نگین علوم

دی.ان.ای یا دنا سرواژهٔ عبارت دئوکسی ‌ریبونوکلئیک ‌اسید نوعی اسید نوکلئیکمی‌باشد که دارای دستورالعمل‌های ژنتیکی است که برای کار کرد و توسعه بیولوژیکی موجودات زنده و ویروس مورد استفاده قرار می‌گیرد. نقش اصلی مولکولDNA ذخیره سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی می‌باشد.

کار دی ان ای در سلول‌ها

پیام های ژنتیکی موجود در مولکول DNA در نهایت برای مواردی چون ساخت پروتئینو مولکول‌های RNA در یاخته، مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطعه هایی از DNA که پیام های ژنتیکی را باخود حمل می‌کنند ژن نامیده می‌شوند ولی DNA توالی‌های دیگری نیز دارد که برای ساخت خود DNA یا تنظیم استفاده از اطلاعات ژنتیکی موجود در ژن، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از لحاظ شیمیایی، DNA از دو رشته طولانی پلیمری با واحدهای ساختاری از جنس نوکلئوتید تشکیل شده ‌است که شامل ستون‌هایی از گروه‌های قند و فسفات هستند.اتصال نوکلئوتیدها به هم در زنجیره توسط گروه های هیدروکسیل کربن 3́ قند و́ 2 ریبوز است به این اتصال فسفودی استر می گویند؛ که در نهایت اسکلت DNA ساخته می شود.این دو رشته DNA 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 برای ساخت اسیدآمینه که واحدهای سازنده پروتئین می‌باشند مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رمز ژنتیکی توسط مولکول  RNAدر مرحله برگردان خوانده می‌شود و برای ساخت اسیدآمینه مورد استفاده قرار می‌گیرد. DNA در داخل یاخته به شکل سازه‌هایی به نام فام تن می‌باشد. دو نسخه از هر فام تن در زمان تقسیم یاخته ساخته می‌شود. فرآیند تکثیر به دو نسخه را نسخه برداری DNA می‌نامند. فام تن در هوهسته ای ها)جانوران، گیاهان، قارچ‌ها، آغازیان (در بخشی به نام هسته یاخته قرار می‌گیرد در حالیکه در پیش هسته ای ها) باکتری و آرکی‌ها) در سیتوپلاسم یاخته قرار دارد و جایگاه مشخصی ندارد. در داخل فام تن پروتئین‌های کروماتینی )کروماتین واحد سازنده DNA می‌باشد) مانند هیستون وجود دارد که وظیفه فشرده سازی DNA 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.

ویژگی‌ها

1-       DNA پلیمری است که از رشته‌های تکرار شونده شامل واحدهای سازنده‌ای از جنس نوکلئوتید می‌باشد.

2-        طول رشته زنجیرهای DNA ۲۲ تا ۲۶ آنگستروم (۲٫۲ تا ۲٫۶ نانومتر)وعرض آن آنگستروم یا (۰٫۳۳ نانومتر) می‌باشد

3-        اگرچه هر واحد تکرار شونده DNA بسیار کوچک می‌باشد ولی رشته پلیمری DNA ممکن است از میلیون‌ها نوکلئوتید تشکیل شده باشد.برای مثال بزرگترین فام تن انسان، فام تن شماره یک دارای طولی به اندازه ۲۲۰میلیون باز آلی مکمل می‌باشد.

4-        دو رشته سازنده DNA 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 به طورمثال در DNA به آن پلی نکلئوتید گفته می‌شود.

5-       رشته‌های DNA از واحدهایی متشکل از قند وگروه فسفات می‌باشد که به صورت متناوب وتکراری در طول رشته قرار گرفتند.

6-        قند مورد استفاده در DNA دئوکسی ریبوز که نوعی پنتوز(قند پنج کربنی) است تشکیل شده‌است. قندها توسط گروه‌های فسفری به یکدیگر پیوند داده شده‌اند.

DNA مي تواند در شرايط متفاوت به يكي از حالت هاي زير ديده شود.

حالت Bفرم عادی داخل یاخته است.

DNA یک مارپیچ راست گردان است .اگر دست راست را بالای مولکول DNA قرار داده به طوریکه انگشت شصت به سمت بالا و در طول محور بلند مارپیچ باشند و انگشتان شیارها را در مارپیچ دنبال کنند یکی از رشته ها را در جهتی دنبال کنید که انگشت شصت شما اشاره می کند هر جفت باز نسبت به قبلی 36 درجه دور می زند.

جا به جا شدگي باز موقعی رخ می دهد که یک باز از زنجیره خارج شود. این امر باعث متیله شدن باز یا حذف بازهای آسیب دیده می شود. به نظر می رسد زی مایه دخیل در نوترکیبی هم ساخت و هم چنین ترمیم DNA برای یافتن مکان های هم ساخت یا آسیب دیده شروع به بررسی مولکول DNA و خارج کردن تک تک بازها می کنند . این عمل انرژی زیادی نیاز ندارد.

چرخش پروانه ايحالتی است که باز نسبت به محور بزرگ می چرخد . به طوریکه دو عضو شرکت کننده در یک جفت باز، همیشه به طور دقیق در یک صفحه نیستند؛ آن ها می توانند یک نظم چرخش پروانه ای به خود بگیرند در این نظم دو باز در جهت عکس هم حول محور بزرگ جفت باز چرخیده و به جفت باز ویژگی شبیه پروانه می دهد.

واسرشته شدن DNA حالتی است که وقتی DNA در دمایی بیش از دمای بدن قرار می گیرد یا در PHبالا قرار دارد حاصل می شود و نیروهای ضعیف بین دو رشته از بین رفته و دو رشته باز می شود. دو رشته ی DNA از آن جایی که به وسیله ی نیروهای ضعیف به هم وصل هستند با حرارت دادن محلول تا دمایی بیش از دمای بدن یا تحت شرایط PH بالا می تواند واسرشته شود.

بازسرشته شدن DNA موقعی ایجاد می شود که دو رشته ی واسرشته شده در شرایط مناسب دوباره به یکدیگر متصل شوند. یکی از دلایل ناهمگنی ژنی در هوهسته ها این است که بعد از وا سرشته شدن با سرعت های متفاوتی به سمت باز سرشته شدن می روند بعضی بسیار سریع (این قطعه ها تعدادشان زیاد است) و بعضی بسیار کند هستند. (این قطعه ها تعدادشان کم است)

هيبريدشدگي به معنای این است که دو رشته از دو منبع مختلف به یکدیگر متصل شوند حتی یکی از رشته ها می تواند RNA باشد.

افزايش جذب حالتی است که در آن میزان جذب نوری DNA افزایش می یابد. بیشترین میزان جذب در 260 nmدیده می شود که در آن بازها مسئول هستند. با باز سرشته شدن DNA پدیده ی كاهش جذب رخ خواهد داد. کاهش جذب به علت روی هم قرار گیری بازهاست .اگر دمای محلول DNA تا دمای آب جوش بالا رود چگالی نوری که جذب می شودبه طور قابل توجهی بالا می رود. نقطه ذوب DNA که آن را باTm نشان می دهند دمایی است که در آن DNA مشابه یخ ذوب می شود و از ساختار نظم دار مارپیچ به ساختار تک رشته ای با نظم کمتر تبدیل می شود. نقطه ی ذوب بستگی به درصد C:Gوقدرت یونی محلول دارد؛ که هرچه بیشتر باشد دما هم افزایش می یابد ذوب شدن پدیده ای تعاونی است.

ابرمارپيچ مثبت و منفي:میزان ابرمارپیچ با اندازه گیری اختلاف بین LK°وLK محاسبه می شود که تفاوت اتصال نامیده می شود.اگر مقدار آن برای یک cccDNAبه طور معنی داری غیر از صفر باشد این DNA تحت فشار پیچشی قرار دارد. و گفته می شود این مولکول دارای ابر مارپیچ منفی است و بر عکس اگر LK>LK°باشد دارای ابر مارپیچ منفی است.

باز آلی

DNAنوکلئوتید 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 شکلآدنین، باز تیمین، باز سیتوزین و باز گوانین وجود دارند که از این میان، باز آدنین مکمل تیمین، و باز گوانین مکمل سیتوزین می‌باشد. این توالی دورشته‌ای غیر قطبی و نامحلول در آب می‌باشد. 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 سبب زنجیره دو رشته‌ای DNA را به زیپ لباس تشبیه کرده‌اند که به راحتی در اثر فشار یا گرمای بالا از یکدیگر جدا می‌شوند. پیوند مولکول هیدروژنبین دو باز مکمل آدنین-تیمین با گوانین-سیتوزین متفاوت می‌باشد. 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 تعیین کننده استحکام DNA می‌باشد بطوریکه هرچه مقدار آن بیشتر باشدDNA مستحکم تر است.

همانند سازی DNA

همانند سازی برای انجام گرفتن تقسیمات سلولی یا همان میتوز و میوز می‌باشد. در این اعمال سلولی با ۴۶ فام تن به دو سلول ۴۶ فام تنی دیگر تقسیم می‌شود که باید هر فام تن قبل از تقسیم، فام تنی مانند خود را پدید آورد. ابتدا آنزیمی به نام هلیکاز(helicase)دو رشته به هم پیچیده DNA را از هم جدا می‌کند(علت نام گذاری این آنزیم به این دلیل است که پیوند بین دو رشته، از نوع پیوند هیدروژنی می‌باشد)؛ 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 می‌باشد؛ 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 می‌باشد. آنزیم دیگری به نام DNA Polimerase 1 می‌آید و همانند سازی 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 DNA Polimerase 3 می‌آید و همانند سازی را با روش دیگری انجام می‌دهد. ابتدا آنزیم دیگری بنام RNA Polimerase می‌آید و قطعه‌های RNA را قرار می‌دهد و سپس DNA Polimerase 3 در کنار این قطعه می‌نشیند و همانند سازی را از جای مشخص شده‌ای ادامه می‌دهد(زیرا انرژی زیاد و جای باز ندارد). سپس دوباره این عمل کمی آن طرف‌تر یعنی به طرف '۵ انجام می‌گیرد؛ البته اینجا دو مشکل به وجود می‌آید:

 در همانند سازی DNA قطعه‌هایی از RNA وجود دارد - رشته DNA کپی شده به قطعه‌های RNA نمی‌چسبد و فاصله ایجاد می‌شود که به این فواصل، قطعات اوکازاکی گفته می‌شود. برای رفع اشکال اول، آنزیمی بنامRNase H قطعات RNA را بر می‌دارد و به جای آن‌ها DNA می‌گذارد که این نیاز به یون منیزیم دارد. برای رفع اشکال دوم، آنزیمی بنام) DNA Ligase لیگاز) می‌آید و در قطعات اوکازاکی می‌نشیند و آن‌ها را پر می‌کند.

جانوران یوکاریوتی: جانورانی مانند انسان که سلول‌های آنان دارای هسته میباشد و همانند سازی در دو جهت انجام میگیرد.

 جانوران پرو کاریوتی: جانورانی مانند باکتری‌ها که سلول آن‌ها هسته ندارد و کروموزوم‌ها در سیتوپلاسم پخش شده‌اند و همانند سازی در آن‌ها یک سویه میباشد که کروموزوم‌های آنان به شکل حلقه می‌باشد.