دینامیک واداشته ی نوکلئوزوم

قرقره ای را در نظر بگیرید که دو دور نخ حولِ آن پیچیده شده و دو سرِ نخ از طرفینِ آن آویزان است. در ضمن فرض کنید قسمت های مجزایی از قرقره خاصیت چسبندگی دارند و نخ می تواند به آن قسمت ها بچسبد. حال اگر به این سیستم نیرو وارد کنیم، بسته به نحوه ی وارد کردنِ نیرو، ممکن است دو اتفاق برای نخ و قرقره بیفتد. اگر دو سرِ آزاد نخ را از دو طرف بکشیم، به قرقره گشتاور وارد شده و نخ حتماً از دور قرقره باز می شود. اندازه ی نیروی لازم برای باز کردنِ نخ از دورِ قرقره، به میزان چسبندگی بین آن دو بستگی دارد. ولی اگر نیرو را از یک سمت به قرقره و از سمتِ دیگر به نخ وارد کنیم (به عنوانِ مثال، قرقره را به یک سطح بچسبانیم و نخ را از یک سمت بکشیم)، بسته به اندازه ی نیرو و میزان چسبندگی بین نخ و قرقره، نخ ممکن است بر روی قرقره بلغزد و یا از دور آن باز شود. ممکن است این سوال پیش آید که داستان این "نخ، قرقره و نیرو" چه اهمیتی دارد و فهمیدن این مسئله به چه دردی می خورد؟ جوابی که می توان داد این است که مشابهِ این سیستم ("نخ و قرقره") در سلول های زنده وجود دارد: dnaیی که حول یک هسته ی پروتئینی پیچیده است و در بعضی نقاط با آن برهم کنش دارد. اسم این ترکیب نوکلئوزوم است. در ضمن، در سلول موتورهای پروتئینی، مانند rnaپلیمراز، نیز وجود دارند که می توانند به نوکلئوزوم نیرو وارد کنند. زیست شناسان در آزمایشگاه مشاهده کرده اند که در عین حال که dna در سلول، همیشه حول هسته های پروتئینی پیچیده است، مواقعی که سلول به مقداری lr{dna}ی آزاد نیازمند است، آن را به راحتی در اختیار دارد. اینجا یک پرسش مهم مطرح می شود: با توجه به اینکه نوکلئوزوم یک ترکیب پایدار است، dna چگونه در فرآیندهای زیستی به صورتِ آزاد (خارج از هسته ی نوکلئوزومی) شرکت می کند؟ پاسخ به این سوال در دو مکانیزمی که در بالا به آن اشاره شد نهفته است؛ dna با باز شدن از دور هسته ی پروتئینی و یا لغزش بر روی آن می تواند در صورتِ نیاز در دسترس سلول قرار بگیرد. در این پایان نامه سعی کرده ایم ذهنیت های موجود برای دینامیک یک نوکلئوزوم تحت اثر نیروی خارجی را کمّی کنیم و تواناییِ این ذهنیت ها را در توجیه داده های آزمایشگاهی بررسی کنیم. ساختار پایان نامه به این صورت است: در فصل اول با بازیگرهای این پایان نامه که ترکیب هایی زیستی هستند، آشنا می شویم و سپس به مرور آزمایش هایی می پردازیم که در این پایان نامه از نتایج آن ها استفاده کرده ایم. در فصل دوم، مباحث فیزیکی استفاده شده در پایان نامه به اختصار توضیح داده می شود و مثال هایی نیز برای درک بهترِ مطالب آورده شده است. فصل سه و چهار به مطالعه ی حرکت لغزشی "نخ نسبت به قرقره" به صورت ماکروسکوپی و میکروسکوپی اختصاص داده شده است. در نهایت در آخرین فصل این پایان نامه باز شدنِ "نخ از دور قرقره" را مطالعه می کنیم. با امید به اینکه نتایج این پایان نامه و مطالعات تئوریِ ما به محققان انگیزه ی انجام آزمایش های جدیدی برای فهمیدنِ "چراهای ذهنی" بدهد.