آموزشی DNA

[NIRI]

مولکول DNA ( دی ان ای) یا «دئوکسی‌ریبونوکلئیک 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.

 

[NIRI]

DNA چیست؟​

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 پروتئین‌ها و انواع RNAهای موجود در بدن جانداران شناخته می‌شود. این مولکول به دلیل ساختمان و اجزای سازنده آن DNA نام گرفته است. در واقع ماکرومولکول DNA یک پلیمر بلند است از مولکول‌های قند ۵ کربنی (پنتوز)، فسفات به همراه بازهای 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).

شکل ۱: ساختمان بازهای آلی، بازهای پورین دو حلقه‌ای و بازهای پیریمیدن تک‌حلقه
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.

 

[NIRI]

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.

 

[NIRI]

DNA در کدام قسمت از بدن موجودات مختلف وجود دارد؟​

با توجه به اینکه دو نوع سلول در جانداران مختلف وجود دارد، پاسخ این سوال می‌تواند متفاوت باشد. این دو دسته سلول در موجودات زنده شامل سلول‌های یوکاریوت و پروکاریوت است. انسان و بسیاری از جانوران دیگر دارای سلول‌های یوکاریوت هستند، به این معنی که در سلول‌های آن‌ها غشای اختصاصی به دور هسته و سایر اندامک‌های درون سلولی قرار دارد. در سلول‌های یوکاریوتی، DNA درون ساختمان هسته قرار گرفته است و مقدار کمی از DNA در اندامکی به نام «میتوکندری» (Mitochondrion) که محل تولید انرژی سلول است، یافت می‌شود. به دلیل اینکه در هسته سلولی فضای محدودی برای قرارگیری DNA وجود دارد، این مولکول طی فرایندهایی به صورت متراکم در می‌آید. در سلول‌های یوکاریوتی مراحل متفاوتی برای افزایش تراکم DNA و ایجاد فرم «کروموزوم» (Chromosome) از آن انجام می‌گیرد.

شکل ۳: محل قرارگیری DNA درسلول‌های یوکاریوت و پروکاریوت
در سایر موجودات مانند باکتری‌ها، سلول‌ها به صورت پروکاریوت وجود دارند. پروکاریوت‌ها فاقد هسته و اندامک‌های درون سلولی هستند، بنابراین DNA در این سلول‌ها به صورت بسیار پیچ‌خورده در وسط سلول قرار می‌گیرد.

 

[NIRI]

مراحل متراکم شدن مولکول DNA​

برای اینکه دی ان ای با طول حدود ۲ متر بتواند در سلولی به قطر 10 تا 20 میکرون جای گیرد، باید بسیار متراکم شود، که این تراکم طی پیچ خوردگی، خمیدگی و گاهی حلقوی شدن این مولکول امکان پذیر می‌شود. در مرحله اول، برای تسهیل در ایجاد پیچ خوردگی، پروتئین‌هایی به نام «هیستون» (Histone) به کمک DNA می‌آیند. زمانی که رشته‌های DNA به دور هیستون‌ها «پیچ» (Coiling) می‌خورند و ساختاری به نام «کروماتین» (Chromatin) شکل می‌گیرد (به ساختارهایی که رشته‌های DNA پیچ‌خورده به دور هیستون‌ تشکیل می‌دهند نوکلئوزوم (Nucleosome) می‌گویند). ‌در ادامه برای افزایش تراکم، مولکول DNA طی فرایندی به نام «پیچش مضاعف» (Supercoiling) به حالتی از DNA به نام کروموزوم تبدیل می‌شود. هر کروموزوم شامل یک مولکول DNA فشرده است. در انسان ۲۳ جفت یا ۴۶ عدد کروموزوم وجود دارد. بزرگترین کروموزوم در انسان کروموزوم شماره یک است که بیش از ۸۰۰۰ هزار ژن دارد و همچنین کروموزوم شماره ۸ کوچکترین کروموزوم با حدود ۳۰۰۰ ژن محسوب می‌شود.