چرا تعداد پیوند فسفودی‌استر DNA با تعداد نوکلئوتید برابر نیست؟ زیست دوازدهم

چرا تعداد پیوند فسفودی‌استر DNA از تعداد نوکلئوتید کمتر است؟

نوکلئوتیدها واحدهای یک رشته‌اند و پیوندهای فسفودی‌استر اتصال‌های میان واحدهای مجاور. سه نوکلئوتید خطی را به صورت A—B—C در نظر بگیر: میان A و B یک اتصال و میان B و C یک اتصال وجود دارد، پس سه واحد با دو پیوند به هم وصل شده‌اند. نوکلئوتید نخست و آخر هرکدام یک انتهای آزاد رشته را می‌سازند و میان این دو انتها اتصال مستقیمی وجود ندارد. به همین دلیل در هر رشته خطی، شمار اتصال‌ها یک واحد از شمار نوکلئوتیدها کمتر است.

• یک نوکلئوتید منفرد: صفر پیوند فسفودی‌استر میان نوکلئوتیدها.
• دو نوکلئوتید در یک رشته خطی: یک پیوند.
• سه نوکلئوتید در یک رشته خطی: دو پیوند.
• قاعده رشته خطی: تعداد نوکلئوتیدها منهای یک.

تعداد پیوند فسفودی‌استر DNA خطی را چگونه محاسبه کنیم؟

ابتدا تعداد رشته‌ها را مشخص کن و محاسبه را برای هر رشته جدا انجام بده. اگر یک رشته خطی n نوکلئوتید داشته باشد، n−1 پیوند دارد. DNA معمولی دورشته‌ای دو رشته هم‌اندازه دارد؛ بنابراین اگر تعداد کل نوکلئوتیدهای دو رشته N باشد، هر رشته N÷2 نوکلئوتید و N÷2−1 پیوند دارد. جمع دو رشته برابر N−2 می‌شود. راه عمومی‌تر این است: «تعداد کل نوکلئوتیدها منهای تعداد رشته‌های خطی». این رابطه فقط پیوندهای فسفودی‌استر میان نوکلئوتیدهای مجاور را می‌شمارد.

• یک رشته خطی با n نوکلئوتید: n−1 پیوند فسفودی‌استر.
• دو رشته خطی با N نوکلئوتید در مجموع: N−2 پیوند.
• چند قطعه خطی جدا با N نوکلئوتید در مجموع: N منهای تعداد قطعه‌ها.
• پیش از فرمول، روشن کن عدد داده‌شده برای یک رشته است یا کل DNA.

تعداد پیوند فسفودی‌استر در DNA خطی و حلقوی چه تفاوتی دارد؟

در یک رشته خطی دو انتها به هم متصل نیستند، اما در رشته حلقویِ بسته، انتهای آخر با انتهای نخست نیز پیوند برقرار می‌کند. بنابراین رشته حلقوی با n نوکلئوتید، n پیوند فسفودی‌استر دارد. برای DNA حلقوی دورشته‌ای نیز هر رشته را یک حلقه بسته در نظر بگیر؛ اگر کل دو رشته N نوکلئوتید داشته باشند، مجموع پیوندهای فسفودی‌استر N است. فقط وقتی از این قاعده استفاده کن که حلقوی و بسته‌بودن مولکول صریحاً از متن یا شکل سؤال معلوم باشد؛ صرف دیدن یک خط خمیده یا پلاسمید بریده‌شده برای فرض بسته‌بودن کافی نیست.

• رشته خطی: دو انتهای آزاد و n−1 اتصال میان n واحد.
• رشته حلقوی بسته: اتصال انتهای آخر به نخست و n اتصال میان n واحد.
• DNA حلقویِ بریده یا بازشده را خودکار یک حلقه بسته حساب نکن.
• شکل شماتیک را با راهنما و متن کتاب رسمی همان سال بخوان.

یک مثال مستقل از شمارش پیوند فسفودی‌استر را حل کنیم

فرض کن DNA خطی دورشته‌ای کوتاهی در مجموع ۸ نوکلئوتید دارد. چون دو رشته مکمل هم‌اندازه‌اند، هر رشته ۴ نوکلئوتید دارد. در هر رشته ۴−۱، یعنی ۳ پیوند فسفودی‌استر برقرار است؛ پس در دو رشته روی‌هم ۶ پیوند داریم. اگر همین دو رشته هرکدام حلقوی و کاملاً بسته بودند، هر رشته ۴ پیوند و مجموع دو رشته ۸ پیوند داشت. تعداد و نوع بازها در این محاسبه اثری ندارد، چون فسفودی‌استر به مجاورت نوکلئوتیدها در طول رشته مربوط است، نه به A، T، G یا C بودن باز.

• داده: ۸ نوکلئوتید در کل DNA دورشته‌ای.
• تقسیم بین دو رشته: ۴ نوکلئوتید در هر رشته.
• حالت خطی: ۳+۳=۶ پیوند فسفودی‌استر.
• حالت حلقوی بسته: ۴+۴=۸ پیوند فسفودی‌استر.

پیوند فسفودی‌استر و هیدروژنی را در DNA چگونه جدا کنیم؟

پیوند فسفودی‌استر در امتداد ستون قند ـ فسفاتِ هر رشته قرار دارد و نوکلئوتیدهای مجاور همان رشته را متصل می‌کند. پیوند هیدروژنی میان بازهای مکمل دو رشته برقرار می‌شود و دو رشته را روبه‌روی هم نگه می‌دارد. در شمارش فسفودی‌استر، نوع جفت‌باز مهم نیست؛ اما در شمارش پیوند هیدروژنی باید تفاوت جفت A–T و G–C را لحاظ کرد. شکستن پیوندهای هیدروژنی دو رشته را از هم جدا می‌کند، درحالی‌که شکستن پیوند فسفودی‌استر پیوستگی خودِ یک رشته را قطع می‌کند.

• فسفودی‌استر: در طول یک رشته و میان نوکلئوتیدهای مجاور.
• هیدروژنی: میان بازهای مکمل دو رشته.
• نوع باز بر شمار فسفودی‌استر اثر ندارد.
• خطی یا حلقوی‌بودن بر شمار فسفودی‌استر اثر دارد.

عبارت دام‌دار تعداد پیوند فسفودی‌استر را چگونه تحلیل کنیم؟

عبارت فرضی «یک DNA خطی دورشته‌ای با ۲۰ نوکلئوتید، ۲۰ پیوند فسفودی‌استر دارد» را به سه داده بشکن: مولکول دو رشته دارد، هر رشته خطی است و عدد ۲۰ برای کل دو رشته آمده است. هر رشته ۱۰ نوکلئوتید و ۹ پیوند دارد؛ پس پاسخ ۱۸ است. گزینه تعداد واحدها را به‌جای اتصال‌های میان آن‌ها شمرده و دو انتهای آزاد هر رشته را نادیده گرفته است. اگر همان سؤال مولکول حلقویِ بسته را معرفی می‌کرد، نتیجه تغییر می‌کرد؛ بنابراین واژه «خطی» یا «حلقوی» جزئی تزئینی نیست.

خطاهای رایج شمارش پیوند فسفودی‌استر DNA کدام‌اند؟

بیشتر خطاها از مشخص‌نکردن دامنه عدد، ندیدن تعداد رشته‌ها یا جابه‌جایی نوع پیوند به وجود می‌آیند. پیش از محاسبه چهار برچسب «کل یا یک رشته، خطی یا حلقوی، تعداد قطعه‌ها و نوع پیوند» را کنار داده‌ها بنویس.

• تعداد نوکلئوتیدها را بدون کم‌کردن انتهای آزاد، برابر تعداد پیوندها نگیر.
• فرمول n−1 یک رشته را مستقیم برای کل DNA دورشته‌ای به کار نبر.
• پیوندهای هیدروژنی میان دو رشته را به شمار فسفودی‌استر اضافه نکن.
• از درصد یا نوع بازها برای شمار فسفودی‌استر استفاده نکن.
• DNA حلقوی بسته را با مولکول حلقویِ بریده‌شده یا چند قطعه خطی یکی ندان.
• تعداد نوکلئوتید در یک رشته را با مجموع دو رشته اشتباه نگیر.
• از شکل بدون مقیاس، تعداد واقعی نوکلئوتید یا پیوند استخراج نکن.

چک‌لیست حل سؤال تعداد پیوند فسفودی‌استر DNA چیست؟

یک طرح کوچک از رشته یا رشته‌ها بکش و برای هر قطعه خطی، شمار نوکلئوتیدها منهای یک را حساب کن. اگر حلقه بسته است، اتصال دو انتها را نیز بیفزا. سپس پاسخ را با نوع پیوند خواسته‌شده کنترل کن.

• عدد داده‌شده برای یک رشته است یا کل مولکول؟
• مولکول یک‌رشته‌ای است یا دورشته‌ای؟
• هر رشته خطی است یا حلقوی و کاملاً بسته؟
• چند رشته یا قطعه جدا باید محاسبه شود؟
• سؤال فسفودی‌استر می‌خواهد یا پیوند هیدروژنی؟
• برای هر رشته خطی یک واحد کم کرده‌ام؟
• محدوده شکل و عبارت را با کتاب رسمی همان سال سنجیده‌ام؟