محتویات ژنتیکی سلول شامل تمام ماده ژنتیکی یا DNA موجود در سلول است که در سلول‌های یوکاریوتی در اندامک‌های هسته، میتوکندری و کلروپلاست گیاهان توزیع شده است. محتویات ژنتیکی پروکاریوت‌ها نیز برابر با DNA موجود در سلول‌های آن‌ها و پلاسمیدهایی است که در سلول وجود دارند. ما در این مطلب از مجله فرادرس قصد آشنایی با محتویات ژنتیکی سلول‌ها را داریم، بنابراین در ابتدا با ساختار DNA آشنا می‌شویم تا بتوانیم در گام بعد به سراغ محتویات ژنتیکی سلول‌های یوکاریوتی و پروکاریوتی برویم.

گفتیم که در سلول‌های یوکاریوتی علاوه بر DNA هسته، DNA اندامکی نیز وجود دارد، بنابراین ما در این مطلب ضمن معرفی آن‌ها به بررسی ضرورت وجود آن‌ها و تفاوت‌هایی که با DNA هسته دارند نیز می‌پردازیم. در سلول‌های پروکاریوتی علاوه بر DNA اصلی سلول، پلاسمیدها وجود دارند که پروکاریوت‌ها می‌توانند به کمک آن‌ها در شرایط خاصی زنده بمانند، بنابراین در هنگام بررسی محتویات ژنتیکی پروکاریوت‌ها با پلاسمیدها نیز آشنا می‌شویم.

محتویات ژنتیکی

DNA یا دئوکسی ریبونوکلئیک اسید، به عنوان ماده وراثتی و ماده ژنتیکی اصلی سلول‌ها شناخته می‌شود. در سلول‌های پروکاریوتی این ماده درون سیتوپلاسم قرار دارد اما در سلول‌های یوکاریوتی بخش اعظمی از DNA سلول توسط دو لایه فسفولیپیدی به نام پوشش هسته احاطه شده است.

محتویات ژنتیکی یک سلول یوکاریوتی محدود به DNA هسته نیست. در سلول‌های گیاهی دو اندامک میتوکندری و کلروپلاست و در سلول‌های جانوری میتوکندری‌ها دارای DNAهای حلقوی کوچکی هستند که چندین پروتئین مورد نیاز برای فعالیت اندامک را کد می‌کنند؛ بنابراین محتویات ژنتیکی سلول‌های یوکاریوتی شامل DNA هسته و DNA اندامک‌ها است.

سیتوژنتیک یکی از شاخه‌های علم ژنتیک است که به مطالعه ساختار کروموزومی، محل و عملکرد آن در سلول‌ها می‌پردازد. برای یادگیری دقیق محتویات ژنتیکی سلول‌ها پیشنهاد می‌دهیم از فیلم آموزش سیتوژنتیک فرادرس استفاده کنید که لینک دسترسی به آن در کادر زیر درج شده است.

ژنوم اندامک‌ها تمام پروتئین‌های ساختاری و عملکردی این دو اندامک را تولید نمی‌کند، در حقیقت تعداد ژن‌های محدودی روی DNA میتوکندری و کلروپلاست وجود دارد. بخش اعظمی از پروتئین‌های این دو اندامک در هسته سلول کد و در شبکه آندوپلاسمی تولید می‌شود، سپس با استفاده از روش‌هایی خاص به این اندامک‌ها فرستاده می‌شوند.

محتویات ژنتیکی پروکاریوت‌ها نیز تنها محدود به DNA اصلی سلول نیست، در حقیقت در بسیاری از پروکاریوت‌ها DNA حلقوی کوچکی وجود دارد که به آن «پلاسمید» (Plasmid) می‌گوییم. پلاسمیدها نوعی DNA کمکی به حساب می‌آیند، زیرا ژن‌های آن‌ها به باکتری‌ها این امکان را می‌دهد که در شرایط خاص زنده بمانند. اطلاعات اصلی باکتری که برای زندگی در شرایط طبیعی مورد نیاز هستند توسط DNA اصلی سلول کد می‌شوند.

یادگیری ژنتیک با فرادرس

مطالعه بسیاری از مسائل و فرآیندهای زیستی ما را در نهایت به سمت مطالعات ژنتیکی و ژن‌های اثرگذار روی هر فرآیند هدایت می‌کند، بنابراین امروزه یادگیری ژنتیک از اهمیتی بالا برخوردار است اما تنوع ژن‌ها، پیچیدگی‌های مولکولی و لزوم تسلط به فناوری‌های بیوانفورماتیکی می‌تواند مسیر یادگیری ژنتیک را تبدیل به راهی دشوار کند. برای حل این مشکل در ابتدا نیاز است که دانشی پایه نسبت به ژنتیک داشته باشیم و در گام دوم بدانیم که کدام بخش از دنیای ژنتیک اولویت ما برای یادگیری است.

با انتخاب مسیر یادگیری می‌توان شروع به جست‌و‌جو برای یافتن منابع مناسب کرد. یکی از بهترین روش‌ها برای تسلط بر نکات ریز و گاهی پیچیده ژنتیک، استفاده از فیلم‌های آموزشی است؛ زیرا ما توانایی دیدن بسیاری از مولکول‌ها یا فرآیندهای ژنتیکی را نداریم و استفاده از فیلم‌های آموزشی که از عکس‌هایی علمی برای ارائه نکات استفاده کرده‌اند می‌تواند به بسیاری از ابهامات مسیر یادگیری جواب دهد. فرادرس با همکاری مدرسین باتجربه و مجرب در علوم زیستی فیلم‌های آموزشی متنوعی در زمینه ژنتیک تولید و منتشر کرده است که در ادامه لینک تعدادی از آن‌ها را در اختیار شما قرار می‌دهیم.

DNA چیست؟

دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (Deoxyribonucleic Acid | DNA) ماده وراثتی انسان و اکثر دیگر انواع موجودات زنده است. یک رشته DNA در اصل پلی‌مری از نوکلئوتیدها و یکی از انواع اسید نوکلئیک‌های موجود در سلول است، اما نکته‌ای که باید در مورد DNA به یاد داشته باشیم این است که در اکثر مواقع به صورت دو رشته‌‌ای وجود دارد و DNA تک‌رشته‌ای از میزان پایداری پایینی برخوردار است.

دو رشته پلی‌نوکلئوتیدی که مکمل یکدیگر هستند، دور یکدیگر پیچ می‌خورند تا یک مارپیچ دو رشته‌ای را به وجود بیاورند و به این ترتیب فرم شناخته شده ساختار DNA  شکل می‌گیرد که در تصویر زیر قابل مشاهده است.

واحدهای سازنده DNA نوکلئوتید نام دارند که در ساختار آن‌ها یک قند پنج کربنه به نام دئوکسی‌ریبوز، یک باز آلی نیتروژن‌دار و یک گروه فسفات وجود دارد. با توجه به این که چهار نوع باز نیتروژن‌دار مختلف در ساختار نوکلئوتیدها وجود دارند، در ساختار رشته‌های DNA نیز شاهد حضور چهار نوع نوکلئوتید مختلف هستیم که شیوه کنار هم قرار گرفتن آن‌ها توالی DNA و رمزهای ژنتیکی را تعیین می‌کند. در ادامه با نام این بازهای آلی آشنا می‌شویم.

1. «آدنین» (Adenine | A)
2. «تیمین» (Thymine | T)
3. «گوانین» (Guanine | G)
4. «سیتوزین» (Cytosine | C)

در صورتی که تمایل به کسب اطلاعات بیشتر و کامل‌تر در مورد نوکلئوتیدها، ساختار و نقش آن‌ها دارید، مطالعه مطلب «نوکلئوتید چیست؟ – به زبان ساده» از مجله فرادرس را به شما پیشنهاد می‌دهیم. سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی بدون توالی DNA خود نمی‌توانند زنده باشند زیرا DNA حامل اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای تمام موارد زیر است.

• ساختار سلول
• فعالیت‌های سلول
• رشد و تولید مثل سلول

سلول‌ها برای محقق شدن این سه مورد از روی توالی نوکلئوتیدی ژن‌ها به کمک آنزیم‌های خاصی به نام «RNA پلیمراز» رونویسی می‌کنند و انواع مختلفی از RNAها را می‌سازند. یکی از انواع RNAها mRNA یا RNA پیام‌رسان نام دارد که به وسیله ریبوزم‌ها ترجمه شده و از روی اطلاعات ژنتیکی آن‌ها پروتئین‌های مختلف سلول ساخته می‌شوند.

ژن چیست؟

«ژن» (‌Gene) به عنوان واحد اساسی وراثت شناخته می‌شود. ژن‌ها از والدین به فرزندان به ارث می‌رسند و اطلاعات مورد نیاز برای تعیین و شکل‌گیری ویژگی‌های فیزیکی و زیستی را از والدین به فرزندان منتقل می‌کنند. اکثر ژن‌ها کد کننده پروتئین‌های خاص یا بخش‌هایی از پروتئین‌هایی بزرگ هستند، به عنوان مثال پروتئینی را در نظر بگیرید که از ۵ زیر واحد تشکیل شده است، بنابراین ممکن است محصول رونویسی از پنج ژن مختلف برای تشکیل این پروتئين کنار یکدیگر قرار بگیرند.

فعالیت پروتئین‌های مختلفی که توسط ژن‌ها کد می‌شوند به سلول‌ها و بدن ما این امکان را می‌دهد که زنده بمانیم و اعمال مختلفی را انجام دهیم. بدن انسان در حدود ۲۰ هزار ژن کدکننده پروتئین دارد که عدد قابل توجهی است. از روی این ژن‌ها توسط آنزیم‌های RNA پلیمراز رونویسی شده و سپس نسخه mRNA برای تولید پروتئین‌ها استفاده می‌شود.

با توجه به این نکته که ما در این مطلب به بررسی محتویات ژنتیکی سلول‌ها می‌پردازیم، باید بگوییم که اندامک‌های کلروپلاست و میتوکندری دارای RNA پلیمراز‌ها و ریبوزوم‌های اختصاصی هستند که به آن‌ها امکان رونویسی ژن‌های اندامکی و ترجمه آن رونوشت‌ها را می‌دهد.

DNA هسته سلول

«DNA هسته» (Nuclear DNA | nDNA) در هسته یا هسته‌های هر سلول یوکاریوتی دیده می‌شود. اکثر ژن‌های موجود در ژنوم یوکاریوت‌ها در هسته آن‌ها وجود دارد و تنها بخش کوچکی از ژنوم را در میتوکندری و کلروپلاست می‌بینیم، البته توجه داشته باشید که کلروپلاست در جانوران وجود ندارد و تنها مختص به گونه‌های گیاهی است.

وراثت DNA موجود در هسته مطابق با قوانین وراثت مندلی است، یعنی اطلاعات ژنتیکی از دو والد به نسل بعد منتقل می‌شود. وراثت میتوکندری از قوانین مندل تبعیت نمی‌کند و فقط از مادر به فرزندان منتقل می‌شوند، بنابراین نمی‌توان گفت که قوانین مندل برای وراثت تمام محتوای ژنتیکی سلول قابل استناد هستند.

‌DNA هسته در غالب کروموزوم‌های مختلف سازمان‌دهی می‌شود که ساختار‌هایی فشرده هستند، این فشرده‌سازی رشته‌های نازک DNA توسط پروتئین‌های «هیستون» (Histone) انجام می‌شود، به این صورت که رشته DNA به دور اکتامر هیستونی می‌پیچید و ساختاری به نام نوکلئوزوم را می‌سازد.

DNA اندامک‌ها و DNA پروکاریوت‌ها فاقد ساختار نوکلئوزوم هستند و از پروتئین‌های هیستون برای بسته‌بندی آن‌ها استفاده نمی‌شود. این نکته تنها تفاوت میان این انواع مختلف DNA موجود در سلول‌ها نیست، به همین دلیل در ادامه به بیان تفاوت‌های DNA هسته سلول، میتوکندری و کلروپلاست می‌پردازیم.

• DNA هسته به صورت خطی در قالب یک مارپیچ دو رشته‌ای وجود دارد، اما DNA میتوکندری به صورت حلقوی و DNA کلروپلاست به صورت حلقوی و در انواع خاصی به صورت خطی وجود دارد.
• در مورد DNA هسته باید گفت که به طور معمول دو نسخه از هر کروموزوم در سلول وجود دارد اما حدود ۱۰ الی ۱۰۰ کپی از DNA میتوکندری در هر میتوکندری سلول و حدود ۴۰ الی ۶۰ نسخه از DNA کلروپلاست در هر کلروپلاست سلول موجود است.
• وراثت DNA هسته از قوانین مندل پیروی می‌کند، در حالی که وراثت کلروپلاست بر مبنای قوانین مندل نیست و میتوکندری نیز وراثت مادری دارد.
• DNA هسته درون پوشش هسته جا گرفته است اما DNA کلروپلاست و میتوکندری فاقد پوشش هسته هستند. DNA بسته‌بندی شده و در قالب کروماتین موجود است.
• DNA هسته بسته‌بندی شده و در قالب کروماتین موجود است اما DNA حلقوی میتوکندری در قالب کروماتین سازماندهی نمی‌شود و در مورد DNA کلروپلاست نیز باید گفت که فارغ از حلقوی یا خطی بودنش به صورت کروماتین سازماندهی نمی‌شود.
• DNA هسته دارای بیش از ۳ میلیون جفت باز، DNA میتوکندری دارای حدود ۱۶ الی ۱۰۰ هزار جفت باز و DNA کلروپلاست دارای حدود ۱۲۰ الی ۱۶۰ هزار جفت باز است.

DNA میتوکندری

«DNA میتوکندری» (Mitochondrial DNA | mtDNA) کروموزومی حلقوی است که در اندامک سلولی میتوکندری در سلول‌های یوکاریوتی وجود دارد. میتوکندری‌ها که یکی از اندامک‌های موجود درون سیتوپلاسم هستند، مسئولیت تولید انرژی سلول و فعالیت‌های متابولیسمی دیگری را بر عهده دارند.

DNA میتوکندریایی مسئول تولید ۱۳ سابیونیت (زیرواحد) کمپلکس فسفریلاسیون اکسیداتیو است که در تولید انرژی سلول نقشی کلیدی دارد. ژن‌های موجود روی mtDNA تنها به این سیزده پروتئین محدود نمی‌شود، در اصل ۳۷ ژن روی DNA میتوکندری جانوری وجود دارد که در ادامه توضیح می‌دهیم هر کدام از آن‌ها چه محصولاتی تولید می‌کنند.

• ۱۳ ژن: پروتئین
• ۲۲ ژن: tRNA
• ۲ ژن: rRNA

طول ژنوم میتوکندری در جانوران حدود ۱۶۰۰ جفت باز است اما در گیاهان و قارچ‌ها ۳ نوع متفاوت DNA میتوکندری وجود دارد که طول متفاوتی دارند، در ادامه با این سه دسته آشنا می‌شویم.

• DNA حلقوی با طولی بین ۱۹ الی هزار کیلو جفت باز
• DNA حلقوی با طولی در حدود ۲۰ الی هزار کیلو جفت باز
• DNA خطی

تعداد ژن‌های موجود در DNA میتوکندری‌های گیاهی مشابه با میتوکندری جانوری است. یکی از نکاتی که در مورد ساختار ژن‌های میتوکندری باید بدانیم، عدم وجود اینترون در ژن‌های موجود روی این میتوکندری‌ها است، البته ژن‌های موجود روی DNA دسته اول میتوکندری‌های گیاهی دارای اینترون هستند که این موضوع را به عنوان موردی استثنا می‌دانیم.

یکی دیگر از نکات مهم در مورد DNA میتوکندری این است که وراثت مادری دارد؛ یعنی همه ما میتوکندری‌هایی که در بدن داریم را از مادران خود به ارث برده‌ایم. در زمان ادغام اسپرم با تخمک، اسپرم تنها هسته خود که حاوی DNA هسته است را به سلول تخمک وارد می‌کند، بنابراین DNA میتوکندری از پدر به فرزند منتقل نمی‌شود.

تفاوت DNA میتوکندری با DNA هسته

تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که محتویات ژنتیکی سلول‌های یوکاریوتی شامل DNA هسته، DNA میتوکندری و در صورتی که سلول گیاهی باشد، DNA کلروپلاست است. در این بخش قصد داریم روی تفاوت‌های موجود میان DNA میتوکندریایی و DNA هسته سلول‌های انسان تمرکز کنیم، بنابراین با استفاده از یک جدول این دو نوع DNA را مقایسه می‌کنیم.

DNA میتوکندری و DNA هسته سلول شباهت‌هایی نیز با یکدیگر دارند، به عنوان مثال نوکلئوتید‌های آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین در تشکیل هر دو نوع DNA ایفای نقش می‌کنند و هر دو ژنوم دارای ژن‌هایی هستند که رونویسی و ترجمه می‌شوند تا پروتئین‌هایی دارای فعالیت را برای سلول بسازند. علاوه بر این موارد، هر دو نوع DNA میتوکندری و هسته از دو رشته تشکیل شده‌اند.

DNA کلروپلاست

«DNA کلروپلاست» (Chloroplast DNA | cpDNA) مولکول DNA است که در اندامک کلروپلاست وجود دارد. با توجه به این که کلروپلاست یکی از انواع پلاستیدهای درون سلول است، به این مولکول « DNA پلاستیدی» (plastid DNA | ptDNA) نیز گفته می‌شود. این مولکول در اکثر گونه‌ها یک DNA حلقوی است که به طور معمول طولی بین ۱۲۰ هزار تا ۱۷۰ هزار جفت باز دارد. در بعضی از گونه‌های گیاهی DNA کلروپلاست را می‌توان به صورت خطی نیز مشاهده کرد.

کلروپلاست‌ها اندامک‌هایی درون سلول‌ها هستند که قابلیت فتوسنتز را برای سلول یوکاریوتی فراهم می‌کنند. ژن‌های موجود در این اندامک رونویسی شده و توسط ریبوزوم‌ها به پروتئین‌های موردنیاز کلروپلاست ترجمه می‌شوند، بنابراین کلروپلاست قادر است بعضی از پروتئین‌های مورد نیاز خود را تولید کند. با توجه به این که تمام پروتئین‌های فعال در کلروپلاست توسط DNA این اندامک کد نمی‌شوند، کلروپلاست را از لحاظ ژنتیکی به عنوان اندامکی نیمه‌خودمختار می‌شناسیم.

ژنوم کلروپلاست در بیشتر گونه‌های گیاهی دارای حدود ۱۲۰ ژن است. اکثر این ژن‌ها کد کننده پروتئین‌های زیر هستند.

1. اجزای اصلی ماشین فتوسنتز کلروپلاست
2. فاکتورهای مورد نیاز برای بیان و گردآوری پروتئين‌های مختلف سازنده ماشین فتوسنتزی

ژن‌ها موجود در ژنوم کلروپلاست گونه‌های گیاهان خشکی‌زی تا حد زیادی محافظت شده است، یعنی در سیر تکامل گیاهان دچار تغییرات چشم‌گیری نشده‌اند و حتی می‌توان گفت ثابت مانده‌اند. با توجه به این که برای تولید بعضی از پروتئین‌ها نیاز به بیان چند ژن وجود دارد، در ادامه به پروتئین‌ها و مولکول‌هایی می‌پردازیم که توسط ژن‌های کلروپلاست تولید می‌شوند.

1. چهار RNA ریبوزومی
2. حدود سی tRNA
3. بیست و یک پروتئین‌های ریبوزومی
4. چهار زیر واحد از کمپلکس RNA پلیمراز پلاستیدی
5. زیر واحد بزرگ روبیسکو
6. بیست و هشت پروتئین‌ فتوسنتز تیلاکوئید

شاید تعداد پروتئین‌های کد شده توسط ژنوم کلروپلاست زیاد به نظر برسد اما در حقیقت ۹۵ درصد پروتئين‌های فعال در این اندامک درون سلولی توسط ژنوم هسته سلول کد می‌شوند، زیرا حدود سه هزار  پروتئین در کلروپلاست وجود دارند و همان‌طور که دیدیم تعداد کمی از آن‌ها درون خود سیتوپلاسم ساخته می‌شوند.

بسیاری از کمپلکس‌های پروتئینی موجود در کلروپلاست از سابیونیت یا زیرواحدهای مختلفی ساخته شده‌اند که تعدادی از آن‌ها توسط ژنوم هسته و تعدادی توسط ژنوم خود اندامک کد می‌شوند، بنابراین برای تولید این کمپلکس‌ها به هر دو ژنوم هسته و کلروپلاست نیاز داریم، در نتیجه باید بیان ژن‌های کلروپلاست هماهنگ با بیان ژن‌های هسته سلول باشند.

به طور معمول کلروپلاست تحت کنترل هسته قرار دارد اما کلروپلاست نیز می‌تواند با ارسال سیگنال‌هایی به هسته، بیان ژن‌های موجود در هسته را تنظیم کند، به این اتفاق «پیام‌رسانی عقب‌گرد» (Retrograde Signaling) می‌گوییم و دلیل این نام‌گذاری به این نکته برمی‌گردد که کلروپلاست که در اصل محل هدف پروتئین‌ها محسوب می‌شود، بیان آن‌ها را کنترل کرده است.

انتقال ژن های کلروپلاست به DNA هسته

در بخش قبل متوجه شدیم که بسیاری از ژن‌های پروتئین‌های کلروپلاست در هسته سلول قرار دارند، دلیل این موضوع به فرآیند به نام «انتقال ژن درون‌همزیستی» (Endosymbiotic Gene Transfer) می‌گوییم. این فرآیند توصیف کننده انتقال ژن‌ها از کلروپلاست به هسته سلول در طی زمان یا به بیان دیگر در طول سیر تکامل است. نتیجه فرآیند انتقال ژن درون‌همزیستی، کاهش اندازه ژنوم کلروپلاست و افزایش وابستگی آن به هسته سلول یوکاریوتی است.

شباهت ها و تفاوت های DNA کلروپلاست و DNA میتوکندری

DNA میتوکندری و DNA کلروپلاست هر دو در گروه DNAهای اندامکی سلول‌های یوکاریوتی قرار می‌گیرند و در بعضی نکات با یکدیگر متفاوت‌اند، در ادامه با استفاده از یک جدول با این تفاوت‌ها آشنا می‌شویم.

این دو نوع DNA اندامکی شباهت‌های زیادی نیز با یکدیگر دارند که در ادامه مورد به مورد آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

• هر دو نوع DNA، حلقوی و دو رشته‌ای هستند.
• از هر دو نوع DNA در اندامک مدنظر چندین نسخه وجود دارد.
• شیوه انتقال این DNAها به سلول‌های دختری به صورت تصادفی است و مانند DNA هسته مکانیسم دقیقی برای انتقال آن‌ها به سلول‌های دختری وجود ندارد.
• در ساختار هیچ‌کدام شاهد حضور پروتئين‌های هیستون نیستیم و هیچ کدام از این دو نوع DNA اندامکی توسط غشای فسفولیپیدی محاصره نشده است.
• ژن‌های موجود روی هر دو DNA فاقد اینترون هستند.
• نواحی بسیاری روی این دو DNA غنی از «AT» (آدنین و تیمین) هستند.
• این دو نوع DNA اندامکی دارای ژن‌هایی هستند که برای فعالیت میتوکندری و کلروپلاست ضروری هستند.
• هر دو DNA میتوکندری و کلروپلاست در مقایسه با DNA هسته سلول بسیار کوچک به حساب می‌آیند.

DNA پروکاریوت ها

اصلی‌ترین بخش محتویات ژنتیکی سلول‌های پروکاریوتی‌، DNA اصلی سلول است که به صورت یک کروموزوم حلقوی در ناحیه خاصی از سلول وجود دارد. پروکاریوت‌ها فاقد اندامک‌های غشادار هستند، بنابراین در اطراف DNA سلول غشای فسفولیپیدی وجود ندارد و کروموزوم در مجاورت دیگر ترکیبات موجود در سیتوپلاسم، در محلی به نام «نوکلئوئید» (Nucleoid) قرار دارد.

با توجه به توضیحات ارائه شده در این بخش و در بخش DNA هسته که به ژنوم موجود در هسته سلول‌های یوکاریوتی می‌پرداخت، متوجه شدیم که تفاوت‌هایی میان DNA پروکاریوت‌ها و DNA هسته یوکاریوت‌ها وجود دارد، بنابراین در ادامه با استفاده از یک جدول این تفاوت‌ها را بررسی می‌کنیم.

پلاسمید

پلاسمید یا پلازمید یک مولکول DNA حلقوی است که درون باکتری‌ها و دیگر موجودات زنده میکروسکوپی وجود دارد. پلاسمیدها جدای از DNA اصلی سلول هستند و همانندسازی آن‌ها نیز به صورت مستقل انجام می‌شود. با توجه به اندازه کوچک پلاسمیدها نمی‌توان انتظار داشت که تعداد ژن‌های موجود روی آن‌ها زیاد باشد، در حقیقت مهم‌ترین ژن‌هایی که روی پلاسمیدها وجود دارند، ژن‌هایی هستند که در ادامه نام می‌بریم.

1. ژن‌های مقاومت نسبت به آنتی‌بیوتیک‌های مختلف
2. ژن‌های «ویرولانس» (Virulence)
3. ژن‌های مربوط به متابولیسم ثانویه
4. ژن‌های مربوط به «زیست‌پالایی» (Bioremediation)

پلاسمیدها به طور معمول کوچک هستند و همان‌طور که دیدیم ژن‌هایی را حمل می‌کنند که برای شرایط خاص مناسب هستند اما DNA اصلی سلول حاوی اطلاعات ژنتیکی ضروری برای بقای سلول در شرایط طبیعی است، بنابراین مهم‌ترین تفاوت پلاسمید با کروموزوم سلول باکتری در اطلاعاتی است که کد می‌کنند.

به طور معمول یک یا چندین پلاسمید درون یک سلول باکتری وجود دارد. یکی از روش‌های انتقال این پلاسمیدها «هم‌یوغی» (Conjugation) است که به کمک این روش باکتری‌ها می‌توانند پلاسمیدهای خود را به باکتری دیگری منتقل کنند. این انتقال ژنتیکی از آن‌جایی که از سلول مادری به سلول دختری صورت نمی‌گیرد، انتقال افقی ژن به حساب می‌آید.

ژنتیک چیست به زبان ساده

«ژنتیک» (Genetics) علم مطالعه ژن‌ها، تغییرات ژنتیکی و وراثت است. ژنتیک یکی از مهم‌ترین زیرشاخه‌های زیست‌شناسی محسوب می‌شود، زیرا مسئله وراثت و انتقال اطلاعات در نسل‌ها در تکامل موجودات زنده اهمیتی بسیار زیاد دارد.

منظور از وراثت این است که به کمک مطالعات ژنتیکی متوجه شویم چطور صفات مختلف مانند قد، رنگ مو و پوست از والدین به فرزندان به ارث می‌رسد، با توجه به این که صفات ما تحت کنترل ژن‌هایی که به ارث می‌بریم قرار دارند، مطالعات ژنتیکی در زمینه‌های مختلفی مانند موارد زیر نقشی کلیدی بازی می‌کنند.

• تشخیص بیماری‌های ژنتیکی
• مطالعه مسیرهای تکاملی
• شناخت ژنوم موجودات مختلف
• شناسایی ژن‌های مسئول بیماری‌ها

این موارد به ما نشان می‌دهند که ژنتیک یکی از مهم‌ترین زیر شاخه‌های علم زیست‌شناسی محسوب می‌شود و ما برای پیشرفت در بسیاری از مسائل از قبیل داروسازی و موارد پزشکی به پیشرفت علوم ژنتیکی نیاز داریم.

انواع ژنتیک

حالا که با محتویات ژنتیکی و علم ژنتیک آشنا شدیم، زمان شناخت انواع ژنتیک فرا رسیده است. ژنتیک انسانی به زیر شاخه‌های متعددی تقسیم می‌شود که در ادامه آن‌ها را نام برده و اطلاعات مختصری در مورد هر یک ارائه می‌دهیم.

• «ژنتیک کلاسیک» (Classical Genetics): ژنتیک کلاسیک به تجزیه و تحلیل انتقال اطلاعات در نسل‌ها می‌پردازد و به داده‌های قابل مشاهده از صفات منتقل شده از والدین به فرزندان متکی است.
• «ژنتیک مولکولی» (Molecular Genetics): ژنتیک مولکولی به مطالعه ژن‌ها و شیوه ارتباط RNA رونویسی شده از ژن‌ها و محصولات پروتئینی آن‌ها با یکدیگر برای ساخت سلول‌ها و اجزای بدن موجود زنده می‌پردازد.
• «اپی‌ژنتیک» (Epigenetics): اپی‌ژنتیک آن دسته از تغییرات بیان ژن را بررسی می‌کند که به ارث می‌رسند و بدون ایجاد تغییر در توالی DNA رخ داده‌اند.
• «ژنتیک جمعیت» ( Population Genetics): ژنتیک جمعیت فراوانی آلل‌های مختلف در یک جمعیت را مورد مطالعه قرار می‌دهد.
• «سیتوژنتیک» (Cytogenetics): سیتوژنتیک به بررسی محتویات ژنتیکی سلول یعنی کروموزوم‌های موجود در هسته و DNAهای اندامکی می‌پردازد.
• «ژنتیک رفتاری» (Behavioral Genetics): ژنتیک رفتاری به بررسی اثر ژن‌ها بر صفات رفتاری و نحوه اثرگذاری تغییرات ژنتیکی بر ایجاد تفاوت‌های رفتاری در میان افراد مختلف جامعه می‌پردازد.
• «ژنتیک بیوشیمیایی» (Biochemical Genetics): این شاخه از ژنتیک به بررسی رابطه بین ژن‌ها، پروتئین‌ها و فرآیندهای متابولیسمی می‌پردازد.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس به بررسی محتویات ژنتیکی سلول‌های یوکاریوتی و پروکاریوتی پرداختیم و متوجه شدیم در صورتی که در حال بررسی یک سلول پروکاریوتی هستیم باید DNA اصلی سلول و پلاسمید را به عنوان محتویات ژنتیکی سلول به حساب آوریم ولی در صورت مواجه با سلول‌های یوکاریوتی شرایط متفاوت خواهد بود. محتویات ژنتیکی سلول‌های جانوری با سلول‌های گیاهی متفاوت هستند، زیرا اندامک‌هایی که دارای DNA هستند در این دو نوع سلول متفاوت‌اند.

1. محتویات ژنتیکی سلول‌های گیاهی: DNA هسته سلول + DNA میتوکندری + DNA کلروپلاست
2. محتویات ژنتیکی سلول‌های جانوری: DNA هسته سلول + DNA میتوکندری

DNA موجود در هسته یوکاریوت‌ها از لحاظ ساختاری تفاوت‌هایی با DNA اندامک‌ها دارد که شاید یکی از مهم‌ترین آن‌ها را بتوان این مورد دانست که DNA میتوکندری و اکثر انواع DNAهای کلروپلاست از نوع حلقوی هستند اما DNA هسته خطی است و به وسیله پروتئين‌های هیستون بسته‌بندی می‌شود تا به صورت کروموزوم‌های منسجم در هسته سلول سازمان‌دهی شود.