ژنتیک مولکولی از زیر شاخه های زیست شناسی و ژنتیک می باشد که در آن ساختار و عملکرد ژنها را در سطح مولکولی مطالعه می کنند.ژن ها مسئول بروز صفات در انسان می باشند.برای افرادی که می خواهند در زمینه رشته های زیست شناسی،پزشکی،میکروبیولوژی و ژنتیک تحصیل کنند یا وارد زمینه های تحقیقاتی شوند فرا گرفتن این درس برای آشنایی با مفاهیم پایه و پیشرفته ژنتیک ضروری می باشد.
آموزش ژنتیک مولکولی
در ماده وراثتی انسان که به ژنوم معروف است نزدیک به 30000 ژن وجود دارد که این ژنها کلیه فعالیت های فیزیولوژیک بدن را تحت کنترل قرار می دهندمطالعه ی کروموزوم ها و بیان ژن در یک ارگانیسم می تواند سبب درک اطلاعات وراثتی، تنوع ژنتیکی و جهش شود.ژنتیک مولکولی در پیشرفت علم زیست شناسی و در شناخت و درمان بیماری های ژنتیکی مفید واقع شده است. اساس انجام آزمایشات ژنتیک مولکولی بر پایه استخراج DNA از ژنوم نمونه و تکثیر آن به روش PCR است.تکنیک های ژنتیک مولکولی موارد زیر می باشد:
1- تکثیر: در طی فرایند تکثیر، یک ژن به خصوص و یا قطعه ای از DNA بارها تکثیر می شود که این عمل DNA replication نامیده دارد.
2- ( PCR) واکنش زنجیره ای پلیمراز: اجزاء اصلی فرایند PCR عبارتند از نوکلئوتید DNA، پرایمر، رشته DNA الگو و Taq پلیمراز. نوکلئوتیدهای DNA با استفاده رشته ی DNA الگو، شروع به ساختن رشته ی جدید و تکثیر می کنند.
3- جداسازی و تخلیص: در جداسازی و تخلیص، DNA و mRNA از سلول جدا می گردد.
مباحثی که در آموزش ژنتیک فرا می گیرید برای مثال شامل موارد زیر حواهد بود:
مفاهیم پایه ای همچون ژنها و کروموزوم ها که در آن به توضیحاتی در خصوص انواع مختلفی از توالیهای مختلف تنظیمی در روی کروموزومها وجود دارد که در همانند سازی ، رونویسی و ... شرکت دارندو کروموزومهای یوکاریوتی دارای دو توالی مهم تکراری DNA میباشند که عمل اختصاصی را انجام میدهند؛ سانترومرها که نقاط اتصالی برای دوک تقسیم هستند و تلومرها که در دو انتهای کروموزوم وجود دارند و همچنین کروماتین در یوکاریوتها به صورت واحدهای نوکلئوزومی قرار دارد اشاره می شود.
متابولیزم DNA و متابولیزم RNA که به واکنش های همانند سازی و رونویسی به صورت مرحله به مرحله پرداخته می شود.همچنین فرآیند پروتئین سازی و RNA ناقل که در انتقال اسیدهای آمینه بر روی ریبوزومها برای پروتئین سازی ، شرکت دارند و RNA ریبوزومی که در ساختار ریبوزوم شرکت دارند که این RNA ها به صورت پیش ساز ساخته میشوند که طی فرآیندهای آنزیمی بالغ میشوند اشاره می شود. همچنین در متابولیزم پروتئین که پروتئینها در یک کمپلکس RNA پروتئینی به نام ریبوزوم ، با یک توالی اسید آمینههای خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک ، سنتز میگردند و سایر مباحث و موضوعات مهم و مرتبط در آن اشاره خواهد شد.
سرفصل های آموزش ژنتیک مولکولی
ساختار DNA نوکلئوتیدهای مونومر DNA پلی نوکلئوتیدها اتصال نوکلئوتیدها توسط پیوندهای فسفودی استر (Phosphodiester Bond) پایانههای شیمیایی متمایز پلی نوکلئوتیدها طول و توالی پلی نوکلئوتیدها مارپیچ دوگانه نسبت بازهای چارگف تجزیه DNA توسط پراش اشعه X خصوصیات مارپیچ دوگانه DNA اشکال متفاوت DNA عوامل پایدارکننده DNA DNA فراپیچیده (سوپرکویل) توپوایزومرازها (Topoisomerase) بازهای تغییریافته DNA پلی نوکلئوتید RNA نوکلئوتیدهای تشکیلدهنده RNA انواع مختلف RNA در سلول تفاوت شیمیایی RNA و DNA ژنها قطعاتی از DNA هستند سازماندهی ژن در DNA ژنهای خوشهای اپرونها خانوادههای چندژنی ژنهای غیر فعال ژنهای منقطع تظاهر ژن اصل قضیه مرکزی رونویسی ترجمه نقش پروتئینها کروموزوم (Chromosome) انواع کروموزمها از نظر محل سانترومر کروماتین (Chromatin) هیستون (Histone) اثر متقابل هیستون با هیستون در نوکلئوزوم نوکلئوزوم (nucleosome) سلنوئید (solenoid) تا خوردن DNA توزیع نوکلئوزومها بستهبندی کروموزومها تغییر مدل کروماتین (chromatin remodeling) تغییرات شیمیایی هیستونها استیلاسیون هیستونها متیلاسیون هیستونها فسفریلاسیون هیستونها تاثیر تغییر شیمیایی هیستونها در ساختار کروماتین و بیان ژن متیلاسیون DNA غیر فعالسازی کروموزوم x با ایجاد هتروکروماتین قابل توارث بودن تغییر ساختار کروماتین کروموزومهای پلیتن (polytene) کروموزومهای لامپ براش (lumpbrush) الگوی کلی همانندسازی آزمایش مزلسون و استال همانندسازی در پروکاریوتها نقش پروتئینها در همانندسازی پروتئین DnaA پروتئین DnaB پروتئین DnaC پروتئینهای SSB پرایماز پروتئینهای n", n′, n و i پروتئین Rep DNA پلیمراز پروکاریوتی DNA پلیمراز I DNA پلیمراز II DNA پلیمراز III مراحل همانندسازی DNA در پروکاریوتها مرحله آغاز مرحله طویل شدن اصلاح DNA مرحله خاتمه همانندسازی در یوکاریوتها DNA پلیمراز یوکاریوتی همانندسازی در میتوکندری همانندسازی به روش حلقه چرخان همانندسازی در ویروسهای DNAدار همانندسازی در باکتریوفاژ ɸX174 همانندسازی در باکتریوفاژ ʎ همانندسازی در فازهای T ساختمان RNA انواع RNA RNA پیامبر (mRNA) RNA ریبوزومی (rRNA) RNA حامل (tRNA) hnRNA (heterogeneous nuclear RNA) (Small nuclear RNA) SnRNA (Small cytoplasmic RNA) ScRNA آنزیم RNA پلیمراز آنزیم RNA پلیمراز پروکاریوتی آنزیم RNA پلیمراز یوکاریوتی تغییر و پردازش mRNA (mRNA Splicing) تغییر و پردازش tRNA (tRNA Splicing) رونویسی در پروکاریوتها مرحله آغاز رونویسی مرحله تداوم رونویسی مرحله خاتمه رونویسی خاتمه ساده خاتمه وابسته به فاکتور Rho (Rho Termination) رونویسی در یوکاریوتها آغاز رونویسی توسط RNA پلیمراز II آغاز رونویسی توسط RNA پلیمراز I آغاز رونویسی توسط RNA پلیمراز III پایان رونویسی RNA مونوسیسترونی و پلی سیسترونی آنتی بیوتیکهای ممانعتکننده از رونویسی تکامل RNA (RNA Processing) نقش آنزیمها در تکامل RNA پروکاریوت تکامل RNA در یوکاریوت تکامل rRNA تکامل tRNA تکامل mRNA در یوکاریوت کلاهکگذاری در انتهای ′5 دم پلی A در انتهای 3′ پیرایش اینترون (Intron Splicing) اینترون GT-AG اینترون خودپیرایش اینترون AT-AC اینترون گروه II اینترون tRNA اهمیت اینترون ویرایش RNA (RNA Editing) اسیدهای آمینه سطوح مختلف ساختمان پروتئین توالی اسید آمینه کلید ساختار و کنش پروتئین مطالعه ساختمان پروتئین رمز ژنتیکی ویژگیهای رمز ژنتیکی اصول مولکولی کدونهای مترادف نقش tRNA در ترجمه تشکیل آمینواسیل tRNA تشخیص کدون مراحل ترجمه در پروکاریوتها مرحله آغاز ترجمه تداوم زنجیره پلیپپتیدی مرحله پایان ترجمه ترجمه در یوکاریوتها مقایسه دستگاه ترجمه در پرو و یوکاریوتها تغییرات بعد ترجمه پروتئینسازی در میتوکندری و کلروپلاست آنتی بیوتیکهای موثر در پروتئینسازی انتقال پروتئینها از غشا جهش (Mutation) انواع مختلف جهش جهش در سطح DNA جهش در سطح ژن جهش در سطح موجود زنده برگشت اثر یک جهش عوامل جهشزا ساخت پروتئین بدون mRNA تنظیم بیان ژن راهبردهای ممکن برای کنترل تظاهر ژن کنترل تظاهر ژن در باکتریها بیان ژن توسط فاکتور δ کنترل رونویسی توسط رپرسور و فعالکننده تنظیم اپرون لاکتوز تنظیم اپرون تریپتوفان تنظیم اپرون آرابینوز تنظیم تظاهر ژن در یوکاریوتها تنظیم بیان ژن توسط افزایشدهندهها (Enhancer) تنظیم بیان ژن توسط هورمونها تنظیم بیان ژن توسط فاکتور T (Transcription Factor) القا و فرونشاندن آنزیمی پیرایش دگرواره (Alternative Splicing) پایداری mRNA و بیان ژن تکثیر بعضی ژنها در طی تکامل غیرفعال شدن یکی از کروموزومهای X در پستانداران ماده تنظیم بیان ژن در هنگام ترجمه تنظیم بیان ژن متالوتیونئین در انسان تنظیم بیان ژن توسط miRNAs (Micro RNAs) ترمیم DNA (DNA Repair) ترمیم مستقیم (Direct Repair) ترمیم خارجسازی بازی (Base Excision Repair) ترمیم خارجسازی نوکلئوتیدی (Nucleotide Excision Repair) ترمیم جفتشدگی ناجور (Mismatch Repair) نوترکیبی (Recombination) نوترکیبی همتا (Homologous Recombination) نوترکیبی موضعی (Site Specific Recombination) نوترکیبی ناروا (Illegitimate Recombination) نقش نوترکیبی در ژنتیک ترسیم ژنی در باکتری اهمیت ترسیم نقشه ژنی در باکتری ترسیم نقشه ژنی به وسیله هماوری (conjugation) ترسیم نقشه ژنی به وسیله ترارسانی (transduction) ترسیم نقشه ژنی به وسیله تراریختی (transformation) مزایای نسبی سه روش حاملهای کلون برای مخمر و سایر قارچها پلاسمید µ2 مخمر پلاسمیدهای اپیزومی مخمر (Yeast Episomal Plasmids) YEP پلاسمیدهای مخمری تلفیق شونده (Yeast Integrating plasmids) YIps پلاسمیدهای تکثیری مخمر (Yeast Replicative plasmids) YRps کروموزوم مصنوعی مخمر (YAC (Yeast Artificial Chromosomes حاملهای کلون برای گیاهان عالی پلاسمیدهای طبیعی اگروباکتریوم (Agrobacterium Tumefaciens) پلاسمید القاکننده تومور یا پلاسمید Ti کاربرد مهندسی ژنتيک جداسازی و خالصسازی DNA و RNA از سلول اندازهگیری غلظت DNA خالصسازی DNA روشهای آشکارسازی اسیدهای نوکلئیک آنزیمهای مورد استفاده برای دستکاری DNA نوکلئازها لیگازها پلیمرازها تغییردهندهها توپوایزومرازها قرار دادن انتهای چسبنده روی مولکولهای با انتهای تراز اتصالدهندهها (Linker) سازگارکنندهها (Adaptor) افزودن هموپلیمر آنزیم توپوایزومراز انواع حاملهای کلون برای E.coli پلاسمیدها (Plasmid) ناقلهای باکتریوفاژی (Bacteriophage Vector) کاسمیدها (Casmid) کروموزوم مصنوعی باکتری (Bacterial Artificial Chromosome)
Agrobacterium Rhizogenes محدودیت کلونسازی با پلاسمیدهای اگروباکتریوم کلونسازی ژنها در گیاهان با انتقال مستقیم ژن کلونسازی ژنها در گیاهان توسط ویروسهای گیاهی کالیموویروس (Caulimovirus) جمینیویروس (Geminivirus) حاملهای کلون برای پستانداران کلونسازی ژن با حامل ویروسی ویروس سیمیان ۴۰ (SV40) آدنوویروس پاپیلوماویروس ویروس همراه آدنو (AAV) رتروویروس کلون سازی ژن بدون حامل ریزتزریقی سلول بنیادی جنینی (Embryonic Stem Cell) شیمر (Chimera) روشهای انتقال ژن اگروباکتریوم بمباران ذرهای ریزتزریقی (Microinjection) لیپوزومها الکتروپوریشن جذب مستقیم DNA درشتتزریقی (Macroinjection) پلیکاتیونها ژنومیکس (Genomics) کاریوتایپ (Karyotype) روشهای باندينگ (Banding) (Fluorescence In Situ Hybridization) FISH Multifluor FISH (Spectral Karyotyping) ترانسکريپتوميکس (Transcriptomics) آنالیز متوالی بیان ژن (SAGE) آنالیز تراشه یا ریزآرایه (Microarray) تراشههای DNA (DNA Chips) پروتئومیکس (Proteomics) الکتروفورز دوبعدی روی ژل پلی آکريل آميد (2D-PAGE) روش طيفسنجی جرمی يا MS (Mass Specterometry) بیوانفورماتیک (Bioinformatics) منشا انسان امروزی ساختار ژنوم انسان خانوادههای چندژنی در انسان آثار باقیمانده ژنی (Gene Relics) DNA فراژنی (خارج ژنی) DNA تکراری پراکنده (dispersive repetitive DNA) (Short Interspersed Nuclear Element) SINE (Long Interspersed Nuclear Element) LINE (Human Endogenous Retroviruses) HERV DNA تکراری خوشهای (Clustered Repetitive DNA) ماهوارهها (Satellites) ماهوارکها (Minisatellites) ریزماهوارهها (Microsatellites) شباهت ژنوم انسان به میمونهای بزرگ چند شکلی در ژنوم انسان پروژه ژنوم انسان |