“Logic will get you from A to Z; imagination will get you everywhere.”

 

Albert Einstein

درخت زندگی جانداران :

جهش ژنی اساس نظریه ی تکامل را تشکیل می دهد . برخی بر این باورند که زندگی روی زمین نخست از یک باکتری آغاز شده است. سپس عوامل بیرونی روی ژن های باکتری اثر گذاشته و به روش های گونا گون  موجب جهش ژنی در آنها شده است . سر انجام این تغییر در ساختار ژن های باکتری در طی هزاران سال موجب شکل گیری گونه های مختلف جانداران شده است . برخی از گونه ها در اثر جهش های ژنی زیان آور ضعیف شده و از بین رفته اند و برخی دیگر به واسطه ی جهش های ژنی سودمند قوی تر شده  و توان سازگاری برای ادامه ی زندگی پیدا کرده اند .

با مطالعه ژن هایی که در گونه های مختلف مشترک است می توان نقشه های تکاملی را رسم کرد تا به چگونگی ارتباط و خویشاوندی بین گونه های مختلف جانداران پی برد .مثلا ژن های پیش برنده ی تقسیم سلولی در بسیاری از گونه ها شباهت زیادی به هم دارند .

بنابراین می توانیم آنها را با هم مقایسه کنیم و بفهمیم که تا چه اندازه به هم شبیه هستند . از آنجا که ژن های تقسیم سلولی انسان و شامپانزه بسیار به هم شبیه هستند برخی از دانشمندان شامپانزه و انسان را خویشاوند نزدیک هم می دانند . و نیاکان انسان و شامپانزه را  یک میلیون سال پیش می پندارند . یکی می دانند . سر انجام در اثر پدید آمدن جهش ژنی در این نیاکان انسان و شامپانزه از یکدیگر جدا و متمایز شده اند .

گیاهان تراژن :

گیاهان و جانورانی که ژن گونه ی دیگری در آنها وارد شده گیاه یا جانور تراژن نامیده می شوند . امروزه بیش از دو هزار گونه گیاهی تراژن وجود دارد که برخی از آنها بسیار شگفت آورند . مثلا ژنتیک دان ها با وارد کردن ژن نوعی ماهی به نام ماهی پهن در گوجه فرنگی و ژن مرغ یا پروانه در سیب زمینی بسیار مرغوب و کاملآ مقاوم در برابر سرمای شدید به عمل آورند .در حالی که طعم آنها هیچ گونه تفاوتی با گوجه فرنگی و سیب زمینی معمولی ندارد . به این نوع محصولات غذایی اصلاح ژنتیکی می گویند .    

چگونه می توان یک گیاه را تغییر داد ؟   

 راه های نوآورانه گوناگونی برای وارد کردن یک ژن جدید در سلول یک گیاه وجود دارد .  یکی از این روش ها وارد کردن ژن جدید در مولکول دی ان ای یک ویروس گیاهی است .دانشمندان نخست ژن های   زیان آور ویروس را که به گیاه آسیب می زند  غیر فعال می کنند .  بعد ویروس را وارد سلول گیاه می کنند تا ویروس مولکول دی ان ای خود را که شامل ژن جدید هم است وارد دی ان ای گیاه نماید . یکی دیگر از روش ها استفاده از تفنگ ژنی است که در این روش ساچمه های فلزی بسیار ریز پوشیده از مولکول دی ان ای به درون سلول گیاه شلیک می شود . این ساچمه درون سلول گیاه پخش می شود و از این راه مقداری از مولکول دی ان ای وارد سلول گیاه می شود . روش سوم استفاده از شوک الکتریکی است که با این کار شکاف های ریزی در دیواره ی سلول گیاه پدید می آید و با این که سلول گیاه بار دیگر خود را ترمیم می کند اما دراین میان می توان مولکول دی ان ای جدیدی را وارد سلول گیاه کرد .  وقتی گیاهی از لحاظ ژنتیکی تغییر می کند دانشمندان با مواد شیمیایی به تقسیم سلولی آن سرعت می بخشند . سرانجام این سلول گیاهی رشد می کند و گیاه تازه ای پدید می آید که دارای دستور ها و اطلاعات ژنتیکی جدید است .  

دارو های خوراکی :   گیاهان خوراکی مثل موز کاهو و گوجه فرنگی اصلاح ژنتیکی می شوند تا با حمل واکسن های مقاوم یا ساختن پادتن ها از بروز بیماری ها و عفونت ها ی  ویروسی در انسان جلوگیری کنند . در سال های بعدی قرن بیست یکم خبرهای جالب دیگری درباره ی این داروهای گیاهی خوراکی خواهید شنید که با علم ژنتیک تهیه می شوند

ژن هایی که به ارث می رسند :

رنگ چشم یکی از ساده ترین راه های تشخیص ژن غالب است . برای این که همیشه ژن مربوط به چشم قهوه ای بر ژن مربوط به رنگ آبی غلبه می کند .نوع رنگ چشم  بستگی به این دارد که ژن های پدر و مادر پیش از آن که به فرزند برسند به چه صورتی با هم آمیخته شده باشند .

ژن ها از پدر و مادر به ارث میرسند . پدر و مادر هم ژن ها یشان را از پدر و مادر خود به ارث می برند و این روند به ارث بردن ژن  تا نخستین انسان های روی کره ی زمین ادامه دارد .

دوقلو های یکسان :

دوقلو های یکسان از رنگ چشم های شان گرفته تا اندازه ی پاهای شان کاملا شبیه هم هستند .به طور معمول هنگامی که یک اسپرم با یک تخمک در هم می آمیزد جنینی به وجود می آید که در هر سلول خود ۴۶ کروموزوم دارد . اما ناگهان اتفاق عجیبی می افتد و جنین به دو نیم می شود و دو جنین یکسان به وجود می آید . هر دوی آن ها مراحل رشدشان را در حالی آغاز می کنند که هر کدام دارای ۴۶ کروموزوم هستند و از لحاظ نوع ژن های غالب و مغلوب یکسانند . سرانجام تبدیل به دو انسان شبیه به هم می شوند که دوقلوهای یکسان نامیده می شوند .

شبیه سازی :

از میان تمام روش های ژنتیکی نوین شبیه سازی جنجا ل بر انگیز ترین آن هاست .                      

گوسفندی به نام دالی پر آوازه ترین گوسفندی بود که در سال ۱۹۹۶ با روش جابه جایی هسته ای به وجود آمد . یان ویلموت جنین شناس اسکاتلندی هسته ی سلول تخمک یک گوسفند ماده ی اسکاتلندی از نژاد سیاه را بیرون آورد و بعد هسته سلول یک گوسفند ماده از نژاد صورت سفید را جایگزین آن کرد . نتیجه کار تولد یک گوسفند سفید بود که دالی نام گرفت . دالی همان ساختار ژن گوسفند ماده ی سفید را به ارث برده بود و هیچ گونه نشانی از ماده ی وراثتی گوسفند سیاه در آن وجود نداشت .در حقیقت دالی نمونه ی شبیه سازی شده گوسفند ماده ی سفید بود یا به عبارت دیگر دوقلوی همسان اما مصنوعی آن بود . 

به هر حال شبیه سازی کار چندان ساده ای نیست . ویلموت پیش از به دنیا آمدن دالی ۲۷۲ بارکار جابه جایی هسته ای را آزمایش کرده بود تا سرانجام در این کار موفق شد . هم چنین از ۲۹ جنینی که زنده مانده بود فقط دالی بود که زمان درازی به زندگی خود ادامه داد. چرا که بقیه ی جنین ها در همان آغاز مرده بودند . هم چنین تحقیقات نشان داد جانوری که شبیه سازی شده باشد دچار پیری زودرس می شود اما دلیل علمی آن هنوز به درستی روشن نیست . نکته های مبهم بسیاری درباره ی شبیه سازی هست که باید شناخته شوند .

در هم آمیختن DNA جانوران :

افزودن ژن های گونه ای از جانوران به مولکول دی ان ای گونه ای دیگر موجب به وجود آمدن جانور تراژن می شود .امروزه افزودن دی ان ای جدید به سلول های تخم بارور شده ی یک جانور کار چندان آسانی نیست .بیش تر وقت ها سلول های تخم تغییر یافته می میرند یا مولکول دی ان ای جدید را نمی پذیرند .اما آن دسته از سلول های تخم را که زنده می مانند و فرایند تقسیم سلولی را آغاز می کنند در رحم جانور ماده می گذارند تا رشد کنند .موجودی که به این ترتیب به دنیا می آید جاندار تراژن نام دارد .  

چرا این کار را انجام می دهند ؟

جانوران تراژن را برای افزایش بازده اقتصادی در صنعت دامداری به وجود می آورند .مثلا گاوهایی که گوشت بیش تر و بهتری دارند و گوسفندانی که پشم بیش تری تولید می کنند . از هدف های انجام این کار است .این جانوران را به گونه ای اصلاح ژنتیکی می کنند که پروتئین هایی انسانی تولید کنند .گوسفندان و گاوهایی که ژن انسان در مولکول دی ان ای آن ها وارد می شود شیری را که تولید می کنند محتوی پروتئین مورد نیاز انسان است . سپس این پروتئین ها را میتوان استخراج کرد و به افرادی تزریق کرد که سلول های شان نمی تواند به طور طبیعی آن پروتئین را تولید کنند . مثلا در شیر بز هایی که اصلاح ژنتیکی شده اند نوعی پروتئین ضد انعقاد خون وجود دارد . دانشمندان قصد دارند با وارد کردن ژن های انسان در مولکول دی ان ای گاوها نوعی شیر شبیه به شیر مادر تولید کنند .

از فناوری اصلاح ژنتیکی در صنعت هم می توان استفاده کرد . برای تهیه کابل هایی که مقاوم تر از کابل های فولادی هستند  ژن عنکبوت را به مولکول دی ان ای گاو اضافه می کنند . شیری که از این گاو به دست می آید دارای نوعی پروتئین است که ساختار تار ابریشمی عنکبوت را می سازد . پس از استخراج این پروتئین از شیر و طی فرایند هایی که انجام می گیرد از این رشته تار پروتئینی نوعی کابل بسیار مقاوم ساخته می شود .

ساختن اندام های انسان :

ژنتیک دان ها امیدوارند که بتوانند اندام های جانوران را مانند کبد یا کلیه به انسان های نیازمند پیوند بزنند .در حالت عادی بدن انسان اندام پیوندی جانوری را پس می زند اما اگر این اندام دارای برخی از ژن های انسان باشد احتمال پس زدن آن بسیار کاهش می یابد . این روش هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد . اگر روزی بنا باشد از اندام جانوری برای پیوند به انسان استفاده شود  به احتمال زیاد اهدا کننده ی عضو خوک خواهد بود . چرا که اندام های خوک و انسان تا حدود زیادی هم اندازه و هم شکل هستند .

سلول های بنیادی :

سلول های بنیادی نخستین سلول هایی هستند که هنگام فرایند تقسیم سلولی از یک سلول تخم بارور شده به وجود می آیند . ژنتیک دان ها در رویاندن اندام های جدید از راه کشت سلول های بنیادین موفقیت های بسیاری به دست آورده اند . مثلا از سلول های بنیادی گاو در شرایط آزمایشگاهی برای رویاندن کلیه گاو استفاده می کنند . از طریق این پژوهش ها ی آزمایشگاهی در مورد رویاندن سلول های بنیادی جانوران می توان به رویاندن اندام های مختلف انسان از سلول بنیادی انسان دست یافت .

هسته:

هسته مرکز کنترل سلول است و فقط در یوکاریوتها وجود دارد. DNA و RNA موجود در هسته، کلیه اطلاعات ژنتیکی را در خود ذخیره کرده اند. هسته ارتباط بین اندامهای موجود در سیتوپلاسم را هم برقرار می‌کند. هسته با یک غشای دولایه پوشیده شده است. وقتی هسته پیامی را به اندامها می‌فرستد، پیام از منافذ این غشا عبور می‌کند و به سیتوپلاسم وارد می‌شود.
درون هسته، نوکلئوپلاسم نام دارد. در این جا، DNA توسط پروتئینی به نام هیستون به هم پیچیده شده و به شکل کروماتین است. اما هنگام رونویسی، کروماتین‌ها متراکم می‌شوند و ساختارهایی به نام کروموزوم پدید می‌آورند. علاوه بر این ها، معمولا یک یا چند اندامک گرد نیز در هسته قرار دارند که "هستک" نام دارد. ریبوزوم‌ها هم در هسته ساخته می‌شوند.

نسخه برداری :

قبل از این که نحوه نسخه برداری از مولکول DNA کشف شود، دو مدل برای آن پیشنهاد می‌شد:
نسخه برداری پایستار و نسخه برداری نیمه پایستار. در مدل پایستار دو رشته مولکول DNA از هم باز نمی شوند و مولکول DNA قدیمی پس از نسخه برداری دست نخورده باقی می‌ماند. اما در مدل نیمه پایستار رشته های مارپیچ DNA از هم باز می‌شوند و هر کدام به عنوان پایه ای برای ساخت یک مولکول جدید DNA استفاده می‌شود. به این ترتیب هر یک از دو مارپیچ جدید، نیمی از DNA قدیمی را همراه خود خواهند داشت. تا اینکه در سال 1957، مسلسون (Meselson) و استال (Stahl) نشان دادند که رونویسی DNA از مدل نیمه پایستار پیروی می‌کند.
برای اینکه رونویسی DNA با موفقیت انجام شود، حضور تعداد زیادی آنزیم ضروری است. هر یک از این آنزیم‌ها وظیفه خاصی را بر عهده دارد. ابتدا تپوایزومراز رشته های بهم پیچیده DNA را از هم باز می‌کند. با قطع شدن یک رشته، کشش موجود در مارپیچ هم کم می‌شود. سپس آنزیم هلیکاز وارد عمل می‌شود. هلیکاز از بهم پیچیدن مجدد رشته‌ها جلوگیری می‌کند. سپس DNA پلیمر از III بر روی رشته DNA از اتم کربن پنج ( َ5 ، یا اتم کربن پنجم موجود در گروه فسفات) به سوی اتم کربن سه ( َ3 ، یا اتم کربن سوم گروه فسفات) حرکت می‌کند.

این آنزیم نوکلئوتید مکمل نوکلئوتیدهای رشته پایه را پیدا می‌کند و رو به روی آن قرار می‌دهد. مثلاً A را مقابل T ( و برعکس ) و C را روبه روی G می‌گذارد. اما DNA پلیمراز برای شروع کار خود به یک زنجیر اولیه نیاز دارد. برای حل این مشکل، آنزیمی به نام پریماز به کار گرفته می‌شود.
پریماز یک مولکول کوچک RNA را همراه می‌آورد تا به عنوان زنجیر اولیه DNA پلیمراز استفاده شود. وقتی که مقداری از کار DNA پلیمراز گذشت، آنزیم H RNase ، زنجیر RNA را جدا می‌کند و DNA پلیمراز I جای آن را پر می‌کند. پس از آن لیگاز رشته‌ها را به نوکلئوتیدهای تازه متصل می‌کند و مارپیچ های جدید شکل می‌گیرند. در طول این فرآیند، پروتئینهای خاصی در کنار مولکول DNA قرار می‌گیرند تا مولکول DNA ثابت بماند و DNA پلیمراز بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد.
نکته مهم اینجاست که DNA پلیمراز فقط می‌تواند در جهت َ 5 به َ 3 کار کند؛ چون وقتی یک نوکلئوتید جدید در حال اتصال است، َ 3 پایدارتر از َ 5 است. اگر DNA پلیمراز در جهت عکس حرکت می‌کرد، این خطر وجود داشت که گروه فسفات از مولکول جدا شود.
درست است که DNA پلیمراز هنگام کار فقط از َ 5 به َ 3 حرکت می‌کند، اما باید توجه کنید که دو رشته وجود دارد که یکی از آنها در این جهت است ولی دیگری در جهت َ 3 به َ 5 قرار گرفته است. پس یعنی وقتی DNA پلیمراز به طور پیوسته در جهت َ 5 به َ 3 کار می‌کند مجبور است در فواصل زمانی کوتاهی در جهت َ 3 به َ 5 هم کار کند. ما قطعات کوچکی را که در اثر این حرکت اجباری ایجاد می‌شوند، "قطعات اکازاکی Okazaki Fragment" می‌نامیم. رشته ای که در جهت َ 5 به َ 3 پیش می‌رود، رشته پیشرو (Leading Strand) و رشته دیگر، رشته کند (Lagging Strand) نامیده می‌شود.

کروموزوم ها،

کلیه اطلاعات ژنتیکی سلول در DNA قرار دارد که در هسته قرار گرفته است. فضای درون هسته محدود است، پس باید برای جادادن میلیون‌ها کد ژنتیکی در این فضا فکری کرد. برای همین باید مولکول DNA را مرتب و بسته بندی کرد.
در ابتدا نوکلئوتیدها به صورت دو رشته خطی در کنار هم قرار می‌گیرند و یک مارپیچ دوتایی می‌سازند. بعد از آن این مارپیچ‌ها به دور پروتئینهایی به نام "هیستون" پیچیده می‌شوند. به هر واحد DNA که به دور یک مولکول هیستون پیچیده شده یک نوکلئوزوم می‌گوییم. نوکلئوزوم‌ها هم توسط یک رشته بلند DNA به هم وصل می‌شوند.
برای اینکه DNA باز هم فشرده تر شود، نوکلئوزوم‌ها به هم فشرده می‌شوند و رشته های کروماتینی را به وجود می‌آورند. بعد، رشته های کروماتینی با هم تا می‌خورند و یک شبکه پیچ پیچ به وجود می‌آورند. هنگام تقسیم سلول این شبکه‌ها به صورت ساختارهایی به نام "کروموزوم" در می‌آیند.
کروموزم در فرآیند پیر شدن و مرگ سلول هم نقش مهمی دارد. در نوک کروموزوم ها، بخشهای کوچکی به نام تلومر قرار دارند. وقتی DNA یک سلول صدمه می‌بیند، تلومرها کوتاه می‌شوند. اگر تلومرها از حد مشخصی کوتاه تر شوند، سلول تصمیم می‌گیرد که دیگر خود را ترمیم نکند و فرآیند مرگ سلولی یا آپپتوسیس (Apoptosis) آغاز می‌شود. امروزه بسیاری از دانشمندان مشغول تحقیق راجع به مکانیسم هایی هستند که تلومرها از طریق آنها باعث مرگ سلول می‌شوند.

ژن ها آسیب می بینند

 

گاهی انسان حامل ژن هایی با رمز آسیب دیده است و این ژن های ناسالم به همان روشی که در مورد انتقال رنگ چشم توضیح داده شد . از پدر و مادر به کودک می رسند . نارسایی در هر کدام از ژن ها می تواند باعث بروز بین ۳ الی ۴ هزار نوع بیماری در انسان شود .

وراثت ژن های معیوب معمولا در انسان هایی که از یک نژاد هستند روی میدهد .برای اینکه اجداد مشترکی دارند .مثلا یکی از بیماری های ارثی که در میان مردمان آمریکایی الاصل اروپای شمالی شایع است بیماری فیبروز کیستی است که از هر ۳۹۰۰ کودک آمریکایی یکی مبتلا به این بیماری می شود .از هر ۳۱ آمریکایی یکی حامل ژن بیماری فیبروز کیستی است که در کروموزوم شماره هفت وجود دارد . ژنتیک دان ها به بررسی جایگاه ژن فیبروز کیستی در کروموزوم شماره هفت می توانند پدران و مادرانی را که حامل ژن بیماری فیبروز کیستی هستند شناسایی کنند .

شناسایی ژن آسیب دیده :

نزدیک به ۵/۳ میلیارد حرف رمزی در مجموعه ی کروموزوم های یک انسان وجود دارد و در نتیجه تشخیص ژن آسیب دیده کار بسیار دشواری است . ژنتیک دان ها با مقایسه کردن رمز های ژنتیکی افرادی که  بیماری های ژنتیکی یکسانی دارند و پیدا کردن و این که این رمز ها چه تفاوتی با رمز ژنتیکی عادی دارند می توانند این کار را انجام دهند .

آرتروز در ایسلند :

بیش تر ایسلندی ها از نوادگان گروه کوچکی از مستعمره نشینان هستند . بنابرلین مولکول دی ان ای آنها بسیار به هم شبیه است . ایسلندی ها معمولا از یک بیماری موسوم به التهاب مفاصل و استخوان رنج می برند که در سنین کهنسالی باعث ناتوانی در حرکت می شود . ژنتیک دان ها با بررسی رمز های ژنتیکی بسیاری از ایسلندی ها توانسته اند ژن مربوط به این بیماری را که منجر به آماس و فساد مفاصل می شود شناسایی کنند .در آینده آن ها می توانند با ژن درمانی افرادی را که حامل این ژن آسیب دیده اند درمان کنند تا از دچار شدن به این بیماری جلوگیری کنند .

مشکلات ناشی از نوع جنسیت :

بیشتر جفت کروموزوم ها در هر نیمه ی خود مجموعه یکسانی از ژن دارند . بنابراین اگر یکی از والدین یک ژن یا رمز نادرست ( ژن آسیب دیده ) به فرزندش منتقل کند یک ژن سالم وجود دارد که بر آن غلبه کند . اما کروموزوم های جنسی X و Y در مقایسه با یکدیگر اطلاعات ژنتیکی بسیار متفاوتی دارند . به همین دلیل به نظر می رسد برخی از بیماری های ژنتیکی با جنسیت فرد در ارتباطند . نوزادان پسر بیش تر از نوزادان دختر به بیماری های ژنتیکی وابسته به جنس دچار می شوند . یک نوزاد دختر دارای دو کروموزوم جنسی X  با تعداد ژن های سالم که بر ژن آسیب دیده چیره  شود بسیار زیاد است . اما نوزاد پسر یک کروموزوم X  و یک کروموزوم Y  به دست می آورد که ژن های آنها بسیار متفاوتند . از این رو احتمال داشتن یک ژن سالم که بر ژن آسیب دیده چیره شود وجود ندارد .

ایمونوگلوبولین

 پاسخ ایمنی شامل دو سیستم مکمل، همورال و سیستم ایمنی است. در سیستم همورال( که علیه عفونت های باکتریایی و ویروس های خارج سلولی عمل می کند) پروتئین هایی به نام ایمونوگلبولین یا آنتی بادی عمل می کنند. این پروتئین ها به باکتری ها، ویروس ها و مولکول های بزرگ خارجی اتصال یافته و آنها را برای تخریب نشان دار می کنند. ایمونوگلبولین ها 20% پروتئین های خون را تشکیل می دهند و توسط لنفوسیت های B تولید می شوند.

 ماهیت ایمونوگلبولین:

  آنتی بادی گلیکوپروتئینی است متعلق به خانواده پروتئینی ایمونوگلبولین(Ig) که وزن مولکولی آن بین 160000 تا 970000 است. مولکول های آزاد آنتی بادی را پلاسماسل ها( که از تکثیر و تمایز دودمان های لنفوسیت B به وجود می آیند) ترشح می کنند. آنتی بادی های ترشح شده یا در پلاسما گردش می کنند و در موقع لزوم رگ های خونی را ترک نموده و به بافت ها می رسند و یا اینکه در ترشحات برخی اپی تلیوم ها وجود دارند. سایر آنتی بادی ها مولکول هایی آزاد نیستند بلکه پروتئین های غشایی سراری سطح لنفوسیت ها هستند.

 آنتی بادی ها از دو زنجیره پلی پپتیدی سبک و یکسان و دو زنجیره پلی پپتیدی سنگین و یکسان تشکیل شده اند که از طریق پیوندهای دی سولفیدی و نیروهای غیر کووالان به هم اتصال یافته اند. برخی آنتی بادی ها دارای 10 زنجیره سبک و 10 زنجیره سنگین می باشند که منجر به ایجاد ایمونوگلبولین های با وزن مولکولی بسیار بالا می شود. بخش کربوکسیل انتهایی  و منفرد مولکولهای زنجیره سنگین منطقهFc  نام دارد. مناطق Fc برخی از ایمونوگلبولین ها را گیرنده های موجود در غشاء انواع مختلف سلول ها شناسایی می کنند و به همین دلیل آنتی بادی ها می توانند به سطح این سلول ها متصل شوند. 110 اسید امینه نخست که نزدیک بخش آمینی انتهایی از زنجیره سبک وسنگین قرار دارند، در بین آنتی بادی های مختلف متفاوت اند و به همین دلیل به آن اصطلاحا منطقه متغیر گفته می شود. جایگاه اتصال که قابلیت شناسایی و اتصال به اپی توپ های( ساختمانی مولکولی در آنتی ژن) خاصی را دارد، متشکل از مناطق متغیر یک زنجیره سنگین و یک زنجیره سبک است. بنابراین هر مولکول آنتی بادی دارای دو منطقه اتصالی برای آنتی ژن است و هر دو منطقه برای یک آنتی ژن واحد می باشد. ناحیه ثابت آنتی بادی سایر ویژگی های آنرا مشخص می کند. مانند قابلیت انتشار  در بافت ها، اتصال آنتی بادی به ساختارهایی خاص در بافت ها، اتصال به کمپلکس کمپلمان، میزان سهولت عبور آنتی بادی از غشاها و سایر ویژگی های بیولوژیک آنتی بادی.

 آنتی بادی ها به طور اختصاصی به ساختمان شیمیایی خاص متصل می شوند و آنرا ازتمامی ساختمان های دیگر تمایز می دهند. سازمان دهی اسیدهای آمینه برای هر آنتی ژن خاص، شکل فضایی متفاوتی دارد؛ بنابراین وقتی یک آنتی ژن در تماس با آن قرار می گیرد، گروههای فرعی آنتی ژن مثل تصویر آینه ای دقیقا بر گروههای فرعی آنتی بادی منطبق می شوند و اجازه می دهند اتصالات محکم و سریعی بین آنتی ژن و آنتی بادی ایجاد گردد. انسان قادر به تولید میلیاردها نوع آنتی بادی مختلف با ویزگی های اتصالی متفاوت است. تنوع آنتی بادی ها حاصل همایش مجدد(Reassembly) تصادفی(!) یک سری قطعات ژن ایمونوگلبولین از طریق مکانیسم نوترکیبی ژنتیکی می باشند.   

 ماهیت ایمونوگلبولین ها

 انواع اصلی آنتی بادی ها در بدن انسان عبارت اند از: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD .

IgG: فراوانترین نوع اامونوگلبولین و 75% ایمونوگلبولین سرم را تشکیل می دهد. در خلال پاسخ های ایمنی به میزان زیادی تولید می شود. IgG تنها ایمونوگلبولینی است که از سد جفتی عبور کرده و به سیستم گردش خون جنین منتقل می شود و برای مدت زمان مشخصی نوزاد را در مقابل عفونت ها محافظت می کند.

IgA: مهم ترین ایمونوگلبولینی است که در ترشحاتی مانند ترشحات بینی، برونش، روده، پروستات، اشک، کلستروم، بزاق و مایع واژن یافت می شود. IgA در ترشحات به صورت ساختارهای دوتایی یا سه تایی به نام IgA ترشحی دیده می شود که شامل دو یا سه مولکول تکی IgA می باشد. این مولکول تکی با یک زنجیره پلی پپتیدی به نام پروتئین J به هم متصل هستند وبا پروتئین دیگری به نام جزؤ ترشحی یا انتقالی ترکیب شده اند. چون IgA ترشحی در برابر بسیاری از آنزیم ها مقاومت می کند لذا در ترشحات باقی می ماند و از بدن در مقابل تکثیر میکرواورگانیسم ها محافظت می کند. ساختارهای تکی IgA و پروتئین J را پلاسماسل های موجود در لافینا پروپریای اپی تلیوم مجاری گوارشی، تنفسی و ادراری ترشح می کنند. جزؤ ترشحی توسط سلول های اپی تلیال مخاط ترشح می شود و هنگامی که از طریق سلول های اپی تلیال انتقال می یابد، به ساختار چند تایی IgA اضافه می شود.

IgM: حدودا 80% ایمونوگلبولین خون را شامل می شود و معمولا به صورت یک ساختار پنج تایی است. IgM به همراه IgD، ایمونوگلبولین اصلی ایست که در سطح لنفوسیت های B یافت می شود. این دو نوع ایمونوگلبولین هم به صورت آزاد ودر گردش خون و هم به شکل متصل به غشا هستند. IgM متصل به غشای یک لنفوسیت به عنوان گیرنده خاص لنفوسیت برای آنتی ژن ها عمل می کند. نتیجه این واکنش متقابل تکثیرو تمایز بیش تر لنفوسیت های B به پلاسماسل های ترشح کننده آنتی بادی است. IgM ترشح شده زمانی که به آنتی ژن متصل باشد در فعال کردن سیستم کمپلمان بسیار مؤثر است.

IgE: معمولا به صورت یک ساختار تکی است. از آنجایی که منطقه Fc این ایمونوگلبولین تمایل زیادی به گیرنده های سطح ماست سل ها و بازوفیل ها دارد، پس از ترشح از پلاسماسل ها به این گیرنده ها می چسبند و فقط مقادیر اندکی از آن در خون یافت می شود. زمانی که مولکول IgE موجود بر سطح ماست سل ها یا بازوفیل ها در معرض آنتی ژن قرار بگیرند که باعث تولید IgE ویژه شده است، مجموعه آنتی ژن- آنتی بادی سبب آزاد شدن مواد دارای فعالیت بیولوژیک مانند هیستامین، هپارین، لکوترین ها و فاکتور کموتاکتیک ائوزینوفیلی آنافیلاکسی می شود. این ویژگی یک واکنش آلرژیک است که از طریق اتصال IgE متصل به سلول به آنتی ژن ها که سبب تولید آن شده اند، به وقوع می پیوندد.

خواص و فعالیت های IgD کاملا شناخته نشده است. وزن مولکولی آن 180 دالتون و غلظت آن در پلاسما فقط 2/0% ایمونوگلبولین هاست و در غشای پلاسمایی لنفوسیت B یافت می شود.

  مکانیسم عمل        

   به طور کلی آنتی بادی ها برای حفاظت بدن در برابر عوامل بیگانه به دو شیوه عمل می کنند:1.حمله مستقیم به عامل مهاجم 2. فعال سازی سیستم کمپلمان که این سیستم نیز توسط روش های مختلفی عامل مهاجم را از بین می برد. 

عملکرد مستقیم آنتی بادی ها روی عوامل مهاجم؛ آنتی بادی ها با آنتی ژن ها واکنش می دهند. به علت ماهیت دو ظرفیتی آنتی بادی ها و محل های چندگانه آنتی ژنی روی اکثر عوامل بیگانه آنتی بادی ها می توانند عامل بیگانه را به یکی از چند راه زیر غیر فعال کنند:

1.   آگلوتیناسیون که در آن ذرات بزرگ مختلفی مثل، باکتری ها و گلبول های قرمز، به واسطه آنتی ژن سطحشان به صورت یک توده به هم متصل می شوند.

2.   رسوب که در آن کمپلکس مولکولی آنتی ژن محلول(مثل سم کزاز) و انتی بادی آنقدر بزرگ می شود که نامحلول شده و رسوب می کند.

3.   خنثی سازی که در آن آنتی بادی ها، محل های توکسیک عامل آنتی ژنی را می پوشانند.

4.   لیز که در آن بعضی آنتی بادی های قوی به غشای سلولی عوامل مهاجم حمله کرده و آنها را پاره می کنند.

سیستم کمپلمان برای عمل آنتی بادی؛ کمپلمان یک واژه کلی است که شامل دستگاهی متشکل از 20 پروتئین می باشد که بعضی از آنه پیش ساز انزیم اند. عامل های اصلی در این دستگاه شامل 11 پروتئین C1 تا C9، B و D می باشند و به صورت طبیعی در پروتئین های پلاسمای خون وجود دارند و مانند بقیه پروتئین ها قادرند از مویرگ به سمت بافت ها خارج شوند. پیش ساز های آنزیمی به صورت طبیعی غیر فعال اند و به طور عمده از طریق مسیر کلاسیک فعال می شوند.

مسیر کلاسیک با واکنش آنتی ژنی –آنتی بادی شروع می شود. یعنی وقتی آنتی بادی به یک آنتی ژن متصل می شود یک بخس خاص واکنش روی ناحیه ثابت آنتی بادی فعال یا برهنه می شود که به نوبه خود مستقیما با مولکول C1 از سیستم کمپلمان ترکیب می شود و ابشاری از واکنش های متوالی به راه می اندازد. این آبشار با فعال سازی پروآنزیم C1 شروع می شود. آنزیم های C1 که فعال شدندف نهایتا سبب فعال سازی مقادیر بیشتری از انزیم ها در مراحل بعدی سیستم می گردند. به طوری که با یک شروع کوچک، یک سری واکنش های تقویت شده بی نهایت بزرگ، به راه می افتد. چندین فرآورده نهایی تشکیل می شود که بعضی از آنها اثرات مهمی برای کمک به جلوگیری از آسیب به بافت های بدن دارند. از جمله 1. اسپونیزاسیون و فاگوسیتوز(C3b)،2.لیز(چند فاکتور کمپلمان وC5b6789)،3. آگلوتیناسیون،4. خنثی سازی ویروس ها،5. کموتاکسی(C5a کموتاکسی)،6. فعال سازی ماست سل ها و بازوفیل ها(C3a,C4a,C5a)،7. اثر التهابی.

 نوترکیبی ژن های ایمونوگلبولین

 یک پستاندار نظیر انسان، قادر به تولید میلیون ها ایمونوگلبولین مختلف با ویژگی اتصالی متفاوت می باشد. در حالی که زنوم انسانی تنها حدود 35000 ژن دارد. نوترکیبی به موجود زنده این امکان را می دهد که انواع فوق العاده زیادی از انتی بادی ها را از یک ظرفیت محدود DNA کد کننده، تولید نماید. مطالعه مکانیسم نوترکیبی، ارتباط نزدیکی را با جابجایی DNA نشان داده و مطرح می نماید که ممکن است ایجاد این سیستم برای تولید آنتی بادی، حاصل یک تهاجم ترانسپوسون ها به سلول های اجدادی باشد. در این جا برای شرح نحوه ایجاد تنوع آنتی بادی از ژن های انسانی کد کننده پروتئین های کلاس     G(IgG) استفاده می کنیم؛ ایمونوگلبولین ها شامل دو زنجیره پلی پپتیدی سنگین و سبک اند که زنجیره سبک دارای دو خانواده مجزا به نام های کاپا و لامبدا است که از نظر توالی موجود در نواحی ثابت قدری با هم متفاوت اند. ژن های مربوط به این پلی پپتیدها در داخل قطعاتی تقسیم شده و ژنوم حاوی دستجاتی با انواع متعدد هر قطعه می باشد. با اتصال یک نوع از هر قطعه، یک ژن کامل تولید می گردد.

  در سلول های تمایز نیافته اطلاعات موجود برای کد نمودن زنجیره کاپا در داخل 3 قطعه مجزا قرار دارند. قطعه V، 95 ریشه اسید آمینه ابتدایی ناحیه متغیر، قطعه J بقیه 12 ریشه ناحیه متغیر(اتصالی) و قطعه C ناحیه ثابت را کد می کنند. ژنوم دارای حدود 300 قطعه V متفاوت، 4 قطعه J مختلف و یک قطعه C می باشد. وقتی یک سلول بنیادی در مغز استخوان تمایز یافته و به لنفوسیتB بالغ تبدیل می شود، یک قطعه V و یک قطعهJ توسط یک سیستم نوترکیبی تخصص یافته در کنار یکدیگر قرار می گیرند. در طی این حذف برنامه ریزی شده، DNA مداخله گر دور ریخته می شود. احتمال 1200 نوع ترکیب V-J وجود دارد. با ایجاد تغییر بیشتر در این توالی در محل اتصال V-J، کل تنوع به اندازه 5/2 برابر بیشتر شده و بدین ترتیب 3000 ترکیب مختلف V-J قابل ایجاد است. اتصال نهایی ترکیب V-J به ناحیه C، همراه با واکنش اسپلایینگ* RNA بعد از رونویسی می باشد.

  درست بعد از هر قطعه V و درست قبل از هز قطعه J، توالی پیام نوترکیبی(Recombination Signal Sequences) وجود دارد. پروتئین هایی به نام  های RAG1, RAG2 به این توالی متصل می شوند(Recombination Activating Gene). این پروتئین های RAG ایجاد یک شکست دو رشته ای را بین توالی های پیام و قطعات V (یاJ) کاتالیز می کنند، که قرار است به یکدیگر اتصال یابند. سپس این قطعات V,J با کمک کمپلکس دیگری از پروتئین ها به یکدیگر متصل می گردند.

  ژن های مربوط به زنجیره های سنگین و زنجیره های سبک لامبدا، با فرایند های مشابهی ایجاد می شوند. برای هر زنجیره سنگین قطعات ژنی بیشتری نسبت به زنجیره های سبک، با بیش از 5000 ترکیب ممکن وجود دارد. از آنجایی که هر زنجیره سنگین می تواند با هر زنجیره سبکی ترکیب شده و تولید یک ایمونوگلبولین نمایدف هر انسانی دارای حداقل 5/1 میلیون مولکول IgG ممکن می باشد. به علت اینکه توالی های V در طی تمایز لنفوسیتB در معرض مقادیر بالای جهش قرار دارد، تنوع بیشتری حاصل می شود. هر لنفوسیتB تنها یک نوع آنتی بادی تولید می کند، ولی دامنه آنتی بادی های تولیدی توسط سلول های مختلف، بسیار زیاد می باشد. 

*فرایندی که طی آن اینترون ها از رونوشت اولیه برداشت شده و اگزون ها به یکدیگر متصل و ایجاد توالی پیوسته ای می کنند که یک پلی پپتید وظیفه دار را مشخص می کند.

منابع:گایتون-هال، فیزیولوژی، ج1.کوئیرا، بافت شناسی پایه. لنینجر بیوشیمی ، ج1و2