آموزش گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم به‌صورت تست‌بیس، همراه با تدریس ویدیویی «دکتر الهه بنام» را، در این پست از رپیتیچ ببینید.
در گفتار قبلی یاد گرفتیم که نوکلئیک اسیدها، دارای دنا و رنا هستند. موضوع این گفتار، درباره همانندسازی دنا و طرح‌های مختلف آن است.
برای دسترسی به کل مباحث فصل اول، روی لینک زیر کلیک کنید.
فیلم و جزوه فصل اول زیست دوازدهم
خب، اول از همه بریم که ویدیوی آموزشی این بخش رو ببینیم.
آموزش ویدیویی گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم
در این قسمت، بخشی از «آموزش گفتار دوم فصل اول زیست دوازدهم» را به‌صورت ویدیویی می‌توانید ببینید. مدرس این قسمت، خانم دکتر الهه بنام، رتبه 37 کنکور تجربی هستند.
فرم دریافت آموزش های ویدئویی زیست:
اگه تو هم میخوای کل زیستت رو تو کمترین زمان و با تدریس انیمیشنی مفهومی تستی رتبه 37 کنکور، خانم دکتر الهه بنام جمع کنی؛ کافیه این فرم رو پر کنی و منتظر تماسمون باشی:
روی نمره 20 و درصد بالای 70 زیست شناسیت (مثل رتبه های برتر هر سالمون) حساب کن!
پس از آشنایی با انواع طرح‌های همانندسازی دنا، به بررسی این می‌پردازیم که کدام طرح مورد تایید است. پس از آن، با «عوامل و مراحل همانندسازی»، «فعالیت‌های انزیم دنابسپاراز» و «همانندسازی در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها» آشنا می‌شویم.
همانندسازی دنا و طرح‌های مختلف آن؛ گفتار دوم فصل اول زیست دوازدهم
می‌دانیم که دنا به عنوان ماده وراثتی، حاوی اطلاعات یاخته است. این اطلاعات هنگام تقسیم یاخته، بدون کم‌و‌کاست، به دو یاخته حاصل از تقسیم می‌رسند.
این کار، با همانندسازی دنا انجام می‌شود. به ساخته‌شدن مولکول دنای جدید از روی دنای قدیمی، همانندسازی می‌گویند.
با توجه به مدل واتسون و کریک و وجود رابطه مکملی بین بازها، تا حد زیادی همانندسازی دنا قابل توضیح است. با این حال، طرح‌های گوناگونی برای همانندسازی دنا پیشنهاد شده‌بود.
بعضی از این طرح‌ها را در ادامه گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم بررسی می‌کنیم.
همانندسازی حفاظتی
در این طرح، هر دو رشته دنای قبلی (اولیه) به صورت دست‌نخورده باقی‌مانده و وارد یکی از یاخته‌های حاصل از تقسیم می‌شوند. دو رشته دنای جدید هم، وارد یاخته دیگر می‌شوند. چون دنای یاخته به صورت دست‌نخورده در یکی از یاخته‌ها حفظ شده‌است، به آن همانندسازی حفاظتی می‌گویند.
همانندسازی نیمه‌حفاظتی
فسلفه این طرح این است که در هر یاخته یکی از دو رشته دنا، مربوط به دنای اولیه است. رشته دیگر هم با نوکلئوتیدهای جدید ساخته‌می‌شود.
چون در هر یاخته حاصل، فقط یکی از دو رشته دنای قبلی وجود دارد، به آن نیمه‌حفاظتی می‌گویند.
همانندسازی غیر حفاظتی (پراکنده)
در این طرح هر کدام از دناهای حاصل، قطعاتی از رشته‌های قبلی و رشته‌های جدید را به صورت پراکنده در خود دارند.
طرح مورد تایید در همانندسازی دنا
مزلسون و استال با به کارگیری روش علمی، پاسخ این پرسش را یافتند. آنها با در نظر گرفتن فرضیه‌های متعدد، دست به طراحی آزمایشی زدند. آنها در ابتدای کار، باید توانایی تشخیص رشته‌های دنای نوساز را از رشته‌های قدیمی به دست می‌آوردند. از این رو، شروع به نشانه‌گذاری دنا با استفاده از نوکلئوتیدهایی که ایزوتوپ سنگین نیتروژن (15N) دارند، کردند.
دناهایی که با 15N ساخته‌می‌شوند نسبت به دنای معمولی که در نوکلئوتیدهای خود 14N دارد، چگالی بیشتری دارند. بنابراین، به وسیله گریزانه باسرعت بسیار بالا، می‌توان آنها را از هم جدا کرد.
این تیم در ابتدا، باکتری‌ها را در محیط دارای 15N کشت دادند. 15N در ساختار بازهای آلی نیتروژن‌دار که در ساخت دنای باکتری شرکت می‌کنند، وارد شدند. پس از چندین مرحله رشد و تکثیر در این محیط، باکتری‌هایی تولید شدند که دنای سنگین‌تری نسبت به باکتری‌های اولیه داشتند.
پس از آن، باکتری‌ها را به محیط کشت دارای 14N منتقل کردند. تقسیم باکتری‌ها چیزی در حدود 20 دقیقه طول می‌کشد. آنها در فواصل 20 دقیقه‌ای، باکتری‌ها را از محیط کشت جدا و بررسی کردند.
برای سنجش چگالی دناها در هر فاصله زمانی، دنای باکتری را استخراج کردند. سپس آن را در شیبی از محلول سزیم کلرید با غلظت‌های متفاوت و در سرعتی بسیار بالا گریز دادند. در نتیجه این امر مواد بر اساس چگالی، در بخش‌های متفاوتی از محلول در لوله قرار گرفتند. نتایج این آزمایش نشان داد که همانندسازی دنا، نیمه‌حفاظتی است.
سوال‌های مطرح‌شده با مشخص شدن نیمه‌حفاظتی بودن همانندسازی
با مشخص شدن جواب سوال، پرسش‌های دیگری مطرح شدند:
- دو رشته دنا چگونه از یکدیگر باز می‌شوند؟
- آیا هر دو رشته کاملا از هم جدا می‌شوند و سپس همانندسازی انجام می‌شود؟
- آیا ممکن است جدا شدن دو رشته تدریجی و همراه با آن همانندسازی انجام شود؟
تحقیقات نشان دادند در محلی که قرار است همانندسازی انجام شود، دو رشته از هم باز می‌شوند. بقیه قسمت‌ها بسته هستند و به تدریج باز می‌شوند.
عوامل و مراحل همانندسازی؛ گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم
در همانندسازی عوامل متعددی موثرند که مهم‌ترین آنها از این قرارند:
- مولکول دنا به عنوان الگو
- واحدهای سازنده دنا که بتوانند در کنار هم نسخه مکمل الگو را بسازند. این واحدها نوکلئوتیدهای آزاد داخل یاخته و سه فسفاته هستند. در لحظه اتصال به رشته پلی نوکلئوتید در حال ساخت، دو فسفات خود را از دست می‌دهند.
- آنزیم‌های لازم برای همانندسازی باز‌کردن دو رشته را بر عهده دارد. در همین حین، نوکلئوتیدها را به صورت مکمل روبروی هم قرار می‌دهد و با پیوند فسفودی‌استر به هم وصل می‌کند.
مراحل همانندسازی
قبل از همانندسازی دنا باید پیچ‌و‌تاب فامینه، باز و پروتئین‌های همراه آن یعنی هیستون‌ها از آن جدا شوند. بعد از آن، امکان همانندسازی وجود دارد. این کارها با کمک آنزیم‌هایی انجام می‌شود. سپس آنزیم هلیکاز مارپیچ دنا و دو رشته آن را از هم باز می‌کند.
انواع دیگری از آنزیم‌ها با همدیگر فعالیت می‌کنند تا یک رشته دنا در مقابل رشته الگو ساخته‌شود. یکی از مهم‌ترین آنها که نوکلئوتیدهای مکمل را با نوکلئوتیدهای رشته الگو جفت می‌کند، دنابسپاراز (DNA پلی‌مراز) است. با توجه به این‌که در محل همانندسازی، همانندسازی در دو جهت انجام می‌شود، به آن، همانندسازی دو جهتی هم می‌گویند.
فرم دریافت آموزش های ویدئویی زیست:
اگه تو هم میخوای کل زیستت رو تو کمترین زمان و با تدریس انیمیشنی مفهومی تستی رتبه 37 کنکور، خانم دکتر الهه بنام جمع کنی؛ کافیه این فرم رو پر کنی و منتظر تماسمون باشی:
روی نمره 20 و درصد بالای 70 زیست شناسیت (مثل رتبه های برتر هر سالمون) حساب کن!
دوراهی همانندسازی
در محلی که دو رشته دنا از هم جدا می‌شوند، دو ساختار Y مانند به وجود می‌آید. به هر یک از این ساختارها، دوراهی همانندسازی می‌گویند. در فاصله بین این دو ساختار، پیوندهای هیدروژنی بین دو رشته از هم گسیخته و دو رشته از یکدیگر باز شده‌اند. همچنین پیوندهای فسفودی‌استر جدیدی در حال تشکیل هستند.
دنابسپاراز نوکلئوتیدها را به انتهای رشته در حال تشکیل اضافه می‌کند. اضافه شدن یک نوکلئوتید به نوع بازی بستگی دارد که در نوکلئوتید رشته الگو قرار دارد. هر نوکلئوتید باید با نوکلئوتید روی رشته الگو مکمل باشد. هنگام اضافه شدن هر نوکلئوتید سه فسفاته به انتهای رشته پلی نوکلئوتید، دو تا از فسفات‌های آن از مولکول جدا می‌شوند. در نهایت، نوکلئوتید به صورت تک فسفاته به رشته متصل می‌شود.
فعالیت‌های آنزیم دنابسپاراز
دقت زیاد همانندسازی دنا بیشتر مربوط به رابطه مکملی بین نوکلئوتیدها است. اغلب اوقات آنزیم دنابسپاراز، نوکلئوتیدها را بر اساس رابطه مکملی مقابل هم قرار می‌دهد. ممکن است گاهی اوقات، در این مورد اشتباه هم رخ بدهد. آنزیم دنابسپاراز پس از برقراری هر پیوند فسفودی‌استر، بر می‌گردد و رابطه مکملی نوکلئوتید را بررسی می‌کند. اگر این رابطه اشتباه باشد، آن را برداشته و نوکلئوتید درست را در جای آن قرار می‌دهد. برای حذف نوکلئوتید نادرست باید بتواند پیوند فسفودی‌استر را بشکند و نوکلئوتید نادرست را از دنا جدا کند.
توانایی بریدن دنا را نوکلئازی می‌گویند که در آن، پیوند فسفودی‌استر می‌شکند.
با این حساب می‌توان گفت که آنزیم دنابسپاراز، دارای دو نوع فعالیت است.
در فعالیت بسپارازی (پلیمرازی)، پیوند فسفودی‌استر را تشکیل می‌دهد.
این آنزیم دارای فعالیت نوکلئازی هم هست که در آن، پیوند فسفودی‌استر را برای رفع اشتباه می‌شکند. فعالیت نوکلئازی دنابسپاراز را که باعث رفع اشتباه‌ها در همانندسازی می‌شود، ویرایش می‌گویند.
همانندسازی در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها
در پروکاریوت‌ها که شامل همه باکتری‌ها می‌شوند، مولکول‌های وراثتی در غشا محصور نیستند. فام‌تن اصلی دارای یک مولکلول دنای حلقوی است که در سیتوپلاسم قرار دارد و به غشای یاخته متصل است. پروکاریوت‌ها علاوه بر دنای اصلی ممکن است مولکول‌هایی از دنایی دیگر به نام دیسک (پلازمید) داشته باشند. اطلاعات این مولکول‌ها می‌تواند ویژگی‌های دیگری را به باکتری بدهد. به عنوان مثال می‌شود به افزایش مقاومت باکتری در برابر پادزیست (آنتی بیوتیک) ها اشاره کرد.
اغلب پروکاریوت‌ها فقط یک جایگاه آغاز همانندسازی در دنای خود دارند. در این جایگاه دو رشته دنا از هم باز می‌شوند. همانند یوکاریوت‌ها، همانندسازی دو جهتی در باکتری‌ها نیز وجود دارد. در این فرایند، همانندسازی از یک نقطه شروع و در دو جهت ادامه می‌یابد تا به همدیگر رسیده و همانندسازی پایان یابد.
بقیه موجودات زنده یعنی آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران یوکاریوت هستند. دنای یوکاریوت‌ها در هر فام‌تن به صورت خطی است و مجموعه‌ای از پروتئین‌ها که مهم‌ترین آنها هیستون‌ها هستند، همراه آن قرار دارند.
بیشتر دنا درون هسته قرار دارد که به آن، دنای هسته‌ای می‌گویند. در یوکاریوت‌ها علاوه بر هسته در سیتوپلاسم نیز مقداری دنا وجود دارد که به آن، دنای سیتوپلاسمی می‌گویند. این نوع از دنا که حالت حلقوی دارد، در راکیزه (میتوکندری) و دیسه (پلاست) دیده‌می‌شود.
پیچیدگی همانندسازی در یوکاریوت‌ها
همانندسازی در یوکاریوت‌ها بسیاز پیچیده‌تر از پروکاریوت‌هاست. علت این مسئله وجود مقدار زیاد دنا و قرار داشتن در چندین فام‌تن است. هر کدام از این فام‌تن‌ها، چندین برابر دنای دنای باکتری هستند. اگر فقط یک جایگاه آغاز همانندسازی در هر فام‌تن داشته‌باشند، مدت زمان زیادی برای همانندسازی لازم است. به همین علت در یوکاریوت‌ها، آغاز همانندسازی در چندین نقطه در هر فام‌تن انجام می‌شود.
تعداد جایگاه‌های آغاز همانندسازی در یوکاریوت‌ها حتی می‌تواند بسته به مراحل رشد و نمو تنظیم شود. به عنوان مثال، در دوران جنینی در مراحل مورولا و بلاستولا (مرحله تشکیل بلاستوسیت)، تعداد جایگاه‌های آغاز همانندسازی و سرعت تقسیم زیاد است. پس از این‌که اندام‌ها تشکیل می‌شوند، سرعت تقسیم و تعداد جایگاه‌های آغاز کم می‌شوند.
فرم دریافت آموزش های ویدئویی زیست:
اگه تو هم میخوای کل زیستت رو تو کمترین زمان و با تدریس انیمیشنی مفهومی تستی رتبه 37 کنکور، خانم دکتر الهه بنام جمع کنی؛ کافیه این فرم رو پر کنی و منتظر تماسمون باشی:
روی نمره 20 و درصد بالای 70 زیست شناسیت (مثل رتبه های برتر هر سالمون) حساب کن!
برای دسترسی به دیگر گفتارهای فصل 1 زیست 12، روی لینک های زیر کلیک کنید: