دانلود مقاله بیماری های ژنتیکی

علم ژنتیک یکی از شاخه‌های علوم زیستی است که بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم می‌توانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است.

علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است.

ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسم‌ها است، سروکار دارد.

علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت می‌کند.

علم زیست شناسی ، هرچند به صورت توصیفی از قدیمی‌ترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است.

اما از حدود یک قرن پیش این علم وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیده‌اند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی بوجود آورد.

در قرن هجدهم ، عده‌ای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند.

ولی به دو دلیل مهم که یکی عدم انتخاب صفات مناسب و دیگری نداشتن اطلاعات کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجه‌ای نرسیدند.

اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گریگور مندل بود که در سال 1865 این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد.

اما متاسفانه جامعه علمی آن دوران به دیدگاهها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد.

در سال 1900 میلادی کشف مجدد قوانین ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود.

در سال 1953 با کشف ساختمان جایگاه ژنها از سوی جیمز واتسون و فرانسیس کریک ، رشته‌ای جدید در علم زیست شناسی بوجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت .

با حدود گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای 1971 و 1973 در رشته زیست شناسی ملکولی و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماریهای ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می‌پرداخت ، ادغام شدند و رشته‌ای به نام مهندسی ژنتیک را بوجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشته‌های مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحت‌الشعاع خود قرار دهد.

معرفی علم ژنتیک ژنتیک، علم مطالعه وراثت، در تمامی زمینه‌های آن، از گسترش صفات در یک شجره‌نامه خانوادگی، تا بیوشیمی ماده ژنتیکی، اسید دزوکسی ریبونوکلئیک DNA و اسید ریبونوکلئیک RNA است.

هدف ما در این بخش، معرفی و بررسی مکانیزم‌های وراثت است.

به صورت تاریخی، ژنتیک دانان در 3 حیطه مجزا فعالیت کرده‌اند، هر حیطه با مشکلات، روش‌ها و موجودات زنده مورد مطالعه مربوط به خود.

این 3 حیطه عبارتند از ژنتیک کلاسیک، ژنتیک مولکولی و ژنتیک تکاملی (یا ژنتیک جمعیت در ژنتیک کلاسیک ما با تئوری کروموزومی وراثت روبرو هستیم، مفهومی که ژن‌ها را به صورت خطی در کنار هم بر روی کروموزوم فرض می‌کند.

موقعیت نسبی ژنها با بررسی فراوانی زاده‌های حاصل از آمیزش‌های خاصی قابل تعیین است.

ژنتیک مولکولی مطالعه ماده ژنتیک است؛ ساختار، رونویسی و بیان ماده‌ ژنتیک.

همچنین در همین حیطه ما انقلاب بزرگ تکنولوژی DNA نوترکیب (یا مهندسی ژنتیک) و اطلاعات بدست آمده از آن را بررسی خواهیم کرد.

ژنتیک تکاملی یا ژنتیک جمعیت به بررسی تغییرات در فراوانی ژنها در جمعیت می‌پردازد.

مفهوم داروینی تکامل که بنابر پایه انتخاب طبیعی است بررسی می‌شود.

امروزه به دلیل پیشرفت‌های علمی، مرزهای این 3 ناحیه، تا حدی محو شده‌اند؛ به عنوان مثال، اطلاعات به دست آمده از ژنتیک مولکولی، از طرفی به فهم بهتر ساختار و عملکرد کروموزوم‌ها و از طرف دیگر به فهمیدن انتخاب طبیعی کمک می‌کند.

در این فصل، ما سعی می‌کنیم مطالب را به صورت تاریخی آنها بررسی کنیم؛ از کارهای مندل و کشف خصوصیات وراثت آغاز می‌کنیم و سپس به ژنتیک مولکولی می‌پردازیم.

ژنتیک مانند هر علم دیگری، بر پایه متد علمی بنا نهاده شده است.

اطلاعات ما برگرفته از دنیای واقعی است.

متد علمی گردآوری قوانینی است که به فهم بهتر طبیعت کمک می‌کنند.

در قلب یک متد علمی، آزمایش قرار دارد، طی یک آزمایش، یک حدس درباره کار بخشی از طبیعت (که آن را یک فرضیه می‌نامیم) امتحان می شود.

در یک آزمایش خوب، تنها 2 نتیجه ممکن وجود دارد؛ تایید فرضیه و یا رد فرضیه (شکل) به عنوان مثال ممکن است شما تصور کنید که صفات اکتسابی به ارث می‌رسند ایده‌ای که توسط لامارک پیشنهاد شد.

لامارک فرض کرد که زرافه‌هایی که سعی‌‌ می‌کردند برگ‌های موجود در شاخه‌های بالاتری را بخورند، گردن‌های بلندتری داشتند.

آنها این صفت درازی گردن را به فرزندان خود انتقال می‌دهند (در هر نسل فقط افزایش کوتاهی در طول گردن وجود دارد) و این روند در نهایت امروزه منجر به گردن‌های بسیار طویل زرافه‌ها شده است.

دیدگاه دیگر نسبت به این مطلب، دیدگاه تکامل براساس انتخاب طبیعی است که توسط داروین پیشنهاد شد.

براساس فرضیه داروین، زرافه‌ها به طور طبیعی در طول گردن تنوع کمی دارند و این تنوع‌ها به ارث می‌رسند.

زرافه‌هایی که گردن بلندتری دارند، در تهیه برگ‌ از درخت برای خوردن، نسبت به دیگران مزیت دارند.

به عبارت دیگر، درطول زمان، زرافه‌هایی که گردن‌های بلندتری دارند، بهتر و بیشتر از دیگران زنده می‌مانند و تولید مثل می‌کنند.

در نتیجه، زرافه‌هایی با گردن درازتر، پس از مدتی، گونه غالب در جمعیت می‌شوند که دلیل اصلی این اتفاق مرگ گونه‌های دارای گردن کوتاه‌تر است.

فراوانی هر جهشی که باعث افزایش طول گردن در جمعیت شود، در جمعیت افزایش خواهد یافت.

برای آزمودن فرضیه لامارک، ما ابتدا باید جاندار مناسبی پیدا کنیم.

گرفتن زرافه‌ها و انجام آمیزش‌های مورد نظر بر روی آنها بسیار دشوار است.

می‌توانیم آزمایش را با موش‌های آزمایشگاهی انجام دهیم دیدگاه دیگر نسبت به این مطلب، دیدگاه تکامل براساس انتخاب طبیعی است که توسط داروین پیشنهاد شد.

می‌توانیم آزمایش را با موش‌های آزمایشگاهی انجام دهیم.

(نگهداری و آزمایش بر روی موش نسبتاً آسان و ارزان است).

ما باید صفت دیگری به غیر از طول گردن پیدا کنیم.

برای مثال می‌توانیم نیمی از دم موش‌ها را ببریم.

سپس موش های دم کوتاه را با موش‌های عادی آمیزش می‌دهیم و زاده‌ها را بررسی می‌کنیم اگر زاده‌ها دم‌های عادی داشتند، می‌توانیم نتیجه بگیریم که دم کوتاه، یک صفت اکتسابی، به ارث نمی‌رسد.

در مقابل در صورتی که دم موش‌های نسل بعد کوتاه‌تر از حد معمول باشد، می‌توانیم نتیجه بگیریم که صفات اکتسابی، ارثی هستند.

دلیل اینکه ما یک آزمایش را با تمامی سختی‌هایش انجام می‌دهیم، این است که نتایج آزمایش، برای ما قطعی هستند و قابل اطمینان اند.

در صورتی که آزمایش درست طراحی شده باشد و بدون خطا اجرا شود، نتیجه منفی در آزمایش، مانند آزمایش ما در بالا، به معنی رد نظریه خواهد بود.

آزمودن نظریه‌ها به طوری که اگر نتیجه آزمایش منفی باشد، نظریه رد شود، ایده اصلی متد علمی است.

ساختمان مولکول DNA در اواخر قرن نوزدهم یک بیوشیمیست آلمانی نشان داد که اسیدهای نوکلئیک ( مولکولهای زنجیری بلند که از واحد های ساختمانی کوچک تری به نام " نوکلئوتید" تشکیل شده اند .

) دارای قند، اسید فسفریک و چند باز نیتروژن دار می‌باشند.

اندکی بعد مشخص شد که قند موجود در اسیدهای نوکلئیک می‌تواند ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد و لذا اسیدهای نوکلئیک به دو دسته DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) - که قند موجود در آنها دئوکسی ریبوز است - و ( RNA RiboNucleic Acid ) - که قند موجود در آنها ریبوز است - تقسیم می‌شوند.

پس از کشف اسوالد اوری لازم شد تا ساختار دقیق مولکول DNA و شیوه عمل آن معین شود.

تغییرپذیری یکی از خصوصیات ماده ژنتیک است.

هر گونه تغییردر توالی نوکلئیدهای DNA را جهش می نامند.

جهش باید گفت که این گوناگونی از همین تغییرپذیری بوجود می آید.

جهش از ابزارهای کار تکامل است.

در خیلی از مواقع موجب افزایش سازگاری جاندار با محیط می شود.

در این صورت انتخاب طبیعی به جاندار جهش یافته اجازه می دهد تا بیشتر تولید مثل کند و در نتیجه میزان این جهش یافته ها در نسل های بعدی بیشتر خواهد شد.

امکان دارد که جهش سازگاری جاندار را با محیط کمتر کند که در این صورت جاندارجهش یافته بر اثر عمل انتخاب طبیعی کمتر تولیدمثل می کند یا اساساً تولیدمثل نمی کند و به این ترتیب جهش نابجا و نامفید از جمعیت حذف می شود.

در این فصل با ماهیت و انواع جهش بیشتر آشنا خواهیم شد.

ماهیت جهش یک تغییر شیمیایی است و بدون توجه به تأثیر مثبت یا منفی بر جاندار تحت شرایط خاصی رخ می دهد.

احتمال وقوع جهش در همه نوکلئیدهاای DNA کمابیش یکسان است بنابراین جهش می تواند به طور تصادفی در هر نقطه از DNA رخ دهد.

از این رو گفته می شود که جهش قرایندی تصادفی است.

در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها از هر نوکلئید یکی ممکن است در هر چرخه ی معمولی دچار تغییر شود.

به بیان دیگر نرخ وقوع جهش در این جانداران برابر است با جهش ممکن است در سلولهای جنبی یا غیر جنبی رخ دهد.

در جاندارانی که از راه جنبی تولیدمثل می کنند فقط جهش سلولهای جنبی به نسل بعدی می رسد.

جهش در سلولهای غیرجنبی فقط بر دودمان همان سلول در همان فرد اثر می کند.

جهش یافته ها از مهمترین ابزار در پژوهش های ژنتیک مهندسی و زیست شناسی سلولی و ملکولی هستند.

پژوهشگران از مقایسه ی جاندار جهش یافته با جاندار سالم می توانند به اطلاغات سودمندی درباره ی کار ژن نائل آیند.

جهش ها را می توان بر اساس عامل ایجاد کننده ی جهش ، اندازه ی ناحیه ی جهش یافته و محل وقوع جهش به سه گروه زیر دسته بندی کرد.

بر اساس عامل جهش زا : جهش های خودبخودی و جهش های القایی بر اساس اندازه ی ناحیه ی جهش یافته : جهش های بزرگ و جهش های تنظیم کننده انواع جهش ها جهش های خودبخودی و جهش های القایی : جهش های خودبخودی بر اثر عوامل و شرایط روزمره ی زندگی، اما جهش های القایی بر اثر به کارگیری عوامل جهش زا رخ می دهند.

همه ی جانداران در نتیجه ی انجام فعالیتهای طبیعی سلول یا میانکنش آن با محیط، همواره تحت تأثیر یک سری از آسیب هایی هستند که به DNA وارد می شود.

به گفته ی دیگر، این گونه جهش ها بر اثر عوامل و شرایط روزمره ی زندگی جاندار ایجاد می شود.

علت دقیق ئقئع جهش های خودبخودی به درستی معلوم نیست.

با وجود این، می دانیم که اکثر آنها بر اثر تصحیح نشدن اشتباهات آنزیم DNA پلیمراز در جریان همانند سازی DNA به وجود می آیند.

از عوامل محیطی می توان پرتوفرابنفش ناشی از نور خورشید را نام برد.

در اینجا به معمولترین جهش های خودبخودی اشاره می کنیم.

الف ) آمین زدایی از سیتوزین ( C ) و تبدیل آن به اوراسیل (U) : حذف گروه آمینو از سیتوزین (C ) و تبدیل آن به اوراسیل (U) یکی از جهش های خودبخودی است.

اگر این جهش ترمیم نشود، در رشته ی مکمل، هنگام همانندسازی به جای آنکه گوانین در نقطه ی مقابل سیتوزین قرار گیرد، آدنین قرار خواهد گرفت.

ب ) پورین زدایی : در شرایط طبیعی، پایداری پیوند پورین ها با اسکلت قند- فسفات کمتر از پایداری پیوند پیریمیدین ها است.

گاهی پیوند گلیکوزیدی بین پورین و اسکلت قند- فسفات در DNA شکسته می شود.

در نتیجه ی این عمل، پورین حذف می شود و یک مکان بدون پورین پدید می آید.

اگر پورین از دست رفته مجدداً جایگزین نشود، وقتی که DNA همانند سازی می کند، هر یک از چهار دئوکسی ریبونوکلئوتید میزان وقوع جهش های خودبخودی را معمولاً میزان زمینه ای جهش می گویند.

برخی عوامل می توانند میزان وقوع جهش را از میزان زمینه ای بیشتر کنند، که آنها را عوامل جهش زا می نامند.

جهش های حاصل از این غوامل، جهش های القایی نامیده میشوند.

مواد شیمیایی متعددی می توانند بر DNA اثر کنند و ساختار یک یا تعداد بیشتری از نوکلئوتیدها را تغییرز دهند.

معمولاً تغییری که ایجاد می شود، می تواند بر رابطه تکمیلی تأثیر گذارد و در نتیجه وقتی که DNA همانند سازی می کند، موجب قرار گرفتن یک نوکلئوتید یا چند نوکلئوتید اشتباه در رشته نوساز می گردد.

از جمله عوامل جهش زا، موادی هستند که موجب اضافه شدن یک گروهخ الکیل به جایگاه ویژهای از بازها (معمولاً نیتروژن 7 پورین) می شوند.

مواد شیمیایی جهش زا متعدد و گوناگونند.

مواد شیمیایی جهش زا می توانند از عوامل فیزیکی نیز باشند.

مثلاً تابش های الکترومغناطیسی نظیر پرتوهای فرابنفش، X ، گاما می توانند جهش زا باشند.

اصولاً در آزمایشگاه برای ایجاد جهش در جاندار آزمایشگاهی مورد مطالعه – سلول پروکاریوتی یا یا جاندار یوکاریوتی – از این گونه عوامل استفاده می شود.

پرتوهای فرابنفش، طول موجی برابر با 240 نانومتر دارند.

اکمواجی با این طول موج، به شدت به وسیله ی DNA جذب می شوند.

جذب اینگونه امواج موجب برانگیخته شدن الکترونها و انتقال آنها به تراز انرژی بالاتر می گردد.

اگر در یک رشته از DNA دو پیریمیدین و معمولاً دو تیمین کنار هم باشند، بر اثر این جذب انرژی، با یکدیگر به طور کووالانسی پیوند عرضی تشکیل می دهند و دیمرهای تیمین – تیمین ایجاد می کنند.

دیمرهای تیمین – تیمین را به اختصار دیمرتیمین می نامند.

پرتو فرابنفش، پرتویی کم انرژی است و مقدار کمی در ماده نفوذ می کند.

با وجود این، برای ایجاد جهش در سیستم های پروکاریوتی ابزار مفیدی است.

علاوه بر این، قرار گرفتن زیاد در معرض نورخورشید – که دارای پرتو فرابنفش است – میتوانند در انسان ضایعات پوستی تولید کند.

پرتوهای X و گاما، پرتوهایی پر انرژی آزاد می شود که این می تواند به ایجاد یونها و رادیکالهای آزاد بیانجامد و این دو نیز به نوبه ی خود می توانند آسیب های شدیدی به DNA وارد سازند و به سبب اثرات شدیدی که اینگونه پرتوها بر جای می گذارند، استفاده از آنها باید همواره تحت کنترل و نظارت شدید صورت گیرد و فقط هنگامی از آنها استفاده شود که جایگزین مناسبی برای آنها وجود نداشته باشد.

گفته می شود که در کشورهای صنعتی بر اثر فعالیت نیروگاه های هسته ای و فعالیت های صنعتی سالانه 30000 ماده ی شیمیایی جدید تولید می شود.

مواد جهش زایی که از این طریق وارد محیط زیست می شوند، کم نیستند.

خوشبختانه روش هایی آزمایشگاهی وجود دارد که به کمک آنها می توان اثرات جهش زایی مواد را تشخیص داد.

آزبست، سیگار، برخی رنگهای مو، برخی مواد ضد حشرات و نیز برخی از ترکیباتی که برای نگهداری به مواد غذایی اضافه می کنند (مثل نیتریتها )، موادی هستند که اثر جهش زایی آنها معلوم شده است.

پژوهشگران دریافته اند که بین اثر جهش زایی مواد و ابتلا به سرطان رابطه ی مستقیم وجود دارد.

حتی اغلب مواد جهش زا را به طور ویژه مواد سرطانزا می نامند.

جهش های بزرگ و جهش های کوچک : اگر تأثیر جهش بر ماده ی ژنتیک با میکروسکوپ نوری قابل رؤیت باشد آن را جهش بزرگ، در غیر این صورت آن را جهش کوچک می نامند.

گفتیم که جهش ها را بر اساس اندازه ی ناحیه ی جهش یافته به دو دسته ی جهش های بزرگ و جهش های کوچک تقسیم بندی می کنند.

جهش های بزرگ جهش هایی هستند که تأثیر آنها را بر ماده ژنتیک می توان با میکروسکوپ نوری مشاهده کرد.

اینگونه جهش ها موجب تغییر ساختار کروموزوم ها یا تغییر در تعداد آنها می گردند.

اگر اثر بر ماده ژنتیک را نتوانیم با میکروسکوپ نوری مشاهده کنیم، جهش حاصل را جهش کوچک می نامیم، این رده بندی بیشتر جنبه ی تاریخی دارد تا جنبه ی علمی.

در ابتدا زیست شناسان فقط جهش هایی را در ماده ژنتیک تشخیص می دادند که می توانستند در زیر میکروسکوپ نوری مشاهده کنند.

امروزه روشهایی وجود دارد که می توان به وسیله ی آنها جهش های کوچک را تشخیص داد.

در هر حال، تشخیص جهش های بزرگ بسیار راحتتر از جهش های کوچک است.

هر دو نوع جهش می توانند تأثیر فنوتیپی داشته باشند.

حتی تأثیر فنوتیپی جهش های کوچک می تواند از تأثیر فنوتیپی جهش های بزرگ بیشتر باشد و این بستگی به محل وقوع جهش دارد.

هر دو نوع جهش را می توان از نظر مولکولی بررسی کرد.

ما در اینجا فقط جهش های کوچک را بررسی می کنیم.

فراوانترین جهش های کوچک، جهش هایی هستند که موجب جایگزین شدن فقط یک جفت باز با جفت باز ذیگری می شوند.

اینگونه جهش ها را جهش های نقطه ای می نامند.

یکی از موادی که جهش های نقطه ای ایجاد می کند، ماده ی جهش زای نیترواسید (٢HNO) است.

نیترواسید، جهش زایی بسیار قوی است که از طریق آمین زدایی اکسایشی عمل می کند و سیتوزین را به اوراسیل تبدیل می کند.

وقتی که در یکی از دو رشته DNA، C به U تبدیل می شود، هنگام همانندسازی از روی آن، در رشته مکمل در جایی که باید G قرار بگیرد، A قرار خواهد گرفت.

در دور بعدی همانندسازی نیز این A با T جفت خواهد شد.

در نتیجه جفت باز T.A جایگزین جفت باز C.G می شود.

جهش های نقطه ای می توانند بر اثر عدم تصحیح اشتباه آنزیم DNA پلیمراز طی همانندسازی نیز حاصل شوند.

از انواع دیگر جهش های کوچک، جهش هایی هستند که موجب حذف یا اضافه شدن تعداد کمی نوکلئوتید می شوند.

اثرات اینگونه جهش ها را که معمولاً شدید هستند کمی بعد خواهیم دید.

اگر تعداد نوکلئوتیدهایی که حذف یا اضافه می شوند زیاد باشد، به طوری که تأثیر آنها را بر کروموزوم بتوان با میکروسکوپ نوری مشاهده کرد، این گونه جهشها در گروه جهش های بزرگ رده بندی می شوند.

اثر جهش های کوچک بر فراورده ژن : اثر جهش های کوچک بر پروتئین یا RNA به نوع و جایگاه آمینواسید(ها) و یا نوکلئوتید(های) جدید بستگی دارد.

اصولاً جهش - از هر نوعی باشد – می تواند بر فعالیت فراورده ژن اثر داشته یا نداشته باشد.

اینکه جهشهای کوچک چه اثری می توانند برای فراورده ژن داشته باشند، به عوامل گوناگونی بستگی دارد.

ما این عوامل را ابتدا برای جهش های نقطه ای و بعد برای جهش های حذف و اضافه بررسی می کنیم.

حالتهای مختلفی را می توان برای جهش های نقطه ای در نظر گرفت.

الف ) با توجه به آنکه برای اکثر آمینواسیدها بیش از یک کدون وجود دارد، از این رو احتمال می رود که تغییر یک نوکلئوتید، کدون را به کدون دیگری برای همان آمینواسید تبدیل کند.در این صورت جهش ایجاد شده تأثیری بر فعالیت پروتئین نخواهد گذاشت.

ب ) این امکان وجود دارد که کدون یک آمینواسید به کدونی متفاوت برای آمینواسیدهای دیگر تبدیل شود.

در این صورت چهار حالت ممکن است.

i ) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی (مثلاً بار الکتریکی ) آمینواسید جدید با آمینواید قبلی مشابه است.

در این صورت تأثیر آمینواید جدید معمولاً مشابه تأثیر آمینواسید قبلی در پروتئین است.

از این رو این گونه جهش ها تأثیری بر فعالیت پروتئین ندارند یا اینکه تأثیر اندکی خواهند داشت.

مثلاً هموگلوبین C، که نوعی هموگلوبین جهش یافته است، دارای چنین جهشی است.

در ژن زنجیره ی بتای این هموگلوین در کدون مربوط به ششمین آمینواسید، جفت باز A.T جایگزین G.C شده است.

این جهش باعث می شود که کدون گلوتامیک اید به کدون لایزین تبدیل شود.

از آنجا که هر دو آمینواسید یاد شده آبدوست هستند، فعالیت پروتئین جهش یافته و وحشی تفاوت چندانی ندارند.

ii ) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آمینواسید جدید به کلی با آمینواسید قبلی متفاوت است.

در این صورت جهش بسته به مکان آمینواسید جهش یافته در پروتئین می تواند اثرات شدیدی را در پی داشته باشد.

درباره مکان وقوع جهش کمی بعد صحبت خواهیم کرد.

مثلاً در بیماری کم خونی ناشی از سلولهای داسی شکل، چنین جهشی در ژن زنجیره بتای هموگلوین رخ داده است.

در این بیماری، در کدونمربوط به ششمین آمینواسید، جفت باز A.T به T.A تبدیل شده است.بر اثر این جهش آمینواسید والین که آبگریز است جایگزین گلوتامیک اسید شده که آبدوست است.

iii ) ممکن است کدون پایان بهکدونی برای یک آمینواسید تبدیل شود.

در این صورت اتمام دیررس پروتئین سازی مشاهده می شود و پروتئین سازی تا رسیدن به کدون پایان بعدی همچنان ادامه خواهد داشت.

در این گونه موارد طول پروتئین بلندتر از حالت طبیعی خواهد بود.

مثلاً در زنجیره آلفای هموگلوبین Cs-Hb ، که نوعی هموگلوبین جهش یافته است، چنین جهشی دیده می شود.

از این رو، توالی دنباله ای RNA نیز تا رسیدن به کدون پایان بعدی ترجمه می شود.

زنجیره آلفای هموگلوبین طبیعی 141 آمینواسید و هموگلوبین Cs-Hb، 172 آمینواسید دارد.

در کدون 142 از ژن زنجیره آلفای هموگلوبین Cs-Hb جفت باز C.G جایگزین جفت باز T.A شده است.

vi ) ممکن است کدون یک آمینواسید به یکی از کدونهای پایان تبدیل شود.

در این صورت اتمام زودرس پروتئین سازی مشاهده می شود و طول پروتئین کوتاهتر از حالت طبیعی خواهد بود.

در دو حالت اول ( i وii )، میزان تأثیر جهش بر فعالیت محصول پروتئین ژن، ببستگی کامل دارد با محل آمینواسید تغییر یافته در پروتئین.

اگر آمینواسید تغییر یافته در منطقه ای از پروتئین باشد که نقش مهمی را در انجام فعالیت آن ایفا می کند، مثلاً جایگاه فعال آنزیم، تأثیر جهش می تواند بسیار شدید باشد در غیر این صورت اثر کمتری مشاهده خواهد شد.

حتی ممکن است هیچگونه اثری بر فعالیت پروتئین نداشته باشد.

در مورد جهش های حذف و اضافه نیز دو حالت می توان انتظار داشت : الف )تعداد نوکلئوتیدهای اضافه یا کم شده سه یا مضربی از سه است.

در آن صورت به تعداد نوکلئوتیدهای اضافه یا کم شده، آمینواسید به پروتئین اضافه یا از آن کم خواهد شد البته به شرط آنکه کدون پایان تشکیل نشده باشد.

میزان تأثیر این نوع جهش بر محصول پروتئین ژن به تعداد و نوع آمینواسیدهای اضافه یا کم شده و نیز جایگاه آنها در پروتئین بستگی خواهد داشت.

ب ) تعدادنوکلئوتیدهای اضافه یا کم شده مضربی از سه نیست.

در آن صورت چارچوب خواندن تغییر می کند و از جایگاه تغییر به بعد، کدونها به کلی عوض خواهند شد.

از این رو به آنها جهش های تغییر چارچوب می گویند.

معمولاً اینگونه تغییر اثر شدیدی بر پروتئین می گذارد و پروتئینی که به این صورت ساخته می شود قادر به فعالیت نخواهد بود مگر آنکه تعداد کمی از آمینواسیدهای انتهای کربوکسی آن تغییر یافته باشد.

اصولاً جهشهایی را میتوان به آسانی تشخیص داد که بر فعالیت محصول پروتئینی ژن اثر بگذارد.

جهشها معمولاً نامطلوب اند اما گاهی نیز دیده شده است که پروتئین جهش یافته بهتر از نوع قبلی عمل می کند.

اگر جهش مضر باشد، نیروهای تکاملی – مثلاً انتخاب طبیعی – جاندار جهش یافته را حذف می کند، اما اگر جهش مطلوب باشد تکامل نه تنها آن را حفظ می کند بلکه موجب ازدیاد آن نیز خواهد شد.

توجه داشته باشیم که محصول نهایی همه ژنها، پروتئین نیست.

ژنهایی که tRNA یاrRNA را کد می کنند، از جمله ژنهایی هستند که محصولشان RNAای غیر از mRNA است.

در چنین مواردی نیز جایگاه نوکلئوتید تغییر یافته مهم است.

با این حال خاطرنشان می سازد که در مورد نوکلئیک اسیدها آنچه که از اهمیت زیادی برخوردار است، خود « توالی » است.

مثلاً در ناحیه آنتی کدون یک tRNA مثلاً A به G تبدیل شود کدون دیگری در mRNA شناسایی خواهد شد و ترجمه به اشتباه صورت می گیرد.

هر چند که هر دوی این بازها پورین هستند.

جهش های ساختاری و جهشهای تنظیم کننده : اگر جهش در بخش کد کننده ی ژن رخ دهد آن را جهش ساختاری و اگر در بخش تنظیم کننده ی ژن رخ دهد آن را جهش تنظیم کننده می نامند.

می دانیم که ژنها دارای دو بخش اند : یکی بخش ساختاری که محصول را می سازد و دیگری بخش تنظیم کننده که زمان،مکان ومقدار ساخته شدن محصول را کنترل می کند.

اگر جهش در بخش ساختاری ژن رخ دهد، موجب بروز تغییر در توالی آمینواسیدها (غالباً ) یا توالی نوکلئوتیدی محصول خواهد شد.

این گونه جهشها را جهشهای ساختاری می نامند اما اگر جهش در توالیهای تنظیم کننده ژن رخ دهد، بر ساختار پروتئین اثر نخواهد داشت بلکه بر نحوه تجلی آن تأثیر خواهد گذاشت.

این گونه جهشها را جهشهای تنظیم کننده می نامند.

علاوه بر جهشهای ساختاری، جهشهای تنظیم کننده نیز می توانند موجب زیان شوند.

ترمیم : اصلاح آسیب های وارد به مولکول DNA زا ترمیم می نامند.

از فصل 1 به یاد دارید که ماده ژنتیک در عین تغییرپذیری دارای ثبات است.

از سوی دیگر دیدیم که DNA همیشه دستخوش آسیبهای متعددی است.

حتی اگر از جهشهای القایی نیز صرف نظر کنیم، جهشهای خودبخود همواره موجب آسیب رساندن به DNA می شوند.

در هر سلول آدمی روزانه در حدود 100 گروه آمینو از سیتوزین و 5000 باز پورین حذف می شود.

در سلول مکانیسم هایی وجود دارند که آسیبهای وارد به DNA را ترمیم می سازند.

ترمیم فرایندی بسیار پیچیدده است.

در واقع ترمیم، دستگاهی است متشکل از ده ها پروتئین و آنزیم.

بر اثر کنش دستگاه ترمیم، جهشهای موجود در DNA مرمت می شوند از این رو احتمال باقی ماندن آسیب بسیار کاهش می یابد به طوری که نرخ وقوع جهش برای یک نوکلئوتید در هر نسل سلولی است.

مکانیسمهای ترمیم DNA پیچیده اند.

در اینجا بدون آنکه وارد جزئیات شویم دو مکانیسم از آنها را بیان می کنیم.

گفتیم که بر اثر پرتو فرابنفش موجود در نور خورشید، ممکن است دیمرهای تیمین تشکیل شوند.

در سلول آنزیم هایی وجود دارد که در حضور نور مرئی فعال می شوند و قادرند پیوند کووالانسی بین دوتیمین را در دیمرتیمین بشکنند.

به این ترتیب دوتیمین از یکدیگر جدا می شوند.

این روش ترمیم را ترمیم مستقیم می نامند.

چنین روشی عمدتاً فقط در مورد ترمیم دیمرهای پیریمیدینی به کار می رود.

معمولترین روند ترمیم، ترمیم حذفی است.

در این روش، نوکلئوتید یا نوکلئوتیدهای تغییر یافته از یک رشته حذف می شوند.

معمئلاً علاوه بر حذف نوکلئوتید یا نوکلئوتیدهای تغییر یافته، نوکلئوتیدهای مجاور آنها نیز حذف می شوند.

برای ساخته شدن مجدد منطقه حذف شده، رشته مقابل به عنوان الگو مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر دستگاه ترمیم نتواند عمل خود را به درستی انجام دهد، پیامدهای گوناگونی در انتظار جاندار خواهد بود.

مثلاً در انسان نوعی بیماری ژنتیک به نام اگزرودرماپیگمنتوسام وجود دارد که در آن آنزیمهایی که جهشهای ناشی از تابش پرتو فرابنفش خورشید را ترمیم می کنند فعالیت ندارند.

افراد مبتلا به این بیماری همواره در معرض خطر ابتلا به سرطان پوست هستند.

تغییراتی در ساختار و عدد کروموزومی کاریوتیپ، نمایش تصویری تمام کروموزوم های سول می باشد خطاهای میوزی منجر به تولید گامت هایی می شوند که تعداد کروموزوم های آنها غیرطبیعی بوده و یا تغییرات اساسی در ساختار کروموزوم ها دارند.

لقاح با این گامت های غیرطبیعی منجر به تشکیل افرادی با کروموزوم های غیرطبیعی می شود.

چنین شرایطی را می توان با تهیه ی کاریوتیپ تعیین کرد.

کاریوتیپ نمایش مرتب تصاویر بزرگ شده ی کروموزوم های فرد می باشد.

کاریوتیپ، کروموزوم ها را به صورت ضخیم و مضاعف شده نشان می دهد، مانند آنچه که در متافاز میتوز ظاهر می شود.

دانشمندان برای تهیه کاریوتیپ، اغلب از لنفسیت ها، که گروهی از گلبول های سفید خون هستند، استفاده می کنند.

نمونه ی خون با ماده شیمیایی خاصی که محرک تقسیم سلولی است تیمار می شوند.

پس از چند روز رشد در محیط کشت، سلول ها را با ماده شیمیایی دیگری تیمار می کنند.

این ماده، سلول ها را در متافاز میتوز متوقف می کند.

در این مرحله، هر یک از کروموزوم ها از دو کروماتید خواهری بسیار فشرده که به هم متصل اند تشکیل شده است.

در شکل زیر، مراحل تهیه کاریوتیپ از نمونه ی خون، خلاصه شده است.

شکلی که در مرحله 5 آمده است کاریوتیپ یک مرد طبیعی است.

46 کروموزوم موجود در یک سلول دیپلوئید، به صورت 23 جفت همولوگ ردیف شده اند.

اتوزوم ها از شماره ی 1 تا22 شماره گذاری شده اند و یک جفت هم کروموزوم جنسی است.

چون کاریوتیپ یک مرد ارائه سده است پس یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y دارد.

برای آشکار کردن الگوی نوار بندی (باندینگ) کروموزوم ها، آن ها را رنگ آمیزی می کنند.

این الگوی باندینگ در تشخیص کروموزوم ها از هم و ساختار غیرطبیعی آنها مفید است.

یکی از تغییرات عددی کروموزوم ها که با کمک کاریوتیپ تشخیص داده می شود، تری زومی کروموزوم 21 است که علت نشانگان داون می باشد.

یک کروموزوم 21 اضافی باعث ایجاد نشانگان داون می شود کاریوتیپ صفحه ی قبل، مجموعه 23 جفت کروموزوم انسان طبیعی را نشان می دهد.

کاریوتیپی که در شکل آمده، متفاوت است.

توجه کنید که سه تا کروموزوم 21 وجود دارد.

این شرایط را تری زومی 21 می گویند.

در بیشتر موارد، جنین انسان با تعداد غیرطبیعی کروموزوم، به طور خودبخود قبل از تولد سقط می شود.

اگر چه افراد دارای اختلال در تعداد کروموزوم ها، از ججمله تری زومی 21 که توازن ژنی را کمتر تحت تأثیر قرار می دهند، می توانند زنده بمانند.

این افراد معمولاً مجمموعه علائمی را نشان می دهند که نشانگان نامیده می شوند.

مثلاً فردی با نسخه ای اضافی از کروموزوم 21 نشانگان داون نامیده می شود (بر اساس نام جانلنگداون داون کاشف اولیه بیماری در سال 1866 ).

تری زومی 21 معمول ترین حالت غیر طبیعی تعداد کروموزوم هاست.

از هر 700 بچه ای که متولد می شود یک نفر مبتلا به نشانگان داون است و معمول ترین نقص مادرزادی در ایالت متحده امریکا به شمار می رود.

کروموزوم 21، یکی از کوچکترین کروموزوم های ماست اما داشتن یک نسخه اضافی از این کروموزوم، اثرات زیادی دارد.

افراد مبتلا به نشانگان داون یک سری ویژگی های بارز دارند : یک صورت کاملاً گرد، انحنای پهن بینی، دندان های نامنظم و کوچک، کوتاهی قامت، نواقص قلبی، آمادگی برای عفونتهای تنفسی، لوسمی و آلزایمر.

افراد مبتلا به نشانگان داون معمولاً دوره زندگی کوتاهتر از افراد طبیعی دارند.

آنها همچنین درجات مختلف عقب ماندگی ذهنی را نشان می دهند.

با این حال برخی از افراد مبتلا به نشانگان داون تا میانسالی یا بیشتر زنده می مانند.

بیشتر آنها مهارت های اجتماعی را می آموزند و قادرند شغلی را برگزینند.

تعداد اندکی از زنان مبتلا به این نشانگان بچه دار می شوند گرچه بیشتر آنها از نظر جنسی رشد کافی نداشته و عقیم هستند.

نیمی از تخمک های تولید شده در زن مبتلا، کروموزوم 21 اضافی دارند؛ بنابراین با احتمال 50% این نشانگان قابل انتقال به فرزندان می باشد.

همان طور که در شکل روشن است وقوع نشانگان داون در فرزندان حاصل از والدین طبیعی به طور مشخصی با افزایش سن مادر، افزایش می یابد.

بچه های متولد شده از مادران زیر 30 سال با احتمال کمتر از 05/0 درصد (کمتر از 1 در 2000 تولد) به نشانگان داون مبتلا هستند.

این احتمال برای مادران بالای 30 سال تا 1% افزایش می یابد و حتی احتمال آن برای مادران مسن تر بالاتر می رود.

به دلیل این احتمال بالا، مادران باردار بالای 35 سال جهت بیماری های تری زومی 21 و سایر اختلالات کروموزومی تست های جنینی را انجام می دهند.

چه عاملی سبب تری زومی 21 می شود؟

پاسخ این سؤال را در مبحث بهدی خواهیم دید.