بسم ا... الرحمن الرحیم
مولکولهای D.N.A
دِنا[۱] (به انگلیسی: DNA) سرواژهٔ عبارت دیوکسیریبونوکلئیکاسید (به انگلیسی: Deoxyribonucleic acid)
نوعی اسید نوکلئیک میباشد که دارای دستورالعملهای ژنتیکی است که برای کار کرد و توسعه بیولوژیکی موجودات زنده و ویروس مورد استفاده قرار میگیرد. نقش اصلی مولکول دیانای ذخیره سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی میباشدکار دیانای در سلولها
دستور العملهای ژنتیکی موجود در مولکول دیانای در نهایت برای مواردی چون ساخت پروتئین و مولکولهای RNA در سلول، مورد استفاده قرار میگیرد. قطعاتی از دیانای که اطلاعات ژنتیکی را باخود حمل میکنند ژن نامیده میشوند ولی دیانای توالیهای دیگری نیز دارد که برای ساخت خود دیانای یا تنظیم استفاده از اطلاعات زنتیکی موجود در ژن ، مورد استفاده قرار میگیرند. از لحاظ شیمیایی، دیانای از دو رشته طولانی پلیمری با واحدهای ساختاری از جنس نوکلئوتید تشکیل شدهاست که شامل ستونهایی از گروههای قند و فسفات میشود که پیوندی از نوع استر دارند. این دو رشته دیانای با هم موازی هستند. مولکولهای قند از طریق چهار نوع باز آلی به یکدگر متصل میباشند. توالی این چهار باز آلی باعث رمزگذاری رشته زنتیکی میشود که این رمزها برا ی ساخت اسید آمینه که واحدهای سازنده پروتئین میباشند مورد استفاده قرار میگیرد. این رمز ژنتیکی توسط مولکول آرانای در مرحله ترجمه خوانده میشود و برای ساخت اسید آمینه مورد استفاده قرار میگیرد. دیانای در داخل سلول به شکل سازههایی به نام کروموزوم میباشد. دو نسخه از هر کروموزوم در زمان تقسیم سلولی ساخته میشود. فرآیند تکثیر به دو نسخه را نسخه برداری دیانای مینامند. کروموزوم در یوکاریوتها (جانوران، گیاهان، قارچها، آغازیان) در بخشی به نام هسته سلول قرار میگیرد در حالیکه در پروکاریوتها (باکتری و آرکیها) در سیتوپلاسم سلول قرار دارد و جایگاه مشخصی ندارد. در داخل کروموزومها پروتئینهای کروماتینی (کروماتین واحد سازنده دیانای میباشد) مانند هیستون وجود دارد که وظیفه فشرده سازی دیانای و تنظیم بیان ژنها را برعهده دارند. هیستونها تحت تاثیر عوامل گوناگون از جمله استیلاسیون یا دزاستیلاسیون هیستونی بسته یا باز میشوند و بدین ترتیب رونویسی از ژنهای ناحیه مربوط به آنها متوقف یا آغاز میشود.
مشخصات
انیمیشن ساختار دی ان ای را نشان میدهددی ان ای پلیمری است که از رشتههای تکرار شونده متشکل از واحدهای سازندهای از جنس نکلونید میباشد.[۲]طول رشته زتجیرهای دی ان ای ۲۲ تا ۲۶ آنگستروم (۲٫۲ تا ۲٫۶ نانومتر) وعرض آن آنگستروم یا (۰٫۳۳ نانومتر) میباشد.[۳] اگرچه هر واحد تکرار شونده دیانای بسیار کوچک میباشد ولی رشته پلیمری DNA ممکن است از میلیونها نوکلئوتید تشکیل شده باشد.برای مثال بزرگترین کروموزوم انسان، کروموزوم شماره یک درای طولی به اندازه ۲۲۰ میلیون باز آلی مکمل میباشد.[۴]در ورشته سازنده دیانای ساختار در هم پیچیدهای همچون در خت انگور به شکل مارپیچ دارند.یک باز آلی پیوند دادهشده به قند نکلوزید گفته میشود واگر نکلوزید از طریق باز خود به گروه فسفات متصل شود نکلئوتید تشکیل میشود.اگر چندین نوکلئوتید با یکدیگر پیوند داده شده باشند به طورمثال در دیانای به آن پلی نکلئوتید گفته میشود.[۵]
رشتههای دیانای از واحدهایی متشکل از قند وگروه فسفات میباشد که به صورت متناوب وتکراری در طول رشته قرار گرفتند.[۶]قند مورد استفاده در دیانای دئوکسی ریبوز که نوعی پنتوز(قند پنج کربنی) است تشکیل شدهاست. قندها توسط گروههای فسفری به یکدیگر پیوند داده شدهاند.
باز آلی
در دیانای نوکلئوتید هر رشته از طریق بازهای آلی در هر دو رشته به یکدیگر متصل میشوند. این اتصال بین دو باز آلی نوکلئوتیدهای دو طرف رشته میباشد به این بازهای متصل به هم باز مکمل گفته میشود. بازهای آلی به چهار شکل «سیتوزین»، «گوآنین»، «تیمین» و «آدنین» وجود دارند که از این میان، باز آدنین مکمل تیمین، و باز گوآنین مکمل سیتوزین میباشد. این توالی دورشتهای غیر قطبی و نامحلول در آب میباشد[۷].پیوند بازهای مکمل با یکدیگر از طریق پیوند بین هیدروژن یک باز با مولکول نیتروژن یا اکسیژن باز مکمل حاصل میشود. این پیوند از نوع قوی کووالانسی نمیباشد و در نتیجه به راحتی شکسته میشود و قابل جایگزینی میباشد. به همین علت زنچیره دو رشتهای دیانای را به زیپ لباس تشبیه کردهاند که به راحتی در اثر فشار یا گرمای بالا از یکدیگر جدا میشوند.[۸] ییوند مولکول هیدروژن بین دو باز مکمل آدنین-تیمین با گوآنین-سیتوزین متفاوت میباشد. در گوآنین_سیتوزین سه مولکول هیدروژن پیوندی وجود دارد در حالیکه در آدنین-تیمین دو مولکول هیدروژن پیوندی وجود دارد در نتیجه میزان تعدا بازهای مکمل گوآنین_سیتوزین تعیین کننده استحکام دیانای میباشد بطوریکه هرچه مقدار آن بیشتر باشد دیانای مستحکمتر است
در اواخر قرن نوزدهم یک بیوشیمیست آلمانی نشان داد که اسیدهای نوکلئیک ( مولکولهای زنجیری بلند که از واحد های ساختمانی کوچک تری به نام " نوکلئوتید" تشکیل شده اند . ) دارای قند، اسید فسفریک و چند باز نیتروژن دار میباشند. اندکی بعد مشخص شد که قند موجود در اسیدهای نوکلئیک میتواند ریبوز یا دئوکسی ریبوز باشد و لذا اسیدهای نوکلئیک به دو دسته DNA ) DeoxyriboNucleic Acid ) - که قند موجود در آنها دئوکسی ریبوز است - و ( RNA RiboNucleic Acid ) - که قند موجود در آنها ریبوز است - تقسیم میشوند. پس از کشف اسوالد اوری لازم شد تا ساختار دقیق مولکول DNA و شیوهی عمل آن معین شود.
در سال 1948 لینوس پاولینگ (Linus Pauling) کشف کرد که بسیاری از مولکولهای پروتئینی به شکل یک مارپیچ (helix) هستند، و تقریباً شکلی شبیه فنر دارند. در سال 1950 نیز اروین شارگاف (Erwin Chargaff) نشان داد که اگرچه آرایش بازهای موجود در ساختار DNA بسیار متنوع است، اما همواره نسبت باز ادنین (A) و باز تیمین (T) موجود در آن با هم برابر است و همین طور نسبت باز سیتوزین (C) با باز گوآنین (G). این دو اکتشاف نقش مهمی را در آشکار شدن ساختمان مولکول DNA ایفا نمود.
در دههی 1950 همچنان رقابت برای کشف ساختار DNA ادامه داشت. در دانشگاه کمبریج کریک (Francis Crick) و واتسون (James Watson) تحت تأثیر کارهای پاولینگ سعی داشتند تا با ارائهی مدلهای فیزیکی، ساختارهای احتمالی ممکن برای DNA را محدود کنند تا سرانجام به ساختار صحیح دست یابند. گروه دیگری متشکل از ویلکینز (Maurice Wilkins) و فرانکلین (Rosalind Franklin) نیز در کالج کینگ لندن به طور همزمان مشغول مطالعه DNA بود. روش کار این گروه با گروه قبلی متفاوت بود. آنها سعی داشتند تا با روش آزمایشگاهی به ویژه با استفاده از تصاویر پراش اشعه X از مولکول DNA، ساختار آن را معین کنند.
در سال 1951، فرانکلین دریافت که DNA با توجه به میزان رطوبت هوای محیط، میتواند دو شکل متفاوت داشته باشد و بنابراین نتیجه گیری کرد که بخش فسفات مولکول در سمت خارجی آن قرار دارد. اندکی بعد او با استفاده از تصاویر اشعه X فهمید که DNA در حالت " مرطوب " (Wet) از تمامی ویژگی های یک مارپیچ (helix) برخوردار است؛ این احتمال که حالت دیگر مولکول DNA نیز به شکل مارپیچی باشد به ذهن او خطور کرد، اما نمی خواست تا زمانی که شواهد قطعی برای این حدس پیدا کند آن را اعلام نماید. در ژانویه 1953 ویلکینز که از به نتیجه رسیدن تحقیقات ناامید شده بود، نتایج تحقیقات فرانکلین را بدون اطلاع و رضایت او، با واتسون در میان گذاشت.
واتسون و کریک با استفاده از این نتایج، مدلی بسیار شگفت انگیز را برای ساختار DNA پیشنهاد نمودند. آنها مولکول را به صورت دو زنجیر مارپیچی متشکل از نوکلئوتیدها تصور کردند که یکی از آنها بالا میرفت و دیگری پایین میآمد. کریک که به تازگی یافته های شارگاف را هم مطالعه کرده بود، سعی کرد با استفاده از آنها نحوهی قرار گرفتن بازها را در مولکول DNA مشخص کند. او اظهار کرد که بازها در میانهی این مارپیچ دوتایی دو به دو به هم متصل میشوند تا فاصله بین دو مارپیچ ثابت بماند. آنها ادعا کردند که هر یک از این دو مارپیچ مولکول DNA میتواند به عنوان قالبی برای ایجاد دیگری استفاده شود.
در تقسیم سلولی، این دو رشته از هم جدا میشوند و بر روی هر یک از آنها یک نمونهی جدید شبیه رشتهی مقابل قبلی ساخته میشود. با این روش بدون اینکه ساختار DNA عوض شود، یک DNA شبیه آن تولید میشود. در اندک مواردی که در این روند خطایی پیش بیاید، شاهد " جهش " خواهیم بود. مدل آنها چنان با اطلاعات حاصل از آزمایشها مطابقت داشت که بلافاصله مورد قبول همه واقع شد. کشف ساختار DNA را میتوان مهمترین اکتشاف زیستی در صد سال اخیر دانست. در سال 1962 واتسون، کریک و ویلکینز موفق به دریافت جایزه نوبل شدند، اما متأسفانه فرانکلین در گذشته بود.