همه چیز در مورد ساختار و عملکرد دنا
سلام به تجربي هاي عزیز دل‌مون!
موقعي که دانش آموزهاي عزيزمون فصل 1 زیست دوازدهم رو مطالعه مي‌کنن با اسم چندين دانشمند و انواع آزمايش‌هاشون برخورد مي‌کنن. چيزي که اينجا خيلي اهميت داره ترتيب انجام اين آزمايشات توسط اين دانشمندان هستش اونم بر اساس هدف انجام آزمايش و نتايجي است که به دست آوردن. چيزي که بايد قبل هر چيزي از هم تفکيک کنيد تفاوت بين اين سه مفهومه:
- کاشف نوکلئيک اسيدها
- کاشف عملکرد دنا
- کاشف ساختار دنا
زماني که دنا يا به عبارتي نوکلئيک اسيدها کشف شدن کسي در مورد عملکرد دنا و ساختار دنا اطلاعات دقيقي در دست نداشت و طبيعتاً ارزش و اهميت اين مولکول هم به خوبي درک نمي‌شد. بعد از مدتی که از کشف دنا گذشت، عملکرد و کارش مشخص شد و در واقع معلوم شد ماده‌اي هستش که بين جانداران منتقل ميشه و به ارث مي‌رسه و مشخص شد که اين ماده، همون دنا است.
اما چند سال بعد با تلاش دانشمندان، ساختار دنا کشف شد. پس دقت کنيد که ساختار دنا بعد از کشف عملکرد دنا معلوم گرديد. اما مهم‌ترين نکته اينه که بدونيد علم زيست شناسي زماني متحول شد که ساختار دنا کشف شد!
با ما همراه باشيد تا بهتون ياد بديم که چطوري بايد اين مطالب رو مطالعه بفرماييد
کشف نوکلوئیک اسید ها
«فردريک ميشر» دانشمندي سوئيسي و اولين شخصي بود که نوکلئيک اسيدها يعني دنا و رنا رو کشف کرد و در اين زمان هنوز اطلاعاتي در مورد ساختار و عملکرد دنا وجود نداشت. چون تو کتاب درسي فقط تو بخش “بيشتر بدانيد“ به اين بحث توجه شده ما هم نمي‌خوايم زياد رو آزمايشات ميشر بحث کنيم! فقط ذکر چند نکته از اين دانشمند خالي از لطف نيست:
- اولين بار نوکلئيک اسيدها رو به صورت ترکيبات سفيد رنگي مشاهده کرد.
- اين نوکلئيک اسيدها رو از هستۀ ياخته‌هاي گلبول‌هاي سفيد انسان و اسپرم ماهي استخراج کرد.
- نوکلئيک اسيد به معناي اسيد هسته‌ايه و علت اين نام‌گذاري هم اينه که چون اين مواد رو از هسته ياخته‌ها استخراج کرد واژه نوکلئيک به معناي هسته رو انتخاب کرد و چون خاصيت اسيدي ضعيفي هم دارن از واژه اسيد استفاده نمود.
کشف عملکرد DNA
همه چیز در مورد ساختار و عملکرد دنا
کشف عملکرد دنا يا به عبارتي دقيق‌تر، مادۀ وراثتي بودنش توسط آزمايشات گريفيت و همچنين ايوري و همکارانش کشف گرديد. اجازه بديد از اول داستان شروع کنم:
يه زماني باکتري‌شناسي انگليسي به اسم گريفيت مي خواست واکسني عليه بيماري آنفولانزا بسازه يا بهتر بگم که کنکوري‌هاي عزيزم بيشتر استفاده کنن؛ در واقع گريفيت مي‌خواست با ساختن ماده‌اي از ابتلای افراد جامعه به بيماري آنفولانزا جلوگيري کنه و سطح ايمني افراد جامعه رو بالا ببره و اونم که دانش‌آموزاي عزيزمون بهتر مي‌دونن؛ منظورمون ايمني فعاله چرا که پادتن و ياخته، توسط خود شخص ساخته ميشه.
برگرديم به اصل موضوع که اونم ساختن واکسن توسط گريفيت بود. در اون زمان به اشتباه، تصور مي‌شد که عامل آنفولانزا نوعي باکتري هستش به اسم «استرپتو کوکوس نومونيا». در حالي که امروزه مي‌دونيم عامل اين بيماري نوعي ويروسه نه باکتري. بنابراين آقاي گريفيت اشتباهي براي ساخت واکسن آنفولانزا رفت سراغ اين باکتري.
دو نوع از اين باکتري وجود داره: 1. باکتري پوشينه‌دار 2. باکتري بدون پوشينه
امروزه مي‌دونیم نوع پوشينه‌دارش برخلاف بدون پوشينه‌ش باعث بيماري ذات الريه (سينه پهلو) ميشه.
گريفيت با يک سري آزمايشات انواع مختلف اين باکتري رو به موش تزريق کرد و ضمن مطالعۀ اين آزمايشات متوجه شد که يه ماده‌اي بايد بين انواع ياخته‌هاي باکتري منتقل بشه و اين ماده رو همون ماده وراثتي ناميد اما ماهيت اين ماده وراثتي رو نتونست مشخص کنه يعني تشخيص نداد که از بين درشت مولکول‌ها يا همون مواد آلي، کدوم يکيش مادۀ وراثتيه؟!
اين نکته رو هم اشاره کنم که هدف اوليه و اصلي آقاي گريفيت کشف ماده وراثتي نبود و هدف اصليش ساختن نوعي واکسن بود و اتفاقي متوجه وجود مادۀ وراثتي شد.
16 سال بعد از گريفيت آقاي ايوري با مشارکت عده‌اي از همکارانش و با يک سري آزمايشات ثابت کرد که ماده وراثتي که گريفيت در موردش صحبت کرده بود همون دنا هستش. هرچند که در ابتداي کار با مخالفت تعدادي از دانشمندان روبرو شد چون معتقد بودند ماده وراثتي بايد پروتئين باشه نه دنا! تا اين که بالاخره همه‌شون رو قانع کرد که مادۀ وراثتي همون دناست.
ايوري حتي موفق شد نحوۀ انتقال مادۀ وراثتي يا همون دنا رو بين باکتري‌ها کشف کنه و معتقد بود که مادۀ وراثي با روش ترانسفورماسيون و همراه با تغيير شکل انجام ميشه که اون تغيير شکل در آزمايشات خودش در واقع همون تبديل باکتري زندۀ بدون پوشينه به باکتري زنده پوشينه‌دار بود.
پس کشف عملکرد دنا حاصل فعاليت‌هاي گريفيت، ايوری و همکارانش بود.
کشف ساختار DNA
همه چیز در مورد ساختار و عملکرد دنا
بعد از کشف عملکرد دنا چندين سال طول کشيد تا بالاخره ساختار دنا کشف گرديد و در واقع علم زيست‌شناسي زماني که ساختار دنا کشف گرديد متحول شد. قبل از اشاره به تحقيقات دانشمنداني که تو اين زمينه ايفاي نقش نمودند اجازه بديد مختصر نکاتي رو در مورد دنا ذکر کنيم:
- دنا بخشي از نوکلئيک اسيدها محسوب ميشه.
- واحد سازنده دنا واحدهاي تکراري نوکلئوتيد هستش.
- هر نوکلئوتيد سازنده دنا از سه بخش تشکيل شده که شاملِ الف) قند دئوکسي ريبوز ب) باز آلي نيتروژن‌دار پ) گروه فسفاته.
- هر نوکلئوتيد شامل يکي از بازهاي آلي نيتروژن‌دار هستش که اونم شامل: A+T+C+G
- نوکلئوتيدهاي يک زنجيرۀ دنا از طريق بخش قند و فسفاتشون با پيوند فسفودي استر به هم متصل مي‌شن.
- نوکلئوتيدهاي روبروي هم در دو زنجيره دنا از طريق بازهاي آلي شون با پيوند هيدروژني بهم متصل مي‌شن.
- وقتي نوکلئوتيدهاي يک زنجيره با پيوند فسفو دي استر بهم متصل مي‌شن يک زنجيرۀ پلي نوکلئوتيدي رو با هم تشکيل ميدن (يعني تعداد زيادي نوکلئوتيد بهم زنجير و متصل شدن).
- هر مولکول دنا از دو زنجيرۀ پلي نوکلئوتيدي مارپيچي تشکيل شده که روبروي هم قرار مي‌گيرن.
- دو نوع مولکول دنا داريم : 1. دناي خطي دناي حلقوي
وقتي دو سر مولکول دنا باز باشه ميگن دنامون خطيه.
وقتي هم که دو سرش بهم متصل باشه ميگن دنا حلقويه .
کنکوري‌هاي عزيزمون اين نکته رو دقت کنن که تو دناهاي خطي، تعداد پيوندهاي فسفودي استر، دو تا از تعداد نوکلئوتيدها کمتره ولي در دناهاي حلقوي تعداد نوکلئوتيدها با تعداد پيوندهاي فسفو دي استر برابره.
حالا به عملکرد تعدادي از دانشمنداني که در کشف ساختار دنا نقش مهمي داشتن مي‌پردازيم:
- چارگاف:
قبل از چارگاف اعتقاد بر اين بود که در يک مولکول دنا تعداد هر 4 نوع نوکلئوتيد با هم برابرن.
چارگاف با آزمايشاتي که انجام داد نشون داد اين تصور نمي‌تونه درست باشه چون از نتايج آزمايشات‌ش متوجه شده بود که در يک مولکول دنا تعداد نوکلئوتيدهاي آدنين‌دار
(A) با نوکلئوتيدهاي تيمين‌دار (T) برابره و از اون طرفم تعداد نوکلئوتيدهاي سيتوزين‌دار (C) با نوکلئوتيدهاي گوانين‌دار ( G ) برابره. به عبارتي:
{A=T
C=G}
نکتۀ مهم اين بود که چارگاف نتونست علت برابري اين نوکلئوتيدها رو توضيح بده و فقط مشاهداتش از آزمايشات رو ذکر کرد. اين کار توسط واتسون و کريک انجام شد.
کنکوري هاي عزيزم اين نکته رو خيلي دقت کنن که برابري اين تعداد نوکلئوتيدها در مجموع دو زنجيره پلي نوکلئوتيدي دنا مدنظر هستش وگرنه در يک زنجيره پلي نوکلئوتيدي اين نوکلئوتيدها برابر نيستن.
- ويلکينز و فرانکلين:
مشاهدات اين دو دانشمند با استفاده از اشعه ايکس نشون داد که:
- دنا حالت مارپيچي داره.
- دنا از بيش از يک زنجيره تشکيل شده.
- و همچنين موفق شدند که ابعاد مولکول ها رو هم بدست بيارن.
کنکوري‌هاي عزيز دقت کنن که اين دو دانشمند دقيقاً پي نبردند که دنا از دو زنجيره تشکيل شده فقط مي‌دونستن که از يک زنجيره بيشتره. تعداد دقيق زنجيره‌ها که دو تا هستش مربوط به نتايج واتسون و کريک بود.
- واتسون و کريک:
آخرين اطلاعاتي که امروزه در مورد ساختار مولکول دنا هستش مربوط به اين دو دانشمند يعني واتسون و کريکه که البته اونها هم تو تحقيقات‌شون از نتايج چارگاف و ويلکينز و فرانکلين هم استفاده کردن. حالا اجازه بديد به مهم‌ترین نتايج واتسون و کريک اشاره‌اي داشته باشيم:
الف ) وجود دو زنجيره پلي نوکلئوتيدي در دنا
ب) وجود پيوند فسفو دي استر بين نوکلئوتيدهاي يک زنجيره
ج) وجود پيوند هيدروژني بين نوکلئوتيدهاي مقابل هم در دو زنجيره پلي نوکلئوتيدي
د) توضيح علت برابري نوکلئوتيدهاي آدنين با تيمين و همچنين سيتوزين با گوانين در يک مولکول دنا آن هم با ارائه اصلي به نام «بازهاي مکمل»
اينم بگم دوستان عزيزم که کشف نحوۀ همانندسازي دنا به آزمايشات مزلسون و استال مربوط ميشه که مشخص نمودن که دنا با روش نيمه حفاظتي همانندسازي مي‌کنه.
