المحتوى
- الخصائص العامة للحمض النووي
- الخصائص العامة للحمض النووي الريبي
- القواعد النيتروجينية
- النسخ والترجمة
- من فروع الحمض النووي إلى الكروموسومات
- الأحماض النووية وظهور الحياة
- العلاجات الطبية
تشمل الأحماض النووية المهمة في الطبيعة حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، أو الحمض النووي ، وحمض الريبونوكلي ، أو الحمض النووي الريبي. تسمى الأحماض لأنها متبرعات بروتون (أي ذرة الهيدروجين) ، وبالتالي فهي تحمل شحنة سالبة.
كيميائيا ، الحمض النووي والحمض النووي الريبي هي البوليمرات ، وهذا يعني أنها تتكون من وحدات مكررة ، وغالبا ما يكون عدد كبير جدا منهم. وتسمى هذه الوحدات النيوكليوتيدات. تشتمل جميع النيوكليوتيدات بدورها على ثلاثة أجزاء كيميائية متميزة: سكر البنتوز ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية.
يختلف الحمض النووي عن الحمض النووي الريبي في ثلاث طرق أساسية. الأول هو أن السكر الذي يشكل "العمود الفقري" الهيكلي لجزيء الحمض النووي هو ديوكسي ريبوز ، بينما في الحمض النووي الريبي فإنه ريبوز. إذا كنت على دراية بالمصطلحات الكيميائية على الإطلاق ، فسوف تدرك أن هذا فرق بسيط في المخطط الهيكلي الشامل ؛ يحتوي الريبوز على أربع مجموعات هيدروكسيل (OO) ، بينما يحتوي الديوكسي ريبوز على ثلاث مجموعات.
الفرق الثاني هو أنه في حين أن إحدى القواعد النيتروجينية الأربع الموجودة في الحمض النووي هي الثيمين ، فإن القاعدة المقابلة في الحمض النووي الريبي هي اليوراسيل. القواعد النيتروجينية للأحماض النووية هي التي تملي الخصائص النهائية لهذه الجزيئات ، لأن أجزاء الفوسفات والسكر لا تختلف داخل الجزيئات من نفس النوع أو فيما بينها.
أخيرًا ، الحمض النووي ذو تقاطع مزدوج ، وهذا يعني أنه يتكون من سلسلتين طويلتين من النيوكليوتيدات المرتبطة كيميائياً بقاعدتين نيتروجينيتين. يتم ضخ الحمض النووي في شكل "الحلزون المزدوج" ، مثل سلم مرن ملتوية في اتجاهين متعاكسين في كلا الطرفين.
الخصائص العامة للحمض النووي
يتكون Deoxyribose من حلقة من خمس ذرات وأربعة كربون وأكسجين ، على شكل خماسي أو ربما صفيحة منزل في البيسبول. لأن الكربون يشكل أربعة روابط وأكسجين اثنين ، فإن هذا يترك ثمانية مواقع ربط خالية على ذرات الكربون الأربعة ، اثنان لكل الكربون ، واحد فوق واحد أسفل الحلبة. تشغل مجموعات الهيدروكسيل (OO) ثلاثة من هذه البقع ، بينما تطالب ذرات الهيدروجين بخمسة منها.
قد يرتبط جزيء السكر بأحد القواعد الأربع النيتروجينية: الأدينين ، والسيتوزين ، والجوانين ، والثيمين. الأدينين (A) و guanine (G) من البيورينات ، بينما السيتوزين (C) والثيمين (T) هما بيريميدين. البيورينات هي جزيئات أكبر من البيريميدين. نظرًا لأن الجزءين من أي جزيء الحمض النووي الكامل مرتبطان في الوسط بقواعدهما النيتروجينية ، يجب أن تتشكل هذه الروابط بين بورين واحد وبيريميدين واحد للحفاظ على الحجم الكلي للقاعدتين عبر الجزيء ثابتًا تقريبًا. (يساعد على الإشارة إلى أي رسم تخطيطي للأحماض النووية عند القراءة ، مثل تلك الموجودة في المراجع.) كما يحدث ، تترابط A بشكل حصري مع T في DNA ، بينما ترتبط C ارتباطًا حصريًا بـ G.
يسمى ديوكسيريبوز مرتبط بقاعدة نيتروجينية أ نيكليوزيد. عند إضافة مجموعة من الفوسفات إلى deoxyribose عند نقطتين من الكربون بعيدًا عن مكان تعلق القاعدة ، يتم تشكيل نكليوتيد كامل. خصوصيات الشحنات الكهروكيميائية ذات الصلة على الذرات المختلفة في النيوكليوتيدات هي المسؤولة عن الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل تشكيل طبيعي شكل حلزوني ، وتسمى فروع الحمض النووي في الجزيء فروع مكملة.
الخصائص العامة للحمض النووي الريبي
السكر البنتوز في الحمض النووي الريبي هو الريبوز بدلا من deoxyribose. الريبوز مطابق لمادة الديوكسي ريبوز إلا أن هيكل الحلقة يرتبط بأربع مجموعات هيدروكسيل وأربع ذرات هيدروجين بدلاً من ثلاث وخمس ذرات على التوالي. يرتبط جزء الريبوز من النيوكليوتيد بمجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية ، كما هو الحال مع الحمض النووي ، مع تناوب الفوسفات والسكريات التي تشكل الحمض النووي الريبي "العمود الفقري". القواعد ، كما هو مذكور أعلاه ، تشمل A و C و G ، ولكن البيريميدين الثاني في RNA هو uracil (U) بدلاً من T.
في حين أن الحمض النووي يهتم فقط بتخزين المعلومات فقط (الجين هو مجرد شريطة من الحمض النووي الذي يرمز لبروتين واحد) ، أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي تؤدي وظائف مختلفة. يتكون Messenger RNA ، أو mRNA ، من الحمض النووي عندما ينقسم الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل إلى شريطين مفردين بغرض النسخ. في النهاية ، يشق الرنا المرسال الناتج أجزاء من الخلايا التي يحدث فيها تصنيع البروتين ، ويحمل الإرشادات الخاصة بهذه العملية التي يقدمها الحمض النووي. وهناك نوع ثانٍ من الحمض النووي الريبي ، وهو نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، يشارك في تصنيع البروتينات. يحدث هذا على العضيات الخلوية المسماة الريبوسوم ، والريبوسومات نفسها تتكون أساسًا من نوع ثالث من الحمض النووي الريبي يسمى ، على نحو مناسب ، الريبوزوم الريبي (RRNA).
القواعد النيتروجينية
إن القواعد النيتروجينية الخمسة - الأدينين (A) ، والسيتوزين (C) ، والجوانين (G) ، والثيمين (T) في الحمض النووي ، والأول الثلاثة الأولى زائد uracil (U) في الحمض النووي الريبي (RNA) - هي أجزاء من الأحماض النووية المسؤولة في النهاية عن تنوع المنتجات الجينية عبر الكائنات الحية. تعد أجزاء السكر والفوسفات ضرورية من حيث أنها توفر البنية والسقالات ، ولكن القواعد هي حيث يتم إنشاء الرموز. إذا كنت تعتقد أن جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك بمثابة حمض نووي أو سلسلة من النيوكليوتيدات على الأقل ، فإن الأجهزة (على سبيل المثال ، محركات الأقراص ، وشاشة العرض ، والمعالج الدقيق) تشبه السكريات والفوسفات ، في حين أن البرامج والتطبيقات التي تشغلها القواعد النيتروجينية ، لأن المجموعة الفريدة من البرامج التي قمت بتحميلها على نظامك تجعل جهاز الكمبيوتر الخاص بك "كائنًا" فريدًا من نوعه.
كما هو موضح سابقًا ، يتم تصنيف القواعد النيتروجينية على أنها إما البيورينات (A و G) أو البيريميدات (C و T و U). دائمًا ما تتزاوج أزواج الحمض النووي مع T ، و C تتزاوج دائمًا مع G. الأهم من ذلك ، عندما يتم استخدام حبلا الحمض النووي كقالب لتوليف الحمض النووي الريبي (النسخ) ، في كل نقطة على طول جزيء الحمض النووي الريبي المتنامي ، وهو نيوكليوتيد الحمض النووي الريبي الذي يتم إنشاؤه من نيوكليوتيد الحمض النووي "الأصل" يشمل القاعدة التي هي القاعدة التي يرتبط بها الوالد "الوالد" دائمًا. يتم استكشاف هذا في قسم آخر.
تتكون البيورينات من حلقة مكونة من ستة أعضاء من النيتروجين والكربون وخاتم مكون من خمسة أعضاء من النيتروجين والكربون ، مثل المسدس والبنتاغون الذي يتقاسم الجانب. يتضمن تخليق البيورين التغيير والتبديل الكيميائي لسكر الريبوز ، يليه إضافة الأمينية (-NH)2) مجموعات. تحتوي البريميدين أيضًا على حلقة مكونة من ستة أعضاء من النيتروجين والكربون ، مثل البيورينات ، ولكنها تفتقر إلى حلقة مكونة من خمسة أعضاء من النيتروجين والكربون من البيورينات. وبالتالي فإن البيورينات لها كتلة جزيئية أعلى من البيريميدين.
يحدث تخليق النيوكليوتيدات المحتوية على بيريميدين وتخليق النيوكليوتيدات المحتوية على البيورينات في الترتيب المعاكس في خطوة واحدة حاسمة. في بيريميدين ، يتم تجميع الجزء الأساسي أولاً ، ويتم تعديل بقية الجزيء إلى نيوكليوتيد لاحقًا. في البيورينات ، يتم تعديل الجزء الذي يصبح في النهاية الأدينين أو الجوانين في نهاية تكوين النوكليوتيدات.
النسخ والترجمة
النسخ هو إنشاء حبلا من الرنا المرسال من قالب DNA ، يحمل نفس التعليمات (مثل الكود الوراثي) لصنع بروتين معين كما يفعل القالب. تحدث العملية في نواة الخلية ، حيث يوجد الحمض النووي.عندما ينقسم جزيء الحمض النووي المزدوج تقطعت به السبل إلى خيوط مفردة وتتابع عملية النسخ ، يكون الرنا المرسال الذي يتم إنشاؤه من أحد خيوط زوج الحمض النووي "غير المضغوط" مطابقًا للحمض النووي للحمض النووي للحمض الآخر من الحمض النووي غير المضغوط ، باستثناء أن مرنا يحتوي على U بدلاً من T. (مرة أخرى ، الإشارة إلى مخطط مفيد ؛ راجع المراجع.) مرنا ، مرة واحدة كاملة ، يترك النواة من خلال المسام في الغشاء النووي. بعد أن يغادر الرنا المرسال النواة ، يعلقها على الريبوسوم.
ثم تلتصق الإنزيمات بمجمع الريبوسوم وتساعد في عملية الترجمة. الترجمة هي تحويل تعليم الرنا المرسال إلى بروتينات. يحدث هذا عندما تتولد الأحماض الأمينية ، الوحدات الفرعية للبروتينات ، من "كودونات" ثلاثية النوكليوتيدات على حبلا mRNA. تنطوي العملية أيضًا على الرنا الريباسي (حيث تتم الترجمة على الأضلاع) والحمض الريبي النووي النقال (الذي يساعد على تجميع الأحماض الأمينية).
من فروع الحمض النووي إلى الكروموسومات
فروع الحمض النووي تتجمع في حلزون مزدوج بسبب التقاء العوامل ذات الصلة. أحد هذه الروابط هو روابط الهيدروجين التي تتواجد بشكل طبيعي في أماكن مختلفة من الجزيء. عندما تتشكل اللولب ، تكون أزواج الترابط للقواعد النيتروجينية عموديًا على محور اللولب المزدوج ككل. يتضمن كل منعطف ما مجموعه حوالي 10 أزواج المستعبدين من القاعدة. ما يمكن أن يطلق عليه "جوانب" الحمض النووي عندما وضعت "سلم" تسمى الآن "سلاسل" الحلزون المزدوج. تتكون هذه المكونات بالكامل تقريبًا من أجزاء الريبوز والفوسفات من النيوكليوتيدات ، مع وجود القواعد في الداخل. يقال إن الحلزون يحتوي على أخاديد كبيرة وثانوية تحدد شكلها المستقر في النهاية.
على الرغم من أن الكروموسومات يمكن وصفها بأنها سلاسل طويلة جدًا من الدنا ، إلا أنها تبسيط كبير. صحيح أن كروموسومًا معينًا ، من الناحية النظرية ، قد يكون غير مستعد للكشف عن جزيء واحد من الحمض النووي غير المتكسر ، لكن هذا لا يشير إلى اللف المعقد ، والتخزين المؤقت ، والتكتل الذي يعمل به الحمض النووي في طريقه إلى تكوين كروموسوم. يحتوي أحد الكروموسوم على ملايين أزواج قاعدة الحمض النووي ، وإذا امتد كل الحمض النووي دون كسر اللولب ، فإن طوله يمتد من بضعة ملليمترات إلى أكثر من سنتيمتر. في الواقع ، الحمض النووي هو أكثر كثافة. تتشكل البروتينات التي تدعى هيستون من أربعة أزواج من بروتينات الوحدة الفرعية (ثمانية وحدات فرعية في المجموع). هذا octamer بمثابة بكرة من أنواع الحلزون DNA المزدوج لف حول نفسه مرتين ، مثل الخيط. وتسمى هذه البنية ، octamer بالإضافة إلى DNA الموجود حولها ، بالنوكلوزوم. عندما يتم فك كروموسوم جزئيًا في حبلا يُسمى كروماتيد ، تظهر هذه النيوكليوميات على المجهر لتكون خرزًا على السلسلة. ولكن أعلى من مستوى النيوكليوسومات ، يحدث المزيد من ضغط المادة الوراثية ، على الرغم من أن الآلية الدقيقة لا تزال بعيدة المنال.
الأحماض النووية وظهور الحياة
تعتبر الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي والبروتينات البوليمرات الحيوية لأنها سلاسل متكررة من المعلومات والأحماض الأمينية المرتبطة بالكائنات الحية ("الحيوية" تعني "الحياة"). يدرك علماء البيولوجيا الجزيئية اليوم أن الحمض النووي والحمض النووي الريبي يسبقان ظهور الحياة على الأرض بشكل ما ، ولكن بحلول عام 2018 ، لم يكن أحد قد حدد المسار من البوليمرات الحيوية المبكرة إلى الكائنات الحية البسيطة. وقد افترض البعض أن الحمض النووي الريبي (RNA) بشكل ما كان المصدر الأصلي لكل هذه الأشياء ، بما في ذلك الحمض النووي. هذه هي "فرضية العالم RNA." ومع ذلك ، يقدم هذا نوعًا من سيناريوهات الدجاج والبيض لعلماء الأحياء ، لأن جزيئات الحمض النووي الريبي الكبيرة بما فيه الكفاية لا يمكن أن تظهر بأي طريقة بخلاف النسخ. على أي حال ، فإن العلماء ، في ظل حرص متزايد ، يبحثون في الوقت الحالي عن الحمض النووي الريبي كهدف لأول جزيء يتكاثر ذاتيا.
العلاجات الطبية
تستخدم المواد الكيميائية التي تحاكي مكونات الأحماض النووية كأدوية اليوم ، مع حدوث المزيد من التطورات في هذا المجال. على سبيل المثال ، تم استخدام شكل معدّل قليلاً من اليوراسيل ، 5 فلورويوراسيل (5-FU) ، منذ عقود لعلاج سرطان القولون. يقوم بذلك عن طريق تقليد قاعدة نيتروجينية حقيقية عن قرب بما فيه الكفاية بحيث يتم إدراجها في الحمض النووي المصنعة حديثا. هذا يؤدي في نهاية المطاف إلى انهيار في تخليق البروتين.
مقلدات النيوكليوسيدات (التي قد تتذكرها ، عبارة عن سكر ريبوز بالإضافة إلى قاعدة نيتروجينية) تم استخدامها في العلاجات المضادة للبكتيريا والفيروسات. في بعض الأحيان ، يكون الجزء الأساسي من النيوكليوسيد هو الذي يخضع للتعديل ، وفي أحيان أخرى يستهدف الدواء جزء السكر.