ساختمان DNA
DNA يا دزاکسي ريبونوکلئيک اسيد يکي از ماکرومولکول هاي سلولي است که حامل اطلاعات وراثتي بوده و طي همانند سازي ژنتيکي از يک نسل به نسل بعد منتقل مي شود. و در داخل سلول از روي آن RNA و پروتئين ساخته مي شود. کشف مادهاي که بعدها DNA نام گرفت در سال 1869 بوسيله فرديک ميشر انجام شد. اين دانشمند هنگام مطالعه بر روي گويچه هاي سفيد خون، هسته سلول ها را استخراج کرد و سپس بر روي آن محلول قليايي ريخت. حاصل اين آزمايش، رسوب لزجي بود که بررسي هاي شيميايي آن نشان داد، ترکيبي از کربن، هيدروژن، اکسيژن، نيتروژن و درصد بالايي از فسفر مي باشد. ميشر اين ماده را نوکلئين ناميد. زماني که ماهيت اسيدي اين ماده مشخص گرديد، نام آن به اسيد دزاکسي ريبونوکلئيک تغيير يافت.
ساختمان رشتهاي DNA
سرعت پيشرفت تعيين ساختمان DNA بسيار کند بوده است. در سال 1930 کاسل و لوين دريافتند که نوکلئين در واقع اسيد دزوکسي ريبونوکلئيک است. برسي هاي شيميايي آن مشخص کرد که زير واحد تکرار شونده اصلي DNA، نوکلئوتيد مي باشد که از سه قسمت تشکل شده است. يک قند پنتوز(2- دزوکسي D- ريبوز)، يک گروه 5-فسفات و از يکي چهار باز آلي نيتروژندار حلقوي آدنين(A)، گوانين(G)، سيتوزين (C) و تيمين(T) تشکيل شده است. از اين چهار باز دو باز آدنين و گوانين از بازهاي پوريني و دو باز سيتوزين و تيمين از بازهاي پيريميديني مي باشند. به مجموعه قند و باز آلي نوکلئوزيد گفته مي شود. گروه فسفات مي تواند به کربن3 و يا5 متصل شود. به مجموع نوکلئوزيد و گروه فسفات متصل به آن نوکلئوتيد مي گويند. با توجه به اين که يون فسفات مي تواند هم به کربن 3 و هم به کربن5 متصل شود. پس دو نوکلئوتيد از طريق يک پيوند فسفودي استر بهم متصل مي شوند. به اين صورت که گروه هيدرو کسيل يک نوکلئوتيد با گروه فسفات نوکلئوتيد ديگر واکنش داده و پيوند فسفودي استر را بوجود مي آورد. از آن جايي که پيوند فسفودي استر، کربن هاي3 و5 دو قند مجاور را به هم متصل مي کند، اين پيوند را پيوند5-3 فسفودي استر نيز مي نامند. يک زنجيره در اثر اتصال پشت سر هم تعدادي2-دزوکسي ريبونوکلئوتيد بوسيله پيوندهاي دزوکسي ريبونوکلئوتيد تشکيل مي شود. تمامي نوکلئوتيدها در يک زنجيره پلي نوکلئوتيدي داراي جهت يکسان مي باشند. به اين صورت که نوکلئوتيد انتهايي در يک سمت زنجيره داراي يک گروه5 آزاد و نوکلئوتيد انتهايي در سمت ديگر زنجيره داراي يک گروه3 آزاد مي باشد. بنابراين اگر در نوکلئوتيد ابتدايي کربن5 در بالاي حلقه پنتوز و کربن3 در زير آن باشد، در تمامي نوکلئوتيدهاي بعدي زنجيره کربن 5 در بالاي حلقه پنتوز جاي خواهد داشت.
نتايج حاصل تا سال 1950
DNA يک پليمر رشتهاي متشکل از واحدهاي2- دزوکسي اسيد ريبونوکلئيک مي باشد که بوسيله پيوندهاي فسفودي استر5-3 به هم متصل شدهاند. DNA حاوي چهار زير واحد dc و dG و dT و dA مي باشد. مقادير متوالي dT و dA با يکديگر و dc و dG نيز با يکديگر مساوي مي باشند.
مارپيچ دو رشتهاي DNA
در سال 1953 در ساختمان سه بعدي DNA، بوسيله واتسون و کريک کشف شد. واتسون و کريک با استفاده از مطالعات تفرق اشعه ايکس، رشتههاي DNA که بوسيله فرانکلين و ويلکينز تهيه شده بود و هم چنين ساختن مدل ها و استنباط هاي مشخصي، مدل فضايي خود را ارائه دادند و در سال 1962 واتسون و کريک و ويلکينز به خاطر اهميت کشف ساختمان DNA به صورت مشترک جايزه نوبل دريافت کردند. مدل پيشنهادي آنان چنين بود. DNA يک مارپيچ دو رشتهاي است که رشته هاي آن به دور يک محور مرکزي، معمولا به صورت راست گرد پيچ مي خورند. طبق مدل واتسون و کريک، ستون هاي قند - فسفات همانند نردههاي پلکان به دو قسمت خارجي بازهاي آلي پيچيده و به اين ترتيب در معرض محيط آبکي داخل سلول هستند و بازهاي آلي که خاصيت آبگريزي دارند، در داخل مارپيچ قرار مي گيرند. هنگام تشکيل مارپيچ رشته ها به صورت موازي متقابل قرار مي گيرند. يعني اگر جهت يک رشته3<--5 باشد، رشته ديگر 5<--3 خواهد بود. پيوندهاي هيدروژني بين آدنين از يک رشته با باز تيمين رشته مقابل و باز گوانين يک رشته با سيتوزين رشته مقابل بوجود مي آيند. گر چه از نظر اندازه هر باز پوريني مي تواند در مقابل يک باز پيريميدين قرار بگيرد. ولي به دليل وجود گروه هاي شيميايي روي بازهاي G و C و T و A پيوندهاي هيدروژني مناسب فقط بين C - G و T - A برقرار مي شود و ايجاد پيوند بين T - G و C- A ممکن نيست.
واکنش هاي توتومريزاسيون
اتم هيدروژن در بازهاي آلي ميتواند روي اتم هاي نيتروژن و يا اکسيژن حلقه جابجا شود. اين تغيير موقعيت هيدروژن روي حلقه باز را توتومريزاسيون مي گويند. توتومريز اسيون در بازهاي آدنين سيتوزين باعث تبديل فرم آميني به فرم ايمني و در مورد باز هاي تيمين و گوانين باعث تبديل فرم کتوني به فرم انولي مي شود. در شرايط فيزيولوژيکي ثابت تعادل واکنش توتومريزاسيون بيشتر به سمت اشکال آميني و کتوني مي باشد. اين حالت پايدار پروتوني، الگوي تشکل پيوندهاي هيدروژني بين بازها را تعيين مي نمايد، بطوري که بازهاي T و A با تشکيل دو پيوند هيدروژني و بازهاي G و C با سه پيوند هيدروژني با هم جفت مي شوند. C و A و هم چنين T و G نمي توانند با هم جفت شوند. زيرا در اين بازها اتم هاي هيدروژن هر دو در يک موقعيت قرار دارند و امکان ايجاد پيوند هيدروژني وجود ندارد. به دليل اين که در رشته هاي DNA همواره باز A مقابل T و باز G مقابل C قرار دارد، اين دو رشته را مکمل مي نامند. بنابراين توالي موجود در يک رشته DNA، توالي رشته مقابل را تعيين ميکند. مکمل بودن دو رشته DNA، اساس عمل همانند سازي DNA است.
