دی‌ان‌ای
دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید به اختصار دی‌اِن‌اِی یا دنا گونه‌ای اسید نوکلئیک است که دارای دستورالعمل‌های ژنتیکی است که برای کارکرد و توسعهٔ زیستی جانداران و ویروس‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. نقش اصلی مولکول دی‌ان‌ای ذخیره‌سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی و دستوری است. 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، تا اینکه ایوری ثابت کرد نوکلئیک اسیدها عامل فرایند انتقال صفات هستند. 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 راجع‌به دی‌ان‌ای دست یابند، از جمله این‌که مولکول دی‌ان‌ای بیش از یک رشته و حالت مارپیچ دارد. دی‌ان‌ای مولکولی است که دستورهای ژنتیکی مورد استفاده در توسعه و عملکرد همه جانداران شناخته‌شده و بسیاری از ویروس‌ها را کدگذاری می‌کند. دی‌ان‌ای پلی‌مری است که مونومر آن نوکلئوتیدها هستند و بخشی از این مولکول ها 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 شده‌است؛ 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: شباهت‌ها:
هر نوکلئوتید تنها یک باز آلی نیتروژن‌دار دارد که آن می‌تواند از گونه آدنین (A) یا گوانین (G) یا سیتوزین (C) یا تیمین (T) باشد. این بازها یا پریمیدین (تک‌حلقه‌ای) هستند (مانند T و C) یا پورین (دوحلقه‌ای) (A و G).
دربارهٔ پیوندی که میان این بازها ایجاد می‌شود:
نوکلئیک اسیدها برای نخستین بار در زمستان ۱۸۶۹ توسط دانشمند سوئیسی به نام فردریش میشر کشف شد. میشر ترکیبات سفید رنگی را از هستهٔ گلوبول‌های سفید انسان و خون 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. سپس فردریک گریفیت در آزمایشی موسوم به آزمایش گریفیت به‌طور اتفاقی پی برد صفات و ویژگی‌ها می‌توانند از یک باکتری (سلولی) به باکتری (سلولی) دیگری انتقال یابند (اثبات وجود و انتقال مادهٔ وراثتی از سلولی به سلول دیگر).
پس از آن اسوالد ایوری در سال ۱۹۴۴ نشان‌داد که مادهٔ وراثتی، نوکلئیک‌اسید (DNA) است.
در سال ۱۹۵۰ اروین چارگف اثبات‌کرد نسبت گوانین و سیتوزین با هم و نسبت آدنین و تیمین با هم برابر است (اصل چارگف).
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 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 مطرح‌شد.
پیام‌های ژنتیکی موجود در مولکول دی‌ان‌ای در پایان برای مواردی چون ساخت پروتئین و مولکول‌های آران‌ای یا رنا (RNA) در یاخته، مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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؟
این توالی‌ها در فرایند ترجمه شرکت ندارند.
از لحاظ شیمیایی، دی‌ان‌ای از دو رشتهٔ بلند پلیمری با واحدهای ساختاری به‌نام نوکلئوتید تشکیل شده‌است؛ 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). دی‌ان‌ای در درون سلول به شکل سازه‌هایی به نام کروموزوم است.
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.بازهای نوکلئوتیدی به دو گروه تقسیم می‌شوند: دی‌ان‌ای می‌تواند در شرایط متفاوت به یکی از حالت‌های زیر دیده شود: حالت B فرم عادی درون یاخته است.
دی‌ان‌ای یک مارپیچ راست گردان 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.
جابه‌جا شدگی باز موقعی رخ می‌دهد که یک باز از زنجیره خارج شود. این امر باعث متیله شدن باز یا حذف بازهای آسیب دیده می‌شود. به نظر می‌رسد زی مایه دخیل در نوترکیبی هم ساخت و همچنین ترمیم دی‌ان‌ای برای یافتن مکان‌های هم ساخت یا آسیب دیده آغاز به بررسی مولکول دی‌ان‌ای و خارج کردن تک تک بازها می‌کنند. این عمل انرژی زیادی نیاز ندارد.
چرخش پروانه‌ای حالتی است که باز نسبت به محور بزرگ می‌چرخد. 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.
افزایش جذب حالتی است که در آن میزان جذب نوری دی‌ان‌ای افزایش می‌یابد. بیشترین میزان جذب در ۲۶۰ نانومتر دیده می‌شود که در آن بازها مسئول هستند. با باز سرشته شدن دنا پدیدهٔ کاهش جذب رخ خواهد داد. کاهش جذب به علت روی هم قرارگیری باز هاست. 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.
پیش از انجام تقسیمات سلولی بایست مولکول‌های دی‌ان‌ای همانندسازی شوند تا اطلاعات وراثتی بدون کم‌وکاست به هر دو سلول دختری انتقال یابند. 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 شده‌است 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. آنزیم دیگری به نام DNA پلیمر از 1 (DNA Polymerase I) می‌آید و همانندسازی (دو برابر شدن DNA) را در یکی از رشته‌هایی که انتهای '۳ آزاد دارد، انجام می‌دهد اما در یکی از رشته‌ها که انتهای '۳ آزاد ندارد آنزیمی به نام DNA پلیمراز 3 (DNA Polymerase III) می‌آید و همانندسازی را با روش دیگری انجام می‌دهد. نخست آنزیم دیگری به نام RNA پلیمراز (RNA Polymerase) می‌آید و تکه‌هایی از رنا را قرار می‌دهد و سپس DNA پلیمراز ۳ در کنار این تکه‌ها می‌نشیند و همانندسازی را از جای مشخص شده‌ای ادامه می‌دهد. سپس دوباره این عمل کمی آن طرف‌تر یعنی به طرف '۵ انجام می‌گیرد؛ البته اینجا ۲ مشکل به وجود می‌آید: ۱. در همانندسازی دنا، تکه‌هایی از RNA وجود دارد. ۲. 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).
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: در پروکاریوت‌ها (شامل همه باکتری‌ها) همانندسازی یک‌جهته است.