ساختار DNA و ژن

شناسایی DNA به عنوان حامل وراثت و کشف ساختار دو رشته‌ای مارپیچ ضد موازی آن نشان داد که چگونه یک مولکول واحد می‌تواند هم اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری کند و هم به طور دقیق کپی شود.

Definition

ژن قطعه‌ای از DNA است که اطلاعات مربوط به یک محصول عملکردی را حمل می‌کند، که به صورت توالی بازهای نوکلئوتیدی در یک مارپیچ دوتایی ضد موازی که توسط جفت شدن بازهای مکمل به هم متصل شده‌اند، ذخیره می‌شود.

Scope

این موضوع شواهد تجربی مبنی بر اینکه DNA، و نه پروتئین، ماده ژنتیکی است، اجزای شیمیایی نوکلئوتیدها، نسبت‌های بازهای شارگاف، مارپیچ دوتایی واتسون-کریک با رشته‌های مکمل ضد موازی، شیارهای اصلی و فرعی، و تعریف مولکولی مدرن ژن به عنوان قطعه‌ای از DNA که یک محصول عملکردی را کد می‌کند، را پوشش می‌دهد. این موضوع بستر فیزیکی وراثت را مشخص می‌کند؛ همانندسازی و بیان در موضوعات مجاور مورد بررسی قرار می‌گیرند.

Core questions

• کدام آزمایش‌ها ثابت کردند که DNA، و نه پروتئین، ماده وراثتی است؟
• چگونه قوانین ترکیب بازها و مارپیچ دوتایی ضد موازی ویژگی‌های DNA را توضیح می‌دهند؟
• چرا جفت شدن بازهای مکمل DNA را برای ذخیره‌سازی و کپی‌برداری اطلاعات مناسب می‌سازد؟
• چگونه تعریف ژن از یک عامل مندلی به یک توالی مولکولی تکامل یافته است؟

Key concepts

• DNA به عنوان ماده ژنتیکی (آزمایش‌های ترانسفورماسیون و باکتریوفاژ)
• ساختار نوکلئوتید و قوانین شارگاف
• مارپیچ دوتایی ضد موازی و جفت شدن بازهای مکمل
• شیارهای اصلی و فرعی
• تعریف مولکولی ژن

Mechanisms

دو ستون فقرات قند-فسفات ضد موازی در اطراف یک محور مشترک می‌پیچند و بازها در داخل جفت می‌شوند، آدنین با تیمین توسط دو پیوند هیدروژنی و گوانین با سیتوزین توسط سه پیوند هیدروژنی؛ این مکمل بودن به این معنی است که هر رشته به طور کامل رشته دیگر را مشخص می‌کند، که اساس ساختاری برای همانندسازی و رونویسی است.

Clinical relevance

مدل مارپیچ دوتایی اساس تمام فناوری‌های مبتنی بر DNA است، از توالی‌یابی و PCR گرفته تا آزمایش‌های ژنتیکی و شناسایی پزشکی قانونی، و درک جفت شدن بازها توضیح می‌دهد که چگونه جهش‌ها توالی را تغییر می‌دهند و چگونه پروب‌ها و پرایمرها اهداف خود را شناسایی می‌کنند.

History

آوری، مک‌لئود و مک‌کارتی در سال ۱۹۴۴ نشان دادند که عامل ترانسفورماسیون DNA است، آزمایش هرشی-چیس این موضوع را در سال ۱۹۵۲ تقویت کرد، و در سال ۱۹۵۳ واتسون و کریک، با استفاده از داده‌های پراش اشعه ایکس فرانکلین و نسبت‌های بازهای شارگاف، مارپیچ دوتایی را پیشنهاد کردند که توضیح می‌داد چگونه DNA اطلاعات را ذخیره و کپی می‌کند.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Oswald Avery

Seminal works

• watsonCrick1953
• averyMacLeodMcCarty1944

Frequently asked questions

چرا دو رشته DNA به عنوان ضد موازی توصیف می‌شوند؟

دو رشته در جهت‌های شیمیایی مخالف حرکت می‌کنند، یکی از انتهای '۵ به '۳ و دیگری از انتهای '۳ به '۵، که برای جفت شدن صحیح بازها و برای خواندن هر رشته توسط ماشین‌آلات همانندسازی ضروری است.

دانشمندان چگونه می‌دانستند که DNA و نه پروتئین حامل ژن‌ها است؟

هم آزمایش‌های ترانسفورماسیون آوری و هم آزمایش باکتریوفاژ هرشی-چیس نشان دادند که DNA، و نه پروتئین، مولکولی است که منتقل می‌شود و مسئول ویژگی‌های ارثی است.