تبلیغات
منابع و جزوات کارشناسی ارشد گروه زیست شناسی (ژنتیک, میکروبیولوژی, بیوتکنولوژی, سلولی مولکولی....

سیم حیات و گوانین‌های فداكار

متخصصان علم زیست ‌ شیمی از مدت‌ها پیش و حتی همان زمان كه ساختمان DNA مشخص نشده بود، حدس می‌زدند كه این مولكول فقط یك ذخیره كنند ه‌ی اطلاعات ژنتیكی نیست و می‌توانند نقشی فراتر از این هم داشته باشند. آنان براساس ساختمان شیمیایی DNA این فرض را پیشنهاد كردند كه: این مولكول می‌تواند مانند یك سیم مسی الكتریسته را دریافت و جابه‌جا كند. نیم قرن بعد نشان دادند، DNA خالص می‌تواند هادی جریان الكتریسته باشد.

به نظر می‌رسد، در سلول‌های زنده نیز DNA دو رشته‌ای بار الكتریكی را در فاصله‌های طولانی جابه‌جا می‌كند. اكنون محققان بسیاری تصور می‌كنند، این پدیده نقش زیستی نیز دارد. به نظر آنان، طبیعت از این ویژگی DNA در جایی بهره برده است. یكی از آن‌ها می‌تواند در فرایند آسیب و ترمیم DNA باشد. به طور معمول، بسیاری از آسیب‌هایی كه به ژن‌ها وارد می‌شوند، از سطح الكترون آغاز می‌شوند؛ یعنی، زمانی كه رادیكال‌های آزاد و سایر فراورده‌های جانبی و در عین حال بسیار واكنشگر سوخت و ساز سلولی، از مارپیچ دوتایی الكترون غارت می‌كنند.

«بازگوانین» هدف ساده‌ای برای این «تخریب اكسیداتیو» است، زیرا یكی از الكترون‌های این باز نسبت به الكترون‌های سر باز دیگر، ارتباط ضعیف‌تری با مولكول دارد. از دست دادن این الكترون می‌تواند، باعث بروز مشكلاتی جدی شود. زیرا گوانین اكسید شده با آب واكنش می‌دهد و در نتیج ه‌ی آن، مولكول‌های مخربی تشكیل می‌شوند. 8- اكسوگوانین ( 8-oxoG ) معمول‌ترین آن‌هاست كه به طرز نادرستی، با آدنین و نیز جفت عادی گوانین یعنی سیتوزین، پیوند برقرار می‌كند. از این رو، اگر سلولی كه دارای 8- اكسوگوانین است، تقسیم شود، به احتمال پنجاه درصد در موقعیت سیتوزین، باز آدنین را خواهد داشت. به عبارت دیگر، یك جهش رخ خواهد داد.

سلول‌ها برای شناسایی و برطرف كردن آسیب‌‌های اكسیداتیو، از سازوكارهای متفاوتی بهره می‌گیرند. اما این سیستم‌های امنیتی نمی‌توانند از پس هم ه‌ی آسیب‌ها برآیند و این جهش‌‌های حاصل از عوامل اكسید كننده، از جمله عل ت‌های اصلی ایجاد سرطان، بیماری‌های ژنتیكی و مرگ سلول‌ها هستند.

از آن جا كه آسیب‌های اكسیداتیو اهمیت زیادی دارند، زیست شیمیدان‌ها مدت‌هاست تلاش می‌كنند، به چگونگی وقوع این فرایند پی ببرند. آغاز این تلاش‌ها به ده ه‌ی 1960 بر می‌گردد؛ هنگامی كه آنان در یافتند، اگر DNA هادی جریان الكتریكی باشد، می‌تواند بر این فرایند تأثیر ژرفی بگذارد. از دست دادن یك الكترون، جای خالی یا «حفره‌ای» را بر جای می‌گذارد كه می‌تواند در سرتاسر یك هادی جابه‌جا شود. اگر DNA به‌راستی توانایی هدایت جریان الكتریكی را داشته باشد، آسیب اكسیداتیو می‌تواند در طول رشته‌های DNA جا به جا شود و در موقعیت‌های دیگر كه ممكن است بسیار دورتر از نقط ه‌ی آغاز حمله باشند، 8- اكسوگوانین تولید كند.

در سال 1996، گروهی از پژوهشگران ثابت كردند، آسیب‌های اكسیداتیو می‌توانند در فاصل ه‌ی دور رخ دهند. آنان از یك عامل اكسید كنن ده‌ی ویژه استفاده كردند كه برای جذب الكترون از گوانینی خاص طراحی شده بود. سپس نشان دادند كه آسیب می‌تواند، در فاصله‌ای به انداز ه‌ی 11 جفت باز از نقط ه‌ی آغاز حمله رخ دهد. برای این پدیده تنها یك توجیه وجود داشت: «حفره‌ها» در طول DNA جابه‌جا می‌شوند. پژوهشگران دیگری نشان داده‌اند كه حفره‌ها حتی می‌توانند حدود 60 جفت باز یا بیش‌تر جابه‌جا شوند. به لحاظ نظری، این جابه‌جایی می‌تواند تا حدود 100 جفت باز نیز رخ می‌دهد. به علاوه، مهاجرت حفره‌ها ممكن است در هس ه‌ی سلول‌های زنده نیز رخ دهد.

اهمیت زیستی این پدیده چیست؟ در سال 1999، زیست شیمیدان‌ها نظری ه‌ی نوآورانه‌ای را مطرح كردند و جابه‌جای حفره‌ها را در خط مقدم مبارزه با تخریب DNA قرار دادند. به نظر آنان، تخریب اكسیداتیو در نهایت، به نخستین گوانین از توالی GG آسیب می‌رساند. از لحاظ شیمیایی، این رویداد معنادار است؛ گرفتن یك الكترون از دو گ وانینی كه پشت هم قرار دارند (یعنی GG )، از یك گوانین منفرد آسان‌تر است؛ زیرا پتانسیل اكسیداسیون پا ی ین‌تری دارد. به علاوه، آزمایش‌ها نشان داده‌اند، توالی‌های GGG آسان‌تر از توالی‌های GG دچار آسیب اكسیداتیو می‌شوند؛ زیرا در این حالت باز هم پتانسیل اكسیداسیون كاهش می‌‌یابد.

به نظر می‌رسد ، وقتی در نقطه‌ای از DNA آسیب اكسیداتیو ایجاد می‌شود و در پی كم شدن الكترون در آن جا به اصطلاح حفره‌ای ایجاد می‌شود، حفره در امتداد رشت ه‌ی DNA جابه‌جا می‌شود تا به توالی GG یا GGG برسد. در این نقطه، ح ف ره متوقف می‌شود تا یك مولكول آب وارد عمل شود و یك آسیب پایدار به وجود آید.

این فرایند ما را به یاد اثر حفاظت كاتدی می‌اندازد؛ یعنی استفاده از یك ماده با پتانسیل اكسیداتیو پا ی ین برای محافظت از فلز دیگر. این روش، نخستین بار در سال 1824 میلادی به كار رفت. در آن سال، از فلز روی یك حفاظت از بدن ه‌ی فولادی كشتی‌های جنگی انگلیس استفاده شد. امروزه در فرانید گالوانیزه كردن، از فلز روی برای جلوگیری از زنگ زدن آهن استفاده می‌شود.

به نظر می‌رسد، انتقال بار الكتریكی در DNA نیز همین نقش را داشته باشد. اگر توالی‌های GG و GGG ، نسبت به آسیب اكسیداتیو حساسیت‌ بیش‌تری داشته باشند. باید همانند دانه‌های تسبیح در چنان موقعیت‌های راهبردی ردیف شده باشند. كه بتوانند آسیب اكسیداتیو را از نواحی رمز دهنده به نواحی غیر رمزدهند ه‌ی DNA جابه‌جا كنند. به این ترتیب، نواحی مهم DNA در امان می‌مانند و آنزیم‌های ترمیم كننده فرصت می‌یابند نواحی آسیب دیده را ترمیم كنند.

ژنتیكدانان مدت‌هاست با این معما روبه رو هستند كه چرا ژن‌های یوكاریوت‌ها این همه نواحی غیر رمز دهنده (مانند اینترون‌هایی كه لابه‌لای اگزون‌ها هستند) دارند. گروهی از محققان در سال 2001 گزارش كردند، در حاشی ه‌ی ا ین ترون‌ها مقدار زیادی باز G ، همانند دانه‌های تسبیح ردیف شده‌اند. این جا همان جایی است كه می‌توانند جهش‌ها را ببلعند تا نواحی حساس درامان بمانند. پژوهشگران همچنین یادآور شدند كه اگزون‌ها در انسان به طور معمول 180-150 جفت باز طول دارند. همان طور كه پیش از این گفتیم، به لحاظ نظری، حفره‌ها می‌توانند تا 100 جفت باز جابه‌جا شوند. بنابراین به نظر می‌رسد، گوانین‌های فداكار در موقعیت‌ مناسبی قرار گرفته‌اند.

حافظت كاتدی به راستی نظر قشنگی است و می‌تواند یكی از نقش‌‌های DNA غیر رمزده ن ده (یا به تعبیری غیر منصفانه DNA آشغال) باشد هر چند این نظر منطقی به نظر می‌رسد، اما به شواهد محكم‌تری نیاز دارد و باید به برخی ابهامات نیز پاسخ دهد. برای مثال، فراوانی گوانین در لبه‌های اینترون - اگزون را می‌توان به نقش آن‌ها در فرایند پیرایش DNA (حذف ا ی نترون‌ها و اتصال اگزون‌ها) نسبت داد. در واقع، در این موقعیت‌ها، توالی‌های غنی از گوانین به عنوان پیامی برای آنزیم‌های پیرایشگر DNA عمل می‌كنند. به علاوه، داد‌ه‌های مربوط به ژنوم انسان به ژنوم بی‌مهرگان قابل تعمیم نیست، زیرا براساس پژوهش‌ها به نظر می‌رسد، ژنوم آن‌ها در مرز اگزون‌ها و اینترون‌ها فاقد توالی‌های غنی از گوانین است.

از طرف دیگر، آب در هسته بسیار كمیاب است. بنابراین، شاید حفره‌ها بتوانند پیش از واكنش دادن با یك مولكول آب، فاص ه‌ی بیش‌تری را طی كنند و در نقطه‌ای فراتر از مرز اگزون - اینترون به DNA آسیب برسانند. به علاوه، شواهدی وجود دارند مبنی بر این كه هدایت الكتریكی DNA در حالت بلوری (كم آب) افزایش می‌یابد. جالب‌تر این كه باكتری‌ها در شرایط تنش‌زا پروتئینی تولید می‌كنند كه باعث القای بلوری شدن DNA می‌شود. آیا این كار راهی برای جلوگیری از آسیب به DNA نیست؟

انتقال بار الكتریكی ممكن است نقش زیستی دیگری نیز داشته باشد. تنها حفره‌های الكترونی نیستند كه در طول DNA جابه‌جا می‌شوند، بلكه فیزیكدانان معتقدند، الكترون‌های آزاد نیز چنین می‌كنند. الكترون‌ها در ترمیم DNA نقش مهمی دارند و بسیاری از آنزیم‌های ترمیم كننده برای برطرف كردن آسیب، به آن‌ها الكترون‌ می‌دهند. برخی از پژوهشگران این فرض را پیشنهاد كرده‌اند كه این آنزیم‌ها از خاصیت هادی بودن DNA سود می‌جویند و الكترون‌ها را از راه این سیم زنده از فاصله‌های مختلف به جای مورد نیاز می‌فرستند. این فرض یكی از معماهای بزرگ فرایند ترمیم DNA را حل می‌كند؛ آنزیم‌های ترمیم كننده چگونه به موضع آسیب دیده دسترسی پیدا می‌كنند؟

در سلول‌های زنده، DNA همراه با پروتئین‌های هسیتون، به صورت یك ابرمارپیچ غیر قابل نفوذ سازمان یافته است. بنابراین، دسترسی آنزیم‌ها به جایگاهی كه نیاز به ترمیم دارد، بدون انتقال بار الكتریكی، سخت به نظر می‌‌رسد. دانشمندان مولكول‌هایی طراحی كرده‌اند كه كار تعمیر DNA را در فاصله‌هایی دورتر از محل ضایعه انجام می‌دهند. به نظر می‌رسد، آنزیم‌های طبیعی نیز همین‌‌گونه عمل می‌كنند.

پیش از این تصور می‌شد، خاصیت انتقال بار الكتریكی برای سلول استفاده‌ای ندارد، اما اكنون به نظر می‌رسد این كار، برای DNA دو رشته‌ای یك توانایی كلیدی است


ارسال شده در تاریخ: جمعه 8 شهریور 1387 || دیدگاه ()

بازدیدهای امروز :
بازدیدهای دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد كل بازدیدها :
آخرین بازید از وبلاگ :
آخرین بروزرسانی :