چگونه رشته الگو و رمزگذار DNA را تشخیص دهیم و mRNA بنویسیم؟

رشته الگو و رشته رمزگذار دقیقاً چه تفاوتی دارند؟

در رونویسی یک ژن، فقط یکی از دو رشته DNA برای ساخته‌شدن RNA رونویسی‌شونده الگو قرار می‌گیرد. RNAپلیمراز بازهای همین رشته را می‌خواند و ریبونوکلئوتید مکمل را به RNA در حال ساخت می‌افزاید؛ این رشته را «رشته الگو» می‌نامیم. رشته مقابل، «رشته رمزگذار» یا غیرالگو است. توالی آن، وقتی هر دو توالی در جهت ۵′ به ۳′ نوشته شوند، مانند توالی RNA رونویسی‌شده است؛ تنها Tهای DNA در RNA با U متناظرند. واژه رمزگذار به معنای خوانده‌شدن مستقیم این رشته به‌وسیله RNAپلیمراز نیست.

چرا جهت ۵′ و ۳′ تعیین‌کننده است؟

دو رشته DNA ناهم‌جهت‌اند. چون RNA فقط در جهت ۵′ به ۳′ ساخته می‌شود، آنزیم ناچار است روی رشته الگو در جهت مخالف، یعنی ۳′ به ۵′، پیش برود. پس نمی‌توان یک توالی را بدون دیدن برچسب دو سر، مستقیماً مکمل کرد. اگر رشته الگو از چپ به راست ۳′ به ۵′ نوشته شده باشد، mRNA را از چپ به راست ۵′ به ۳′ می‌نویسی. اگر رشته الگو از چپ به راست ۵′ به ۳′ باشد، ابتدا جهت را لحاظ کن؛ RNA مکمل در نمایش روبه‌روی آن از چپ به راست ۳′ به ۵′ قرار می‌گیرد و برای گزارش معمول ۵′ به ۳′ باید ترتیبش را برگردانی.

• ساخت RNA همیشه در جهت ۵′ به ۳′ در نظر گرفته می‌شود.
• خواندن رشته الگو در جهت ۳′ به ۵′ است.
• مکمل‌بودن به نوع بازها مربوط است؛ ناهم‌جهت‌بودن به جهت دو رشته.
• پیش از نوشتن هر باز، ۵′ و ۳′ را روی پاسخ علامت بزن.

قاعده مکمل‌نویسی DNA و RNA چیست؟

هنگام رونویسی، A روی رشته الگوی DNA با U در RNA، T با A، C با G و G با C جفت می‌شود. حضور U یکی از نشانه‌های RNA است. اگر از روی رشته رمزگذار پاسخ می‌نویسی، مکمل‌گیری تازه انجام نده؛ همان ترتیب بازها را در جهت ۵′ به ۳′ نگه دار و فقط T را با U جایگزین کن. این میان‌بُر تنها زمانی معتبر است که مطمئن باشی رشته داده‌شده رمزگذار است و هر دو توالی را در یک جهت مقایسه می‌کنی.

مثال اول: ساخت mRNA از روی رشته الگو

فرض کن رشته الگو چنین داده شده است: ۳′-TAC GGA CTT-۵′. چون این رشته از چپ به راست در جهت خواندن آنزیم قرار دارد، RNA مکمل را مستقیم و ناهم‌جهت می‌نویسیم: ۵′-AUG CCU GAA-۳′. برای کنترل پاسخ، هر ستون را جدا بررسی کن: T با A، A با U، C با G و به همین ترتیب. سپس مطمئن شو سر ۵′ RNA روبه‌روی سر ۳′ الگو قرار گرفته است. فاصله‌گذاری سه‌تایی فقط برای خوانایی مثال است و به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که هر سه‌تایی حتماً رمز یک آمینواسید در بخش ترجمه‌شونده است.

مثال دوم: ساخت mRNA از روی رشته رمزگذار

فرض کن رشته رمزگذار ۵′-ATG CCT GAA-۳′ باشد. mRNA در همان جهت برابر ۵′-AUG CCU GAA-۳′ است. در این مسیر فقط Tها با U جایگزین می‌شوند. رشته الگوی متناظر این DNA برابر ۳′-TAC GGA CTT-۵′ خواهد بود. این سه خط را زیر هم بنویس تا دو رابطه هم‌زمان دیده شود: رمزگذار و mRNA هم‌توالی‌اند، اما الگو و mRNA هم مکمل و هم ناهم‌جهت‌اند.

اگر نام رشته داده نشده باشد، چگونه آن را تشخیص دهیم؟

صرف دیدن یک توالی DNA معمولاً برای نام‌گذاری قطعی رشته کافی نیست؛ باید جهت رونویسی، جایگاه راه‌انداز، جهت حرکت RNAپلیمراز، یا توالی RNA حاصل نیز داده شده باشد. اگر mRNA معلوم است، رشته DNA هم‌توالی با آن پس از تبدیل U به T رمزگذار است و رشته مکملِ ناهم‌جهت الگو خواهد بود. اگر در شکل جهت حرکت آنزیم مشخص است، رشته‌ای که آنزیم در مسیر ۳′ به ۵′ می‌خواند الگو است. از وجود یک سه‌تایی آشنا به‌تنهایی نتیجه قطعی نگیر، مگر صورت سؤال چارچوب ترجمه و جهت را نیز روشن کرده باشد.

یک عبارت دام‌دار را چگونه تحلیل کنیم؟

عبارت «mRNA مکمل رشته رمزگذار DNA است» را به نوع باز و جهت تفکیک کن. RNA حاصل با رشته رمزگذار، در صورت نوشتن هر دو از ۵′ به ۳′، ترتیب مشابهی دارد و فقط U جای T را می‌گیرد؛ پس مکمل آن نیست. mRNA با رشته الگو مکمل است، اما این دو ناهم‌جهت‌اند. حال عبارت «RNAپلیمراز از انتهای ۵′ رشته الگو به سوی انتهای ۳′ حرکت می‌کند» نیز نادرست است، زیرا جهت خواندن الگو ۳′ به ۵′ است. شکستن گزینه به «کدام رشته؟»، «چه جهتی؟» و «چه رابطه‌ای میان بازها؟» دام را آشکار می‌کند.

خطاهای رایج در سؤال‌های رشته الگو کدام‌اند؟

اغلب پاسخ غلط از اجرای یک قاعده درست در جای نادرست ساخته می‌شود: دانش‌آموز مکمل می‌نویسد اما جهت را برنمی‌گرداند، یا از رشته رمزگذار دوباره مکمل می‌گیرد. جزئیات نام‌گذاری، شکل‌ها و محدوده مطالب ممکن است میان چاپ‌های کتاب تغییر کند؛ کتاب درسی رسمی همان سال مرجع نهایی است.

• U را مقابل A الگوی DNA بنویس، نه اینکه همه Tهای رشته الگو را فقط به U تبدیل کنی.
• از روی رشته رمزگذار مکمل نگیر؛ در جهت یکسان فقط T را با U جایگزین کن.
• دو رشته مکمل را هم‌جهت ننویس.
• جهت حرکت آنزیم را با جهت ساخت RNA یکی ندان.
• وجود AUG را بدون دانستن جهت و بخش مورد نظر، دلیل قطعی رمزگذاربودن رشته ندان.
• از یک ژن به همه ژن‌های همان مولکول DNA تعمیم نده که همیشه همان رشته فیزیکی الگو است.

چک‌لیست ۳۰ ثانیه‌ای نوشتن توالی mRNA

پاسخ را با تعیین نوع رشته آغاز کن و تا زمانی که دو سر آن معلوم نشده سراغ تبدیل بازها نرو. در پایان، رابطه پاسخ را یک بار با رشته داده‌شده کنترل کن.

• رشته داده‌شده الگو است، رمزگذار است یا هنوز قابل تشخیص نیست؟
• برچسب ۵′ و ۳′ هر دو سر را نوشته‌ام؟
• اگر الگوست، RNA را مکمل و ناهم‌جهت ساخته‌ام؟
• اگر رمزگذار است، ترتیب را حفظ و فقط T را به U تبدیل کرده‌ام؟
• RNA نهایی از ۵′ به ۳′ گزارش شده است؟
• هر A، T، C و G الگو به‌ترتیب با U، A، G و C RNA جفت شده است؟
• اطلاعات اضافه‌ای را که صورت سؤال نداده، فرض نکرده‌ام؟