هر یک از سلول های بدن انسان ،پروتئین های خاصی را بیان می کنند .به مجموعه پروتئین هایی که در هر یک از انواع سلول ها بیان می شود ، پروتئوم[1] گفته می شود.پروتئوم هر سلول مانند اثر انگشتی است که بکمک آن می توان نوع سلول و سن آن را مشخص کرد.سلول های سرطانی ویا سلول هایی که در حال سرطانی شدن هستند نیز دارای پروتئوم خاصی هستند که می توان با بررسی آنهاسلول های سرطانی را مشخص کرد.در سلول های سرطانی علاوه بر آنکه نحوه بیان ژن ها تغییر می کند ، مقدار بیان آنکوپروتئین ها افزایش میابد که با مشخص کردن این افزایش می توان به سرطانی شدن سلول پی برد.

برسی بیان همه پروتئین های بیان شده در یک سلول بوسیله آپتامر ها بصورت تک به تک ، بسیار زمانگیر است.به همین منظور روشی ابداع شده که بکمک آن بتوان همه انواع پروتئین های یک سلول را بطور همزمان بررسی کرد .در این روش همه آپتامر های لازم برای شناسایی پروتئوم یک سلول بصورت ریزآرای[2] بر روی یک صفحه کوچک ،متصل شده اند. این آپتامر ها با مواد فلوئورسانتی مانند رودامین ،نشاندار شده اند.برای شناسایی پروتئوم سلول ابتدا عصاره سلولی بر روی ریزآرایه قرار داده می شود، در این هنگام پروتئین های سلول به آپتامر های خود که هر یک در محل ویژه ای از ریزآرایه قرار دارد، متصل می شوند.پس از شستشو ، سطح ریزآرایه توسط یک اسکنر اسکن می شود.اتصال پروتئین ها به آپتامر ها باعث می شود ساختار فضایی آپتامر ،کمی تغییرکند که این امر موجب تغییر در شدت تابش فلوئورسانت آپتامر می شود. به این ترتیب بکمک اسکنر می توان مشخص کرد که در چه آپتامر هایی شدت تابش فلوئورسانت تغییر کرده و با توجه به آن پروتئوم سلول را مشخص کرد. روش فوق بویژه برای شناسایی سلول های سرطانی در سرطان پستان،کاربرد زیادی پیدا کرده است.در این روش می توان با بررسی مرحله به مرحله سلول،مراحل پیشرفت سرطان را بررسی کرد.

نوشته: محمد رضا خزاعی

تاکنون بیش از 400 نوع آنزیم محدود کننده مختلف شناسایی شده است که توالی شناسایی آنها حداکثر 8 نوکلئوتید می باشد . اما گاهی نیاز به آنزیمهای محدود کننده ای است که بتوانند جایگاههایی بزرگتر که اختصاصی تراند، شناسایی کنند. مثلاً ، در برش پلاسمید ها بعنوان وکتور لازم است که فقط یک جایگاه شناسایی برروی پلاسمید موجود باشد. همچنین گاهی نیاز به برش توالیهای خاصی است که برای آن آنزیم طبیعی وجود ندارد. مثلاً ، در برخی قطعات DNA، توالی پالیندرم یافت نمی شود .دانشمندان برای حل این مشکل اقدام به ساخت اندونوکلئازهای شیمیایی کرده اند. بکمک این اندونوکلئازهای شیمیایی می توان هر جایگاه هدف دلخواه را با هر اندازه شناسایی کرده و آنها را برش داد. این آنزیمهای مصنوعی از یک الیگومر سنتزی DNA و یک گروه عاملی برش دهنده، تشکیل شده اند.این گروههای عاملی معمولاً لیگاندهای فلزی هستند که با تولید رادیکال آزاد باعث برش DNA می شوند. طرز استفاده از این آنزیمها به این صورت است که ابتدا توالی مکمل جایگاهی را که میخواهیم برش یابد را بصورت سنتزی تهیه کرده وسپس گروه عاملی برش دهنده را به آن اضافه میکنند. با مجاور کردن این آنزیم مصنوعی با DNA آنزیم به توالی مکمل خود متصل شده ودر یک واکنش شیمیایی باعث برش آن میشود.

هر یک از مولکول های RNA دارای توالی خاصی هستند.توالی اسید های نوکلئیک باعث می شود که آنها دارای ساختار سه بعدی خاص خود شوند. این ساختار، در اثر پیوند های هیدروژنی واتسون-کریک و پیوند های هیدروژنی هوگستین[1] ایجاد می شود. برخی از این مولکول هایRNA در ساختار فضایی خود دارای جایگاهی هستند که می توانند از طریق این جایگاه به دیگر مولکول ها متصل شوند. اتصال این جایگاه ها به مولکول های مختلف بعلت شکل فضایی خاص آنها، وبرقراری پیوند های واندروالس و هیدروژنی با آن مولکول ها است. این اتصال بسیار اختصاصی ودارای میل ترکیبی[2] زیادی است.به این مولکول های RNA ،آپتامر[3] وبه جایگاه اتصال آنها آپتاتوپ[4] گفته می شود.این عمل آپتامر ها همانند عمل آنتی بادی ها است.اما آپتامر ها نسبت به آنتی بادی ها بسیار اختصاصی تر عمل می کنند وبا قدرت بیشتری به لیگاند متصل می شود. آپتامر ها دارای سرعت اتصال بالا[5] و سرعت تفکیک[6] پایین هستند. آپتامر ها ،لیگاند های بسیار متنوعی از جمله یون ها،متابولیت های سلولی، ویتامین ها ،ویروس ها ودارو های مختلف مانند آسپیرین و....را شناسایی می کنند. آپتامر ها حتی می توانند انانتیومر ها فضایی مولکول های مختلف مانند کافئین و تئوفیلین را تشخیص دهند.

برای هر لیگاند مورد نظر براحتی می توان آپتامر ساخت.برای این منظور از روشی بنام SELEX[1] استفاده می شود.در این روش ابتدا بوسیله سنتز مصنوعی توالی های بسیار مختلفی از RNA در اندازه های مختلف بصورت تصادفی ساخته می شود.در این مرحله بیش از یک میلیون نوع RNA ساخته می شود.هر یک از این مولکول های RNA دارایساختار فضایی خاصی استکه در بین آنها یک یا چند مولکول RNA می توانند بعنوان آپتامر به لیگاند مورد نظر متصل شوند.برای خالص سازی این آپتامر ها از روش کروماتوگرافی میل ترکیبی[2] استفاده می شود.در این روش ابتدا لیگاند ها به دانه های سفادکس در ستون کروماتوگرافی متصل شده و سپس محلول حاوی انواع مولکول های RNA سنتز شده از ستون عبور داده می شوند.آپتامر ها به لیگاند متصل شده و در ستون باقی میمانند وبقیه مولکول های RNA در اثر شستشو از ستون خارج می شوند.سپس مولکول های آپتامر از ستون جداسازی می شوند. در این روش ممکن است چندین نوع آپتامر برای یک لیگاند بدست آید که هریک به قسمتی از لیگاند متصل می شود.پس از انتخاب بهترین آپتامر،مولکول فوق تعیین توالی می شودو از روی آن توالی به روش سنتز مصنوعی،تعداد زیادی آپتامر ساخته می شود.

همچنین می توان از روی این آپتامر ها cDNA ساخت و آن را به همراه یک پروموتر قوی در باکتری ها کلون کرد.به این ترتیب باکتری مقدار زیادی آپتامر تولید خواهد کرد.به این آپتامر ها،آپتامر های منوکلونال گفته می شود.

یکی از علائم بیماری های مختلف، افزایش یا کاهش مقدار متابولیت های سلولی است .بکمک آپتامر ها می توان مقدار متابولیت های سلولی را به دقت آندازه گیری کرد.برای مثال در یکی از روش های تشخیص بیماری فنیل کتونوری ،از آپتامر بر علیه ال- فنیل آلانین استفاده می شود.در بیماری فنیل کتونوری مقدار ال-فنیل آلانین در خون افزایش میابد.که با اندازه گیری مقدار فنیل آلانین خون ، می توان این بیماری را تشخیص داد.در این روش مقدار مشخصی از آپتامر های نشاندار بامواد فلوئورسانت،با مقدار مشخصی از سرم خون بیمار مخلوط می شوند.در این هنگام مولکول های ال-فنیل آلانین موجوددر سرم خون ،به آپتامر ها متصل شده و باعث تغییر شدت تابش فلوئورسانت آنها می شوند.هرچه مقدار فنیل آلانین خون بیشتر باشد،تعداد فنیل آلانین هایی که به آپتامر متصل می شود،بیشتر بوده و در نتیجه تغییر شدت تابش فلوئورسانت محلول نیز بیشتر خواهد بود.این تغییرات را می توان با یک اسپکتروفتومتر ساده ،اندازه گیری کرد.با تهیه یک منحنی استانداردکه تغییرات شدت تابش فلوئورسانت را بر حسب تغییر مقدار فنیل آلانین نشان میدهد،می توان به راحتی غلظت ال-فنیل آلانین را در خون بیمار مشخص کرد.

نوشته:محمد رضا خزاعی

مقدمه:

نادرین سیمن و همکارانش از دانشگاه نیویورک توانسته اند با استفاده از موتیفهای DNA ساختارهای مولکولی جالبی را ایجاد کنند که بدون کمک DNA ایجاد آن ساختارها امکانپذیر نبود. کاربرد DNA در ساخت این ریزساختارها در قلمرو علم نانوتکنولوژی قرار میگیرد که در ادامه به بخشی از این کاربردها اشاره می شود.

 
مجتمع کردن ذرات کلوئیدی

برای ساخت برخی سنسورهای شیمیایی و ابزارهای اپتئوالکتریک، از کلوئیدهای فلزاتی مانند طلا (Au) یا تیتانیوم و کلوئیدهایی از ترکیبات نیمه رسانا (Semi Conductor) مانند ذرات CdSe یا CdS استفاده می شود. اما مشکل عمده درساخت این ابزار این است که این ذرات کلوئیدی، بعلت اینکه بر سطح خود دارای بارهای همنام می باشند به سادگی مجتمع نمی شوند و یکدیگر را دفع می کنند. از این خاصیت DNA که رشته های مکمل ، یکدیگر را شناسایی می کنند و با هم هیبرید می شوند ، برای رفع این مشکل استفاده می شود. اگر سطح یک سری از این ذرات کلوئیدی را با یک توالی الیگو نوکلئوئیدی DNA (مانند TACCGTTG) و سطح سری دیگربا الیگو نوکلوئید دیگری (مانندCAACGGTA) پوشانده شود و سپس این دو دسته از ذرات با هم مخلوط شوند ،دراثرهیبرید شدن الیگو نوکلئوتیدها با توالیهای مکمل خود، ذرات کلوئیدی مجتمع شده، بهم می پیوند ند . باتغییر طول توالی های نوکلئوتیدی می توان فاصله بین ذرات کلوئیدی را نیز تنظیم کرد.

 
ساخت کریستالها

کریستالها در الکترونیک و صنایع کاربرد فراوانی دارند اما ساخت کریستالها به اشکال مختلف دارای مشکلاتی است برای مثال گاهی لازم است که کریستالهای از یک فلز در یک سیستم کریستالی بخصوص داشته باشیم اما به روشهای شیمیایی آن فلز فقط به یک سیستم کریستالی ، کریستالیزه می شود . برای مثال ذرات نقره بصورت طبیعی همواره به سیستم اورتورومبیک کریستالیزه می شوند وحال آنکه به بلورهای دیگری از نقره مانند ترک کلینیک یا کوبیک نیاز است .

DNA در حالت عادی به فرم مارپیچهای نوع B وگاهی A است . اما درهنگام کراسینگ آور، در مولکول DNA ساختاری را شبیه صلیب بوجود می آورند که به آن ساختار هالیدی گفته می شود.

در صورتی که چندین ساختار هالیدی هم اندازه را بکمک آنزیم DNA- لیگاز بهم متصل کنیم . شبکه ای دو بعدی از مولکولهای DNA بوجود می آید که به آن لاتیس (Lattice) گفته می شود . ساختارهای صلیب مانند هالیدی بعنوان مونومرهای این شبکه دو بعدی عمل می کنند .

در صورتیکه انتهای بازوهای این صلیبها بصورت چسبان باشد (Sticky end) مونومرهای هالیدی مختلف می توانند یکدیگر را شناسایی کنند و به یکدیگر متصل شوند به این ترتیب می توان با بکارگیری مونومرهای مختلفی که با الگوی خاصی بهم متصل می شوند . لاتیسهایی با اشکال مختلف بدست آورد.

شکل1:نمونه از لاتیسهای دو بعدی که بکمک DNAساخته میشود.

شکل2:ساختار کوبیک متشکل از لاتیسهای DNA

شکل3: ساختار اکتاهدرال متشکل از لاتیسهای DNA

شکل 4: استفاده از آنزیمها

شکل5:داربستهایی بعنوان زیرساختارهای پروتئینی

ساخت مدارهای منطقی :

با ترکیب مشخصی از مولکولهای B- DNA و Z- DNA حلقوی می توان حلقه های درهم رفته ای از مولکولهای DNA را با اشکال مختلف بدست آورد به این حلقه های دهم رفته حلقه های Borromean گفته می شود. اگر یکی از این حلقه ها از هم باز شود بقیه حلقه های از یکدیگر جدا می شوند وبصورت حلقه های مجزایی در می آیند.

شکل6:حلقه های برومین

در الکترونیک از سوی حلقه های Borromean برای ساخت مدارهای منطقی استفاده می شود به این صورت که اگر اتصال در یکی از حلقه ها (مدارات ) ، برقرار نباشد ، اتصال در دیگر مدارات نیز قطع می شود . از این مدارات در ساخت کامپیوترهای ساده (ماشین حسابهاو….) استفاده می شود باساخت حلقه های Borromean از DNA در صورت منطقی نبودن یک حلقه (نادرست بودن محاسبه ) دیگر حلقه ها از هم جدا می شوند که با انجام ژل الکترونورز می توان منطقی نبودن معادله را مشاهده کرد .

منابع:

احتراماً به استحضار می رساند انجمن علمی زیست شناسی استان گلستان با همکاری هسته ی تخصصی زیست شناسی برای کیفیت بخشی به توان علمی معلمان زیست شناسی در نظر دارد روزهای دوشنبه هرهفته نشستی پیرامون مسائل علمی، آزمایشگاهی، کنکور و المپیادهای   زیست شناسی با حضور همکاران محترم، دانشجویان و اساتید گرامی عضو انجمن برگزار نماید. لذا از کلیه ی اعضای محترم جهت حضور پربار در این نشست دعوت به عمل می آید. برنامه های این انجمن به شرح ذیل اعلام میگردد .                                                           

 1- دوشنبه 3/12/88-تحلیل و بررسی زیست شناسی و آزمایشگاه(1) فصل 6 (ساختار، عمل و بیماری دستگاه گردش خون)       

  2-دوشنبه 10/12/88 - تحلیل و بررسی زیست شناسی و آزمایشگاه (1) فصل 6 (ساختار، عمل و بیماری خون در بدن)                  

 3-دوشنبه 17 /12/88 - تحلیل و بررسی زیست شناسی و آزمایشگاه(1) فصل6 ( گردش مواد در گیاهان)                                               

 4- دوشنبه 24/12/88 - تحلیل و بررسی زیست شناسی و آزمایشگاه(1) فصل 7 (تنظیم محیط داخلی و دفع ادرار)

مکان جلسات:گرگان خیابان فلسطین جنب اداره آموزش وپرورش ساختمان گروه های آموزشی متوسطه 

 مدت زمان جلسات: از ساعت 18 الی 30/19                                                                                                                                                              موضوع جلسات بعدی، متعاقباً به اطلاع اعضاء محترم خواهد رسید.

کانون آموزشی زیست شناسی  در نظر دارد جزوات کمک آموزشی خود را که شامل تشریح مطالب کتب درسی پایه های مختلف دبیرستان به همراه پاسخ فعالیت ها و خودآزمایی ها می باشد را از طریق دریافت شفارش به فروش برساند، با ما تماس بگیرید.