گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم [آموزش و تدریس ویدیویی]

گفتار 2 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 آموزش زیست، رایگان ببینید.

در گفتار قبلی با نوکلئیک اسیدها و ساختار مولکولی دنا آشنا شدیم. همچنین مطالبی نیز در رابطه با رنا و ژن یاد گرفتیم. حال نوبت آن است که به آموزش دومین گفتار از اولین فصل زیست 12 بپردازیم.

در ابتدا، ویدیوی آموزشی این بخش را مشاهده می‌کنیم.

فیلم تدریس گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم

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

در ابتدا با همانندسازی دنا و طرح‌های مختلف آن آشنا می‌شویم. سپس، طرح مورد تایید در همانندسازی دنا را بررسی می‌کنیم. عوامل و مراحل همانندسازی و فعالیت‌های آنزیم دنابسپاراز موضوعات دیگری است که به آنها می‌پردازیم. انتهای گفتار نیز به همانندسازی در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها اختصاص دارد.

بیشتر بدانید: آموزش فصل اول زیست دوازدهم

همانندسازی دنا و طرح‌های مختلف آن؛ گفتار دوم فصل اول زیست دوازدهم

دنا به عنوان ماده وراثتی، حاوی اطلاعات یاخته است. این سوال مطرح می‌گردد که هنگام تقسیم یاخته، این اطلاعات، چگونه بدون کم‌وکاست به دو یاخته حاصل از تقسیم می‌رسند؟

این کار با همانندسازی دنا انجام می‌شود. به ساخته مولکول دنای جدید از روی دنای قدیمی، همانندسازی می‌گویند.

با توجه به مدل واتسون و کریک و وجود رابطه مکملی بین بازها، تا حد زیادی همانندسازی دنا قابل توضیح است. این در صورتی است که می‌دانیم طرح‌های مختلفی برای همانندسازی دنا پیشنهاد شده بود که در شکل پایین می‌بینید.

در ادامه گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم در سایت آموزش زیست بایوبنام، بعضی از این طرح‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

1- همانندسازی حفاظتی

در این طرح هر دو رشته دنای قبلی (اولیه) به‌صورت دست‌نخورده باقی‌مانده، وارد یکی از یاخته‌های حاصل از تقسیم می‌شوند. دو رشته دنای جدید هم وارد یاخته دیگر می‌شوند. چون دنای اولیه به‌صورت دست‌نخورده در یکی از یاخته‌ها حفظ شده است به آن همانندسازی حفاظتی می‌گویند.

2- همانندسازی نیمه حفاظتی

در این طرح در هر یاخته یکی از دو رشته دنا مربوط به دنای اولیه است و رشته دیگر با نوکلئوتیدهای جدید ساخته شده است. چون در هر یاخته حاصل، فقط یکی از دو رشته دنای قبلی وجود دارد، به آن نیمه حفاظتی می‌گویند.

3- همانندسازی غیر حفاظتی (پراکنده)

در این طرح هر کدام از دناهای حاصل، قطعاتی از رشته‌های قبلی و رشته‌های جدید را به‌صورت پراکنده در خود دارند.

طرح مورد تایید در همانندسازی دنا

مزلسون و استال با به‌کارگیری روش علمی سرانجام یک طرح را به تایید رساندند. آنها فرضیه‌های متعدد ارائه شده را درنظر گرفتند و با توجه به امکانات، آزمایشی را طراحی کردند. توسط آن توانستند به جواب قانع کننده‌ای برسند. برای شروع کار، آنها باید بتوانند رشته‌های دنای نوساز را از رشته‌های قدیمی تشخیص دهند. آنها با این هدف دنا را با استفاده از نوکلئوتیدهایی که ایزوتوپ سنگین نیتروژن (¹⁵N) دارند، نشانه‌گذاری کردند.

دناهایی که با ¹⁵N ساخته می‌شوند نسبت به دنای معمولی که در نوکلئوتیدهای خود ¹⁴N دارد چگالی بیشتری دارند. بنابراین، به‌وسیله گریزانه با سرعت بسیار بالا می‌توان آنها را از هم جدا کرد.

آنها ابتدا باکتری‌ها را در محیط دارای ¹⁵N کشت دادند. ¹⁵N در ساختار بازهای آلی نیتروژن‌دار که در ساخت دنای باکتری شرکت می‌کنند، وارد شدند. پس از چندین مرحله رشد و تکثیر در این محیط، باکتری‌هایی تولید شدند که دنای سنگین‌تری نسبت به باکتری‌های اولیه داشتند.

سپس این باکتری‌ها را به محیط کشت دارای ¹⁴N منتقل کردند. با توجه به اینکه تقسیم باکتری‌ها حدود 20 دقیقه طول می‌کشد در فواصل 20 دقیقه‌ای باکتری‌ها را از محیط کشت جدا و بررسی کردند.

برای سنجش چگالی دناها در فاصله زمانی، دنای باکتری را استخراج و در شیبی از محلول سزیم‌کلرید با غلظت‌های متفاوت و در سرعتی بسیار بالا گریز دادند. در نتیجه مواد براساس چگالی در بخش‌های متفاوتی از محلول در لوله قرار گرفتند. مراحل آزمایش مزلسون و استال و نتایج آن را در شکل پایین مشاهده می‌کنید.

همان‌طور که در گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم می‌بینید، نتایج این آزمایش نشان داد که همانندسازی دنا، نیمه حفاظتی است.

بیشتر بدانید: تدریس گفتار یک فصل یک زیست دوازدهم

سوال‌های مطرح شده با مشخص شدن نیمه حفاظتی بودن همانندسازی

با مشخص شدن همانندسازی دنا به‌صورت نیمه حفاظتی، چند سوال شکل گرفت:

• دو رشته دنا چگونه از یکدیگر باز می‌شوند؟
• آیا هر دو رشته کاملا از یکدیگر جدا می‌شوند و سپس همانندسازی انجام می‌شود؟
• آیا جداشدن دو رشته تدریجی بوده و همراه با آن همانندسازی انجام می‌شود؟

تحقیقات متعدد، مطلب جالبی را نشان داد. در محلی که قرار است همانندسازی انجام شود دو رشته از هم باز می‌شوند. بقیه قسمت‌ها بسته هستند و به‌تدریج باز می‌شوند.

عوامل و مراحل همانندسازی

در همانندسازی عوامل متعددی موثرند که مهم‌ترین آنها به شرح زیر است:

• مولکول دنا به عنوان الگو
• واحدهای سازنده دنا که بتوانند در کنار هم نسخه مکمل الگو را بسازند. این واحدها نوکلئوتیدهای آزاد داخل یاخته و سه فسفاته هستند که در لحظه اتصال به رشته پلی‌نوکلئوتید در حال ساخت، دو فسفات خود را از دست می‌دهند.
• آنزیم‌های لازم برای همانندسازی که ضمن بازکردن دو رشته نوکلئوتیدها را به‌صورت مکمل روبه‌روی هم قرار می‌دهد و با پیوند فسفودی‌استر به هم وصل می‌کند.

مراحل همانندسازی

قبل از همانندسازی دنا باید پیچ‌وتاب فامینه، باز و پروتئین‌های همراه آن بعنی هیستون‌ها از آن جدا شوند. در این صورت، همانندسازی می‌تواند انجام بگیرد. این کارها با کمک آنزیم‌هایی انجام می‌شود. سپس آنزیم هلیکاز مارپیچ دنا و دو رشته آن را از هم باز می‌کند.

به نظر شما برای باز شدن دو رشته دنا آنزیم هلیکاز چه پیوندهایی را از هم باز می‌کند؟ آیا می‌توانید در این قسمت از گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم به آن جواب دهید؟

انواع دیگری از آنزیم‌ها با همدیگر فعالیت می‌کنند تا یک رشته دنا در مقابل رشته الگو ساخته شود. یکی از مهم‌ترین آنها که نوکلئوتیدهای مکمل را با نوکلئوتیدهای رشته الگو جفت می‌کند، دنابسپاراز (DNA پلی‌مراز) است. با توجه به اینکه در محل همانندسازی، همانندسازی در دو جهت انجام می‌شود؛ به آن همانندسازی دو جهتی نیز می‌گویند.

دوراهی همانندسازی

شکل قبلی را دوباره با دقت ببینید. در محلی که دو رشته دنا از هم جدا می‌شوند، دو ساختار Y مانند به‌وجود می‌آید. به هر یک از آنها، دوراهی همانندسازی می‌گویند. در فاصله بین این دو ساختار، پیوندهای هیدروژنی بین دو رشته از هم گسیخته و دو رشته از یکدیگر باز شده‌اند. همچنین پیوندهای فسفودی‌استر جدیدی در حال تشکیل هستند. دنابسپاراز نوکلئوتیدها را به انتهای رشته در حال تشکیل اضافه می‌کند. اضافه شدن یک نوکلئوتید به نوع بازی بستگی دارد که در نوکلئوتید رشته الگو قرار دارد. هر نوکلئوتید باید با نوکلئوتید روی رشته الگو مکمل باشد. هنگام اضافه شدن هر نوکلئوتید سه‌فسفاته به انتهای رشته پلی نوکلئوتید دو تا از فسفات‌های آن از مولکول جدا می‌شوند و نوکلئوتید به‌صورت تک‌فسفاته به رشته متصل می‌شود.

فعالیت های آنزیم دنابسپاراز

همانندسازی دنا با دقت زیادی انجام می‌شود. این دقت تا حدود زیادی مربوط به رابطه مکملی بین نوکلئوتیدها است. اگرچه آنزیم دنابسپاراز، نوکلئوتیدها را براساس رابطه مکملی مقابل هم قرار می‌دهد، ولی گاهی در این مورد اشتباهی هم صورت می‌گیرد. بنابراین آنزیم دنابسپاراز پس از برقراری هر پیوند فسفودی‌استر، برمی‌گردد و رابطه مکملی نوکلئوتید را بررسی می‌کند که رابطه آن درست است یا اشتباه؟

اگر اشتباه باشد آن را برداشته و نوکلئوتید درست را به جای آن قرار می‌دهد. برای حذف نوکلئوتید نادرست باید بتواند پیوند فسفودی‌استر را بشکند و نوکلئوتید نادرست را از دنا جدا کند. توانایی بریدن دنا را فعالیت نوکلئازی گویند که در آن پیوند فسفودی‌استر می‌شکند.

آنزیم دنابسپاراز دو نوع فعالیت دارد:

1. در فعالیت بسپارازی (پلیمرازی) پیوند فسفودی‌استر را تشکیل می‌دهد.
2. گاهی اوقات نیز با فعالیت نوکلئازی، پیوند فسفودی‌استر را برای رفع اشتباه می‌شکند.

به فعالیت نوکلئازی دنابسپاراز که باعث رفع اشتباه‌ها در همانندسازی می‌شود، ویرایش می‌گویند.

بیشتر بدانید: تدریس گفتار سه فصل یک زیست دوازدهم

با ادامه گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم همراه بایوبنام باشید.

همانندسازی در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها

در یوکاریوت‌ها که شامل همه باکتری‌ها می‌شوند، مولکول‌های وراثتی در غشا محصور نشده و فام‌تن اصلی دارای یک مولکول دنای حلقوی است. این فام‌تن در سیتوپلاسم قرار دارد و به غشای یاخته متصل است. پروکاریوت‌ها علاوه بر دنای اصلی ممکن است مولکول‌هایی از دنایی دیگر به نام دیسَک (پلازمید) داشته باشند. اطلاعات این مولکول‌ها می‌تواند ویژگی‌های دیگری را به باکتری مانند افزایش مقاومت آن در برابر پادزیست(آنتی‌بیوتیک)ها را بدهد.

اغلب پروکاریوت‌ها فقط یک جایگاه آغاز همانندسازی در دنای خود دارند. در این جایگاه دو رشته دنا از هم باز می‌شوند. همانند یوکاریوت‌ها، همانندسازی دوجهتی در باکتری‌ها نیز وجود دارد. به‌عبارت دیگر از یک نقطه همانندسازی شروع و در دو جهت ادامه می‌یابد. این امر تا جایی ادامه دارد که به همدیگر رسیده و همانندسازی پایان می‌یابد.

یوکاریوت‌ها بقیه موجودات زنده یعنی آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران را شامل می‌شوند. دنای آنها در هر فام‌تن به‌صورت خطی است. مجموعه‌ای از پروتئین‌ها که مهم‌ترین آنها هیستون‌ها هستند، همراه آن قرار دارند. بیشتر دنا درون هسته قرار دارد که به آن دنای هسته‌ای می‌گویند. در یوکاریوت‌ها علاوه بر هسته در سیتوپلاسم نیز مقداری دنا وجود دارد که به آن دنای سیتوپلاسمی می‌گویند. این نوع از دنا که حالت حلقوی دارد در راکیزه (میتوکندری) و دیسه (پلاست) دیده می‌شود.

پیچیدگی همانندسازی در یوکاریوت‌ها

همانندسازی در یوکاریوت‌ها بسیار پیچیده‌تر از پروکاریوت‌ها است. علت این مسئله وجود مقدار زیاد دنا و قرار داشتن در چندین فام‌تن است که هرکدام از آنها چندین برابر دنای باکتری هستند. بنابراین اگر فقط یک جایگاه آغاز همانندسازی در هر فام‌تن داشته باشند، مدت زمان زیادی برای همانندسازی لازم است.

به همین علت در یوکاریوت‌ها، آغاز همانندسازی در چندین نقطه در هر فام‌تن انجام می‌شود.

تعداد جایگاه‌های آغاز همانندسازی در یوکاریوت‌ها حتی می‌تواند بسته به مراحل رشد و نمو تنظیم شود. مثلا در دوران جنینی در مراحل مورولا و بلاستولا (مرحله تشکیل بلاستوسیت) سرعت تقسیم زیاد و تعداد جایگاه‌های آغاز همانندسازی هم زیاد است. با این حال، پس از تشکیل اندام‌ها، سرعت تقسیم و تعداد جایگاه‌های آغاز کم می‌شوند.

جمع بندی گفتار 2 فصل 1 زیست دوازدهم

در ابتدای این مقاله از سایت بایوبنام، آموزش ویدیویی گفتار دو فصل یک زیست 12 را ارائه دادیم. مدرس این ویدیوی آموزشی، سرکار خانم دکتر الهه بنام، رتبه 37 کنکور تجربی هستند. پس از آن سعی کردیم با دسته‌بندی درست و بیانی شیوا، تمام مطالب و نکات زیست دوازدهم فصل اول گفتار دوم را پوشش دهیم.

در ابتدای گفتار درباره همانندسازی دنا و طرح‌های مختلف آن صحبت کردیم و گفتیم که کدام طرح مورد تایید قرار گرفت. پس از آن به بررسی عوامل و مراحل همانندسازی و نقش آنزیم دنابسپاراز در این میان پرداختیم. مقایسه همانندسازی پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها نیز آخرین موضوع بود. خوشحال می‌شویم نظرات خود را با بایوبنام در میان بگذارید.

سعید نوراللهی

من سعید نوراللهی هستم، متخصص تولید محتوا و سئو با بیش از یک دهه تجربه در حوزه آموزش و کنکور. سال‌ها در زمینه بهینه‌سازی و مدیریت محتوای سایت‌های آموزشی فعالیت کرده‌ام و تمرکزم روی ارائه محتوای علمی و کاربردی برای دانش‌آموزان و داوطلبان کنکور است.