با تهیه کاریوتایپ می توان مورفولوژی کرومزوم ها را بررسی کرد. ساختار کرومزوم فقط در مرحله متافاز دیده می شود. در سیکل سلولی ۴ مرحله وجود دارد. سلول جدید پس از مرحله میتوز و متولد شدن وارد G1 می شود پس از آن به ترتیب وارد G2,S و M می شود و این روند ادامه پیدا می کند. برخی سلول ها مثل سلول های عصبی از فاز G1 وارد فازی به نام G0 می شوند و دیگر تقسیم سلولی ندارند. سرعت چرخش این سیکل بستگی به نوع سلول دارد. مثلا در سلول های بنیادی سرعت این سیکل بالاست.
به مراحل G1 و G2 و S اینترفاز و به مرحله M فاز تقسیم می گویند. عمده عمر سلول در مرحله اینترفاز است و در همین مرحله است که سلول عملکرد دارد. سلول در یک زمان اندکی وارد فاز M می شود و تقسیم میتوز یا میوز انجام می دهد.
میتوز یک تقسیم معمولی شامل مراحل پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز است. در این تقسیم سانتریول ها تقسیم شده و به قطبین سلول می روند و دوک تقسیم شکل می گیرد و کرومزوم ها در استوای سلول قرار می گیرند بعد سانترومر ها شکسته می شوند و کروماتید ها به سمت قطبین سلول حرکت می کنند و بعد هم مرحله تلوفاز اتفاق می افتد.
در تقسیم میوز که به آن تقسیم کاهشی هم می گویند، باعث ایجاد گامت می شوند. در انسان در دو بافت تقسیم میوز انجام می شود که عبارتند از بافت بیضه در مردان و بافت تخمدان در زنان. کلیت تقسیم دو بافت مثل هم است.
دربافت بیضه سلول هایی از دسته سلول های بنیادی multipotenet به نام سلول های اسپرماتوگونیوم وجود دارد که بعد از بلوغ دائما در حال تقسیم هستند تا حجم سلولی ثابت باقی بماند. به نوبت هر کدام از این سلول ها وارد تقسیم میوز می شوند. سلولی که خود را برای شروع تقسیم میوز آماده می کند، اسپرماتوسیت اولیه می نامیم. اسپرماتوسیت اولیه که یک سلول ۲n است وارد تقسیم میوز می شود. میوزI بسیار مرحله مهم و زمان بری می باشد. اولین مرحله، پروفاز میوزI است که خود شامل چند مرحله می باشد که عبارتند از: ۱-لپتوتن ۲-زایگوتن
۳ -پاچیتن ۴-دیپلوتن ۵-دیاکنز
در مرحله لپتوتن اتفاقی که در پروفاز میتوزها میباشد، انجام می پذیرد. کرومزوم ها در اینترفاز در ساختار سلنویید هستند وقتی وارد مرحله پروفاز می شوند، شروع به متراکم شدن می کنند واز ۳۰نانومتر به ۳۰۰ساختارنانومتری تبدیل می شوند
در مرحله زیگوتن که مختص تقسیم میوز است کرومزوم های همولوگ با هم جفت می شوند یعنی در واقع ۴۶ کرومزوم درون هسته سلول ۲ به ۲ روبروی هم قرار می گیرند. چون تقسیم در بیضه است پس X و Y داریم و این دو کرومزوم هم روبروی هم قرار می گیرند.
در مرحله پاچیتن اتفاقی رخ میدهد که در تقسیم میتوز به ندرت اتفاق می افتد واین پدیده کراس اوور می باشد (پس در میتوز هم کراس اوور اتفاق می افتد ولی بسیار به ندرت). به تبادل کرومزومی در تقسیم میتوز System Cromatid Exchange یا SCE یا تبادل کروماتیدی بین کرومزوم های خواهری یک کروموزوم می گویند.
در تقسیم میوز کراسینگ اوور داریم. در کراسینگ اوور بین یک کروماتید از یک کرومزوم و کروماتید دیگر از کرومزوم دیگر تبادل ژنتیک انجام می شود. به این تبادل ژنتیکی بین کروماتیدهای غیر خواهری، نوترکیبی یا کراسینگ اوور گفته می شود.
در مرحله پروفاز از ابتدا تا انتها، کرومزوم ها در حال متراکم شدن هستند. یعنی در واقع در زمانی که کرومزوم ها در حال متراکم شدن هستند، همه این اتفاقات می افتد.
در مرحله دیپلوتن ۲ کرومزوم شروع به دور شدن از هم می کنند چون قبل از آن در مرحله قبل کراسینگ اوور انجام شده است.
چه اتفاقی می افتد که کراسینگ اوور انجام می شوددر هنگام کراسینگ اوور،۲ کروماتید غیر خواهری یعنی یک کروماتید از یک کرومزوم و یک کروماتید از کرومزوم دیگرکه روی هم قرار گرفته اند، یک مجموعه پروتئینی روی این دو کروماتید قرار می گیرد و مثل فنر این دو کروماتید غیر خواهری را به هم نزدیک می کند به این مجموعه پروتئینی ،کمپلکس سیناپتونمال می گویند. به محلی که این اتفاق می افتد کیاسماتا می گویند.
در مرحله دیپلوتن کرومزوم های همتا شروع به دور شدن از هم می کنند. کمپلکس سیناپتونمال مقاومت می کند ولی دیپلوتن فشار می آوردو در نهایت در آخر این مرحله کرومزوم ها تقریبا از هم جدا شده اند، درواقع وقتی به انتهای این مرحله می رسیم کیاسماتا ها در نزدیکی تلومر یعنی نزدیک انتهای کرومزوم ها قرار می گیرند.
در مرحله دیاکنز کیاسماتا های انتهایی هم از هم جدا شده اند و دو کرومزوم کاملا از هم جدا شده اند و حداکثر تراکم وجود دارد. حالا در استوای سلول ما ۴۶ کرومزوم مشاهده می کنیم به این صورت که در دو ردیف ۲۳ تایی رو به روی هم قرار گرفته اند. پس از این در مرحله متافاز است که کرومزوم ها در حداکثر تراکم قرار دارند.
در آنافاز میوزI سانترومر شکسته نمی شود بلکه کرومزوم ها از هم جدا می شوند و تقسیم کاهشی اتفاق می افتد. در واقع اسپرماتوسیت های ثانویه ۲۳ کرومزوم بیشتر ندارند.
تقسیم میوزII بلافاصله بدون همانند سازی اتفاق می افتد تا کروماتید های ۲۳ کرومزومی از هم جدا شوند. در نهایت ۴ اسپرماتید حاصل تقسیم میوز می باشد. اسپرماتید ها یک دوره تکاملی پیدا کرده و یک تمایز جزئی برایشان اتفاق می افتد و تبدیل به اسپرماتوزویید می شوند. کل این عمل یعنی از زمانی که میوز شروع شد تا زمان ایجاد اسپرماتوزویید بالغ ۶۲ روز یعنی حدود ۲ ماه طول می کشد. تقسیم در مردان از زمان بلوغ شروع می شود و تا پایان عمر ادامه دارد.
در زنان تقسیم میوز در تخمدان اتفاق می افتد. مشابه اسپرماتوگونی ها، در تخمدان اووگونی ها وجود دارند. تمام اووگونیوم ها همزمان تقسیم را در زمان جنینی قبل از تولد شروع می کنند یعنی همه اووگونیوم ها به اووسیت اولیه تبدیل شده و وارد میوزI می شوند و پروفاز میوز I را شروع می کنند و مراحل لپتوتن ، زایگوتن و پاچی تن را می گذارند و سپس تقسیم متوقف می شود
در واقع یعنی زمانی که کروموزوم ها در حال انجام کراسینگ اوور هستند تقسیم متوقف می شود و این توقف تا زمان بلوغ ادامه دارد. از زمان بلوغ اووسیت های اولیه یکی پس از دیگری طی سیکل های ماهانه تقسیم را ادامه می دهند و ادامه مرحله پروفاز I شامل دیپلوتن و دیاکینز را تکمیل می کنند و سپس ادامه ی میوز I را کامل می کنند تا دو سلول ایجاد می شود که یکی از آن ها اووسیت ثانویه و دیگری جسم قطبی اولیه نام دارد. جسم قطبی اولیه تقسیم شده و دو جسم قطبی دیگر را تشکیل می دهد. اووسیت ثانویه نیز تقسیم می شود و یک تخمک و یک اووسیت ثانویه ی دیگر ایجاد می شود. پس حاصل تقسیم میوز در بافت تخمدان یک گامت است.
تفاوتهای تقسیم میوزدربیضه وتخمدان:
۱٫ در بیضه ۴ گامت ولی در تخمدان ۱ گامت تولید می شود.
۲٫ در بیضه تقسیم میوز از دوران بلوغ شروع شده و تا آخر عمر ادامه دارد ولی در تخمدان تقسیم میوز در زمان جنینی شروع می شود ، و پس از یک توقف دوباره در زمان بلوغ از سر گرفته می شود و تا زمان یائسگی ادامه می یابد.
همان طور که جلسه قبل مطرح شد بیماری های انسان به ۳ دسته تقسیم می شوند:
۱٫ بیماری های کروموزومی که کروموزوم عامل بیماری است
۲٫ اختلالات تک ژنی single gens disorder)) مثل تالاسمی
۳٫ بیماری هایmulti factorial که در بروز آن هم ژنتیک و هم محیط نقش دارد.
علت بیماری های تک ژنی جهش در اسپرم ها هست و علت بیماری های کروموزومی نقایصی هست که در تخمک به وجود آمده. پس اسپرم ها بیشتر عامل بیماری های توارثی اند ولی تخمک ها بیشتر عامل بیماری های کروموزومی هستند.
بین سن و بیماری های کروموزومی ارتباط وجود دارد به این صورت که هرچه سن مادر بالاتر برود احتمال تولد فرزندی با اختلالات کروموزومی نیز بالاتر می رود. برای مثال فراوانی سندروم داون در فرزندان مادرانی که در بین ۲۲ سالگی تا ۳۳ سالگی اند ۱۳۰۰/۱ است. اما فراوانی سندروم داون در فرزندان مادران بالای ۳۵ سال تا سن ۴۰ سالگی به شکل خطی افزایش می یابد. فراوانی سندروم داون در فرزندان مادران بالای ۴۰ سال ۲۵/۱ می باشد. علت اصلی این اتفاق طولانی بودن تقسیم میوز در بافت تخمدان است. اتفاقی که در این حالت می افتد nondistruction می باشد که در آینده توضیح داده خواهد شد.
*اسلاید ها*
درخت حیات:
۱۴ میلیارد سال قبل حیات آغاز شد. ۱۰ میلیارد سال قبل اولین منظومه های شمسی شکل گرفت. ۴.۶ میلیارد سال قبل تقریبا زمین برای وجود حیات آماده شد. ۳.۵ میلیارد سال قبل اولین سلول ها به وجود آمدند. ۱.۴ میلیارد سال قبل اولین پرسلولی ها به وجود آمدند. ۹۰۰ میلیون سال قبل جلبک ها پا به عرصه حیات گذاشتند. ۵۰۰ میلیون سال قبل انقلاب کامبرین رخ می دهد که تنوع فوق العاده زیاد گونه ها حاصل این انقلاب است. ۶۵ میلیون سال قبل دایناسور ها به طرز عجیبی از بین رفتند. و بالاخره ۳.۵ میلیون سال قبل در سطح زمین انسان پا به عرصه حیات گذاشت که اطلاعات زیادی از آن زمان نداریم. پس از آن به گونه های هومو هابیلیس ، هومو ارکتوس ، و نهایتا هومو ساپینس می رسیم که گونه فعلی انسان از گونه هومو ساپینس می باشد. قدمت این گونه به ۲۰۰ هزار سال پیش می رسد.
تفاوت کروموزومی انسان و شامپانزه:
دو کروموزوم کوچک در شامپانزه تشکیل یک کروموزوم بزرگ در انسان را داده اند ؛ درواقع شامپانزه ۴۸ کروموزوم و انسان ۴۶ کروموزوم دارد.
DNA صرفا یک ساختار خطی نیست بلکه مولکولی است که در فضا پیچ خورده و این پیچ خوردگی باعث می شود ۶ نوع ساختار DNA به نام ساختار های Z , E , D , C , B , A به وجود بیایند. ۵ نوع DNA اول راست گرد هستند یعنی در جهت عقربه های ساعت پیچ خورده اند. تنها نوع Z هست که DNA به صورت چپ گرد پیچ خورده اند. بسته به شرایط فیزیکی و شیمیایی انواع DNA در سلول دائما در حال تبدیل به یکدیگر هستند. ساختار معمول DNA ساختار B می باشد.
DNA وقتی پیچ می خورد ، شیار های بزرگ (major groove) و شیار های کوچک (minor groove) ایجاد می شوند. هر پیچ کامل DNA شامل ۱۰ جفت نوکلئوتید می باشد. این شیار ها ۲ عملکرد دارند:
۱.تعامل با پروتئین های هیستونی و پاراهیستونی که باعث پیچش و تراکم DNA می شود.
۲. تعامل با پروتئین های trans creption factor که این عامل مهم تر می باشد.
نکته: درسلول ها ۲نوع فاکتور وجود دارند که در بیان ژن ها نقش دارند ، که عبارتند از فاکتور های سیس و فاکتور های ترانس. فاکتور های ترانس ، فاکتور هایی هورمونی و پروتئینی هستند که از بیرون سلول می آیند ؛ مثلا هورمون های استروئیدی از خارج سلول می آیند و مستقیما روی DNA تاثیر می گذارند. تاثیر این فاکتور های ترانس از طریق groove های DNA می باشد.
فاکتور های سیس فاکتور هایی هستند که در سطح DNA قرار گرفته اند. مثلا promotor یک فاکتور سیس است که مشخص می کند که رونویسی از کجا شروع می شود. همچنین عناصر مختلف تنظیم کننده که در سطح DNA قرار گرفته اند. درواقع فاکتور های سیس از جنس DNA یعنی نوکلئوتید می باشند.
نکته :خصوصیت آنزیم های DNA پلیمراز این است که هیچگاه نمی توانند همانند سازی را از نقطه ی صفر شروع کنند. درواقع وقتی چنگال همانند سازی روی DNA ایجاد می شود و آنزیم DNA پلیمراز روی این چنگال قرار می گیرد، نمی تواند همانند سازی کند بلکه لازمه این کار وجود یک رشته اولیه به نام primer است تا DNA پلیمراز بتواند آن رشته را گرفته و همانند سازی را ادامه دهد. پس ابتدای تمام قطعاتی که از روی DNA ساخته می شود یک رشته به نام primer وجود دارد.
نکته: Primer توسط آنزیم پریماز سنتز می شود. نکته مهم این است که primer از جنس RNA است یعنی وقتی همانند سازی تمام می شود ابتدای رشته رهبر و ابتدای تمامی قطعات اوکازاکی رشته primer را داریم که این پرایمر باید حذف شود. و به جای آن DNA ساخته شود. آنزیم های DNA پلیمراز بتا و اپسیلون این پرایمر را حذف کرده و به جای آن DNA قرار می دهند.
نکته: آنزیم های RNA پلیمراز برخلاف DNA پلیمراز ها می توانند همانند سازی را از نقطه صفر شروع کنند. وقتی قرار است رونویسی انجام شود، آنزیم RNA پلیمراز از جایی که ژن قرار گرفته بود و DNA باز شده روی مکانی که promotor مشخص می کند قرار می گیرد و ژن را کپی برداری می کند و نیازی به primer ندارد.
در ویروس ها آنزیمی به نام reverse transcriptase وجود دارد. این آنزیم، آنزیمی است که از روی RNA، DNA می سازد. عقیده بر این است که تلومراز هم یک reverse transcriptase پیشرفته است چون قسمتی از ساختار تلومراز، RNA است. یعنی قسمتی از شکل سه بعدی آنزیم RNA است. این قسمت RNA تمپلت(الگوی) TTAGGG است. این آنزیم به تمپلت تلومر متصل می شود و بعد بر اساس تمپلت RNA، تلومر ساخته می شود آنزیم تلومراز جزء معدود آنزیم هایی است که بخش RNA دارد و یک آنزیم ویژه و خاص می باشد.
نویسنده: حامد امید
گروه تالیف و مقاله نویسی وبسایت مدیکالستان
