ما هي القواعد النيتروجينية الأربعة

تعريف القواعد النيتروجينية الأربعة

القواعد النيتروجينية الأربعة هي الأساس الأساسي في علم الوراثة الجزيئي وتوجد في الحمض النووي، وتتضمن الآتي:

1. الأدينين الذي يرمز إليه بالرمز A
2. السيتوزين الذي يرمز إليه بالرمز C
3. الغوانين الذي يرمز إليه بالرمز G
4. الثيامين الذي يرمز إليه بالرمز T

تتواجد هذه البروتينات المسماة “الكودونات الثلاثية” في مجموعات من ثلاثة، وهي تعمل كتعليمات للخلايا الحية في الجسم لتحديد الأطعمة التي يمكن هضمها وتلك التي لا يمكن ذلك بسهولة، بالإضافة إلى تحديد العديد من الصفات البشرية مثل لون العين والطول النهائي للشخص عند البلوغ.

شرح القواعد النيتروجينية الأربعة

لفهم القواعد النيتروجينية الأربعة، يجب أولاً فهم النظام الجيني بشكل عام

الحمض النووي يرمز له بالرمز DNA، وهو واحد من اثنين من الأحماض النووية الموجودة في الطبيعة. الحمض النووي الآخر هو الحمض النووي الريبي. تتكون الأحماض النووية من سلاسل طويلة من النيوكليوتيدات، والتي تتضمن ثلاث عناصر: سكر بنتوز، ومجموعة فوسفات، وقاعدة نيتروجينية.

تختلف RNA و DNA في بعض النقاط الأساسية، وهي

• الديوكسي ريبوز هو السكر الموجود في الحمض النووي DNA.
• الريبوز هو السكر الموجود في الحمض النووي الريبوني RNA.

الفرق بين الحمض النووي الديوكسيريبوز والحمض النووي الريبي هو أن الديوكسيريبوز يحتوي على عدد أقل من ذرة الأكسجين خارج الحلقة المركزية، ويكون دائمًا مزدوج الشريطة، في حين أن الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة.

مع وجود الحمض النووي DNA الذي يحتوي على القواعد النيتروجينية الأربعة (A و C و G و T)، فإن الحمض النووي الريبوزي RNA يحتوي على (A و C و G و U، والحرف U يعوض الثيمين T)، ويجب وجود الفرق بين اليوراسيل والثيامين لتوقف الإنزيمات عن العمل على الحمض النووي RNA والعكس صحيح.

ما هي القاعدة النيتروجينية

تحتوي القواعد النيتروجينية على النيتروجين بنسبة تعتمد على كتلتها الإجمالية، وتعمل كمستقبلات لبروتون ذرة الهيدروجين وتحمل صافي موجب الشحنة الكهربائية.

تصنف الأدينين والغوانين على أنهما بيورينات، ويتألف البيروينات من حلقة من ستة أعضاء يتم دمجها في حلقة من خمسة أعضاء، وتتضمن هذه الحلقات أربعة ذرات نيتروجين وخمسة ذرات كربون، بالإضافة إلى مكونات أخرى تتساقط من الحلقات.

تصنف السيتوزين والثيامين كبيريميدينات، والتي تحتوي على ستة أعضاء فقط، تتكون من ذرتين من النيتروجين بالإضافة إلى أربع ذرات من الكربون ومكونات أخرى تحتوي عليها كل قاعدة، وتتساقط من الحلقة.

اهمية القواعد النيتروجينية الأربعة

بعد دراسة الحمض النووي والحمض النووي الريبي، تبين لنا أن القواعد النيتروجينية الأربعة الموجودة في الحمض النووي DNA هي: الأدينين (A) والسيتوزين (C) والغوانين (G) والثايمين (T).

تشكل هذه القواعد جزءًا من الحمض النووي المسؤول في النهاية عن تنوع المنتجات الجينية لدى الكائنات الحية، كما أنها المكان الذي يتم فيه إنشاء الرموز.

يتم اقتران الأدينين في خيط الحمض النووي مع الثايمين لأنهما من البيورينات، بينما يتم اقتران السيتوزين مع الغوانين لأنهما من البيريميدينات.

تتكون البيورينات من حلقة مكونة من ستة أعضاء من النيتروجين والكربون، وحلقة مكونة من خمسة أعضاء من النيتروجين والكربون، ويتشارك مسدس وخماسي جانبًا. يشتمل تخليق البيورين على تغيير وتبديل كيميائي لسكر الريبوز، متبوعًا بإضافة مجموعات أمينية (-NH2).

يحتوي البيريميدين على حلقة مكونة من ستة أعضاء تحتوي على النيتروجين والكربون، مثل البيورينات، ولكنه يفتقر إلى حلقة البيورين المكونة من خمسة أعضاء من النيتروجين والكربون، مما يجعل البيورينات تحتوي على كتلة جزيئية أعلى من البيريميدينات.

تتم عملية تخليق النيوكليوتيدات التي تحتوي على البيريميدينات والتي تحتوي على البيورينات بترتيب معاكس في خطوة واحدة

في البيريميدين، يتم تجميع الجزء الأساسي أولاً، ثم يتم تعديل باقي الجزء ليصبح نيوكليوتيد لاحقًا.

يتم في البيورينات تعديل الجزء الذي يتحول في النهاية إلى الأدينين أو الجوانين في تكوين النوكليوتيدات.

تشكل روابط البيورين – البيرميدين روابط هيدروجينية في الحمض النووي، إما أن تكون هذه الروابط:

• روابط هيدروجينية مرتبطة بالاكسجين.
• روابط هيدروجينية مرتبطة بالنيتروجين.

يتم تجميع الغلوتين والسيتوزين برابطة HN ورابطة HO واحدة، بينما يتم تجميع الأدينين والثيامين برابطة HN ورابطة HO واحدة.

تكسير البيورين والبيريميدين

عند تفكيك أو استقلاب البيورينات في جسم الإنسان، يتم إنتاج حمض اليوريك في النهاية والذي يتم إفرازه في البول.

يتم إخضاع الأدينين والغوانين لعمليات تحلل مختلفة قليلًا، ثم تتأكسد هذه النواقل القاعدية لتوليد حمض البوليك.

على الرغم من أن حمض اليوريك لا يمكن تحليله بشكل كامل، إلا أنه يتم التخلص منه بشكل طبيعيعن طريق البول، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يتراكم فائض من حمض البوليك الذي يمكن أن يسبب مشاكل صحية.

عندما يتحد حمض اليوريك مع أيونات الكالسيوم، قد يؤدي ذلك إلى تكون حصوات في الكلى أوالمثانة، وكلاهما يسبب الألم.

يمكن أن يؤدي ارتفاع حمض البوليك إلى حالة تسمى النقرس، والتي تحدث بسبب ترسب بلورات حمض البوليك في الأنسجة المختلفة في جميع أنحاء الجسم.

يمكن السيطرة على هذه المخاطر عن طريق تقليل تناول الأطعمة التي تحتوي على البيورين، مثل الأعضاء الحيوانية، أو باستخدام الوبيورينول الذي يغير مسار تحلل البيورين بعيدًا عن حمض البوليك من خلال التدخل في الإنزيمات الرئيسية.

تكون عملية تفكك البيريميدينات أسهل من عملية تفكك البيورينات، حيث يتم كسر الحلقة، وتتكون المنتجات النهائية من مواد بسيطة وشائعة، مثل الأحماض الأمينية والأمونيا وثاني أكسيد الكربون.

تخليق البيورين والبيريميدين

تتم تجميع البيورينات، التي يتم إنتاجها في الكبد بشكل أساسي، من الأحماض الأمينية الجلايسين والأسبارتات والغلوتامات التي تعمل على توفير النيتروجين، وكذلك من حمض الفوليك وثاني أكسيد الكربون الذي يوفر الكربون.

كما أن القواعد النيتروجينية لا تقف وحيدة أثناء تخليق النيوكليوتيدات ، حيث أن الريبوز يدخل في المزيج قبل ظهور الأدينين النقي ، أو الجوانين ، مما يؤدي إلى انتاج أدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ، أو غوانوزين أحادي الفوسفات (GMP) ، واللذين يمثلان نيوكليوتيدات كاملة تقريبًا تكون جاهزة للدخول في سلسلة من الحمض النووي.

يمكن استخدامها في إنتاج الأدينوزين ثنائي وثلاثي الفوسفات (ADP و ATP)، أو غوانوزين ثنائي وثلاثي الفوسفات، كما يمكن استخدامها في الفسفرة.

تعتبر عملية تخليق البيورين عملية مرتفعة الطاقة، وتتطلب أربع جزيئات على الأقل من ATP لإنتاج جزيء بيورين.

تتم تخليق البيريميدينات بشكل رئيسي في الطحال والغدة الصعترية والجهاز الهضمي والخصيتين عند الرجال، حيث يوفر الجلوتامين والأسبارتات كل ما يلزم من النيتروجين والكربون