موضوع مقاله: دی‌ان‌ای | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دی‌ان‌ای | مقدمه: با ساخته شدن مولکول RNA از روی ژن‌های موجود بر DNA، و سپس تشکیل مولکول‌های پروتئین از روی RNAها در طی فرآیندی موسوم به ترجمه، دستورالعمل‌های موجود بر روی مولکول DNA به عملکردهای مختلف در سلول تبدیل می‌شود. | ## بخش 1: دی‌ان‌ای | آزمایش‌هایی مانند آزمایش گریفیت و آزمایش ایوری آزمایش‌هایی انقلابی و سرآغازی در شناسایی و مطالعهٔ دی‌ان‌ای به‌عنوان ژنوم بودند. تا پیش از سال ۱۹۴۴ و انتشار نتایج آزمایش ایوری این‌که کدام یک از ترکیب‌های آلی درون سلول، مادهٔ وراثتی است مشخص نبود (هر چند بسیاری از دانشمندان پروتئین‌ها را عامل انتقال صفات می‌دانستند). سپس دانشمندان دیگری روی کار آمدند و هر کدام، بخشی از اطلاعات ما راجع به این مولکول را کشف کردند. روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز با تهیهٔ تصاویری از مولکول دی‌ان‌ای با استفاده از پراش پرتوی ایکس (X) توانستند به ابعاد مولکول و نتایج ارزشمندی راجع به دی‌ان‌ای دست یابند، از جمله این‌که مولکول دی‌ان‌ای بیش از یک رشته و حالت مارپیچ دارد. دی‌ان‌ای پلی‌مری است که مونومر آن نوکلئوتیدها هستند و بخشی از این مولکول‌ها مونومر دی‌ان‌ای را تشکیل می‌دهند؛ یک نوکلئوتید شامل یک گروه فسفات و یک کربوهیدرات پنج‌کربنه (دئوکسی‌ریبوز) و یک باز آلی است به‌طوری که گروه فسفات و باز آلی با پیوند کووالانسی به دو سمت قند متصل هستند؛ و در پایان نوکلئوتیدها با پیوند فسفو دی‌استر به هم متصل شده و درشت‌مولکول دی‌ان‌ای را پدیدمی‌آورند (در حالتی که نوکلئوتیدهای دو پایان رشته هم پیوند برقرار کنند، دی‌ان‌ای حلقوی است)؛ مولکول دی‌ان‌ای از دو رشته پلی‌نوکلئوتیدی تشکیل شده است؛ این دو رشته مکمل، ناهمسو و نامحلول (در آب) هستند (دی‌ان‌ای حلقوی قطبیت ندارد اما هر رشته از دی‌ان‌ای خطی دارای قطبیت است). اسیدهای نوکلئیک از سه درشت‌مولکول اصلی تشکیل شده که برای زندگی همهٔ گونه‌های شناخته‌شده ضروری است. دو رشتهٔ پلی‌نوکلئوتیدی از راه پیوند هیدروژنی میان بازهای آلیشان به هم متصل‌شده و مولکول دی‌ان‌ای را به‌وجود می‌آورند؛ این دو رشته به دور محوری طولی، مرکزی و فرضی می‌پیچند و به مولکول دی‌ان‌ای حالت مارپیچ می‌دهند. تفاوت‌ها و شباهت‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای تفاوت‌ها: DNA در ذخیره و RNA در انتقال اطلاعات وراثتی و در ساختار ریبوزوم (رناتن) نقش دارد. در هر دو نوکلئوتیدهای مقابل با پیوند هیدروژنی و نوکلئوتیدهای کناری با پیوند فسفو دی‌استر به هم متصل می‌شوند (گاهی نوکلئوتیدهای دو بخش متفاوت از یک رشته آران‌ای، به هم متصل می‌شوند). نوکلئوتیدهای آزاد (واحدهای سازنده آزاد) هر دو مولکول پیش از اتصال سه فسفاته بوده و با اتصال به رشته پلی‌نوکلئوتیدی تک‌فسفاته می‌شود. این بازها یا پریمیدین (تک‌حلقه‌ای) هستند (مانند T و C) یا پورین (دوحلقه‌ای) (A و G). مقدار بازهای گوانین و سیتوزین با هم، و شمار بازهای آدنین و تیمین در یک مولکول دی‌ان‌ای با هم برابر است (اصل چارگاف). دربارهٔ پیوندی که میان این بازها ایجاد می‌شود: از گونه پیوند بین‌مولکولی و هیدروژنی است. به صورت اختصاصی است (یعنی میان آدنین و تیمین و میان گوانین و سیتوزین پیوند به صورت خودکار و طبیعی شکل می‌گیرد؛ دو نوکلئوتید مکمل هم هستند) و بنابراین در هر صورت یک باز تک‌حلقه‌ای روبروی یک باز دوحلقه‌ای قرار می‌گیرد که موجب یکسان شدن قطر مولکول می‌شود. میان گوانین و سیتوزین سه پیوند هیدروژنی، و میان آدنین و تیمین دو پیوند برقرار می‌شود؛ پس پیوند میان گوانین و سیتوزین در برابر فشار و گرما مقاوم‌تر عمل می‌کند و از شروط پایداری دی‌ان‌ای در این شرایط شمار بیشتر این دو باز نسبت به آدنین و تیمین است. این پیوند بین‌مولکولی است و نسبت به پیوندهای میان‌اتمی (مانند کووالانسی) انرژی‌پیوند کمتری دارد و آسان‌تر گسسته می‌شود؛ به همین جهت دی‌ان‌ای را به زیپ تشبیه کرده‌اند. میشر ترکیبات سفید رنگی را از هستهٔ گلبول‌های سفید انسان و اسپرم ماهی استخراج کرد که مقدار نیتروژن و فسفات در آن باعث شد میشر گروه جدیدی از مواد آلی را با نام نوکلئیک اسیدها بنیان‌گذاری کند. در سال ۱۹۵۰ اروین چارگف اثبات‌کرد نسبت گوانین و سیتوزین با هم و نسبت آدنین و تیمین با هم برابر است (اصل چارگف). تا پیش از ارائه اصل چارگف دانشمندان بر این باور بودند که سهم هر یک از نوکلئوتیدهای با بازهای آلی آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین در تمامی جانداران یکسان است (نسبت ۱:۱:۱:۱ یعنی هر کدام ۲۵ درصد). در ۱۹۵۲ روزالیند فرانکلین به همراه موریس ویلکینز با نتایج به‌دست‌آمده از تصاویر گرفته‌شده از دی‌ان‌ای با پرتو ایکس نشان‌دادند دی‌ان‌ای بیش از یک رشته است و حالت مارپیچ دارد؛ و در نهایت فرانسیس کریک و جیمز واتسون مدل مولکولی (سه‌بعدی) دی‌ان‌ای را ارائه دادند؛ که در آن دی‌ان‌ای دو رشته‌ای بود و مکمل بودن بازها هم مطرح شد. عملکرد دی‌ان‌ای در سلول‌ها پیام‌های ژنتیکی موجود در مولکول دی‌ان‌ای در پایان برای مواردی چون ساخت پروتئین و مولکول‌های آران‌ای یا رنااین واژه مطابق با واژگان گردآوری شدهٔ فرهنگستان زبان و ادب فارسی برگردان آران‌ای است. بخش‌هایی از DNA که اطلاعات ژنتیکی یک صفت را با خود حمل می‌کنند ژن نامیده می‌شوند؛ البته دی‌ان‌ای توالی‌هایی به‌نام اینترون نیز دارد که در فرایند پیرایش از مولکول آران‌ای حذف می‌شوند؛ اما نقش زیستی آن‌ها چیست؟ | ## بخش 2: دی‌ان‌ای | از لحاظ شیمیایی، دی‌ان‌ای از دو رشتهٔ بلند پلیمری با واحدهای ساختاری به‌نام نوکلئوتید تشکیل شده است؛ و به یک نردبان مارپیچ تشبیه می‌شود که ستون‌های نردبان گروه‌های قند و فسفات هستند، و پله‌هایش را بازهای آلی تشکیل می‌دهند که با پیوند فسفو دی‌استر به هم متصل شده‌اند؛ در پیوند فسفو دی‌استر قند یک نوکلئوتید به قند نوکلئوتید دیگر متصل می‌شود. دو رشتهٔ دی‌ان‌ای باهم موازی و ناهمسو هستند و توالی نوکلئوتیدی خاصی دارند؛ توالی این چهار گونه باز آلی باعث رمزگذاری رشته ژنتیکی می‌شود که این رمزها برای تعیین توالی اسیدهای‌آمینه در پروتئین مورد استفاده قرار می‌گیرد. در فرایند رونویسی یک رشته آران‌ای (با توالی نوکلئوتیدی خاص و مکمل) از روی یک رشته دی‌ان‌ای ساخته می‌شود؛ به توالی‌های سه‌نوکلئوتیدی آران‌ایِ پیک، رمز ژنتیکی گویند. این رمز ژنتیکی برای تعیین توالی اسیدهای آمینه در پروتئین مورد استفاده قرار می‌گیرد (ترجمه). کروموزوم در یوکاریوت‌ها (جانوران، گیاهان، قارچ‌ها، آغازیان) در بخشی به نام هستهٔ یاخته قرار دارد، در حالی‌که در پروکاریوت (باکتری و آرکیا) در سیتوپلاسم یاخته قرار دارد و جایگاه مشخصی ندارد و به بخشی از غشای پلاسمایی متصل است. در کروموزوم بجز از مولکول دی‌ان‌ای مجموعه‌ای از پروتئین‌ها که مهم‌ترین آن‌ها هیستون‌ها هستند، وجود دارند که وظیفهٔ فشرده‌سازی دی‌ان‌ای و تنظیم بیان ژن‌ها را برعهده دارد به‌گونه‌ای که دو متر دی‌ان‌ای در سلولی چند میکرومتری جای می‌گیرد. هیستون‌ها تحت تأثیر عوامل گوناگون از جمله استیلاسیون یا داستیلاسیون هیستونی بسته یا باز می‌شوند و بدین ترتیب رونویسی از ژنهای ناحیه مربوط به آن‌ها متوقف یا آغاز می‌شود. ویژگی‌ها دی‌ان‌ای پلیمری است قطبی که از رشته‌های تکرار شونده شامل واحدهای سازنده‌ای از جنس نوکلئوتید است. طول رشته زنجیرهای دی‌ان‌ای ۲۲ تا ۲۶ آنگستروم (۲٫۲ تا ۲٫۶ نانومتر) و عرض آن ۳٫۳ آنگستروم یا (۰٫۳۳ نانومتر) است. مارپیچ دی ان ای در هر ۳٫۴ تا ۳٫۶ نانومتر یک دور کامل می‌زند که بستگی به توالی آن دارد؛ بنابراین حدود ۱۰ تا ۱۰٫۵ جفت باز در هر دور یافت می‌شود. اگرچه هر واحد تکرار شونده دی‌ان‌ای بسیار کوچک است اما رشتهٔ پلیمری آن ممکن است از میلیون‌ها نوکلئوتید تشکیل شده باشد. برای مثال بزرگ‌ترین کروموزوم انسان، کروموزوم شمارهٔ یک دارای طولی به اندازه ۲۲۰ میلیون باز آلی مکمل است. دو رشتهٔ سازندهٔ دی‌ان‌ای ساختار در هم پیچیده‌ای همچون درخت انگور به شکل مارپیچ دارند. یک باز آلی پیوند داده شده به قند نوکلئوزید گفته می‌شود واگر نوکلئوزید از طریق باز خود به گروه فسفات متصل شود نوکلئوتید تشکیل می‌شود. اگر چندین نوکلئوتید با یکدیگر پیوند داده شده باشند به‌طور مثال در دی‌ان‌ای به آن پلی نکلئوتید گفته می‌شود. رشته‌های دی‌ان‌ای از واحدهایی متشکل از قند وگروه فسفات است که به صورت متناوب و تکراری در طول رشته قرار گرفتند. قند مورد استفاده در دی‌ان‌ای دئوکسی‌ریبوز که گونه‌ای پنتوز (قند پنج کربنی) است تشکیل شده است. پیریمیدین‌ها که یک حلقهٔ شش ضلعی دارند و شامل نوکلئوتید سیتوزین (C) و تیمین (T) هستند. باز آلی یوراسیل (U) هم جزو گروه پیریمیدین‌ها است که معمولاً به جای باز تیمین در ساختار RNA وجود دارد اما در مقایسه با تیمین، در ساختار حلقه خود یک گروه متیل کمتر دارد. دی‌ان‌ای می‌تواند در شرایط متفاوت به یکی از حالت‌های زیر دیده شود: شکل‌های مارپیچ DNA حالت A حالتB حالت Z نسبت‌های کلی کوتاه و پهن بزرگتر و باریکتر طویل و باریک ارتفاع به ازای هر جفت باز ۳/۲آنگستروم ۲۳/۳آنگستروم ۸/۳آنگستروم قطر مارپیچ ۵/۲۵آنگستروم ۷/۲۳آنگستروم ۴/۱۸آنگستروم جهت چرخش مارپیچ راست گرد راست گرد چپ گرد خمیدگی باز نسبت به محور مارپیچ ۱۹+ ۲/۱- ۹- متوسط چرخش پروانه‌ای جفت باز ۱۸+ ۱۶+ حدود ۰ موقعیت محور مارپیچ شیار بزرگ از میان جفت بازها شیار کوچک اندازهٔ شیار بزرگ بسیار باریک با عمق زیاد پهن و عمق متوسط پهن شده به روی سطح مارپیچ اندازهٔ شیار کوچک بسیار پهن اما کم عمق باریک و عمق متوسط بسیار باریک اما خیلی عمیق صورت بندی پیوند گلیکوزیدی آنتی آنتی آنتی در Cو سین در G جفت باز در هر دور مارپیچ ۱۱ ۱۰ ۱۲ حالت B فرم عادی درون یاخته است. اگر دست راست را بالای مولکول دی‌ان‌ای قرار داده به‌طوری‌که انگشت شصت به سمت بالا و در طول محور بلند مارپیچ باشند و انگشتان شیارها را در مارپیچ دنبال کنند یکی از رشته‌ها را در جهتی دنبال کنید که انگشت شصت شما اشاره می‌کند هر جفت باز نسبت به پیشین ۳۶ درجه دور می‌زند. به نظر می‌رسد زی مایه دخیل در نوترکیبی هم ساختاین واژه مطابق با واژگان گردآوری شدهٔ فرهنگستان زبان و ادب فارسی برگردان همولوگ است. | ## بخش 3: دی‌ان‌ای | و همچنین ترمیم دی‌ان‌ای برای یافتن مکان‌های هم ساخت یا آسیب دیده آغاز به بررسی مولکول دی‌ان‌ای و خارج کردن تک تک بازها می‌کنند. به‌طوری‌که ۲ عضو شرکت‌کننده در یک جفت باز، همیشه به‌طور دقیق در یک صفحه نیستند؛ آن‌ها می‌توانند یک نظم چرخش پروانه‌ای به خود بگیرند در این نظم ۲ باز در جهت عکس هم حول محور بزرگ جفت باز چرخیده و به جفت باز ویژگی شبیه پروانه می‌دهد. واسرشته شدن دی‌ان‌ای حالتی است که هنگامی دی‌ان‌ای در دمایی بیش از دمای بدن قرار می‌گیرد یا در پی‌اچ بالا قرار دارد حاصل می‌شود و نیروهای ضعیف میان ۲ رشته از میان رفته و ۲ رشته باز می‌شود. ۲ رشتهٔ دی‌ان‌ای از آن جایی که به وسیلهٔ نیروهای ضعیف به هم وصل هستند با حرارت دادن محلول تا دمایی بیش از دمای بدن یا تحت شرایط پی هاش بالا می‌تواند واسرشته شود. بازسرشته شدن دی‌ان‌ای موقعی ایجاد می‌شود که ۲ رشتهٔ واسرشته شده در شرایط مناسب دوباره به یکدیگر متصل شوند. یکی از دلایل ناهمگنی ژنی در هوهسته‌ها این است که پس از وا سرشته شدن با سرعت‌های متفاوتی به سمت باز سرشته شدن می‌روند بعضی بسیار سریع (این تکه‌ها شمارشان زیاد است) و بعضی بسیار کند هستند. (این تکه‌ها شمارشان کم است) هیبریدشدگی به معنای این است که ۲ رشته از ۲ منبع مختلف به یکدیگر متصل شوند حتی یکی از رشته‌ها می‌تواند آران‌ای باشد. اگر دمای محلول دی‌ان‌ای تا دمای آب جوش بالا رود چگالی نوری که جذب می‌شود به‌طور چشمگیری بالا می‌رود. نقطهٔ ذوب دی‌ان‌ای که آن را با Tmنشان می‌دهند دمایی است که در آن دی‌ان‌ای مشابه یخ ذوب می‌شود و از ساختار نظم دار مارپیچ به ساختار تک رشته‌ای با نظم کمتر تبدیل می‌شود. نقطهٔ ذوب بستگی به درصد C:G و قدرت یونی محلول دارد؛ که هرچه بیشتر باشد دما هم افزایش می‌یابد ذوب شدن پدیده‌ای تعاونی است. ابرمارپیچ مثبت و منفی: میزان ابرمارپیچ با اندازه‌گیری اختلاف میان LK° و LK محاسبه می‌شود که تفاوت اتصال نامیده می‌شود. اگر مقدار آن برای یک cccDNA به‌طور معنی داری غیر از صفر باشداین دی‌ان‌ای تحت فشار پیچشی قرار دارد؛ و گفته می‌شود این مولکول دارای ابر مارپیچ منفی است و بر عکس اگر LK>LK° باشد دارای ابر مارپیچ منفی است. به فرایندی که در آن از روی یک مولکول دی‌ان‌ای، مولکول دی‌ان‌ای یکسان و جدید دیگری ایجاد می‌شود، همانندسازی گویند. در این فرایند نخست آنزیمی به نام هلیکاز (helicase) (علت نام‌گذاری این آنزیم به این نام، به دلیل گونه پیوند میان دو رشته یعنی پیوند هیدروژنی است) دو رشته به هم پیچیده دنا را از هم جدا می‌کند؛ سپس چند پروتئین به‌نام SSBP به دو رشته می‌چسبند و به آن‌ها اجازه به هم پیوستن دوباره را نمی‌دهند. در دو طرف هر رشتهٔ اعدادی گذاشته شده است که یک طرف '۵ و طرف دیگر '۳ است و در رشتهٔ مقابل برعکس رشته دیگری است؛ مسیر همانند سازی هم همواره از '۵ به '۳ است. سپس دوباره این عمل کمی آن طرف‌تر یعنی به طرف '۵ انجام می‌گیرد؛ البته اینجا ۲ مشکل به وجود می‌آید: ۱. میان رشته‌های RNA و DNA فاصله‌هایی وجود دارد که نباید باشند (به قطعات DNA کپی شده در حالتی که '۳باز نیست قطعات اوکازاکی می‌گویند و واقع آنها DNAهای منقطع هستند). برای رفع اشکال دوم، آنزیمی به‌نام آنزیم دی‌ان‌ای لیگاز می‌آید و در فواصل میان DNA جدید که R Nase H به جای RNA گذاشته و دی‌ان‌ای‌های منقطع (قطعات اوکازاکی) می‌نشینند و این فاصله‌ها را پر می‌کنند. همانندسازی در سلول‌های یوکاریوتی (جانوران، گیاهان، آغازیان و قارچ‌ها) وقت‌گیرتر و پیچیده‌تر از همانندسازی در سلول‌های پروکاریوتی است (زیرا هر دی‌ان‌ای در سلول یوکاریوتی چندین برابر دی‌ان‌ای در سلول پروکاریوتی است و شمار دی‌ان‌ای‌ها نیز بیشتر است)، برای جبران این پیچیدگی سلول یوکاریوتی دو راه‌کار دارد: دی‌ان‌ای یوکاریوت‌ها چندین جایگاه آغاز همانندسازی دارد. در پروکاریوت‌ها (شامل همه باکتریها) همانندسازی یک‌جهته است.کتاب اصول زیست‌شناسی و ژنتیک (دانشگاه آزاد) مؤلفین: سید محمود طباطبایی - محمد رضا عبداللهی البته در برخی اوقات همانندسازی در پروکاریوت‌ها نیز دوجهته است و آن‌ها هم می‌توانند چندین جایگاه آغاز همانندسازی داشته‌باشند (اما غالباً اینطور نیست). | ## جمع‌بندی | PMID 10393911 زیست‌شناسی و آزمایشگاه ۲، سال سوم متوسطه، نظری (رشتهٔ علوم تجربی)، چاپ دوازدهم: ۱۳۹۱، دفتر برنامه‌ریزی و تألیف کتب درسی وزارت آموزش و پرورش.