الحمض النووي

[خليل عمر]

الحمض النووي
الحمض النووي Deoxyribo (DNA) أو "Deoxyribo Nucleic Acid" هو اسم كيميائي مركب يحتوي على جميع المعلومات الوراثية والخصائص الوراثية للكائنات الحية. يحتوي هذا الجزيء على خيطين طويلين جدًا يتصاعدان معًا لتشكيل بنية "الحلزون المزدوج". يوجد الحمض النووي في جميع خلايا الكائنات الحية وينتقل من الخلايا الأم إلى النسل.
ما هو الحمض النووي؟
يحمل الحمض النووي جميع الشفرات الجينية والمعلومات الخاصة بالحيوانات والنباتات وحتى الفيروسات ، وهو أمر حيوي لنمو الكائنات الحية وتطورها وبقائها وتكاثرها ووظائفها الأخرى. موقع الحمض النووي للخلايا الحيوانية المختلفة هو نواة الخلية ، والتي تُعرف باسم مركز إرسال التعليمات لصنع البروتينات وأنواع الحمض النووي الريبي في جسم الكائنات الحية. يسمى هذا الجزيء DNA بسبب تركيبته ومكوناته. في الواقع ، جزيء الحمض النووي عبارة عن بوليمر طويل يتكون من جزيئات سكر مكونة من 5 كربون (بنتوز) ، وقواعد عضوية نيتروجينية وفوسفات . Deoxyribose يشير اسم سكر البنتوز والحمض النووي إلى الفوسفات والقواعد العضوية في الجزيء. القواعد العضوية النيتروجينية لها بنية دائرية وتوجد في أربعة أشكال في جزيء الحمض النووي: الأدينين A والجوانين G والسيتوزين C والثايمين T

تنقسم هذه القواعد إلى مجموعتين من البيورينات أو حلقتين A ، G وبيريميدين أو حلقات مفردة C ، T على الرغم من أن الحمض النووي يحتوي على بنية بسيطة من ثلاثة أجزاء: قواعد السكر والفوسفات والنيتروجين ، فإن ترتيب هذه القواعد يخلق تعقيدات لا حصر لها في هذا الجزيء ، بحيث تكون جميع الاختلافات والاختلافات في الكائنات الحية بسبب ترتيب وتسلسل هذه القواعد تم إنشاؤه.
هيكل الحمض النووي
يتكون جزيء الحمض النووي من وحدات تسمى " النيوكليوتيدات " . تتكون النيوكليوتيدات من سكر خماسي الكربون وفوسفات وقاعدة عضوية ، بحيث يتم ربط قاعدة عضوية بالسكر عن طريق الرابطة التساهمية ويتم ربط مجموعة الفوسفات بالسكر بواسطة رابطة تساهمية. يتم ربط النيوكليوتيدات معًا بواسطة رابطة فوسفوديستر عبر فوسفات أحد النوكليوتيدات و OH لسكر نيوكليوتيد آخر لتكوين خيوط عديد النوكليوتيد.

يتكون جزيء الحمض النووي من خيطين ، كل منهما عبارة عن خيط طويل متعدد النوكليوتيد يتم ربطه معًا بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد العضوية. إن الرابطة الهيدروجينية بين قواعد النيتروجين محددة تمامًا ؛ بهذه الطريقة ، يتم ربط قاعدتي الأدينين والثايمين برابطة هيدروجينية ، ويتم تكوين ثلاث روابط هيدروجينية بين قاعدتي السيتوزين والجوانين. في هذا المبنى المصمم على شكل سلم ، تشكل هياكل فوسفات السكر كأعمدة وقواعد عضوية جنبًا إلى جنب مع روابط الهيدروجين خطوات هذا السلم. في بنية الحمض النووي ، يكون كل من الخيطين متوازيًا وغير متماثل مع بعضهما البعض ؛ وبالتالي ، إذا كانت الخصلة تحتوي على مجموعة فوسفات ('5) في البداية وشريط هيدروكسيل (' 3) في النهاية ، فإن الوضع في الخيط المقابل هو عكس ذلك ؛ هذا يعني أنه في بداية الخيط الثاني توجد مجموعة الهيدروكسيل وفي النهاية توجد مجموعة الفوسفات.
يتكون الحمض النووي في خلايا جسم الإنسان من ثلاثة مليارات زوج قاعدي ، في حين أن 99٪ من هذه المتواليات هي نفسها في جميع البشر. وفقًا للدراسات ، ينتمي أقصر جزيء DNA إلى بكتيريا تسمى كارسونيلا رودي ، تعيش في جسم الحشرة. يحتوي الحمض النووي لهذه البكتيريا على 160.000 زوج قاعدي. تم العثور على أكبر جزيء DNA في نبات يسمى Paris Japonica بطول 150 مليار برميل.
الحمض النووي موجود في أي جزء من جسم الكائنات الحية المختلفة؟
بالنظر إلى وجود نوعين من الخلايا في كائنات مختلفة ، يمكن أن تكون الإجابة على هذا السؤال مختلفة. هاتان المجموعتان من الخلايا في الكائنات الحية تشمل الخلايا حقيقية النواة والخلايا بدائية النواة. يمتلك البشر والعديد من الحيوانات الأخرى خلايا حقيقية النواة ، مما يعني أن خلاياهم لها غشاء محدد حول النواة والأعضاء الأخرى داخل الخلايا. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم تضمين الحمض النووي في بنية النواة ، وتوجد كمية صغيرة من الحمض النووي في عضو يسمى الميتوكوندريا ، حيث تنتج الخلية الطاقة. نظرًا لوجود مساحة محدودة للحمض النووي في نواة الخلية ، يصبح الجزيء كثيفًا أثناء العمليات. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم اتخاذ خطوات مختلفة لزيادة كثافة الحمض النووي وإنشاء شكل "كروموسوم" منه.

في الكائنات الحية الأخرى ، مثل البكتيريا ، توجد الخلايا على أنها بدائيات النوى. تفتقر بدائيات النوى إلى النوى والأعضاء داخل الخلايا ، لذا فإن الحمض النووي في هذه الخلايا يكون ملتويًا جدًا في منتصف الخلية.
مراحل انضغاط جزيء الحمض النووي
من أجل أن يتلاءم الحمض النووي ، الذي يبلغ طوله حوالي مترين ، في خلية يبلغ قطرها من 10 إلى 20 ميكرون ، يجب أن يكون مضغوطًا للغاية ، وهو أمر ممكن أثناء التواء وانحناء وأحيانًا رنين الجزيء. في المرحلة الأولى ، يتم استخدام بروتينات تسمى "هيستونات" بواسطة الحمض النووي لتسهيل الالتواء. عندما يتم لف خيوط الحمض النووي حول الهيستونات ، يتم تكوين بنية تسمى الكروماتين تسمى الهياكل التي تشكل خيوطًا من الحمض النووي حول الهيستونات nucleosomes ثم لزيادة الكثافة ، يتم تحويل جزيء الحمض النووي إلى حالة من الحمض النووي تسمى الكروموسوم من خلال عملية تسمى "الالتفاف الفائق". يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA مضغوط. يوجد في البشر 23 زوجًا أو 46 كروموسومًا.

ما هو الجين؟
أي جزء من الحمض النووي يحتوي على وصفة أو رمز لصنع بروتين معين يؤدي إلى سمة أو وظيفة معينة يسمى الجين. على سبيل المثال ، يسمى جزء الحمض النووي الذي يشفر بروتين الأنسولين جين الأنسولين . تم تحديد 20.000 إلى 30.000 جين في البشر حتى الآن. تشكل الجينات البشرية حوالي 3 ٪ من إجمالي الحمض النووي لكل خلية ، ووظيفة 97 ٪ من جزيء الحمض النووي ليست مفهومة جيدًا بعد.


نموذج واتسون وكريك
في عام 1953 ، تمكن واتسون وكريك من تقديم نموذج كامل لجزيء NADNA باستخدام صور جزيئات الحمض النووي بواسطة فرانكلين وفحص الدراسات السابقة لهيكل الحمض النووي. إن بنية الحمض النووي ، وفقًا لـ Watson and Crick ، هي بنية خيطين حلزونيين حيث تحتوي القواعد العضوية داخل الجزيء على خيوط فوسفات السكر مع روابط هيدروجينية. يلتف الخيطان في اتجاه موازٍ وغير متساوٍ حول محور مركزي في اتجاهين.
وفقًا للنموذج المكاني المقترح ، يتكون الحمض النووي من وحدات تسمى النيوكليوتيدات التي ترتبط بروابط الفوسفوديستيراز. في هذا المبنى ، يمكن رؤية ثلاثة أجزاء على النحو التالي:
سكر خماسي الكربون (بنتوز) يسمى ريبوز مع ديوكسيريبوز.
القواعد العضوية الموجودة في حلقات مفردة ومزدوجة (البيورين والشيخوخة). ترتبط هذه القواعد ببعضها البعض عن طريق الرابطة الهيدروجينية وجزيء السكر عبر الكربون رقم 1 عن طريق الترابط التساهمي. في هذه الحالة ، تتكون الهياكل المسماة "نيوكليوسيدات".
في خيط من جزيء الحمض النووي ، يمكن لمجموعة الفوسفات أن تربط اثنين من النيوكليوتيدات المتجاورة معًا عن طريق ترابط الفوسفوديستر (عبر سكريات الكربونات 3 و 5). لذا فإن النيوكليوتيدات هي نيوكليوسيدات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة مجموعات الفوسفات.
قواعد Chargoff
عدد ونسبة القواعد العضوية في جزيء DNA يتبع قانون Chargoff. إذا عرفنا تسلسل وتسلسل القواعد في سلسلة من الجزيئات ، فيمكننا الحصول على تسلسل خيوط متقابلة وفقًا لمبدأ "تكامل قواعد خيطين متقابلين". وفقًا لقواعد Chargoff ، فإن العبارات التالية صحيحة:
يختلف تسلسل القواعد باختلاف الأنواع.
تتشابه شظايا الحمض النووي المختلفة لأحد الأنواع في الأنسجة المختلفة.
لا يتغير تسلسل القواعد العضوية في النوع مع تغير البيئة والتغذية وعمر الأنواع.
نسبة القواعد العضوية في جزيء DNA متساوية ، كما يلي في كل خيط من DNA:
C + G : A + T ، A = T ، C = G
كيفية تدوير اللولب
وفقًا لواتسون وكريك ، تدور خيوط الحمض النووي حول محور افتراضي ، عادةً في اتجاه عقارب الساعة. في هذا النموذج ، تتعرض مجموعات السكر والفوسفات للوسائط المائية بسبب محبتها للماء ووجود مجموعات قطبية على الجزء الخارجي من الجزيء ، في حين أن اتجاه القواعد العضوية يرجع إلى كره الماء إلى داخل الجزيء. عندما يتم تشكيل كل حلزون DNA ، تتجه الخيوط بشكل متوازي وفي اتجاهين متعاكسين. بهذه الطريقة ، إذا كان اتجاه الخيط من الكربون "5 إلى" 3 ، فإن اتجاه الخيط المعاكس يكون من الكربون "3 إلى الكربون" 5.

الأخاديد الحلزونية
ترتبط القواعد العضوية بالسكريات المكونة من 5 كربون من خلال رابطة تسمى "رابطة جليكوسيدية" ، ولكن هذه الرابطة لا تتشكل دائمًا بشكل مباشر في خط افتراضي. لذلك ، فإن أعمدة فوسفات السكر هذه المرتبطة بالقواعد قد تواجه بعضها البعض بطريقة تؤدي إلى إنشاء أخاديد بزوايا مختلفة في الحمض النووي. تتشكل هذه الأخاديد في حالتين ، كبيرة وصغيرة ، بسبب زاوية وضع رابطة الجليكوسيد بين السكر والقاعدة. في "Minor Groove" تكون الزاوية بين السكر والقاعدة 120 درجة وفي "Major Groove" تصل هذه الزاوية إلى 240 درجة. داخل الأخدود الكبير لذرات النيتروجين والأكسجين الطرفية (بمعنى ذرات النيتروجين والأكسجين الأبعد عن رابطة الجليكوسيد) توجد القواعد العضوية التي تمتد إلى محور حلزون الحمض النووي .يفتح. في الأخدود الصغير ، يتم وضع النيتروجين والأكسجين في الداخل (أقرب ذرات الأكسجين والنيتروجين إلى رابطة الجليكوسيد) للقواعد العضوية. يفتح هذا الأخدود إلى الخارج من حلزون الحمض النووي . يحمل الأخدود الكبير الكثير من المعلومات الكيميائية ، وترتبط بروتينات معينة بالحمض النووي في منطقة هذا الأخدود. ترتبط البروتينات التي لا ترتبط بالتحديد بالحمض النووي (مثل الهيستونات) وجزيئات الماء والأيونات بالحمض النووي من خلال أخاديد صغيرة.
مباني ثلاثية الأبعاد
بعد دراسة عام 1953 وإدخال نموذج واتسون وكريك ، درس العديد من العلماء حول العالم بنية هذا الجزيء بمزيد من التفصيل بناءً على نموذج الحلزوني ثنائي الشرائط. وجد الباحثون أن الحمض النووي داخل الخلية لا يُرى دائمًا في شكل نموذج حلزون مزدوج الشريطة واتسون كريك. في ظل ظروف خلوية مختلفة ، يتغير شكل وبنية الحمض النووي ، وبشكل عام ، يوجد الحمض النووي في ثلاثة أشكال رئيسية من B-DNA نموذج Watson and Creek و A-DNA و Z-DNA في الخلايا الحية.
يمكن أن يكون جزيء الحمض النووي أعسرًا أو أيمنًا ، في كل من الشكلين A و B من جزيء الحمض النووي ، يدور اللولب إلى اليمين وفي الشكل Z إلى اليسار (اليد اليسرى). في معظم الأحيان ، يوجد الحمض النووي في الخلايا البائية داخل الخلايا ، بينما عندما يتم وضع خيط من الحمض النووي أمام حبلا الحمض النووي الريبي ، أو في ظروف الجفاف ، يصبح الحمض النووي على شكل أ. نادرًا ما يُرى الشكل Z لجزيء DNA في الخلية في ظل ظروف معينة. شوهد هذا الشكل من الحمض النووي لأول مرة في تسلسل غني بتكرار GC تحت المجهر الضوئي. تم العثور على شكل Z في الخلية عندما يزيد تركيز الملح في الخلية أكثر من اللازم

الموضوع الأصلي: الحمض النووي || الكاتب: خليل عمر || المصدر: منتديات التقنية الحيوية

www.biot1.com/vb

كلمات البحث

وراثة ، العاب DNA ، برامج علمية ، تقنية حيوية ، جينات ، تعليم ، صحة ، أبحاث ، دورات علمية ، دراسات عليا ، وظائف