ژنتیک پایه لقاح

ژنوم انسان به مجموعه‌ی کامل توالی‌های اسید‌نوکلئیک وی (کل محتوای DNA یک موجود) اطلاق می‌شود. هر یک از 10¹³ سلول تشکیل‌دهنده‌ی بدن انسان نسخه‌های ژنومی مخصوص به خود را دارند که در برگیرنده‌ی اطلاعات زیستی مورد نیاز برای ایجاد و حفظ حیات است. ژنوم هاپلوئید انسان از دو بخش تشکیل شده است:

• ژنوم هسته‌ای حدود 2/3 میلیارد جفت‌نوکلئوتید را در برمی‌گیرد. کوتاه‌ترین قطعه‌ی DNA، حدود 50 میلیون و بلندترین آن حدود 250 میلیون باز دارد. هر یک از این قطعات کروموزوم نامیده می‌شوند. انسان دارای ۴۶ کروموزوم می‌باشد که شامل ۴۴ کروموزوم اتوزوم و دو کروموزوم جنسی X و Y هستند و روی هم حدود 35 هزار ژن دارند.
• ژنوم میتوکندریایی 16.569 جفت‌باز را به‌صورت یک DNA حلقوی در برمی‌گیرد. میتوکندری انسان دارای 37 ژن است.

فقط انواع محدودی از سلول‌ها مثل گلبول‌های قرمز خون هسته‌ی خود را در طی تمایز از دست می‌دهند. تعداد زیادی از سلول‌ها دیپلوئید هستند و دو نسخه از هر کروموزوم اتوزوم را به همراه دو کروموزوم جنسی (XX برای زن‌ها و XY برای مردها) دارا می‌باشند که در مجموع عدد کروموزومی 46 را نشان می‌دهند. به این دسته از سلول‌ها سلول‌های سوماتیک یا پیکری نیز گفته می‌شود.

اسپرم و تخمک بالغ تنها سلول‌هایی هستند که 46 کروموزوم ندارند. به این سلول‌ها گامت یا سلول جنسی گفته می‌شود. در مراحل اولیه‌ی تکوین، پیش‌سازهای گامت‌ها همانند تمام سلول‌های دیگر تقسیم می‌شوند (فرآیندی که تقسیم میتوز نام دارد) و مجموعه‌ی 23 جفت کروموزومی سلول در هر تقسیم مضاعف می‌شود. در مرحله‌ی آخر تقسیم گامت، که میوز نام دارد هر سلول جدید تنها یک کروموزوم از هر جفت کروموزومی دریافت می‌کند. بنابراین هر گامت  دارای  23 عدد کروموزوم به جای 23 جفت کروموزوم می‌باشد. هنگام لقاح 23 عدد کروموزوم تخمک و 23 عدد کروموزوم اسپرم ترکیب می‌شوند تا 23 جفت کروموزوم سلول تخم حاصل شود.

به‌استثناء افراد مبتلا به انواع خاصی از بیماری‌های ژنتیکی، هسته‌ی هر سلول بدن انسان شامل مجموعه‌ی 46 کروموزومی است که به صورت 23 جفت کروموزوم مرتب شده‌اند. این کروموزوم‌ها شامل تمام اطلاعات ژنتیکی لازم برای تکوین فرد مورد نظر می‌باشند و نه تنها ویژگی‌های فردی مثل رنگ مو، قد، شکل بدن، اخلاق و جنبه‌های هوشی بلکه تمام ویژگی‌های مشترک بین تمام اعضای گونه‌ی انسان مانند تکوین فیزیکی و تعصبات ذاتی نژادهای مختلف را نیز در برمی‌گیرد.

کروموزوم‌ها از زنجیرهای بلند مولکول‌های شیمیایی به نام دئوکسی‌ریبونوکلئیک‌اسید (DNA) تشکیل شده‌اند. DNA به شکل مارپیچ دوتایی (شبیه نردبان پیچ‌خورده) است. ویژگی بارز این نردبان این است که پله‌ها به‌نحوی ساخته شده‌اند که کل مارپیچ یا هلیکس (Helix) می‌تواند باز شود. هر نیمه می‌تواند مضاعف شدن رشته‌ی جداشده را رهبری کند (فرآیند همانندسازی مولکول DNA). در نتیجه طی هر تقسیم طبیعی هر سلول جدید شامل مجموعه‌ی کاملی از اطلاعات ژنتیکی است.

رشته‌ی DNA که هر کدام از کروموزوم‌ها را می‌سازد، می‌تواند به بخش‌هایی به نام ژن تقسیم شود. هر ژن مسئول کنترل یا بروز یک ویژگی خاص در موجود زنده است. ژن‌ها در کنترل الگوهای تکوینی نیز دخالت دارند. ژنی که ویژگی خاصی را در فرد کنترل می‌کند، در همه‌ی افراد یک گونه همیشه در جایگاه مشخص و یکسان (locus؛ جمع آن loci است)، روی یک کروموزوم یکسان یافت می‌شود. به‌عنوان مثال جایگاه ژنی که نوع گروه‌های خونی A، B و O را تعیین می‌کند روی کروموزوم شماره‌ی نه انسان قرار دارد و ژ‌ن‌های مشابه برای انواع گروه‌های خونی در هر انسان نیز روی کروموزوم نه قرار دارند.

ساختار کروموزوم

این طرز تفکر که هر کروموزوم از یک مارپیچ دو رشته‌ای DNA تشکیل شده کاملاً صحیح نمی‌باشد. یک کروموزوم خیلی بزرگ‌تر از قطر یک مارپیچ دو رشته‌ای DNA می‌باشد. به‌علاوه مقادیر DNA موجود در هسته به اندازه‌ای است که اگر کل طول DNA موجود در کروموزوم‌ها را باز کنیم چندین متر طول خواهد داشت! طول کل مجموعه‌ی کروموزومی درون هسته‌ی سلولی انسان، کم‌تر از نیم میلی‌متر است. بسته‌بندی DNA به صورت کروموزوم چندین سطح از پیچ‌خوردگی و تاشدگی DNA را در برمی‌گیرد.

برای آنکه ژن‌ها در ساختار DNA قرار بگیرند، لازم است که DNA دارای ساختاری انعطاف‌پذیر باشد تا توانایی در بر گرفتن طیف وسیعی از ژن‌ها را داشته باشد، بتواند تکثیر پیدا کند و در هر تقسیم سلولی نسخه‌های یکسانی ایجاد نماید.

دو رشته‌ی مارپیچ DNA علاوه بر پیچ‌خوردگی اولیه، حول پروتئین‌هایی به نام هیستون‌ پیچیده شده‌اند که ساختاری به نام نوکلئوزوم را ایجاد می‌کنند. هیستون‌ها پروتئین‌هایی هستند که در طول تکامل تغییرات زیادی پیدا نکرده‌اند. این عدم تغییر نشان‌دهنده‌ی نقش ظریف و دقیق تمامی آمینواسیدهای موجود در هیستون‌ها می‌باشد. در مرحله‌ی بعد، نوکلئوزوم‌ها لوپ‌های بلندی را بر روی اسکلت پروتئین‌های غیرهیستونی اسیدی تشکیل داده و به صورت فیبرهای کروماتینی در می‌آیند. در نهایت این پیچش‌های محکم DNA ساختار کروموزوم را پیدا می‌کند.

بخش‌های مختلف یک کروموزوم عبارتند از:

1. کروماتید (chromatid): نیمی از هر کروموزوم متافازی که از ناحیه‌ی سانترومر به هم متصل شده‌اند را کروماتید می‌نامند. در مرحله‌ی متافازی، کروموزوم‌ها به صورت رشته‌های بلند و باریک هستند. دو کروماتید هر کروموزوم تصویر آینه‌ای هم بوده ؛ به همین علت به آن‌ها کروماتید‌های خواهری می‌گویند.
2. سانترومر(centromere) : محل اتصال دو کروماتید خواهری هر کروموزوم متافازی را سانترومر می‌نامند. در واقع سانترومر، کروموزوم را به دو بازوی بلند (q) و کوتاه (p) تقسیم می‌نماید. با استفاده از الگوی نوار‌بندی می‌توان برخی ویژگی‌های کروموزوم و محل ژ‌ن‌های موجود بر روی هر کروموزوم را شناسایی نمود.
3. کینه‌توکور(kinetochore) : طرفین سانترومر هر کروموزوم را دو بخش پیاله‌مانند و متراکم به نام کینه‌توکور می‌پوشاند. کینه‌توکور در کشیده شدن کروماتیدها به قطبین سلولی در طی تقسیم سلولی نقش دارد.
4. تلومر :(telomere) بخش‌های نوکلئوپروتئینی در دو انتهای کروماتیدهای کروموزوم را تلومر می‌نامند. تلومر نقش مهمی را در کنترل تعداد دفعات تقسیم سلولی ایفا می‌کند. با هر بار همانندسازی و تکثیر DNA از طول تلومر کاسته‌ شده و قدرت تقسیم ضعیف‌تر می‌شود تا نهایتاً سلول‌ها به مرحله‌ی پیری و مرگ می‌رسند.
5. دی.ان.اِی ماهواره‌ای (satellite DNA): توالی‌های تکراری پشت سرهم را دی.ان.اِی ماهواره‌ای می‌نامند که معمولاً در نواحی سانترومر یا تلومر دیده می‌شوند. در متافاز وقتی کروموزوم‌ها در حال شکل گرفتن هستند این نواحی DNA سانترومری روی هم افتاده و سانترومر کروموزوم را به وجود می‌آورند. 

ساختار DNA

مولکول DNA یک پلیمر خطی و بدون شاخه است که زیرواحدهای مونومری آن چهار نوع نوکلئوتید مختلف هستند که به هم متصل شده‌اند. هر نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده است:

• ´2‌ـ‌دئوکسی ریبوز یک قند پنتوز است که از پنج اتم کربن تشکیل شده و گروه هیدروکسیل کربن ´2 آن با یک اتم هیدروژن جایگزین شده است.
• بازهای نیتروژن‌دار شامل سایتوزین، تایمین (پیریمیدین‌های تک‌حلقه‌ای) و آدنین و گوانین (پورین‌های دو حلقه‌ای) هستند.
• یک، دو یا سه گروه فسفات به کربن ´5 قند متصل هستند که آلفا، بتا و گاما نامیده می‌شوند.

مولکولی که فقط از قند و باز تشکیل شده باشد نوکلئوزید نامیده می‌شود که با اضافه شدن گروه‌های فسفات به نوکلئوتید تبدیل می‌شود. با وجود اینکه سلول‌ها دارای نوکلئوتیدهایی با یک، دو یا سه گروه فسفات هستند اما فقط نوکلئوزیدهای سه‌فسفاته در ساخته شدن DNA مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در یک پلی‌نوکلئوتید، نوکلئوتیدها از طریق پیوند فسفودی‌استری کربن‌های ´5 و ´3 بهم متصل شده‌اند. دو انتهای پلی‌نوکلئوتیدها از نظر شیمیایی متفاوت است. یک سر دارای گروه تری‌فسفات متصل به کربن ´5 است که انتهای ´5 یا P-´5 نامیده می‌شود و دیگری دارای ´3 هیدروکسیل آزاد یا OH-´3 می‌باشد. به این ترتیب پلی‌نوکلئوتید‌ها دارای جهت بوده و بصورت ´3 →´5 یا ´5 →´3 نشان داده می‌شوند.

ترتیب قرار گرفتن بازها در DNA اختصاصی بوده و همیشه یک پورین در یک زنجیره با یک پیریمیدین در رشته‌ی مقابل جفت باز تشکیل می‌دهد؛ به صورتی که آدنین در یک زنجیره با یک تیمین در رشته‌ی مقابل و گوانین همیشه با سیتوزین رشته‌ی مقابل تشکیل جفت باز می‌دهند. این جفت شدن‌ها، رشته‌های مکمل هم را ایجاد می‌کنند.