ژنتیک چیست؟ ژن‌ چه نقشی در فرآیندهای سلولی دارد؟

ژنتیک شاخه‌ای از زیست‌شناسی است که به مطالعه وراثت و ژن‌ها و همچنین نحوه انتقال ویژگی‌های وراثتی در بین گونه‌ها در طول نسل‌ها می‌پردازد. ژنتیک به علم بررسی و مطالعه ژن‌های روی کروموزوم‌ها و همچنین مواد ژنتیکی در کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها گفته می‌شود. در حقیقت ژنتیک به ما می‌گوید که به چه دلیل DNA مولکول بنیادی حیات است. با علم ژنتیک می‌توانیم به دلیل تفاوت‌های دو جاندار دست پیدا کنیم. ژن‌ها می‌توانند چندین رونویسی را با استفاده از واحد پیام‌رسان mRNA انجام دهند. ژن‌ها نقش اشتراک ژن را نیز دارند، یعنی می‌توانند چندین فعالیت و عملکرد داشته باشند. پروتئین‌هایی با فعالیت‌های متعدد که توسط اشتراک ژن ایجاد می‌شوند، می‌توانند نقش‌های ثانویه مانند رونویسی و عملکردهای ساختاری را انجام دهند.

از مندل تا زیست‌شناسی مولکولی

با پیشرفت تحقیقات بیولوژیکی، زمینه جدیدی به نام ژنتیک پدیدار شد که دانشمندان را بر آن داشت تا چگونگی انتقال ویژگی‌های ارثی از طریق نسل‌ها را بررسی کنند. مندل اولین کسی بود که در سال 1865، پس از انجام مطالعات روی گیاه نخود، اصول انتقال این ویژگی‌ها را شناسایی کرد. مندل در سال 1900 به عنوان پدر تحقیقات ژنتیک مورد تحسین قرار گرفت، زمانی که دانشمندان دیگر از جمله شرماک قوانین او را تأیید کردند. به دنبال آن، زیست‌شناسی مولکولی در سال 1953 تأسیس شد و مهندسی ژنتیک در نتیجه ادغام آن با علم ژنتیک شکل گرفت. ژنتیک مطالعه ساختار و روش فعالیت ژن‌ها است. ویلیام یوهانس اولین کسی بود که از واژه ژن استفاده کرد.

مطالعه DNA و انتقال ویژگی‌ها در موجودات زنده

ژنتیک مطالعه ژن‌ها، تنوع ژنتیکی و وراثت است و به بررسی نحوه انتقال این ویژگی‌ها از والدین به فرزندان در همه موجودات زنده می‌پردازد. قوانین و مفاهیم ژنتیک به ما امکان می‌دهند تا شباهت‌ها و تفاوت‌های بین گونه‌های زنده را تشخیص دهیم و بفهمیم چرا این شباهت یا تفاوت‌ها در یک جامعه انسانی یا گیاهی وجود دارد. هر موجود زنده‌ای دارای مواد ژنتیکی به نام DNA است که در طی تولید مثل از والدین به فرزندان منتقل می‌شود. این ماده مسئول تمام ویژگی‌های یک موجود است و علم ژنتیک به بررسی چگونگی انتقال این ویژگی‌ها می‌پردازد.

ژن چیست؟

ژن‌ها واحدهای فیزیکی و عملکردی اولیه وراثت هستند و از DNA تشکیل شده‌اند. برخی از ژن‌ها به عنوان دستورالعمل برای تولید پروتئین عمل می‌کنند، اما بسیاری از ژن‌ها پروتئین‌ها را رمزگذاری نمی‌کنند. اندازه ژن‌های انسانی از چند صد تا بیش از 2 میلیون پایگاه DNA متغیر است. پروژه ژنوم انسان پیش‌بینی می‌کند که انسان دارای 20,000 تا 25,000 ژن است.

هر فرد دارای دو نسخه از هر ژن است که یکی از آن‌ها از هر یک از والدین به ارث می‌رسد. اکثر ژن‌ها در همه افراد یکسان هستند، اما درصد کمی از آن‌ها (کمتر از 1٪) تغییرات قابل توجهی دارند. آلل‌ها تغییراتی از این ژن‌ها هستند که در توالی‌های DNA خاصی متفاوت هستند. این تغییرات کوچک به ویژگی‌های فیزیکی متمایز هر فرد می‌افزاید.

دانشمندان برای نظارت بر ژن‌ها نام‌های متمایزی به آن‌ها اختصاص می‌دهند. از آنجایی که نام ژن‌ها می‌تواند طولانی باشد، گاهی اوقات به ژن‌ها نمادهایی داده می‌شود که ترکیب مختصری از حروف (و گاهی اوقات اعداد) هستند که نشان‌دهنده شکل اختصاری نام ژن هستند.

کروموزوم چیست؟

هسته هر سلول حاوی مولکول‌های DNA است که در ساختارهای نخ‌مانندی به نام کروموزوم‌ها بسته‌بندی شده‌اند. هر کروموزوم از DNA تشکیل شده که چندین بار به طور ایمن در اطراف پروتئین‌هایی به نام هیستون پیچیده می‌شود و شکل آن را حفظ می‌کند. در حالت عادی، کروموزوم‌های هسته حتی در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند. با این حال، در طول تقسیم سلولی، DNA تشکیل‌دهنده کروموزوم‌ها فشرده‌تر می‌شود و ممکن است در زیر میکروسکوپ دیده شود. اکثر اطلاعاتی که محققان در مورد کروموزوم‌ها می‌دانند از تماشای آنها در طول تقسیم سلولی ناشی می‌شود.

توارث چیست؟

توارث یک فرآیند بیولوژیکی است که در آن والدین ژن‌های منحصر به فردی را به فرزندان خود منتقل می‌کنند. هر کودک بسته به ژن (DNA) که از والدین خود به ارث می‌برد، ویژگی‌هایی را ایجاد می‌کند که ممکن است شامل ویژگی‌های فیزیکی مانند رنگ چشم، رنگ پوست، قد، IQ یا بیماری‌ها و اختلالات خاص باشد.

مطلب پیشنهادی: آناتومی بدن انسان

DNA چیست و در کجای بدن قرار دارد؟

DNA مولکولی است که دستورالعمل‌های ژنتیکی را نگه می‌دارد و داده‌های مربوط به رشد، نمو، عملکرد و تولیدمثل موجودات زنده را حفظ می‌کند. نقش اصلی آن ذخیره‌سازی طولانی‌مدت اطلاعات است. اطلاعات موجود در DNA به صورت کدهایی که از چهار پایه آلی تشکیل شده‌اند، کدگذاری می‌شوند: آدنین، سیتوزین، گوانین و تیمین. چیدمان این پایه‌ها دستورالعمل‌ها یا کدگذاری ژنتیکی را تشکیل می‌دهد. DNA بیشتر در هسته سلول‌ها یافت می‌شود، اما مقدار کمی نیز در یکی از اندامک‌های سلول به نام میتوکندری وجود دارد. DNA هسته‌ای و DNA میتوکندریایی از هم متمایز هستند.

تفاوت بین ژن و DNA چیست؟

ژن‌ها واحدهای اطلاعاتی مبتنی بر DNA هستند که ویژگی‌های هر فرد را مشخص می‌کنند. ژن‌ها از کدهایی تشکیل شده‌اند که شامل دستورالعمل‌هایی برای تولید صدها پروتئین است که بدن ما از آنها برای ساختن ساختارهای سلولی و اجرای وظایف سلولی استفاده می‌کند. پروتئین‌ها تمام وظایف بدن را انجام می‌دهند و دستورالعمل تولید این پروتئین‌ها در ژن‌ها قرار دارد. در انسان حدود 22000 ژن متمایز وجود دارد که هر کدام پروتئین‌های مربوط به بخش خاصی از بدن را رمزگذاری می‌کنند و اختلال در هر یک از آنها باعث ایجاد ناهنجاری در آن ناحیه از بدن می‌شود. تمام ژن‌ها در مجموع به عنوان DNA نامیده می‌شوند و تمام DNA در هسته هر سلول در رشته‌هایی به نام کروموزوم ذخیره می‌شود.

• ژن: واحد اطلاعاتی که ویژگی‌های خاص را رمزگذاری می‌کند.
• DNA: مولکول حاوی تمامی اطلاعات ژنتیکی.
• کروموزوم: ساختار نخ‌مانندی که از DNA تشکیل شده و در هسته سلول بسته‌بندی شده است.

کروموزوم‌ها و نقش آن‌ها در تقسیم سلولی

کروموزوم‌ها ساختارهایی هستند که شامل ماده ژنتیکی کامل یک فرد می‌شوند و اغلب به عنوان DNA شناخته می‌شوند. در واقع، مولکول‌های DNA در هسته سلول‌ها به صورت کروموزوم فشرده و بسته‌بندی می‌شوند. هر کروموزوم از DNA تشکیل شده است که به طور مکرر در اطراف پروتئین‌هایی به نام هیستون پیچیده می‌شود تا ساختاری فشرده و پایدار ایجاد کند. در طول تقسیم سلولی، کروموزوم‌ها فشرده‌تر شده و در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده می‌شوند.

هر فرد عادی دارای 46 کروموزوم است که از دو مجموعه 23 کروموزومی از هر یک از والدین به ارث می‌برد. از این 46 کروموزوم، 22 جفت به عنوان کروموزوم‌های اتوزومال شناخته می‌شوند که در مردان و زنان یکسان هستند. جفت 23 کروموزوم، کروموزوم‌های جنسی نامیده می‌شوند و بین مردان و زنان متفاوت هستند. زنان دو کروموزوم X دارند، در حالی که مردان دارای یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y هستند.

نقش ژن‌ در فرآیندهای سلولی

ژن‌ها بخش‌هایی از DNA هستند که شامل دستورالعمل‌هایی برای تولید پروتئین‌ها می‌باشند. هر ژن حاوی اطلاعاتی است که به تولید RNA پیام‌رسان (mRNA) منجر می‌شود. فرآیند بیان ژن شامل رونویسی RNA اولیه از DNA است که منجر به تشکیل رشته اولیه mRNA می‌شود. این رشته اولیه سپس به mRNA بالغ تبدیل می‌شود که بخش‌هایی از ابتدا و انتهای آن حذف شده و بخش‌های باقی‌مانده به یکدیگر متصل می‌شوند.

mRNA بالغ سپس به ریبوزوم‌ها منتقل می‌شود، جایی که ترجمه شده و به پروتئین تبدیل می‌شود. پروتئین‌ها محصول نهایی ژن‌ها هستند و تمامی فرآیندهای سلولی و عملکردهای بدن به این پروتئین‌ها وابسته‌اند. ژن‌ها با همکاری یکدیگر، تمام دستورالعمل‌های لازم برای تولید پروتئین‌ها و در نهایت ساختار و عملکرد سلول‌ها و بافت‌ها را فراهم می‌کنند. تمامی این ژن‌ها به صورت فشرده در کروموزوم‌ها در هسته سلول ذخیره می‌شوند.

در حین رونویسی یک کپی RNA از DNA ایجاد می‌شود و ریبوزوم‌ها ترجمه RNA به پروتئین را تسهیل می‌کنند. اطلاعات پروتئین در واحدهایی به نام ژن ذخیره می‌شود. آلل‌ها به نسخه‌های مختلف یک ژن اشاره دارند و ارتباط بین آلل‌های یک ژن بر رشد ویژگی‌ها تأثیر می‌گذارد. این روابط می‌تواند به صورت غالب، مغلوب، هم افزایی یا آنتاگونیستی باشد. در رابطه غالب و مغلوب، وجود یک آلل از تشکیل سایر آلل‌ها جلوگیری می‌کند. در رابطه همزیستی، ویژگی‌های هر دو آلل به طور همزمان و به طور مساوی نشان داده می‌شود، اما در مورد برزیت ناقص، مشخصه ایجاد شده مخلوطی از دو آلل است.

تقسیم سلولی و انتقال ژن

در این مقاله به بررسی شاخه‌ای از زیست‌شناسی به نام ژنتیک پرداختیم که به چگونگی انتقال ویژگی‌ها بین گونه‌ها می‌پردازد. اطلاعات ژنتیکی موجودات زنده در ماکرومولکول‌های DNA ذخیره می‌شوند و از طریق نسل‌ها منتقل می‌شوند. این مولکول‌ها از دو رشته با زیرواحدهای نوکلئوتیدی تشکیل شده‌اند که برای تشکیل کروموزوم فشرده شده‌اند. در طول تقسیم سلولی، هر مولکول DNA به دو مولکول جدید تقسیم می‌شود که شامل یک رشته DNA اولیه و یک رشته دوم است.

آسیب به DNA می‌تواند توالی‌های نوکلئوتیدی را تغییر دهد و باعث از بین رفتن برخی اطلاعات ژنتیکی شود. این فرآیند به عنوان جهش ژنتیکی شناخته می‌شود. جهش‌ها ممکن است خواص ارگانیسم را تغییر ندهند یا منجر به ظهور صفات جدیدی شوند که ممکن است نشان دهنده یک بیماری باشند. جهش‌ها توسط سلول از طریق فرآیندهایی مانند ترمیم مستقیم، ترمیم نابجا، برش پایه، برش نوکلئوتیدی، اتصال انتهایی غیر همولوگ و نوترکیبی همولوگ ترمیم می‌شوند. به طور خلاصه علم ژنتیک با مطالعه ژن‌ها و نحوه انتقال آن‌ها، نقش مهمی در درک ما از تنوع زیستی و تکامل گونه‌ها ایفا می‌کند.

مطلب پیشنهادی: روش خواندن زیست کنکور

رشته ژنتیک چیست؟

به دلیل اهمیت بالا و گستردگی این حوزه، ژنتیک دارای یک رشته تخصصی در تحصیلات عالی نیز می‌باشد. این رشته با اسم مهندسی ژنتیک که شاخه‌‌ای از علم زیست فناوری است به وجود آمده است. این رشته از کاربردهای بسیار زیادی در زندگی امروزه بشر برخوردار است. از کاربردهای مهندسی ژنتیک به چند مورد اشاره میکنیم.

• محیط زیست
• پزشکی
• کشاورزی
• صنایع غذایی

با وجود کاربردهای بسیار زیاد مهندسی ژنتیک، این علم، علمی جدید و نوپا محسوب می‌شود و انتظار می‌رود تا در آینده نقش مهم‌تری را در زندگی انسان‌ها ایفا کند.