دی‌ان‌ای

(DNA)  دی‌ان‌ای یا دنا سرنام عبارت دئوکسی‌ریبونوکلئیک‌اسید (به انگلیسی: Deoxyribo nucleic acid) نوعی اسید نوکلئیک است که دارای دستورالعمل‌های ژنتیکی است که برای کارکرد و توسعهٔ بیولوژیکی موجودات زنده و ویروس مورد استفاده قرار می‌گیرد. نقش اصلی مولکول دی‌ان‌ای ذخیره‌سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی و دستوریست. آزمایش‌هایی نظیر آزمایش گریفیت و آزمایش ایوری آزمایش‌هایی انقلابی و سرآغازی در شناسایی و مطالعهٔ دی ان ای به عنوان ژنوم بودند. تا سال ۱۹۴۴ و انتشار نتایج آزمایش ایوری، این‌که کدام‌یک از ترکیب آلی درون سلول، مادهٔ وراثتی است، مشخص نبود.
دی‌ان‌ای مولکولی است که دستورهای ژنتیکی مورد استفاده در توسعه و عملکرد تمام موجودات زندهٔ شناخته شده و بسیاری از ویروس‌ها را کدگذاری می‌کند. دی ان ای اسید نوکلئیکی است که شامل پروتئین و کربوهیدرات‌هاست. اسیدهای نوکلئیک از سه ماکرو مولکول اصلی تشکیل شده که برای زندگی همهٔ گونه‌های شناخته شده ضروری است.
اکثر مولکول‌های دی ان ای از دو رشتهٔ پلیمری زیستی که به صورت حلقه دور هم پیچ خورده و به شکل یک مارپیچ دوگانه درآمده‌است. دو رشتهٔ دی ان ای به عنوان پلی نوکلئوتید شناخته شده، که از واحدهای ساده‌تری به نام نوکلئوتید ساخته شده‌است. هر نوکلئوتید از یک باز آلی، گوانین (G)، یا سیتوزین (C)، یا آدنین (A)، یا تیمین (T)، و از یک قند مونوساکاریدی به نام دئوکسی ریبوز و یک گروه فسفات تشکیل شده‌است.
نوکلئوتیدها به وسیلهٔ پیوند کووالانسی به صورت زنجیره‌ای به هم متصل می‌شوند، نوکلئوتیدها از محل قند یک نوکلئوتید با فسفات نوکلئوتید دیگر پیوند ایجاد کرده و ساختاری شبیه ستون فقرات (رشتهٔ بلند) قند و فسفات را ایجاد می‌کنند.

کار دی‌ان‌ای در سلول‌ها

پیام‌های ژنتیکی موجودی در مولکول دنا در نهایت برای مواردی چون ساخت پروتئین و مولکول‌های آران‌ای یا رنا (RNA) در یاخته، مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطعه‌هایی از DNA که پیام‌های ژنتیکی را باخود حمل می‌کنند ژن نامیده می‌شوند؛ ولی دنا توالی‌های دیگری نیز دارد که برای ساخت خود دنا یا تنظیم استفاده از اطلاعات ژنتیکی موجود در ژن، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از لحاظ شیمیایی، دنا از دو رشته طولانی پلیمری با واحدهای ساختاری از جنس نوکلئوتید تشکیل شده‌است که شامل ستون‌هایی از گروه‌های قند و فسفات هستند. اتصال نوکلئوتیدها به هم در زنجیره توسط گروه‌های هیدروکسیل کربن ۳́ قند و́ ۳ دئوکسی ریبوز است به این اتصال فسفو دی استر می‌گویند؛ که در نهایت اسکلت دنا ساخته می‌شود. این دو رشته دنا با هم موازی هستند. مولکول‌های قند از طریق چهار نوع باز آلی به یکدیگر متصل می‌باشند. توالی این چهار باز آلی باعث رمزگذاری رشته ژنتیکی می‌شود که این رمزها برا ی ساخت اسید آمینه که واحدهای سازنده پروتئین می‌باشند مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رمز ژنتیکی توسط مولکول رنا در مرحله برگردان خوانده می‌شود و برای ساخت اسید آمینه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دنا در داخل یاخته به شکل سازه‌هایی به نام فام تن است. دو نسخه از هر کروموزوم در زمان تقسیم یاخته‌ای ساخته می‌شود. فرایند تکثیر به دو نسخه را نسخه برداری دنا می‌نامند. فام تن در هوهسته‌ای‌ها (جانوران، گیاهان، قارچ‌ها، آغازیان) در بخشی به نام هسته یاخته قرار می‌گیرد در حالیکه در پیش هسته‌ای‌ها (باکتری و آرکی‌ها) در سیتوپلاسم یاخته قرار دارد و جایگاه مشخصی ندارد. در داخل فام تن پروتئین‌های کروماتینی مانند هیستون وجود دارد که وظیفه فشرده‌سازی دنا و تنظیم بیان ژنها را برعهده دارند. هیستون ها تحت تأثیر 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.

باز آلی

دنانوکلئوتید هر رشته از طریق بازهای آلی در هر دو رشته به یکدیگر متصل می‌شوند. این اتصال بین دو باز آلی نوکلئوتیدهای دو طرف رشته است به این بازهای متصل به هم باز مکمل گفته می‌شود. بازهای آلی به چهار شکل آدنین، باز تیمین، سیتوزین و گوانین وجود دارند که از این میان، باز آدنین مکمل تیمین، و باز گوانین مکمل سیتوزین است. این توالی دورشته‌ای غیر قطبی و نامحلول در آب است۷ 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 است. به همین سبب زنجیره دو رشته‌ای دنا را به زیپ لباس تشبیه کرده‌اند که به راحتی در اثر فشار یا گرمای بالا از یکدیگر جدا می‌شوند.
 
پیوند مولکول هیدروژن بین دو باز مکمل آدنین-تیمین با گوانین-سیتوزین متفاوت است. در گوانین_سیتوزین سه مولکول هیدروژن پیوندی وجود دارد در حالیکه در آدنین-تیمین دو مولکول هیدروژن پیوندی وجود دارد در نتیجه میزان تعداد بازهای مکمل گوانین_سیتوزین تعیین‌کننده استحکام دنا است به‌طوری‌که هرچه مقدار آن بیشتر باشد دنا مستحکم‌تر است.

همانندسازی DNA

همانندسازی برای انجام گرفتن تقسیمات سلولی یا همان میتوز و میوز است. در این اعمال سلولی با ۴۶ کروموزوم به دو سلول ۴۶ کروموزومی دیگر تقسیم می‌شود که باید هر فام تن قبل از تقسیم، فام تنی مانند خود را پدیدآورد.
ابتدا آنزیمی به نام هلیکاز (helicase) دو رشته به هم پیچیده دنا را از هم جدا می‌کند (علت نام‌گذاری این آنزیم به این دلیل است که پیوند بین دو رشته، از نوع پیوند هیدروژنی است)؛ سپس چند پروتیین بنام SSBP به دو رشته می‌چسبند و به آن‌ها اجازه به هم پیوستن دوباره را نمی‌دهند. در دو طرف هر رشته اعدادی گذاشته شده‌است که یک طرف '۵ و طرف دیگر '۳ است و در رشته مقابل هم برعکس رشته دیگری است؛ یعنی یک طرف از یک رشته از هر دو طرف خود (عمودی-افقی) به عدد دیگر می‌رسد. مسیر همانند سازی هم همواره از '۵ به '۳ است. آنزیم دیگری به نام دنا پلیمراز ۱ (DNA Polymerase I) می‌آید و همانندسازی را در یکی از رشته‌هایی که انتهای '۳ آزاد دارد، انجام می‌دهد ولی در یکی از رشته‌ها که انتهای '۳ آزاد ندارد آنزیمی به نام دنا پلیمراز ۳ (DNA Polymerase III) می‌آید و همانندسازی را با روش دیگری انجام می‌دهد.
ابتدا آنزیم دیگری به نام رنا پلیمراز (RNA Polymerase) می‌آید و قطعه‌های رنا را قرار می‌دهد و سپس دنا پلیمراز ۳ در کنار این قطعه می‌نشیند و همانندسازی را از جای مشخص شده‌ای ادامه می‌دهد (زیرا انرژی زیاد و جای باز ندارد). سپس دو باره این عمل کمی آن طرف‌تر یعنی به طرف '۵ انجام می‌گیرد؛ البته اینجا ۲ مشکل به وجود می‌آید: در همانندسازی دنا قطعه‌هایی از رنا وجود دارد-رشته دنای کپی شده به قطعه‌های رنا نمی‌چسبد و فاصله ایجاد می‌شود که به این فواصل، قطعات اوکازاکی گفته می‌شود.
برای رفع اشکال اول، آنزیمی به نام RNase H قطعات رنا را برمی‌دارد و به جای آن‌ها دنا می‌گذارد که این نیاز به یون منیزیم دارد.
برای رفع اشکال دوم، آنزیمی بنام آنزیم دی‌ان‌ای لیگاز می‌آید و در قطعات اوکازاکی می‌نشیند و آن‌ها را پر می‌کند.
جانوران یوکاریوتی: جانورانی مانند انسان که سلول‌های آنان دارای هسته است و همانندسازی در دو جهت انجام می‌گیرد.
جانوران پرو کاریوتی: جانورانی مانند باکتری‌ها که سلول آن‌ها هسته ندارد و کروموزوم‌ها در سیتوپلاسم پخش شده‌اند و همانندسازی در آن‌ها یک سویه است که کروموزوم‌های آنان به شکل حلقه است.