الدرس 103 : الدليل المباشر على تركيب الـ DNA - دراسات فرانكلين

>

دراسات فرانكلين ( تقنية حيود أشعة X )

جزئ DNA يكون على شكل لولب مزدوج يتكون من شريطين من النيوكليوتيدات كل منهما يمثل هيكل سكر – فوسفات 
وهذا ما أكدته فرانكلين ( كيميائية بريطانية ) بإستخدام حيود أشعة X فى الحصول على صور لبلورات من جزئ DNA عالى النقاوة حيث قامت بـ :  

 ♦ تصويب وإمرار أشعة X خلال بللورات من جزئيات DNA ذات تركيب منتظم .
 ♦ نشأ عن ذلك تشتت لأشعة X وظهور طراز من توزيع نقط يعطى تحليلها معلومات عن شكل جزئ DNA .

   نتائج الدراسات التى قامت بها فرانكلين عن تركيب جزئ DNA ( وصف DNA من صورة فرانكلين ) : 

نشرت فرانكلين سنة 1952 م صوراً لبلورات من DNA عالى النقاوة أوضحت فيها أن : 

 أ  )  جزئ DNA ملتف على شكل حلزون أو لولب . 

ب ) القواعد النيتروجينية متعامدة على طول الخيط وهذا ماجعلها سهلة الإرتباط مع بعضها لأن وضعها العمودى جعل القواعد متقابلة . 

جـ ) هيكل سكر فوسفات يوجد فى الجهة الخارجية من اللولب وتوجد القواعد النيتروجينية جهة الداخل ( أى داخل التركيب الحلزونى ) لأن القواعد النيتروجينية كارهة للماء مما يجعلها تتجه بعيداً عن المحلول المائى المحيط , وبذلك عرف العلماء أنه من غير الممكن أن يكون الشريطين فى إتجاه واحد وأنه لابد وأن يكون أحد الشريطين معاكس لإتجاه الآخر وإلا لن تكون القواعد النيتروجينية جهة الداخل فى أحد الشريطين . 

د  ) قطر اللولب يدل على أنه يتكون من أكثر من شريط من DNA ( شريطان يلتفان حول بعضهما بإتجاه عقارب الساعة " أى من اليسار إلى اليمين " أحد الشريطين يتجه لأعلى والثانى يتجه لأسفل ) , فقبل صورة فرانكلين لم يكن العلماء يعلموا أن DNA عبارة عن لولب مزدوج . 

ملحوظة : 

 ♦   إتجاه التركيب الكيميائى للشريطين هو من 5' إلى 3' . 

 ♦   هناك فرق بين شريط DNA وجزئ DNA ( الشريطين معاً ) وهيكل سكر فوسفات ( جزء من مكونات الشريط ) . 
♦  كل الروابط الكيميائية فى جزئ DNA تساهمية ماعدا التى تنشأ بين القواعد النيتروجينية بين كلا الشريطين تكون هيدروجينية . 

 ♦   طرف '5 يشير إلى الطرف الذى فيه مجموعة فوسفات حرة متصلة بذرة الكربون رقم 5 فى السكر الخماسى . 

 ♦   طرف '3 يشير إلى الطرف الذى فيه مجموعة OH حرة متصلة بذرة الكربون رقم 3 فى السكر الخماسى . 
 ♦   بلورة أى جزئ هى ذراته المرتبة فى شكل منتظم محدد بحيث تحد البلورة أسطح مستوية تكونت بفعل العوامل الطبيعية ويسمى كل سطح وجه بلورى . 

فمثلاً فى الصورة أعلاه : 

بلورات ملح الطعام عبارة أشكال ثلاثية الأبعاد منتظمة بحيث : 

كل أيون كلوريد يُحاط بـ 6 أيونات صوديوم , وكل أيون صوديوم يُحاط بـ 6 أيونات كلوريد . 

- فهم معنى حيود أشعة x : 

عند إطلاق حزمة من الأشعة x على بلورة , تخترق تلك البلورة عميقاً تسقط فوتونات الأشعة على إلكترونات المستوى الأخير حول الذرات المكونة لتلك البلورة فتتبعثر بعض تلك الأشعة وتلتوى وتحيد عن إتجاها الأصلى فى إتجاهات معينة وعند إستقبالها على فيلم تصوير تكون عبارة عن نقاط معتمة ( ظلال ) تنتج صورة ثلاثية الأبعاد لكثافة الإلكترونات داخل البلورة تعكس الشكل النهائى للبلورة وتعطى معلومات حول البنية البلورية والتركيب الكيميائى لها وعن طريق التحليلات الرياضية لترتيب تلك النقاط والمسافة بينها نستطيع معرفة معلومات عن بنية المادة كالمسافة بين الذرات الحقيقية التى نتجت عنها تلك النقاط وإتجاه تلك الذرات بدقة كاملة . 

فرانكلين : 

♢  كان لها دور فى فهم تركيب DNA وكانت خبيرة بالتصوير الإشعاعى ومعها زميل يدعى ويلكينز. 

♢ قبل دراسات فرانكلين كان من المعروف أن DNA هو المادة الوراثية وأنه يتكون من سكر وفوسفات وقواعد نيتروجينية ( يعنى كان تركيبه الكيميائى معروف ) , ولكن لم يكن أحد يعرف من العلماء كيف تترتب تلك المكونات ضمن جزئ DNA وماهو شكل الجزئ ككل وكيف يخزن المعلومات الوراثية وكيف يضاعفها وكيف ينقلها ( يعنى لم تتحدد بنيته بعد ) . 

♢ قيل أنها كانت على بعد خطوة من حل لغز الـ DNA وإعلان تركيبه ولكن زميلها موريس ويلكينز الذى كان يعمل معها فى معملها أطلع واطسون وكريك بدون إذنها على تلك الصور التى تحمل نتيجة دراستها لتصوير DNA إشعاعياً فسبقوها ونشروا إكتشافهم بنية الحمض النووى قبلها فى مجلة تسمى NATURE ونالوا جائزة نوبل للطب عام 1962م ولم يعترفوا بأن فرانكلين هى من إلتقطت تلك الصور ولكن ويلكينز إعترف بعد ذلك بفضلها وأنها كانت على خطوات من إكتشاف بنية الحمض النووى , وقيل أنها نشرت صورها بنفسها . 

♢ ماتت بسبب سرطان المبيض عن 38 سنة , بسبب طول التعامل مع تلك الأشعة التى تغير من تركيب الخلايا الحية وتؤدى إلى السرطان . 

صورة لشكل جزئ DNA بتقنية حيود أشعة إكس لفرانكلين :

من المعلومات التى تم إستنباطها من توزيع النقاط المعتمة فى تلك الصورة : 
♦  أن التقاطعات السوداء فى الصورة لايمكن أن تنشأ إلا عن تركيب حلزونى . 
♦  أن الحلزون المزدوج له إتساع منتظم ودقيق وقطر ثابت هو 2 نانومتر ( يساوى 20 أنجستروم ) لأن البريميدينات تتكون حلقة واحدة عرضها أقل من 1 نانومتر والبيورينات تتكون من حلقتين ( أحدهما خماسية والأخرى سداسية ) عرضهم معاَ 1.2 نانومتر . 
♦  أن المسافة بين قاعدتين متتاليتين داخل اللولب المزدوج هى 34. نانومتر لأن : 

سمك النيوكليوتيدة = 34. نانومتر , وبالتالى فإن هناك عشر أزواج من القواعد المتقابله ( 20 قاعدة نيتروجينية ) فى كل دورة حلزون (فى كل لفة ) . 
♦  أن طول اللفة الواحدة من اللولب المزدوج هى 3.4 نانومتر) 34 , نانومتر x  10 = 34 أنجستروم) بمعنى أن اللولب يقوم بدورة كاملة 360 درجة كل 3.4 نانومتر على إمتداد طوله . 

♦  أن كل نيوكليوتيدة بالقاعدة التى بها تدور بزاوية 36 ْ درجة بحيث يعيد التركيب الحلزونى نفسه كل 10 نيوكليوتيدات .

♦  حرف x الموجود بالصورة مكون من 10 أزواج من القواعد النيتروجينية الموجودة فى اللفة الواحدة وكل قاعدة تحجب فى الصورة القاعدة المماثلة لها فى كل لفة على طول اللولب كله .

• شارك هذه المقالة