ساختار سه بعدی DNA : فرم B ، فرم A و فرمZ
شکل 3-B-3 . یک مارپیچ دوگانهDNAراست گرد که به فرم B شناخته می شود. در
محلولهای حاوی نمک بالا یا حاوی الکل ، ساختار DNA به فرم A تغییر می کند
که راست گرد می باشد اما هر 2.3nm یک دور میزند و در هر دور دارای 11 جفت
باز است. فرم
دیگر DNA فرم Z نام دارد زیرا بازها به شکل زیگزاگ هستند. Z-DNA چپ گرد
می باشد. هر دور آن 4.6 nm می باشد که از 12 جفت باز تشکیل شده است .
مولکولهای DNA دارای توالی های C-G در الکل و محلولهای دارای نمک بالا به
این فرم هستند. شکل 3-B-4. مقایسه بین فرم B و فرم Z شکل1-B-3 مدل کامپیوتری از
جفت شدن باز ها در DNA . در یک مولکول نرمال DNA ،آدنین (A) با تیمین (t)
تیمین ، گوانین (g) با سیتوزین (c) جفت می شوند. یوراسیل (u) موجود در RNA
نیز می تواند با آدنین (A) جفت شود.این تفاوت T و U در این است که در U
گروه متیل در سمت دیگر پیوند هیدروژنی قرار دارد. یک مولکول DNA دارای دو رشته
می باشد که از طریق پیوند هیدروژنی بین بازها به هم پیوسته اند. همانگونه
که در شکل بالا نشان داده شده آدنین می تواند دو پیوند هیدروژنی با تیمین
داشته باشد و سیتوزین سه پیوند هیدروژنی با گوانین تشکیل می دهد. اگرچه
دیگر جفت بازها (برای مثال : (G:T) و (C:T) ) بویسله پیوند هیدروژنی تشکیل
می شوند ، قدرت آنها از (C:G) و (A:T) که یه صورت طبیعی در مولکول DNA
یافت می شوند کمتر است. شکل بعدی نشان دهنده مثالی از جفت شدن بازها بین رشته های DNA می باشد. شکل 3-B-2 شکل شماتیکی از دو رشته DNA ساختار کروماتین کروماتین ماده ای است که به صورت کروموزومها در هنگام تقسیم سلولی مرئی می شود. جزء اصلیي نوكلوئوزوم می باشد ، از DNA 146 جفت بازی و 8 پروتئین هیستون تشکیل شده است. ساختار
کروماتین به صورت پویا تغییر می یابد، حد اقل تا یک اندازه ، که به لزوم
رونویسی وابسته است (فصل 4 بخش G را ببینید) . در مرحله متافاز تقسیم
سلولی ، کروماتین با انقباض به صورت کروموزومهای مرئی در می آید. در
مواقع دیگر کروماتین دارای فشردگی کمتری می باشد ، با بخشهایی که به شکل ساختار گردنبند مرواريد است. شکل 1-D-3. ساختار فشرده کروماتین. a)
ساختار nm 30 فیبرهای کروماتین که به صورت حلقه یا loop است وابسته به
پروتئینهای اسکافولد (scaffold proteins) (به طور برجسته توپوایزومراز II
) می باشد. هر حلقه از 75kb DNA تشکیل شده است. پروتئینهای اسکافولد در
مکانهای خاصی به DNA متصل می شوند که scaffold attachment regions (SARs)
نام دارد، که غنی از آدنین و تیمین می باشد. b)
فیبر کروماتین پروتئین های اسکافولد وابسته به صورت ساختار مارپیچ می
پیچند که ممکن است به صورت کروموزوم دیده شوند. G band جفت بازهای
نوکلئوتیدی A-T را نشان می دهد و R band جفت بازهای غنی از C-G.
ترکیب فیبر کروماتینی ساختار یک فیبر کروماتینی به صورت
پویا تغییر میابد. در حالت فشرده ، هر نوکلئوزوم وابسته به یک H1 (یا H5)
است که ساختار سلونوئیدی را می سازد . H1 و H5 هیستونهای پیوند دهنده
(Linker Histones) نامیده می شوند. آنها جهت پایدارسازی ساختار سلونوئیدی
ضروری می باشند. این موضوع را می توان با استخراج کروماتین فشرده شده در
غلظت پایین نمک نشان داد ، که در آن H1 یا H5 رها می شوند. بعد ، ترکیب "
گردنبند مروارید" (beads-on-a-string) را می توان بوسیله میکروسکوپ نیروی
اتمی مشاهده نمود.. شکل3-D-4 . ترکیب گدنبند مروارید کروماتین و ساختار سلونوئید. هیستونها و نوکلئوزومیک
کرو موزوم از 5 نوع هیستون تشکیل شده است : H1 (یا H5) ، H2A ، H2B ، H3 و
H4 . H1 و پروتئین هومولوگ آن H5 در ساختارهای درجه بالا شرکت دارند. چهار
هیستون دیگر به صورت فرم نوکلئوزومی وابسته به DNA می باشند. H1 (یا H5)
دارای 220 اسید آمینه می باشند. دیگر انواع هیستونها کوچکتر می باشند ،
که هر کدام از 150-100 اسید آمینه تشکیل شده اند. شکل 3-D-2 . هر نوکلئوزوم از DNA
146bp و 8 هیستون تشکیل شده است : دو کپی از H2A ، H2B ، H3 و H4 . DNA به
دور هسته هیستونی پیچیده می شود که در هر نوکلئوزوم نزدیک به 2 دور می
شود. شکل3-D-3 . توالی H4 گاو. رزدیو لیزین (رنگ قرمز) در انتهای N نقش اصلی را در تنظیم رونویسی ژن بر عهده دارد. خصیصه مهم هیستونها این می باشد که
آنها دارای لیزین( K ) کمی در انتهای N خود می باشند. در حالت نرمال سلولی
، گروه R لیزین دارای بار مثبت است که می تواند به گروه فسفات DNA که
دارای بار منفی است متصل شود. مشخص شده که چنین مکانیزمی نقش اصلی را در
تنظیم رونویسی ژن ایفا می کند. (فصل 4 بخش G ترتیب انجام کار کد ژنتیکی
کد
ژنتیکی به صورت تصادفی تعیین نشده است. اگر یک آمینواسید با چندین کدون کد
شود ، این کدونها در اولین و دومین حرفشان مشترکند و در سومین حرف متفاوت
می با ند. این گمارش با طراحی حالت وابل (wobble) انجام شد ، اما سیر
تکاملی آن که تبدیل به کد شد ناشناخته مانده است . لینک پایین را ببینید. در شکل
بالا ، ما می بینیم که امینواسیدهایی با خصوصیات فیزیکی نزدیک به هم دارای
کدونهای مشابه می باشند. برای مثال آسپاراژین و گلوتامین دارای بار منفی
می باشند. تمامی کدونهای آنها دارای "GA " در دو حرف اول می باشند.
خصوصیات فیزیکی سرین و ترئونین نیز بسیار به هم شبیه است . و آنها با UCN
و ACN (N هر اسید آمینه ای می تواند باشد) کد می شوند. یکی از
مزیتهای این گمارش این است که بدین وسیله میزان خطاهای تکراری یا دیگر
موتاسیون ها کاهش میابد. برای مثال ، اگر سومین نوکلئوتید کدون سرین جهش
یابد آمینو اسید ساخته شدهه باز سرین خواهد بود. اگر اولین نوکلئوتید کدون
سرین به A جهش یابد ، ترئونین ایجاد می شود که مشابه سرین است . این گونه
جهشها اثر معنی داری در ساختار و فعالیت پروتئین ندارند. فرض کنید سرین با
GUA ، GCU ، GAG و UGG کد شده باشد ؛ ترئونین با UUU ، AGU ، AAA و CCC کد
شده است. بعد هر جهشی می تواند باعث ایجاد یک آمینو اسید غیر از سرین و
ترئونین شود
در یک مولکول DNA ، دو رشته یه صورت موازی نیستند ، اما دور یکدیگر پیچیده شده اند. هر رشته شبیه یک مارپیچ (helix) است. دو رشته ساختار "دابل هلیکس" (double helix) را ایجاد می کنند ، که اولین بار توسط واتسون و کریک در سال 1953 کشف شد. در این ساختار که به فرم B نیز معروف است ، مارپیچ به اندازه 3.4nm پیچ می خورد و فاصله بین دو جفت باز همسایه 0.34nm می باشد. بنابر این در هر دور 10 جفت باز وجود دارد. رشته های پیچیده شده دو نوع شیار از نظر پهنا را ایجاد می کنند که شیار بزرگ major groove و شیار کوچک minor groove نام دارد که باعث تسهیل در اتصال به پروتئینها می شوند.
