ساختار DNA
. نويسنده: nssri
نوکلئوتیدها می توانند با هر ترتیبی به طور کووالان، به هم متصلشوند و پلی مرهای طویلی را به وجود آورند.
واحد ساختاری DNA، نوکلئوتیدی است که شامل قند پنج کربنی دئوکسی ریبوز، یک فسفات و یکی از چهار نوع باز آلی می باشد. برای شماره گذاری اتم های یک مولکول، براساس قرار داد، از یک سیستم مرسوم در شیمی آلی استفاده می شود. از اینرو، در شیمی نوکلئیک اسیدها، کربن های هر قند و هر باز آلی جداگانه شماره گذاری می شوند. کربن های یک باز توسط شماره مشخص می شوند، ولی کربن های یک قند توسط نماد پریم از کربن های باز متمایز می گردند. باز نیتروژن دار به کربن یک پریم، و فسفات به کربن پنج پریم قند اتصال می یابند.بازهای DNA شامل دو نوع پورین، یعنی ادنینA، گوانین G، و دو نوع پیریمیدین یعنی تیمین T، و سیتوزین C،هستند. نوکلئوتیدها به وسیله ی پیوند های کووالان به هم اتصال می یابند تا اسکلت متناوب قند_فسفات را تشکیل دهند کربن سه پریم یک قند به فسفات پنج پریم قند مجاور متصل می شود تا یک پیوند فسفو دی استر سه پریم، پنج پریم را به وجود اورد. یک پلیمر خیلی بلند با نوکلئوتیدهایی که با هر ترتیبی به هم اتصال یافته اند، ایجاد می شود. یک زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی، دارای قطبیت ( جهت ) است. صرف نظر از اینکه یک زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی چه طولی داشته باشد، یک انتها ( انتهای پنج پریم ) دارای کربن پنج پریم متصل به فسفات است و انتهای دیگر ( انتهای سه پریم ) دارای کربن سه پریم متصل به یک گروه هیدروکسیل می باشد. اروین شارگاف و همکارانش در دانشگاه کلمبیا، در سال 1949نسبت بین باز هایDNA ، را در جانداران مختلف و بافت های متفاوت تعیین کردند. انها یک رابطه ی ساده را در بین بازها کشف کردند که کلیدی مهم برای شناسایی ساختار DNAفراهم اورد. صرف نظر از منشا DNA، شارگاف پی برد که نسبت پورین ها به پیریمیدین ها و همچنین نسبت ادنین به تیمین و گوانین به سیتوزین در حدود یک است. در مارپیچ مضاعف DNA، تعداد پورین ها با تعداد پیریمیدین ها، تعداد ادنین ها با تعداد تیمین ها و تعداد گوانین ها با تعداد سیتوزین ها برابر است. این نسبت ها تحت عنوان قوانین شارگاف شناخته شدند.
DNA، از دو زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی ساخته شده است که برای ایجاد یک مارپیچ مضاعف به دور هم می پیچند.
اطلاعات درباره ی ساختار DNAاز مطالعات پراش پرتوX، بر روی بلورهای خالص DNAبه وسیله ی یک دانشمند بریتانیایی به نام روزالین فرانکلین، به دست امد پراش اشعه یX، یک روش قدرتمند برای توصیف ساختار سه بعدی یک مولکول است و می تواند فواصل بین اتم های مولکول ها را در یک ساختار بلوری که به طور تکراری و منظم مرتب شده اند، مشخص سازد. پرتوهایX، چنان طول موج کوتاهی دارند که توسط الکترون های اطراف اتم های یک مولکول می توانند متفرق شوند. اتم های با ابرهای الکترونی متراکم بیشتر از اتم های با عدد اتمی پایین تر، الکترون ها را منحرف می کنند. قرار دادن یک بلور در مقابل تابش شدید پرتوهایX، باعث می شود که ترتیب منظم اتم های بلور، این پرتوها را در جهت های مشخصی پراکنده کند. الگوی پراکندگی اشعه های X، بر روی فیلم عکاسی به صورت نقاط تیره ای پیدا می شوند. تحلیل ریاضی الگو و فواصل بین نقاط، فواصل دقیق بین اتم ها و جهت گیری انها را در داخل مولکول اشکار می سازد. فرانکلین فیلم های کریستالوگرافی پرتوX، را از DNAقبل از این که واتسون و کریک، مطالعه ی ساختار DNA، را اغاز کنند، تهیه کرده بودند. تصاویر او به روشنی نشان میداد که DNA، یک نوع ساختار مارپیچی داشته و سه نوع الگوی تکراری منظم در ان وجود دارند. فرانکلین و ویلکینز با استفاده از این الگو ها استنباط کردند که بازهای نوکلئوتیدها ( که مولکول های مسطحی هستند ) مانند پله های یک نردبان قرار می گیرند. واتسون و کریک با استفاده از این اطلاعات، شروع به ساختن مدل هایی از اجزای DNA، کردند. بعد انها را با یکدیگر هماهنگ نموده تا با نتایج ازمایشگاهی جور دراید. بالاخره انها مدلی ارائه دادند که با اطلاعات مومود سازگار بود. زنجیره های نوکلئوتیدی فقط در صورتی با ابعاد حاصل از داده های پرتوهای X، مطابقت می کردند که هر مولکول DNAمتشکل از دو زنجیره ی پلی نوکلئوتیدی در یک مارپیچ مضاعف باشد.
در مدل انها، ستون قند_فسفات دو زنجیره، در خارج مارپیچ بودند. بازهای متعلق به دو زنجیره به صورت جفت باز در طول محور مرکزی مارپیچ باهم ارتباط داشتند. علت مشاهده ی الگوهای تکراری 0.34 نانومتر از جفت بازهای مجاور بالا و پایین فاصله دارد. چون ( جفت باز در هر دور کامل مارپیچ وجود دارد. ) پس هر دور، 3.4نانومتر طول دارد. دو زنجیره باید در دو جهت متفاوت قرار گیرند تا با اطلاعات مطابقت داشته باشد. پس در هر انتهای مارپیچ مضاعف، باید در یک رشته، پنج پریم فسفات و د رشته ی دیگر، سه پریم هیدروکسیل قرار گرفته باشد. چون دو رشته ی DNAدر دو جهت مختلف قرار دارند، گفته می شود که دو رشته نسبت به هم ناهمسو هستند.
در DNAدو رشته ای، پیوند های هیدروژنی بین Aو Tو بین CوG تشکیل می شوند.
یکی دیگر از ویژگی های مدل واتسون و کریک، تلفیق اطلاعات ترکیب شیمیایی DNAبا اطلاعات پراش پرتو X، بود. مطالعات پراش پرتوX، نشان دادند که مارپیچ مضاعف، قطر ثابت و مشخصی دارد. این یافته، با قوانین شارگاف مطابقت دارد. مطالعه ی مدل ها برای واتسون و کریک مشخص کرد که هر پله ی نردبان شامل یک پورین و یک پیریمیدین باشد، عرض مارپیچ در محل هر جفت باز، دقیقا باید دو نانومتر باشد. در عین حال، ترکیب دو پورین، پهن تر از دو نانومتر و ترکیب دو پیریمیدین، باریکتر از دو نانومتر خواهد بود، پس این قطر DNA، ثابت نمی ماند. بررسی های بیشتر بر روی مدل نشان داد که آدنین می تواند به گونه ای با تیمین جفت شود که پیوندهای هیدروژنی در بین انها به وجود ایند. در حالت دیگر، یعنی جفت شدن سیتوزین با ادنین و گوانین با تیمین، پیوند های هیدروژنی مناسب ایجاد نمی شوند. دو پیوند هیدروژنی بین ادنین و تیمین، و سه پیوند هیدروژنی بین گوانین و سیتوزین تشکیل می شود. این نحوه ی جفت شدن اختصاصی بازها، قوانین شارگاف را توجیه می کند. مقدار سیتوزین باید با مقدار گوانین برابر باشد، چون سیتوزین یک زنجیره با گوانین زنجیره ی مقابل جفت می شود و همچنین در مقابل هر ادنین در یک رشته، در رشته ی دیگر تیمین وجود دارد. توالی بازها در دو زنجیره، مکمل یکدیگر هستند. یعنی اینکه توالی نوکلئوتیدها در یک رشته، توالی نوکلئوتیدهای مکمل را در رشته ی دیگر تعیین می کند. مدل مارپیچ مضاعف تاکید می کند که توالی بازها در DNA، ان را برای ذخیره ی اطلاعات ژنتیکی مناسب می سازد و این توالی نهایتا با توالی امینواسیدها در پروتئین ها رابطه دارد. اگرچه در چگونگی جفت شدن بازها با یکدیگر محدودیت هایی وجود دارد، ولی انواع توالی های مکمل برای بازها در یک رشته تقریبا نامحدود است. چون یک مولکول DNAدر سلول می تواند میلیون ها نوکلئوتید طول داشته باشد، پس می توانیم بگوئیم توانایی ذخیره ی مقدار زیادی از اطلاعات را دارد و معمولا شامل صدها ژن است.
منابع
1: جلد دوم کتاب سولومون، مصطفی پویان، انتشارات خانه زیست شناسی، 1392
2. جلد اول کتاب کمپبل. سامان حسینخانی، خسروخواجه، انتشارات خانه زیست شناسی، 1390
3. https://www.healio.com/hematology-oncology/learn-genomics/genomics-primer/dna-definition
4.https://expertpages.com/news/dna.htm
نویسنده: نیلوفر ترکزاده ( دانشجو ارشد بیوشیمی )
بازگشت