حمض الديوكسي ريبونوكليتيك (DNA): التركيب والوظيفة والأهمية

المحتوى

• هيكل الحمض النووي
• ربط قاعدة زوج محدد
• أين يوجد الحمض النووي؟
• تكرار الحمض النووي
• الإنترونات و Exons
• نسخ الحمض النووي الريبي
• كيف تم اكتشاف بنية الحمض النووي؟

الحمض النوويأو حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، هو حمض نووي (واحد من اثنين من هذه الأحماض الموجودة في الطبيعة) والذي يعمل على تخزين المعلومات الوراثية عن كائن حي بطريقة يمكن أن تنتقل إلى الأجيال اللاحقة. الحمض النووي الآخر هو RNAأو حمض النووي الريبي.

الحمض النووي يحمل الشفرة الوراثية لكل بروتين يصنعه جسمك وبالتالي يعمل كقالب لكاملك. وتسمى سلسلة الحمض النووي التي ترمز لمنتج بروتين واحد أ جينة.

يتكون الحمض النووي من بوليمرات طويلة جدًا من وحدات أحادية تسمى النيوكليوتيداتالتي تحتوي على ثلاث مناطق متميزة وتأتي في أربع نكهات مميزة في الحمض النووي ، وذلك بفضل الاختلافات في بنية واحدة من هذه المناطق الثلاث.

في الكائنات الحية ، يتم تجميع الحمض النووي مع بروتينات تسمى هيستون لإنشاء مادة تسمى الكروماتين. ينقسم الكروماتين في الكائنات حقيقية النواة إلى عدد من القطع المتميزة ، تسمى الكروموسومات. يتم نقل الحمض النووي من الآباء إلى نسلهم ، ولكن تم نقل بعض من الحمض النووي الخاص بك من والدتك حصرا ، كما سترى.

هيكل الحمض النووي

يتكون الحمض النووي من النيوكليوتيدات ، ويشتمل كل نيوكليوتيد على قاعدة نيتروجينية ، واحدة إلى ثلاث مجموعات من الفوسفات (في الحمض النووي ، يوجد واحد فقط) وجزيء سكر مكون من خمسة الكربون يسمى deoxyribose. (السكر المقابل في الحمض النووي الريبي هو الريبوز).

في الطبيعة ، يوجد الحمض النووي كجزيء مقترن بفرعين مكملين. يتم ربط هذين الحلقتين في كل النوكليوتيدات في الوسط ، ويتم "الملتوية" الناتجة في شكل الحلزون المزدوجأو زوج من اللوالب تعويض.

القواعد النيتروجينية تأتي في واحدة من أربعة أنواع: الأدينين (A) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G) والثيمين (T). يوجد الأدينين والجوانيين في فئة من الجزيئات تسمى البيورينات ، والتي تحتوي على حلقتين كيميائيتين متصلتين ، في حين ينتمي السيتوزين والثيمين إلى فئة الجزيئات المعروفة باسم بيريميدين ، والتي تكون أصغر وتحتوي على حلقة واحدة فقط.

ربط قاعدة زوج محدد

إن الترابط بين القواعد بين النيوكليوتيدات في فروع مجاورة هو الذي يخلق "درجات" الحمض النووي "سلم". كما يحدث ، يمكن أن يرتبط البيورين فقط بالبيريميدين في هذا الإعداد ، وهو أكثر تحديداً من ذلك: A يرتبط ب T و فقط ، بينما يرتبط C ب G و فقط G.

هذه واحد إلى واحد الاقتران قاعدة يعني أنه إذا كان تسلسل النيوكليوتيدات (مرادفًا لـ "تسلسل القواعد" لأغراض عملية) لأحد سلاسل DNA معروفًا ، يمكن بسهولة تحديد تسلسل القواعد في الآخر ، حبلا مكملاً.

ينشأ الترابط بين النيوكليوتيدات المجاورة في نفس شريط الدنا عن طريق تكوين روابط هيدروجينية بين سكر النوكليوتيدات ومجموعة الفوسفات من التالي.

أين يوجد الحمض النووي؟

في الكائنات بدائية النواة ، يجلس الحمض النووي في السيتوبلازم في الخلية ، حيث تفتقر بدائيات النواة إلى نوى. في خلايا حقيقية النواة ، يجلس الحمض النووي في النواة. هنا ، هو كسر في الكروموسومات. البشر لديهم 46 كروموسومات متميزة مع 23 من كل والد.

تتميز 23 كروموسومات مختلفة جميعها بالمظهر الجسدي تحت المجهر ، بحيث يمكن ترقيمها من 1 إلى 22 ثم X أو Y لكروموسوم الجنس. تسمى الكروموسومات المقابلة من آباء مختلفين (على سبيل المثال ، الكروموسوم 11 من والدتك والكروموسوم 11 من والدك) كروموسومات متماثلة.

تم العثور على الحمض النووي أيضا في الميتوكوندريا من حقيقيات النوى عموما وكذلك في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية على وجه التحديد. هذا في حد ذاته يدعم الفكرة السائدة بأن كلا هاتين العضيتين كانا موجودين كبكتيريا قائمة بذاتها قبل أن تغمرهما حقيقيات حقيقيات النواة منذ أكثر من ملياري سنة.

حقيقة أن الحمض النووي في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء رمز للمنتجات البروتين أن الحمض النووي النووي لا يضفي المزيد من المصداقية لهذه النظرية.

لأن الحمض النووي الذي يشق طريقه إلى الميتوكوندريا لا يصل إلى هناك إلا من خلية بيض الأمهات ، وذلك بفضل الطريقة التي يتم بها الجمع بين الحيوانات المنوية والبيض ، ويأتي كل الحمض النووي للميتوكوندريا عبر خط الأم ، أو أمهات الكائنات الحية التي يجري فحص الحمض النووي.

تكرار الحمض النووي

قبل كل انقسام الخلايا ، يجب نسخ كل من الحمض النووي في نواة الخلية ، أو تكرارها، بحيث يكون لكل خلية جديدة تم إنشاؤها في التقسيم الذي سيأتي قريبًا نسخة. لأن الحمض النووي المزدوج تقطعت به السبل ، يجب أن يتم خلعه قبل بدء النسخ المتماثل ، بحيث يكون للإنزيمات والجزيئات الأخرى التي تشارك في التكرار مجال على طول الخيوط للقيام بعملها.

عند نسخ حبلا DNA واحد ، يكون المنتج في الواقع حبلاً جديداً مكملاً لقالب القالب (المنسوخ). وبذلك يكون له نفس تسلسل الحمض النووي الأساسي الذي كان حبلاً مرتبطًا بالقالب قبل بدء النسخ المتماثل.

وهكذا يقترن كل حبلا من الحمض النووي القديم بحمض DNA واحد جديد في كل جزيء الحمض النووي المزدوج المتماثل المزدوج الجديد. يشار إلى هذا باسم النسخ المتماثل شبه المحافظ.

الإنترونات و Exons

الحمض النووي يتكون من إنتروناتأو أقسام الحمض النووي التي لا ترمز لأي منتجات البروتين و الإكسونات، وهي مناطق الترميز التي تصنع منتجات البروتين.

الطريقة التي يمر بها الإكسونات عبر المعلومات حول البروتينات تمر عبر نسخة رسمية مكتوبة أو مطبوعة أو صنع رسول الحمض النووي الريبي (مرنا) من الحمض النووي.

عندما يتم نسخ حبلا الحمض النووي ، يكون للخيوط الناتجة من الرنا الريباسي نفس التسلسل الأساسي مثل حبلا الحمض النووي المكون للحمض النووي ، باستثناء اختلاف واحد: حيث يحدث الثيمين في الحمض النووي ، يوراسيل (يو) يحدث في الحمض النووي الريبي.

قبل إرسال الرنا المرسال لترجمته إلى بروتين ، يجب إخراج الإنترونات (الجزء غير المشفر من الجينات) من الشريط. تعمل الإنزيمات على "لصق" أو "قص" الإنترونات من الأشرطة وإرفاق جميع الإكسونات معًا لتشكيل حبلا الترميز النهائي لرنا.

وهذا ما يسمى معالجة RNA بعد النسخ.

نسخ الحمض النووي الريبي

أثناء نسخ الحمض النووي الريبي ، يتم إنشاء حمض الريبونوك من شرائط من الحمض النووي التي تم فصلها عن شريكها التكميلي. حبلا الحمض النووي المستخدمة على هذا النحو يعرف باسم حبلا القالب. يعتمد النسخ نفسه على عدد من العوامل ، بما في ذلك الإنزيمات (على سبيل المثال ، بوليميريز الحمض النووي الريبي).

يحدث النسخ في النواة. عندما يكتمل حبلا mRNA ، فإنه يترك النواة من خلال المظروف النووي حتى يتم تثبيته على أ الريبوسوم، حيث تتكشف الترجمة وتخليق البروتين. وهكذا يتم فصل النسخ والترجمة فعليًا عن بعضهما البعض.

كيف تم اكتشاف بنية الحمض النووي؟

جيمس واتسون و فرانسيس كريك من المعروف أن المشاركين في الكشف عن واحد من أعمق أسرار في البيولوجيا الجزيئية: بنية الحمض النووي الحلزوني المزدوج والشكل ، والجزيء المسؤول عن الشفرة الوراثية الفريدة التي يحملها الجميع.

بينما حصل الثنائي على مكانه في قاعة العلماء العظماء ، كان عملهم مرهونًا بنتائج مجموعة متنوعة من العلماء والباحثين الآخرين ، سواء في الماضي أو في وقت عمل واتسون وكريكس.

في منتصف القرن العشرين ، في عام 1950 ، النمساوي إروين تشارجاف اكتشف أن كمية الأدينين في خيوط الحمض النووي وكمية الثيمين الموجودة كانت دائمًا متطابقة ، وأن هناك علاقة مماثلة تمسك بها مع السيتوزين والجوانين. وبالتالي فإن كمية البيورينات الحالية (A + G) تساوي كمية البيريميدات الموجودة.

أيضا ، العالم البريطاني روزاليند فرانكلين استخدمت البلورات بالأشعة السينية للتكهن بأن فروع الحمض النووي تشكل مجمعات تحتوي على الفوسفات الموجودة على طول الجزء الخارجي من الشريط.

كان هذا متفقًا مع نموذج الحلزون المزدوج ، لكن فرانكلين لم يتعرف على هذا لأنه لم يكن لدى أي أحد سبب وجيه للشك في شكل الحمض النووي. ولكن بحلول عام 1953 ، تمكن واتسون وكريك من تجميع كل ذلك باستخدام أبحاث فرانكلين. وقد ساعدهم حقيقة أن بناء نماذج الجزيئات الكيميائية كان بحد ذاته مسعى يتحسن بسرعة في ذلك الوقت