نحوه کار تکثیر DNA و نحوه انتقال صفات به نسل بعدی

هرگاه یک سلول انسانی تقسیم می‌شود، باید ابتدا تمام DNA خود را کپی کند تا هر دو سلول حاصل مجموعه کاملی یکسان از دستورالعمل‌های ژنتیکی داشته باشند. این مرحله کپی‌برداری را تکثیر DNA می‌نامند. این متفاوت از وراثت ژنتیکی است، اما به طور نزدیک به آن مرتبط است — فرایندی که توضیح می‌دهد چرا بچه‌ها شبیه والدین بیولوژیکی خود هستند.

چه اتفاقی در حین تکثیر DNA می‌افتد

بر اساس وب‌سایت اطلاعات ژنتیکی yourgenome.org، تکثیر DNA در حین تقسیم سلول اتفاق می‌افتد تا هر سلول دختری نسخه یکسانی از ژنوم دریافت کند. در سلول‌های انسانی، کل فرایند — کپی‌برداری حدود 3 میلیارد جفت باز — در حدود یک ساعت تکمیل می‌شود.

تکثیر به عنوان 'نیمه محافظتی' توصیف می‌شود: هر مولکول DNA جدید با یک رشته اصلی و یک رشته تازه‌ساخته شده پایان می‌یابد، نه دو رشته کاملاً جدید.

سه مرحله

1. آغاز: آنزیم هلیکاز پیوندهای هیدروژنی را که دو رشته DNA را نگاه می‌دارند می‌شکند، دوتایی را باز می‌کند و 'چنگال تکثیر' به شکل Y را باز می‌کند جایی که رشته‌ها جدا می‌شوند.
2. طویل‌شدن: زیرا دو رشته جدا شده در جهات مخالف جریان می‌یابند، آنها به طریقه متفاوتی کپی می‌شوند. در رشته پیشرو، آنزیم پریمیز aRNA پرایمرهای کوتاه را قرار می‌دهد و DNA پلیمریز پایه‌های جدید را به طور مداوم اضافه می‌کند. در رشته عقب، DNA پلیمریز در بخش‌های کوتاه و غیر متصل به نام قطعات اوکازاکی کار می‌کند.
3. خاتمه: آنزیمی به نام اگزونوکلئاز aRNA پرایمرها را حذف می‌کند و شکاف‌های حاصل را پر می‌کند، DNA پلیمریز رشته جدید را برای خطاها بررسی می‌کند، و DNA لیگاز قطعات را در یک رشته متصل واحد درهم می‌بندد که سپس بازهم در یک دوتایی پیچیده می‌شود.

موسسه تحقیقات ژنوم انسانی ملی (NHGRI) همان توالی سه مرحله‌ای — آغاز، طویل‌شدن و خاتمه — را به عنوان چارچوب استانداردی توصیف می‌کند که در کل بیولوژی مولکولی برای توضیح نحوه باز شدن دوتایی، کپی‌برداری و دوباره درهم بستن استفاده می‌شود.

نحوه کار وراثت ژنتیکی

وراثت فرایندی است که از طریق آن اطلاعات ژنتیکی از یک نسل به نسل بعدی منتقل می‌شود. این بستگی به نوع متفاوتی از تقسیم سلول به نام میوز دارد. موسسه تحقیقات ژنوم انسانی ملی (NHGRI) توضیح می‌دهد که سلول‌های بدن انسان معمولاً 46 کروموزوم در 23 جفت را نگاه می‌دارند (سلول 'دیپلوئید')، و میوز یک سلول دیپلوئید را از دو دور تقسیم عبور می‌دهد تا چهار گامت 'هاپلوئید' — تخم یا اسپرم — تولید کند که هر کدام تنها 23 کروموزوم دارند.

هنگامی که یک تخم حاوی 23 کروموزوم توسط اسپرمی با 23 کروموزوم بارور می‌شود، سلول حاصل دوباره 46 کروموزوم کامل دارد، تعداد کروموزوم‌های انسانی طبیعی را بازیافت می‌کند و مواد ژنتیکی را از هر دو والد ترکیب می‌کند، بر اساس موسسه تحقیقات ژنوم انسانی ملی (NHGRI).

قوانین مندل: صفات غالب و مغلوب

قوانین اساسی حاکم بر صفاتی که در فرزندان ظاهر می‌شوند ابتدا توسط راهب اتریشی گریگور مندل از طریق هزاران آزمایش در قرن نوزدهم بر روی گیاهان نخود کار شدند، همانطور که فرهنگ لغت ژنتیک موسسه تحقیقات ژنوم انسانی ملی (NHGRI) یادداشت می‌کند. کار مندل تثبیت کرد که صفات از طریق نسخه‌های غالب و مغلوب ژن‌ها، اکنون آلل‌ها نامیده می‌شوند، منتقل می‌شوند.

در این سیستم، یک فرزند یک نسخه از یک ژن از هر والد به ارث می‌برد. یک آلل غالب صفت خود را حتی زمانی که با یک آلل متفاوت جفت شود تولید می‌کند، درحالی‌که یک آلل مغلوب صفت خود را تنها زمانی تولید می‌کند که هر دو نسخه به ارث‌رسیده از نسخه مغلوب باشند. موسسه تحقیقات ژنوم انسانی ملی (NHGRI) هشدار می‌دهد که نه هر صفت این الگوی ساده را به طور تمیز دنبال می‌کند، و نه برخی صفات مندلی نادر هستند یا هنوز هم از طریق تحقیقات جاری شناسایی می‌شوند.

الگوهای وراثت پشت شرایط ژنتیکی

منبع MedlinePlus Genetics از کتاب‌خانه ملی پزشکی ایالات متحده چندین الگوی وراثت را توصیف می‌کند که پزشکان و محققان برای ردیابی نحوه انتقال متغیرهای ژن در خانواده‌ها استفاده می‌کنند.

MedlinePlus Genetics همچنین یادداشت می‌کند که بسیاری از صفات و شرایط اصلاً توسط یک ژن واحد کنترل نمی‌شوند، بلکه از اثر ترکیبی چندین ژن که با عوامل محیطی تعامل دارند ناشی می‌شوند — الگویی که خارج از وراثت مندلی کلاسیک است.

چرا تکثیر و وراثت مرتبط اما متفاوت هستند

تکثیر DNA مواد ژنتیکی را در سلول‌های یک موجود زنده واحد کپی می‌کند تا بدن بتواند رشد یابد و خود را ترمیم کند. وراثت، در مقابل، مربوط به نحوه بازمیهن‌سازی و انتقال آن مواد ژنتیکی بین نسل‌ها از طریق میوز و بارورسازی است. خطاها یا متغیرهایی که در هر یک از فرایند‌ها پیش می‌آیند — اشتباهی در حین تکثیر، یا ترکیب خاصی از آلل‌های وارثی در بارورسازی — آنچه منجر به تنوع ژنتیکی و در برخی موارد شرایط وارثی می‌شوند.