۲۷ مهر ۱۳۸۸
۰۴ مهر ۱۳۸۸
Nucleic Acid
Nucleic Acid
اسیدهای نوکلئیک:
اسيدهاي نوکلئيک را مي توان به عنوان مهم ترين ترکيبات مادهی زنده در نظر گرفت ، در ساخت مولکولي اين اسيدها ، عملأ تمام اطلاعات ژنتيکي ، يعني تمام اجزاي لازم براي ساخته شدن پروتئين هاي اختصاصي وجود دارند. انتخاب نامشان بدين مناسب است که نخستين بار به وسيلهي ميشر( Micher ) در سالهاي ١٨٦٨ــ ١٨٧١ از شيرهي هسته ي گويچه ها ي سفيد( حاصل از چرک زخم ) جدا شده اند.
تا ديرزماني ، تنها اسيدنوکلئيک استخراج شده از مخمرها « اسيد زيمونوکلئيک » و اسيد نوکلئيک استخراج شده از تيموس « اسيد تيمونوکلئيک » شناخته شده بودند، سپس چنين پنداشته اند که مي توان به صورتي عام فرض کرد که اسيد زيمونکلئيک خاص گياهان است در حالي که اسيد تيمو نکلئيک ، اسيد نوکلئيک جانوري است . بالا خره ، مشخص شد که تمام ياخته ها دو نوع اسيد نوکلئيک دارند. يادآور مي شويم که اغلب ويروس ها يکي از دو نوع اسيدهاى نوکلئيک را دارند و تنها برخي از آنها مثل انکورناويروس ها و پوکس ويروس ها شامل هر دو نوع آنها هستند.ازسوي ديگر ثابت شد که اين دو نوع اسيد نوکلئيک به خصوص از نظر قندي که در ساختمانشان وجود دارد متفاوت اند، قند اسيد زيمو نوکلئيک ، ريبوز ، و قند اسيد تيمو نوکلئيک ، دزوکسي ريبوز است. بنابراين اکنون آنها را به ترتيب اسيد ريبونوکلئيک ( RNA ) و اسيددزوکسي ريبونوکلئيک ( DNA ) مي نامند
ساختمان اسیدنوکلئیک:
هیدرولیز کامل اسیدنوکلئیک نشان میدهد که این مواد از اسید اورتوفسفریک ، قندها و بازهای آلی نیتروژندار ساخته شدهاند. مراحل هیدرولیز آن به شرح زیر است :
الف) قندهای به کار رفته در ساختمان اسید نوکلئیک
اسیدنوکلئیکها حاوی دو نوع پنتوز هستند و همیشه نوع پنتوز است که DNA وRNA بودن اسیدنوکلئیک را تعیین میکند زیرا بازهای اختصاصی گاهی در هر دو نوع DNA و RNA دیده میشود.
1- قند D- ریبوز : که در ساختمان RNA به کار رفته است.
2- قند 2- دزوکسی[1] D- ریبوز: که در ساختمان DNA به کار رفته است.
هر دو نوع قند به کار رفته در اسیدنوکلئیک از نوع β- فورانوزی[2] (حلقه 5 اتمی بسته) است که این حلقهها مسطح نیست و دارای کانفورماسیونهایی به نام Puckered[3] است.
تنها تفاوتی که این دو قند مزبور باهمدیگر دارند این است که RNAها یک اکسیژن در روی کربن شماره 2 خود بیشتر دارند[4]. این تفاوت در ابتدا ممکن است ناچیز به نظر برسد ولی همین تفاوت اندک باعث ایجاد ویژگیها و خصوصیات زیاد و مهمی بین RNA و DNA میشود. گروه هیدروکسیل در RNA باعث میشود که:
1- RNA نتواند شکل فضایی B به خود بگیرد.
2- RNA بتواند ساختمانهای سه بعدی متعددی به خود بگیرد.
3- RNA از نظر شیمیایی فعالتر و ناپدارتر از DNA باشد.
4- RNA بتواند فعالیت آنزیمی داشته باشد.
5- RNA بتواند علاوه بر اتصال استاندارد 5‘ 3 ‘ اتصال 5‘ 2‘ نیز برقرار کند که این اتصال در حذف اینترون و اتصال اگزونها برای تشکیل RNA بالغ مهم است[5].
ب) بازهای آلی نیتروژن دار:
بازهای آلی ازت دار به کار رفته در ساختمان نوکلئوتیدها، مشتقاتی از ترکیبهای هتروسیکلیک[6] پورین و پیریمیدین هستند که هر دو دارای ماهیت حلقوی و آبگریزی میباشند. البته پورینها خود مشتقاتی از پیریمیدینها میباشند که شامل یک حلقه پیریمیدینی و یک حلقه ایمیدازولی هستند. در ساختمان کلیه نوکلئوتیدها که در اسکلت اسیدهای نوکلئیک شرکت دارند تنها چند نوع از بازهای ازت دار شرکت میکنند که برحسب نوع اسیدنوکلئیک بازهای به کار رفته تا حدودی اختصاصی میشوند. بازهای پورین و پیریمیدین بازهای ضعیفی هستند که تقریباً در آب نامحلول میباشند و با تغییر PH اشکال توتومری مختلفی به خود میگیرند که آنچه در مولکول DNA مسئول تشکیل پیوندهای هیدروژنی میباشد وجود همین اشکال توتومری است.اوراسیل ، تیمین ، سیتوزین از مشتقات پیریمیدینها هستند و گوانین و آدنین از مشقات پورینها.لازم به یادآوری است که پورینها از بازهای شرکت کننده در ساخنمان اصلی تمام نوکلئوتیدها میباشند.
1- بازهای پیریمیدینی U،C،T:
بررسیهای انجام شده توسط پرتوایکس مشخص کرده که پیریمیدینها مولکولهایی مسطح و پورینها مولکولهایی تقریباً مسطح با تاب خوردگی مختصری میباشند. این بازها ممکن است به دو شکل لاکتیم (فرم انولی) و لاکتام (فرم ستونی) وجود داشته باشند که در اسیدنوکلئیک این بازها به صورت لاکتام هستند. از بین بازهای پیریمیدینی اوراسیل فقط در RNA و تیمین فقط در DNA وجود دارد. اگر به شکل بالا دقت کرده باشید خواهید دید که باز یوراسیل و تیمین شبیه به هم هستند و فقط تیمین یک گروه متیل اضافه دارد. این گروه تیمین اگرچه در جفت شدن با آدنین نقشی ندارد ولی باعث میشود تیمین از نظر انرژیابی پایدارتر باشد و در فرآیند همانندسازی از ایجاد جهش جلوگیری کند. زیرا ممکن بود در جریان همانندسازی باز سیتوزین در اثر دآمیناسیون به یوراسیل تبدیل شود و جاهای که سیتوزین قرار دارد و باید با گوانین پیوند بدهد یوراسیل قرار بگیرد و با آدنین پیوند برقرار کند و اینگونه سطح جهش بالاتر رود.
2- بازهای پورینی G، A:
این بازها هم در DNA و هم در RNA وجود دارند و از درهم رفتن حلقه پیریمیدین با حلقه ایمیدازول تشکیل میشود.بازهای پورینی همانند بازهای پیریمیدینی ممکن است به دو شکل لاکتام و لاکتیم موجود باشند البته نوع دیگری از توتومری برای بازهای پورینی و پیریمیدنی در نظر گرفته میشود. که از جابهجایی اتم هیدروژن بر روی اتمهای نیتروژن و یا اکسیژن حلقه ایجاد میشود.
بازهای آدنین و سیتوزین به ترتیب بر روی کربن شمارهی 6 و 4 خود دارای گروه آمینو (NH₂-) هستند که گروه آمینو میتواند با از دست دادن یک اتم هیدروژن به گروه ایمینو (NH=) تبدیل شود که با پیوند دوگانه به کربن اتصال دارد.همچنین در باز گوانین بر روی کربن شماره 6 و در باز تیمین بر روی کربن شماره 4 گروه کتو (=O) قرار دارد و میتواند با دریافت هیدروژن به شکل انول (OH-) تبدیل شود.
در شرایط فیزیولوژیک ثابت تعادل واکنش توتومریزاسیون بیشتر به سمت اشکال آمینو و کتونی است. این حالت پایدار پروتونی، الگوی تشکیل پیوند هیدروژنی بین بازها را تعیین مینماید، بطوریکه بازهای Tو A با تشکیل دو پیوند هیدروژنی و بازهای G و C با سه پیوند هیدروژنی باهم جفت میشوند.
وجود جایگاههای نسبتاً ثابت اتمهای هیدروژن برای فعالیت زیستی DNA لازم است.اگر چنین نبود آدنین با سیتوزین و گوانین با تیمین نیز میتوانستند جفت شوند و در آن صورت توالی بازهای دو زنجیره لزوماً مکمل هم نمیشد و DNA نمیتوانست نقش یک مولکول ژنتیکی را ایفا کند.
بازهای تغییر شکل یافته:
پیریمیدینها و پورینها ترکیباتی به نسبت پایدار، با ویژگیهای آروماتیک هستند. موقعیت 2،4 و 6 بازهای پیریمیدینی با کمبود اکسیژن روبرو هستند. بنابراین میتوانند با معرفهای نوکلئوفیل(هسته دوست) واکنش دهند. به ویژه موقعیت 6 که در قیاس با موقعیت 2 دارای گروهی با واکنشگری بیشتر است. دربازهای پورینی، موقعیتهای 2،6 و 8 کمبود الکترون دارند. این موقعیتها در بازهای پورینیو پیریمیدینی دارای ویژگی الکترون دوستی هستند.گروههای قطبی (NH₂ ، NH ، C=O) در اسید نوکلئیکها، قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنیدرموقعیتهای مختلف با زنجیرهی دیگر اسیدنوکلئیک و نیز پروتئینها هستند. اسیدنوکلئیکها با توجه به نکاتی که در بالا بیان شد دچار تغییراتی در ساختمان خود میشوند که به شرح زیر است.
1- بازهای متیله شده: بازهایی که در یک یا چند ناحیه آن گروه متیل قرار میگیرد. مثل 1- متیل آدنین و 6-متیل گوانین و... که این متیله شدن بازها توسط آنزیم متیلاز، رشته DNA را در مقابل آنزیمهای آندونوکلئاز محافظت میکند. با افزایش گروه متیل هیدروفوبیسیته اسیدنوکلئیک افزایش مییابد. معمولاً دهنده گروه متیل S- آدنوزیل متیونین (SAM) است.
2- دآمیناسیون بازها: پدیده هیدرولیز گروه آمینو بازها را دآمیناسیون هیدرولیتیک مینامند. در اثر جدا شدن گروه آمینی، آدنین به هیپوگزانتین ، گوانین به گزانتین تبدیل میشود.این عمل به وسیله اکسیژن مولکولی در حضور آنزیم گزانتین اکسیداز (Xanthine Oxidase) صورت میگیرد و آدنین را به هیپوگزانتین و هیپوگزانتین را به گزانتین (Xnathine) تبدیل میکند و در نهایت هم گزانتین به اسید اوریک (Uric Acide) تبدیل میشود.همچنین در جریان دآمیناسیون بازها سیتوزین به یوراسیل تبدیل میشود.این پدیده، از فرآیندهای جهش زا است و باعث میشود آدنین به جای تیمین با سیتوزین تشکیل جفت باز دهد و یا گوانین و سیتوزین نیز با جدا شدن گروه آمینیشان، به طور متفاوتی نسبت به جفت بازهای والدینی جفت باز تشکیل دهند. بازهای دآمینه شده DNA توسط گلیکولاز برداشته میشوند. تیمین گروه آمینو ندارد و دآمیناسیون روی آن انجام نمیشود و در نتیجه حضور تیمین در DNA ثبات اطلاعات ژنتیکی را بیشتر میکند.
3- بازهای پسودواوراسیل (Ψ): در این بازها قند ریبوز به جای اتصال به از طریق به قند پیریمیدین اوراسیل متصل میشود. این باز در ساختمان tRNA وجود دارد.
4- دیهیدرواوراسیل: که در tRNA مشاهده میشود.
نوکلئوزیدها:
واحدی که شامل یک باز و یک قند است نوکلئوزید نام دارد.چهار واحد نوکلئوزید در RNA شامل، آدنوزین ، گوانوزین ، سیتیدین و یوریدین نام دارند، در حالی که در DNA داکسی آدنوزین، داکسی گوانوزین، داکسی سیتیدین و داکسی تیمیدین نام دارند.در هر مورد پورین یا پیریمیدین به قند از طریق پیوند کوالانسی متصل میشود. این پیوند دارای چرخش آزاد است و از چرخش آزاد این پیوند دو حالت Syn و Anti به دست میآید، که در حالت Syn قند و باز پورینی در یک طرف پیوند یگانه گلیکوزیدی و در حالت Anti قند و باز در دو طرف پیوند گلیکوزیدی قرار دارند.
Anti = Trans Syn = Cis
هنگامی که ساختار به صورت استاندارد ترسیم شود باز در بالای صفحه قرار میگیرد. در این حالت پیکربندی اتصال N- گلیکوزیدی از نوع بتا (β) میباشد.نوکلئوزیدها به خوبی در آب حل میشوند و میتوان آنها را به کمک کروماتوگرافی لایه نازک از همدیگر جدا کرد.نوکلئوزیدها در محیط قلیایی پایدارند ولی اگر در محیط اسیدی حرارت داده شوند هیدرولیز شده به اجزای سازنده خود تبدیل میشوند. نوکلئوزیدهای مشتق از بازهای پیریمیدینی مقاومتر از نوکلئوتیدهای مشتق از بازهای پورین هستند.
در صورتی که باز پورینی آدنین ، گوانین ، هیپوگزانتین یا گزانتین به قند ریبوز متصل شوند نوکلئوزیدهای حاصل را به ترتیب آدنوزین ، گوانوزین ، اینوزین و گزانتین نامیده میشوند همچنین در صورتی که باز پیریمیدینی متصل به قند ریبوز سیتوزین ، اوراسیل ، تیمین یا اورات باشد نوکلئوزید حاصله را به ترتیب سیتیدین ، یورین ، تیمیدین یا اورتیدین (Ortidine) مینامند.
نوکلئوتیدها:
یک نوکلئوتید، نوکلئوزیدی است که به وسیلۀ پیوند استری به یک یا چند فسفر متصل شده است. متداولترین جایگاه استری شدن در نوکلئوتیدهای طبیعی، گروه هیدروکسیل متصل به کربن 5 قند است. ترکیبی که به وسیلۀ اتصال فسفات به یک نوکلئوزید ایجاد میشود، نوکلئوزید – 5 فسفات یا نوکلئوتید نام دارد. برای مثال ATP، یک آدنوزین - 5 - تری فسفات است. یک نوکلئوتید دیگر داکسی گوانوزین - 3 - مونوفسفات (3dGMP) میباشد. این نوکلئوتید با ATP فرق دارد چون به جای آدنین دارای گوانین است و به جای ریبوز دارای داکسی ریبوز است که با پسوند d نشان داده شده است و همچنین به جای سه گروه فسفات یک فسفات دارد که با هیدروکسیل کربن 3 قند پیوند استری برقرار کرده است. در DNA چهار واحد نوکلئوتیدی، داکسی آدنیلات ، داکسی گوآنیلات ، داکسی سیتیدیلات و تیمیدیلات وجود دارد. توجه داشته باشید که هر چند تیمیدیلات دارای داکسی دیبوز است با این حال پیشوند داکسی به آن اضافه نمیشود زیرا نوکلئوتیدهای دارای تیمین به ندرت در RNA یافت میشوند.
نامگذاری نوکلئوتیدها:
فرمول عمومی نامگذاری نوکلئوتیدها به صورت زیر است:
نام نوکلئوزید + مونو، دی، تری + فسفات
مثال) آدنوزین مونو فسفات =AMP و سیتیدین مونو فسفات=CMP
فقط باید توجه داشت که اگر قند از نوع داکسی ریبوز باشد،بعد از کلمه نوکلئوزید از واژه داکسی استفاده میشود.
اتصال واحدهای نوکلئوتیدی:
اتصال واحدهای نوکلئوتیدی به طور کوالان و توسط پیوند فسفودیاستر ایجاد میشود که این پیوندها توسط آنزیمهای اختصاصی (RNAپلیمراز و DNAپلیمراز) ایجاد میشوند.این پیوند همواره بین عامل هیدروکسیل شماره 5 یک نوکلئوتید با عامل هیدروکسیل شماره 3 نوکلئوتیدهای بعدی بوده و با ایجاد یک مولکول آب و خروج دو عدد فسفات (یک مولکول پیروفسفات) همراه است.به این ترتیب بازهای موجود در ساختمان نوکلئوتیدها در اسکلت داخلی اسیدهای نوکلئیک دخالتی ندارند و تنها شاخههای جانبی را تشکیل میدهند
[1] پیشوند 2- دزوکسی به معنای نبود اکسیژن بر روی c₂ ریبوز است.
[2] اگر عامل هیدروکسیل کربن شماره یک قند در بالای حلقه پنتوز قرار داشته باشد قند از نوع β است و اگر عامل هیدروکسیل c-1‘ در پایین حلقه پنتوز باشد قند از نوع ά است. پنتوز موجود در اسیدنوکلئیکها هم بین دو حالت تعادلی فرم حلقوی 5 اتمی بسته (فورانوز) و حالت زنجیری قرار دارد.
Puckered [3] : وقتی همه 4 اتم از 5 اتم قند در یک صفحه باشد و پنجمین اتم c-2‘ یا c-3‘ در مقایسه با c-5‘ قرار میگیرد. اگر c-2‘ یا c-3‘ در همان سمت c-5‘ باشند حالت endo و اگر مخالف c-5‘ باشند حالت exo گویند.در DNA ،حلقه فورانوزی مربوط به هر داکسیریبوز در c-2‘ دارای کانفورماسیون درونی endo است.
4 اگر به جای هیدروکسیل کربن ’3 قند موجود در داکسی ریبوز اتم هیدروژن قرار بگیرد ترکیب دی داکسی ریبوز ایجاد میشود که برای متوقف کردن ساخت DNA استفاده میشود.
[5] گروه 2’- هیدروکسیل RNA میتواند به طور مستقیم در فرآیند هیدرولیز آهسته غیرآنزیمی شرکت کند و اولین محصول اثر قلیا بر روی RNA تولید 2‘-3‘- نوکلئوتید مونوفسفات حلقوی است که بعداً به 2‘-نوکلئوتید مونوفسفات و 3‘- نوکلئوتید مونوفسفات حلقوی تجزیه میشود.
[6] Heterocyclic
۰۲ شهریور ۱۳۸۸
انیمیشن
براتون دوتا فایل فلش میذارم که یکیش در مورد آقای میشر است و دیگری در مورد آقایان واتسون و کریک که به مقاله گذری در تاریخ هم ربط داره.انیمیشن های خیلی جالبیه سفارش می کنم حتماً ببینید.البته برای اینکه سریعتر اجرا بشه اول دانلودش کنید و بعد با فلش پلیر اجراش کنید.
بدون شرح
یادش بخیر.دبیرستان که بودم یک معلم داشتیم که همیشه بهمون سفارش می کرد هر علمی را که می خواین برید یاد بگیرید اول برید تاریخ اون علم را بخونید تا بفهمید این مطالبی که تا این لحظه به دست شما رسیده با چه مشقات و سختی هایی به دست اومده.برای همین هم من در شروع مطالب وبلاگ تاریخ کشف ماده وراثتی را که اساس علم سلولی است را قرار دادم.امیدوارم مفید باشه.
گذری بر تاریخ کشف ماده وراثتی
فردیک میشر friedrich miescher
فردریک میشر به سفارش پدر خود وارد دانشگاه پزشکی شد.اما به دلیل دشواری در شنیدن نمیتوانست به درستی با بیماران ارتباط برقرار کند.از این رو تصمیم گرفت وارد عرضهی پژوهشهای پزشکی شود.وی در سال 1868پژوهش خود را زیر نظر (فلیکس هوپ سیلر) در دانشگاه علوم طبیعی توبینکن آلمان آغاز کرد.بررسی گلبولهای سفید خون به عنوان موضوع پژوهشهای میشر انتخاب شد.استخراج این سلولها از گرههای لنفاوی بسیار دشوار بود.اما در زخمهای چرک مقدار زیادی از آنها میشود.از این رو میشر باندهای آلوده را از بیمارستانمحلی جمع آوری و باکمک محلولی از نمک گلبولهای سفید را از آنها جدا کرد.میشر در جریان یکی از آزمایشهایش گلبول سفید را تحت تاثیر عصارهی معده خوک قرار داد.درآن زمان دانشمندان میدانستند این عصاره آنزیمی دارد که باعث هضم پروتئینها میشود.امروزه آن آنزیم را با نام پپسین میشناسیم.ویچگونگی اثر عصاره را بر سلولها را به دقت زیر میکروسکوپ مشاهده کرد. وقتی عصاره معده پروتئینهای گلبول سفید را تخریب کردند.او مشاهده کرد که ساختار این پروتئینها از هم میپاشد. اما هسته آنها تا حدود زیادی سالم باقی میماند.به این ترتیب او هسته سلول را سیتوپلاسم جداد کرد. در گام بعدی هستهها را تحت ثاثیر هیدروکسید سدیم قرار داد.افزودن این ماده قلیایی به ظرف حاوی هسته باعث تشکیل رسوب سفید رنگی شد که تجزبهی شیمیاییآن نشان داد کربن-اکسیژن-نیتروژن و درصد بالایی فسقر عناصر سازنده آن هستند.پایداری در مقابل پپسین و چگونگی واکنش آن به حلالهای متفاوت و درصد بالایی فسفر باعث شد میشر پیشنهاد کند ماده غیر پروتئینی جدیدی را کشف کرده است .مشیر این ماده نوکلئین به معنای در هسته نامید.
میشر آزمایشهای مشابهی را روی اسپرم ماهی آزاد انجام داد .به طور کلی هسته در همهی اسپرمها حجم زیادی از سلول را به خود اختصاص میدهد.در اسپرم ماهی آزاد نیز بیش از 90% حجم سلول از هسته است.تلاش شبانه روزی این پژوهشگر پرکار به استخراج نوکلئین از اسپرم ماهی آزاد و اسپرم گونههای دیگر منجر شد.بررسی شیمیایی نوکلئین استخراج شده از آن منابع نتیجهی پیشن را تایید کرد.میشر به راستی ماده جدیدی را کشف کرده بود که به نظر میرسید در هستهی همهی سلولها وجود دارد.
اگر نوکلئین ماده ژنتیک باشد باید مقدار آن در همه سلولها پیکری یکسان و در سلولهای جنسی نصف سلولهای پیکری باشد.میشر برای یررسی این فرضیه چند سال تلاش کرد و توانست مقدار نوکئین را در هستهی سلولهای پیکری و جنسی تعیین کند.اما یک رویداد ناشی از بد شانسی باعث شد او به اشتباه نوعی پروتئین را به عنوان ماده ژنتیک معرفی کند.
میشر درصد فسفر بالا را معیار شناسایی نوکلئین قرار داده بود.در سیتوپلاسم تخمک پروتیئنی به نام فسویتیین هفت وجود دارد که برخلاف دیگر پروتئینها مقدار زیادی فسفر دارد.این پروتئن که در آن زمان هنوز کشف نشده بود باعث شد که مایشر مقدار مقدار نوکلئین موجود در تخمک را به درستی محاسبه نکند.از این رو نتیحه گرفت مقدار نوکلئین سلول تخمک و سلول اسپرم با هم برابر نیستند و بنابراین چنین مولکولی نمیتواند نقش ماده ژنتیک را بازی کند .در نهایت میشر پس از سالها تلاش در اثر سل جان باخت.دو عامل را دلیل ابتلای او به این بیماری میدانند :تماس با چرک باندهای بیماران و فعالیت شبانه روزی در اتاق سردی که برای استخراج نوکلئینها لازم بود.و او جان خود را راه شناخت نوکلئین گذاشت.
میشر آزمایشهای مشابهی را روی اسپرم ماهی آزاد انجام داد .به طور کلی هسته در همهی اسپرمها حجم زیادی از سلول را به خود اختصاص میدهد.در اسپرم ماهی آزاد نیز بیش از 90% حجم سلول از هسته است.تلاش شبانه روزی این پژوهشگر پرکار به استخراج نوکلئین از اسپرم ماهی آزاد و اسپرم گونههای دیگر منجر شد.بررسی شیمیایی نوکلئین استخراج شده از آن منابع نتیجهی پیشن را تایید کرد.میشر به راستی ماده جدیدی را کشف کرده بود که به نظر میرسید در هستهی همهی سلولها وجود دارد.
اگر نوکلئین ماده ژنتیک باشد باید مقدار آن در همه سلولها پیکری یکسان و در سلولهای جنسی نصف سلولهای پیکری باشد.میشر برای یررسی این فرضیه چند سال تلاش کرد و توانست مقدار نوکئین را در هستهی سلولهای پیکری و جنسی تعیین کند.اما یک رویداد ناشی از بد شانسی باعث شد او به اشتباه نوعی پروتئین را به عنوان ماده ژنتیک معرفی کند.
میشر درصد فسفر بالا را معیار شناسایی نوکلئین قرار داده بود.در سیتوپلاسم تخمک پروتیئنی به نام فسویتیین هفت وجود دارد که برخلاف دیگر پروتئینها مقدار زیادی فسفر دارد.این پروتئن که در آن زمان هنوز کشف نشده بود باعث شد که مایشر مقدار مقدار نوکلئین موجود در تخمک را به درستی محاسبه نکند.از این رو نتیحه گرفت مقدار نوکلئین سلول تخمک و سلول اسپرم با هم برابر نیستند و بنابراین چنین مولکولی نمیتواند نقش ماده ژنتیک را بازی کند .در نهایت میشر پس از سالها تلاش در اثر سل جان باخت.دو عامل را دلیل ابتلای او به این بیماری میدانند :تماس با چرک باندهای بیماران و فعالیت شبانه روزی در اتاق سردی که برای استخراج نوکلئینها لازم بود.و او جان خود را راه شناخت نوکلئین گذاشت.
فوبوس لون phoebus levene
فراگیری پزشکی را در روسیه آغاز کرد.اما به سبب کار در آزمایشگاه شیمی آلی به بیوشیمی علاقهمند شد.در سال 1829آموزش پزشکی را در نیویورک به پایان برد.و با بزرگان شیمی از جمله آلبرت کوسل و امیل فیشر آشنا شد که در زمینهی اسید نوکلئیک و پروتئین کار میکردند.شهرت لون بیشتر در مورد طرح تترانوکلئوتتدی است.لون بر اساس پژوشهای خود و پژوهشگران پیشن به این نتیجه رسید که نوکلئوتیدها واحدهای ساختمانی اسیدهای نوکلئیک هستند و اسید نوکلئیکی که میشر کشف کرده بود از نوع دزوکسی ریبونوکلئیک است.هر نوکلئوتید از یک باز آلی و یک قند پنج کربنه و یک گروه فسفات تشکیل شده که در شرایط طبیعی به صورت یونیزه و دارای بار منفی است.به علاوه او دریافت نوکلئوتیدها از راه پیوند فسفو دی استری به هم میپیوندند.لون براساس آزمایشهای خود به این نتیجهی نادرست دست یافت که اندازهی چهار باز A T C G در DNA برابر است.از این رو طرح تترانوکلئوتیدی را به عنوان ساختمان شیمیایی DNA پیشنهاد کرد. براساس این طرح DNAمولکول درازی است که از تکرار یک واحد تترانوکلئوتیدی تشکیل شده است.یعنی به صورت زیر:
n(AGTC-AGTC-AGTC-AGTC-AGTC)
n(AGTC-AGTC-AGTC-AGTC-AGTC)
این دانشمند در زمینهی شیمی پژوهشهای گستردهای انجام داده است. اما بیشتر به خاطر به دست آوردن نسبت بازهای آلی در DNA مشهور است.وی و همکارانش به مدت هفت سال با روش کروماتوگرافی کاغذی نسبت بازهای آلی DNA را در جانداران گوناگون و سلولهای پیکری یک جاندار تعیین کردند و نتیجه گرفتند مقدار بازها در DNA گونههای مختلف جانداران متفاوت است. و با تغییر رژیم غذایی وتغییر شرایط محیطی و با افزایش سن تغییر نمیکند.و در تمام نمونهها مقدار A=T و C=G است.آزمایشهای چارگاف نشان داد که نظریهی تترانوکلئوتیدی لون درست نیست .
لینوس پاولینگ linus pauling
روش پراش پرتوی ایکس نخستین بار برای بررسی بلور نمک طعام استفاده شد. «لینوس پاولینگ» شیمیدان بزرگ، یکی از نخستین کسانی بود که با بهره گیری از این روش تلاش کرد ساختمان سه بعدی پروتئین ها را روشن کند و تا آغاز قرن 21 تنها کسی بود که توانست به تنهایی دو جایزهی نوبل را کسب کند. اولين كار پاولينگ كه به خاطرش جايزه نوبل شيمي را در سال 1954 گرفت ٬ در رابطه با ساختار مولكولي بود . او در زمره اولين كساني بود كه اصول مكانيك كوانتوم را براي تعيين فاصله ها و زواياي بين پيوندها شيميايي بكار برد . پاولينگ به واسطه اين بررسي ها ٬ ساختار و خواص فيزيكي بسياري از تركيبات زيست حياتي مهم را تعيين كرد ٬ كه برجسته ترين آن ها پروتئين بودند . او انديشه هايش را در اين باره در كتاب پيوند هاي شيميايي ( 1939 ) گرد آورد ٬ كه يكي از مفيد ترين كتاب هاي قرن بيستم به شمار مي رود . در دهه 1950 ٬ پاولينگ درباره خطرات ناشي از انتشار ذرات پرتوزاي حاصل از آزمايش سلاح هاي هسته اي عميقا نگران شد . او عليه چنين آزمايشهايي گفت و نوشت و در سال 1958 ٬ دادخواستي را به سازمان ملل متحد ارائه داد كه به امضاي بيش از يازده هزار دانشمند رسيده بود . در همان سال پاولينگ متني تحت عنوان جنگ ديگر بس است منتشر كرد كه در آن مخالفت خود را با سلاح هاي هسته اي بيان نمود . دولت آمريكا به خاطر اعتراضات پاولينگ ٬ گذرنامه او را براي چندين سال توقيف كرد ٬ و به همين ترتيب مانع خروج وي از كشور و همكاري وي با ديگران شد . در دهم اكتبر 1962 ٬ يعني روز امضاي قرداد تحريم آزمايشهاي هسته اي بين آمريكا و شوروي ٬ پاولينگ جايزه نوبل 1962 را نيز دريافت كرد . دوره بعدي زندگي پاولينگ به بررسي تعدادي از موضوعات پزشكي طي شد . او نشان داد كه كم خوني سلول هاي داسي شكل ٬ ناشي از اختلال مولكولي موروثي است . همچنين نظريه مگا ويتامين يعني استفاده از مقدار زياد ويتامين ها ٬ را براي درمان بيماري ها و پيشرفت سلامتي مورد پژوهش قرار داد . از جمله بحث بر انگيز ترين و معروفترين ادعاي او اين بود كه مصرف زياد ويتامين ث مي تواند مانع سرماخوردگي معمولي شود ٬ يا اينكه آن را معالجه كند .وی در مجموعه مقاله هایی که در سال های ۱۹۵۰ و ۱۹۵۱ انتشار داد، مارپیچ آلفا را مهم ترین رکن ساختمان سه بعدی پروتئین ها معرفی کرد. «پاولینگ» برای DNA نیز طرحی پیشنهاد کرد. در طرح او DNA از سه رشته مارپیچ تشکیل شده بود که بازهای آلی آن در بیرون و ستون های قند فسفات در درون مولکول قرار داشتند. به علاوه در طرح او گروه های فسفات به حالت یونیزه و دارای بار منفی نبودند و رشته ها از راه پیوندهای هیدروژنی با هم ارتباط داشتند که بین گروه های فسفات برقرار شده بودند.
براساس آنچه از شیمی DNA می دانیم، گروه های فسفات همیشه به حالت یونیزه و دارای بار منفی هستند و این معما همچنان باقی است که «پاولینگ» (برنده نوبل شیمی) چگونه چنین اشتباهی مرتکب شده است؟ با وجود این، همان طور که در ادامه می آید، شیوه پژوهشی او تاثیر مهمی بر فعالیت های «واتسون» و «کریک» داشت.
براساس آنچه از شیمی DNA می دانیم، گروه های فسفات همیشه به حالت یونیزه و دارای بار منفی هستند و این معما همچنان باقی است که «پاولینگ» (برنده نوبل شیمی) چگونه چنین اشتباهی مرتکب شده است؟ با وجود این، همان طور که در ادامه می آید، شیوه پژوهشی او تاثیر مهمی بر فعالیت های «واتسون» و «کریک» داشت.
رزالین فرانکلینrosalind franklin
Born: 25 July 1920
Birthplace: London, England
(Died: 16 April 1958 (ovarian cancer
Born: 25 July 1920
Birthplace: London, England
(Died: 16 April 1958 (ovarian cancer
رزالین فرانکلین (۱۹۵۸-۱۹۲۰)فرانكلين در در سال 1920بدنيا آمد . وقتي 15 سال داشت تصميم گرفت دانشمندشود . اما پدرش به شدت با ايده او مخالف بود واعتقاد داشت يك دختر بهتر است در ادبيات درس بخواند و در زمينه ها ي علوم اجتماعي مشغول شود با اين حال او در1938 وارد دانشگاه كمبريدج شد ودر سال 1942وارد مركز تحقيقات لندن گرديد وبررسيهاي خود را در زمينه ريز ساختمان گرافيت وكربن ادامه داد. همين مطالعات بعدا پايه تحقيقات او در دانشگاه كمبريج براي اخذ مدرك دكترا در رشته فيزيك شيمي در1945گرديد . روزالين بعدا به فرانسه رفت و در آنجا با
تكنيك پراش اشعه ايكس اشنا شد (1947-1950). در سال 1951مجدد به انگلستان و به كمبريج برگشت و در سال ۱۹۵۱ به همراه یکی از دانشجویان به نام «رایموند گوسلینگ» مجموعهیی از تصویرهای پراش پرتوی ایکس با کیفیت بالا از بلور DNA تهیه کرد. او با استفاده از این تصویرها توانست ابعاد و چگالی DNA را محاسبه کند و به درستی نتیجه گرفت که گروه های فسفات در بیرون مولکول DNA قرار دارند. به علاوه تشخیص داد DNA به دو شکل A و B وجود دارد و شکل راستین DNA همان شکل B است. تصویری که او از بلور شکل B تهیه کرد، در روشن شدن ساختمان سه بعدی DNA نقش بسزایی داشت.( آن تصویر را ظاهرا «موریس ویلکینز» بدون اجازه فرانکلین در اختیار «واتسون» و «کریک» قرار داده بودو این تصویر بود که آنها را مستقیم به کشف ساختارDNA راهنمایی کرد ) همچنین رزالین ساختار مولکولی ویروسهای مهمی مانند موزائیک تنباکو را تعیین کرد و به ثبت ساختار مارپیچی RNA کمک نمود. «فرانکلین» در سال ۱۹۵۸ در اثر سرطان تخمدان در سن 37 سالگی درگذشت. به نظر می رسد کار بیش از اندازه با پرتو ایکس در ابتلای او به سرطان موثر بوده است
تكنيك پراش اشعه ايكس اشنا شد (1947-1950). در سال 1951مجدد به انگلستان و به كمبريج برگشت و در سال ۱۹۵۱ به همراه یکی از دانشجویان به نام «رایموند گوسلینگ» مجموعهیی از تصویرهای پراش پرتوی ایکس با کیفیت بالا از بلور DNA تهیه کرد. او با استفاده از این تصویرها توانست ابعاد و چگالی DNA را محاسبه کند و به درستی نتیجه گرفت که گروه های فسفات در بیرون مولکول DNA قرار دارند. به علاوه تشخیص داد DNA به دو شکل A و B وجود دارد و شکل راستین DNA همان شکل B است. تصویری که او از بلور شکل B تهیه کرد، در روشن شدن ساختمان سه بعدی DNA نقش بسزایی داشت.( آن تصویر را ظاهرا «موریس ویلکینز» بدون اجازه فرانکلین در اختیار «واتسون» و «کریک» قرار داده بودو این تصویر بود که آنها را مستقیم به کشف ساختارDNA راهنمایی کرد ) همچنین رزالین ساختار مولکولی ویروسهای مهمی مانند موزائیک تنباکو را تعیین کرد و به ثبت ساختار مارپیچی RNA کمک نمود. «فرانکلین» در سال ۱۹۵۸ در اثر سرطان تخمدان در سن 37 سالگی درگذشت. به نظر می رسد کار بیش از اندازه با پرتو ایکس در ابتلای او به سرطان موثر بوده است
واتسون و کریک Crick- Watson
James Watson
Born: 6 April 1928
Birthplace: Chicago, Illinois
Francis Crick
Born: 8 June 1916
Birthplace: Northampton, England
(Died: 28 July 2004 (colon cancer
James Watson
Born: 6 April 1928
Birthplace: Chicago, Illinois
Francis Crick
Born: 8 June 1916
Birthplace: Northampton, England
(Died: 28 July 2004 (colon cancer
در روزهای پایانی سال ۱۹۵۱، «جیمز واتسون» (زیست شناس) و «فرانسیس کریک» (فیزیکدان) با هدف تعیین ساختمان مولکولیDNA همکاری خویش را آغاز کردند. آنان می دانستند مولکول DNA از تعداد زیادی نوکلئوتید تشکیل شده است که به صورت خطی و با کمک اتصال های فسفودی استری کنار یکدیگر قرار گرفته اند. از سوی دیگر در همین سال، پاولینگ مارپیچ آلفا را به عنوان مهم ترین رکن ساختمان سه بعدی پروتئین ها معرفی کرده بود. از این رو نخستین طرح فرضی برایDNA در ذهن این زوج علمی شکل گرفت. DNA رشتهیی دراز و مارپیچی شکل از واحدهایی به نام نوکلئوتید است. در این رشته، ستون قند فسفات بسیار منظم و ترتیب بازها بسیار نامنظم است.وقتی آنان طرح فرضی خود را با «ویلکینز» در میان گذاشتند، با این پاسخ روبه رو شدند که بر اساس تصویرهای پراش پرتوی ایکس، قطر مولکول DNA بیش از آن است که وجود تنها یک رشته پلی نوکلئوتیدی آن را توجیه کند. از این رو، «کریک» پیشنهاد تازه یی را مطرح کرد. مولکول DNA از چند رشته پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است که به دور یکدیگر پیچ خورده اند. آیا DNA مولکولی دورشته یی، سه رشته یی یا چهاررشته یی است؟ ارتباط این رشته ها با یکدیگر چگونه است؟ آیا به راستی مولکولDNA ساختمان مارپیچی دارد؟ پاسخ این پرسش ها با اطلاعات کمی که در اختیار «واتسون» و «کریک» بود، به دست نمی آمد. از این رو از «ویلکینز» خواستند با آنان همکاری کند و تصویر پراش پرتوی ایکس بلور DNA را در اختیارشان قرار دهد. آنان با در دست داشتن تصویر پراش پرتوی ایکس DNA تصمیم گرفتند همانند دیگر دانشمندانی که به بررسی بلور مولکول ها می پرداختند، با استفاده از سیم و تکه های حلب، طرح فرضی DNA را بسازند. تفسیر تصویرهای پراش بلورها به محاسبه پیچیدهیی نیاز دارد. در آن زمان هنوز رایانه وارد آزمایشگاه های بلورشناسی نشده بود. از این رو بلورشناسان با توجه به اطلاعات اندکی که از تصویرهای پراش پرتو ایکس به دست می آوردند، طرح های فرضی مولکول ها را می ساختند. سپس با انجام محاسبههایی الگوی پراش فرضی این طرح های ساختگی را تعیین می کردند. سرانجام، پراش فرضی با پراش بلور مقایسه و ساختمان سه بعدی مولکول مورد نظر پیش بینی شد. برای مثال وجود تقارن و نظم در تصویر پراش بلور، نشان دهنده نظم و تکرار واحدهای سازنده مولکولهای بلور است. بنابراین، طرح ساخته شده باید دارای نظم و واحدهای تکرار شونده باشد.«واتسون» و «کریک» با فرض اینکه ستون قند فسفات در مرکز و بازهای حلقوی در بیرون مولکول DNA قرار دارند، به ساختن نخستین طرح برای DNA مشغول شدند. براساس این طرح؛DNA از دو رشته پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است. این رشته ها با پل های نمکی به هم مربوط می شوند که در آنها کاتیون های دو ظرفیتی مانند Mg۲+ و گروه های فسفات دارای بار منفی شرکت دارند.آنان پس از پایان کار، از «ویلکینز » و «فرانکلین» دعوت کردند، طرح شان را بررسی کنند. وقتی آنان مساله یون های Mg۲+را مطرح کردند که دو رشته را کنار یکدیگر نگه می دارند، با اعتراض شدید «فرانکلین» روبه رو شدند. «فرانکلین» پافشاری کرد که یون های Mg۲+را پوسته هایی از مولکول های آب دربرمیگیرند و بسیار دور از ذهن است که میخ محکمی برای نگه داشتن ساختمان DNA باشند. نظر او این بود که ستون قند و فسفات در بیرون قرار دارد. به این ترتیب، مولکولهای آب، طرح دو رشتهیی «واتسون» و «کریک» را فروریختند. مدت ها از این ماجرا گذشت، بدون آن که«واتسون» و «کریک» به موفقیت چشمگیری دست پیدا کنند. تا اینکه باخبر شدند، «پاولینگ» برای ساختمان سه بعدی DNA طرحی پیشنهاد کرده است. اما همان طور که گفته شد، طرح مارپیچ سه رشته یی «پاولینگ» از نظر شیمیایی نادرست بود. مدتی بعد، در دیداری که این زوج علمی با «ویلکینز» داشتند، با تصویر تازه یی از بلور DNA روبه رو شدند که از تصویرهای پیشین ساده تر بود. آن تصویر را که مربوط به شکل B بود، «فرانکلین» تهیه کرده بود. «ویلکینز» به آنان گفت آن تصویر از بلوری تهیه شده که مقدار زیادی آب داشته است و تصویر پیشین که آن دو روی آن کار میکردهاند، از مولکولی بوده که آب خود را از دست داده بوده است. «کریک» به کمک «ویلکینز»آن تصویر را با معادله های ریاضی بررسی کرد تا اطلاعات زیر به دست آمد:1- تصویر پراش بسیار منظم است. بنابراین ساختمان مولکولی DNA باید بسیار منظم و قطر آن در همه مولکول ثابت باشد.2- نقش ضربدری که در تصویر مشاهده می شود، از مارپیچ بودن مولکول DNA حکایت می کند و زاویه بین بازوی ضربدر و خط افق با زاویه پیچش DNA برابر است.3- در تصویر پراش، نقطه هایی که فاصله زیادی از هم دارند، در واقع فاصله اندکی از یکدیگر دارند و برعکس. با در نظر گرفتن این قاعده که معادله های پیچیده ریاضی آن را تایید می کند، فاصله بین مرکز و محیط تصویر پراش، حدود ۳۴ انگستروم و فاصله بین هر ردیف از نقطه های سیاه با ردیف بعدی حدود ۳۴ انگستروم محاسبه می شود. بنابراین، فاصله هر جفت باز با جفت باز دیگر حدود ۴/۳ انگستروم و فاصله عمودی یک دور کامل مارپیچ DNA ، حدود ۳۴ انگستروم خواهد بود. در این صورت، در هر دور مارپیچ DNA حدود ۱۰ جفت باز آلی جای می گیرد.سرانجام «واتسون» و «کریک» با درنظر گرفتن این اطلاعات و نتیجه آزمایش های «چارگاف» توانستند به بزرگ ترین کشف زیست شناسی مولکولی دست یابند و به همراه «ویلکینز»، جایزه نوبل ۱۹۶۲ را از آن خود کنند.
اشتراک در:
پستها (Atom)