ساختمان DNA

مولکول DNA چیست؟

مولکول DNA (دی ان ای) یا دئوکسی‌ ریبونوکلئیک اسید (Deoxyribo Nucleic Acid) نام شیمیایی ترکیبی است که تمام اطلاعات ژنتیکی و ویژگی‌های وراثتی موجودات زنده را در بر دارد. این مولکول دارای دو رشته بسیار بلند است که به طور مارپیچ در کنار هم قرار می‌گیرند و ساختاری به شکل مارپیچ دو‌تایی (Double-Helix) را ایجاد می‌کنند. DNA در تمام سلول‌های موجودات زنده یافت می‌شود و از سلول‌های والدی به فرزندان انتقال می‌یابد.

دی ان ای تمام کدها و اطلاعات ژنتیکی جانوران، گیاهان و حتی ویروس‌ها را حمل می‌کند که این اطلاعات برای رشد، تکامل، بقا، تولید مثل و سایر عملکردهای موجودات، حیاتی است. محل قرارگیری DNA سلول‌های جانوران مختلف هسته سلول است که به عنوان مرکز ارسال دستورالعمل‌های ساخت   پروتیین ها و انواع RNAهای موجود در بدن جانداران شناخته می‌شود. این مولکول به دلیل ساختمان و اجزای سازنده اش DNA نام گرفته است. در واقع ماکرومولکول DNA یک پلیمر بلند است از مولکول‌های قند ۵ کربنی (پنتوز)، فسفات به همراه باز های  آلی نیتروژن‌دار تشکیل می‌شود. دئوکسی‌ریبوز نام قند پنتوز و اسید نوکلئیک نشان‌ دهنده فسفات و بازهای آلی موجود در مولکول است. بازهای آلی نیتروژن‌دار ساختار حلقوی دارند و به چهار شکل در مولکول DNA دیده می‌شوند: آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین (T).

این بازها به دو گروه پورین یا دو حلقه‌ای (A,G) و گروه پیریمیدین یا تک حلقه‌ای (C,T) تقسیم می‌شوند. با وجود اینکه DNA با داشتن سه بخش قند، فسفات و بازهای نیتروژنی ساختمان ساده‌ای دارد، اما نحوه و ترتیب قرارگیری همین بازها باعث ایجاد پیچیدگی‌های بی‌شماری در این مولکول می‌شود، به طوری که همه تفاوت‌ها و تنوع در جانداران به دلیل ترتیب قرارگیری و توالی این بازها به وجود آمده است.

ساختمان DNA

مولکول دی ان ای از واحدهایی به نام نوکلئوتید (Nucleotide) ساخته می‌شود. نوکلئوتیدها از یک قند پنج کربنه، فسفات و یک باز آلی تشکیل شده‌اند، به طوری که یک باز آلی با پیوند کووالانسی به قند متصل می‌شود و یک گروه فسفات از سمت دیگر با پیوند کووالانسی به قند اتصال می‌یابد. نوکلئوتیدها با پیوند فسفودی‌استر از طریق فسفات یک نوکلئوتید و OH قند نوکلئوتید دیگر به هم متصل شده و رشته‌های پلی نوکلئوتیدی را می‌سازند.

مولکول دی ان ای ساختمان دو رشته‌ای دارد و هر رشته پلی‌نوکلئوتیدی طویل است که از طریق پیوندهای هیدورژنی موجود بین بازهای آلی به هم متصل می‌شوند. پیوند هیدروژنی بین بازهای نیتروژنی کاملا اختصاصی است؛ به این صورت که بازهای آدنین و تیمین با دو پیوند هیدروژنی به هم اتصال می‌یابند و سه پیوند هیدروژنی بین دو باز سیتوزین و گوانین تشکیل می‌شود. در این ساختمان نردبانی شکل، ساختارهای قند-فسفات به عنوان ستون‌ها و بازهای آلی به همراه پیوندهای هیدروژنی پله‌های این نردبان را می‌سازند. در ساختمان DNA هر کدام از دو رشته به صورت موازی و ناهمسو روبروی هم قرار دارند؛ به این ترتیب که اگر یک رشته در ابتدا دارای گروه فسفات (‘5) و در انتهای رشته هیدروکسیل (‘3) باشد، وضعیت در رشته مقابل برعکس است؛ به این معنی که در ابتدای رشته دوم، گروه هیدروکسیل و در انتهای آن گروه فسفات قرار دارد. در باکتری‌ها گاهی دو سر رشته‌ها با پیوند فسفودی‌استر به هم متصل می‌‌شوند و ساختار DNA حلقوی را می‌سازند.

 DNA در سلول‌های بدن انسان از سه میلیارد جفت باز تشکیل شده است، این در حالی است که 99 درصد از این توالی‌ها در تمام انسان‌ها یکسان است. براساس مطالعات انجام شده، کوتاه‌ترین مولکول DNA متعلق به باکتری به نام (Carsonella Ruddi) است که در بدن یک حشره زندگی می‌کند. DNA این باکتری 160000 جفت باز دارد. بزرگترین مولکول DNA نیز در گیاهی به نام پاریس (Paris Japonica) با طول 150 میلیارد جفت باز مشاهده شده است.

همانندسازی DNA

دی‌ان‌ای پلیمراز در حال حرکت بر روی یک رشته دی‌ان‌ای، دو رشتهٔ دی‌ان‌ای را به یاری آنزیم هلیکاز مانند زیپ از یکدیگر جدا کرده و سپس از روی هر رشته، یک رشتهٔ نو ساخته می‌شود؛ به این گونه که یک آنزیم به نام دی‌ان‌ای

پلیمراز (دنا بسپاراز) بر روی نوار پلی‌نوکلئوتیدی حرکت می‌کند و با به‌کارگیری نوکلئوتیدهای آزاد که در سیتوپلاسم هستند (دارای ۲ یا ۳ گروه فسفات) هر نوکلئوتید را در برابر نوکلئوتید مکمل خود می‌گذارد.

دی‌ان‌ای پلیمراز تنها در سوی انتهای بدون فسفات به سوی انتهای فسفات‌دار نوار پلی‌نوکلئوتیدی حرکت می‌کند. از آن‌جا که دو رشته دی‌ان‌ای هم‌ پادسو هستند، در یک رشته، همانندسازی پیوسته انجام می‌شود و در رشته دیگر ('۵ به '۳) به‌شکلی پاره‌پاره انجام می‌شود که در پایان، آنزیم لیگاز، قطعات مجاور را به هم می‌پیوندد (پیوند فسفودی‌استر رخ می‌دهد).

آنزیم دی‌ان‌ای پلیمراز توانایی دیگری نیز دارد و آن ویرایش است: در صورتی که نوکلئوتید اشتباهی به دی‌ان‌ای‌های دختر اضافه‌شود، یعنی مکمل نباشد، این آنزیم برمی‌گردد و نوکلئوتید غلط را جدا و آن را با نوکلئوتید صحیح تعویض می‌کند. اگر این اشتباهات تصحیح نشوند در دی‌ان‌ای‌های دختر باقی مانده و به نسل بعد منتقل می‌شوند. به این اشتباهات تصحیح نشده جهش می‌گویند.                 

حال با توجه به نکاتی که با هم مرور کردیم بریم تا یک DNA با استفاده از نوکلئوتید ها و فسفات های داده شده بسازیم و بعد طبق راهنما در قسمت نکات همانند سازی انجام دهیم تادر نهایت به دو DNA برسیم.