دانشیار

بسم الله الرحمن الرحیم



جلسه اول کلاس علم و منشاء انسان





موضوع انسان و حقیقت وجود آن از جمله سوالاتی است که ریشه در تاریخ دارد، سوالی است که پاسخ به آن منشاء جهانبینی ها و ایدئولوژی ها و روش زندگی می شود، تعریف انسان می تواند سرمنشاء بسیاری از رفتار ها و عملکرد ها باشد، آیا انسان موجودی است، صاحب رسالت، موجودی است که هست یا موجودی است که باید بشود، آیا صاحب تعهد است و مسئولیت، این مسئولیت چیست؟ و چه کسی برای وی نهاده است، نمود این تعهد و مسولیت داشتن چیست؟

پاسخ بدین سوالات شاید از بنیادین ترین سوالات باشد، وشاید مهمتر از این سوالات برای انسان مطرح نباشد، در هر زمانی پاسخ هایی بدین سوالات داده شده ، ودر هر زمانی انسان در پی یافتن آن بوده ، دلیل آن پاسخ هایی است که در طول تاریخ وجود دارد، از اسطوره های زمان باستان یونان و ایران و جهان تا پاسخ های ادیان توحیدی و غیر توحیدی بدان ، و تکاپوی اندیشه ها در فلسفه های جهان ، ریشه در این دارد که این پرسش همواره در فراسوی دید انسان بوده، و به دنبال آن بوده ،و پاسخ آن بسیار مهم تلقی شده است، اینکه ما انسان را موجودی فرا مادی و الهی تصور کنیم، دارای یک رسالت الهی، تا اینکه انسان را یک حیوان همچون میمون تصور کنیم که یک گل سنگ یا کپک یا جلبک یا کرم پیشرفته است، در هر دیدگاه جهان بینی خاص خود را می طلبد.

جهان بینی و ایدئولوژی بسان یک کاخ بزرگ می ماند که از ازل تا ابد را توضیح می دهد دارای گزاره هایی است که بعضا برخی از آنها قابل اثبات نیست، و حوزه تجربه انسان قرار نمی گیرد، پس چگونه بدان دست پیدا کنیم.

ما در دیدگاه خودمان که دیدگاه و دریچه علوم تجربی است، علوم تجربی را بسان محکی می دانیم که می توان عیار یک جهانبینی را تعیین کرد، مثل محک طلا، که به خودی خود ارزش ندارد ولی می توان به وسیله آن سره را از ناسره تفکیک کرد، در روش علوم تجربی این گونه به قضیه نگاه می کنیم، که علوم تجربی در حوزه علوم دقیقه حرف برای گفتن دارد، و می تواند در حوزه خود هر چند محدود حرفی برای گفتن داشته باشد که می دانیم درست است، پس لاجرم با وارد شدن به جهان بینی ها می سنجیم که کدام جهان بینی با علم تجربی حقیقی هم خوانی دارد، اگر جهان بینی در این حوزه همخوانی نداشته باشد ، لاجرم جهان بینی مورد تردید است، چرا که در همین حوزه علوم دقیقه که ما در آن مهارت نسبی داریم، اشتباه کرده شاید در مابقی تز هایش هم دچار اشتباه باشد، و اگر در این حوزه علوم دقیقه درست بود لاجرم می تواند سایر نکته هایش هم درست تلقی شود.

ما در این درس برای پیدا کردن جهان بینی درست می بایست ، روش علمی در حوزه زیست را در نظر می گیریم و پیش می رویم، قبلا در درس فیزیک متعالیه درحوزه فیزیک مباحثی را ارائه داده بودیم.

در زیست شناسی و جانور شناسی تجربی ، وقتی نگاهی می اندازیم به ایده ها و گفته هایی متنوع برخورد می کنیم، ولی گویا بعضی از نظریات از لحاظ مقبولیت عامه فراگیر تر هستند، می خواهیم به دنبال آن باشیم که کدام نظریات از نظر علمی ، علمی تر هستند، در این حوزه سه ایده وجود دارد یکی ایده داروینیسم و تطور طبیعی ، نظریه طراحی هوشمند، و نظریه خلقت گرا، داروینیسم و تطور طبیعی نوعی طراحی غیر هوشمند و کور را تداعی می کند که بر اساس دو اصل بنیان نهاده شده است، یکی نیای مشترک همه جانداران، و دیگری تطور طبیعی موجودات، در این نظریه خاطر نشان می شود که با توجه به ویژه گی های مشترک موجودات ، ودر نظر نئو داروینیسم با دقت در دی ان ای و ژن های مشترک گونه های مختلف به این نتیجه می رسیم که آنها دارای یک منشاء مشترکی هستند، که در اثر جهش ها و انتخاب طبیعی رو به تگامل نهاده اند، بدین گونه که مثلا در گونه ای جهشی اتفاق افتاده ، واین جهش با طبیعت سازگاری داشته است، و این سازگاری منجربدان شده که آن جهش پایدارشده ، و گونه ای خاص شکل بگیرد و این روند بدین گونه ادامه داشته است، در این نظر فقط جهش و سازگاری مطرح است، و موجودات برای تطور مورد نظر هیچ گونه برنامه ای از پیش تعیین شده و مدلی نداشته و ندارند و برای هدف خاصی اتفاق نیافتاده تصادفا این جهش اتفاق افتاده ، و حالا این جهش تصادفا با محیط سازگار بوده، لذا پایدار شده است.

در طراحی هوشمند ، نظر بر این است که اساسا جهش و سازگاری صرف منجر پدید آمدن گونه های مختلف نمی شود، و اساسا یک گونه با گونه دیگر درمواردی متعدد اختلاف دارند، و یک جهش کوچک نمی تواند تغییری در گونه ایجاد کند، شاید بتوان به طوری گفت که در قطب جهشی منجر بدان شده که در کنار خرگوش های سیاه یا قهوه ای ، خرگوش سفید هم به وجود بیاید و چون رنگ خرگوش سفید سازگار با محیط در جهت اختفا است این گونه خرگوش ها وفور پیدا کردند، و همین طور در خرس ها و فک ها ولی تبدیل یک فوک به خرس یا خرگوش به گونه دیگری مثل سگ به گرگ ، مستلزم جهش های هم زمان متعدد است که این جهش ها اگر بخواهد اتفاقی باشد لاجرم امکان آن حد اقل در بازه زمانی که جهان شکل گرفته است امکان ندارد، و پیدایش گونه های مختلف ساختارهای بنیادین خاص خود را دارد و با یک جهش کوچک اتفاق نمی افتد، در این نظر گرچه در روند تطور مشترک با نظریه داروین است ولی از حیث اینکه تکامل کور نیست بلکه هوشمند است با آن متفاوت است، به هر حال در این روش یک جریانی را فرای ماده و یا ماده در حال تحول را موثر در به وجود آمدن گونه ها می داند.

نظر دیگر نظر خلقت گرایانه است، که در این نظر فارغ از هر گونه تحول و تطوری در گونه ها چه هوشمند چه غیر هوشمند، مطرح می شود که گونه های مختلف ، ناگهان به وجود آمده و ادامه حیات می دهند.

منادیان نظر داروینیسم ادعا دارند که این دو جریان در قطب متضاد آنها هستند و ریشه در مذهب و دین دارند، لذا هر گونه خلقت گرایی و طراحی هوشمند را ارتجاع و دوری از روند علمی و تعصب به مذهب تلقی می کنند، و منادیان آن را انسانهایی متعصب و غیر علمی و گرفتار شبه علم می دانند.

ما در این کتاب می خواهیم علم و منشاء انسان به طور خاص را مورد بررسی قرار دهیم، اولا ببینیم علم کدام یک از نظر ها را تایید می کند، و این نظر با کدام جهان بینی تطبیق می کند.

در اینجا ابتدا باید تعریف خود را از منش و روش علمی مشخص کنیم تا ببینیم ، که روند علمی چگونه باید پیش رود ما این تعریف را از قول دی گراس تایسون اختر فیزیکدان عنوان می کنیم:



" دانشمندان در طی قرون این را به ما آموزش دادند که برای رسیدن به یک ایده و نتیجه علمی می بایست سالها مساله را آزمود و آزمون و خطا زیادی را پشت سر گذاشت ، می بایست با استعانت از تجارب ایده های مردود را به دور ریخت، و ایده های نو را جایگزین کرد.و نباید تعصبات و عادات به ایده های گذشته برای ما سدی شودکه نتایج جدید را نپذیریم اگر این گونه عمل کردیم می توانیم مدعی شویم که کیهان را در اختیار گرفته ایم"



این مطلب تایسون مطلب درست و دقیقی است، ولی برای اینکه متوجه شویم که برداشتی که از یک آزمایش یا چندین آزمایش کرده ایم درست است یا نه معیار باید چه باشد، مشخص است معیار خودش از جنس انسان هست، یعنی باید دیگران این را تایید کنند، دیگران که روش و منششان با تعریف علمی ما جور در می آید بله ، یک اجماع علمی، اجماع علمی که از اجتماع تعدادی از دانشمندان که متد علمی دارند به وجود آمده است، و چون اجماع علمی می گوید که مثلا هسته کبالت فلان قدر پروتون دارد فلان قدر نوترون ، یا تعداد اقمار فلان سیاره فلان قدر است، می پذیریم، اما اجماع علمی همان طور که می تواند درست و منطقی باشد، گاهی هم می تواند اگر از مسیر خود خارج شود انحصار طلبی به بارآورد، یعنی بگوییم الان زمانه ، زبان علم ، زبان جامعه است، و جوانان زبان علم را می فهمند، خوب علم را از کجا به دست بیاوریم ، از اجماع علمی که خود گروهی از نخبگان علمی محسوب می شوند، مادامی که علم و پژوهش و تجربه است که راه را مشخص می کند و همه جامعه علمی در برابر آن سر خم می کنندو آن را می پذیرند ، جامعه علمی آرمانی و درستی حاکم است و می توان معیار وسنجه اعتبار علم و علمی باشد.

ولی وقتی سیستم به گونه ای می شود که عده ای یک کلونی از نخبگان به وجود می آورند که به جای اینکه حق و حقیقت و علم معیار درستی مساله ای باشد و اهل علم از روی علم شناخته شوند بالعکس افراد معیار حق قرار می گیرند، چون فلان مساله را فلانی گفته پس درست است، در اینجاست که خودکامگی و دیکتاتوری علمی خود را نشان می دهد ، اگر دراین جامعه سوالی به وجود آید به جای اینکه برای رسیدن به این جواب به دنبال پژوهش و تحقیق و آزمایش رویم، لاجرم به دنبال افراد بگردیم و چشم به دهان آنها داشته باشیم که چه می گویند. مسیر علمی بودن چیزی را همین یک مسیر تلقی کنیم و خود را از راه های دیگر محروم کنیم. از این مساله بگذریم تا جای دیگر.





ما در اینجا به جاست که به دنبال مطلوب خود ابتدا تعدادی از اصطلاحاتی که با آن سر وکار داریم تعریف کنیم، و بعد وارد مطلب شویم ما برای تعاریف خود از ساده ترین موجود زنده یعنی سلول شروع می کنیم.

اول تعریف موجود زنده چیست: موجودی که دارای شخصیت است، یعنی تغذیه می کند، تولید مثل می کند ، بقای خود را حفظ می کند، موجودیت خود را حفظ می کند.

مهمترین ساختار سلول ها ، پروتوین ها هستند، پروتویین ها خودشان از اسید های آمینه تشکیل شده اند، اسید های آمینه از رشته هایی تشکیل شده اند که دو سر آزاد و مرکزی برامده دارندهمین مرکز برامده منجر به اختلاف در اسید های آمینه می شود

پروتوئین ها بیش از 50 درصد از وزن خشک سلول ها را تشکیل می دهند وجود عناصر کربن، هیدروژن ، نیتروژن و اکسیژن و در بعضی موارد ، گوگرد و فسفر در آنها ثابت شده است بعضی از عناصر نیز در عملکردپروتوئینها نقش موثر دارند، ترکیب این عناصر فرمول ویژه هر پرو تئین را می سازد.

پیوند های شیمیایی بین اجزای پرو توئین ها در نهایت ساختار مشخصی به آنها می دهد، چند نوع پیوند در پرو توئین ها وجود دارد تعدادی از آنها درون ملکولی هستند و بعضی بین مولکولی از پیوند های کووالانسی که اتمها الکترون های خود را به اشتراک می گذارند تا پیوند های یونی، پیوند هیدروژنی، پیوند واندروالسی، میانکش آبگریز تشکیل شده اند .

آمینو اسید ها: به رغم عملکردی پرو تئین ها زنجیره پلی پپتیدی همه آنها از زیر واحد هایی به نام آمینو اسید ها تشکیل شده است. همه آمینو اسید ها از کربن، هیدروژن نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده اند، در ترکیبات زیستی بیست نوع آمینو اسید به کار رفته اند. آمینو اسید ها زیر واحد های سازنده پروتونها هستند، که ماهیت بلوری دارند که نقاط ذوب و جوش بالای استثنایی و غیر معمول ایجاد می کنند.



دی ان ای چیست ؟



DNA یا داکسی نوکلئیک اسید ماده وراثتی انسان و تقریبا تمامی موجودات دیگر است. تقریبا تمام سلول های بدن یک فرد دارای DNA مشابه هستند. بیشترِ DNA در هسته سلول واقع شده است (که آن را DNA هسته ای می‌نامند)، اما همچنین مقدار کمی DNA می‌تواند در میتوکندری‌ها که آن را DNA میتوکندریایی یا mtDNA می‌نامیم) نیز یافت شود. میتوکندری‌ها ساختاری هستند که درون سلول انرژی غذا را به شکلی که برای سلول قابل استفاده باشد تبدیل می‌کنند.

اطلاعات DNA به صورت یک کد که از چهار بازشیمیایی ساخته شده است ذخیره می‌شود. آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C)، و تیمین (T). DNA انسان متشکل از حدود 3 میلیارد باز و بیش از 99 % از آن بازها در تمام افراد مشابه است. ترتیب یا توالی این بازها مشابه شیوه ای که در آن حروف الفبا با ترتیب خاصی برای ساخت کلمات و جملات پشت هم قرار می‌گیرند، اطلاعات قابل دسترس برای ساخت و نگهداری موجود را تعیین می‌کند.

بازهای DNA با یکدیگر جفت می‌شود. یعنی به منظور تشکیل واحدهایی به نام جفت باز، A با T و C با G با هم جفت می‌شوند. همچنین هر باز به یک مولکول قند و یک مولکول فسفات متصل می‌شود. در مجموع، یک باز، قند و فسفات را نوکلئوتید می‌نامیم. نوکلئوتید‌ها به صورت دو رشته بلند آرایش پیدا می‌کنند که یک مارپیچ به نام دابل هلیکس [مارپیچ دوتایی] می‌سازند. ساختار دابل هلیکس تا حدی شبیه نردبانی که جفت بازها پله‌های نردبان و مولکول‌های قند و فسفات ستون‌های عمودی آن را شکل می‌دهند.

یکی از ویژگی‌های مهم DNA این است که می‌تواند همانند سازی کرده، یا از خودش نسخه برداری کند. در این مارپیچ دوتایی، هر رشته‌ی DNA می‌تواند به عنوان الگویی برای همانند سازی توالی بازها بکار گرفته شود. هنگام تقسیم سلول‌ها این کار حیاتی است زیرا هر سلول جدید باید نسخه کاملا دقیقی از DNA‌ های موجود در سلول قدیمی داشته باشد
















از آن جایی که DNA نمی تواند هسته را ترک کند، به تنهایی قادر به تولید پروتئین نیست.

تولید پروتئین ها از توالی کدکننده DNA، با فرآیندی به نام "رونویسی" آغاز می شود.

بازهای یک رشته RNA یا DNA می توانند به پایه های یک رشته دیگر بچسبند.

همچنین آن ها می توانند به بازهای مکمل خود متصل شوند.

یعنی در C ،RNA و A به ترتیب می توانند به G و U متصل شوند؛ بنابراین DNA به عنوان الگویی قرار می گیرد که RNA از روی آن رونویسی را انجام می دهد و توالی DNA را منعکس می کند.

در طول رونویسی، چندین آنزیم از جمله هلیکاز (Helicase)، سبب می شوند که ساختار مارپیچی DNA باز شود تا آنزیم دیگری به نام RNA پلیمراز (RNA polymerase) بتواند فعالیت خود را آغاز کند.

RNA پلیمراز در امتداد رشته DNA پیچیده نشده حرکت می کند که مولکول mRNA را بسازد تا زمانی که آماده خروج از هسته شود.





‏-‏۲‏- ترجمه (mRNA به پروتئین)

ترجمه یک فرآیند زیستی است که برای ساخت پروتئین از mRNA انجام می شود.

علاوه بر این که متوجه شدیم RNA چیست و همچنین فهمیدیم که به عنوان ماده ژنتیکی عمل می کند، در همه موجودات زنده عملکرد دیگری به عنوان یک پیام رسان نیز دارد؛ یعنی یک واسطه کوتاه مدت است که اطلاعات موجود در ژن های ما را به بقیه سلول منتقل می کند.

از آن جا که پروتئین ها نقش اصلی را در اجزای ساختاری و سیگنال دهی به سلول و به عنوان آنزیم در سلول ایفا می کنند، تولید آن ها بسیار مهم است.

هنگامی که mRNA از هسته خارج و وارد سیتوپلاسم (Cytoplasm) سلول می شود، یک ریبوزوم پیدا می کند تا فرآیند ترجمه آغاز شود.

به سه باز نوکلئوتیدی از مولکول mRNA، "کدون (Codon)" گفته می شود و هر کدون تنها برای یک اسیدآمینه خاص است.







در طول ترجمه، مولکول های انتقال دهنده RNA (همان tRNA) که به یک اسیدآمینه خاص متصل هستند، یک کدون را روی مولکول mRNA تشخیص می دهند و اسیدآمینه مناسب را در آن محل به رشته وارد می کنند.

به عنوان مثال، کدون CUC آمینو اسید لوسین (Leucine) را تولید می کند؛ در حالی که کدون UAG یکی از کدون های توقف است که نشان می دهد ترجمه ژن کامل شده است.

ریبوزوم ها حاوی پروتئین و چندین مولکول مختلف RNA ریبوزومی (rRNA) هستند.

هنگامی که اسید آمینه ها تولید شدند، مولکول های rRNA در طول مولکول mRNA حرکت می کنند تا تشکیل پروتئین ها را کاتالیز کنند؛ بنابراین فرآیند ترجمه اتفاق می افتد.

ذکر این نکته ضروری است که tRNA ،mRNA و rRNA همگی نقش مهمی در مسیر سنتز پروتئین دارند.

به عنوان یک کاتالیزور بیولوژیکی چیست؟

ریبوزوم ها آنزیم هایی هستند که از مولکول های RNA تشکیل شده اند.

اگرچه در طی سال های متمادی جست و جو درباره این که RNA چیست، اعتقاد بر این بود که فقط پروتئین ها می توانند آنزیم باشند؛ اما با گذشت زمان معلوم شد که مولکول های خاص RNA که ساختار سوم پیچیده ای دارند هم به عنوان آنزیم عمل می کنند.

به عنوان مثال، مولکول های rRNA می توانند به عنوان ریبوزوم در طول ترجمه عمل کنند؛ یعنی هنگامی که اسیدآمینه ها تولید می شوند rRNA ها در طول مولکول mRNA حرکت می کنند و در تشکیل پروتئین نقش دارند





ریبوزوم ها بسیاری از ویژگی های متداول یک آنزیم را دارند.

این ویژگی ها عبارتند از موارد زیر:

وجود محل فعال آنزیم

وجود یک محل اتصال برای کوفاکتور (Cofactor) مانند یک یون فلزی

پیوند اسیدآمینه ها در طول سنتز پروتئین به RNA

نقش در انتقال و تکثیر ویروس ها





ریبوزوم ها بسیاری از ویژگی های متداول یک آنزیم را دارند.

این ویژگی ها عبارتند از موارد زیر:

وجود محل فعال آنزیم

وجود یک محل اتصال برای کوفاکتور (Cofactor) مانند یک یون فلزی

پیوند اسیدآمینه ها در طول سنتز پروتئین به RNA

نقش در انتقال و تکثیر ویروس ها





ژن واحد فیزیکی و عملکردی وراثت است که جنس آن DNA است. ژن‌ها از والدین به فرزندان به ارث می رسند و اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد صفات فیزیکی و زیستی را از نسلی به نسل بعد منتقل می‌کنند. بعضی از ژن‌ها به عنوان دستورالعمل‌هایی برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شوند، بعضی دیگر نیز وظیفه کنترل ژن‌های دیگر را برعهده دارند. به طور میانگین انسان‌ها در حدود ۲۰ هزار ژن کدکننده پروتئین دارند، اما نکته مهم این است که ما از هر ژن دو نسخه داریم که یکی را از مادر و دیگری را از پدر دریافت کرده‌ایم. در این مطلب از مجله فرادرس قصد داریم به طور کامل با ژن‌ها، انواع آن‌ها و حتی اصطلاحات مربوط به آن‌ها آشنا شویم.



ژن چیست؟

ژن قطعه‌ای از مولکول DNA است که اطلاعات ژنتیکی را با خود حمل می‌کند و از والدین به نسل بعد انتقال می‌دهد، بنابراین ژن‌ها باعث بروز صفاتی مشابه والدین در فرزندان می‌شوند. ژن‌ها دارای کدها یا توالی‌های نوکلئوتیدی هستند که می‌توانند اطلاعات ساخت و تولید RNA و پروتئین‌های مختلف را در اختیار سایر ابزارهای سلولی قرار دهند. برای این کار ابتدا توسط آنزیم‌های سلولی، ژن‌ها رونویسی شده و ‌RNA‌های عملکردی را می‌سازند و یا mRNAهایی برای ترجمه به پروتئین تولید می‌کنند.

در تصویر زیر می‌توانید با نحوه بیان ژن‌ها بهتر آشنا شوید. با رونویسی از ژن، رشته‌های RNA ایجاد می‌شوند که پس از فرایند ترجمه زنجیره‌های اسید آمینه یا پپتیدها را می‌سازند. این زنجیره‌ها پس از ایجاد تاخوردگی، ساختارهای فضایی و عملکردی پروتئین‌ها را به وجود می‌آورند.



«ویلهلم یوهانسن» (Wilhelm Johannsen) کسی بود که برای اولین بار اصطلاح ژن را به کار برد و از پیشینه دانش گیاه‌شناسی خود برای بررسی صفات ژنتیکی گیاهان استفاده کرد. براساس تئوری‌های قبلی علم ژنتیک، ژن به عنوان قطعه‌ای از اطلاعات منفرد است که تنها می‌تواند یک پروتئین واحد را بسازد. این تئوری‌ها در ژنتیک مدرن قابل قبول نیست.

اکنون می‌دانیم که با توجه به مکانی که فرآیند تکثیر از آن شروع می‌شود، ممکن است واحدهای رونویسی مختلفی از رشته پیام رسان RNA یعنی mRNA از روی یک ژن خاص تولید شوند و به همین ترتیب، یک ژن واحد نیز ممکن است با توجه به جایی که در آن ژن، فرآیند رونویسی آغاز می‌شود، تنها بخش کوچکی از یک واحد رونویسی شده mRNA را تشکیل دهد.

براساس مطالعات و مشاهدات انجام شده در مورد ژن‌ها، امروزه اعتقاد بر این است که ژن‌ها بدون از دست دادن عملکرد اصلی خود و بدون نیاز به طی کردن روند تکثیر قادر به انجام عملکرد دومی نیز هستند. این پدیده، به (Protein Moonlighting) یا اشتراک ژنی (Gene Sharing) معروف است، اشتراک ژنی به این معنا است که یک پروتئین می‌تواند بیش از یک عملکرد داشته باشد.

اشتراک ژنی باعث ایجاد چندین پروتئین با عملکردهای مختلفی می‌شود. این پروتئین‌ها شامل آنزیم‌ها، گیرنده‌های سلولی و کانال‌های یونی یا «چپرون‌ها» (Chaperon) هستند. اولین عملکرد پروتئین‌هایی از این دست، فعالیت کاتالیتیکی آنزیمی است اما این آنزیم‌ها در عملکرد دوم خود ممکن است نقش غیر آنزیمی داشته باشند. عملکردهای ثانویه می‌تواند شامل تنظیم رونویسی، مرگ برنامه‌ریزی شده (آپوپتوز) و نقش‌های ساختاری در سلول باشند.

با این تفاصیل تعریف یک ژن به عنوان یک واحد عملکردی که تنها یک نقش را بر عهده دارد، به کلی منسوخ شده است. اگرچه برای شناخت دقیق‌تر اطلاعات ژنتیکی، نیاز به تحقیقات بیشتری است، اما با توجه به تحقیقات انجام شده تاکنون، واضح است که یک ژن واحد می‌تواند نقش‌های زیادی را در جایگاه‌های مختلف داشته باشد.

انواع ژن‌ها

ژن‌ها انواع مختلفی دارند. در این مطلب در مورد انواع ژن‌هایی که تاکنون شناخته شده‌اند، بحث می‌شود. با توجه به افزایش فعلی تحقیقات ژنتیکی و درک ما از کدهای ژنتیکی که هر ارگانیسم را منحصر به فرد می‌کند، انواع ژن‌ها به طور مداوم در حال تکامل هستند اما می‌توان ژن‌ها را در سه سطح زیر مورد بررسی قرار داد.

ژن‌های ویروسی

ژن‌های باکتریایی

ژن‌های انسانی

ژن‌های ویروسی



ویروس‌ها را می‌توان با توجه به نوع ژن طبقه‌بندی کرد. آن‌ها می‌توانند ویروس RNA یا DNA باشند. تعداد ژن‌های موجود در ویروس‌ها از یک ژن تا حداکثر حدود 200 ژن متغیر است. ویروس‌های RNA میزان بسیار بالایی از جهش‌های ژنی را نشان می‌دهند. جهش ژنی یعنی تغییر توالی DNA به توالی متفاوتی که نسبت به توالی طبیعی کد گذاری شده است. این تغییر در یک نقطه واحد و یا در نواحی مختلف ژن و در طول تکثیر و رونویسی ژن و حتی ترجمه mRNA به پروتئین ممکن است، اتفاق بیوفتد. این میزان جهش تقربیا برابر با یک جهش در هر بار همانندسازی از ژن‌ها است. این در حالی است میزان جهش در ویروس‌های DNA بسیار نادر است و تقریباً از هر چند صد بار همانندسازی یک بار جهش اتفاق می‌افتد.



ویروس‌ها همچنین می‌توانند اطلاعات ژنتیکی خود را از طریق فرایند «نوترکیبی» (Recombination) تغییر دهند، نوترکیبی زمانی رخ می‌دهد که دو ویروس در داخل ارگانیسم میزبان مواد ژنتیکی خود را تبادل می‌کنند. یک ویروس به عنوان مثال، یک رتروویروس می‌تواند علاوه بر تبادل اطلاعات ژنتیکی خود با ویروس دیگر، یک نسخه از ژنوم خود را درون ژنوم میزبان جای گذاری کند. این توانایی برای تغییر مداوم کد‌های ژنتیکی انجام می‌شود، بدین معنی که ویروس‌های RNA می‌توانند برای زنده ماندن و تکثیر در میزبان مقاومت و سازگاری پیدا کنند.

برخی از ویروس‌های خطرناک جهان ویروس‌هایی هستند که ژنومی از جنس RNA دارند. این گروه از عوامل بیماری‌زا شامل ویروس‌هایی هستند که باعث ابتلا به بیماری‌های مهلکی نظیر ابولا،‌ هاری، آنفلوانزا، تب نیل، فلج اطفال و سرخک می‌شوند. یک نمونه از ژن ویروسی، ژن BALF5 است. این ژن یک آنزیم پروتئینی به نام DNA پلیمراز را در ویروس «اپشتین-بار» (Epstein-Barr) تولید می‌کند.























ژن‌های باکتریایی



براساس مطالعات انجام شده، تخمین زده می‌شود که باکتری‌ها با توجه به پیچیدگی آن‌ها بین 500 تا 7500 ژن داشته باشند. بسیاری از باکتری‌ها یک کروموزوم واحد دارند که حاوی تمام ژنوم باکتری‌ است و همچنین دارای ساختارهای جداگانه‌ ژنتیکی به نام «پلاسمیدها» (Plasmids) نیز هستند که می‌توانند به طور مستقل از کروموزوم خود باکتری، تکثیر شوند. به همین دلیل به DNA موجود در پلاسمیدها، «DNA خارج کروموزومی» می‌گویند.

در حالی که معمولاً کروموزوم‌های باکتریایی به صورت حلقوی هستند، اما آن‌ها می‌توانند به صورت خطی نیز وجود داشته باشند. در شکل زیر تصویری از یک باکتری به صورت معمول را می‌توان مشاهده کرد



نمونه‌ای از ژن‌های باکتریایی، ژن blaOXA-2 است که پروتئینی را رمزگذاری می‌کند که در تولید بتالاکتاماز کمک کننده است. محصول نهایی این آنزیم پروتئینی است که باعث افزایش مقاومت باکتری‌ها از جمله اشرشیا کولی (Ecoli) در برابر آنتی‌ بیوتیکی به نام بتا‌لاکتام می‌شود.

ژن‌های انسانی

هرچه ارگانیسم پیچیده‌تر باشد، ژنوم آن نیز پیچیده‌تر خواهد بود و تعداد ژن‌های آن نیز بیشتر خواهد شد. براساس مطالعات انجام شده در «پروژه ژنوم انسان» (Human Genome Project)، تخمین زده می‌شود که حدود 30،000 ژن انسانی، کدهایی مربوط به پروتئین‌هایی را ایجاد می‌کنند که هویت منحصر به فرد آناتومیکی و فیزیولوژیکی هر فرد را می‌سازند

ژنوم انسان تقریباً سه میلیارد جفت باز دارد این بازها بخشی از مونومرهای نوکلئوتیدی تشکیل دهنده اسیدهای نوکلئیکی هستند. ترتیب و نحوه قرارگیری این جفت بازها کدهای مربوط به ژن‌ها را تشکیل می‌دهند و این ژن‌ها با استفاده از جفت‌ بازها، اطلاعات قابل انتقال برای تولید پروتئین‌ها را فراهم می‌کنند.

«پروتئین پی ۲ جعبهٔ سرچنگالی» (Forkhead P۲) یا (FOXP۲) یک فاکتور رونویسی را کد می‌کند. ژن FOXP۲ در یک مکان مشخص کروموزومی‌ در هر سلول انسانی یافت می‌شود (به جز گلبول‌های قرمز بالغ)، اما این ژن فقط در مغز، روده و ریه بیان (منجر به تولید پروتئین) می‌شود.

این فاکتور رونویسی خاص به DNA اتصال می‌یابد، اما وظیفه آن به یک عملکرد واحد محدود نمی‌شود، زیرا این توانایی را دارد که با صدها پروموتر DNA ارتباط برقرار کند و بنابراین، همان طور که قبلاً نیز گفته شد، می‌تواند در تولید بیش از یک پروتئین نقش داشته باشد. با این حال، یکی از کارکردهای اصلی ژن FOXP۲ در پیشرفت توانایی گفتار و زبان انسان است. به همین دلیل جهش در ژن FOXP۲ منجر به اختلال اتوزمی غالب گفتاری یا SPCH1 می‌شود.

براساس مطالعات انجام شده، علت «سرطان سینه» (Breast Cancer)، جهش در ژن BRCA است. معمولاً، ژن‌های BRCA با ترمیم آسیب‌های DNA ناشی از آلودگی محیط، رژیم غذایی، عادات سبک زندگی مانند سیگار کشیدن، قرار گرفتن در معرض تابش و بسیاری از عوامل دیگر، تشکیل تومور را متوقف می‌کنند. در افرادی که دارای ژن BRCA جهش یافته یا آسیب دیده هستند، این محافظت و جلوگیری از تشکیل تومور دیگر اعمال نمی‌شود. افراد مختلف اعم از زن و مرد با ژن BRCA جهش یافته (جهش در محل ۱ ۱۷q21 BRCA یا ۱۳q۱۲٫۳ BRCA 2) بسیار در خطر ابتلا به سرطان سینه قرار دارند. اما این جهش‌ها در زنان خطر ابتلا به سرطان تخمدان را نیز افزایش می‌دهند.

ژن «COL۱A۱» یک جزء از پپتید آلفا-1 کلاژن نوع اول را رمزگذاری می‌کند، کلاژن پروتئینی است که در بسیاری از انواع بافت‌های همبند وجود دارد. این ژن را می‌توان در محل ۱۷q۲۱٫۳۳ یافت. این آدرس به موقعیت ژن COL۱A۱ در کروموزوم هفدهم اشاره دارد که به طور دقیق موقعیت ژن را در این کروموزوم بر روی بازوی بلند و در منطقه ۲، باند ۱، زیر باند ۳۳ نشان می‌دهد.

ژن MTHFR حاوی کدی است که در بدن انسان برای تولید آنزیم «ردوكتاز متیلن تتراهیدروفولات» (MethylenetetraHydrofolate Reductase) رونویسی و ترجمه می‌شود. جهش در ژن MTHFR بسیار متداول است، این جهش‌ها باعث می‌شود که بدن فرد نتواند محصول نهایی فرایندهای کاتالیز شده توسط آنزیم ردوكتاز متیلن تتراهیدروفولات مانند هموسیستئین و نوکلئوزید تیمیدین را تولید کند.

کمبود این محصولات می‌تواند منجر به ایجاد ناهنجاری‌های «هیپرهموسیستئینمی‌» (Hyperhomocysteinemia) شود. یکی از این ناهنجاری‌های ایجاد شده توسط هیپرهموسیستئینمی‌، کمبودهای ویژه در ویتامین‌های B است. از این گروه می‌توان به ویتامین B۹ (اسید فولیک) که برای رشد عصبی در دوران جنینی ضروری است، اشاره کرد.

CXorf۳۸ ژن انسانی دیگری است که پروتئین‌هایی را کد می‌کند که در تشکیل بافت‌ها نقش دارند. Cxorf38 عمدتا در غدد و گره‌های لنفاوی بیان می‌شوند و در محل p۱۱.۴ کروموزوم X یافت می‌شوند. این مکان یا لوکوس کروموزوم نشان دهنده قرارگیری ژن در کروموزوم جنسی X، بازوی کوتاه‌تر، ناحیه ۱، باند ۱ و زیر باند ۴ است. این لوکوس در شکل نشان داده شده است.



شبیه‌ساز بیان ژن و سنتز پروتئین در سلول

این شبیه‌ساز که در دانشگاه کلورادو طراحی شده است، فرآیند بیان ژن را از مرحله رونویسی DNA تا سنتز پروتئین در سلول به‌صورت تعاملی نمایش می‌دهد. کاربران با توالی رویدادهایی آشنا می‌شوند که منجر به تولید پروتئین می‌شود و نقش مولکول‌هایی مانند RNA و ریبوزوم را در این مسیر بررسی می‌کنند. همچنین می‌توانند اثر تغییر غلظت و نحوه برهم‌کنش زیست‌مولکول‌ها را بر میزان تولید پروتئین پیش‌بینی کنند و ماهیت تصادفی (تصادفی‌بودن تعاملات مولکولی) را درک نمایند. این شبیه‌ساز نشان می‌دهد چگونه تولید پروتئین در یک سلول منفرد با مقدار تولیدشده در جمعیتی از سلول‌ها مرتبط است و به فهم عمیق‌تری از تنظیم فعالیت‌های ژنتیکی کمک می‌کند.

واژه‌نامه کوتاه از اصطلاحات ژنتیکی

ژن مترادف ژنوم نیست. ژنوم کل اطلاعات ژنتیکی یک ارگانیسم واحد را توصیف می‌کند. ژن قسمت خاصی از DNA ارگانیسم یا RNA آن را در بر می‌گیرد. ژن‌ها بخشی از رشته‌های اسیدهای نوکلئیک هستند که توالی ویژه‌ای دارند و قادر به انتقال بخشی از اطلاعات ژنتیکی از طریق فرآیند تکثیر، رونویسی و ترجمه هستند و یک یا چند پروتئین را تولید می‌کنند که نوع پروتئین براساس ژنی که آن را کد می‌کند، مشخص می‌شود.

اصطلاحات دیگری که اغلب در زمینه ژنتیک با آن روبرو می‌شوید، عبارتند از:

صفت (Trait): یک ویژگی خاص در ارگانیسم، مانند رنگ چشم را صفت می‌نامند.

مکان ژنی یا لوکوس (Locus): موقعیتی در یک کروموزوم که در آن یک ژن واحد یافت می‌شود.

آلل (Allele): تنوع و اشکال احتمالی یک ژن موجود در یک لوکوس واحد، مانند بخشی از ژن‌های فنوتیپ رنگ چشم (آبی و قهوه ای)، آلل نام دارند.

ژنوتیپ (Genotype): کل مجموعه آلل‌های موجود در یک یا چند ژن و لوکوس‌های مختلف که یک صفت واحد را کنترل می‌کنند، ژنوتیپ نامیده می‌شوند.

فنوتیپ (Phenotype): ویژگی قابل مشاهده مانند رنگ چشم که تحت تاثیر ژنوتیپ و محیط زیست ارگانیسم قرار دارد، فنوتیپ فرد را تشکیل می‌دهد.













اصطلاحات مربوط به ژن

ژن‌ها در بسیاری از فرآیندهای حیاتی یک ارگانیسم نقش دارند. در واقع ژن‌ها ساختار اصلی زندگی هر ارگانیسم محسوب می‌شوند. این عنوان قبلاً به اسیدهای آمینه داده شده بود، اما این ژن‌ها هستند که کدهای تولید اسیدهای آمینه برای تشکیل پروتئین‌ها را در بر دارند.

ژن درمانی

یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های علمی‌ در دهه‌های اخیر، «ژن درمانی» (Gene Therapy) است. این تکنیک باعث تغییر در ژن‌های موجود در ارگانیسم شده که می‌تواند جهش‌های ایجاد شده را اصلاح کرده و پروتئین‌های ویژه‌ای را تولید کند.

محققان ژن درمانی این کار را با استفاده از ویروس‌هایی انجام می‌دهند که برای انتقال اطلاعات ژنتیکی جدید به سلول مورد نظر، بی‌خطر شده‌اند. این عملکرد نام جدیدی را به ویروس‌ها اطلاق می‌کند و آن‌ها در ژن درمانی تحت عنوان «وکتور» (Vector) یا ناقل وارد عمل می‌شوند.

ژن درمانی هنوز به یک روش درمانی روتین و قابل استفاده برای انسان تبدیل نشده است و همچنان در مراحل اولیه و آزمایشی قرار دارد. در حال حاضر تحقیقات بر روی طراحی یک ناقل مطمئن اما مؤثر متمرکز شده است.

در برخی از مراکز تحقیقاتی آزمایش‌های بالینی ژن درمانی بر روی انسان‌ها آغاز شده است و نتایج امید بخشی در بیماری‌هایی نظیر نقص ایمنی، هموفیلی، تالاسمی، اختلالات متابولیسم چربی و سرطان بدست آمده است. با این حال، نگرانی اصلی در این زمینه، یعنی احتمال بروز ناهنجاری و اختلال توسط ناقل‌های ژن درمانی، همچنان مطرح است.

جهش ژن

ژن‌ها و اطلاعات ژنتیکی می‌توانند از جهات مختلفی دچار جهش شوند. این موارد شامل جهش بی معنی (Nonsense)، بد معنی (Missense)، خاموش (Silent) و جهش جابجایی (Substitution) است و همچنین جهش‌ها می‌توانند یا در خود رشته DNA یا در طی مراحل تکثیر، رونویسی و ترجمه ژن‌ها به پروتئین، ایجاد شوند.

تنها درصد کمی‌ از جهش‌های ژنتیکی باعث رشد تومورهای بدخیم یا سرطان‌ها می‌شوند که آن‌ها می‌توانند ارثی یا اکتسابی باشند. جهش‌ها ممکن است در اثر عوامل محیطی مانند شیمی درمانی، پرتودرمانی، آلاینده‌های شیمیایی، عفونت‌های ویروسی و باکتریایی و فرآیندهای فیزیکی یا تحلیل سلول‌های بدن مانند روند پیری ایجاد شوند.



جریان ژن

«جریان ژنی» (Gene Flow) به عنوان «مهاجرت ژن» (Gene Migration) یا «جریان آللی» (Allele Flow) نیز شناخته می‌شود و مربوط به ادغام یک گونه با یک جمعیت از طریق انتقال اطلاعات ژنتیکی آن است. جریان ژنی زمانی اتفاق می‌افتد که با مهاجرت یک گونه، اطلاعات ژنتیکی آن از طریق DNA به جمعیت جدیدی انتقال یابد و اطلاعات ژنتیکی آن گونه وارد خزانه ژنی جمعیت جدید شود.

استخر ژن یا خزانه ژنی

جمع کل ژن‌ها (بیان شده و بیان نشده) در جمعیت یک گونه منفرد به عنوان استخر ژنی یا خزانه ژنی آن جمعیت شناخته می‌شود. تنوع خزانه ژنی به طیف گسترده‌ای از فنوتیپ‌های ممکن و در نتیجه تنوع گسترده بین یک گونه واحد، می‌انجامد.

تنظیم ژن

بعضی از ژن‌ها فقط در زمان‌های مشخص یا در برخی از بافت‌ها یا انواع سلول‌های خاص بیان می‌شوند. هر مکانیسمی‌ که بیان ژن‌ها را تحریک یا سرکوب کند، تحت عنوان مکانیسم تنظیم ژن به شمار می‌آید.

رانش ژنتیکی

یکی از دانشمندان متخصص ژنتیک به نام «Sewall Green Wright» اولین کسی بود که درباره «رانش ژنتیکی» (Genetic Drift)، به عنوان یکی از مکانیسم‌های تکاملی نظریه پردازی کرد. رانش ژنتیکی در جایی اتفاق می‌افتد که افراد خاصی در یک جمعیت، فرزندان بیشتری نسبت به دیگران تولید می‌کنند. این امر به این دلیل نیست که این افراد مناسب‌تر یا قوی‌تر هستند (بقای اصلح)، بلکه می‌تواند ناشی از عوامل دیگری باشد. به عنوان مثال، ممکن است جمعیت نرها در گروهی از سگ‌های وحشی آفریقایی در طی یک شکار کشته شوند و تنها یک یا دو نر ضعیف از این گروه برای زادآوری باقی بمانند. در این حالت رانش ژنتیکی اتفاق می‌افتد که منجر به كاهش اطلاعات ژنتیكی خزانه ژنی جمعیت این افراد می‌شود.

کروموزوم چیست؟

«کروموزوم» (Chromosome)، بخشی از سلول است که اطلاعات ژنتیکی موجودات مختلف را در قالب ژن حمل می‌کند. ویژگی بارز هر کروموزوم فشردگی آن است. به عنوان مثال، ۴۶ کروموزوم موجود در سلول‌های انسانی در کنار هم دارای طولی برابر با ۲۰۰ نانومتر هستند. اگر این کروموزوم‌ها از حالت فشرده باز شوند، طول ماده ژنتیکی (ژنوم) کل، هر سلول انسانی برابر با ۲ متر خواهد شد.

کروموزوم‌ها از متراکم شدن رشته‌های کروماتین تشکیل می‌شوند و کروماتین‌ها نیز از در هم پیچیدن رشته‌های DNA به وجود می‌آیند. رشته‌های DNA نیز از بخشی‌هایی به نام ژن ایجاد می‌شوند. فشردگی کروموزوم‌ها نقش مهمی در کمک به سازماندهی مواد ژنتیکی در طی تقسیم سلولی دارند و این امکان را به کروموزوم‌ها می‌دهند تا درون ساختمان هسته یک سلول قرار بگیرند که قطر متوسط آن در حدود 5 تا 10 میکرومتر است. در ویروس‌ها نیز ماده ژنتیکی به قدری فشرده می‌شود که بتواند در کپسیدهای چند ضلعی یک ذره ویروسی که ممکن است قطری برابر با ۲۰ تا ۳۰ نانومتر داشته باشد، جای گیرند.









واژه کروموزوم از دو کلمه یونانی «کروما» (Chroma) به معنی رنگ و «زوما» (Soma) به معنی بدن گرفته شده است. دانشمندان این نام را برای کروموزوم انتخاب کرده‌اند، زیرا کروموزوم‌ها ساختارهای سلولی یا اجسام سلولی هستند که در رنگ آمیزی‌های سلولی بشدت رنگ می‌گیرند.

هر موجود زنده برای این که روند رشد و عملکرد خود را حفظ کند نیاز به تقسیم سلولی دارد. در طول تقسیم سلولی مرحله مهم، تقسیم DNA به طور کامل در میان دو سلول جدید است. کروموزوم‌ها بخش کلیدی از این فرایند هستند که باعث می‌شوند، مولکول‌ DNA به طور دقیق همانندسازی کند و به طور یکسان بین دو سلول در طی تقسیم سلولی توزیع شود. در این میان ممکن است، گاهی خطاهایی نیز رخ دهد.

تغییرات در تعداد یا ساختمان کروموزوم‌های سلول‌های جدید ممکن است، مشکلات جدی را برای حیات این سلول‌ها ایجاد کند. برای مثال، در انسان یکی از انواع لوکمیا یا سرطان خون و برخی از سرطان‌ها به دلیل کروموزوم‌های معیوب به وجود می‌آیند. این کروموزوم‌های معیوب ممکن است دارای بخشی اضافی در کروموزوم یا فاقد بخشی از ساختمان اصلی کروموزوم سالم باشند.

گاهی در تقسیم سلولی، کروموزوم‌ها از نظر تعداد به درستی تقسیم نمی‌شوند و سلول‌های ایجاد شده از این تقسیم‌ها نیز قادر نیستند به درستی فعالیت کرده و به حیات خود ادامه دهند. مثال بارز این موضوع در انسان در افراد «سندروم داون» (Down Syndrome) قابل مشاهده است، به طوری که در سلول‌های این افراد به جای دو نسخه، سه نسخه از کروموزوم ۲۱ وجود دارد.

ساختار کروموزوم‌

کروموزوم‌ها ساختمانی دارند که درون هسته سلول‌ها، حتی با میکروسکوپ‌ها هم قابل مشاهده نیستند و تنها در زمان تقسیم سلولی می‌توان آن‌ها را دید. رشته‌های DNA برای افزایش تراکم در طول تقسیم سلولی، به شکل کروموزوم‌های بسیار فشرده در می‌آیند که در این حالت با میکروسکوپ‌ها قابل مشاهده می‌شوند. در واقع تمام اطلاعاتی که محققان از ساختار و عملکرد کروموزوم‌ها تاکنون به دست آورده‌اند، از مطالعه آن‌ها در زمان تقسیم سلولی به دست آمده است.

کروموزوم‌ها اولین بار در اواخر سال‌های ۱۸۰۰ میلادی مشاهده شدند. در آن زمان محققان هیچ گونه شناختی از ساختمان و عملکرد آن‌ها نداشتند. اولین اطلاعات در مورد ویژگی‌های کروموزوم‌ها در طول سال‌های ۱۹۰۰ توسط «توماس هانت مورگان» (Thomas Hunt Morgan) به دست آمد. مورگان توانست بین کروموزوم‌ها و ویژگی‌های ارثی ارتباط برقرار کند و اثبات کرد که کروموزوم X مربوط به تعیین جنسیت است و رنگ چشم‌ را در مگس سرکه تعیین می‌کند.

هر کروموزوم از بخش‌های متفاوتی تشکیل شده که هر کدام عملکرد خاصی دارند. در ادامه به بررسی بخش‌های مختلف هر کروموزوم می‌پردازیم.



سانترومر چیست؟

هر کروموزوم یک نقطه انقباضی دارد که «سانترومر» (Centromere) خوانده می‌شود. کروموزوم‌ها از ناحیه سانترومر به دو بخش تقسیم می‌شوند و به هر کدام از این بخش‌ها «بازوهای کروموزوم» (Chromosome Arms) می‌گویند. سانترومرها همیشه در میانه کروموزوم‌ها قرار دارند و گاهی حتی یک سانترومر ممکن است نزدیک به انتهای کروموزوم قرار گیرد. با توجه به محل سانترومر دو بازو روی کروموزوم تشکیل می‌شود که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

بازوی p: بازوی کوتاه کروموزوم

بازوی q: بازوی بلند کروموزوم

محل قرارگیری سانترومر در هر کروموزوم ویژگی‌های ساختاری آن کروموزوم را مشخص می‌کند و به وسیله آن می‌توان جایگاه هر ژن را بر روی کروموزوم مشخص کرد.

کروموزوم‌ها از ناحیه سانترومر در زمان تقسیم سلولی در میانه سلول ردیف می‌شوند. در ناحیه سانترومر پروتئین‌هایی به نام کینه‌توکور‌ها وجود دارند که محل اتصال رشته‌های کمربند تقسیم سلولی به کروموزوم‌ها هستند. زمانی که کروموزوم‌ها برای تولید سلول جدید شروع به تقسیم می‌کنند، سانترومرها محل اتصالی برای دو نیمه همانندسازی شده کروموزوم می‌سازند و کروموزوم‌های متصل شده از ناحیه سانترومر به یکدیگر، «کروماتیدهای خواهری» (Sister Chromatids) نام می‌گیرند.

تلومر چیست؟

تلومرها بخش‌های تکراری از مولکول DNA هستند که در انتهای کروموزوم‌های خطی قرار می‌گیرند. این ناحیه از کروموزوم‌ها از ساختارهای انتهایی کروموزوم‌ها محافظت می‌کنند. عملکرد تلومرها در کروموزوم‌ها مانند محافظت قطعه پلاستیکی ابتدای بند کفش از یکپارچگی ساختار بند کفش است. در سلول‌های مختلف، تلومر‌ها در هر تقسیم سلولی قطعه‌ای از ساختار خود را از دست می‌دهند. در واقع در هر بار تقسیم سلولی تلومرها کوتاه‌تر می‌شوند. هنگامی که تمام تلومرهای مولکول DNA از بین رفت، این مولکول دیگر قادر به تقسیم نیست.



گلبول‌های سفید و سایر سلول‌هایی که به طور مکرر تقسیم می‌شوند، دارای آنزیمی هستند که می‌تواند از نابودی تلومرها در کروموزوم‌ها، طی تقسیم سلولی جلوگیری کند، به همین دلیل است که می‌توانند طول عمر بیشتری داشته باشند.

تلومرها نقشی مهمی نیز در سرطان دارند. کروموزوم‌های سلول‌های سرطانی بدخیم معمولا در طول تقسیم سلولی تلومرهای خود را از دست نمی‌دهند و همین امر باعث می‌شود که بتوانند به صورت نامحدود تقسیم شده و سرطان را در سراسر بدن گسترش دهند.

کروموزوم‌های موجودات مختلف

کروموزوم‌ها از نظر تعداد و شکل در موجودات زنده بسیار متفاوت هستند. بسیاری از باکتری‌ها، مثل اشرشیا کولی، دارای یک یا دو کروموزوم حلقوی هستند. انسان و سایر حیوانات و حتی گیاهان، کروموزوم‌های خطی دارند که درون هسته سلول‌های آن‌ها در کنار هم قرار گرفته‌اند.

تنها سلول‌های انسانی که دارای جفت کروموزوم نیستند، سلول‌های تولید مثلی یا گامت‌ها هستند. این سلول‌ها تنها یک نسخه از هر کروموزوم‌ها را در خود حمل می‌کنند. زمانی که دو گامت با هم ادغام می‌شوند، آن‌ها به شکل یک سلول‌ واحد در می‌آیند که شامل دو نسخه از کروموزوم‌ها هستند. سلول حاصل از ادغام گامت‌ها سپس می‌تواند تقسیم شده و تعداد زیادی سلول ایجاد کند.

علاوه بر کروموزوم‌های خطی که در هسته سلول‌ها یافت می‌شوند، سلول‌های انسانی و سایر ارگانیسم‌های پیچیده انواع کوچک‌تری از کروموزوم‌ها را نسبت به باکتری با خود حمل می‌کنند. این کروموزوم‌های کوچک، کروموزوم‌های حلقوی هستند که در میتوکندری‌ها وجود دارند. میتوکندری‌ها اندامک‌هایی در سلول هستند که وظیفه تامین انرژی برای سلول را بر عهده دارند.



دانشمندان معتقدند که در زمان‌های گذشته، میتوکندری‌ها به عنوان سلول‌های آزاد مانند باکتری‌ها زندگی می‌کردند و قادر بودند اکسیژن را به انرژی تبدیل کنند. زمانی که این باکتری‌ها به سلول‌هایی که فاقد قدرت تبدیل اکسیژن به انرژی بودند، حمله کردند، سلول‌ها توانستند از آن‌ها به عنوان منبع تامین انرژی استفاده کنند و در طول زمان ساختارهای کنونی میتوکندری‌ها شکل گرفت.

تفاوت کروموزوم‌ها در انواع سلول‌ها

ساختار و محل کروموزوم‌ها از اصلی‌ترین تفاوت‌های ویروس‌ها، «پروکاریوت‌ها» (Prokaryotes) و «یوکاریوت‌ها» (Eukaryotes) از یکدیگر هستند. ویروس‌ها کروموزوم‌هایی دارند که از دی ان ای (دی اکسی ریبونوکلئیک اسید) یا آر ان ای (ریبونوکلئیک اسید) تشکیل شده‌اند. این اطلاعات ژنتیکی به طور بسیار متراکم در بخش سر یا کپسیدهای ویروسی بسته‌بندی می‌شوند.

در ارگانیسم‌های دارای سلول‌های پروکاریوتیک (یعنی باکتری‌ها و جلبک‌های سبز آبی) کروموزوم‌ها کاملاً از DNA تشکیل شده‌اند. کروموزوم منفرد یک سلول پروکاریوتی درون یک غشای هسته‌ای محصور نشده است. در یوکاریوت‌ها، کروموزوم‌ها در یک هسته سلولی وابسته به غشا قرار گرفته‌اند. کروموزوم‌های یک سلول یوکاریوتیک از DNA متصل به پروتئین‌های هسته‌ای تشکیل شده است. آن‌ها همچنین در هسته خود حاوی RNA نیز هستند.





کروموزوم‌ها در سلول‌‌های یوکاریوتی

هر گونه یوکاریوتی دارای تعداد مشخصی از کروموزوم‌ها است. در گونه‌هایی که به صورت غیرجنسی تولید مثل می‌کنند، تعداد کروموزوم‌ها در تمام سلول‌های ارگانیسم یکسان است. در بین ارگانیسم‌هایی که تولید مثل جنسی دارند، تعداد کروموزوم‌های موجود در سلول‌های بدنی یا سوماتیک به صورت دیپلوئید (2 تایی، یک جفت از هر کروموزوم یا 2n) است، در حالی که تعداد کروموزوم‌ها در سلول‌های جنسی یا «گامت‌ها» (Gamete) نصف تعداد آن‌ها در سلول‌‌های سوماتیک است و به صورت هاپلوئید یا تکی (1n) خوانده می‌شوند.

سلول‌های هاپلوئیدی در طول تقسیم میوز تولید می‌شوند. در فرایند لقاح، دو گامت برای تولید سلول تخم یا «زیگوت» (Zygote) ( یک سلول واحد با مجموعه کروموزوم‌های دیپلوئیدی) با هم ترکیب می‌شوند.

سلول‌های سوماتیک با تقسیم میتوز تولید می‌شوند. بین دو تقسیم‌ سلولی، کروموزوم‌ها به صورت غیر فشرده مشاهده می‌شوند و توده‌ای از مواد ژنتیکی به نام «کروماتین» (Chromatin) را می‌سازند. کروموزوم‌ها در حالت غیر فشرده قادر هستند که سنتز و همانندسازی مولکول دی ان ای را شروع کنند. در طول این مرحله مولکول‌های دی ان ای همانندسازی کرده و برای تقسیم سلولی آماده می‌شوند.

پس از همانندسازی و تکثیر DNA، کروماتین‌ها دوباره فشرده شده و به صورت کروموزوم در می‌آیند. در این مرحله هر کروموزوم به صورت کروماتیدهای دوبرابر شده هستند که از ناحیه سانترومر به هم متصل می‌شوند. سانترومرها محل اتصال پروتئین‌های کینه‌توکور هستند. کینه‌توکور پروتئینی است که به رشته‌های کمربندی در طول تقسیم سلولی در میان سلول متصل می‌شود.

رشته‌های کمربندی بخشی از ساختاری هستند که کروماتیدها را در حین تقسیم سلولی به دو سمت مخالف سلول می‌کشند. در طول مرحله میانی تقسیم سلولی، سانترومر تکثیر می‌شوند و جفت کروماتیدها از هم جدا شده و هر کدام به یک سمت از سلول می‌روند. در این حالت هر کروماتید به عنوان یک کروموزوم برای سلول جدید به شمار می‌آید. بعد از تقسیم سلولی هر سلول دختری یک مجموعه کامل (مجموعه دیپلوئیدی) از کروموزوم‌ها را دارد. کروموزوم‌ها در سلول‌های جدید دوباره از فشردگی خارج شده و ساختارهای کروماتینی را به وجود می‌آورند.

انواع کروموزوم‌ها در یوکاریوت‌ها

در ارگانیسم‌هایی که دارای جنس‌های جداگانه‌ای هستند، دو نوع کروموزوم وجود دارد:

کروموزوم‌های جنسی

کروموزوم‌های اتوزوم



میتوکندری چیست؟



«میتوکندری‌ها» (Mitochondria) اغلب به عنوان نیروگاه‌های سلول شناخته می‌شوند. این اندامک‌ها کمک می‌کنند تا انرژی ورودی حاصل از مواد غذایی به انرژی قابل استفاده برای سلول تبدیل شود. میتوکندری علاوه بر تولید انرژی، عملکردهای مهم دیگری نیز در سلول انجام می‌دهد.

میتوکندری‌ها تقریباً در همه انواع سلول‌های انسانی وجود دارد که برای بقای انسان حیاتی هستند. علاوه بر تولید انرژی، میتوکندری کلسیم را برای فعالیت‌های سیگنالینگ سلولی ذخیره می‌کند، باعث ایجاد گرما در بدن می‌شود و واسطه رشد سلولی و مرگ برنامه ریزی شده سلول (آپوپتوز) به شمار می‌آید.

تعداد میتوکندری‌ها در هر سلول بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، در انسان، گلبول‌های قرمز حاوی هیچ میتوکندری نیستند، در حالی که سلول‌های کبدی و سلول‌های ماهیچه‌ای ممکن است شامل صدها یا حتی هزاران میتوکندری باشند. تنها ارگانیسم یوکاریوتی که فاقد میتوکندری است، گونه از «اوکسی‌موندها» به نام (Oxymonad Monocercomonoides) است. میتوکندری برخلاف سایر اندامک‌های سلولی دو غشای مجزا و یک ژنوم منحصر به فرد دارند و توسط تقسیم دوتایی تکثیر می‌شود. این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که میتوکندری‌ها، گذشته تکاملی مشترکی با پروکاریوت‌ها (موجودات تک سلولی) دا



کروموزوم‌های جنسی

«کروموزوم‌های جنسی» (Sex Chromosomes) تعیین کننده جنسیت موجود هستند. این کروموزوم‌ها در انسان و سایر پستاندران به عنوان کروموزوم‌های X و Y شناخته می‌شوند. در انسان از تعداد کل کروموزوم‌ها یک جفت کروموزوم جنسی وجود دارد و بقیه آن‌ها به عنوان کروموزوم‌های اتوزوم نامیده می‌شوند. افراد با داشتن دو کروموزوم X دارای جنسیت ماده و افرادی که یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y دارند، نر هستند.

کروموزوم X مشابه یک کروموزوم بزرگ اتوزمی با بازوهای کوتاه و بلند است، در حالی که کروموزوم Y یک بازوی بلند دارد ولی بازوی دیگر آن بسیار کوتاه است. مسیری که ماده یا نر بودن را در موجود تعیین می‌کند در طی تقسیم میوز اتفاق می‌افتد، یعنی زمانی که سلول تقسیم می‌شود و گامت‌ها را تولید می‌کند. در واقع این سلول‌های جنسی نیمی از تعداد کروموزوم‌های سلول‌های عادی را به دست می‌آورند.

به عنوان مثال، در مردان در طول تقسیم میوز، کروموزوم‌های جنسی از هم جدا می‌شوند و گامت‌های تولید شده یکی از کروموزوم‌های X یا Y را به دست می‌آورند. در نتیجه نیمی از گامت‌های تولیدی یا اسپرم‌ها (گامت‌های تولید شده در جنس نر) دارای کروموزوم Y هستند و نیمی دیگر دارای کروموزوم X می‌شوند.

سلول‌های ماده دارای دو کروموزوم X هستند. بنابراین گامت‌های افراد ماده که به آن‌ها تخمک می‌گویند، هر کدام دارای یک کروموزوم X می‌شوند. زمانی که تخمک با اسپرم دارای کروموزوم X القا انجام دهد، سلول حاصل دارای جنسیت ماده شده و هنگامی که تخمک با اسپرم حاوی کروموزوم Y ادغام شود، سلولی با جنسیت نر را تولید می‌کند.

کروموزوم‌های جنسی اطلاعات ژنتیکی یکسانی را حمل نمی‌کنند، به طوری که کروموزوم‌های X ژن‌های بیشتری از کروموزوم‌های Y دارند. صفاتی که تحت کنترل ژن‌ها هستند، در کروموزوم‌ X مشاهده می‌شوند به این صفات، «صفات وابسته جنس» (Sex-Linked ‌Characteristics) می‌گویند.

صفات وابسته به جنس بسیاری، در انسان شناخته شده‌اند که از آن جمله می‌توان به هموفیلی و کوررنگی اشاره کرد که معمولا در مردان بیشتر از زنان اتفاق می‌افتند، زیرا مردان در مقابل آلل‌های ژنی‌های بیماری‌زایی که بر روی کروموزوم X به ارث می‌برند، آللی مشابه بر روی کروموزوم Y ندارند تا اثر آن‌ها را خثنی کنند.

از سوی دیگر در زنان ممکن است، آلل‌های بیماری‌زا روی هر دو کروموزوم X وجود داشته باشد و صفات وابسته به جنس را به طور کامل بروز دهند. در حالی که به عنوان مثال، زنی که آلل یک ناهنجاری وابسته به جنس را در یکی از کروموزوم‌های خود حمل کند، ممکن است بیان محدودی از صفت وابسته به جنس را بروز دهد. این امر به این دلیل است که در هر سلول سوماتیک عادی در یک زن یکی از کروموزوم های X به صورت تصادفی غیر فعال است. این کروموزوم X غیر فعال در هسته سلولی به صورت یک ساختار کوچک و تیره به نام جسم بار قابل مشاهده است.

اثرات ژن‌هایی که توسط کروموزوم Y حمل می‌شوند در مردان مشاهده می‌شوند. اکثر این ژن‌ها که به آن‌ها تعیین کننده‌های صفات جنسی مردانه می‌گویند بر روی کروموزم Y، باعث بروز صفات جنسی مرد می‌شوند.

کروموزم‌های اتوزوم

اتوزوم‌ها (Autosomes) کروموزوم‌هایی هستند که به طور مستقیم در تعیین جنسیت موجود نقشی ندارند. در انسان ۲۲ جفت کروموزوم اتوزومی وجود دارد. این کروموزوم‌ها براساس اندازه و شکل و دیگر خصوصیات ظاهری، شماره گذاری شده‌اند.

کروموزوم‌های اتوزومی از کروموزوم‌های جنسی متمایز هستند به طوری که کروموزم‌های اتوزومی به صورت عددی از ۱ تا ۲۳ جفت در سلول‌های عادی نامگذاری شده‌اند و کروموزوم‌های جنسی با X و Y شناخته می‌شوند. کروموزوم‌های اتوزومی مسئول وراثت تمام ویژگی‌های موجود، به جز صفات وابسته به جنس هستند.

اختلال در تعداد کروموزوم‌های اتوزومی در سلول‌ها ناشی از تقسیم نامساوی آن‌ها در طی تقسیم میتوز است که ممکن است در تشکیل گامت‌های مادری و پدری اتفاق بیوفتد. این تقسیم نامساوی در واقع باعث می‌شود که کروماتیدهای خواهری در طول میتوز به درستی از هم جدا نشوند.

این تقسیم نامساوی همچنین موجب می‌شود که اسپرم‌ها و تخمک‌هایی با یک مجموعه کروموزوم اضافی و یا فاقد یک مجموعه کروموزوم تشکیل شوند. سندروم داون یکی از شناخته شده‌ترین نتایج این تقسیم نامساوی در مرحله میتوز است که باعث می‌شود، سلول‌ها از کروموزوم ۲۱ سه نسخه داشته باشند. به این گونه اختلال‌ها «تریزومی» (Trisomy) می‌گویند به این معنی که سه نسخه از یک کروموزوم در سلول وجود دارد. تاکنون تریزومی‌های زیادی شناخته شده است که از جمله ‌آن‌ها می‌توان به تریزومی ۱۸ و ۱۳ اشاره کرد.

میتوکندری چیست؟

«میتوکندری‌ها» (Mitochondria) اغلب به عنوان نیروگاه‌های سلول شناخته می‌شوند. این اندامک‌ها کمک می‌کنند تا انرژی ورودی حاصل از مواد غذایی به انرژی قابل استفاده برای سلول تبدیل شود. میتوکندری علاوه بر تولید انرژی، عملکردهای مهم دیگری نیز در سلول انجام می‌دهد.



.



میتوکندری‌ها تقریباً در همه انواع سلول‌های انسانی وجود دارد که برای بقای انسان حیاتی هستند. علاوه بر تولید انرژی، میتوکندری کلسیم را برای فعالیت‌های سیگنالینگ سلولی ذخیره می‌کند، باعث ایجاد گرما در بدن می‌شود و واسطه رشد سلولی و مرگ برنامه ریزی شده سلول (آپوپتوز) به شمار می‌آید.

تعداد میتوکندری‌ها در هر سلول بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، در انسان، گلبول‌های قرمز حاوی هیچ میتوکندری نیستند، در حالی که سلول‌های کبدی و سلول‌های ماهیچه‌ای ممکن است شامل صدها یا حتی هزاران میتوکندری باشند. تنها ارگانیسم یوکاریوتی که فاقد میتوکندری است، گونه از «اوکسی‌موندها» به نام (Oxymonad Monocercomonoides) است. میتوکندری برخلاف سایر اندامک‌های سلولی دو غشای مجزا و یک ژنوم منحصر به فرد دارند و توسط تقسیم دوتایی تکثیر می‌شود. این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که میتوکندری‌ها، گذشته تکاملی مشترکی با پروکاریوت‌ها (موجودات تک سلولی) دارند.

ساختمان میتوکندری‌

میتوکندری‌ها به طور معمول از نظر ظاهری، گرد و بیضی شکل هستند و از نظر اندازه قطری برابر با 0٫5 تا 10 میکرومتر دارند. این اندامک‌ها در زیر میکروسکوپ قابل رویت نیستند، مگر این که مورد رنگ آمیزی قرار بگیرند. همان طور که در بالا اشاره شد، بر خلاف اندامک‌های دیگر، میتوکندری‌ها دارای دو غشا (داخلی و خارجی) هستند. وجود این غشا در میتوکندری باعث ایجاد مناطق و فضاهایی درون این اندامک می‌شود که هر کدام از این فضاها، محل انجام عملکردهای مهمی در سلول هستند. برخی از بخش‌های اصلی میتوکندری شامل موارد زیر است:

 غشای بیرونی یا خارجی (Outer Membrane): مولکول‌های کوچک می‌توانند آزادانه از غشای خارجی عبور کنند. این غشای بیرونی، شامل پروتئین‌هایی به نام «پورین» (Porins) است که کانال‌هایی را در غشای خارجی تشکیل می‌دهند که از طریق آن پروتئین‌ها می‌تواند به میتوکندری وارد یا از آن خارج بشوند. غشای بیرونی همچنین میزبان تعدادی از آنزیم‌ها با عملکردهای متنوع است.

 فضای بین دو غشا: این ناحیه بین غشاهای داخلی و خارجی قرار دارد. فضای بین دو غشا با ترکیباتی مانند آب، نمک‌ها، یون‌ها، پروتئین‌، قندها و چربی‌ها و... پر شده است.

 غشای داخلی (Inner Membrane): این غشای دارای پروتئین‌هایی است که نقش‌های مختلفی دارند. از آنجا که در غشای داخلی هیچ پورینی وجود ندارد، این غشا نسبت به اکثر مولکول‌ها نفوذ ناپذیر است. مولکول‌ها فقط می‌توانند از غشای داخلی از طریق انتقال دهنده‌های ویژه غشایی عبور کنند. غشای داخلی جایی است که بیشتر ATP در فضای داخلی آن ایجاد می‌شود.

 کریستا (Cristae): کریستاها چین خوردگی‌های غشای داخلی هستند. این چین خوردگی‌ها سطح غشا را افزایش می‌دهند و به عبارتی دیگر باعث افزایش فضا برای انجام واکنش‌های شیمیایی در غشای داخلی میتوکندری می‌شوند.

 ماتریکس (Matrix): ماتریکس یا بستره میتوکندری مایع سیالی است که فضای درونی غشای داخلی پر کرده است. در ماتریکس، آنزیم‌هایی که برای تولید ATP و فرایندهای تنفس سلولی حائز اهمیت هستند، قرار دارند. DNA میتوکندری درون ماتریکس جای می‌گیرد

سلول‌های مختلف، تعداد متفاوتی میتوکندری دارند. به عنوان مثال، گلبول‌های قرمز بالغ هیچ میتوکندری ندارند، در حالی که سلول‌های کبدی می‌توانند بیش از 2000 میتوکندری داشته باشند. سلول‌هایی که نیاز به انرژی زیادی برای انجام فعالیت‌های خود دارند، دارای تعداد میتوکندری بیشتری نیز هستند. به عنوان مثال، حدود 40 درصد از فضای سیتوپلاسمِ سلول‌های عضلانی قلب را برای تولید انرژی بیشتر، میتوکندری‌ها به خود اختصاص داده‌اند.

اگرچه میتوکندری‌ها اغلب به عنوان اندامک‌های بیضی شکل ترسیم می‌شوند، اما دائماً در حال تقسیم و جوانه زنی برای تولید میتوکندری‌های جدید هستند. بنابراین در واقعیت، این اندامک‌ها در شبکه‌های در حال رشد و تغییر مشاهده می‌شوند. همچنین در سلول‌های اسپرم، میتوکندری در قسمت میانی خود به شکل مارپیچ در می‌آید و انرژی لازم برای حرکت دم اسپرم را فراهم می‌کند.

وظایف میتوکندری چیست؟

اگرچه شناخته‌شده‌ترین نقش میتوکندری تولید انرژی است، اما این اندامک‌ها کارهای مهم دیگری را نیز در سلول انجام می‌دهند. در حقیقت، فقط در حدود 3 درصد از ژن‌های سلولی برای ساختن میتوکندری به منظور تولید انرژی آن، مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیشتر سلول‌ها از عملکردهای دیگر میتوکندری برای بقا استفاده می‌کنند که با توجه به نوع سلول این عملکردها متفاوت هستند. در ادامه به معرفی تعدادی از نقش‌ها و عملکردهای میتوکندری می‌پردازیم.

تولید انرژی

ATP، ماده شیمیایی آلی پیچیده است که در همه اشکال موجودات زنده یافت می‌شود، این ترکیب اغلب به عنوان واحد مولکولی سوخت سلولی به شمار می‌آید، زیرا این مولکول، انرژی لازم برای فرآیندهای متابولیکی را فراهم می‌کند. بیشترین میزان ATP در میتوکندری از طریق یک سری واکنش‌ها تولید می‌شود که به «چرخه اسید سیتریک» (Citric Acid Cycle) یا «چرخه کربس » (Krebs Cycle) معروف هستند. تولید انرژی بیشتر در بخش چین خوردگی‌های غشای داخلی میتوکندری انجام می‌گیرد.

میتوکندری انرژی شیمیایی حاصل از مصرف مواد غذایی را به شکلی از انرژی که سلول می‌تواند آن را مورد استفاده قرار دهد، تبدیل می‌کند. این فرآیند «فسفوریلاسیون اکسیداتیو» (Oxidative Phosphorylation) نام دارد.

چرخه کربس، یک ماده شیمیایی به نام NADH تولید می‌کند. NADHها توسط آنزیم‌های تعبیه شده در کریستا برای تولید ATP مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مولکول‌های ATP، انرژی به صورت پیوندهای شیمیایی ذخیره می‌شود. وقتی این پیوندهای شیمیایی در ATP شکسته شوند، انرژی ذخیره شده در آن‌ها آزاد شده و برای انجام فرایندهای مختلف سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مرگ برنامه‌ریزی شده سلول

مرگ برنامه ریزی شده سلولی که به آن «آپوپتوز» (Apoptosis) نیز گفته می‌شود، بخش مهمی از مراحل چرخه سلولی است. مقاومت سلول‌ها اغلب با پیر شدن، کاهش یافته و غشای سلولی آن‌ها شکسته شده و از بین می‌روند. میتوکندری در تصمیم‌گیری برای این که کدام سلول‌ها از بین بروند، نقش تعیین کننده‌ای دارد.

میتوکندری پروتئین سیتوکروم C آزاد می‌کند، این پروتئین موجب فعالیت کاسپاز می‌شود. کاسپاز یکی از آنزیم‌های اصلی درگیر در از بین بردن سلول‌ها طی آپوپتوز است.

از آن جایی که برخی از بیماری‌ها مانند سرطان، در فرایندهای آپوپتوز تداخل ایجاد می‌کنند، اعتقاد بر این است که میتوکندری‌ها در این بیماری‌ها نقش مهمی دارند.



ذخیره کلسیم

کلسیم برای انجام تعدادی از فرآیندهای سلولی بسیار اهمیت دارد. به عنوان مثال، آزاد کردن كلسیم به سلول می‌تواند آغازگر فعالیت انتقال دهنده‌های عصبی از سلول‌های عصبی یا هورمون‌های غدد درون ریز باشد. کلسیم برای عملکرد ماهیچه‌ها، لقاح و لخته شدن خون و برخی از فرایندهای دیگر سلولی ضروری محسوب می‌شود.

نقش‌های دیگری که کلسیم در سلول بر عهده دارد، شامل تنظیم متابولیسم سلولی، سنتز استروئیدها و سیگنالینگ هورمون هستند. به دلیل اهمیت کلسیم در فرایندهای حیاتی، غلظت‌های این یون در سلول تنظیمات ویژه‌ای دارد. به طوری که میتوکندری با جذب سریع یون‌های کلسیم و نگه داشتن آن‌ها تا زمانی که لازم باشد در تنظیم غلظت کلسیم نقش دارد.

تولید حرارت

بدن برای گرم نگه داشتن خود از راه‌های زیادی استفاده می‌کند، یکی از این راه‌ها، استفاده از بافتی به نام «چربی قهوه‌ای» (Brown Adipose Tissue) است. در طی فرآیندی به نام «نشت پروتون»، میتوکندری می‌تواند از بافت‌های چربی قهوه‌ای گرما ایجاد کند. نشت پروتون به عنوان «ترموژنز غیر لرزی» (تولید گرما بدون ایجاد لرزش) نیز شناخته می‌شود. در نوزادان بیشترین میزان بافت چربی قهوه‌ای وجود دارد که با افزایش سن از میزان این بافت در بدن کاسته می‌شود.





تعریف یاخته از لحاظ ساختار

سلول‌ها تا حدودی به عنوان واحدهای اساسی حیات در نظر گرفته می‌شوند زیرا در واحدهای مجزا و به راحتی قابل تشخیص هستند. این تعریف به این دلیل است که همه یاخته‌ها توسط ساختاری به نام غشای سلولی احاطه شده‌اند و مانند دیوارهای یک خانه، به عنوان یک مرز واضح بین محیط داخلی و خارجی سلول عمل می‌کند. غشای سلولی گاهی اوقات به عنوان غشای پلاسمایی نیز شناخته می‌شود.

در داخل این غشا، محیط داخلی یاخته بر پایه آب است. این محیط مایع که سیتوپلاسم نام دارد، مملو از ماشین آلات سلولی و عناصر ساختاری است. این عناصر به شکل مولکول‌ها و اندامک‌ها وجود دارند، (برای فهم بهتر آن‌ها را به عنوان ابزار، وسایل و اتاق‌های داخلی سلول تصور کنید). مولکول‌های آلی اصلی درون سلولی شامل اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها بوده که همگی برای عملکرد سلول ضروری هستند.

برخی از سلول‌ها همچنین دارای آرایش منظم مولکول‌هایی به نام اندامک هستند. این ساختارها از بقیه قسمت‌های داخلی سلول توسط غشای درون سلولی خود جدا می‌شوند. اندامک‌ها حاوی تجهیزات بسیار ویژه مورد نیاز برای کارهای خاص در داخل یاخته هستند. یک مثال در این مورد میتوکندری است، که معمولاً به عنوان «نیروگاه سلول» شناخته می‌شود. اندامکی است که ماشین‌آلات مربوط به واکنش‌های شیمیایی تولید انرژی را نگه می‌دارد.

سلول ها چگونه انرژی بدست می آورند ؟

یاخته‌ها نیز مانند انسان نمی‌توانند بدون یافتن منبعی در محیط خود انرژی تولید کنند. سلول‌ها انرژی خود را در قالب مولکول‌های غذا یا نور خورشید جستجو می‌کنند. در واقع، خورشید منبع نهایی انرژی برای تقریباً همه سلول‌ها است، زیرا پروکاریوت‌های فتوسنتزی (سیانوباکترها)، جلبک‌ها و سلول‌های گیاهی از انرژی خورشیدی استفاده کرده و از آن برای ساخت مولکول‌های غذایی آلی پیچیده بهره می‌برند. سلول‌های دیگر در جهت تامین انرژی مورد نیاز برای حفظ رشد، متابولیسم و ​​تولید مثل به این مولکول‌های آلی متکی هستند.

مواد مغذی سلولی به اشکال مختلفی از جمله قند و چربی وجود دارد. برای تامین انرژی یک یاخته، این مولکول‌ها باید از غشای سلولی عبور کنند، غشای پلاسمایی نیمه تراوا است. به این معنی که پروتئین‌های مختلفی غشای سلولی را پوشانده‌اند و به مولکول‌های خاصی اجازه ورود به سلول را می‌دهند، اگرچه ممکن است برای انجام این کار به مقداری انرژی نیاز داشته باشند.

اندازه سلول ها چقدر است ؟

اندازه یاخته‌ها در بین موجودات مختلف، متفاوت است. به عنوان مثال، کوچک‌ترین باکتری ۰/۱ میکرومتر قطر دارد که تقریباً هزار بار کوچک‌تر از بسیاری از یاخته‌های یوکاریوتی است. بیشتر باکتری‌های دیگر بین ۱ تا ۱۰ میکرومتر بوده اما هنوز کوچک‌تر از اکثر سلول‌های یوکاریوتی هستند. اندازه سلول‌های یوکاریوتی معمولاً بین ۱۰ تا ۱۰۰ میکرومتر متغیر است. کوچک‌ترین سلول مایکوپلاسما گالیسپتیکوم است. اندازه آن حدود ۱۰ میکرومتر است. بزرگ‌ترین سلول تخم شترمرغ است. طول و عرض آن حدود ۱۵ تا ۱۸ سانتی‌متر است.

چه چیزی اندازه سلول ها را محدود می کند ؟

با رشد یک یاخته، حجم آن بسیار سریع‌تر از سطح آن افزایش می‌یابد. از آنجایی که سطح یاخته چیزی است که اجازه ورود اکسیژن را می‌دهد، سلول‌های بزرگ نمی‌توانند به اندازه‌ای که برای حمایت از خود نیاز دارند اکسیژن دریافت کنند. اندازه کوچک پروکاریوت‌ها به یون‌ها و مولکول‌های آلی که وارد آن‌ها می‌شوند اجازه می‌دهد تا به سرعت در سایر بخش‌های سلول منتشر شوند. به طور مشابه، هر گونه زباله تولید شده در یک یاخته پروکاریوتی می تواند به سرعت پخش شود. این مورد در سلول‌های یوکاریوتی که سازگاری‌های ساختاری متفاوتی برای افزایش حمل‌ونقل درون سلولی ایجاد کرده‌اند چندان مهم نیست.

نسبت سطح به حجم سلول چیست ؟

همه یاخته‌ها کروی‌شکل نیستند، اما بیشتر آن‌ها به کُره نزدیک می‌شوند. فرمول مساحت کُره ۴πr۲ است درحالی‌که فرمول حجم کُره πr۳ × ۴/۳ است. با افزایش شعاع یک سلول، مساحت سطح آن به اندازه مربع شعاع آن افزایش می‌یابد، اما حجم آن به اندازه مکعب شعاع آن (با سرعت بسیار بیشتری) افزایش می‌یابد. بنابراین، با افزایش اندازه سلول، نسبت سطح به حجم آن کاهش می‌یابد. اگر یاخته به شکل یک مکعب باشد نیز، همین اصل اعمال می‌شود.

اگر سلول بیش از حد بزرگ شود، غشای پلاسمایی سطح کافی برای پشتیبانی از سرعت انتشار مورد نیاز برای افزایش حجم را نخواهد داشت. به عبارت دیگر، با رشد یک سلول، کارایی آن کاهش می‌یابد. یکی از راه‌های کارآمدتر شدن، تقسیم سلولی است. راه دیگر توسعه اندامک‌هایی است که وظایف خاصی را انجام می‌دهند. این سازگاری‌ها منجر به توسعه سلول‌های پیچیده‌تری به نام سلول‌های یوکاریوتی می‌شود.

ارگانیسم‌های تک‌سلولی کوچک‌تر نسبت سطح به حجم بالایی دارند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد برای زنده ماندن به اکسیژن و موادی که به داخل یاخته منتشر می‌شوند (و ضایعات که به بیرون منتشر می‌شوند) تکیه کنند. هر چه نسبت سطح به حجم آن‌ها بیشتر باشد، این فرآیند می‌تواند مؤثرتر باشد. حیوانات بزرگ‌تر به اندام‌های تخصصی (ریه‌ها، کلیه‌ها، روده‌ها و غیره) نیاز دارند که به طور موثر سطح موجود برای فرآیندهای تبادلی را افزایش می‌دهد و یک سیستم گردشی برای جابجایی مواد و انرژی گرمایی بین سطح و هسته ارگانیسم است.

کار سلول چیست ؟

عملکردهای سلولی شامل فرآیندهای اساسی زندگی مانند سنتز پروتئین و لیپید (چربی)، تقسیم و تکثیر سلولی، تنفس، متابولیسم، و انتقال یون و همچنین ارائه پشتیبانی ساختاری برای بافت‌ها، محافظت از بدن در برابر بیماری یا آسیب و به عنوان موانع انتخابی برای عبور مواد مختلف به داخل و خارج از یاخته است. فیزیولوژی سلولی اصطلاحی است که گاهی اوقات برای توصیف مطالعه عملکردها و فرآیندهای سلولی استفاده می‌شود. در ادامه کارها و وظایف یاخته را معرفی کرده‌ایم.





پشتیبانی و ساختار

همانطور که یک کلاس درس از آجر ساخته شده است، هر موجودی از یاخته ساخته شده است. درحالی‌که برخی از سلول‌ها مانند کلانشیم و اسکلرانشیم در گیاهان به طور خاص برای حمایت ساختاری در نظر گرفته شده‌اند، همه سلول‌ها به طور کلی پایه ساختاری همه ارگانیسم‌ها را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، پوست از تعدادی یاخته پوستی تشکیل شده است. گیاهان آوندی بافت خاصی به نام آوند چوبی را ایجاد کرده اند که از یاخته‌هایی ساخته شده است که پشتیبانی ساختاری را فراهم می‌کنند.

تسهیل رشد از طریق میتوز

در موجودات پیچیده، بافت‌ها با تکثیر ساده سلول‌ها رشد می‌کنند. این امر از طریق فرآیند میتوز انجام می‌شود که در آن سلول والد تجزیه می‌شود و دو یاخته دختر مشابه آن را تشکیل می‌دهد. میتوز همچنین فرآیندی است که از طریق آن موجودات ساده‌تر تولیدمثل می‌کنند و ارگانیسم‌های جدیدی را به وجود می‌آورند.

اجازه حمل و نقل غیرفعال و فعال

سلول‌ها مواد مغذی را وارد می‌کنند تا در فرآیندهای شیمیایی مختلفی که در داخل آن‌ها انجام می‌شود از آن‌ها استفاده کنند. این فرآیندها مواد زائدی تولید می‌کنند که سلول باید از شر آن‌ها خلاص شود. مولکول‌های کوچکی مانند اکسیژن، دی‌اکسیدکربن و اتانول از طریق فرآیند انتشار ساده از غشای سلول عبور می‌کنند. این فرایند با یک گرادیان غلظت در سراسر غشای سلولی تنظیم می‌شود که به عنوان حمل و نقل غیرفعال شناخته می‌شود. با این حال، مولکول‌های بزرگ‌تر، مانند پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها، از طریق فرآیند انتقال فعال حمل می‌شوند که در آن سلول از وزیکول‌ها برای دفع یا جذب مولکول‌های بزرگ‌تر استفاده می‌کند تا مواد به داخل و خارج سلول بروند.

ایجاد واکنش های متابولیک

متابولیسم شامل تمام واکنش‌های شیمیایی است که در داخل یک ارگانیسم برای زنده نگه داشتن آن انجام می‌شود. این واکنش‌ها می‌توانند کاتابولیک یا آنابولیک باشند. فرآیند تولید انرژی از طریق تجزیه مولکول‌ها (گلوکز) به عنوان کاتابولیسم شناخته می‌شود. از طرف دیگر واکنش‌های آنابولیک از انرژی برای ساختن مواد بزرگ‌تر از مواد ساده‌تر استفاده می‌کنند.

کمک به تولید مثل

تولیدمثل برای بقای یک گونه حیاتی است. یک یاخته از طریق فرآیندهای میتوز (در موجودات تکامل‌یافته‌تر) و میوز به تولیدمثل کمک می‌کند. در میتوز یاخته‌ها به سادگی تقسیم می‌شوند تا سلول‌های جدید تشکیل شوند. به آن تولیدمثل غیرجنسی می‌گویند. میوز در گامت‌ها یا سلول‌های تولیدمثلی رخ می‌دهد که در آن ترکیب شدن اطلاعات ژنتیکی وجود دارد. این باعث می‌شود که سلول‌های دختری از نظر ژنتیکی با سلول‌های مادر متفاوت باشند. میوز بخشی از تولیدمثل جنسی است.

تمام سلول‌های بدن انسان یوکاریوتی هستند، به این معنی که آن‌ها دارای یک هسته کاملاً مشخص بوده که توسط یک غشای هسته‌ای از سیتوپلاسم داخل یاخته جدا شده است. سلول‌های پروکاریوتی، مواد هسته‌ای آن‌ها یا در سراسر یاخته پراکنده هستند یا در ناحیه‌ای شبیه به هسته جمع‌آوری شده‌اند، اما توسط غشای هسته‌ای تعریف نشده‌اند. موجودات پروکاریوتی شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها و جلبک‌های سبزآبی هستند.

مولکول های داخل سلول و کار آن ها

سلول‌ها ترکیبات و مولکول‌هایی هستند که هر کدام در بخش‌های مختلف ساختاری و عملکردی نقش‌هایی را بر عهده دارند که در ادامه به آن‌ها پرداخته‌ایم.

آب: آب ۶۰ تا ۹۰ درصد محتوای سلولی را تشکیل می‌دهد. این بخش مهمی از بسیاری از واکنش‌های متابولیک است زیرا می‌تواند طیف گسترده‌ای از مواد را حل کند.

کربوهیدرات‌ها: کربوهیدرات‌ها ترکیباتی هستند که از اتم‌های کربن، اکسیژن و هیدروژن به وجود می‌آیند. آن‌ها ۳ درصد از جرم خشک اکثر سلول‌ها را تشکیل می‌دهند.

لیپیدها (مواد چرب یا مومی): لیپیدها عمدتاً از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند اما نمی‌توانند در آب حل شوند. آن‌ها حدود ۴۰ درصد از جرم خشک یک سلول معمولی را تشکیل می‌دهند و در ذخیره انرژی طولانی‌مدت نقش دارند.

پروتئین‌ها: پروتئین‌ها زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه هستند که توسط پیوندهای پپتیدی به هم متصل می‌شوند. آن‌ها ۵۰ تا ۶۰ درصد از جرم خشک یک یاخته را تشکیل می‌دهند. پروتئین‌ها دو وظیفه اصلی را در یک یاخته انجام می‌دهند: پشتیبانی ساختاری و سرعت بخشیدن به واکنش‌های شیمیایی. پروتئین‌هایی که به عنوان کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی درون سلول عمل می‌کنند، آنزیم نامیده می‌شوند.

یون‌ها: یون‌ها اتم‌ها یا مولکول‌هایی هستند که حامل بار الکتریکی مثبت یا منفی هستند. مهم‌ترین یون‌ها در عملکرد سلولی عبارتند از سدیم، پتاسیم، کلرید و کلسیم.

اسیدهای نوکلئیک: این‌ها شامل DNA و RNA است. اسیدهای نوکلئیک برای تولید مثل سلولی و سنتز پروتئین ضروری هستند.

سلول پروکاریوتی چیست ؟

پروکاریوت‌ها موجودات میکروسکوپی هستند که هسته و اندامک‌های متصل به غشا ندارند. برخی از زیست‌شناسان سلولی اصطلاح «اندامک» را فقط برای توصیف ساختارهای متصل به غشا در نظر می‌گیرند، درحالی‌که سایر زیست‌شناسان سلولی اندامک‌ها را ساختارهای مجزایی تعریف می‌کنند که عملکرد تخصصی دارند. پروکاریوت‌ها ریبوزوم‌هایی دارند که توسط غشایی احاطه نشده‌اند، اما عملکرد ویژه‌ای دارند و بنابراین می‌توان آن‌ها را اندامک در نظر گرفت. تمام عملکردهای متابولیکی که توسط یک پروکاریوت انجام می‌شود در غشای پلاسمایی یا سیتوزول انجام می‌شود.

پروکاریوت‌ها کوچک‌ترین نوع سلول‌ها هستند که به طور متوسط ​​۲ تا ۵ میکرومتر قطر دارند. علیرغم اندازه کوچک آن‌ها، در داخل هر یاخته ماشین‌آلات شیمیایی و بیوشیمیایی لازم برای رشد، تولیدمثل و کسب و استفاده از انرژی وجود دارد. ویژگی‌های مشترک سلول‌های پروکاریوتی عبارتند از:

دیواره سلولی: همه پروکاریوت‌ها دارای دیواره سلولی هستند که پشتیبانی ساختاری را اضافه کرده، به عنوان یک مانع در برابر نیروهای خارجی عمل می‌کند و تاژک‌های شلاق‌مانند به آن متصل هستند.

غشای پلاسمایی: یک ساختار دولایه که داخل سلول را از فضای بیرونی جدا می‌کند. در غشای پلاسمایی، سیتوپلاسم توسط غشا به اندامک‌ها تقسیم نمی‌شود، فقدان این بخش‌بندی در سازمان‌دهی مواد ژنتیکی نیز مشهود است.

ریبوزوم‌ها: ساختارهایی هستند که به علت فقدان غشا توسط برخی از زیست‌شناسان به عنوان اندامک در نظر گرفته نمی‌شوند. این ساختارها مسئول تولید پروتئین در سلول هستند.

ماده ژنتیکی (DNA یا RNA): سلول‌های پروکاریوتی تنها حاوی یک تکه دایره‌ای از DNA کروموزومی هستند که در ناحیه‌ای به نام نوکلوئید ذخیره شده است.

کپسول (ممکن است وجود داشته باشد یا نداشته باشد): برخی از پروکاریوت‌ها یک لایه اضافی در خارج از دیواره سلولی خود به نام کپسول دارند که از یاخته در هنگام غرق شدن توسط ارگانیسم‌های دیگر محافظت کرده، به حفظ رطوبت کمک و به یاخته کمک می‌کند تا به سطوح و مواد مغذی بچسبد.

تاژک (ممکن است وجود داشته باشد یا نداشته باشد): وسیله حرکتی بسیاری از پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌های تک‌سلولی است.

پیلی (در برخی وجود دارد): پیلی ساختارهای مومانندی روی سطح سلول هستند که به سلول‌ها یا سطوح باکتری‌های دیگر متصل می‌شوند.

عدم تقسیم‌بندی داخل سلولی

پلاسمید (در اغلب پروکاریوت‌ها وجود دارد): برخی از پروکاریوت‌ها همچنین دایره‌های کوچک‌تری از DNA به نام پلاسمید را حمل می‌کنند. پلاسمیدها از نظر فیزیکی جدا از DNA کروموزومی هستند و می‌توانند مستقل از آن تکثیر شوند. اطلاعات ژنتیکی روی پلاسمیدها بین سلول‌ها قابل انتقال است و به پروکاریوت‌ها اجازه می‌دهد تا توانایی‌هایی مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی را به اشتراک بگذارند. دانشمندان کشف کرده‌اند که پلاسمیدها به‌عنوان ابزار مهمی در آزمایشگاه‌های ژنتیک مولکولی و بیوتکنولوژ

تقسیم دوتایی: تولیدمثل دریاخته‌های پروکاریوتی توسط شکافت دوتایی انجام می‌شود. این روند شامل رشد، بزرگ شدن و تقسیم است.



پروکاریوت‌ها دارای مجموعه‌ای از ویژگی‌ها هستند که آن‌ها را قادر می‌سازد در شرایط، محیط‌ها و منابع مختلف مقاومت کنند. برخی در غیاب اکسیژن، برخی در دماهای بسیار سرد یا گرم، و برخی در ته اقیانوس زندگی می‌کنند که تنها منبع آن‌ها هیدروژن‌سولفید داغ است که از هسته زمین می‌جوشد.