۱۳۹۴ مرداد ۱۵, پنجشنبه

ژنوم

از: دانشنامه‌ی آریانا

ژنوم

زیست‌شناسیژنومیک

ژنوم (به انگلیسی: Genome، با تلفظ آمریکایی: Genome)، مجموعه‌ی کامل دستورالعمل‌های ژنتیکی هر موجود زنده (گیاهان، جانوران و انسان) است، که شامل تمام اطلاعات لازم برای ساخته‌شدن، رشد و گسترش یافتن آن می‌باشد. به‌سخن دیگر، همه‌ی ماده‌ی ژنتیکی (genetic material) یک موجود زنده است که در اصل محتوای ژنتیکی یاخته‌ی آن موجود می‌باشد که شامل دی‌ان‌ای هسته، کلروپلاست و میتوکندری است. ژنوم دستورالعمل‌های ارثی برای ساخت، پیشبرد و نگهداری یک موجود زنده را دارا می‌باشد.


واژه‌شناسی

اصطلاح «ژنوم» (Genome)، در سال ۱۹۲۰ میلادی، توسط هانس وینکلر (Hans Winkler)، استاد گیاه‌شناسی در دانشگاه هامبورگ آلمان ابداع شد. فرهنگ لغت آکسفورد نشان می‌دهد که این واژه ترکیبی از کلمات ژن (Gene) و کروموزوم (Chromosome) است. واژگانی مانند زیست‌بوم (Biome) و زمین‌ساقه یا ریزوم (Rhizome)، به‌طور سیستماتیک با واژه‌ی ژنوم در ارتباط هستند. این واژه، در فرهنگ لغت کمبریج به‌معنای «مجموعه‌ی کاملی از مواد ژنتیکی انسان، حیوان، گیاه و یا هر چیز زنده‌ای دیگر» آمده است.


مطالعه‌ی ژنوم

از سال ۱۹۵۰، زیست‌شناسان ملکولی ژن‌ها یا گروه‌های مختلف ژنی را مورد مطالعه قرار داده‌اند که حاصل آن به‌دست آمدن اطلاعات زیادی در مورد چگونگی عملکرد ژن‌هاست. اما، تنها طی ده سال گذشته روش‌هایی در دسترس قرار گرفته‌اند که امکان بررسی تمام ژنوم را - به‌عنوان یک کل - فراهم کرده‌اند. مطالعه‌ی ژن‌های منفرد شدیداً در حال انجام است. اما اطلاعات حاصل از آن‌ها در مفهوم کلی ژنوم مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. این نگرش جدید و گسترده فقط بر روی ژنوم متمرکز نیست، بلکه بر تمام جنبه‌های بیوشیمیایی و بیولوژی سلول تأکید دارد. در حال حاضر شناخت یک مسیر بیوشیمیایی واحد یا روندهای زیرسلولی کافی نیست. چالش کنونی «بیولوژی سیستم» (Systems Biology) است که در آن، تمام مسیرها و روندهای منفرد، داخل به‌صورت شبکه‌ای در می‌آیند که عملکرد کلی سلول‌ها و موجودات زنده را شرح می‌دهند.

تمام موجوداتی که روی زمین زندگی می‌کنند به‌واسطه‌ی ژنوم‌های متفاوت‌شان از یکدیگر متمایز می‌شوند. هر موجود زنده، دارای ژنومی است که حاوی اطلاعات بیولوژیک لازم جهت ساخت و بقای آن موجود می‌باشد. بیش‌تر ژنوم‌ها، از جمله ژنوم انسان و سایر اشکال سلولی، از دی‌ان‌ای (DNA) یا اسید دی‌اکسی‌ربیو نوکلئیک (Deoxyribonucleic acid) تشکیل شده‌اند، ولی ژنوم برخی از ویروس‌ها از آران‌ای (RNA) یا اسید ریبو نوکئیک (Ribonucleic acid) تشکیل شده است. دی‌ان‌ای و آران‌ای ملکول‌های پلی‌مری هستند که از زنجیره‌های شامل زیرواحدهای مونومر به‌نام «نوکلئوتید» (Nucleotide) ساخته شده‌اند.

ژنوم انسان که نمایان‌گر ژنوم سایر جانوران پُرسلولی نیز می‌باشد، از دو بخش مجزا تشکیل شده است (شکل ۱-۱):

◼ ژنوم هسته‌ای: حاوی حدود ۳،۲۰۰،۰۰۰،۰۰۰ نوکلئوتید می‌باشد که در ۲۴ ملکول خطی به‌نام «کروموزوم» تقسیم شده‌اند. کوتاه‌ترین ملکول، حاوی ۵۰،۰۰۰،۰۰۰ نوکلئوتید و بلندترین ملکول، ۲۶۰،۰۰۰،۰۰۰ نوکلئوتید است. از این ۲۴ کروموزوم، ۲۲ عدد «اتوزوم» (Autosome) و ۲ کروموزوم X و Y، جنسی می‌باشند.

◼ ژنوم میتوکندریایی: از یک ملکول دی‌ان‌ای حلقوی، حاوی ۱۶۵۶۹ نوکلئوتید تشکیل شده است. چندین کپی از این ژنوم در میتوکندری‌ها، که اندامک یا ارگانل (organelle) تولیدکننده‌ای انرژی سلول می‌باشند، قرار گرفته‌اند.

شکل ۱-۱: اجزای هسته‌ای و میتوکندریایی ژنوم انسان. برگرفته از: کتاب «ژنوم»، تالیف تی. آ. براون

تقریباً ۱۰۱۰ عدد سلول در بدن یک انسان بالغ وجود دارد که هر کدام شامل یک یا چند نسخه از ژنوم می‌باشد. با این وجود، موارد استثنأ هم دیده می‌شوند. به‌عنوان مثال، گلبول‌های قرمز خونی هسته‌ی خود را در روند تمایز از دست می‌دهند. قسمت اعظم سلول‌ها، دیپلوئید (Diploid cells) می‌باشند. به این معنا که حاوی دو نسخه از کروموزوم‌های اتوزوم به‌علاوه ۲ کروموزوم جنسی می‌باشند که کروموزوم‌های جنسی در جنس ماده به‌صورت XX و در جنس نر، XY است. بنابراین، تعداد کروموزوم‌ها در سلول‌های دیپلوئید ۴۶ عدد می‌باشد. این سلول‌ها به‌نام «یاخته‌های پیکری» یا «سلول‌های سوماتیک» (Somatic cells) خوانده می‌شوند. برخلاف این سلول‌ها، سلول‌های جنسی یا گامت‌ها، هاپلوئید (Haploid) هستند و شامل ۲۳ کروموزوم بوده و تنها دارای یکی از دو کروموزوم جنسی می‌باشند. هر دو گونه سلول حاوی حدود ۸۰۰۰ نسخه از ژنوم میتوکندریایی هستند؛ به‌گونه‌ای که در هر میتوکندری، تعداد ۱۰ نسخه یا بیش‌تر از آن وجود دارد.

شکل ۲-۱: ژنوم، ترانس‌کریپتوم و پروتئوم

ژنوم، مخزن اطلاعات بیولوژیکی است؛ ولی به‌تنهایی نمی‌تواند این اطلاعات را در سلول آزاد نماید. قابل استفاده‌شدن اطلاعات بیولوژیکی که مجموعاً «بیان ژنوم» (Genome expression) نامیده می‌شود (شکل ۲-۱)، به‌هماهنگی فعالیت آنزیم‌ها و سایر پروتئین‌ها بستگی دارد که همگی آن‌ها در واکنش‌های پیچیده بیوشیمیایی دخالت دارند. محصول اولیه‌ی بیان ژنوم، «ترانس‌کریپتوم» (Transcriptome) است که مجموعه‌ی تمام مولکول‌های آران‌ای (RNA) حاصل از ژن‌ها کُد کننده‌ی پروتئین‌هایی می‌باشد که اطلاعات بیولوژیکی آن‌ها در زمان خاص مورد نیاز سلول است. حفظ ترانس کریپتوم با روندی به‌نام «نسخه‌برداری» (Transcription) به انجام می‌رسد که طی آن از روی ژن‌های منفرد، ملکول‌های آران‌ای نسخه‌برداری می‌شود. محصول دوم بیان ژنوم، «پروتئوم» (Proteome) است که در واقع شامل تمام پروتئین‌هایی (Proteins) است که طبیعت واکنش‌های بیوشیمیایی قابل انجام در سلول را مشخص می‌کند. پروتئین‌های که پروتنوم را می‌سازند، با روند «ترجمه» (Translation) ملکول‌های آران‌ای موجود در ترانس‌کریپتوم ساخته می‌شوند.


نقشه‌برداری از ژنوم



توالی‌یابی ژنوم



عملکرد ژنوم



[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها


...


[] پی‌نوشت‌ها

A genome is an organism’s complete set of DNA, including all of its genes. Each genome contains all of the information needed to build and maintain that organism. In humans, a copy of the entire genome—more than 3 billion DNA base pairs—is contained in all cells that have a nucleus.



تی. آ. براون، ژنوم، ترجمه دکتر پژمان فرد اصفهانی و مژگان‌الله یاری، انتشارات خسروی، چاپ سوم - ۱۳۹۵، صص ۱۵-۱۶
ژنوم میتوکندری سلول‌های انسانی دارای ۱۶۵۶۹ نوکلئوتید می‌باشد که توالی و ساختار آن در سال ۱۹۸۱ تعیین شده و دگرگونی‌های ایجاد شده در ناحیه‌ی توالی بسیار کوتاه یک (HVS-1) ده برابر سریع‌تر از دی‌ان‌ای (DNA) کروموزومی است.


[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها │ ...