متخصصان علم زيست ‌ شيمي از مدت‌ها پيش و حتي همان زمان كه ساختمان DNA مشخص نشده بود، حدس مي‌زدند كه اين مولكول فقط يك ذخيره كنند ه‌ي اطلاعات ژنتيكي نيست و مي‌توانند نقشي فراتر از اين هم داشته باشند. آنان براساس ساختمان شيميايي DNA اين فرض را پيشنهاد كردند كه: اين مولكول مي‌تواند مانند يك سيم مسي الكتريسته را دريافت و جابه‌جا كند. نيم قرن بعد نشان دادند، DNA خالص مي‌تواند هادي جريان الكتريسته باشد.

به نظر مي‌رسد، در سلول‌هاي زنده نيز DNA دو رشته‌اي بار الكتريكي را در فاصله‌هاي طولاني جابه‌جا مي‌كند. اكنون محققان بسياري تصور مي‌كنند، اين پديده نقش زيستي نيز دارد. به نظر آنان، طبيعت از اين ويژگي DNA در جايي بهره برده است. يكي از آن‌ها مي‌تواند در فرايند آسيب و ترميم DNA باشد. به طور معمول، بسياري از آسيب‌هايي كه به ژن‌ها وارد مي‌شوند، از سطح الكترون آغاز مي‌شوند؛ يعني، زماني كه راديكال‌هاي آزاد و ساير فراورده‌هاي جانبي و در عين حال بسيار واكنشگر سوخت و ساز سلولي، از مارپيچ دوتايي الكترون غارت مي‌كنند.

«بازگوانين» هدف ساده‌اي براي اين «تخريب اكسيداتيو» است، زيرا يكي از الكترون‌هاي اين باز نسبت به الكترون‌هاي سر باز ديگر، ارتباط ضعيف‌تري با مولكول دارد. از دست دادن اين الكترون مي‌تواند، باعث بروز مشكلاتي جدي شود. زيرا گوانين اكسيد شده با آب واكنش مي‌دهد و در نتيج ه‌ي آن، مولكول‌هاي مخربي تشكيل مي‌شوند. 8- اكسوگوانين ( 8-oxoG ) معمول‌ترين آن‌هاست كه به طرز نادرستي، با آدنين و نيز جفت عادي گوانين يعني سيتوزين، پيوند برقرار مي‌كند. از اين رو، اگر سلولي كه داراي 8- اكسوگوانين است، تقسيم شود، به احتمال پنجاه درصد در موقعيت سيتوزين، باز آدنين را خواهد داشت. به عبارت ديگر، يك جهش رخ خواهد داد.

سلول‌ها براي شناسايي و برطرف كردن آسيب‌‌هاي اكسيداتيو، از سازوكارهاي متفاوتي بهره مي‌گيرند. اما اين سيستم‌هاي امنيتي نمي‌توانند از پس هم ه‌ي آسيب‌ها برآيند و اين جهش‌‌هاي حاصل از عوامل اكسيد كننده، از جمله عل ت‌هاي اصلي ايجاد سرطان، بيماري‌هاي ژنتيكي و مرگ سلول‌ها هستند.

از آن جا كه آسيب‌هاي اكسيداتيو اهميت زيادي دارند، زيست شيميدان‌ها مدت‌هاست تلاش مي‌كنند، به چگونگي وقوع اين فرايند پي ببرند. آغاز اين تلاش‌ها به ده ه‌ي 1960 بر مي‌گردد؛ هنگامي كه آنان در يافتند، اگر DNA هادي جريان الكتريكي باشد، مي‌تواند بر اين فرايند تأثير ژرفي بگذارد. از دست دادن يك الكترون، جاي خالي يا «حفره‌اي» را بر جاي مي‌گذارد كه مي‌تواند در سرتاسر يك هادي جابه‌جا شود. اگر DNA به‌راستي توانايي هدايت جريان الكتريكي را داشته باشد، آسيب اكسيداتيو مي‌تواند در طول رشته‌هاي DNA جا به جا شود و در موقعيت‌هاي ديگر كه ممكن است بسيار دورتر از نقط ه‌ي آغاز حمله باشند، 8- اكسوگوانين توليد كند.

در سال 1996، گروهي از پژوهشگران ثابت كردند، آسيب‌هاي اكسيداتيو مي‌توانند در فاصل ه‌ي دور رخ دهند. آنان از يك عامل اكسيد كنن ده‌ي ويژه استفاده كردند كه براي جذب الكترون از گوانيني خاص طراحي شده بود. سپس نشان دادند كه آسيب مي‌تواند، در فاصله‌اي به انداز ه‌ي 11 جفت باز از نقط ه‌ي آغاز حمله رخ دهد. براي اين پديده تنها يك توجيه وجود داشت: «حفره‌ها» در طول DNA جابه‌جا مي‌شوند. پژوهشگران ديگري نشان داده‌اند كه حفره‌ها حتي مي‌توانند حدود 60 جفت باز يا بيش‌تر جابه‌جا شوند. به لحاظ نظري، اين جابه‌جايي مي‌تواند تا حدود 100 جفت باز نيز رخ مي‌دهد. به علاوه، مهاجرت حفره‌ها ممكن است در هس ه‌ي سلول‌هاي زنده نيز رخ دهد.

اهميت زيستي اين پديده چيست؟ در سال 1999، زيست شيميدان‌ها نظري ه‌ي نوآورانه‌اي را مطرح كردند و جابه‌جاي حفره‌ها را در خط مقدم مبارزه با تخريب DNA قرار دادند. به نظر آنان، تخريب اكسيداتيو در نهايت، به نخستين گوانين از توالي GG آسيب مي‌رساند. از لحاظ شيميايي، اين رويداد معنادار است؛ گرفتن يك الكترون از دو گ وانيني كه پشت هم قرار دارند (يعني GG )، از يك گوانين منفرد آسان‌تر است؛ زيرا پتانسيل اكسيداسيون پا ي ين‌تري دارد. به علاوه، آزمايش‌ها نشان داده‌اند، توالي‌هاي GGG آسان‌تر از توالي‌هاي GG دچار آسيب اكسيداتيو مي‌شوند؛ زيرا در اين حالت باز هم پتانسيل اكسيداسيون كاهش مي‌‌يابد.

به نظر مي‌رسد ، وقتي در نقطه‌اي از DNA آسيب اكسيداتيو ايجاد مي‌شود و در پي كم شدن الكترون در آن جا به اصطلاح حفره‌اي ايجاد مي‌شود، حفره در امتداد رشت ه‌ي DNA جابه‌جا مي‌شود تا به توالي GG يا GGG برسد. در اين نقطه، ح ف ره متوقف مي‌شود تا يك مولكول آب وارد عمل شود و يك آسيب پايدار به وجود آيد.

اين فرايند ما را به ياد اثر حفاظت كاتدي مي‌اندازد؛ يعني استفاده از يك ماده با پتانسيل اكسيداتيو پا ي ين براي محافظت از فلز ديگر. اين روش، نخستين بار در سال 1824 ميلادي به كار رفت. در آن سال، از فلز روي يك حفاظت از بدن ه‌ي فولادي كشتي‌هاي جنگي انگليس استفاده شد. امروزه در فرانيد گالوانيزه كردن، از فلز روي براي جلوگيري از زنگ زدن آهن استفاده مي‌شود.

به نظر مي‌رسد، انتقال بار الكتريكي در DNA نيز همين نقش را داشته باشد. اگر توالي‌هاي GG و GGG ، نسبت به آسيب اكسيداتيو حساسيت‌ بيش‌تري داشته باشند. بايد همانند دانه‌هاي تسبيح در چنان موقعيت‌هاي راهبردي رديف شده باشند. كه بتوانند آسيب اكسيداتيو را از نواحي رمز دهنده به نواحي غير رمزدهند ه‌ي DNA جابه‌جا كنند. به اين ترتيب، نواحي مهم DNA در امان مي‌مانند و آنزيم‌هاي ترميم كننده فرصت مي‌يابند نواحي آسيب ديده را ترميم كنند.

ژنتيكدانان مدت‌هاست با اين معما روبه رو هستند كه چرا ژن‌هاي يوكاريوت‌ها اين همه نواحي غير رمز دهنده (مانند اينترون‌هايي كه لابه‌لاي اگزون‌ها هستند) دارند. گروهي از محققان در سال 2001 گزارش كردند، در حاشي ه‌ي ا ين ترون‌ها مقدار زيادي باز G ، همانند دانه‌هاي تسبيح رديف شده‌اند. اين جا همان جايي است كه مي‌توانند جهش‌ها را ببلعند تا نواحي حساس درامان بمانند. پژوهشگران همچنين يادآور شدند كه اگزون‌ها در انسان به طور معمول 180-150 جفت باز طول دارند. همان طور كه پيش از اين گفتيم، به لحاظ نظري، حفره‌ها مي‌توانند تا 100 جفت باز جابه‌جا شوند. بنابراين به نظر مي‌رسد، گوانين‌هاي فداكار در موقعيت‌ مناسبي قرار گرفته‌اند.

حافظت كاتدي به راستي نظر قشنگي است و مي‌تواند يكي از نقش‌‌هاي DNA غير رمزده ن ده (يا به تعبيري غير منصفانه DNA آشغال) باشد هر چند اين نظر منطقي به نظر مي‌رسد، اما به شواهد محكم‌تري نياز دارد و بايد به برخي ابهامات نيز پاسخ دهد. براي مثال، فراواني گوانين در لبه‌هاي اينترون - اگزون را مي‌توان به نقش آن‌ها در فرايند پيرايش DNA (حذف ا ي نترون‌ها و اتصال اگزون‌ها) نسبت داد. در واقع، در اين موقعيت‌ها، توالي‌هاي غني از گوانين به عنوان پيامي براي آنزيم‌هاي پيرايشگر DNA عمل مي‌كنند. به علاوه، داد‌ه‌هاي مربوط به ژنوم انسان به ژنوم بي‌مهرگان قابل تعميم نيست، زيرا براساس پژوهش‌ها به نظر مي‌رسد، ژنوم آن‌ها در مرز اگزون‌ها و اينترون‌ها فاقد توالي‌هاي غني از گوانين است.

از طرف ديگر، آب در هسته بسيار كمياب است. بنابراين، شايد حفره‌ها بتوانند پيش از واكنش دادن با يك مولكول آب، فاص ه‌ي بيش‌تري را طي كنند و در نقطه‌اي فراتر از مرز اگزون - اينترون به DNA آسيب برسانند. به علاوه، شواهدي وجود دارند مبني بر اين كه هدايت الكتريكي DNA در حالت بلوري (كم آب) افزايش مي‌يابد. جالب‌تر اين كه باكتري‌ها در شرايط تنش‌زا پروتئيني توليد مي‌كنند كه باعث القاي بلوري شدن DNA مي‌شود. آيا اين كار راهي براي جلوگيري از آسيب به DNA نيست؟

انتقال بار الكتريكي ممكن است نقش زيستي ديگري نيز داشته باشد. تنها حفره‌هاي الكتروني نيستند كه در طول DNA جابه‌جا مي‌شوند، بلكه فيزيكدانان معتقدند، الكترون‌هاي آزاد نيز چنين مي‌كنند. الكترون‌ها در ترميم DNA نقش مهمي دارند و بسياري از آنزيم‌هاي ترميم كننده براي برطرف كردن آسيب، به آن‌ها الكترون‌ مي‌دهند. برخي از پژوهشگران اين فرض را پيشنهاد كرده‌اند كه اين آنزيم‌ها از خاصيت هادي بودن DNA سود مي‌جويند و الكترون‌ها را از راه اين سيم زنده از فاصله‌هاي مختلف به جاي مورد نياز مي‌فرستند. اين فرض يكي از معماهاي بزرگ فرايند ترميم DNA را حل مي‌كند؛ آنزيم‌هاي ترميم كننده چگونه به موضع آسيب ديده دسترسي پيدا مي‌كنند؟

در سلول‌هاي زنده، DNA همراه با پروتئين‌هاي هسيتون، به صورت يك ابرمارپيچ غير قابل نفوذ سازمان يافته است. بنابراين، دسترسي آنزيم‌ها به جايگاهي كه نياز به ترميم دارد، بدون انتقال بار الكتريكي، سخت به نظر مي‌‌رسد. دانشمندان مولكول‌هايي طراحي كرده‌اند كه كار تعمير DNA را در فاصله‌هايي دورتر از محل ضايعه انجام مي‌دهند. به نظر مي‌رسد، آنزيم‌هاي طبيعي نيز همين‌‌گونه عمل مي‌كنند.

پيش از اين تصور مي‌شد، خاصيت انتقال بار الكتريكي براي سلول استفاده‌اي ندارد، اما اكنون به نظر مي‌رسد اين كار، براي DNA دو رشته‌اي يك توانايي كليدي است.

Graham Lawton, Live Wire, New Scientist, 15 March 2003