات زنده، از جمله انسان، مورد بحث قرار می دهد در مبحث ژن و ژنتیک قرار می گیرد. با توجه به قوانین وراثت می توان علت تفاوت ها و شباهت های میان نسل ها را توضیح داد. ماده ای به نام DNA مسئول تمام این خواص منتقل شده می باشد. در کتاب علوم پایه هفتم و هشتم مبحث ژن و ژنتیک به طور مختصر توضیح و بررسی شده است. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک با ژن و ژنتیک بیشتر آشنا می شویم.

فهرست مطالب :

۱- تاریخچه ژن و ژنتیک

۲- ژن و ژنتیک چیست؟

۳- انواع ژن ها

۱-۳- ژن های ویروسی

۲-۳- ژن های باکتریایی

۳-۳- ژن های انسانی

۴- ساختار و عملکرد ژن ها

۵- تست ژن و ژنتیک چیست؟

۶- تعریف اصطلاحات ژن و ژنتیک

۷- تعداد ژن ها

۱- تاریخچه ژن و ژنتیک :

با پیشرفت علم زیست شناسی شاخه ی جدیدی از آن به نام ژنتیک تعریف شد که دانشمندان را بر آن داشت تا راه انتقال صفات ارثی را بین نسل ها بررسی کنند. در سال ۱۸۶۵ مندل کسی بود که با انجام آزمایشات روی گیاه نخود فرنگی، توانست قوانینی را برای انتقال این صفات کشف کند. در سال ۱۹۰۰ با تأیید قوانین مندل توسط دانشمندان دیگری چون شرماک، مندل را به عنوان پدر علم ژنتیک معرفی کردند. بعد از این در سال ۱۹۵۳ زیست شناسی مولکولی به وجود آمده و با ادغام شدن با علم ژنتیک، مهندسی ژنتیک به وجود آمد. در علم ژنتیک ساختار و مکانیسم عمل ژن ها مورد بررسی قرار می گیرد. اصطلاح ژن اولین بار توسط ویلیام یوهانس به کار برده شد.

۲- ژن و ژنتیک چیست؟

ژنتیک به علمی از زیست شناسی گفته می شود که به بررسی وراثت و ژن ها و همچنین چگونگی انتقال صفات ارثی بین جانداران در پی نسل ها می پردازد. این علم ژن های روی کروموزوم ها و مواد ژنتیکی روی کلروپلاست و میتوکندری ها را مورد بحث و تجزیه قرار می دهد. ژن ها می توانند رونویسی های مختلفی را از روی واحد پیام رسان mRNA انجام دهند. همچنین ژن ها عملکرد اشتراک ژنی دارند. یعنی می توانند بیش از یک فعالیت و عملکرد داشته باشند. پروتئین هایی با چندین فعالیت که با پدیده اشتراک ژنی تولید می شوند، می توانند عملکرد دومی نظیر رونویسی و وظایف ساختاری داشته باشند.

ژن ها از DNA تشکیل شده اند که نوعی نوکلئیک اسید است که ذخیره اطلاعات ژنتیکی را بر عهده دارد. این ساختار از واحدهایی به نام نوکلئوتید ساخته شده است که روی دو رشته شامل بازهای آدنین، گوانین، سیتوزین، یوراسیل و یا تیمین در کنار هم قرار گرفتند.

۳- انواع ژن ها :

۱-۳- ژن های ویروسی :

ویروس ها می توانند ژن RNA و یا DNA داشته و تعدادی بین یک تا ۲۰۰ عدد داشته باشند. در ویروس های RNA جهش های ژنی زیادی ایجاد می شود ولی در ویروس های DNA تعداد جهش ها کم می باشد (یکبار در هر صد همانندسازی). اطلاعات ژنتیکی ویروس ها می تواند از طریق نوترکیبی (تبادل مواد ژنتیکی دو ویروس در بدن میزبان)، تغییر کند. از ویروس های ژنتیکی RNA می توان به مواردی اشاره کرد که باعث ایجاد بیماری هایی مانند فلج اطفال، تب نیل، سرخک، آنفلوآنزا و هاری می شود.

۲-۳- ژن های باکتریایی :

باکتری ها دارای ۵۰۰ تا ۷۵۰۰ ژن بوده و تمام مواد ژنتیکی آن ها داخل یک کروموزوم قرار دارد. از کروموزوم های باکتری ها پلاسمیدها ساخته و تکثیر می شوند که ساختارهای ژنتیکی می باشند و DNA آن ها خارج کروموزومی نامیده می شود. باکتری ها می توانند کروموزوم های خطی یا حلقوی داشته باشند. یکی از ژن های باکتری ها می تواند به ساخت پروتئینی بیانجامد که مقاومت آن ها در مقابل آنتی بیوتیک ها را زیاد می کند.

۳-۳- ژن های انسانی :

بدن انسان نسبت به ویروس ها و باکتری ها دارای ساختار پیچیده ای است پس ژنوم پیچیده ای نیز که تا ۳۰۰۰۰ می باشد، دارد. ساختار فیزیکی و آناتومی بدن انسان توسط پروتئین های کد شده توسط این ژن ها ساخته می شوند. طبق فرآیند رونویسی، ژن ها تبدیل به مولکول های RNA می شوند. این مولکول ها نیز با فرآیند ترجمه می توانند اطلاعات خود را تبدیل به پروتئین کنند. بدین ترتیب با خود ژن ها و پروتئین های ساخته شده از آن ها تمام عملکردهای سلول ها تعیین و کنترل می شود. روی ژن ها ممکن است تغییراتی ایجاد شده و جهش در آن ها اتفاق بیفتد. این تغییر باعث ایجاد پروتئین هایی با عملکردهای مختلف و صفات جدید در سلول ها می شوند.

۴- ساختار و عملکرد ژن ها :

ژن ها در واقع بخشی از DNA، RNA و یا نوکلئیک اسید است که توسط فاکتورهایی می توانند با فعال کردن آنزیم هایی به تولید پروتئین بپردازند. در عملکرد ژن ها ابتدا RNA از DNA رونویسی شده و رشته RNA پیام رسان اولیه با بیان ژن ها ساخته می شود. با حذف بخش هایی از ابتدا و انتهای این رشته و پیوستن بخش های باقیمانده به هم، رشته ثانویه RNA پیام رسان که بالغ شده به دست می آید.

بعد این رشته به پروتئین ترجمه می شود و محصول ژن به دست می آید. هر ژن دارای کدهایی است که به ساختن اسید های آمینه برای تشکیل پروتئین های مخصوص می پردازد. این پروتئین ها هستند که تمام اعمال بدن را انجام می دهند. تمام این ژن ها روی هم DNA را تشکیل می دهند که به صورت کروموزوم (رشته هایی) در هسته ذخیره می شوند.

۵- تست ژن و ژنتیک چیست؟

اگر تغییراتی در یک ژن ایجاد شود با تست ژنتیکی تعیین می شود. با این تست می توان احتمال اختلال ژنتیکی در فرد را تعیین و مشخص کرد و به سه صورت تست مولکولی، تست کروموزومی و تست بیوشیمیایی انجام می شود. در تست مولکولی تغییراتی که در یک ژن ایجاد شده بررسی می شود، نمونه ای از این تست در شناسایی بیماری تالاسمی می باشد.

در تست کروموزومی، اگر کروموزوم یا قسمتی از آن در ساختار کروموزومی حذف یا اضافه شده، مورد بررسی قرار می گیرد. نمونه ای از آن تشخیص بیماری سندروم داون است که فرد مبتلا یک کروموزوم در شماره ۲۱ اضافه دارد. تست بیوشیمیایی نیز به بررسی پروتئین ها می پردازد و هم مقدار و هم میزان فعالیت آن ها را مورد ارزیابی قرار می دهد. این تغییرات نتیجه اختلال ژنتیکی و تغییر در DNA می باشد.

توجه :

تست های ژنتیکی دارای انواع مختلفی مانند تست غربالگری نوزادان، تست تعیین ناقلین یک بیماری، تست پیش از تولد، تست های ژنتیک در پزشکی قانونی و … هستند.

۶- تعریف اصطلاحات ژن و ژنتیک :

صفت :

هر خواص در یک موجود زنده مانند رنگ پوست، رنگ چشم و … را صفت می گویند.

لوکوس یا مکان ژنی :

جایگاهی که یک ژن در کروموزوم دارد به نام لوکوس است.

آلل :

شکل های مختلفی که احتمال دارد یک ژن در جایگاه ژنی و لوکوس خود داشته باشد به نام آلل است.

ژنوتیپ :

ژنوتیپ به آلل های موجود در یک یا چند ژن همراه با جایگاه هایی که یک خصوصیت و صفت را کنترل می کند، می گویند.

فنوتیپ :

به خواصی که در نهایت توسط ژنوتیپ و محیط در یک موجود زنده ظاهر می شود فنوتیپ نام دارد.

جهش ژنی :

تغییر در ژن ها و اطلاعات ژنتیکی را جهش می گویند که ممکن است در هر کدام از مراحل عملکرد ژن ها مانند تکثیر، رونویسی و یا ترجمه انجام شود. انواع جهش ها بی معنی، خاموش، بدمعنی و جهش جابه جایی است. جهش ها می تواند در اثر پرتودرمانی، شیمی درمانی، عفونت های ویروسی و باکتریایی و … ایجاد شود.

ژن درمانی :

ژن درمانی روشی است که می تواند جهش های ایجاد شده در ژن ها را با ایجاد تغییر در آن ها اصلاح کند. در این روش ویروس هایی برای ورود اطلاعات جدید ژنتیکی استفاده می شود. این روش همچنان در مراحل آزمایش و تحقیق است.

جریان ژنی :

وقتی یک گونه ژن با یک گروهی یکی و ادغام شود، جریان ژنی یا جریان آللی اتفاق افتاده است . این جریان با انتقال اطلاعات ژنتیکی این گونه به گروه جدید و ذخیره در خزانه ژنتیکی انجام می شود.

خزانه ژنی :

به تمام ژن های یک گروه خزانه ژنتیکی می گویند که تفاوت در آن است که تنوع و تفاوت در آن گروه و جمعیت را سبب می شود. این ژن ها شامل تمام ژن های بیان شده و نشده می باشد.

تنظیم ژن :

به فرآیند و مکانیسمی که ژن را وادار به بیان می کند، تنظیم ژن می گویند که می تواند در سلول ها و بافت های خاص و در زمان های معین و مشخص، این تنظیم را انجام دهد.

۷- تعداد ژن ها :

جانداران مختلف دارای ژنوم و تعداد ژن های مختلفی هستند. کمترین و ساده ترین ژن ها در ویروس ها و در گیاهان بسیار زیاد است. حدود ۵ میلیون ساختار مختلف توسط ژن ها ساخته می شود. در انسان حدود ۳۰۰۰۰ ژن وجود دارد. در تمام سلول های بدن ژن های یکسانی وجود دارد. اما علت این که پروتئین های مختلفی توسط آن ها ساخته می شود، استفاده سلول ها از ژن های مختلف است.