ترکیب شیمایی و ساختمان اسید های نوکلئیک:
واحد ساختمانی اسیدهای نوکلئیک نوکلئوتید است. نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده که توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند.
1-قند پنتوز(دی اکسید ریبوز در DNA و ریبوز در RNA)
2-باز آلی نیتروژن دار که به شکل دو حلقه ای(پورین) یا یک حلقه ای (پیریمیدین) است و با کربن شماره 1 قند پنتوز پیوند B-N-glycosidic ایجاد کرده و یک نوکلئوزید تشکیل می شود. DNA، حاوی بازهای پورین، از جمله آدنین(A)، گوانین (G) و بازهای پیریمیدین سینوزین(c) و تیمین (T) است که با قندهای دی اکسی ریبوز؛ نوکلئوزیدهای دی آکسی آدنوزین، دی اکسی گوانوزین، دی اکسی سینیدین و دی اکسی تیمیدین ایجاد می کنند. RNA نیز حاوی بازهای پورین فوق و باز سینوزین DNA است، اما به جای باز تیمین، یوراسیل دارد، بنابراین نوکلئوزیدهای RNA عبارتند از:آدنوزین، گوانوزین، سیتیدین و یوریدین.
3-یک گروه فسفات؛ در یک پلمیر اسید نوکلئیک گروه فسفات، دو نوکلئوتید مجاور را با تشکیل یک پیوند فسفو دی استربین کربن 5 یک قند با کربن 3 قند دیگر به هم متصل می کند.
در حقیقت نوکلئوتیدها، نوکلئوزیدهایی با یک یا چند گروه فسفات هستند.
نوکلئوتیدها ماده پیش ساخت سنتز اسیدهای نوکلئیک و محصول هیدرولیز آنزیمی آنها می باشند.
اسیدهای نوکلئیک پلی مرهای بسیار بزرگی هستند که از اتصال یک نوکلئوتید به نوکلئوتید دیگر با استفاده از پیوندهای کووالانت فسفو دی استری بین گروه هیدروکسیل یک نوکلئوتید و گروه فسفات نوکلئوتید دیگر بوجود می آیند.
ماهیت ماده ژنتیکی
در موجودات بسته به نوع موجود، RNA از 100000-100 یا بیشتر و DNA از چند هزار تا چند ملیون نوکلئوتید تشکیل شده است. مطالعه شیمیایی ترکیب DNA در موجودات متفاوت توسط اروین شارگاف (Erwin chargaff) نشان داد که DNA پیچیدگی شیمیایی لازم را به عنوان ماده ژنتیکی دارد.
بر اساس این مطالعه ساختمان DNA در انواع موجودات متفاوتند و احتمال اینکه همه DNA ها از چهار نوکلئوتید به نسبت یکسان تشکیل شوند غیر ممکن است، ولی همیشه در DNA غلظت آدنین با تیمن و گوانین با سیتوزین برابر است، به عبارت دیگر [A]=[T] و [G]=[C] یا ]پورین ها[=]پیریمیدین ها[ ولی نسبت در گونه های مختلف موجودات متفاوت است.
بنابراین، طبق نظر شارگاف DNA ممکن است پیچیدگی بیشتری داشته باشد. طولی نکشید که واتسون وکریک به این پیچیدگی ها پی بردند.
ساختمان DNA طبق مدل واتسون وکریک:
در سال 1953 واتسون وکریک مدلی برای ساختمان DNA پیشنهاد کردند، بر طبق این مدل:
1-پلمیر DNA از نوکلئوتیدهایی تشکیل شده که توسط پیوندهای فسفو دی استری به یکدیگر متصل هستند.
2-ترکیبات اصلی DNA از قوانین شارگاف تبعیت می کنند.
3-تفرق اشعه X نشان می دهد که ملکول DNA ساختمانی مارپیچی، و بیش از یک اشعه پلی نوکلئوتید دارد. هر مولکول DNA از دو رشته پلی نوکلئوتید موازی متضاد (anti parallel) تشکیل شده که در اطراف یک محور مرکزی بصورت راست گرد پیچ می خورند.
4-یکی از عوامل پایداری ساختمان DNA پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل دو رشته است، به طوری که بین بار A از یک رشته با T از رشته دیگر و باز G از یک رشته با C از رشته دیگر به ترتیب پیوندهای هیدروژنی دوتایی و سه تایی ایجاد
می شود.
بنابراین حرارت می تواند در حالت فیزیکی DNA تغییر ایجاد کرده و دو رشته DNA را از یکدیگر جدا نماید(دناتوره کردن DNA). چون همیشه A با T و G و C جفت می شوند بنابراین دو رشته مکمل یکدیگر هستند و از روی توالی بازهای یک رشته توالی بازهای رشته دیگر تعیین می شود.
در DNA، یوندهای گلیکوزید بین قندها و بازهای یک جفت نوکلئوتید کاملا در دو جهت مخالف یکدیگر نیستند و دو شیار با پهنای متفاوت در اطراف مارپیچ دو
رشته ای ایجاد می شود. بخشی از یک پیوند گلیکوزیدیک تا پیوند گلیک.زید یک دیگر که بیش از است را لبه بزرگ (Major edge) و بخشی که کمتر از است را لبه کوچک (minor edge) می نامند.
لبه بزرگ و کوچک به ترتیب منجر به ایجاد شیار بزرگ (major groove) و شیار کوچک (minor groove) می شوند.
نیروهایی که مارپیچ دوگانه DNA را حفظ می کنند:
1-اثرات هیدروفوبیک، جفت بازها را در DNA نگه می دارد.
حلقه های هیدروفوب پورین و پیریمیدین بازها، تمایل زیادی به کشیده شدن به مرکز مارپیچ دوگانه دارند.
2-چیده شدن بازهای آلی نیتروژن دار روی هم در طول محور مرکزی مارپیچ دوگانه DNA باعث ایجاد نیروهای واندرووالس می شود. نیرو واندرووالس در طول DNA ضعیف است ولی حالت افزایشی دارد. مولکولی که حاوی 104باز باشد، نیروهای واندرووالس، منبع مهم پایداری آن است.