تاریخچهٔ کشف DNA؛ از آزمایش گریفیت تا مدل واتسون و کریک
زیست‌شناسی ماهفروزی | مقالهٔ آموزشی زیست‌شناسی
مقدمه
امروزه می‌دانیم که DNA یا دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید یکی از مهم‌ترین مولکول‌های زیستی و مادهٔ ژنتیکی در سلول‌های جانداران است. DNA اطلاعات وراثتی را ذخیره می‌کند و انتقال این اطلاعات از نسلی به نسل دیگر، اساس تداوم ویژگی‌های وراثتی است.
اما دانشمندان چگونه دریافتند که DNA حامل اطلاعات ژنتیکی است؟ پاسخ این پرسش نتیجهٔ سال‌ها پژوهش و مجموعه‌ای از آزمایش‌های مهم است؛ از آزمایش‌های گریفیت و ایوری تا مطالعات چارگاف و پراش پرتو ایکس و در نهایت مدل واتسون و کریک.
۱. معرفی فردریک گریفیت
فردریک گریفیت باکتری‌شناس انگلیسی بود که در سال ۱۹۲۸ آزمایش‌های معروف خود را روی باکتری استرپتوکوکوس نومونیا (Streptococcus pneumoniae) انجام داد.
باکتری کپسول‌دار
دارای کپسول، بیماری‌زا و دارای کلنی‌های صاف و براق است.
باکتری بدون کپسول
فاقد کپسول، غیر بیماری‌زا و دارای کلنی‌های زبر است.
۲. آزمایش‌های گریفیت و نتایج آن
| تیمار | نتیجه |
|---|---|
| باکتری کپسول‌دار زنده | موش مرد |
| باکتری بدون کپسول زنده | موش زنده ماند |
| باکتری کپسول‌دار کشته‌شده با گرما | موش زنده ماند |
| باکتری بدون کپسول زنده + باکتری کپسول‌دار کشته‌شده | موش مرد و باکتری کپسول‌دار زنده از بدن آن جدا شد |
۳. معرفی آزوالد ایوری
آزوالد ایوری به همراه کالین مک‌لئود و مک‌لین مک‌کارتی تلاش کرد ماهیت شیمیایی عامل تبدیل‌کننده را مشخص کند. نتایج این پژوهش‌ها در سال ۱۹۴۴ منتشر شد.
۴. آزمایش‌های ایوری و نتایج آن
| ماده‌ای که تخریب شد | آنزیم | نتیجه |
|---|---|---|
| پروتئین | پروتئاز | تبدیل همچنان رخ داد |
| RNA | RNase | تبدیل همچنان رخ داد |
| DNA | DNase | تبدیل رخ نداد |
۵. انواع نوکلئیک اسید
DNA
دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید؛ عمدتاً مسئول ذخیرهٔ اطلاعات وراثتی.
RNA
ریبونوکلئیک اسید؛ در بیان اطلاعات ژنتیکی و ساخت پروتئین نقش دارد و در برخی ویروس‌ها مادهٔ ژنتیکی است.
۶. اجزای سازندهٔ نوکلئوتید DNA و RNA
پورین‌ها: آدنین و گوانین. پیریمیدین‌ها: سیتوزین، تیمین و یوراسیل.
۷. تفاوت ریبوز و دئوکسی‌ریبوز
ریبوز | RNA
قند پنج‌کربنه است و در کربن شمارهٔ ۲ گروه OH دارد.
دئوکسی‌ریبوز | DNA
قند پنج‌کربنه است و در کربن شمارهٔ ۲ به جای OH، H دارد.
۸. ساختار DNA و RNA
| ویژگی | DNA | RNA |
|---|---|---|
| قند | دئوکسی‌ریبوز | ریبوز |
| باز اختصاصی | تیمین | یوراسیل |
| ساختار معمول | دو رشته‌ای | تک‌رشته‌ای |
۹. پیوندهای مهم در نوکلئیک اسیدها
پیوند فسفودی‌استر
نوکلئوتیدهای یک رشته را به یکدیگر متصل می‌کند و ستون قند ـ فسفات را شکل می‌دهد.
پیوند قند ـ باز
باز نیتروژن‌دار را به قند متصل می‌کند و همان پیوند N-گلیکوزیدی است.
پیوند قند ـ فسفات
در توصیف ستون قند ـ فسفات به کار می‌رود؛ اتصال متوالی نوکلئوتیدها با پیوندهای فسفودی‌استر انجام می‌شود.
پیوند هیدروژنی
بین بازهای مکمل دو رشتهٔ DNA ایجاد می‌شود: A-T دارای ۲ و G-C دارای ۳ پیوند هیدروژنی است.
۱۰. مشاهدات چارگاف
در DNA دو رشته‌ای، مقدار آدنین تقریباً برابر تیمین و مقدار گوانین تقریباً برابر سیتوزین است.
۱۱. آزمایش پراش پرتو ایکس؛ فرانکلین و ویلکینز
روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز در کینگز کالج لندن از پراش پرتو ایکس برای مطالعهٔ ساختار DNA استفاده کردند. تصویر مشهور Photo 51 شواهد مهمی دربارهٔ ماهیت مارپیچی DNA فراهم کرد.
۱۲. ساختار DNA؛ مدل واتسون و کریک
در سال ۱۹۵۳، جیمز واتسون و فرانسیس کریک مدل مارپیچ دوگانهٔ DNA را ارائه کردند.
- DNA از دو رشته تشکیل شده است.
- دو رشته پادموازی‌اند.
- ستون‌های قند ـ فسفات در بیرون قرار دارند.
- بازها در داخل قرار دارند.
- A با T و G با C جفت می‌شود.
- هر رشته می‌تواند برای ساخت رشتهٔ مکمل به عنوان الگو عمل کند.
۱۳. مسیر کشف DNA در یک نگاه
تبدیل ← ایوری
DNA ← چارگاف
A=T ، G=C ← فرانکلین و ویلکینز
پراش X ← واتسون و کریک
مارپیچ دوگانه
نکات طلایی و کنکوری
جمع‌بندی
شناخت DNA نتیجهٔ مجموعه‌ای از پژوهش‌های به‌هم‌پیوسته بود. گریفیت پدیدهٔ تبدیل باکتریایی را نشان داد، ایوری و همکارانش DNA را عامل تبدیل‌کننده معرفی کردند، چارگاف روابط میان بازها را آشکار کرد و پژوهش‌های پراش پرتو ایکس اطلاعات مهمی دربارهٔ ساختار مارپیچی DNA فراهم کردند. سرانجام واتسون و کریک مدل مارپیچ دوگانهٔ DNA را ارائه کردند.
