ثقافةطب

الأحماض النووية

الأحماض النووية: التركيب والوظيفة والأنواع والأمثلة

تمثل الأحماض النووية إحدى الفئات الأربع الرئيسية للجزيئات الحيوية ، وهي المواد التي تتكون منها الخلايا. والبعض الآخر عبارة عن بروتينات وكربوهيدرات ودهون (أو دهون).

تختلف الأحماض النووية ، التي تشمل الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) والحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، عن الجزيئات الحيوية الثلاثة الأخرى من حيث أنه لا يمكن استقلابها لتوفير الطاقة للكائن الأصلي.

(لهذا السبب لا ترى “حمض نووي” على ملصقات معلومات التغذية).

الأحماض النووية

وظيفة وأساسيات الحمض النووي

وظيفة DNA و RNA هي تخزين المعلومات الجينية. يمكن العثور على نسخة كاملة من الحمض النووي الخاص بك في نواة كل خلية تقريبًا في جسمك ،

مما يجعل هذا التجميع للحمض النووي – يسمى الكروموسومات في هذا السياق – يشبه القرص الصلب لجهاز كمبيوتر محمول.

في هذا المخطط ، يحتوي طول RNA من النوع المسمى messenger RNA على التعليمات المشفرة لمنتج بروتين واحد فقط (أي أنه يحتوي على جين واحد) وبالتالي فهو أشبه بـ “محرك الإبهام” الذي يحتوي على ملف واحد مهم.

يرتبط DNA و RNA ارتباطًا وثيقًا. الاستبدال الفردي لذرة الهيدروجين (–H) في الحمض النووي لمجموعة الهيدروكسيل (–OH) المرتبطة بذرة الكربون المقابلة في الحمض النووي الريبي. (RNA) يمثل الاختلاف الكيميائي والبنيوي الكامل بين الحمضين النوويين.

كما سترون ، كما يحدث غالبًا في الكيمياء ، فإن ما يبدو أنه اختلاف بسيط على المستوى الذري له عواقب عملية واضحة وعميقة.

تركيب الأحماض النووية

تتكون الأحماض النووية من النيوكليوتيدات ، وهي مواد تتكون في حد ذاتها من ثلاث مجموعات كيميائية متميزة: سكر البنتوز ، ومجموعة واحدة إلى ثلاث مجموعات فوسفاتية ، وقاعدة نيتروجينية .

سكر البنتوز في الحمض النووي الريبي هو الريبوز ، بينما السكر الموجود في الحمض النووي هو الديوكسيريبوز. أيضًا ، في الأحماض النووية ، تحتوي النيوكليوتيدات على مجموعة فوسفات واحدة فقط. أحد الأمثلة على النيوكليوتيدات المشهورة التي تحتوي على مجموعات فوسفات متعددة هو ATP ، أو ثلاثي فوسفات الأدينوزين . يشارك ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) في العديد من العمليات نفسها التي يقوم بها ATP.

يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي المفردة طويلة بشكل غير عادي ويمكن أن تمتد بطول الكروموسوم بأكمله. جزيئات الحمض النووي الريبي محدودة في الحجم أكثر من جزيئات الحمض النووي ولكنها لا تزال مؤهلة كجزيئات كبيرة.

الاختلافات المحددة بين DNA و RNA

يحتوي الريبوز (سكر الحمض النووي الريبي) على حلقة من خمس ذرات تشتمل على أربعة من أصل خمسة ذرات كربون في السكر. ثلاثة من المجموعات الأخرى مشغولة بمجموعات الهيدروكسيل (–OH) ، واحدة بواسطة ذرة الهيدروجين والأخرى بواسطة مجموعة هيدروكسي ميثيل (–CH2OH).

الاختلاف الوحيد في deoxyribose (سكر الحمض النووي) هو أن واحدة من مجموعات الهيدروكسيل الثلاث (المجموعة الموجودة في وضع 2-carbon) قد اختفت واستُبدلت بذرة هيدروجين.

أيضًا ، بينما يحتوي كل من DNA و RNA على نيوكليوتيدات مع واحدة من أربع قواعد نيتروجينية محتملة متضمنة ، فإن هذه تختلف قليلاً بين الحمضين النوويين. يتميز الحمض النووي بالأدينين (A) والسيتوزين (C) والجوانين (G) والثيمين. في حين أن الحمض النووي الريبي يحتوي على A و C و G ولكن اليوراسيل (U) بدلاً من الثايمين.

أنواع الأحماض النووية

ترتبط معظم الاختلافات الوظيفية بين DNA و RNA بأدوارهما المختلفة بشكل ملحوظ في الخلايا. الحمض النووي هو المكان الذي يتم فيه تخزين الشفرة الجينية للحياة – ليس فقط التكاثر ولكن أنشطة الحياة اليومية.

RNA ، أو على الأقل mRNA ، مسؤول عن جمع نفس المعلومات وإحضارها إلى الريبوسومات خارج النواة حيث يتم بناء البروتينات التي تسمح بتنفيذ تلك الأنشطة الأيضية المذكورة أعلاه.

التسلسل الأساسي للحمض النووي هو المكان الذي يتم فيه نقل رسائله المحددة ، وبالتالي يمكن القول أن القواعد النيتروجينية هي المسؤولة في النهاية عن الاختلافات في الحيوانات من نفس النوع – أي المظاهر المختلفة لنفس السمة (على سبيل المثال ، لون العين ، نمط شعر الجسم).

الاقتران الأساسي في الأحماض النووية

اثنان من القواعد في الأحماض النووية (A و G) هي البيورينات ، في حين أن اثنين (C و T في الحمض النووي ؛ C و U في RNA) هما بيريميدين. تحتوي جزيئات البيورين على حلقتين مدمجتين ، بينما تحتوي البيريميدينات على حلقة واحدة فقط وتكون أصغر بشكل عام. كما ستعرف قريبًا ، فإن جزيء الحمض النووي مزدوج الشريطة بسبب الترابط بين النيوكليوتيدات في الخيوط المجاورة.

لا يمكن لقاعدة البيورين أن ترتبط إلا بقاعدة بيريميدين ، لأن اثنين من البيورينات سوف تشغل مساحة كبيرة جدًا بين الخيوط واثنين من البيريميدينات قليلة جدًا ، مع تركيبة البيورين-بيريميدين بالحجم المناسب.

لكن الأشياء في الواقع يتم التحكم فيها بشكل أكثر إحكامًا من هذا: في الأحماض النووية ، ترتبط A فقط بـ T ( أو U في RNA) ، بينما يرتبط C بـ G فقط .

هيكل الحمض النووي

حصل الوصف الكامل لجزيء الحمض النووي على أنه حلزون مزدوج الشريطة في عام 1953 بواسطة جيمس واتسون وفرانسيس كريك في النهاية على جائزة نوبل للثنائي ، على الرغم من أن عمل حيود الأشعة السينية لروزاليند فرانكلين في السنوات التي أدت إلى هذا الإنجاز كان مفيدًا في نجاح الزوج وغالبًا ما يتم التقليل من قيمته في كتب التاريخ.

في الطبيعة ، يوجد الحمض النووي على شكل حلزون لأن هذا هو الشكل الأكثر فعالية لمجموعة معينة من الجزيئات التي يحتوي عليها.

تختبر السلاسل الجانبية والقواعد والأجزاء الأخرى من جزيء الحمض النووي المزيج الصحيح من عوامل الجذب الكهروكيميائية والتنافر الكهروكيميائي بحيث يكون الجزيء أكثر “راحة” في شكل حلزوني ، متوازين قليلاً عن بعضهما البعض ، مثل السلالم الحلزونية المتشابكة .

الترابط بين مكونات النيوكليوتيدات

تتكون خيوط الحمض النووي من مجموعات الفوسفات المتناوبة وبقايا السكر ، مع القواعد النيتروجينية المرتبطة بجزء مختلف من جزء السكر. يمتد خيط DNA أو RNA بفضل الروابط الهيدروجينية المتكونة بين مجموعة الفوسفات لنيوكليوتيد واحد وبقايا السكر في المجموعة التالية.

على وجه التحديد ، يتم إرفاق الفوسفات عند الرقم 5 كربون (غالبًا ما يكون 5 ‘) للنيوكليوتيدات الواردة بدلاً من مجموعة الهيدروكسيل على الكربون رقم 3 (أو 3’) من عديد النوكليوتيد المتنامي (حمض نووي صغير). يُعرف هذا باسم ارتباط phosphodiester .

وفي الوقت نفسه ، تصطف جميع النيوكليوتيدات ذات القواعد A مع النيوكليوتيدات مع قواعد T في DNA والنيوكليوتيدات مع قواعد U في RNA ؛ أزواج C بشكل فريد مع G في كليهما.

يقال إن خيطي جزيء الحمض النووي مكملان لبعضهما البعض ، لأنه يمكن تحديد التسلسل الأساسي لأحدهما باستخدام التسلسل الأساسي للآخر بفضل مخطط الاقتران البسيط لجزيئات الحمض النووي.

هيكل الحمض النووي الريبي

الحمض النووي الريبي ، كما لوحظ ، يشبه بشكل غير عادي الحمض النووي على المستوى الكيميائي ، مع وجود قاعدة نيتروجينية واحدة فقط من بين أربعة ذرات مختلفة وذرة أكسجين واحدة “إضافية” في سكر الحمض النووي الريبي. من الواضح أن هذه الاختلافات التي تبدو تافهة كافية لضمان سلوك مختلف تمامًا بين الجزيئات الحيوية.

والجدير بالذكر أن الحمض النووي الريبي (RNA) أحادي الجديلة . أي أنك لن ترى مصطلح “الخيط التكميلي” المستخدم في سياق هذا الحمض النووي. ومع ذلك ، يمكن أن تتفاعل أجزاء مختلفة من نفس خيط الحمض النووي الريبي مع بعضها البعض ، مما يعني أن شكل الحمض النووي الريبي يختلف في الواقع أكثر من شكل الحمض النووي (الحلزون المزدوج دائمًا). وفقًا لذلك ، هناك العديد من الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبي.

أنواع الحمض النووي الريبي

  • يستخدم mRNA ، أو messenger RNA ، الاقتران الأساسي التكميلي لنقل الرسالة التي يعطيها الحمض النووي أثناء النسخ إلى الريبوسومات ، حيث يتم ترجمة هذه الرسالة إلى تخليق البروتين. يتم وصف النسخ بالتفصيل أدناه.
  • يشكل الرنا الريباسي ، أو الرنا الريبوزومي ، جزءًا كبيرًا من كتلة الريبوسومات ، وهي الهياكل داخل الخلايا المسؤولة عن تخليق البروتين. يتكون الجزء المتبقي من كتلة الريبوسومات من بروتينات.
  • يلعب الحمض النووي الريبي ، أو نقل الحمض النووي الريبي ، دورًا مهمًا في الترجمة عن طريق نقل الأحماض الأمينية الموجهة لسلسلة البولي ببتيد النامية إلى المكان الذي يتم فيه تجميع البروتينات. هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية في الطبيعة ، ولكل منها الحمض الريبي النووي النقال الخاص بها.

الطول التمثيلي للحمض النووي

تخيل أنك قدمت مع خيط من الحمض النووي بالتسلسل الأساسي AAATCGGCATTA. بناءً على هذه المعلومات وحدها ، يجب أن تكون قادرًا على استنتاج شيئين بسرعة.

الأول ، أن هذا هو DNA ، وليس RNA ، كما يتضح من وجود الثايمين (T). الشيء الثاني الذي يمكنك إخباره هو أن الخيط التكميلي لجزيء الحمض النووي هذا يحتوي على التسلسل الأساسي TTTAGCCGTAAT.

يمكنك أيضًا التأكد من خيط mRNA الذي سينتج عن هذا الخيط من الحمض النووي الذي يخضع لنسخ الحمض النووي الريبي. سيكون لها نفس تسلسل القواعد مثل حبلا DNA التكميلي ، مع استبدال أي حالات من الثايمين (T) بـ uracil (U).

وذلك لأن تكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي يعملان بشكل مشابه حيث أن الخيط المصنوع من خيط القالب ليس تكرارًا لذلك الخيط ، ولكنه مكمله أو ما يعادله في الحمض النووي الريبي.

تكرار الحمض النووي

لكي يقوم جزيء الحمض النووي بعمل نسخة من نفسه ، يجب أن ينفصل خيوط اللولب المزدوج بالقرب من النسخ. هذا بسبب نسخ (تكرار) كل حبلا بشكل منفصل ولأن الإنزيمات والجزيئات الأخرى التي تشارك في تكرار الحمض النووي تحتاج إلى مساحة للتفاعل ، وهو ما لا يوفره الحلزون المزدوج. وهكذا ينفصل الخصلان جسديًا ، ويقال إن الحمض النووي قد تغير طبيعته .

كل خصلة منفصلة من الحمض النووي تجعل خيطًا جديدًا مكملًا لنفسه ، ويبقى مرتبطًا به. لذا ، بمعنى ما ، لا يوجد شيء مختلف في كل جزيء جديد مزدوج الشريطة من جزيء الأصل. كيميائيا ، لديهم نفس التركيب الجزيئي . لكن أحد الخيوط الموجودة في كل حلزون مزدوج جديد تمامًا بينما بقي الآخر من النسخ المتماثل نفسه.

عندما يحدث تكرار الحمض النووي في وقت واحد على طول الخيوط التكميلية المنفصلة ، يحدث تخليق الخيوط الجديدة في الواقع في اتجاهين متعاكسين. من ناحية ، فإن الخيط الجديد ينمو ببساطة في اتجاه “فك ضغط” الحمض النووي حيث يتم تغيير طبيعته.

على الجانب الآخر ، ومع ذلك ، يتم تصنيع أجزاء صغيرة من الحمض النووي الجديد بعيدًا عن اتجاه فصل الخيوط. تسمى هذه الأجزاء بشظايا أوكازاكي ، وتتحد ببعضها بواسطة الإنزيمات بعد بلوغها طولًا معينًا. هذان الشريطان الجديدان من الحمض النووي متضادان مع بعضهما البعض.

نسخ الحمض النووي الريبي

يشبه نسخ الحمض النووي الريبي استنساخ الحمض النووي من حيث أن عدم اقتران خيوط الحمض النووي ضروري لبدء العملية. يتم تصنيع mRNA على طول قالب DNA عن طريق الإضافة المتسلسلة لنيوكليوتيدات RNA بواسطة إنزيم RNA polymerase.

هذا النسخ الأولي من الحمض النووي الريبي الذي تم إنشاؤه من الحمض النووي يخلق ما نسميه pre-mRNA . يحتوي هذا الشريط pre-mRNA على كل من الإنترونات والإكسونات . الإنترونات والإكسونات عبارة عن أقسام داخل DNA / RNA تعمل أو لا تقوم بتشفير أجزاء من منتج الجين.

الإنترونات هي أقسام غير مشفرة (تسمى أيضًا “ أقسام int erfering”) بينما exons هي أقسام ترميز (تسمى أيضًا “ أقسام مضغوطة مسبقًا”).

قبل أن تترك هذه السلسلة من الرنا المرسال النواة ليتم ترجمتها إلى بروتين ، فإن الإنزيمات الموجودة داخل النواة ، والمعروفة أيضًا باسم قطع ، الإنترونات لأنها لا ترمز لأي شيء في هذا الجين المعين. تقوم الإنزيمات بعد ذلك بتوصيل تسلسلات intron المتبقية لتعطيك خيط mRNA النهائي.

عادةً ما يشتمل أحد خيوط الرنا المرسال بالضبط على التسلسل الأساسي الضروري لتجميع بروتين فريد واحد في نهاية عملية الترجمة ، مما يعني أن جزيءًا واحدًا من الرنا المرسال يحمل عادةً المعلومات الخاصة بجين واحد . الجين هو تسلسل DNA يرمز لمنتج بروتيني معين.

بمجرد اكتمال النسخ ، يتم تصدير حبلا الرنا المرسال من النواة من خلال المسام في الغلاف النووي. (جزيئات الحمض النووي الريبي أكبر من أن تنتشر ببساطة عبر الغشاء النووي ، مثلها مثل الماء والجزيئات الصغيرة الأخرى). ثم “ترسو” مع الريبوسومات في السيتوبلازم أو داخل عضيات معينة ، ويبدأ تصنيع البروتين .

كيف يتم استقلاب الأحماض النووية؟

لا يمكن استقلاب الأحماض النووية للحصول على الوقود ، ولكن يمكن تكوينها من جزيئات صغيرة جدًا أو تقسيمها من شكلها الكامل إلى أجزاء صغيرة جدًا.

 يتم تصنيع النيوكليوتيدات من خلال التفاعلات الابتنائية ، غالبًا من النيوكليوسيدات ، وهي نيوكليوتيدات مطروح منها أي مجموعات فوسفات (أي أن النيوكليوسيد هو سكر ريبوز بالإضافة إلى قاعدة نيتروجينية).

يمكن أيضًا تحلل الحمض النووي والحمض النووي الريبي: من النيوكليوتيدات إلى النيوكليوسيدات ، ثم إلى القواعد النيتروجينية وفي النهاية إلى حمض اليوريك.

تفكك الأحماض النووية مهم للصحة العامة . على سبيل المثال ، يرتبط عدم القدرة على تكسير البيورينات بالنقرس ، وهو مرض مؤلم يصيب بعض المفاصل بفضل ترسبات بلورات اليورات في تلك المواقع.

إقرأ المزيد عن الصحة هنا

عن الطبيعة والجمال

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى