مقدمه
مبحث همانندسازی DNA دوازدهم یکی از مهمترین بخشهای فصل «مولکولهای اطلاعاتی» است که هم در امتحانات تشریحی و هم در سوالات مفهومی کنکور سراسری سهم قابل توجهی دارد. بسیاری از دانشآموزان مراحل این فرآیند را حفظ میکنند، اما هنگام مواجهه با سوالات ترکیبی درباره آنزیمها، جهت رشتهها یا تفاوت رشته پیشرو و پیرو دچار اشتباه میشوند؛ زیرا درک عمیق این مبحث نیازمند فهم مرحلهبهمرحله و دقیق آن است.
در یک دبیرستان غیردولتی دخترانه که آموزش مفهومی زیستشناسی در اولویت قرار دارد، این فصل معمولاً با تمرکز بر تحلیل روند همانندسازی و بررسی دامهای کنکوری تدریس میشود تا دانشآموزان صرفاً به حفظ مطالب اکتفا نکنند، بلکه بتوانند به سوالات مفهومی نیز پاسخ دهند.
در این مقاله، همانندسازی DNA را دقیقاً مطابق کتاب درسی ۱۴۰۴، به زبان ساده و مرحلهبهمرحله توضیح میدهیم و در کنار آن نکات مهم و دامهای تستی را بررسی میکنیم تا هم دانشآموزان متوسط مطلب را کاملاً بفهمند و هم داوطلبان کنکور آمادگی بیشتری پیدا کنند.
همانندسازی DNA چیست؟
همانندسازی DNA فرآیندی است که طی آن مولکول DNA پیش از تقسیم سلولی، از روی خود یک نسخه کاملاً مشابه میسازد تا هر سلول جدید مجموعهای کامل از اطلاعات ژنتیکی را دریافت کند.
به بیان سادهتر:
قبل از اینکه یک سلول تقسیم شود، باید DNA خود را دو برابر کند؛ این عمل همان همانندسازی DNA است.
چرا همانندسازی DNA اهمیت دارد؟
اگر DNA پیش از تقسیم سلول تکثیر نشود:
- یکی از سلولهای جدید فاقد اطلاعات ژنتیکی کامل خواهد بود.
- فعالیتهای حیاتی سلول مختل میشود.
بنابراین همانندسازی، شرط اصلی حفظ اطلاعات وراثتی در نسلهای بعدی سلولهاست.
ویژگی مهم همانندسازی (طبق کتاب درسی)
در کتاب زیست دوازدهم تأکید شده که همانندسازی DNA:
نیمهمحافظهکارانه است.
این یعنی چه؟
در هر مولکول DNA جدید:
- یک رشته قدیمی باقی میماند.
- یک رشته جدید ساخته میشود.
مثال ساده برای درک نیمهمحافظهکارانه بودن
تصور کنید یک زیپ را از وسط باز میکنید.
هر طرف زیپ میتواند الگوی ساخت یک زیپ جدید باشد.
در پایان، دو زیپ خواهید داشت که هرکدام نیمی قدیمی و نیمی جدید هستند.
DNA نیز دقیقاً به همین شکل تکثیر میشود.
نکات مهم همانندسازی DNA برای امتحان نهایی و کنکور
۱. تعریف همانندسازی DNA و نیمهمحافظهکارانه بودن
نکات مهم برای امتحان نهایی
- حتماً در تعریف بنویسید که همانندسازی قبل از تقسیم سلولی انجام میشود.
- عبارت «نیمهمحافظهکارانه» را دقیق توضیح دهید: هر DNA جدید شامل یک رشته قدیمی و یک رشته جدید است.
- اگر سؤال تشریحی آمد، مثال ساده برای توضیح نیمهمحافظهکارانه بودن امتیاز دارد.
نکات مهم برای کنکور
- ممکن است سؤال درباره نتیجه نیمهمحافظهکارانه بودن در نسلهای بعدی DNA مطرح شود.
- دقت کنید نیمهمحافظهکارانه به معنی باقی ماندن نیمی از مولکول اولیه نیست، بلکه یک رشته از هر مولکول حفظ میشود.
۲. باز شدن دو رشته DNA (نقش هلیکاز)
نکات مهم برای امتحان نهایی
- بنویسید هلیکاز پیوند بین بازهای مکمل را میشکند.
- تأکید کنید که پیوند فسفودیاستر در این مرحله شکسته نمیشود.
- ترتیب مراحل را درست بنویسید: ابتدا باز شدن رشتهها، سپس ساخت رشته جدید.
نکات مهم برای کنکور
- دام رایج: شکستن پیوند اشتباه را انتخاب نکنید.
- ممکن است سؤال بپرسد در صورت مهار هلیکاز چه مرحلهای متوقف میشود.
- توجه کنید باز شدن DNA در محلهای خاصی آغاز میشود.
۳. نقش DNA پلیمراز
نکات مهم برای امتحان نهایی
- حتماً ذکر کنید که DNA پلیمراز نوکلئوتیدها را به هم متصل میکند.
- جهت فعالیت آن را بنویسید: فقط در جهت 5 به 3.
- اگر سؤال مرحلهای باشد، ترتیب عملکرد آنزیمها مهم است.
نکات مهم برای کنکور
- بسیار مهم: پلیمراز نمیتواند در جهت 3 به 5 بسازد.
- ممکن است سؤال ترکیبی درباره جهت دو رشته DNA بیاید.
- گاهی در تستها نقش آن با سایر آنزیمها جابهجا میشود.
۴. رشته پیشرو و رشته پیرو
نکات مهم برای امتحان نهایی
- رشته پیشرو به صورت پیوسته ساخته میشود.
- رشته پیرو به صورت ناپیوسته و قطعهقطعه ساخته میشود.
- نام قطعات رشته پیرو: قطعات اوکازاکی.
نکات مهم برای کنکور
- دام مهم: هر دو رشته جدید در جهت 5 به 3 ساخته میشوند.
- رشته پیرو در جهت مخالف ساخته نمیشود، بلکه به صورت ناپیوسته ساخته میشود.
- علت ناپیوسته بودن رشته پیرو را به جهت دو رشته DNA ربط دهید.
۵. اتصال قطعات اوکازاکی
نکات مهم برای امتحان نهایی
- ذکر کنید که قطعات اوکازاکی به هم متصل میشوند.
- بدانید که در نهایت یک رشته پیوسته تشکیل میشود.
نکات مهم برای کنکور
- ممکن است سؤال درباره نقش آنزیم اتصالدهنده (لیگاز) مطرح شود.
- ترتیب عملکرد پلیمراز و لیگاز میتواند به صورت تستی بیاید.
مراحل همانندسازی DNA (مطابق کتاب ۱۴۰۴)
در کتاب زیست دوازدهم، همانندسازی DNA به صورت یک فرآیند مرحلهای توضیح داده شده است که از باز شدن دو رشته آغاز میشود و با تشکیل دو مولکول DNA مشابه پایان مییابد.
مرحله اول: باز شدن دو رشته DNA
در آغاز همانندسازی، آنزیمی به نام هلیکاز پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل دو رشته DNA را میشکند.
در نتیجه:
- دو رشته از یکدیگر جدا میشوند.
- ساختاری شبیه چنگال ایجاد میشود که به آن «چنگال همانندسازی» گفته میشود.
نکته مهم:
هلیکاز پیوندهای بین بازها را میشکند، نه پیوند فسفودیاستر بین نوکلئوتیدهای یک رشته را.
نکته کنکوری:
اگر هلیکاز مهار شود، کل فرآیند همانندسازی متوقف میشود زیرا رشتهها باز نمیشوند.
مرحله دوم: قرار گرفتن نوکلئوتیدهای مکمل
پس از باز شدن دو رشته:
- هر رشته قدیمی به عنوان «الگو» عمل میکند.
- نوکلئوتیدهای آزاد بر اساس قانون مکمل بودن بازها کنار هم قرار میگیرند.
قاعده مکمل بودن:
A با T
C با G
این مرحله بر اساس تطابق دقیق بازهای آلی انجام میشود.
نکته امتحانی:
دانشآموز باید حتماً به نقش «رشته الگو» اشاره کند.
مرحله سوم: فعالیت DNA پلیمراز
آنزیم DNA پلیمراز نوکلئوتیدهای مکمل را به یکدیگر متصل میکند و رشته جدید را میسازد.
نکته بسیار مهم:
DNA پلیمراز فقط میتواند نوکلئوتید جدید را به انتهای 3 آزاد اضافه کند؛ بنابراین ساخت رشته جدید همیشه در جهت 5 به 3 انجام میشود.
نکته کنکوری مهم:
پلیمراز نمیتواند در جهت 3 به 5 رشته بسازد.
مرحله چهارم: تشکیل رشته پیشرو و رشته پیرو
به دلیل مخالف بودن جهت دو رشته DNA:
- یکی از رشتهها به صورت پیوسته ساخته میشود → رشته پیشرو
- دیگری به صورت ناپیوسته و در قطعات کوتاه ساخته میشود → رشته پیرو
قطعات کوتاه ساختهشده در رشته پیرو «قطعات اوکازاکی» نام دارند.
نکته امتحانی:
هر دو رشته جدید در جهت 5 به 3 ساخته میشوند.
دام کنکوری رایج:
رشته پیرو در جهت 3 به 5 ساخته نمیشود؛ بلکه ناپیوسته در جهت 5 به 3 ساخته میشود.
مرحله پنجم: اتصال قطعات اوکازاکی
در رشته پیرو، قطعات اوکازاکی پس از ساخته شدن باید به هم متصل شوند.
آنزیمی به نام لیگاز این قطعات را به هم وصل میکند تا رشتهای پیوسته تشکیل شود.
نکته مهم:
در پایان همانندسازی، دو مولکول DNA مشابه تشکیل میشود که هرکدام شامل یک رشته قدیمی و یک رشته جدید هستند.
رشته پیشرو و رشته پیرو چیست؟
هنگام همانندسازی DNA، دو رشته قدیمی از هم جدا میشوند و هرکدام به عنوان الگو برای ساخت رشته جدید استفاده میشوند.
اما چون جهت دو رشته DNA مخالف یکدیگر است، نحوه ساخته شدن رشتههای جدید نیز متفاوت خواهد بود.
چرا جهت رشتهها مهم است؟
در DNA:
- یک رشته جهت 5 به 3 دارد
- رشته مقابل جهت 3 به 5 دارد
از طرف دیگر، آنزیم DNA پلیمراز فقط میتواند در جهت 5 به 3 رشته جدید بسازد.
همین محدودیت باعث تفاوت در نحوه ساخت دو رشته جدید میشود.
رشته پیشرو چیست؟
رشته پیشرو رشتهای است که:
- همجهت با باز شدن DNA ساخته میشود
- به صورت پیوسته ساخته میشود
- نیاز به قطعهقطعه شدن ندارد
به زبان سادهتر:
در این سمت، پلیمراز میتواند بدون توقف، پشت سر هلیکاز حرکت کند و رشته جدید را به طور کامل بسازد.
رشته پیرو چیست؟
رشته پیرو رشتهای است که:
- خلاف جهت باز شدن DNA قرار دارد
- به صورت ناپیوسته ساخته میشود
- در قطعات کوتاه به نام قطعات اوکازاکی ساخته میشود
چرا ناپیوسته؟
چون پلیمراز فقط در جهت 5 به 3 میتواند بسازد، مجبور است در این سمت به صورت قطعهقطعه کار کند.
بعداً این قطعات توسط آنزیم لیگاز به هم متصل میشوند.
یک مثال ساده برای درک بهتر
فرض کنید دو نفر میخواهند روی یک جاده کار کنند.
- یک نفر در جهت حرکت جاده جلو میرود و بدون توقف آسفالت میکند → این میشود رشته پیشرو.
- نفر دوم مجبور است خلاف جهت حرکت جاده کار کند و تکهتکه آسفالت بریزد → این میشود رشته پیرو.
نکات مهم برای امتحان نهایی
- هر دو رشته جدید در جهت 5 به 3 ساخته میشوند.
- رشته پیشرو پیوسته است.
- رشته پیرو ناپیوسته و شامل قطعات اوکازاکی است.
- در پایان، قطعات اوکازاکی به هم متصل میشوند.
دامهای رایج کنکور
- رشته پیرو در جهت 3 به 5 ساخته نمیشود؛ بلکه ناپیوسته در جهت 5 به 3 ساخته میشود.
- تفاوت پیشرو و پیرو به جهت ساخت مربوط است، نه نوع آنزیم.
- هر دو رشته جدید توسط DNA پلیمراز ساخته میشوند.
آنزیمهای مهم در همانندسازی DNA
در فرآیند همانندسازی DNA چند آنزیم اصلی نقش دارند که هرکدام وظیفه مشخصی بر عهده دارند. شناخت دقیق نقش این آنزیمها برای امتحان نهایی و کنکور بسیار مهم است.
هلیکاز (Helicase)
نقش هلیکاز چیست؟
هلیکاز آنزیمی است که در آغاز همانندسازی:
- پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل دو رشته DNA را میشکند
- باعث جدا شدن دو رشته از یکدیگر میشود
- چنگال همانندسازی را ایجاد میکند
به زبان ساده:
هلیکاز مثل زیپ را باز میکند تا دو رشته از هم جدا شوند.
نکات مهم امتحانی
- هلیکاز پیوند بین بازها را میشکند، نه پیوند فسفودیاستر.
- بدون باز شدن رشتهها، همانندسازی شروع نمیشود.
دام کنکوری
گاهی در تستها نقش هلیکاز با DNA پلیمراز جابهجا میشود.
هلیکاز فقط باز میکند، نمیسازد.
DNA پلیمراز (DNA Polymerase)
نقش DNA پلیمراز چیست؟
این آنزیم:
- نوکلئوتیدهای مکمل را به رشته الگو اضافه میکند
- آنها را به یکدیگر متصل میکند
- رشته جدید DNA را میسازد
نکته بسیار مهم
DNA پلیمراز فقط میتواند در جهت 5 به 3 رشته بسازد.
یعنی:
نوکلئوتید جدید فقط به انتهای 3 آزاد اضافه میشود.
نکات مهم امتحان نهایی
- در پاسخ تشریحی حتماً به جهت 5 به 3 اشاره کنید.
- پلیمراز رشته جدید را بر اساس مکمل بودن بازها میسازد.
دامهای رایج کنکور
- پلیمراز نمیتواند در جهت 3 به 5 بسازد.
- رشته پیرو هم در جهت 5 به 3 ساخته میشود.
- نقش پلیمراز با لیگاز اشتباه گرفته نشود.
لیگاز (Ligase)
نقش لیگاز چیست؟
لیگاز آنزیمی است که:
- قطعات اوکازاکی را در رشته پیرو به هم متصل میکند
- باعث تشکیل یک رشته پیوسته میشود
نکته مهم
لیگاز رشته جدید نمیسازد؛ فقط قطعات ساختهشده را به هم وصل میکند.
نکات امتحانی
- نام قطعات اوکازاکی را دقیق بنویسید.
- اتصال قطعات مرحله پایانی همانندسازی است.
دام کنکوری
گاهی سؤال میپرسد کدام آنزیم مسئول اتصال نهایی است. پاسخ: لیگاز.
آغازگر RNA (مطابق کتاب درسی)
در کتاب درسی اشاره شده است که:
DNA پلیمراز برای شروع فعالیت خود به یک قطعه کوتاه RNA نیاز دارد که به آن «آغازگر» گفته میشود.
نقش آغازگر چیست؟
- شروع ساخت رشته جدید را ممکن میکند.
- توسط آنزیمی دیگر ساخته میشود.
نکته مهم کنکوری
پلیمراز نمیتواند ساخت را بدون وجود انتهای 3 آزاد آغاز کند؛ بنابراین نیاز به آغازگر دارد.
جدول جمعبندی آنزیمها
| آنزیم | وظیفه اصلی | نکته دامدار |
|---|---|---|
| هلیکاز | باز کردن دو رشته DNA | فقط پیوند هیدروژنی را میشکند |
| DNA پلیمراز | ساخت رشته جدید | فقط در جهت 5 به 3 |
| لیگاز | اتصال قطعات اوکازاکی | رشته جدید نمیسازد |
| آغازگر RNA | شروع فعالیت پلیمراز | بدون آن ساخت آغاز نمیشود |
مقایسه همانندسازی در پروکاریوت و یوکاریوت
در کتاب زیست دوازدهم اشاره میشود که فرآیند همانندسازی DNA در همه جانداران از اصول مشابهی پیروی میکند، اما بین پروکاریوتها و یوکاریوتها تفاوتهایی وجود دارد.
۱. محل انجام همانندسازی
پروکاریوتها
- در سیتوپلاسم انجام میشود.
- چون هسته ندارند، DNA در ناحیه نوکلئوئید قرار دارد.
یوکاریوتها
- در هسته انجام میشود.
- چون DNA درون هسته قرار دارد.
نکته امتحانی:
محل انجام همانندسازی در یوکاریوتها داخل هسته است، نه سیتوپلاسم.
دام کنکوری:
گاهی در تستها محل رونویسی و همانندسازی با هم اشتباه گرفته میشود.
۲. تعداد محلهای شروع همانندسازی
پروکاریوتها
- معمولاً یک محل شروع همانندسازی دارند.
یوکاریوتها
- دارای چندین محل شروع همانندسازی هستند.
چرا؟
چون DNA یوکاریوتها بسیار بلندتر است و برای سرعت بیشتر، همانندسازی از چند نقطه آغاز میشود.
نکته کنکوری مهم:
چندمحلی بودن همانندسازی در یوکاریوتها برای افزایش سرعت است.
۳. شکل DNA
پروکاریوتها
- DNA معمولاً حلقوی است.
یوکاریوتها
- DNA خطی است.
نکته مهم:
خطی بودن DNA یوکاریوتی باعث پیچیدهتر شدن پایان همانندسازی میشود (در حد اشاره کتاب).
۴. شباهتهای اصلی (خیلی مهم برای کنکور)
در هر دو گروه:
- همانندسازی نیمهمحافظهکارانه است.
- جهت ساخت رشته جدید 5 به 3 است.
- آنزیمهای اصلی مشابهاند.
- رشته پیشرو و پیرو وجود دارد.
دام رایج کنکور:
گاهی در گزینهها طوری مطرح میشود که دانشآموز تصور کند جهت ساخت در پروکاریوت و یوکاریوت متفاوت است؛ در حالی که یکسان است.
جدول مقایسه نهایی
| ویژگی | پروکاریوت | یوکاریوت |
|---|---|---|
| محل انجام | سیتوپلاسم | هسته |
| تعداد محل شروع | یک محل | چندین محل |
| شکل DNA | حلقوی | خطی |
| نوع همانندسازی | نیمهمحافظهکارانه | نیمهمحافظهکارانه |
| جهت ساخت | 5 به 3 | 5 به 3 |
نکات ترکیبی امتحانی
- اگر سؤال بپرسد کدام مورد باعث افزایش سرعت همانندسازی در یوکاریوتها میشود، پاسخ: چندمحلی بودن شروع همانندسازی.
- تفاوت اصلی در «محل» و «تعداد محل شروع» است، نه در ماهیت فرآیند.
نکات ترکیبی و دامهای امتحانی همانندسازی DNA
در مبحث همانندسازی DNA، طراحان سؤال معمولاً از سه محور اصلی دام طراحی میکنند:
جهتها، مفهوم نیمهمحافظهکارانه و نقش آنزیمها.
در ادامه این سه محور را دقیق بررسی میکنیم.
۱. دامهای مربوط به جهتها
دام اول: اشتباه گرفتن جهت ساخت رشته پیرو
تصور اشتباه:
رشته پیرو در جهت 3 به 5 ساخته میشود.
نکته صحیح:
هر دو رشته جدید فقط در جهت 5 به 3 ساخته میشوند.
رشته پیرو ناپیوسته است، اما جهت ساخت آن تغییر نمیکند.
این یکی از پرتکرارترین دامهای کنکور است.
دام دوم: اشتباه در جهت حرکت آنزیم
نکته مهم:
DNA پلیمراز نوکلئوتید جدید را به انتهای 3 آزاد اضافه میکند.
پس اگر در سؤال گفته شود آنزیمی نوکلئوتید را به انتهای 5 اضافه میکند، آن گزینه نادرست است.
دام سوم: جهت رشته الگو و رشته جدید
گاهی در تستهای ترکیبی، جهت رشته الگو داده میشود و از شما میخواهند جهت رشته ساختهشده را تعیین کنید.
یادتان باشد:
رشته جدید مکمل و در جهت مخالف رشته الگو است، اما ساخت آن همیشه 5 به 3 انجام میشود.
۲. اشتباهات رایج درباره نیمهمحافظهکارانه بودن
اشتباه اول: دو رشته کاملاً جدید ساخته میشود
نادرست است.
هر DNA جدید شامل یک رشته قدیمی و یک رشته جدید است.
اشتباه دوم: نیمی از مولکول اولیه حفظ میشود
این برداشت دقیق نیست.
آنچه حفظ میشود «یک رشته» از هر مولکول اولیه است، نه نصف فیزیکی مولکول.
دام ترکیبی کنکور
گاهی سؤال به صورت چند مرحلهای مطرح میشود:
پس از دو بار همانندسازی، چند رشته اولیه باقی میماند؟
اگر مفهوم نیمهمحافظهکارانه را درست نفهمیده باشید، پاسخ را اشتباه میدهید.
۳. نقش آنزیمها در تستهای ترکیبی
دام اول: جابهجایی نقش آنزیمها
هلیکاز:
فقط باز میکند.
DNA پلیمراز:
فقط میسازد.
لیگاز:
فقط وصل میکند.
اگر در گزینهها این نقشها جابهجا شده باشند، آن گزینه نادرست است.
دام دوم: توقف یک آنزیم و پیامد آن
مثلاً اگر هلیکاز غیرفعال شود:
دو رشته باز نمیشوند و همانندسازی شروع نمیشود.
اگر DNA پلیمراز غیرفعال شود:
ساخت رشته جدید متوقف میشود.
اگر لیگاز مهار شود:
رشته پیرو پیوسته نمیشود.
این نوع سؤالها مفهومی هستند و به درک مرحلهای نیاز دارند.
دام ترکیبی سطح بالا (کنکوری)
گاهی در یک سؤال همزمان درباره:
- جهت رشتهها
- نقش آنزیم
- پیشرو یا پیرو بودن
پرسیده میشود.
در این حالت باید سه اصل را همزمان در ذهن داشته باشید:
- ساخت همیشه 5 به 3 است.
- پیشرو پیوسته است، پیرو ناپیوسته.
- هر آنزیم نقش مشخص دارد.
جمعبندی طلایی دامها
بیشترین اشتباهات دانشآموزان در این سه مورد است:
- اشتباه در جهت ساخت رشته پیرو
- برداشت نادرست از نیمهمحافظهکارانه بودن
- جابهجا گرفتن نقش آنزیمها
اگر این سه بخش را کاملاً مفهومی یاد بگیرید، بیش از ۸۰ درصد دامهای کنکوری این مبحث را پوشش دادهاید.
سؤال ترکیبی سطح دشوار (سبک کنکور)
در یک ناحیه از DNA یوکاریوتی، همانندسازی آغاز شده است. رشته الگو در سمت بالا به صورت 3′→5′ از چپ به راست قرار دارد و رشته الگو در سمت پایین به صورت 5′→3′ از چپ به راست قرار دارد. هلیکاز در حال باز کردن DNA و حرکت به سمت راست است.
کدام گزینه درست است؟
- رشته جدیدِ ساختهشده روی الگوی بالا، رشته پیرو است و به صورت قطعات اوکازاکی ساخته میشود.
- رشته جدیدِ ساختهشده روی الگوی بالا، رشته پیشرو است و به صورت پیوسته ساخته میشود.
- رشته جدیدِ ساختهشده روی الگوی پایین، رشته پیشرو است و به صورت پیوسته ساخته میشود.
- رشته جدیدِ ساختهشده روی الگوی پایین، رشته پیرو است و DNA پلیمراز آن را در جهت 3′→5′ میسازد.
پاسخ صحیح: گزینه 2
تحلیل گامبهگام (برای جلوگیری از دامها)
گام ۱: یک اصل ثابت را یادآوری کن
DNA پلیمراز فقط در جهت 5′→3′ رشته جدید میسازد.
پس هر گزینهای که بگوید پلیمراز در جهت 3′→5′ میسازد، قطعاً غلط است.
نتیجه: گزینه 4 قطعاً غلط است.
گام ۲: جهت رشته الگو را با جهت ساخت رشته جدید تطبیق بده
برای اینکه پلیمراز بتواند 5′→3′ بسازد، باید روی رشته الگو در جهت 3′→5′ حرکت کند.
در سؤال گفته شد:
- الگوی بالا: 3′→5′ از چپ به راست
- الگوی پایین: 5′→3′ از چپ به راست
هلیکاز به سمت راست حرکت میکند، یعنی چنگال همانندسازی به سمت راست باز میشود.
گام ۳: تشخیص رشته پیشرو
رشته پیشرو رشتهای است که در همان جهت باز شدن چنگال همانندسازی (اینجا به سمت راست) به صورت پیوسته ساخته میشود.
حالا ببینیم روی کدام الگو پلیمراز میتواند همزمان با حرکت هلیکاز به سمت راست پیش برود:
- روی الگوی بالا (3′→5′ از چپ به راست)، پلیمراز میتواند از چپ به راست حرکت کند و رشته جدید را پیوسته بسازد.
پس رشته جدید روی الگوی بالا، پیشرو است.
نتیجه: گزینه 2 درست است.
گام ۴: بررسی الگوی پایین و رشته پیرو
الگوی پایین 5′→3′ از چپ به راست است.
یعنی جهت مناسب 3′→5′ برای حرکت پلیمراز در این سمت، خلاف جهت حرکت هلیکاز میشود.
پس پلیمراز مجبور است قطعهقطعه بسازد تا در نهایت رشته کامل تشکیل شود.
این یعنی رشته جدید روی الگوی پایین، رشته پیرو است و با قطعات اوکازاکی ساخته میشود.
بنابراین:
- گزینه 3 غلط است چون روی الگوی پایین پیشرو نداریم.
- گزینه 1 غلط است چون روی الگوی بالا پیرو نیست.
نکته کلیدی دامگیر
اگر در سؤال جهت الگوها و جهت حرکت چنگال داده شد، فقط سه نکته را چک کن:
- پلیمراز فقط 5′→3′ میسازد.
- پیشرو همجهت با باز شدن چنگال است و پیوسته ساخته میشود.
- پیرو ناپیوسته است اما باز هم 5′→3′ ساخته میشود.
سؤال ترکیبی سطح بسیار دشوار (سبک کنکور)
در یک سلول یوکاریوتی، یک مولکول DNA خطی دارای دو محل شروع همانندسازی است. همانندسازی به صورت نیمهمحافظهکارانه انجام میشود. پس از دو دور همانندسازی کامل، چند رشته از رشتههای اولیه (نسل اول) هنوز در مولکولهای حاصل وجود دارند؟
- صفر
- یک
- دو
- چهار
پاسخ صحیح: گزینه 3
تحلیل گامبهگام
گام ۱: یادآوری مفهوم نیمهمحافظهکارانه
در همانندسازی نیمهمحافظهکارانه:
هر مولکول جدید شامل:
- یک رشته قدیمی
- یک رشته جدید
است.
گام ۲: مرحله اول همانندسازی
ابتدا یک مولکول DNA داریم که شامل دو رشته اولیه است.
پس از اولین همانندسازی:
۲ مولکول DNA خواهیم داشت، که:
- هر کدام یک رشته قدیمی دارند
- مجموعاً هنوز همان دو رشته اولیه در سیستم وجود دارد
یعنی هنوز ۲ رشته اولیه داریم.
گام ۳: مرحله دوم همانندسازی
اکنون هر یک از این دو مولکول دوباره همانندسازی میشوند.
پس در پایان:
۴ مولکول DNA خواهیم داشت.
اما چه تعداد از رشتههای اولیه باقی ماندهاند؟
فقط همان دو رشتهای که از ابتدا وجود داشتند.
چرا؟
چون رشتههای اولیه خودشان دوباره همانندسازی نمیشوند؛ بلکه به عنوان الگو استفاده میشوند و در یکی از مولکولهای جدید باقی میمانند.
بنابراین:
پس از دو دور همانندسازی، همچنان فقط ۲ رشته اولیه وجود دارد.
پاسخ: گزینه 3
دامهای پنهان در این سؤال
۱) برخی دانشآموزان گزینه ۴ را انتخاب میکنند چون تصور میکنند با افزایش تعداد مولکولها، تعداد رشتههای اولیه هم زیاد میشود.
۲) برخی گزینه صفر را انتخاب میکنند چون فکر میکنند همه رشتهها جدید میشوند.
۳) ذکر «دو محل شروع» در سؤال فقط برای ایجاد استرس ذهنی است و در محاسبه تعداد رشتههای اولیه تأثیری ندارد.
نکته طلایی کنکوری
در همانندسازی نیمهمحافظهکارانه:
تعداد رشتههای اولیه هرگز افزایش پیدا نمیکند.
فقط همان تعداد اولیه باقی میماند، حتی اگر چندین بار همانندسازی انجام شود.
جدول مقایسه دامهای رایج کنکور در همانندسازی DNA
| موضوع | تصور اشتباه رایج | نکته صحیح مطابق کتاب | چرا دامدار است؟ |
|---|---|---|---|
| جهت ساخت رشتهها | رشته پیرو در جهت 3′→5′ ساخته میشود | هر دو رشته جدید فقط در جهت 5′→3′ ساخته میشوند | چون جهت دو رشته DNA مخالف است، دانشآموز دچار خطای ذهنی میشود |
| رشته پیشرو و پیرو | تفاوت آنها در نوع آنزیم است | تفاوت در پیوسته یا ناپیوسته بودن ساخت است | هر دو توسط DNA پلیمراز ساخته میشوند |
| نیمهمحافظهکارانه | دو رشته کاملاً جدید ساخته میشود | هر مولکول جدید شامل یک رشته قدیمی و یک رشته جدید است | برداشت سطحی از واژه «نیمه» |
| بقای رشتههای اولیه | با افزایش همانندسازی تعداد رشتههای اولیه زیاد میشود | تعداد رشتههای اولیه ثابت میماند | دانشآموز تعداد مولکولها را با تعداد رشتههای اولیه اشتباه میگیرد |
| نقش هلیکاز | هلیکاز نوکلئوتیدها را متصل میکند | هلیکاز فقط پیوندهای هیدروژنی را میشکند | جابهجایی نقش آنزیمها در گزینهها |
| نقش DNA پلیمراز | پلیمراز قطعات اوکازاکی را وصل میکند | پلیمراز رشته جدید را میسازد | اتصال نهایی کار لیگاز است |
| نقش لیگاز | لیگاز رشته جدید میسازد | لیگاز قطعات اوکازاکی را به هم متصل میکند | چون اتصال انجام میدهد، با ساخت اشتباه گرفته میشود |
| چندمحلی بودن در یوکاریوت | جهت همانندسازی در یوکاریوت متفاوت است | تفاوت فقط در تعداد محل شروع است | ذکر یوکاریوت در سؤال ایجاد استرس مفهومی میکند |
| توقف یک آنزیم | مهار یک آنزیم فقط یک بخش کوچک را مختل میکند | هر آنزیم مرحله مشخص و حیاتی دارد | سؤالات پیامدی مرحلهای مطرح میشوند |
| قطعات اوکازاکی | در رشته پیشرو تشکیل میشوند | فقط در رشته پیرو تشکیل میشوند | چون پیشرو و پیرو جابهجا تصور میشوند |
سوالات متداول درباره همانندسازی DNA
۱. همانندسازی DNA در چه مرحلهای از چرخه سلولی انجام میشود؟
همانندسازی DNA در مرحله S از چرخه سلولی و قبل از تقسیم سلول انجام میشود تا هر سلول جدید یک نسخه کامل از DNA داشته باشد.
۲. چرا همانندسازی DNA نیمهمحافظهکارانه نامیده میشود؟
چون در هر مولکول DNA جدید، یک رشته قدیمی از مولکول اولیه باقی میماند و یک رشته جدید ساخته میشود.
۳. چرا رشته پیرو به صورت ناپیوسته ساخته میشود؟
زیرا DNA پلیمراز فقط در جهت 5′→3′ میتواند رشته جدید بسازد. به دلیل مخالف بودن جهت دو رشته DNA، در یک سمت ساخت به صورت قطعهقطعه انجام میشود.
۴. قطعات اوکازاکی در کدام رشته تشکیل میشوند؟
قطعات اوکازاکی فقط در رشته پیرو تشکیل میشوند و بعداً توسط آنزیم لیگاز به هم متصل میشوند.
۵. اگر آنزیم هلیکاز غیرفعال شود چه اتفاقی میافتد؟
در صورت غیرفعال شدن هلیکاز، دو رشته DNA باز نمیشوند و فرآیند همانندسازی آغاز نخواهد شد.
۶. آیا جهت ساخت رشته پیشرو و پیرو متفاوت است؟
خیر. هر دو رشته جدید در جهت 5′→3′ ساخته میشوند. تفاوت آنها فقط در پیوسته یا ناپیوسته بودن ساخت است.
۷. تفاوت همانندسازی در پروکاریوت و یوکاریوت چیست؟
در یوکاریوتها همانندسازی در هسته و از چندین محل شروع انجام میشود، اما در پروکاریوتها در سیتوپلاسم و معمولاً از یک محل آغاز میشود.
۸. چرا چند محل شروع در یوکاریوتها وجود دارد؟
چون DNA یوکاریوتها طولانیتر است و برای افزایش سرعت همانندسازی، از چند نقطه به طور همزمان آغاز میشود.
بدون دیدگاه