همه آنچه درباره دی ان ای (DNA) باید بدانید

دی‌ان‌اِی (DNA)

یکی از مهم‌ترین ماده‌های وراثتی موجودات است، که در همهٔ سلول‌های بدن انسان و تقریباً تمامی موجودات دیگر یافت می‌شود.
این ماده بسیار حیاتی است و نقش بسزایی در انتقال وراثت و نمو بدن دارد.
هدف از این مقاله، یک بررسی کامل دربارهٔ دی‌ان‌اِی است تا با آن بهتر آشنا شویم.

تشریحِ بنیادیِ دی‌ان‌اِی

دی‌ان‌اِی عبارت است از یک زنجیرهٔ بزرگ از نوکلئوتیدها که درون هر سلول قرار دارد.
این زنجیره از چندین مولکول مختلف ساخته شده است که با ترتیب خاصی به یکدیگر متصل شده‌اند.
هر نوکلئوتید شامل یک طرف شکسته شده (قسمت شکننده) و یک عنصر چسبنده (قسمت چسباننده) است.

تاثیرِ دی‌ان‌اِی بر ویژگی‌های ما

DNA وظایف بسیاری در سلول دارد.
از جمله مهم‌ترین کارهایی که انجام می‌دهد می‌توان به انتقال اطلاعات وراثتی در هنگام تقسیم سلولی، تولید پروتئین‌ها و کنترل فعالیت‌های سلولی اشاره کرد.
هر فرد بر اساس ترکیب و توالی مخصوص خود دی‌ان‌اِی، ویژگی‌های خاص و منحصر به‌فردی دارد.

ساخت و ترکیب دی‌ان‌اِی

دی‌ان‌اِی از ترکیبِ چهار نوکلئوتید (آدنین، تیمین، سیتوزین، گوانین) ساخته شده است که با هم ترکیب‌های پایهٔ DNA را می‌سازند.
این ترکیبات به نوعی الفبای ژنتیک را تشکیل می‌دهند و هر ترکیبِ مختلف توالی بخشی از کد ژنتیکی را مشخص می‌کند.

نوکلئوتیدهای DNA

آدنین (A)

تیمین (T)

سیتوزین (C)

گوانین (G)

واژه‌های کلیدی

دی‌ان‌اِی (DNA)

ویرایش ژنتیکی (Genetic editing)

انتقال وراثت (Inheritance transfer)

درباره مفهوم دی ان ای (DNA)

با تاحداقل یک بار در زندگی ما با مفهوم دی ان ای (DNA) برخورد کرده‌ایم و درباره آن شنیده‌ایم.
اما سوالی که الان مطرح می‌شود این است که آیا قبلاً تحقیقی در این زمینه انجام داده‌ایم؟ آیا در مورد این مولکول اطلاعات کافی داریم؟

اکثر ما به نام عامل وراثت می‌شناسی، اطلاعات بسیار محدودی راجع به دی ان ای داریم.
اگر قبلاً به فکر خواندن درباره دی ان ای نبوده‌اید، می‌توانید از این مقاله برای افزایش دانش خود در این زمینه استفاده کنید.

در این مقاله سعی کرده‌ایم تمامی اطلاعات لازم را درباره دی ان ای گردآوری کنیم تا به شما ارائه دهیم.

اطلاعاتی که در این قسمت می‌بینید:

شما به صورت کاملا متفاوت در زبان فارسی قرار داده شده‌اند.

در این متن، از تگ‌های HTML شامل em، strong، dt واستفاده شده است.

undefined

دی ان ای (DNA) چیست؟

ساختار DNA به سادگی با بازهای نیتروژن‌دار مانند آدنین، تیمین، گوانین و سیتوسین مشخص می‌شود.
این بازها به صورت تصادفی بارها و بارها ترتیب داده می‌شوند.
دو رشته مکمل DNA به یکدیگر پیوند خورده و یک ساختار مارپیچی تشکیل می‌دهند.
این ساختار، که شامل دو رشته بسیار طولانی است، حاوی کدهای مورد نیاز تمام ارگان‌های بدن می‌باشد.

undefined

تاریخچه دی ان ای

اولین گزارش درباره کشف ماده‌ای میکروسکوپی در باندهای جراحی از سوی پزشک سوئیسی، فردریش میشر، در سال ۱۸۶۹ برمی‌گردد.
او در آن زمان یک ماده را در چرک باندهای جراحی شناسایی کرد که حضورش در هسته سلول قابل مشاهده بود و این ماده را «نوکلئین» نامید.
در سال ۱۸۷۸، آلبرشت كوسل، فاصله ای میان «نوکلئین» و اسید های نوکلئیک را تعیین کرد.
سپس، پنج بخش مهم از «نوکلئین» را جدا کرد.
در سال ۱۹۰۹، فیبوس لیوین باز، قندها، بخش فسفاتی نوکلئوتید RNA را شناسایی کرد.
و در سال ۱۹۲۹، قندهاي Deoxyribose را در «اسید نوکلئیک استخراج شده از تیموس» (DNA) شناسایی کرد.
او گفت که DNA از رشته ای تشکیل شده است، که شامل چهار واحد نوکلئوتیدی است که از طریق گروه‌های فسفات به هم متصل شده‌اند.

بر اساس باورهای لیوین، زنجیره‌ای کوتاه و با ترتیب مشخص، بازها نیز تکرار می‌شوند.
در سال ۱۹۲۷، نیکولای کلتسف، خصوصیات ارثی را از طریق "مولکول ارثی غول پیکری" منتقل می‌شود.
این مولکول از دو رشته تشکیل شده است که با ترتیبی خاص تکرار می‌گردند.

در سال ۱۹۳۳، ژان برشت در مطالعه تخمهای توتیای دریایی، دریافت که DNA در هسته سلول وجود دارد و RNA به صورت انحصاری در سیتوپلاسم وجود دارد.

در سال ۱۹۳۷، ویلیام آستبوری در مطالعه الگوهای پراش اشعه ایکس، نشان داد که DNA ساختار منظمی دارد.

در سال ۱۹۵۲، نقش DNA در وراثت توسط آزمایش‌های آلفرد هرشی و مارتا چیس تایید شد.

undefined

ساختار یک DNA

دی‌ان‌ای یک مولکول است که از نوکلئوتیدها ساخته شده است.
هر نوکلئوتید شامل یک گروه فسفات، یک گروه قند و یک باز نیتروژنی است.
در دی‌ان‌ای، چهار نوع باز نیتروژن به نام‌های آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین وجود دارد.
ترتیب این باز‌ها در دی‌ان‌ای نشان‌دهنده دستورالعمل‌های DNA یا همان کد ژنتیکی است.
براساس اطلاعات کتابخانه ملی آمریکا، DNA انسان شامل حدود ۳ میلیارد باز است و بیش از ۹۹ درصد از این باز‌ها در همه افراد یکسان است.
همانند مرتب‌سازی حروف الفبا که کلمه‌ای را می‌سازد، ترتیب باز‌های نیتروژنی در یک توالی، ساختار ژن‌ها را مشخص می‌کند.
ژن‌ها به زبان سلول‌ها نحوه ساخت پروتئین‌ها را تعیین می‌کنند.

از اسید نوکلئیک دیگری صحبت می‌کنیم، معروف به اسید ریبونوکلئیک یا RNA.
این اسید توانایی ترجمه اطلاعات ژنتیکی از DNA به پروتئین را دارد.

نوکلئوتیدها با یکدیگر متصل شده و دو رشته بلند و پیچیده را تشکیل می‌دهند که به صورت یک مارپیچ دوگانه شکل می‌گیرد.
اگر این مارپیچ دوگانه را به صورت نردبان تصور کنیم، مولکول‌های فسفات و قند در دو طرف قرار می‌گیرند و بازها به جای پله‌های این نردبان خواهند بود.
بازهای یک رشته با بازهای رشته دیگر جفت می‌شوند؛ آدنین با تیمین و گوانین با سیتوزین جفت می‌شوند.

در تازه‌ترین رویداد علمی، کشف شده است که مولکول‌های DNA در طول بسیار بالایی قرار دارند.
به همین دلیل، جهت جای‌گیری درون سلول‌ها، نیازمند بسته بندی مناسبی هستند.
علاوه بر این، برای اینکه این مولکول‌ها بتوانند به خوبی در داخل سلول‌ها جا شوند، به صورت پیچیده‌ای تنظیم می‌شوند و با نام کروموزوم شناخته می‌شوند.
هر کروموزوم حاوی یک مولکول DNA است.
برای مثال، در بشر ۲۳ جفت کروموزوم وجود دارد که در هسته سلولی قرار دارند.

undefined

تفاوت DNA و RNA

هر دوی این مولکول‌ها از نوکلئوتیدها ساخته شده‌اند و به عنوان اسیدهای نوکلئیک شناخته می‌شوند.
این مولکول‌ها شامل فسفات نیز هستند.
همچنین، این دو مولکول به عنوان عناصر اصلی زیست شناسی مولکولی محسوب می‌شوند.
برای ساخت پروتئین، RNA از DNA رونویسی می‌شود.
دی ان ای (DNA) تمام اطلاعات مربوط به تکثیر DNA را به همراه دارد و این اطلاعات جدید را به سلول‌های جدید منتقل می‌کند.

برای نگهداری، تکثیر و بیان اطلاعات وراثتی، هر دو DNA و RNA نقش مهمی دارند.
در حوزهٔ وراثت، مولکول DNA نقش کلیدی ایفا می‌کند.
همچنین، RNA در باز کردن کد ژنتیکی به ما کمک می‌کند و نمایان می‌شود کدام توانایی‌هایی در آن کد موجود است.
با همکاری این دو مولکول، تکثیر DNA، ترجمه کد و بیان آن، و تنظیم فعالیت‌های مختلف سلول تضمین می‌شود.

در زیست شناسی، DNA و RNA به صورت کنار هم قرار میگیرند.
آنها با استفاده از اصل اصلی زیست شناسی مولکولی به یکدیگر متصل میشوند.
اصل اصلی زیست شناسی مولکولی فرآیندی است که به منظور ترجمه و ترجمه DNA به منظور ساخت پروتئین استفاده میشود و در انواع سلولها و ارگانها نقشهای مختلفی برعهده دارد.
پروتئینها متصل به بیان ژنهای مختلف هستند.

دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای هر دو دارای Backbone منفی هستند.
هرکدام از آن‌ها از چهار نوکلئوتید تشکیل شده‌اند، که سه مورد از آن‌ها گوانین، سیتوزین و آدنین مشترک است.
با این حال، تفاوت میان نوکلئوتیدهای این دو در این است که دی‌ان‌ای دارای تیمین و آر‌ان‌ای دارای اوراسیل است.
همچنین، دی‌ان‌ای دو رشته‌ای است در حالی که آر‌ان‌ای تک رشته‌ای است.

دی‌ان‌ای در هسته و آر‌ان‌ای در هسته و سیتوپلاسم یافت می‌شوند.
همچنین، عمر دی‌ان‌ای طولانی است، در حالی که آر‌ان‌ای با هر واکنش بازسازی می‌شود.
برای افزایش تأکید، باید اشاره کنیم که هر دو آن‌ها در عملکردهای اصلی سلول نقش مهمی دارند.

undefined

بسته بندی دی ان ای

هر سلول بدن انسان دارای تقریبا 6 میلیارد جفت باز دی‌ان‌آی (DNA) است.
هر جفت پایه دی‌ان‌آی دارای طول 0.
34 نانومتر است.
با این حساب، طول کل دی‌ان‌آی در هر سلول دوقلوی تقریبا 2 متر است! اما چگونه این حجم بزرگ دی‌ان‌آی همراه با سایر اجزا و نیازمندی‌های سلول در هسته جای می‌گیرد؟ جواب بسیار ساده است: از طریق فشرده‌سازی و بسته‌بندی.
به عنوان مثال، از استفاده از پلاسمید‌ها و فاکتورهای رویشی برای درشت شدن و استحکام بخشیدن به ساختار دی‌ان‌آی استفاده می‌شود.
همچنین، مواد متصل کننده خاصی به نام هیستون‌ها در اطراف دی‌ان‌آی قرار می‌گیرند و آن را به صورت یک ساختار محکم و فشرده می‌پیچند.
دی‌ان‌آی در سلول به شکل نخ‌هایی خمیده و راستا، به نام کروماتین، قرار می‌گیرد.
کروماتین‌ها از چند لایه خمیده متشکل می‌شوند و در نتیجه دی‌ان‌آی را به خوبی درون هسته سلول قرار می‌دهند.
از طریق استفاده از این فرآیندهای متراکم‌سازی و بسته‌بندی، دی‌ان‌آی در هسته سلول قرار می‌گیرد و به سایر قسمت‌های سلول اجازه می‌دهد به درستی و به هماهنگی عمل کنند.

دی ان ای یک ساختار است که با کمک پروتئین‌هایی به نام هیستون‌ها بسته بندی می‌شود.
هیستون‌ها پروتئین‌های کوچکی هستند که از اسیدهای آمینه اساسی به همراه بار مثبت (مانند آرژنین و لیزین) تشکیل شده‌اند.
اتصال هیستون‌ها به دی ان ای از طریق بارهای الکتریکی مثبت آنها و گروه‌های الکتریکی منفی فسفات‌ها ایجاد می‌شود.
برای بسته بندی دی ان ای، نیاز به پنج نوع هیستون وجود دارد که عبارتند از: هیستون H1، هیستون H2A، هیستون H2B، هیستون H3 و هیستون H4.
هیستون‌ها با طویل شدن دی ان ای و پیچیده شدن آن، ساختاری به نام نوکلئوزوم را تشکیل می‌دهند.
برای ساخت نوکلئوزوم، نیاز به دو نوع هیستون از چهار هیستون مذکور است.

یک هیستون H1 در خارج از این مجموعه قرار می‌گیرد تا ساختار نوکلئوزوم را دست‌نخورده نگه دارد.
به مجموعه نوکلئوزوم و هیستون H1 در خارج از آن کروماتوزوم گفته می‌شود.
نوکلئوزوم‌ها متراکم شده و به فیبرهایی به نام کروماتین تبدیل می‌شوند.
حلقه‌های بزرگتر کروماتین بسته‌بندی شده و سپس کروموزوم‌ها را می‌سازند.

نگه داشتن دی ان ای در وضعیت پیچیده شده و غیرقابل دسترس، ایمنی DNA را تضمین می‌کند.

با این حداکثر سطح پیچیدگی و بسته‌بندی، دسترسی به دی ان ای برای رونویسی یا تکثیر ممکن نیست.
بنابراین باید از بسته‌بندی خارج شده و در دسترس قرار گیرد.

undefined

آزمایش DNA

دی ان ای یک تکنیک مورد استفاده در علم ژنتیک است که اطلاعات مربوط به وراثت هر فرد را به تصویر می‌کشد.
این تکنیک به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که هر شخص در معرض چه بیماری‌هایی بیشتر در خطر قرار دارد.
آزمایش‌های مربوط به دی ان ای و ژنتیک به دلایل گوناگونی انجام می‌شوند.
از جمله برای تشخیص اختلالات ژنتیکی استفاده می‌شوند.
از طریق این آزمایش‌ها، می‌توان متوجه شد که آیا شخص حامل جهش ژنتیکی است و این جهش را به نسل بعد منتقل می‌کند یا خیر.
همچنین از این آزمایشات می‌توان استفاده کرد تا بفهمیم که آیا شخص در خطر ابتلا به بیماری‌های ژنتیکی است یا نه.
از جمله ژن‌های شناخته شده در این زمینه می‌توان به BRCA1 و BRCA2 اشاره کرد که باعث افزایش احتمال ابتلا به سرطان سینه و تخمدان می‌شوند.
استفاده از آزمایشات دی ان ای می‌تواند در تشخیص این بیماری‌ها و روش‌های پیشگیری از آن‌ها مفید باشد.

نتایج آزمایش‌های ژنتیکی ممکن است تأثیراتی روی سلامت فرد داشته باشند.
برای همین، اغلب انجام مشاوره ژنتیکی به فرد در درک نتایج و تبعات آزمایش کمک می‌کند.
در حال حاضر، مجموعه‌های آزمایش ژنتیک خانگی مختلفی موجود است.
اما باید به چند نکته توجه داشت.
اول از همه، برخی از این مجموعه‌ها باورپذیر نیستند.
ثانیا، در استفاده از این مجموعه‌ها باید بسیار محتاطانه عمل کرد؛ چون آزمایش ها ممکن است باعث فاش شدن کد ژنتیک فرد به افراد بیگانه شوند.