اسيد نوکلئيک يکي از ماکرومولکول هاي زيستي است که وظيفه ذخيره اطلاعات ژنتيکي را در سلول بر عهده دارد. جايگاه اسيدهاي نوکلئيک در هسته و سيتوپلاسم سلول است و از واحدهايي به نام نوکلئوتيد ساخته شدهاند.
نگاه اجمالي
نوکلئوتيدها اعمال متنوعي را در داخل سلول انجام مي دهند. نوکلئوتيدها به عنوان زير واحدهاي اسيدهاي نوکلئيک حامل اطلاعات ژنتيکي هستند. ساختمان هر پروتئين و نهايتا هر بيومولکول، محصولي از اطلاعات موجود در توالي نوکلئوتيدي اسيدهاي نوکلئيک سلول مي باشد. توانايي ذخيره و انتقال اطلاعات ژنتيکي از نسلي به نسل بعد شرط اساسي زندگي است. توالي آمينو اسيدي هر پروتئين موجود در سلول و توالي نوکلئوتيدي هر مولکول RNA توسط توالي نوکلئوتيدي موجود در ساختمانDNA DNA سلول تعيين مي گردد. قطعه اي از مولکول DNA که حاوي اطلاعات لازم جهت سنتز يک محصول بيولوژيک وظيفهدار نظير پروتئين يا RNA است را يک ژن مي گويند. در داخل سلول ها دو نوع اسيد نوکلئيک يافت مي شود.
ساختار اسيد نوکلئيک
اسيدهاي نوکلئيک بسپارهايي(پليمرهايي) با زنجير طولاني و وزن مولکولي بالا متشکل از نوکلئوتيدها هستند. هرنوکلئوتيد از قسمت هاي زير تشکيل شده است.
- يک مولکول اسيد فسفريک.
- يک مولکول قند 5 کربني.
- يک مولکول باز نيتروژندار.
انواع اسيدهاي نوکلئيک
دو نوع اسيد نوکلئيک وجود دارد. دزوکسي ريبونوکلئيک اسيد(DNA) و ريبونوکلئيک اسيد(RNA). اختلاف اساسي بين اين دو مولکول قندي است که مورد استفاده قرار دادهاند. DNA حاوي دزوکسي ريبوز و RNA حاوي ريبوز است. پيشوند دزوکسي برداشتن يک اتم اکسيژن را نشان مي دهد. اگر يک اتم اکسيژن، از اتم کربن شماره 2 ريبوز برداشته شود، ساختار دزوکسي ريبوز بدست مي آيد. DNA بطور عمده در هسته سلول يافت مي شود. در حالي که RNA بطور عمده در سيتوپلاسم يعني در خارج هسته سلول است. سه نوع عمده از RNA مشخص شده است. اين سه نوع عبارتند از RNA پيکmRNA)، RNA ناقل(tRNA)، و RNA ريبوزومي(rRNA). هر يک از آن ها وزن مولکولي و ترکيب بازي خاص خود را دارد. RNAهاي پيک، معمولا از همه بزرگ ترند و وزن مولکولي آن ها بين 25000 تا يک ميليون است. آن ها 75 تا 3000 واحد مونو نوکلئوتيد دارند. وزن مولکولي RNA هاي ناقل بين 23000 تا 30000 است و شامل 75 تا 90 واحد نوکلئوتيدند. RNA هاي ريبوزومي که وزن مولکولي آن ها بين وزن مولکول هاي mRNA و tRNA است حدود 80 درصد کل RNA سلول را تشکيل مي دهند.
ساختار RNA و DNA
مونومرهاي RNA و DNA شامل يک قند ساده، يکي از بازهاي نيتروژني و يک يا دو واحد اسيد فسفريک هستند. نوکلئوتيدهاي RNA و DNA از نظر ساختاري تنها در قند و يک باز متفاوت دارند. پلي نوکلئوتيدهايي با وزن هاي مولکولي تا چند ميليون شناخته شدهاند. رديف نوکلئوتيدها در زنجير پلي نوکلئوتيدي ساختار نوع اول اين زنجير است. در زنجير اسيد نوکلئيک، اتم کربن شماره 3 يک مولکول قند و اتم کربن شماره 5 مولکول قند بعدي توسط يک اتصال استر به مولکول اسيد فسفريک متصل مي گردد. يکي از چهار بنيان مختلف باز نيتروژن دار جايگزين گروه OH اتم کربن شماره 1 هر مولکول قند مي گردد. ساختار دوم DNA يک مارپيچ دوگانه است. دو زنجير DNA به نحوي به يکديگر پيچ خوردهاند که بازها درون مارپيچ واقع شدهاند. ساختار از طريق پيوندهاي هيدروژني بين بازهاي يک زنجير و بازهاي زنجير ديگر به هم متصل شدهاند. چهار بنيان باز موجود در DNA از تيمين(T)، آدنين(A)، گوانين(G) و سيتوزين(C). آدنين و تيمين يکديگر را تکميل مي کنند. موقعيت اتم ها اين امکان را فراهم مي سازد تا دو پيوند قوي هيدروژني بين A از يک زنجير و T از زنجير ديگر مارپيچ دو گانه بوجود آيد. گوانين(G) و سيتوزين(C) به همين نحو همديگر را تکميل مي کنند. بين اين زوج باز سه پيوند قوي هيدروژني تشکيل مي شود. در هر نمونه DNA مقدار A و T و نيز G و C يکسان است. بازهايي که به يک زنجير DNA متصل است بازهاي متصل به زنجير ديگر DNA را تکميل مي کنند. اگر يک A روي زنجير 1 وجود داشته باشد، T روي زنجير 2 مخالف آن خواهد داشت و اگر يک T روي زنجير 1 وجود داشته باشد، A روي زنجير 2 مخالف آن وجود خواهد داشت. همين نحوه جفت شدن بين C و G روي مي دهد. دو جفت پيوند هيدروژني تقريبا طول يکسان دارند. در نتيجه دو زنجير مارپيچ دوگانه به يک فاصله از همديگر قرار مي گيرند. مولکول هاي RNA به صورت تک رشتهاي قرار دارند و فقط در بعضي از انواع آن هم در مواقعي خاص پيوندهاي هيدروژني در داخل يک زنجيره ايجاد مي شود که مي توان مولکول RNA ناقل را نام برد. 4 باز موجود در RNA عبارتند از: آدنين، يوراسيل، گوانين و سيتوزين.
عمل پلي نوکلئوتيدها
عمل پلي نوکلئوتيدها همانند سازي از اطلاعات سلولي موجود در هسته است. بطوري که شبيه، شبيه را بوجود مي آورد. گوناگوني ساختارهاي نوع اول پلي نوکلئوتيدها تقريبا بي نهايت است و اين گوناگوني امکان مي دهد که اطلاعات بي نهايت گوناگون در ساختارهاي مولکولي رشته هاي اسيد نوکلئيک ثبت شود. آرايش هاي گوناگون فقط چند باز متفاوت ساختارهاي بسيار گوناگوني ايجاد مي کند. امروزه باور دانشمندان اين است که اطلاعات کد شده با همانند سازي DNA آغاز مي شود و با سنتز پروتئين طبيعي و هم چنين با سنتز بافت هاي بدن ادامه مي يابد.
همانند سازي DNA
تقريبا تمام هسته هاي سلول هاي موجود زنده شامل ترکيب کروموزومي يکسان است. اين ترکيب همواره ثابت است. صرف نظر از اين که در سلول، مواد غذايي فراوان يا بسيار کم باشد. هر موجود زنده حيات خود را بصورت يک تک سلول با ترکيب کروموزمي يکسان آغاز مي کند. در توليد مثل جنسي نيم يک کروموزوم از هر يک از والدين به آن مي رسد. اين واقعيت هاي زيست شناختي، خوب شناخته شده همراه با اکتشاف هاي اخير درباره ساختارهاي پلي نوکلئوتيدها، دانشمندان را به اين نتيجه گيري رسانيده است که ساختار DNA در حين تقسيم عادي سلول(ميتوز - هر دو رشته) بطور کامل و در تقسيم سلولي سلول هاي جنسي(ميوز – يک رشته) فقط بطور نيمه کپيه مي شود. وقتي ياختهاي تقسيم مي شود، دو زنجير مارپيچ دوگانه DNA از همديگر جدا مي گردد. هر زنجير به عنوان الگو براي سنتز زنجير جديد و مکمل مورد استفاده قرار مي گيرد. از اين فرآيند دو مارپيچ دوگانه يکسان بوجود مي آيد. هر مارپيچ دوگانه حاوي يکي از زنجيرهاي مارپيچ دوگانه اصلي است. نوکلئوتيدهاي موجود در محلول، زنجيرهاي جديد را تشکيل مي دهند. باز يک نوکلئوتيد با باز مکمل يک زنجيره DNA از طريق تشکيل پيوندهاي هيدروژني جفت مي شوند. بنابراين، نوکلئوتيدها به نحوي که توسط ترتيب بازها در زنجير DNA تعيين مي گردد منظم مي شوند. زنجيرهاي جديد که از نوکلئوتيدها تشکيل مي شوند مکمل زنجيرهاي DNA اصلي مي باشند. همانند سازي DNA در هسته سلول صورت مي گيرد.
جهش(Mutation)
هر تغييري که در DNA يک ياخته، تغيير در RNA پيکي که از آن توليد مي شود و در نتيجه اختلال در پروتئين حاصل را به دنبال دارد جهش ناميده مي شود. اين تغييرات ممکن است سودمند، زيان آور يا بياهميت باشد و از نسلي به نسل ديگر منتقل گردد. جهش ها مسئول بيماري هاي ژنتيکي از قبيل بيماري تي – ساکس، کم خوني، هموفيلي و کره هانتينگتون هستند.
