حقائق عن المادة الوراثية dna

في بداية القرن العشرين، تم عزل مئات المواد الكيميائية المختلفة من خلايا الكائنات الحية من قبل الكيميائيين الحيويين، وكان الحمض النووي “DNA” من بين هذه المواد، وبدت البروتينات واعدة لأنها كانت جزيئات وفيرة ومتنوعة ومعقدة، ومع ذلك، أظهرت بعض التجارب الرئيسية أن الحمض النووي “DNA” هو المادة الوراثية وليس البروتين .

تجارب حول الحمض النووي DNA

1- في تجربة جريفيث في عام 1928، حدد علماء الأحياء المجهرية سلالتين من بكتيريا تسمى `العقدية الرئوية`، وقاموا بإنتاج سلالة R التي تكونت من تجمعات خشنة على صفيحة بكتيرية، بينما كانت السلالة الأخرى S ناعمة وسلسة. والأهم من ذلك، كانت بكتيريا السلالة S-strain أو `العقدية الرئوية` تسبب حالات عدوى قاتلة عند حقنها في الفئران. لاحظ غريفيث في عام 1929 أن مزج خلايا سلالة `المعالجة حراريا` مع بعض أنواع بكتيريا السلالة R لم يكن يؤدي إلى قتل الفئران، بل توفيت الفئران واستعادت الخلايا الممرضة. وهكذا، يحتوي بعض المكونات غير الحية من سلالات النوع S على معلومات وراثية يمكن نقلها، وتحويل خلايا الإجهاد من النوع R إلى خلايا من النوع S .

قام الباحثون بتجربة أفيري وماكليود ومكارتي في عام 1944، حيث وجدوا أن نوعا معينا من الجزيء داخل الخلايا، وهو النوع S، هو المسؤول عن التحول. عليهم فصل الخلايا من النوع S إلى مكوناتها المختلفة، مثل البروتينات والسكريات الشحمية والدهون والأحماض النووية. وتبين أن الأحماض النووية هي التي تحتوي على المادة الوراثية، وهي المادة التي تتحكم في مظهر البكتيريا (أملس أو خشن) ومرضيتها. وعندما استخدموا إنزيم DNase لهضم الحمض النووي، فقدت الخلايا من النوع S القدرة على التحول .

منذ نموذج الخيوط التكميلية للحمض النووي المقترح من واتسون وكريك في عام 1953، تم تحديد ثلاث آليات ممكنة وواضحة لتكاثر الحمض النووي، وهي الشبه المحافظ، الفقاعي، والشبه المتشتت. يقترح نموذج الشبه المحافظ وجود جزيئي حمض نووي منفصلين خلال التكرار، ويعمل الشريط كقالب لتركيب سلسلة تكميلية جديدة. بينما يقترح نموذج الفقاعي أن الجزيئين الحمض النووي المزدوج يعملان كقوالب مستقلة لتركيب جزيئين جديدين بالكامل. أما النموذج المتشتت، فيحتوي على شقين متجاورين من الجزيئين الحمض النووي المزدوج ينقسمان إلى وحدات، وتتم نسخها وإعادة تجميعها، مع وجود وحدات الطباعة على الوجهين الجديدين التي تحتوي على مقاطع متناوبة من جزء واحد إلى آخر.

تجربة هيرشي تشيس

كانت التجارب التي أجراها أفيري وزملاؤه نهائية، ولكن العديد من العلماء كانوا يشكون في قبول الحمض النووي (وليس البروتينات) كمادة وراثية. وقد تم توفير النقطة المفصلية في عام 1952 من قبل ألفريد هيرشي ومارثا تشيس باستخدام الفيروس، واعتقدوا أن عدوى البلعوم يجب أن تتطلب إدخال (الحقن) في بكتيريا معينة تملي على التكاثر الفيروسي، ووجدوا أن معظم تركيبه هو بروتين، مع وجود الحمض النووي داخل غلاف البروتين من “رأسه .

الحمض النووي والفسفور

ليس هناك فسفور في البروتينات ولكنه جزء لا يتجزأ من الحمض النووي، بينما الكبريت موجود في البروتينات وليس في الحمض النووي. قام هيرشي وتشيس بدمج النظائر المشعة للفسفور والكبريت في الحمض النووي للإشريكية القولونية، واستخدموا العديد من جزيئات الفيروس لإصابة الخلايا البكتيرية، وبعد وقت كافي قاموا بقص الأشباح (البلعوم الفارغة) قرب الخلايا البكتيرية، ثم قاموا باستخدام الطرد المركزي لفصل الخلايا البكتيرية عن الأشباح، وأخيرا قاموا بقياس النشاط الإشعاعي للجزيئات .

التركيب الكيميائي للحمض النووي

الحمض النووي عبارة عن بوليمر طويل مكون من وحدات مكررة تسمى النيوكليوتيدات، وبنية الحمض النووي ديناميكية على طولها، وتكون قادرة على اللف في حلقات ضيقة وأشكال أخرى، وتتكون في جميع الأنواع من سلسلتين حلزونية مرتبطة ببعضهما البعض بواسطة روابط هيدروجينية، وكلتا السلسلتين ملفوفتين حول نفس المحور، ولهما زوج من السلاسل يبلغ نصف قطره 10 أنجسترومس (1.0 نانومتر) .

وفقا لدراسة سابقة، عندما يتم قياس سلسلة الحمض النووي في محلول مختلف، تتراوح طولها من 22 إلى 26 أنجستروم (2.2 إلى 2.6 نانومتر)، ويبلغ طول وحدة نيوكليوتيد واحدة 3.3 نانومتر، وعلى الرغم من أن كل نكليوتيد فردي صغير جدا، إلا أن بوليمر الحمض النووي يمكن أن يكون كبيرا جدا، ويحتوي على مئات الملايين من النيوكليوتيدات، كما في الكروموسوم 1، وهو أكبر كروموسوم بشري بحوالي 220 مليون زوج قاعدي، وطوله يبلغ 85 ملم .

الشكل الحلزوني للحمض النووي

لا يتواجد الحمض النووي عادة كخيط مفرد ولكن بدلا من ذلك كزوج من الخيوط المثبتة ببعضها البعض بإحكام، ويلتف هذان الشريطان الطويلان حول بعضهما البعض على شكل حلزون مزدوج، ويحتوي النيوكليوتيد على جزء من العمود الفقري للجزيء (الذي يربط السلسلة معا) وقاعدة النيوكليوب (التي تتفاعل مع شريط الحمض النووي الآخر في اللولب)، وتسمى النوكليوباز المرتبطة بالسكر بالنيوكليوزيد، والقاعدة المرتبطة بالسكر وبمجموعة واحدة أو أكثر من الفوسفات تسمى النوكليوتيدات، ويسمى البوليمر الحيوي الذي يشتمل على النيوكليوتيدات المتعددة المرتبطة (كما في الحمض النووي) باسم نيوكليوتيد .