در این مقاله می‌خواهیم درمورد گفتار دو از فصل اول زیست دوازدهم یعنی همانندسازی صحبت کنیم. این بخش از پایه‌ترین مبحث‌هایی است که باید در سال دوازدهم بیاموزید. در دو مقاله قبل تاریخچه کشف ماهیت و ساختار دنا و ساختار نوکلئیک اسید در مورد گفتار یک این فصل کامل صحبت کردیم پس تا اینجا با دنا و ساختار آن آشنا شده‌ایم و در ادامه با چگونگی همانند سازی دنا آشنا می‌شویم.
همانند سازی دنا و طرح‌های مختلف آن
در زیست شناسی به فرایند تولید دو رشته دی ان ای یکسان از روی یک مولکول دی ان ای همانند سازی دنا(DNA replication) می‌گویند. همانند سازی دنا در تمم موجودات زنده اتفاق می‌افتد. همانند سازی یکی از مراحل مهم و ضروری در تقسیم سلول‌ها است. این مرحله طی تقسیم سلول و در مرحله اینترفاز انجام می‌شود و از روی همه چیز علاوه بر دنا همانند سازی انجام می‌شود.
برای اینکه سلول تواند دی ان ای و اطلاعات وراثتی خود را به سلول دیگر منتقل کند باید همانندسازی انجام دهد.با توجه به مدل ارائه شده توسط واتسون و کریک برای دنا و با توجه به رابطه بین بازهای آلی مکمل طرح‌های متفاوتی برای همانند سازی دنا وجود دارد که این طرح‌ها را با هم بررسی می‌کنیم.
- همانند سازی حفاظتی
- همانندسازی نیمه حفاظتی
- همانندسازی غیر حفاظتی
همانندسازی حفاظتی
در این نوع همانند سازی هر دو رشته جدید که تازه از طریق همانندسازی بوجود آمده‌اند در کنار هم قرار می‌گیرند و دو رشته دنا قدیمی نیز در کنار هم قرار می‌گیرند. چون دنای قدیمی همراه با دو رشته خود به صورت دست نخورده وارد یک یاخته می‌شوند به این همانندسازی حفاظتی می‌گوییم. نام گذاری طرح‌های مختلف همانندسازی از روی تغییراتی است که در دنای قدیمی به وجود امده است. اگر دنای قدیمی یک رشته خود را از دست بدهد و یک رشته آن دست نخورده باشد به آن نیمه حفاظتی می‌گوییم. درصورتی که هر دو رشته آن تغییر پیدا کند به آن غیر حفاظتی می‌گوییم. این طرح مود تایید دانشمندان قرار نگرفت.
همانند سازی غیر حفاظتی
در این طرح هر دو رشته قدیمی و جدید به صورت پراکنده درمیان یکدیگر قرار می‌گیرند و در هر دو رشته قطعاتی از دنای جدید و قطعاتی از دنای مادر دیده می‌شود. چون هر دو رشته تغییر می‌کنند به آن همانند سازی غیرحقاظتی می‌گویند. این طرح نیز مورد تایید دانشمندان قرار نگرفت.
در این طرح هر دو رشته دنای مادر دچار تغییر می شود و قطعاتی از رشته جدید و قدیم به صورت پراکنده در هر دو رشته دیده می شود و در رشته هایدو یاخته حاصل قطعات دنای مادر و دنای جدید به صورت پراکنده است. چون در این نوع همانند سازی هر دو رشته دچار تغییر می شود به آن غیر حفاظتی می گوییم.
- در بین سه طرح روش غیرحفاظتی تنها روشی است که در آن پیوند فسفودی استر بین نوکلئوتید‌های قدیمی شکسته می‌شود.
- در این همانندسازی الگوی قرارگیری قطعات رشته‌های جدید و قبلی در دو دنای حاصل تفاوتی ندارد.
- در همانند سازی در هر رشته دنای دختر، قطعاتی از دنای جدید و دنای قدیمی وجود دارد.
همانند سازی نیمه حفاظتی
در این نوع از همانند سازی هر یک از دناهای ایجاد شده یک رشته از دنای مادر(دنای قدیم) و یک رشته جدید دارند. تفاوت این نوع همانندسازی با همانندسازی حفاظتی در انتقال رشته‌های دنا است به گونه ای که در همانندسازی حفاظتی هر دو رشته دنای مادر وارد یک یاخته می‌شدند در حالی که در این همانند سازی یک رشته وارد یک یاخته و رشته دیگر وارد یاخته دیگر می‌شود.
- همانندسازی نیمه حفاظتی امروزه مورد تایید دانشمندان است و دو طرح دیگر رد شده‌اند.
- تقسیم یاخته‌ای که در این همانندسازی‌ها در مورد آن صحبت می‌شود همان تقسیم میتوز می‌باشد که در این تقسیم عدد کروموزی و مجموعه کروموزی دچار تغییر نمی‌شود و دقیقا مشابه سلول مادر است.
- در این همانندسازی در هر دنای دختری(نه در هر رشته دنای دختری) قطعاتی از دنای جدید و دنای قدیمی یافت می‌شود.
دو دانشمند به نام‌های مزلسوت و استال با انجام دادن آزمایشات مختلف به این نتیجه رسیدند که بهترین طرح برای همانند سازی دنا طرح نیمه حفاظتی است.
برای اینکه در کنکور تجربی موفق باشید باید درصد زیست خود را به مقدار قابل توجهی برسانید. برای رسیدن به بهترن درصد در درس زیست از دبیرهایی جوان و وفق کمک بگیرید آقای حمیدرضا زارع با آماده کردن جزوه‌های مفهومی دوازدهم، جزوه‌های مفهومی یازدهم و گیاهی و … زیست کنکور را به طور کامل برای شما جمع آوری کرده‌اند تا به بهترین شکل زیست کنکور خود را مطالعه کنید.
آزمایشات مزلسون و استال
- مزلستون و استال با استفاده از روش‌های علمی به پرسش خود پاسخ دادند.
- آن‌ها باید می‌توانستند رشته‌های جدید و قدیمی را از هم تشخیص دهند.
- برای تشخیص از نوکلئوتیدهایی که دارای ایزوتوپ سنگین نیتروژن( ۱۵N) بودند استفاده کردند.
- نیتروژن یک عنصر اساسی در ساختار نوکلئوتید‌ها است؛ این عنصر دارای دو ایزوتوپ پایدار و طبیعی ۱۴N و ۱۵N است.
- به این دلیل از دو ایزوتوپ نیتروژن استفاده کردند تا بتوانند نوکلئوتید‌های جدید و قدیمی را از هم تشخصی دهند. با گذاشتن دنا در دستگاه سانترفیوژ با سرعت بالا دنا حاوی ۱۵N با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند و در ته لوله قرار می‌گیرد.
مراحل نشانه‌گذاری دنا
- مزلسون و استال باکتری اشریشیا کلای را در محیط کشت حاوی ۱۵N قرار دادند.
- در بازهای آلی دنا باکتری‌هایی، که محصول چندین نسل تکثیر و تقسیم در این محیط بودند، ایزوتوپ ۱۵N قرار گرفت (باکتری‌های حاصل کاملاً ۱۵Nدار بودند).
- بدین‌ترتیب دی‌ان‌ای مادری نشانه‌گذاری شد.
- باکتری اشریشیا کلای باکتری میله‌ای و کشیده است.
مراحل آزمایشات
- دنا باکتری‌های حاصل مرحله نشانه گذاری که شامل ۱۵N است را سانترفیوژ کردند و یک نوار در انتهای لوله تشکیل شد.
- سپس این باکتری‌ها را وارد محیط کشت حاوی ۱۴N کردند و 20 دقیقه به آن زمان دادند تا تقسیم شود و سپس دوباره باکتری‌ها را سانترفیوژ کردند.
- یک نوار در میانه لوله تشکیل شد و این بدین‌معنی‌است که دناهای دور اول همانندسازی چگالی متوسط دارند.
- در مرحله بعد دناهای باکتری‌های دور دوم همانندسازی(پس از ۴۰ دقیقه) را استخراج و سانتریفوژ کردند.
- دو نوار یکی در میانه و دیگری در بالای لوله تشکیل شد؛ پس دناها در نوار میانی چگالی متوسط و در بالای لوله چگالی سبک(۱۴N) داشتند.
- با توجه به آزمایسات مزلسون و استال طرح نیمه حفاظتی مورد تایید قرار گرفت چون اگر همانندسازی به‌روش حفاظتی می‌بود می‌بایست در دور اول همانندسازی یک نوار در ته لوله و یک نوار در بالای لوله تشکیل شود نه یک نوار در میانه لوله و اگر همانندسازی به‌روش پراکنده می‌بود می‌بایست پس از دور دوم همانندسازی هم یک نوار در میانه لوله تشکیل شود، نه اینکه یک نوار در میانه و یک نوار در بالای لوله.
در این مقاله درمورد همانند سازی دنا و آزمایشات دو دانشمند به نام مزلسون استال صحبت کردیم در مقاله‌ای در آینده درمورد عوامل و مراحل همانندسازی نیز صحبت خواهیم کرد. برای خواندن مقاله‌های مختلف درمورد زیست شناسی به سایت زیست پلاسم مراجعه کنید.
