مقدمه
کشف ماده‌ای که بعدها DNA نام گرفت در سال 1869 بوسیله
فردیک میشر انجام شد. این دانشمند هنگام مطالعه بر روی
گلبولهای سفید ،
هسته سلولها را استخراج کرد و سپس بر روی آن محول قلیایی ریخت.
حاصل این آزمایش ، رسوب لزجی بود که بررسیها شیمیایی آن نشان داد، ترکیبی از
کربن ،
هیدروژن ،
اکسیژن ،
نیتروژن و درصد بالایی از
فسفر می‌باشد. میشر این ماده را نوکلئن نامید. زمانی که ماهیت اسیدی این ماده مشخص گردید، نام آن به
اسید نوکلوئیک تغییر یافت.
ساختمان رشته‌ای DNA
سرعت پیشرفت تعیین ساختمان DNA بسیار کند بوده است. در سال 1930 کاسل و لوین دریافتند که
نوکلوئین در واقع اسید دزوکسی ریبونوکلوئتیک است. برسیهای شیمیایی آنم مشخص کرد که زیر واحد تکرار شونده اصلی DNA ، نوکلوتید می‌باشد که از سه قسمت تشکل شده است. یک قند (2- دزوکسی D- ریبوز) ، یک گروه 5-فسفات و یکی از چهار باز آلی نیتروژن دار حلقوی آدنین (A) ، گوانین (G) ، سیتوزین (C) و تیمین (T) تشکیل شده است.
از این چهار باز دو باز آدنین و گوانین از بازهای پورینی و دو باز سیتوزین و تیمین از بازهای پیریمیدین می‌باشند. به مجموعه قند و باز آلی نوکلئوزید گفته می‌شود. گروه فسفات می‌تواند به کربن3 و یا5 متصل شود. به مجموع نوکلئوزید و گروه فسفات متصل به آن نوکلئوزیند می‌گویند. با توجه به اینکه
یون فسفات می‌تواند هم به کربن 3 و هم به کربن5 متصل شود.
پس دو نوکلوتید از طریق یک پیوند فسفودی استر به هم متصل می‌شوند. به این صورت که
گروه هیدرو کسیل یک نوکلوتید با گروه فسفات نوکلوتید دیگر واکنش داده و پیوند فسفودی استر را بوجود می‌آورد. از آنجایی که پیوند فسفودی استر ، کربنهای3 و5 دو قند مجاور را به هم متصل می‌کند، این پیوند را پیوند5-3 فسفودی استر نیز می‌نامند. یک زنجیره در اثر اتصال پشت سر هم تعدادی2-دزوکسی ریبونوکلوتید بوسیله پیوندهای دزوکسی ریبونوکلوتید تشکیل می‌شود.
تمامی نوکلوتیدها در یک زنجیره پلی نوکلوئیدی دارای جهت یکسان می‌باشند. به این صورت که نوکلوتید انتهایی در یک سمت زنجیره دارای یک گروه5 آزاد و نوکلئوتید انتهایی در سمت دیگر زنجیره دارای یک گروه3 آزاد می‌باشد. بنابراین زنجیره پلی نوکلوتیدی دارای جهت بوده و این جهت را به صورت5--->3 نشان می‌دهند. بنابراین اگر در نوکلوتید ابتدایی کربن5 در بالای حلقه نیتوز و کربن3 در زیر آن باشد، در تمامی نوکلوئیدهای بعدی زنجیره کربن 5 در بالای حلقه پنتوز جای خواهد داشت. بنابراین تا سال 1950 موارد زیر مشخص شده بود.
- DNA یک پلیمر رشته‌ای متشکل از واحدهای2- دزوکسی اسید ریبونوکلوئیک می‌باشد که بوسیله پیوندهای فسفودی استر5-3 به هم متصل شده‌اند.
- DNA حاوی چهار زیر واحد dc و dG و dT و dA می‌باشد.
- مقادیر مولی dT و dA با یکدیگر و dc و dG نیز با یکدیگر مساوی می‌باشند.
مارپیچ دو رشته‌ای DNA
در سال 1953 در ساختمان سه بعدی DNA ، بوسیله
واتسون و
کریک کشف شد. واتسون و کریک با استفاده از مطالعات
تفرق اشعه ایکس ، رشته‌های DNA که بوسیله فرانکلین و ویدکینز تهیه شده بود و همچنین ساختن مدلها و استنباطهای مشخصی ، مدل فضایی خود را ارائه دادند و در سال 1962 واتسون و کریک و ویلکینز به خاطر اهمیت کشف ساختمان DNA به صورت مشترک
جایزه نوبل دریافت کردند.
مدل پیشنهادی آنان چنین بود. DNA یک مارپیچ دو رشته‌ای است که رشته‌های آن به دور یک محور مرکزی ، معمولا به صورت راست گرد پیچ می‌خورند. طبق مدل واتسون و کریک ، ستونهای قند - فسفات همانند نرده‌های پلکان به دو قسمت خارجی بازهای آلی پیچیده و به این ترتیب در معرض محیط آبکی داخل سلول و بازهای آلی که خاصیت آبگریزی دارند، در داخل مارپیچ قرار بگیرند. هنگام تشکیل مارپیچ رشته‌ها به صورت موازی متقابل قرار می‌گیرند.
یعنی اگر جهت یک رشته 3<--5 باشد، رشته دیگر 5<--3 خواهد بود.
پیوندهای هیدروژنی بین آدنین از یک رشته با باز تیمین رشته مقابل و باز گوانین یک رشته با سیتوزین رشته مقابل بوجود می‌آیند. گر چه از نظر اندازه هر باز پورینی می‌تواند در مقابل یک باز پیریمیدین قرار بگیرد. ولی به دلیل وجود گروههای شیمیایی روی بازهای G و C و T و A پیوندهای هیدروژنی مناسب فقط بین C و G و T و A برقرار می‌شود و ایجاد پیوند بین T و G و C و A ممکن نیست.
واکنشهای توتوئمریزاسیون
اتم هیدروژن در بازهای آلی می‌تواند روی
اتمهای نیتروژن و یا
اکسیژن حلقه جابجا شود. این تغییر موقعیت هیدروژن روی حلقه باز را
توتومریزاسیون می‌گویند. توتومریزاسیون در بازهای آدنین سیتوزین باعث تبدیل فرم آمینی به فرم ایمینی و در مورد بازهای تیمین و گوانین باعث تبدیل فرم کتونی به فرم آنولی می‌شود.
در شرایط فیزیولوژیکی ثابت تعادل واکنش توتومریزاسیون بیشتر به سمت
اشکال آمینی و
کتونی می‌باشد. این حالت پایدار پروتونی ، الگوی تشکل پیوندهای هیدروژنی بین
بازها را تعیین می‌نماید، بطوری که بازهای T و A با تشکیل دو پیوند هیدروژنی و بازهای G و C با سه پیوند هیدروژنی با هم جفت می‌شوند. C و A و همچنین T و G نمی‌توانند با هم جفت شوند.
زیرا در این بازها اتمهای هیدروژن هر دو در یک موقعیت قرار دارند و امکان ایجاد پیوند هیدروژنی وجود ندارد. به دلیل اینکه در رشته‌های DNA همواره باز A مقابل T و باز G مقابل C قرار دارد، این دو رشته را مکمل می‌نامند. بنابراین توالی موجود در یک رشته DNA ، توالی رشته مقابل را تعیین می‌کند. مکمل بودن دو رشته DNA ، اساس عمل
همانند سازی DNA است.
مباحث مرتبط با عنوان
