گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم [آموزش و تدریس ویدیویی]

گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم را با آموزش و تدریس ویدیویی و توضیح به بهترین شکل یاد بگیرید. تدریس به‌روز این گفتار همراه با آموزش ویدیویی «دکتر الهه بنام» را در سایت بایوبنام، رایگان ببینید.

دانشمندان آزمایش‌های زیادی انجام دادند تا بتوانند ساختار مولکولی دنا و ساختار نوکلئیک اسیدها را به دست آورند. نوبت آن است که به آموزش اولین گفتار از اولین فصل زیست 12 بپردازیم.

در ابتدا، ویدیوی آموزشی این بخش را مشاهده می‌کنیم.

فیلم تدریس گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم

آموزش ویدیویی بخشی از «گفتار اول فصل اول زیست دوازدهم» را در پایین قرار داده‌ایم. مدرس این قسمت، خانم دکتر الهه بنام، رتبه 37 کنکور تجربی هستند.

در ابتدا با آزمایش گریفیت آشنا شده و یاد می‌گیریم که عامل اصلی انتقال صفات وراثتی، دنا است. ساختار نوکلئیک اسیدها و مدل مولکولی دنا از موضوعات بعدی است که به آنها می‌پردازیم. انتهای گفتار نیز به رنا و انواع آن و تعریف ژن اختصاص دارد.

بیشتر بدانید: آموزش فصل اول زیست دوازدهم

نوکلئیک اسیدها؛ گفتار اول فصل اول زیست دوازدهم

هریک از یاخته‌های بدن ما ویژگی‌هایی مانند شکل و اندازه دارند. این ویژگی‌ها، تحت فرمان هسته هستند. دستورالعمل‌های هسته در حین تقسیم از یاخته‌ای به یاخته دیگر و در حین تولید مثل، از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود. حدس می‌زنید اطلاعات و دستورالعمل فعالیت‌های یاخته، در چه قسمتی از هسته ذخیره می‌شود؟

فام‌تن‌ها در هسته قرار دارند و در ساختار آنها، دِنا و پروتئین مشارکت می‌کنند. کدام‌یک از این دو را می‌توان به عنوان ذخیره‌کننده اطلاعات وراثتی مطرح کرد؟ این ماده، «دنا» است که نقش ذخیره‌کننده اطلاعات وراثتی را ایفا می‌کند. چند و چون رسیدن به این پاسخ را در ادامه یاد می‌گیریم.

آزمایش گریفیت

اطلاعات اولیه در مورد ماده‌وراثتی از فعالیت‌ها و آزمایش‌های باکتری‌شناسی انگلیسی به نام گریفیت به‌دست آمد. او سعی داشت واکسنی برای آنفلوانزا تولید کند. مردم فکر می‌کردند عامل این بیماری، باکتری استرپتوکوکوس نومونیا است. گریفیت با دو نوع از این باکتری، آزمایش‌هایی را روی موش‌ها انجام داد. نوع بیماری‌زای آن که پوشینه‌دار (کپسول‌دار) است در موش‌ها سبب سینه‌پهلو می‌شود. با این حال، نوع بدون پوشینه آن، موش‌ها را بیمار نمی‌کند.

باکتری پوشینه‌دار را در شکل زیر، می‌توانید مشاهده کنید.

آزمایش‌ها و نتایج کار گریفیت را در شکل پایین مشاهده می‌کنید.

گریفیت مشاهده کرد تزریق باکتری‌های پوشینه‌دار به موش باعث بروز علائم بیماری و مرگ در آنها می‌شود. این در حالی است که تزریق باکتری‌های بدون پوشینه به موش‌های مشابه، باعث بروز علائم بیماری نمی‌شود. او در آزمایش دیگری باکتری‌های پوشینه‌دار کشته شده با گرما را به موش‌ها تزریق و مشاهده کرد که موش‌ها سالم ماندند. گریفیت نتیجه گرفت وجود پوشینه به تنهای عامل مرگ موش‌ها نیست. در گام بعدی، مخلوطی از باکتری‌های پوشینه‌دار کشته شده با گرما و زنده بدون پوشینه را تهیه کرد. سپس این مخلوط را به موش‌ها تزریق کرد و برخلاف انتظارش، موش‌ها مردند!

گریفیت در بررسی خون و شش‌های موش‌های مرده، تعداد زیادی باکتری‌های پوشینه‌دار زنده مشاهده کرد. طبیعی است که باکتری‌های مرده، زنده نشده‌اند. قضیه این بود که تعدادی از باکتری‌های بدون پوشینه، به نحوی تغییر کرده و پوشینه‌دار شده‌اند.

حاصل آزمایشات گریفیت یک مورد را ثابت کرد که در گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم به آن می‌پردازیم. ماده وراثتی می‌تواند به یاخته دیگری منتقل شود، ولی ماهیت این ماده و چگونگی انتقال آن مشخص نشد.

عامل اصلی انتقال صفات وراثتی، مولکول دنا است

عامل موثر در انتقال این صفت تا حدود 16 سال بعد از گریفیت، همچنان ناشناخته ماند. این نتایج کارهای دانشمندی به نام ایوری و همکارانش بود که عامل موثر در آن را مشخص کرد. آنها ابتدا از عصاره استخراج‌شده از باکتری‌های کشته‌شده پوشینه‌دار استفاده کردند و در آن، تمامی پروتئین‌های موجود را تخریب کردند.

تیم ایوری سپس باقی‌مانده محلول را به محیط کشت باکتری فاقد پوشینه اضافه کردند. مشاهده کردند که انتقال صفت صورت می‌گیرد. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که پروتئین‌ها ماده وراثتی نیستند.

در آزمایشی دیگر عصاره استخراج‌شده از باکتری‌های کشته‌شده پوشینه‌دار را در یک گریزانه با سرعت بالا قرار دادند. نهایتا مواد آن را به‌صورت لایه‌لایه جدا کردند. با اضفاه کردن هریک از لایه‌ها به‌صورت جداگانه به محیط کشت باکتری فاقد پوشینه به یک نتیجه رسیدند. آنها متوجه شدند که انتقال صفت فقط با لایه‌ای که در آن دنا وجود دارد انجام می‌شود.

نتایج نهایی آزمایش‌ها ثابت کرد که عامل اصلی و موثر در انتقال صفات، دنا است. به عبارت ساده‌تر، دنا همان ماده وراثتی است. بسیاری از دانشمندان بر این باور بودند که پروتئین‌ها ماده وراثتی هستند و با نتایج این آزمایش‌ها مخالفت کردند.

در آزمایش‌های دیگری عصاره باکتری‌های پوشینه‌دار را استخراج و آن را به چهار قسمت تقسیم کردند. به هر قسمت، آنزیم تحریب‌کننده یک گروه از مواد آلی (کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، لیپیدها، نوکلئیک‌اسیدها) را اضافه کردند. سپس هرکدام را به محیط کشت حاوی باکتری بدون پوشیته منتقل کردند. اجازه دادند تا فرصتی برای انتقال صفت و رشد و تکثیر وجود داشته باشد. مشاهده شد که انتقال صفت صورت می‌گیرد به جز ظرفی که حاوی آنزیم تخریب‌کننده دنا است.

بیشتر بدانید: تدریس گفتار دو فصل یک زیست دوازدهم

ساختار نوکلئیک اسیدها

نوکلئیک اسیدها شامل دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید (دنا) و ریبونوکلئیک‌اسید (رنا) هستند. همگی آنها، بسپارهایی (پلیمرهایی) از واحدهای تکرارشونده به‌نام نوکلئوتید هستند.

هر نوکلئوتید شامل سه بخش زیر است که در این شکل از گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم هم می‌توانید ببینید:

1. یک قند پنج کربنه
2. یک باز آلی نیتروژن‌دار
3. بین یک تا سه گروه فسفات

قند پنج کربنه در دنا، دئوکسی‌ریبوز و در رنا، ریبوز است. دوکسی‌ریبوز یک اکسیژن کمتر از ریبوز دارد.

باز آلی نیتروژن‌دار می‌تواند پورین باشد که ساختار دو حلقه‌ای دارد و شامل آدنین (A) و گوانین (G) می‌شود. در غیر این صورت، پیریمیدین است که ساحتاری تک حلقه‌ای دارد و شامل تیمین (T)، سیتوزین (C) و یوراسیل (U) است. در دنا باز یوراسیل شرکت ندارد و به جای آن تیمین وجود دارد. به جای تیمین در رنا نیز، باز یوراسیل وجود دارد.

برای تشکیل یک نوکلئوتید، باز آلی نیتروژن‌دار و گروه یا گروه‌های فسفات با پیوند اشتراکی (کووالانسی) به دو سمت قند متصل می‌شوند.

نوکلئوتیدها از نظر نوع قند، نوع باز آلی و تعداد گروه‌های فسفات با یکدیگر تفاوت دارند.

رشته پلی نوکلئوتیدی

نوکلئوتیدها با نوعی پیوند اشتراکی به نام فسفودی‌استر به هم متصل می‌شوند و رشته پلی‌نوکلئوتیدی را می‌سازند. در تشکیل پیوند فسفودی‌استر، فسفات یک نوکلئوتید به گروه هیدروکسیل (OH) از قند مربوط به نوکلئوتید دیگر متصل می‌شود.

رشته‌های پلی‌نوکلئوتیدی یا به تنهایی نوکلیئک اسید را می‌سازند، مثل رنا، یا به‌صورت دوتایی مقابل هم قرار می‌گیرند و نوکلئیک‌اسیدهایی مثل دنا را می‌سازند.

بنابراین مولکول‌های دنا از دو رشته پلی‌نوکلئوتید و مولکول‌های رنا از یک رشته پلی‌نوکلئوتید تشکیل می‌شوند.

با ادامه گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم همراه بایوبنام باشید.

نوکلئیک اسید حلقوی و خطی

دو انتهای رشته‌های پلی‌نوکلئوتید نیز می‌توانند با پیوند فسفودی‌استر به هم متصل شوند و نوکلئیک‌اسید حلقوی را ایجاد کنند. برای مثال، دنا در باکتری‌ها به‌صورت حلقوی است.

در نوکلیئک اسیدهای خطی، گروه فسفات در یک انتها و گروه هیدروکسیل در انتهای دیگر آزاد است. بنابراین، هر رشته دنا و رنای خطی همیشه دو سر متفاوت دارد.

تلاش برای کشف ساختار مولکولی دنا

در ابتدا تصور میشد که چهار نوع نوکلئوتید موجود در دنا، به نسبت مساوی در سراسر مولکول توزیع شده‌اند. براین اساس دانشمندان انتظار داشتند که مقدار 4 نوع باز آلی در تمامی مولکول‌های دنا از هر جانداری که به‌دست آمده باشد با یکدیگر برابر باشد.

مشاهدات و تحقیقات چارگاف روی دناهای جانداران، مطلب دیگری را نشان داد. مشخص شد که مقدار آدنین در دنا با مقدار تیمین برابر است و مقدار گوانین در آن با مقدار سیتوزین برابری می‌کند. تحقیقات بعدی دانشمندان دلیل این برابری نوکلئوتیدها را مشخص کرد.

استفاده از پرتو ایکس برای تهیه تصویر دنا

ویلکینز و فرانکلین با استفاده از پرتو ایکس از مولکول‌های دنا تصاویری تهیه کردند.

با بررسی این تصاویر در مورد ساختار دنا، نتایجی به دست آمد. آنها فهمیدند که دنا حالت مارپیچی و بیش از یک رشته دارد. البته با استفاده از این روش، ابعاد مولکول‌ها را نیز تشخیص دادند.

مدل مولکولی دنا گفتار 1 فصل 1 زیست دوازدهم

واتسون و کریک از نتایج آزمایش‌های چارگاف و داده‌های حاصل از تصاویر تهیه شده با پرتو ایکس استفاده کردند. با به‌کارگیری این موارد و بهره‌مندی از یافته‌های خود، مدل مولکولی نردبان مارپیچ را ساختند. با این کار، آنها در سال 1962 جایزه نوبل را دریافت کردند. نتایج حاصل از این تحقیقات با پژوهش‌های امروزی مورد تایید قرار گرفته‌اند.