تاریخچه دی ان ای DNA

تاریخچه دی ان ای DNA

درمیان یافته های زیست شناسی،یافته‌ی واستون و کریک یکی ازمهمترین یافته های علمی است که مربوط به کشف ساختارسه بعدی DNA است. در این مقاله به معرفی پنج پژوهشگرکه هرکدام نقش مجزا و پررنگی درکشف این ساختارداشتندمی پردازیم.

فردریک مایشر

فردیک مایشرپزشک بریتانیایی که به دلیل مشکل شنوایی خود واردعرصه ی پژوهش دردانشکده ی توبینگن آلمان زیرنظرفیلکس هوپ سیلرشد.

موضوع پژوهش برگزیده شده برای مایشر بررسی شیمیایی سلول‌‌‌های سفید خون بود.به دلیل اینکه استخراج این سلولها از گره‌های لنفاوی‌سخت است مایشربه این دلیل که این سلولهادرچرکهازیاداست،باندهای چرکی راازبیمارستانهاجمع آوری میکرد وبااستفاده از محلول نمک،گلبول‌های سفیدآن را جدامیکرد.وی طی یکی ازآزمایشات خود،گلبولهای سفید را تحت تاثیرآنزیم پپسین (آنزیمی که درعصاره معده خوک وجود‌دارد)که سبب هضم پروتین هامیشود،قرارداد.

مایشر به دقت با میکروسکوپ تغییرات به وجودآمده رابررسی کردومشاهده کردپس ازتخریب بخشی پروتئینی گلبولهای سفید،هسته ی آن تاحدودزیادی سالم مانده سپس هسته ی آنهارا ازسیتوپلاسم جداسازی کرد.

در مرحله بعدهسته را تحت تاثیرسدیم هیدروکسید  قرارداد.پس از ریختن این محلول قلیایی برروی هسته ی سلول‌ها،رسوب سفیدرنگی به وجودآمدکه مایشر با تجزیه شیمیایی این رسوب مشاهده کرد که عناصر سازنده‌ی این رسوب شامل،کربن،هیدروژن،اکسیژن،نیتروژن و درصد زیادی فسفراست.طبق آزمایشات صورت گرفته مایشر ادعاکردکه ماده‌ی جدید غیرپروتئینی کشف‌کرده که آن‌ را نوکلئین( nuclein) به معنای”درهسته”نامید.

مایشرتحقیقات خودرابرروی اسپرم ماهی آزاد واسپرم دیگرگونه‌ها انجام داد که درتمامی آنهانیزنتیجه به دست آمده نشان میدادکه مایشریک ماده جدیدکشف کرده ک ظاهراه درتمام هسته هاوجوددارد.

با یافته‌های مایشراین احتمال وجودداشت که این ماده ی کشف شده همان ژنتیک باشد.برای اینکه این ماده به عنوان ژنتیک شناخته شود،لازم بود که این ماده در تمامی هسته هاوجودداشته باشد‌و‌مقدارآن در‌سلول‌های پیکری برابرومقدارآن در تمامی سلول‌های جنسی نصف سلول‌های پیکری باشد.

مایشردرطی تعیین مقدارنوکلیئن معیارخودرا درصدبالای فسفر قرارداده بود‌‌اما به دلیل اینکه مقدارفسفردرنوعی پروتئین(فسوتین۷) که درسیتوپلاسم سلول  تخمک زیادبود‌ودرآن زمان این پروتئین کشف نشده بود،وی به اشتباه مقدار این ماده را‌بامقدار‌به دست آمده دیگرنوکلئینهامقایسه کرد که به دلیل اینکه مقدارهامتفاوت بود نتیجه گرفت که این ماده نمیتواندماده ی ژنتیک باشد.مایشرپس از سالها تلاش دراثربیماری سل جان باخت.

فوبوس لون

فوبوس لون فراگیری پزشکی را در روسیه شروع کرد،امابه دلیل کارکردنش درآزمایشگاه شیمی آلی به بیوشیمی(زیست شیمی) علاقه پیدا کرد و پس ازبه پایان‌رساندن پزشکی به دیداربزرگان شیمی که درزمینه نوکلئیک اسیدوپروتئین‌هاتحقیق میکردندآشناشد.وی۷۰۰مقاله درمورد‌ساختمان‌مولکول‌های زنده نوشت.ومهمترین طرحش،طرح تترانوکلئوتیدی بود.

فوبوس لون بااستفاده از یافته‌های پژوهشگران پیشین دریافت که نوکلئوتیدهاواحدساختمانی اسیدهای نوکلئویک هستند؛ونوکلئوتیدهاازیک واحدبازآلی،یک قند،پنج کربن ویک گروه فسفات تشکیل شده و درحالت طبیعی یونیزه بوده ودارای بارمنفی است.همچنین اودریافت  پیوند نوکلئوتیدهاازراه اتصال فسفودی است.

لون براساس آزمایشاتی که انجام داده بودچهارباز(A-T-G-C)هم اندازه هستند،بنابراین فرضیه طرح تترانوکلئوتیدی رابه عنوان ساختمان شیمیایی DNA راپیشنهادداد.این طرح بیان میکردکه DNA مولکول درازی است که ازواحدهای تکرارشونده تترانوکلئوتیدی تشکیل شده است،واضح بودکه چنین مولکولی نمیتوانداطلاعات وراثتی جانوران راداشته باشد.

طرح فوبوس لون باوجود DNA درکروموزوم ها،این مولکول یکنواخت نمیتوانست ماده وراثنی باشد به همین دلیل این طرح باشکست مواجه شد،امانباید نقش اورادرشناخت ساختمان شیمیایی DNA  فراموش کرد.

DNA و کشف ساختارآن

اروین چارگاف

چارگاف پژوهش‌های بسیاری را درزمینه شیمی انجام داداما مشهوربودن وی به دلیل یافتن نسبت‌های بازهای آلی DNA است.

نتیجه پژوهش‌های اونشان داد که مقداربازهادرجانداران گوناگون متفاوت است اماباتغییرشرایط محیطی،رژیم غذایی و…این مقدارها تغییرنمیکندوثابت است.درتمامی نمونه‌هامقدارAوTبرابروGوCبرابراست.

این آزمایشات طرح تترانوکلئوتیدی لون راردکرد و اثبات کرد که این طرح نادرست بوده ،ونقش مهمی درروش ساختن ساختمان مولکولی DNA وچگونگی اندوخته شدن اطلاعات درآن داشت.

لینوس پاولینگ

پاولینگ بااستفاده از پرتوی ایکس تلاش کردتاساختمان سه بعدی پروتئین‌هاراآشکارکند.درمقاله ای که درسال۱۹۵۱-۱۹۵۰ارائه دادمهمترین رکن ساختمان سه بعدی پروتئین را مارپیچ آلفامعرفی کرد.

لینوس پاولینگ طرحی نیز ارائه دادکه درآن DNAدارای سه رشته مارپیچ بودکه بازها دربیرون وستونهای قندفسفات دردرون مولکول بودندوگره‌های فسفات بصورت یونیزه ومنفی نبودندوبازهاباپیوندهیدروژنی بایکدیگرارتباط  داشتند.

گره‌های فسفات همیشه بارمنفی وحالت یونیزه دارند و این پرسش باقیست که چگونه بزنده نوبل شیمی چنین اشتباهی انجام داده است؟.بااین حال پژوهش‌های او کمک بسیاری به واستون و کریک کرد.

روزالین فرانکلین

درسال۱۹۵۱به همراه یکی از دانشجویان خود بلورDNAرابااستفاده از پراش پرتوی ایکس با کیفیتی بالا تهیه کردندوبه طور دقیق ابعادDNAرامحاسبه کردندومشاهده کردندکه گروه‌های فسفاتی دربیرونDNAقراردارند.

ودریافتندکهDNAبه دوشکلA وB وجودداردکه شکل حقیقی آن به گونهBنزدیکتراست.

تصویری را که فرانکلین ازبلورشکلBبه دست آورده بودراموریس ویلکنیزبااجازه یابدون اجازه از فرانکلین دراختیار واستون وکریک قرارداد. فرانکلیندرسال ۱۹۵۸به دلیل سرطان درگذشت.

واستون وکریک

دراواخرسال۱۹۵۱واستون زیست شناس وکریک فیزکدان همکاری خودراشروع کردند،هدف آنهاازاین همکاری تعیین ساختارمولکولیDNAبود.آنها بااستفاده ازاطلاعاتی که پژوهشگران قبلی به دست آورده بودندطرحی راارائه دادند که درآنDNAرشته مارپیچی بلندی بودکه ازنوکلئوتیدهاتشکیل شده بودوقندفسفات بسیارمنظم وبازهانامنظم بودند.

هنگامی که واستون وکریک درموردطرح خودباویلکینزمشورت مردندکه سرانجام به دلیل قطربزرگی که DNA داشت و نمیتواشت با یک رشته پل نوکلئویدی متصل شودشکست خورد.

طرح دومی که ارائه دادندبدین گونه بودکه چندرشته پل نوکلئوینی به دوریکدیگرپیچیده اند.امابه دلیل اطلاعات کمی که دراختیارداشتندنتوانستند به سوالات مطرح شده پاسخ دهند به همین دلیل ازویلکنیزدرخواست کردند که با آنان همکاری کندوتصویرپراش بلورDNAرادراختیارآنان قراردهد.آنها با دراختیار داشتن این تصویر توانستند طرحی اولیه با حلب و سیم‌های رابط ساختند.که درآن ستون‌های قندفسفات درمرکزوبازهای حلقوی دراطراف مولکول قرارداشتند.

براساس این طرح DNA ازدورشته پل نوکلئوتیدی تشکیل شده که باپلهای نمکی بایکدیگرارتباط دارندودرآنهاکاتیونهای دوظرفیتی و گروه‌های فسفات‌داربابارمنفی وجوددارد.

وقتی این طرح با فرانکلین وویلکینزدرمیان گذاشته شد بااعتراضات شدید وعلمی روبه‌روشدکه منجربه شکست طرح دوم این زوج علمی شد.پس ازمدتی ویلکنیزتصویرساده تری رافرانکلین ازبلور DNA راتهیه کرده بود رادراختیارواستون وکریک قراردادوتوضیح دادکه تصویر اولیه مربوط به مولکولی بودکه مقدارزیادی از آب خودراازدست داده بود اماتصویردوم که به گونهBنیزشناخته میشودمربوط به مولکولی است که مقدارزیادی آب دارد.

تاریخچه DNA
بابررسی های این زوج علمی اطلاعات زیرحاصل شد:
۱.تصویرپراش شده منظم است پس نتیجه میشودکه ساختمان مولکولی منظم است و قطرهمه‌ی مولکول‌ها ثابت است.
۲.ضربدری بودن پراش نشانگرمارپیچی بودن مولکول است وزاویه بین افق و بازوی ضربدری بازاویه پیچش برابراست.
۳.نقاطی که درپراش فاصله کمی دارند درحقیقت فاصله زیادی ازهم دارندوبرعکس.بااستفاده ازمعادلات پیچیده ریاضی و بدست آوردن فاصله مرکزتامحیط،نقطه‌ی سیاههرردیف باردیف دیگر،فاصله دوجفت بازازیکدیگروفاصله‌ی عمودی یک دورکامل مارپیچ دریافتند که درهرمارپیچ ده جفت بازآلی وجودارد.

سرانجام واستون و کریک بادرنظرگرفتن این محاسبات وآزمایش چارگاف توانستند به بزرگترین ومهمترین کشف زیستی دست یابند.جایزه نوبل۱۹۶۲به این زوج علمی وویلکنیزتعلق یافت.

فاطمه رضوی

مطالب مرتبط

دیدگاهها

نظر:

2 × 3 =