Cart is empty مولکولهای اطلاعاتی
فصل اول زیستشناسی دوازدهم (از ژنتیک تا پروتئین)
تلاش برای کشف ماده وراثتی
دانشمندان سالها به دنبال پاسخ این سوال بودند که ماده وراثتی پروتئین است یا DNA؟
۱. آزمایشهای فردریک گریفیت
گریفیت با باکتری استرپتوکوکوس نومونیا (عامل ذاتالریه) کار میکرد. او دو سویه از این باکتری داشت:
- سویه کپسولدار (S): بیماریزا و کشنده (کپسول مانع دفاع بدن موش میشود).
- سویه بدون کپسول (R): غیربیماریزا (دستگاه ایمنی موش آن را نابود میکند).
مرحله اول
تزریق باکتری زنده S ⬅ مرگ موش. (نتیجه: کپسول عامل بیماری است).
مرحله دوم
تزریق باکتری زنده R ⬅ موش زنده ماند. (باکتری بدون کپسول بیخطر است).
مرحله سوم
تزریق باکتری S کشته شده با گرما ⬅ موش زنده ماند. (گرما باکتری را کشته است).
مرحله چهارم (مهم)
مخلوط S کشته شده + R زنده ⬅ مرگ موش.
در خون موش باکتریهای S زنده پیدا شد! گریفیت نتیجه گرفت مادهای از باکتری مرده S به باکتری زنده R منتقل شده و آن را تغییر داده است. او این پدیده را ترانسفورماسیون (انتقال صفت) نامید.
۲. آزمایشهای ایوری و همکاران
ایوری عصاره باکتری S کشته شده را استخراج کرد تا ماهیت عامل انتقال صفت را پیدا کند.
آزمایش اول (تخریب پروتئین)
عصاره + آنزیم پروتئاز ⬅ انتقال صفت انجام شد.
نتیجه: ماده وراثتی پروتئین نیست.
آزمایش دوم (تخریب DNA)
عصاره + آنزیم نوکلئاز (تخریب کننده DNA) ⬅ انتقال صفت انجام نشد.
نتیجه: ماده وراثتی DNA است.
ساختار دنا و همانندسازی
اجزای نوکلئوتید (واحد سازنده)
- قند ۵ کربنه: در DNA دئوکسیریبوز و در RNA ریبوز.
- گروه فسفات: باعث بار منفی و خاصیت اسیدی میشود.
- باز آلی: پورین (۲ حلقهای: A, G) یا پیریمیدین (۱ حلقهای: C, T, U).
مدل واتسون و کریک (مارپیچ دوگانه)
آنها با استفاده از دادههای چارگاف (برابری A با T و C با G) و تصاویر پرتو X روزالیند فرانکلین، مدل نهایی را ارائه دادند:
- مولکول دنا نردبانی پیچخورده است.
- ستونها: قند و فسفات (با پیوند محکم فسفودیاستر).
- پلهها: بازهای آلی روبهروی هم (با پیوند سست هیدروژنی).
- رشتهها ضد موازی هستند.
- قطر ثابت: چون همیشه یک باز تکحلقهای با یک باز دوحلقهای جفت میشود.
همانندسازی (آزمایش مزلسون و استال)
اثبات مدل نیمهحفاظتی با استفاده از ایزوتوپهای نیتروژن سنگین (15) و سبک (14):
| زمان | محیط کشت | نتیجه سانتریفیوژ | تفسیر |
|---|---|---|---|
| شروع | فقط N15 | نوار سنگین (پایین) | دنای اولیه کاملاً سنگین است. |
| ۲۰ دقیقه | انتقال به N14 | نوار متوسط (وسط) | دنای هیبرید (یک رشته کهنه سنگین + یک رشته نو سبک). |
| ۴۰ دقیقه | ادامه در N14 | نوار متوسط + نوار سبک (بالا) | نیمی هیبرید و نیمی کاملاً سبک. |
مراحل همانندسازی:
۱. آنزیم هلیکاز دو رشته را با شکستن پیوند هیدروژنی باز میکند (ایجاد دوراهی همانندسازی).
۲. آنزیم دنابسپاراز (DNA Polymerase) نوکلئوتیدهای مکمل را روبهروی رشته الگو قرار داده و پیوند فسفودیاستر میسازد.
۳. ویرایش: اگر اشتباهی رخ دهد، دنابسپاراز برمیگردد و آن را اصلاح میکند (فعالیت نوکلئازی).
رونویسی (Transcription)
ساخته شدن RNA از روی DNA توسط آنزیم رنابسپاراز. برخلاف همانندسازی، کل مولکول کپی نمیشود، بلکه فقط ژن مورد نظر رونویسی میشود.
مراحل رونویسی
۱. آغاز
رنابسپاراز به توالی ویژهای روی دنا به نام راهانداز متصل میشود. دو رشته دنا در این محل باز میشوند.
نکته: راهانداز رونویسی نمیشود.
۲. طویلشدن
آنزیم در طول ژن حرکت میکند و با قرار دادن نوکلئوتیدهای مکمل (U به جای T)، رشته RNA را میسازد.
۳. پایان
رسیدن به توالی پایان رونویسی. آنزیم و رنای ساخته شده از دنا جدا میشوند و دو رشته دنا دوباره به هم میچسبند.
انواع RNA
mRNA (پیک)
حامل دستور ساخت پروتئین از هسته به سیتوپلاسم (رناتن).
tRNA (ناقل)
آمینواسیدها را به رناتن حمل میکند. ساختار برگشبدر (دوبعدی) و L شکل (سهبعدی) دارد.
rRNA (رناتنی)
در ساختار ریبوزوم شرکت دارد و جایگاههای پروتئینسازی را میسازد.
ساختار پروتئینها
پروتئینها پلیمرهایی از آمینواسید هستند (۲۰ نوع آمینواسید). شکل فضایی پروتئین، عملکرد آن را تعیین میکند.
۱. ساختار اول (خطی)
توالی، نوع و تعداد آمینواسیدها. اتصال با پیوند پپتیدی. تغییر در این ساختار، تمام ساختارهای بعدی را به هم میریزد.
۲. ساختار دوم (الگوهای منظم)
تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین بخشهای زنجیره. دو مدل معروف: مارپیچ آلفا و صفحه بتا.
۳. ساختار سوم (فضایی/تاخورده)
تاخوردگی نهایی و ایجاد شکل کروی. تثبیت با پیوندهای آبگریز، یونی، هیدروژنی و اشتراکی. (مثال: میوگلوبین).
۴. ساختار چهارم (چند زیرواحدی)
آرایش دو یا چند زنجیره پلیپپتیدی در کنار هم. (مثال: هموگلوبین با ۴ زنجیره).
مثال بیماری: کمخونی داسیشکل
یک تغییر کوچک در ساختار اول (جهش جانشینی در ژن هموگلوبین) باعث بیماری میشود:
- در زنجیره بتا، آمینواسید والین به جای گلوتامیک اسید قرار میگیرد (تغییر در جایگاه ششم).
- نتیجه: تغییر شکل هموگلوبین و داسی شدن گلبول قرمز ⬅ گرفتگی رگها.
- نکته: افراد ناخالص (ناقل) نسبت به مالاریا مقاوم هستند.
عملکرد آنزیمها
آنزیمها کاتالیزگرهای زیستی هستند که سرعت واکنش را زیاد و انرژی فعالسازی را کم میکنند.
ویژگیها
- جایگاه فعال: بخشی که پیشماده به آن متصل میشود (مدل قفل و کلید).
- اختصاصی بودن: هر آنزیم واکنش خاصی را انجام میدهد.
- در پایان واکنش دستنخورده باقی میمانند.
عوامل موثر
- دما: افزایش دما تا حدی سرعت را زیاد میکند (گرمای زیاد آنزیم را دناتوره/تخریب میکند).
- pH: هر آنزیم در pH خاصی فعالیت دارد (مثلاً پپسین معده در محیط اسیدی).
- غلظت: افزایش غلظت آنزیم یا پیشماده سرعت را زیاد میکند.
رفتارهای اجتماعی و دگرخواهی
زندگی گروهی
مزایا: احتمال شکار شدن کمتر (نگهبانی)، دسترسی بهتر به منابع غذایی، شکار موفقتر.
دگرخواهی (Altruism)
رفتاری که هزینه آن برای فرد انجام دهنده است، اما سود آن به فرد گیرنده میرسد.