دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) همانند یکی از حلقههای قدرت در ارباب حلقهها، داستان معروف جورج تالکین، به عنوان مولکول ارباب هر سلولی محسوب میشود. این مولکول شامل اطلاعات حیاتی است که از نسلی به نسل بعد منتقل میشوند. DNA نه تنها باعث هماهنگسازی روند ساخت خود میشود، بلکه به ساخت مولکولهای دیگر (پروتئین) نیز جهت میبخشد. در صورتی که مولکول DNA دستخوش تغییر اندکی شود، این امکان وجود دارد که عواقب جدی برای سلول در پی داشته باشد. اگر این تغییرات فراتر از حدی باشند که دیگر امکان بازیابی یا بازسازی نقص به وجود آمده نباشد، در آن صورت سلول خواهد مرد.
تغییرات ایجاد شده در DNA سلولها در موجودات چندسلولی باعث پیدایش تغییراتی در ویژگیهای یک گونهی زیستی میشود. همچنین در طی مدتزمان طولانی، فرایند انتخاب طبیعی روی این تغییرات اثر میگذارد و در نهایت به تکامل (فرگشت) یا تغییر گونهها میانجامد.
وجود یا عدم وجود شواهد DNA یک فرد در صحنهی جرم میتواند در محکومیت یا تبرئه شدن آن فرد موثر باشد. این مولکول به اندازهای مهم است که دولت ایالات متحده مقدار زیادی بودجه و سرمایه را برای باز کردن دنبالهای از DNA در ژنوم انسان به امید یافتن روشهای درمانی برای بسیاری از بیماریهای ژنتیکی اختصاص داده است. در نهایت ما با استفاده از DNA یک سلول، میتوانیم یک حیوان، گیاه یا شاید حتی یک انسان را از طریق روش غیرلقاحی تولید کنیم.
ساختار مولکول DNA به صورت یک معما برای دانشمندان باقی مانده بود؛ تا اینکه واتسون و کریک با همکاری چند نفر دیگر به آن پی بردند. DNA یکی از مولکولهای اسیدهای نوکلئیک و حاوی اطلاعات در سلول است. مولکول اسید نوکلئیکی دیگری که در سلول وجود دارد به نام اسید ریبونوکلئیک یا RNA، شناخته میشود. مولکول DNA در هستهی هر یک از سلولهای انسان یافت میشود. اطلاعات موجود در DNA به طور کلی دو کار اصلی را صورت میدهند:
کلید همهی این کارکردها در ساختار مولکولی DNA نهفته است؛ همان ساختاری که توسط واتسون و کریک کشف شده بود. اگر چه ممکن است پیچیده به نظر برسد، واقعیت این است که مولکول DNA در یک سلول فقط و فقط از الگویی متشکل از تنها چهار بخش مختلف به نام نوکلئوتیدها ساخته شده است. مجموعهای از بلوکها را تصور کنید که که تنها دارای چهار شکل سازندهی مختلف هستند؛ یا میتوانیم زبان الفبایی را تصور کنیم که تنها از ۴ حرف تشکیل شده باشد. مولکول DNA در واقع به صورت یک رشتهی طولانی از این بلوکها یا حروف است. هر نوکلئوتید شامل نوعی قند (به نام دئوکسیریبوز) است که در یک طرف محدود به یک گروه فسفات و در سوی دیگر نیز محدود به یک باز نیتروژنی است. در شکل زیر میتوانید نحوهی چیدمان سادهی بخشهای موجود در نوکلئوتید را مشاهده کنید.
دو نوع از بازهای نیتروژنی وجود دارند که ما آنها را به نام پورین (ساختار دوحلقهدار) و پیریمیدین (سازههای تکحلقه) میشناسیم. چهار باز موجود در الفبای DNA هم عبارت هستند از: آدنین (A) (پورین)؛ سیتوزین (C) (پیریمیدین)؛ گوانین (G) (پورین)؛ تیمین (T) (پیریمیدین).
واتسون و کریک کشف کردند که DNA دارای دو سو یا رشته است و اینکه رشتههای مذکور همانند یک نردبان پیچاپیچ، به هم پیچ خوردهاند. این ساختار دورشتهای مارپیچی را به نام مارپیچ دوگانه یا دابل هلیکس میشناسند. دو طرف این نردبان شامل بخشهای قند-فسفاتی متعلق به نوکلئوتیدهای مجاوری هستند که با یکدیگر پیوند خوردهاند. فسفات متعلق به یک نوکلئوتید با پیوند کووالانسی (پیوندی که در آن یک یا چند جفت الکترون توسط دو اتم به اشتراک گذاشته میشوند) به قند نوکلئوتید بعدی متصل شده است. پیوند هیدروژنی بین فسفاتها هم باعث میشود تا رشتهی مولکول DNA پیچ و تاب بگیرد. بازهای نیتروژنی به سمت داخل نردبان گرایش پیدا میکنند و جفتهایی را با بازهای موجود در طرف دیگر (همانند یک پله برای نردبان) شکل میدهند. هر یک از جفتهای بازی مذکور در واقع از اتصال دو نوکلئوتید مکمل (پورین با پیریمیدین) با همدیگر توسط پیوند هیدروژنی، تشکیل شده است.
باید توجه داشته باشیم که در مولکول DNA، این جفتها به طور دلخواه و به هر نحوی شکل نمیگیرند. جفتهای بازی موجود مولکول DNA به این صورت هستند که آدنین با تیمین و سیتوزین با گوانین میتوانند متصل شوند. شما در تصویر زیر میتوانید نحوهی چیدمان و اتصال کلی بخشهای نوکلئوتیدها را با همدیگر به طور طرحوار مشاهده کنید. همانطور که اشاره کردیم. هر یک از حروف A ،C ،G و T با یک رنگ مشخص شدهاند. همچنین مشاهده میکنید که A با T و C با G با همدیگر در مولکول DNA تشکیل پیوند میدهند و به تعبیری پلههای یک نردبان مارپیچی از همین جفتها شکل میگیرد.
