مبحث مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم (گفتار۲) + نکته و تست
اگر به یاد داشته باشید در گفتار ۱ مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم درباره آزمایش گریفیت و خدمات سایر دانشمندان در این حوزه حرف زدیم. برای مثال گفتیم که کدام دانشمندان در نهایت ساختار DNA را کشف کردند. در این گفتار قصد داریم شما را با مبحث همانندسازی آشنا کنیم. مبحث همانندسازی در فصل مولکول‌های اطلاعاتی از مباحثی است که نکات کنکوری آن را نباید از یاد ببرید.
همانندسازی دنا
آیا به یاد دارید که در گفتار۱ فصل مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم به شما درباره مدل واتسون و کریک چه گفتیم؟ اگر این مدل را با شکل در ذهنتان تداعی کنید، به‌خوبی این مبحث همانندسازی و نکات کنکوری آن را یاد می‌گیرید. مبحث همانندسازی به شما می‌گوید که چگونه ماده وراثتی بدون هیچ‌گونه نقصی بین دو سلول تقسیم می‌شود. سوال اصلی اینجاست که اصلا همانندسازی چیست؟
در فصل مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم، همانندسازی ساخت رشته جدید از رشته قدیمی دنا (دقیقا مشابه رشته قدیمی) تعریف شده است. برای این فرایند ساخته شدن رشته قدیمی از جدید، چندین مدل پیشنهاد شده است. این مدل‌ها به شرح زیرند:
- همانندسازی حفاظتی: در این همانندسازی دو رشته اولیه دنا بدون اینکه هیچ تغییری کنند، وارد یک یاخته می‌شوند و هر دو رشته دنای ثانویه هم به یاخته‌ای دیگر ورود پیدا می‌کنند. پس تغییری در هیچ‌کدام از دو رشته دنای اولیه نمی‌توان دید و به همین دلیل به آن همانندسازی از نوع حفاظتی می‌گویند.
- همانندسازی نیمه‌حفاظتی: در این مدل هر سلول ساخته‌شده، حاوی یک رشته از دنای قدیمی و یک رشته هم از دنای جدید است.
- همانندسازی پراکنده یا غیرحفاظتی: در این مدل دناهای به‌وجودآمده، قطعاتی از رشته اولیه و ثانویه را به‌شکل پراکنده شده در خود دارند.
اما از سوالات و نکات کنکوری که در اینجا یعنی گفتار 2 مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم به وجود می‌آید، این است که کدام از سه مدل فوق مورد تایید است؟
دو دانشمند به نام‌های استال و مزلسون جواب سوال فوق را با روشی جالب پیدا کردند. (از نکات کنکوری این فصل است) آن‌ها این‌گونه ارزیابی کردند که برای تشخیص روش همانندسازی صحیح از مدل‌های فوق
باید رشته قدیمی را از رشته جدید در طی فرایندها تشخیص داد. بنابراین آن‌ها را با ایزوتوپ سنگین نیتروژن نشانه‌دار کردند. این دناها که با این نوع ایزوتوپ نشانه‌گذاری شده بودند، چگالی بیشتری داشتند.
در فصل مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم اشاره شده که وقتی شرایطی به وجود می‌آید که یک ماده از ماده دیگر چگال‌تر است، می‌توان آن‌ها را با ابزارهایی مثل سانتریفیوژ با سرعت بالا (فراگریزانه) جدا کرد. بنابراین دو دانشمند نام برده شده، ابتدا تعدادی باکتری را به طریقی کشت دادند که ایزوتوپ سنگین نیتروژن وارد باز آلی نیتروژن‌دار دنا شود. آن‌ها با این کار باکتری‌هایی به وجود آوردند که به‌مراتب دنای سنگین‌تری داشتند.
در مرحله بعد باکتری‌های حاوی دنای سنگین را به محیط کشت باکتری‌های با دنای سبک انتقال دادند. باید بدانید که تقسیم باکتری تقریبا ۲۰ دقیقه به طول می‌انجامد، بنابراین در هر ۲۰ دقیقه باکتری‌ها را جدا کرده و مورد ارزیابی قرار می‌دادند.
به یاد داشته باشید که آن‌ها در فواصل زمانیِ گفته‌شده دنا را از باکتری خارج کرده و در محلول سزیم کلرید با سرعتی خیلی زیاد سانتریفیوژ می‌کردند. در دستگاه گریزانه، سرعت حرکت مواد بر پایه چگالی آن‌ها بنا شده؛ بنابراین موادی که سنگین‌تر هستند با سرعت بیشتری به حرکت در می‌آیند.
در نهایت با انجام مراحل فوق در مبحث مولکول های اطلاعاتی زیست دوازدهم و سایر کتب زیستی، همانندسازی نیمه‌حفاظتی به‌عنوان مدل نهایی همانندسازی معرفی شده است.
مراحل همانندسازی
همانندسازی از جایی آغاز می‌شود که ابتدا با آنزیمی به نام هلیکاز مارپیچ DNA باز شده و دو رشته از قسمتی از هم فاصله می‌گیرند. در مرحله بعد آنزیم‌هایی دیگر روی کار می‌آیند. آن‌ها وظیفه دارند که نوکلئوتیدهای رشته‌های DNA را با یکدیگر هماهنگ کنند. (نام این آنزیم دنا بسپاراز یا همان DNA پلی مراز است.)
دوراهی همانندسازی
در جایی که رشته‌های دنا از هم فاصله می‌گیرند، دو ساختار مانند حرف Y شکل می‌گیرند که دوراهی‌های همانندسازی را می‌سازند. در این فصل، یعنی مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم آمده که در این مرحله پیوندهای هیدروژنی از هم باز می‌شوند. بنابراین با باز شدن این پیوندها، پیوندهای فسفودی استر جدیدی تشکیل می‌شوند. DNA پلیمراز در مرحله بعد کار اضافه کردن نوکلئوتیدها را به انتهای رشته در حال ساخت به عهده می‌گیرد.
فعایت دیگر DNA پلی مراز
در فصل مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم آمده که بیشتر اوقات همانندسازی DNA صحیح انجام می‌شود، اما گاهی هم اشتباهاتی صورت می‌گیرد. این اشتباهات به این صورت‌اند که برای مثال اگر به جای C که مکملش G است، T قرار بگیرد، روند جفت شدن به‌طورکلی بر هم می‌خورد. در این شرایط دنا بسپاراز برمی‌گردد و ویرایش انجام می‌دهد. پس نوکلئوتید صحیح را جایگزین می‌کند. برای اینکه این فرایند انجام شود نیاز است که پیوند فسفودی استر شکسته شود و نوکلئوتید از دنا جدا گردد. قابلیت شکسته شدن پیوند فسفو دی استر و بریده شدن دنا را فعالیت نوکلئازی می‌گویند. همچنین فعالیت نوکلئازی دنا بسپاراز که موجب رفع خطاها می‌شود را ویرایش نامگذاری کرده‌اند.
نکات کنکوری گفتار۲ مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم
از مهم‌ترین نکات کنکوری فصل مولکول‌های اطلاعاتی زیست دوازدهم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- زمان۲۰ دقیقه‌ای برای همانندسازی باکتری، زمانی تقریبی است و لزوما ۲۰ دقیقه مطلق نیست.
- تعداد فعالیت‌های دنا بسپاراز بیش از یکی است.
- فعالیت همانندسازی پروکاریوت‌ها با یوکاریوت‌ها متفاوت است. (از دلایل اصلی این تفاوت، اختلاف حجم دنای آن‌هاست.)
- در پروکاریوت‌ها علاوه بر دنای اصلی گاهی ممکن است دنای دیگری به نام پلازمید یا دیسک نیز در سلول حضور داشته باشد.
- حضور دیسک موجب می‌شود که پروکاریوت ویژگی‌های متمایزی داشته باشد. (این نکته از نکات کنکوری مهم این فصل است.)
تست
- کدام آنزیم موجب جدا شدن رشته‌های دنا می‌شود؟
الف. رنا بسپاراز
ب. دنا بسپاراز
ج. هلیکاز
د. هیچ‌کدام
نام دیگر دنا بسپاراز چیست؟
الف. هلیکاز
ب. DNAپلی مراز
ج. هر دو
د. هیچ کدام
نویسنده: کلاسینومگ