DNA چیست؟

DNA چیست؟

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک مولکولی است متشکل از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی که به دور یکدیگر حلقه می شوند و مارپیچ مضاعفی را ایجاد می کنند که شامل دستورالعمل های ژنتیکی برای تکامل ، عملکرد ، رشد و تولید مثل همه ارگانیسم های شناخته شده و بسیاری از ویروس ها است. DNA و اسید ریبونوکلئیک (RNA)، هر دو از اسیدهای نوکلئیک هستند که در کنار پروتئین ها ، لیپیدها و کربوهیدرات های پیچیده (پلی ساکاریدها) ، جزو گروه ماکرومولکول ها قرار می گیرند که بخشی ضروری برای همه اشکال شناخته شده حیات هستند.

دو رشته DNA به عنوان پلی نوکلئوتید شناخته می شوند زیرا از واحدهای منومری ساده تری به نام نوکلئوتید تشکیل شده اند. هر نوکلئوتید از یکی از چهار نوکلئوباز حاوی نیتروژن (سیتوزین [C] ، گوانین [G] ، آدنین [A] یا تیمین [T]) ، قندی به نام دئوکسی ریبوز و یک گروه فسفات تشکیل شده است. نوکلئوتیدها از طریق پیوندهای کووالانسی (معروف به پیوند فسفو دی استر) بین قند یک نوکلئوتید و فسفات ماده بعدی به صورت زنجیره وار به یکدیگر متصل می شوند و در نتیجه ستون فقرات قند – فسفات متناوبی را ایجاد می کنند. بازهای نیتروژنی دو رشته پلی نوکلئوتیدی جداگانه ، طبق قوانین جفت شدن پایه (A با T و C با G) ، با پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می شوند و DNA دو رشته ای ایجاد می کنند. بازهای مکمل نیتروژنی به دو گروه پیریمیدین ها و پورین ها تقسیم می شوند. در مولکول DNA ، پیریمیدین ها تیمین و سیتوزین هستند. پورین ها آدنین و گوانین هستند.

رشته های DNA دو رشته ای، اطلاعات بیولوژیکی یکسانی را ذخیره می کنند. بخش بزرگی از DNA (بیش از 98٪ برای انسان) غیر کدگذاری است ، به این معنی که این بخش ها به عنوان الگویی برای توالی پروتئین عمل نمی کنند. دو رشته DNA در جهت مخالف یکدیگر قرار دارند. به هر قند یکی از چهار نوع نوکلئوباز متصل شده است. رشته های RNA با قرار گیری رشته های DNA به عنوان الگو، طی فرآیندی به نام رونویسی ایجاد می شوند ، در رشته RNA، باز آلی تیمین (T) وجود ندارد و به جای آن اوراسیل (U) جایگزین می شود.

درون سلول های یوکاریوتی ، DNA در ساختارهای طویلی به نام کروموزوم قرار می گیرد. قبل از تقسیم سلولی ، این کروموزوم ها در فرآیند تکثیر DNA ، کپی می شوند و مجموعه کاملی از کروموزوم ها را برای هر سلول دختری فراهم می کنند. ارگانیسم های یوکاریوتی (حیوانات ، گیاهان ، قارچ ها و پروتیست ها) بیشتر DNA خود را در داخل هسته سلول به عنوان DNA هسته ای و بخشی را در میتوکندری به عنوان DNA میتوکندریایی یا در کلروپلاست به عنوان DNA کلروپلاست ذخیره می کنند.

در مقابل ، پروکاریوت ها (باکتری ها و آرکی ها) DNA خود را فقط در سیتوپلاسم ، به شکل کروموزوم هایی حلقوی ذخیره می کنند. درون کروموزوم های یوکاریوتی ، پروتئین های کروماتین ، مانند هیستون ها ، DNA را منسجم و سازمان دهی می کنند. این ساختارهای فشرده كننده تعاملات بین DNA و سایر پروتئین ها را بر قرار می کنند و همچنین در کنترل رونویسی از DNA نیز نقشی ایفا می کنند.

DNA چیست؟

طبقه بندی نوکلئوباز ها در مولکول اسید نوکلئیک

نوکلوبازها به دو نوع طبقه بندی می شوند: پورین ها که شامل A و G هستند و پیریمیدین ها که شامل C و T هستند. ​​اوراسیل (U) نیز یک باز پیریمیدینی است که در RNA جای تیمین را می گیرد. تفاوت این دو باز با هم در فقدان گروه متیل در حلقه اوراسیل است.

DNA چیست؟

ssDNA در مقابل dsDNA

بیشتر مولکول های DNA در واقع دو رشته پلیمری هستند که به صورت مارپیچ و توسط پیوندهای غیرکوالانسی به هم متصل می شوند. این ساختار دو رشته (dsDNA) تا حد زیادی توسط پیوند های هیدروژنی بین رشته ای به هم متصل می شوند که قوی ترین آن ها بین دو باز آلیG ، C برقرار می شود. این دو رشته می توانند از هم جدا شوند و تشکیل دو مولکول DNA تک رشته ای (ssDNA) دهند. جدا شدن این دو رشته از هم، در دمای بالا ، غلظت نمک کم و pH بالا اتفاق می افتد (در pH کم نیز DNA تفکیک می شود، اما DNA در محیط اسیدی ناپایدار است.)

پایداری dsDNA نه تنها به مقدار GC (جفت باز های G ، C) در DNA بستگی دارد، بلکه به توالی و نیز طول مولکول (مولکول های طویل تر، ثبات بیشتری دارند.) بستگی دارند. میزان ثبات را می توان به روش های مختلف اندازه گیری کرد. یک روش معمول برای بررسی مقدار ثبات و پایداری DNA، اندازه گیری “دمای ذوب” اسید نوکلئیک است ، یعنی دمایی که در آن 50٪ از مولکول های ds به مولکول های ss تبدیل می شوند. دمای ذوب به قدرت یونی DNA نیز بستگی دارد.

در نتیجه ، هم درصد جفت بازهای GC و هم طول کلی مارپیچ دوگانه DNA در این فرآیند تاثیر دارد. مارپیچ های DNA بلند با محتوای GC بالا دارای پیوند های قوی تری هستند ، در حالی که مارپیچ های کوتاه با محتوای AT بالا ضعیف تر هستند.

در آزمایشگاه می توان قدرت این پیوند ها را با یافتن دمای لازم برای شکستن نیمی از پیوندهای هیدروژنی به دست آورد که به آن دمای ذوب یا دمای Tm گفته می شود. وقتی همه جفت بازها در مارپیچ دوگانه DNA ذوب می شوند ، رشته ها جدا می شوند و به عنوان دو مولکول کاملاً مستقل در می آیند. این مولکول های DNA تک رشته ای، شکل واحدی ندارند اما برخی از ترکیبات نسبت به بقیه پایدارتر هستند.

رشته های پایه و پیرو در DNA

آن رشته ی DNA که رونویسی می شود و RNA را می سازد و نهایتا می تواند به پروتئین ترجمه شود، توالی “پایه” نامیده می شود. رشته مقابل، توالی “پیرو” نامیده می شود. توالی پایه و پیرو می توانند در قسمت های مختلف یک رشته DNA وجود داشته باشند (یعنی هر دو رشته می توانند شامل توالی پایه و پیرو باشند). هم در پروکاریوت ها و هم در یوکاریوت ها توالی RNA پیرو تولید می شود اما عملکرد این RNA ها کاملاً مشخص نیست. یک پیشنهاد این است که RNA های پیرو در تنظیم بیان ژن نقش دارند.