سلام. من فرزین رستمی هستم، رتبه 871 کنکور تجربی97 و رتبه 262 کنکور ریاضی92. در این مطلب نکات و مفاهیم گفتار اول فصل 1 زیست دوازدهم را با هم مرور خواهیم کرد. فصلی که توانایی ترکیب با همه فصل های هر سه کتاب زیست شناسی متوسطه2 را دارد.
ویژگی های ظاهری و عملکردی سلول های بدن ما تحت فرمان دستورالعملهای موجود در هسته تعیین میشوند. این دستورالعملها همان اطلاعات وراثتی هستند که در حین تقسیم از سلولی به سلول دیگر و در تولید مثل از نسلی به نسل بعد منتقل میشوند. اطلاعات وراثتی در دنا ذخیره میشوند که دنا هم با یک سری پروتئین مخصوص در قالب کروموزوم در هسته قرار دارد.
اطلاعات اولیه در مورد ماده وراثتی از آزمایش های باکتری شناسی انگلیسی به نام گریفیت به دست آمد. او سعی داشت واکسنی برای آنفلوانزا تولید کند. در آن زمان تصور می شد عامل این بیماری نوعی باکتری به نام استرپتوکوکوس نومونیا است. (عامل آنفولانزا نوعی ویروس و استرپتوکوکوس نومونیا عامل ذات الریه است)
گریفیت با دو نوع باکتری آزمایشهایی را روی موشها انجام داد. نوع بیماری زای آن که پوشینه دار (کپسول دار) است در موش ها سبب سینه پهلو (ذات الریه) میشود ولی نوع بدون پوشینه آن موش ها را بیمار نمیکند.
مشاهدات گریفیت
1) تزریق باکتری های پوشیده دار به موش باعث بروز علائم بیماری و مرگ در آنها میشود.
2) تزریق باکتری های بدون پوشینه به موش های مشابه، باعث بروز علائم بیماری نمیشود.
3) باکتری های پوشینه دار کشته شده با گرما را به موش ها تزریق کرد و مشاهده کرد که موش ها سالم ماندند؛ لذا وجود پوشینه به تنهایی عامل مرگ موش ها نیست.
4) سپس مخلوطی از باکتریهای پوشینه دار کشته شده با گرما و زنده بدون پوشینه را به موشا تزریق کرد و دید برخلاف انتظار موش ها مردند و در بررسی خون و شش های موش های مرده مقدار زیادی باکتری های پوشینه دار زنده مشاهده کرد. مسلماً باکتری های مرده زنده نشده اند بلکه تعدادی از باکتریهای بدون پوشینه به نحوی تغییر کرده و پوشیده دار شده اند. از نتایج آزمایش های گریفیت مشخص شد که ماده وراثتی میتواند از سلولی به سلول دیگر منتقل شود ولی ماهیت این ماده و چگونگی انتقال آن مشخص نشد.
آزمایشات ایوری و همکارانش
آزمایش اول: وی و همکارانش ابتدا از عصاره استخراج شده از باکتری های کشته شده پوشیده دار استفاده کردند و در آن تمامی پروتئین های موجود را تخریب کرد. آنها سپس باقیمانده محلول را که فاقد پروتئین بود به محیط کشت باکتری فاقد پوشینه اضافه کردند و دیدند که انتقال صفت صورت می گیرد؛ با این آزمایش نتیجه گرفتند که پروتئین ها ماده وراثتی نیستند.
آزمایش دوم: عصاره استخراج شده از باکتری های کشته شده پوشینه دار را در یک سانتریفیوژ با سرعت بالا قرار دادند و مواد آن را به صورت لایه لایه جدا کردند. با اضافه کردن هر یک از لایه ها (پروتئین، لیپید، کربوهیدرات و دنا) به صورت جداگانه به محیط کشت باکتری فاقد پوشینه مشاهده کردند که انتقال صفت فقط با لایهای که در آن دنا وجود دارد انجام میشود. نتایج این آزمایش ها دیواری و همکارانش را به این نتیجه رساند که عامل اصلی و موثر در انتقال صفات دنا است. یعنی دنا همان ماده وراثتی است.
آزمایش سوم: در آزمایشهای دیگری مسابقه باکتریهای گوش این دیدار را استخراج به آن را به چهار قسمت تقسیم کردند. به هر قسمت آنزیم تخریب کننده یک گروه از مواد آلی (کربوهیدرات ها پروتئین ها و لیپید ها نوکلئیک اسید ها) را اضافه کردند. سپس هر کدام را به محیط کشت حاوی باکتری بدون پوشینه منتقل و اجازه دادند تا فرصتی برای انتقال صفت و رشد و تکثیر داشته باشند. مشاهده شد که در همه ظروف انتقال صورت می گیرد به جز ظرفی که حاوی آنزیم تخریب کننده نوکلئیکاسیدها بود.
نکته: اگر به عصاره استخراج شده از باکتری های کپسول دار آنزیم نوکلئاز مثل آنزیم EcoRI اضافه کنیم انتقال ماده وراثتی رخ نمی دهد. چون این آنزیم پیوند فسفودیاستر بین نوکلئوتید های دنا را می شکند. ولی اگر پروتئاز یا لیپاز یا آمیلاز اضافه کنیم انتقال ماده وراثتی رخ می دهد.
ساختار اسیدهای نوکلئیک
همه پروکاریوت ها (باکتری ها) و همه یوکاریوت ها (آغازیان، قارچ ها، گیاهان و جانوران) دو نوع اسید هسته ای دارند. نوکلئیک اسیدها شامل دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (دنا) و ریبونوکلئیک اسید (رنا) هستند. دنا و رنا در سلول ذخیره و حمل اطلاعات را برعهده دارند. دنا و رنا پلیمرهای از واحدهای تکرار شونده به نام نوکلئوتید هستند.
هر نوکلئوتید شامل سه بخش است:
1) یک قند پنج کربنه یا پنتوز: در ساختار هر نوکلئیک اسید فقط یک نوع قند وجود دارد. منوساکارید به کار رفته در دنا، قند دئوکسی ریبوز و در رنا، قند ریبوز است. هر کدام یک حلقه پنج ضلعی دارند یکی از راس های آن ها اکسیژن است. دئوکسی ریبوز یک اتم اکسیژن کمتر از ریبوز دارد.
2) یک باز آلی نیتروژن دار: پنج نوع باز آلی نیتروژن دار در ساختار نوکلئیک اسید ها وجود دارند. آدنین و گوانین که دو حلقهای هستند و تحت عنوان کلی پورین آنها را میشناسیم. تیمین، سیتوزین و یوراسیل که تک حلقه ای هستند و تحت عنوان کلی پیریمیدین آنها را می شناسیم. تیمین فقط در دنا و یوراسیل فقط در رنا دیده میشود.
3) یک تا سه گروه فسفات 
نوکلئوتید ها می توانند از نظر نوع قند، نوع باز آلی و تعداد گروه های فسفات با یکدیگر متفاوت باشند. بنابراین به ازای هرکدام از بازهای آدنین، سیتوزین و گوانین ۶ نوکلئوتید بر حسب نوع قند و تعداد گروه های فسفات داریم؛ چون این سه بازی آلی میتوانند هم به ریبوز و هم به دئوکسی ریبوز متصل شوند. اما به ازای بازهای تیمین و یوراسیل سه نوع نوکلئوتید داریم چون تیمین فقط به دئوکسی ریبوز و یوراسیل فقط به ریبوز متصل می شوند. پس در کل 24 نوع نوکلئوتید داریم.
نوکلئوتید های آزاد که به عنوان پیش ساز ساخت رنا و یا دنا میخواهند مورد استفاده قرار بگیرند ابتدا سه گروه فسفات دارند اما هنگام برقراری پیوند با یکدیگر دو گروه از آسفالت های خود را از دست داده و فقط با یک گروه فسفات خود با پیوند فسفودی استر در رشته پلی نوکلئوتیدی جای می گیرند. لذا با تشکیل اسید های نوکلئیک مقدار فسفات آزاد در سلول افزایش می یابد.
در تشکیل پیوند فسفودی استر فسفات هر نوکلئوتید گروه هیدروکسیل نوکلئوتید مجاور متصل می شود. هر پیوند فسفودی استر شامل دو پیوند قند - فسفات است. بنابراین پیوند فسفو دی استر بین قند یک نوکلئوتید و قند نوکلئوتید مجاور است. دقت کنید که نوکلئوتید به تنهایی پیوند فسفو دیاستر ندارد.
هر رشته رنای خطی و هریک از دو رشته دنای خطی دو سر متفاوت دارند. در یک انتها فسفات و در انتهای دیگر گروه هیدروکسیل قند دیده میشود. دقت کنید که مولکول دنا دو رشته ای است و این دو رشته در جهت مخالف به هم متصل شده اند، لذا دو سر مولکول دنای خطی برخلاف رنا مشابه است.
دو انتهای رشته های پلی نوکلئوتیدی نیز میتوانند با پیوند فسفو دی استر به هم متصل شوند و نوکلئیک اسید حلقوی را ایجاد کنند. دنای باکتری ها و دنای سیتوپلاسمی یوکاریوت ها (دنای موجود در میتوکندری و کلروپلاست) حلقوی هستند.
در دنای حلقوی تعداد نوکلئوتید ها با تعداد پیوند فسفو دی استر برابر است اما در دنای خطی تعداد نوکلئوتید ها ۲ عدد از تعداد پیوند های فسفودی استر بیشتر است.
در سیتوپلاسم باکتری ها و در اندامک های میتوکندری و کلروپلاست هر دو نوع نوکلئیک اسید خطی (رنا) و حلقوی (دنا) دیده می شود.
نوکلئوتیدها می توانند مونومر برخی آنزیم ها هم باشند مانند آنزیم rRNA.
ناقلین الکترون NADH و FADH2 در تنفس سلولی و NADPH در فتوسنتز هر کدام یک دینوکلئوتید (هر کدام دو نوکلئوتید دارند) هستند.
بر اساس مشاهدات و تحقیقات چارگاف که بر روی دناهای جاندارن انجام داد، مشخص شد که مقدار آدنین موجود در مولکول دنا همیشه با مقدار تیمین برابر است و مقدار گوانین در آن همیشه با مقدار سیتوزین برابری میکند. تحقیقات بعدی دانشمندان (نه چارگاف) دلیل این برابری را توضیح داد. چارگاف دورشته ای بودن دنا را تشخیص نداد.
ویلکینز و فرانکلین با بررسی تصاویری که با استفاده از پرتو ایکس از مولکول دنا تهیه کردند به نتایج زیر رسیدند:
1) دنا حالت مارپیچی دارد.
2) بیش از یک رشته دارد.
3)آنها با استفاده از این روش ابعاد مولکول ها را نیز تشخیص دادند.
مدل مولکولی واتسون و کریک
واتسون و کریک با استفاده از 1) نتایج آزمایشات و مشاهدات چارگاف 2) داده های حاصل از تصاویر تهیه شده با پرتو ایکس و 3) یافته های خود، مدل مولکولی نردبان مارپیچ را ساختند.
هر مولکول دِنا در حقیقت از دو رشته پلی نوکلئوتیدی ساخته شده است که به دور محوری فرضی پیچیده شده و ساختار مارپیچ دو رشته ای را ایجاد می کند.این مارپیچ اغلب با یک نردبان پیچ خورده مقایسه می شود. ستون های این نردبان را قند و فسفات و پله ها را بازهای آلی تشکیل می دهند.
در مدل واتسون کریک در ستونهای نردبان پیوند فسفودی استر وجود دارد ولی در پله ها پیوند فسفودی استر و یافت نمی شود. در پله ها پیوند کووالانسی بین بازو قند و همچنین پیوند هیدروژنی بین بازهای مکمل یافت میشود.
قرارگیری جفت بازها به این شکل باعث می شود که قطر مولکول دنا در سراسر آن یکسان باشد؛ زیرا یک باز تک حلقه ای در مقابل یک باز دو حلقه ای قرار می گیردو باعث پایداری مولکول دنا می شود. ثابت ماندن قطر دنا باعث پایداری اطلاعات آن شده و در فشرده شدن بهتر کروموزوم ها موثر است.
نتیجۀ دیگرِ جفت شدن بازهای مکمل این است که اگرچه دو رشتهٔ یک مولکول دِنا یکسان نیستند، ولی شناسایی ترتیب نوکلئوتیدهای هر کدام می تواند ترتیب نوکلئوتیدهای رشتهٔ دیگر را هم مشخص کند؛ مثلاً اگر ترتیب نوکلئوتیدها در یک رشته ATGC باشد ترتیب نوکلئوتیدها در رشتهٔ مکمل آن باید TACG باشد.
اگرچه هر پیوند هیدروژنی به تنهایی انرژی پیوند کمی دارد، ولی وجود هزاران یا میلیون ها نوکلئوتید و برقراری پیوند هیدروژنی بین آنها به مولکول دِنا حالت پایدارتری می دهد. در عین حال، دو رشته دِنا در موقع نیاز هم می توانند در بعضی نقاط از هم جدا شوند، بدون اینکه پایداری آنها به هم بخورد.
در مولکول دنا که دارای دو رشته پلی نوکلئوتیدی ناهمسو است. بین هر دو نوکلئوتید مجاور با پیوند فسفودی استر و بین هر دو نوکلئوتید مقابل پیوند هیدروژنی وجود دارد. نوکلئوتید های آدنین دار و تیمین دار مکمل هم هستند و بین آنها دو پیوند هیدروژنی برقرار می شود. نوکلئوتید های گوانین دار و سیتوزین دار هم مکمل اند. با این تفاوت که بین آنها سه پیوند هیدروژنی برقرار می شود. این خاصیت باعث ایجاد پایدار ترین حالت دنا شده است. همچنین این حالت باعث مید که در مولکول دنا (نه یک رشته دنا) همیشه تعداد پورینها با تعداد پیریمیدینها برابر باشد. چون: A+G=C+T.
دقت داشته باشید که چه در دنا و چه در رنا پیوند فسفو دی استر بین دو بازه مجاور نیست.
در مولکول دنا پیوند هیدروژنی بین بازهای مکمل دو رشته است؛ اما در برخی رناها مانند رنای ناقل که روی خودش تا میخورد هم پیوند هیدروژنی بین نوکلئوتیدهای مکمل در همان یک رشته برقرار میشود.
در یوکاریوت ها دنا در هر کروموزوم به صورت خطی است و مجموعه ای از پروتئین ها که مهمترین آنها هیستون ها هستند همراه آن قرار دارند (نه فقط هیستون ها). وقتی سلول در حالت تقسیم نیست فشردگی ماده وراثتی هسته کمتر است و به صورت توده ای از رشته های درهم می باشد که به آن کروماتین (فامینه) می گویند. هر رشته کروماتین از واحد های تکراری به نام نوکلئوزوم هسته تن تشکیل می شود که در آن مولکول دنا حدود دو دور در اطراف ۸ مولکول پروتئینی به نام هیستون پیچیده است. نوکلئوزوم ترکیبی از دو نوع پلیمر است دنا و پروتئین. هر نوکلئیک اسید ای که توسط هیستون فشرده میشود و یا تشکیل نوکلئوزوم می دهد به طور حتم نوعی دنای خطی است.
پلازمید یا دیسک
پروکاریوت ها که شامل همه باکتری ها (اشریشیا کلای، ریزوبیوم، استرپتوکوکوس نومونیا، باکتری عامل کزاز و…) اند اطلاعات وراثتی شان در غشا محصور نشده است. کروموزوم اصلی پروکاریوت ها یک مولکول دنای حلقوی است که در سیتوپلاسم قرار دارد و به غشای پلاسمایی سلول متصل است.
هر سلولی که کروموزوم آن توسط غشا محصول شده و یا کروموزوم آن به غشای پلاسمایی متصل است قطعاً پروکاریوت است لذا دنای آن حلقوی بوده و هیستون و نوکلئوزوم هم ندارند؛ اما به جای هیستون پروتئین های دیگری عمل فشرده سازی دنا را انجام میدهند.
پلازمید یا دیسک یک مولکول دنای حلقوی خارج فام تنی است که معمولاً درون باکتری ها و بعضی سلول های یوکاریوتی مثل مخمر ها وجود دارد. دیسک ها می توانند مستقل از کروموزوم اصلی تکثیر شوند و از آنزیم های همانندسازی و رونویسی میزبان استفاده کنند. دیسک ها را کروموزوم های کمکی نیز می نامند چون حاوی ژن هایی هستند که در کروموزوم اصلی باکتری وجود ندارند. مثلاً ژن مقاومت به آنتی بیوتیک در دیسک قرار دارد. بسیاری از دیسک ها ژن مقاومت به آنتی بیوتیک را دارند. این ژن ها به باکتری این توانایی را میدهند که در مقابل آنتی بیوتیک ها مقاومت کرده و زنده بمانند.
رنا و انواع آن
1) رنای پیک mRNA: از روی ژن پروتئین طی فرایند رونویسی ساخته میشود. اطلاعات را از دنا به ریبوزوم ها می رساند. با استفاده از اطلاعات راهی پروتئین سازی می کند. بنابراین ترتیب یا توالی آمینو اسید های یک زنجیره پلی پپتیدی مستقیماً توسط رنای پیک ولی در اصل توسط ژن در دنا تعیین می شود.
2) رنای ناقل tRNA: از روی قسمتی از دنا به نام ژن طی فرایند رونویسی ساخته می شود. ناقل در سیتوپلاسم آمینو اسید ها را برای استفاده در پروتئین سازی به سمت ریبوزومها منتقل می کند.
3) رنای ریبوزومی rRNA: در ساختار رِناتَن ها علاوه بر پروتئین، رِنای رِناتَنی نیز شرکت دارد. علاوه بر این نقش ها، رِناها نقش آنزیمی و دخالت در تنظیم بیان ژن نیز دارند. از روی ژن مربوطه توسط رنابسپاراز ساخته میشود. نقش آنزیمی دارد و پیوند پپتیدی بین آمینواسیدها را برقرار میکند.
4) رناهای کوچک: برخی نقش آنزیمی و برخی در تنظیم بیان ژن نقش دارند.
ژن چیست؟
مطابق آزمایش های ایوری و همکارانش،مشخص شد اطلاعات وراثتی در دِنا قرار دارد و از نسلی به نسل دیگر منتقل می شوند. این اطلاعات در واحدهایی به نام ژن سازماندهی شده اند. ژن بخشی از مولکول دِنا است که دستورالعمل ساخت رنا یا پلیپپتید را دارد.
ژن انسولین بخشی از مولکول دنا است که دستورالعمل ساخت پروتئین انسولین را دارد. دقت کنید که هیچ پروتئینی در درون هسته و مستقیم از روی دنا ساخته نمی شود. برای مثال ابتدا در هسته از روی ژن انسولین توسط فرایند رونویسی رنای پیکی ساخته می شود. سپس این رنا وارد سیتوپلاسم شده و در آنجا توسط فرایند ترجمه از روی آن پروتئین انسولین ساخته می شود.
ماده وراثتی موجود در همه سلول های هسته دار انسان یکسان است. یعنی همه سلول های هسته دار یک فرد 46 کروموزوم دارند.
آدنوزین: از باز آدمین و یک قند پنج کربنی ساخته شده است. آدنوزین نوکلئوتید محسوب نمیشود؛ چون فسفات ندارد. آدنوزین نسبت به آدنین ۵ کربن بیشتر دارد که همان کربن های پنتوز است.
برای تشکیل یک نوکلئوتید باز آلی نیتروژن دار و گروه فسفات به دوطرفه قند با پیوند کووالانسی متصل می شوند. باز آلی به یک طرف و فسفات به طرف دیگر قند متصل می شوند.
آدنوزین تری فسفات (ATP) یک نوکلئوتید و فاقد پیوند فسفودی استر است. در ساختار آن سه بخش یافت می شود که دو بخش آن یعنی باز آلی و قند پنتوز ماده آلی حلقوی هستند و یک بخش آن ماده معدنی یا همان فسفات است. این مولکول شکل رایج و قابل استفاده انرژی در سلول ها است. تشکیل ATP از ADP با صرف انرژی است و یک مولکول آب آزاد می شود و بالعکس.ATP در بیشتر واکنش های انرژی ها مصرف می شود (نه همه)
در نتیجه سوخت و ساز نوکلئیک اسید های به کار رفته در دنا و رنا آمونیاک و اسید اوریک تولید می شود. آمونیاک بسیار سمی است. در کبد دو عدد آمونیاک با یک عدد کربن دی اکسید ترکیب شده و به اوره تبدیل می شود. اوره فراوان ترین ماده دفعی آلی در ادرار است. در نوعی بیماری کبدی مقدار آمونیاک خون میتواند افزایش و مقدار اوره خون کاهش یابد. دیگر ماده دفعی آلی نیتروژن دار اسید اوریک است که آن هم از متابولیسم نوکلئیک اسید ها حاصل می شود. اسید اوریک انحلال پذیری زیادی در آب ندارد؛ بنابراین تمایل آن به رسوب کردن و تشکیل بلور زیاد است. رسوب بلورهای اسید اوریک در کلیه باعث ایجاد سنگ کلیه و در بافت های پیوندی مفاصل باعث بیماری نقرس می شود.
1-کدام گزینه عبارت مقابل را به درستی تکمیل می کند؟ "در آزمایش های گریفیت…………."
1) در آزمایش اول برخلاف آزمایش دوم موش ها زنده ماندند که مشخص کرد پوشینه عامل مرگ موش هاست.
2) سه مورد از آزمایش ها از باکتری های پوشیده دار استفاده شد که در دو مورد موش ها مردند.
3) در آزمایش سوم تعدادی از باکتری های بدون پوشینه با ایجاد تغییر در خود پوشینه را ساختند.
4) در آزمایشی که هر دو نوع از این باکتری حضور داشتند، ماهیت و شیوه انتقال ماده وراثتی یافت شد.
2- هر نوکلئوتیدی که با نوکلئوتید دارای باز آلی گوانین پیوند برقرار کرده است، ………………..
1) فاقد باز آلی یوراسیل است.
2) در صورت قرارگیری در ساختار دنای حلقوی یک گروه فسفات دارد.
3) حاوی قند پنج کربنی دئوکسی ریبوز است.
4) تنها دارای باز آلی نیتروژن دار تک حلقه ای می باشد.
3- کدام عبارت برای تکمیل جمله زیر مناسب تر است؟
"در ارتباط با یک یاخته طبیعی قبل از فرایند تقسیم یاخته ای در یک مولکول دنای…………"
1) خطی، تعداد باز های آلی بیشتر از تعداد حلقه های آلی می باشد.
2) حلقوی، پایداری مولکول دنا تنها به تعداد پیوندهای فسفودی استر بستگی دارد.
3) هسته ای، تعداد بازهای آدنین با تعداد بازهای تیمین در یک رشته قطعاً برابر است.
4) سیتوپلاسمی، انتهای هیدروکسیل آزاد وجود ندارد.
4- کدام عبارت نادرست است؟
1) در یوکاریوت ها، محل تولید و فعالیت رنا می تواند هسته یاخته باشد.
2) برخی مولکولهای رنا می توانند در تسریع واکنش های شیمیایی نقش داشته باشند.
3) در ریزوبیوم، هر مولکول رنا از روی یک رشته از دنای خطی در سیتوپلاسم ساخته میشود.
4) همه ژن ها اطلاعاتی دارند که ابتدا از آن برای تولید مولکول رنا می تواند استفاده شود.
5- چند مورد صحیح می باشد؟
الف) آزمایشی که اولین بار قابلیت انتقال ماده وراثتی را مشخص کرد، با هدف تولید واکسن انجام شد.
ب) برای رد پروتئینی بودن ماده وراثتی، ایووری و همکارانش آنزیم تخریب کننده پروتئین را به عصاره باکتری بدون کپسول وارد کردند.
ج) در نوکلئوتیدهای دارای باز آلی آدنین، باز آلی آدنین از حلقه پنج ضلعی خود را به قند ۵ کربن متصل میشود.
د) در ساختار دنا، پیوند بین قند یک نوکلئوتید با قند نوکلئوتید دیگر را پیوند فسفودی استر می نامند.
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
صفحه ی اینستاگرام ما
دوستان عزیزم ما تصمیم گرفتیم برای اینکه بتوانیم ارتباطمان را با هم بیشتر کنیم و قدم به قدم کنارتان باشیم ، صفحه ی اینستاگرام را بسازیم و همراهتان باشیم . برای دیدن صفحه ما روی لینك زير كليك كنيد.
فرزین رستمی دانشجوی پزشکی دانشگاه علوم پزشکی کردستان
