مولکولهای اطلاعاتی زیست دوازدهم
چه عاملی سبب میشود که فرزندان از مادر و پدرشان ویژگیهایی را به ارث ببرند؟ پاسخ در کلمهای بسیار پر معنا به نام ژن خلاصه میشود. اما این کلمه خودش چه معنایی دارد؟ یعنی ژن چگونه موجب انتقال اطلاعات میشود؟ برای دانستن پاسخ این سوال شما باید با مبحثی به نام مولکولهای اطلاعاتی آشنا شوید. بنابراین با خواندن زیست دوازدهم اولین گامهای شناخت این مولکولهای خارقالعاده را بردارید.
گفتار۱: نوکلئیک اسیدها
مبحث مولکولهای اطلاعاتی موضوعی بسیار پیچیده و مفصل است که طبق برنامه زیست دوازدهم آن را برای شما در ۳ گفتار خلاصه کردهایم. گفتارِ یک از مهمترین عامل صفات وراثتی آغاز میشود و تا مبحث دخالت کردن نوکلئیکها در سوخت و ساز ادامه پیدا میکند.
مهمترین عامل انتقال صفات
مهمترین عامل انتقال صفات، مولکول DNA است. این مولکول همراه با پروتئینها فامتنها را میسازند که در هسته قرار دارند. پس هستهها به واسطه این خصلتشان تمام ویژگیهای سلولها را کنترل میکنند.
اولین بار یک باکتریشناس انگلیسی به نام گریفیت توانست اطلاعات اولیه درباره ماده وراثتی را به دست آورد. گریفیت در آن زمان در فکر تولید واکسنی برای آنفولانزا بود که باکتری استرپتوکوکوس نومونیا را عامل آن میدانستند.
این باکتریشناس استرپتوکوکوس نومونیا را در دو نوع دارای پوشینه و بدون آن تهیه کرد. سپس طی آزمایشی متوجه شد که تنها نوع پوشینهدار این باکتریها بیماری ایجاد میکند. اما چگونه؟ و چرا؟ یعنی تنها پوشینه موجب بیماری میشود؟
گریفیت بعد از مشاهده این موضوع که تنها باکتریهای پوشینهدار موجب بیماری میشوند، آزمایش دیگری انجام داد. در آزمایش بعدی او باکتریهای پوشینهدار را کشت و به موشها تزریق کرد. او متوجه شد که باکتریهایی که تنها پوشینه از آنها باقی مانده است و کاملا کشته شدهاند، بیماری ایجاد نمیکنند. پس پوشینه عامل بیماری نبود. در آزمایش بعدی، او ترکیبی از باکتریهای زنده بدون پوشینه را همراه با باکتریهای پوشینهدار کشتهشده به موشها تزریق کرد و دید که موشها مردند! چرا؟
چون ماده وراثتی آنها از یک یاخته به یاخته بعدی منتقل شده بود. بنابراین تعدادی از موشهای زنده ماده وراثتی را گرفتهاند و شروع به پوشینهسازی کردهاند و پس در نتیجه بهواسطه پوشینه خود توانستهاند از سیستم ایمنی بدن موش در امان بمانند. این موضوعی بود که گریفیت در آن زمان توانست به آن پی ببرد، اما او نفهمید که این عامل موثر در انتقال صفات اصلا چیست و چه ماهیتی دارد! بالاخره ۱۶ سال پس از او دانشمندی به نام ایوری به کمک همکارانش ماهیت این مولکولهای اطلاعاتی را کشف کرد. اما چگونه؟
آنها برای اینکه ماهیت مادهای را که وراثت را انتقال میداد، مشخص کنند، ابتدا باکتریهای کشتهشده پوشینهدار را تهیه کردند و تمام پروتئينهای آنها را از بین بردند. اما باز هم انتقال صفات صورت گرفت؛ پس متوجه شدند که پروتئین عامل اصلی انتقال صفات نیست. آنها طی آزمایشهای بعدی، سایر ترکیبات را نیز مانند پروتئین تک به تک حذف کردند و دیدند تنها در صورت حذف نوکلئیک اسید انتقال صفات صورت نمیگیرد. پس مولکولهای اطلاعاتی، همان نوکلئیک اسیدها هستند.
ساختار نوکلئیک اسید
نوکلئیک اسیدها شامل ریبونوکلئیک اسیدها (رنا) و دئوکسی ریبونوکلئیک اسیدها (دنا) هستند. این دو از واحدهای پلیمری به نام نوکلئوتید تشکیل شدهاند. این نوکلئوتید خودش شامل سه بخش با نامهای قند پنج کربنه و باز آلی نیتروژندار و گروه فسفات است. باید به یاد داشت که از قند پنج کربنه و باز آلی نیتروژندار تنها یک عدد در هر نوکلئوتید وجود دارد، اما در گروه فسفات مابین یک تا سه گروه جای داده شده است.
قند پنج کربنه در RNA ریبوز و در DNA دئوکسی ریبونوکلئیک اسید است. باز آلی نیتروژندار شامل پورین (با ساختار دو حلقهای شامل آدنین و گوانین) و پیریمیدین (ساختار تک حلقهای شامل یوراسیل و سیتوزین و تیمین) است.
برای ساخته شدن یک نوکلئوتید گروه یا گروههای فسفات با پیوند کوالانسی به دو طرف قند پیوند داده میشوند. البته پیوند کوالانسی تنها داخل خود نوکلئوتید اتفاق میافتد و واحدهای نوکلئوتید با پیوند دیگری به نام فسفودیاستر به هم اتصال پیدا میکنند تا در نهایت رشته پلی نوکلئوتید را بسازند.
ساختار مولکولهای اطلاعاتی و تلاشهایی که برای کشف آن شد.
در زیست دوازدهم درباره دانشمندانی که در کشف ساختار دنا تلاش کردند، مباحثی آورده شده است.
اولین دانشمند چارگف بود. او متوجه شد که ۴ نوع باز آلی به یک مقدار در DNA وجود ندارند و آدنین با تیمین و همچنین سیتوزین با گوانین برابر است.
دانشمندان بعدی فرانکلین و ویلیکینز بودند. آنها متوجه شدند که این مولکول اطلاعاتی، ساختاری مارپیچمانند دارد و تعداد رشتههای آن بیش از یکی است.
واتسون و کریک با کمک یافتههای چارگف مدلی مولکولی به نام نردبان مارپیچ را طراحی کردند. نکاتی که آنها طی این طراحی پی بردند، به شرح زیر بود:
- دنا از دو رشته پلی نوکلئتیدی ساخته شده که دور محوری خیالی تابیده شدهاند. تابیدن این رشته در نهایت ساختاری به نام مارپیچ دو رشتهای را میسازد که شبیه به یک نردبان پیچ در پیچ است. پلههای این نردبان بازهای آلی و ستونهای نردبان، فسفات و قند است.
- پیوندهایی به نام پیوند هیدوروژنی دو رشتهای که دنا از آن ساخته شده است را روبهروی هم نگه میدارد. در این آرایش، گوانین در مقابل سیتوزین است و آدنین با تیمین آرایش پیدا میکند.
- آرایش بازها موجب میشود که همیشه یک باز دو حلقهای روبهروی باز تک حلقهای باشد.
- با شناسایی یک رشته دنا میتوان آرایش رشته دیگر را هم مشخص کرد. مثلا اگر رشتهای CGTA باشد، رشته بعدی بدون شک GCAT خواهد بود، مگر اینکه اتفاقی نادر بیفتد.
دخالت کردن مولکولهای اطلاعاتی در سوخت و ساز
در ادامه به شما خواهیم گفت که نوکلئوتیدهاعلاوه براینکه ساختار دنا و رنا را میسازند، ویژگیهای دیگری هم دارند. اما ابتدا ببینیم رنا چیست؟ رنا یک نوع نوکلئیک اسید تک رشتهای است که به انواع مختلفی از جمله رنای پیک، رنای ناقل و رنای رناتنی تقسیم میشود.
اما خود کلمه ژن به چه معناست؟ ژنها بخشهایی از دنا هستند که با بیان خود میتوانند تولید پلی پپتید و رنا را هموار سازند.
به یاد داشته باشید که مولکولهای نوکلئیک اسید در فرایندهای تنفس سلولی و فتوسنتز در جایگاه ناقل الکترون قرار میگیرند. (علاوه بر نقشی که در ساختار رنا و دنا دارند)
نکات
نکات مهمترین عامل انتقال صفات
- بسیاری از دانشمندان در زمان ایوری تصور میکردند مولکولهای اطلاعاتی، پروتئينها هستند. برای همین آزمایشهای بعدی نیز در این زمینه انجام شد.
نکات ساختار نوکلئیک اسید
- دو انتهای مولکولهای اطلاعاتی میتوانند به هم متصل شوند و نوکلئیک اسیدی از نوع حلقوی ایجاد کنند.
نکات ساختار مولکولهای اطلاعاتی و تلاشها برای کشف آن
- فرانکلین و ویلیکینز با استفاده از روش خود توانستند به ابعاد مولکولها پی ببرند.
- نتایج پژوهشهای واتسون و کریک امروزه نیز مورد تایید است.
تست
تست اول: شروع شناخت مولکولهای اطلاعاتی با چه دانشمندی آغاز شد؟
- ایوری
- گریفیت
- چارگف
- کریک
پاسخ ۲
تست دوم: کدام مورد از انواع رنا نیست؟
- رنای ناقل
- رنای پیک
- رنای رناتنی
- رنای رنانتی
پاسخ۴
منابع
کتاب درسی زیست دوازدهم
نویسنده: کلاسینومگ