ما هو DNA
حمض الديوكسي ريبونوكلييك، أو الحمض النووي، هو جزيء كبير في الكائنات الحية يحمل المعلومات الوراثية. يعتبر الحمض النووي ضروريا لإنتاج البروتينات وتنظيم العمليات الحيوية والتكاثر. يتواجد الحمض النووي في شكل جزيئات كبيرة ومضغوطة مع البروتينات المرتبطة بها، والتي تسمى الكروماتين، وتتواجد في الغالب داخل النواة. بعض الهياكل السيتوبلازمية مثل الميتوكوندريا أيضا تحتوي على جزيئات الحمض النووي.
الحمض النووي بشكل عام هو بوليمر مزدوج الشريط من النيوكليوتيدات، وعلى الرغم من أن الحمض النووي أحادي السلسلة معروف أيضا، فإن النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي هي جزيئات مكونة من السكر ونزع الأكسجين والفوسفات وقاعدة النيتروجين. تتألف قواعد النيتروجين في الحمض النووي من أربعة أنواع: الأدينين والجوانين والثايمين والسيتوزين.
يتكون الدوكسيريبوز، الفوسفات والسكاريد العديدة من بنية مشابهة للعمود الفقري، وظيفة RNA، حيث تتمدد قاعدة النيتروجين كدرجات السلم، ويتصل كل جزيء سكر بجزيء واحد من الفوسفات عن طريق ذرات الكربون الثالثة والخامسة.
من ماذا يتكون dna
تتألف الـ DNA من لبنات كيميائية تسمى النيوكليوتيدات، وتتكون النيوكليوتيدات من ثلاثة أجزاء: مجموعة فوسفات ومجموعة السكر ومجموعة من القواعد النتروجينية، ولاستكمال تكون خيط من الـ DNA (الحمض النووي الريبي) يجب أن تربط النيوكليوتيدات بسلاسل متتابعة، مع تناوب مجموعات السكر والفوسفات.
الانواع الاربعة من القواعد النتروجينية الموجودة في الدنا هي الادنين، الثايمين، السيتوزين، والجوانين، ترتيب هذه الاسس هو الذي يحدد التعليمات البيولوجية في سلسلة الحمض النووي، على سبيل المثال، يمكن ان يرمز التسلسل ATCGTT للعيون الزرقاء ، بينما قد يرمز ATCGCT للعيون البنية.
يتألف الجينوم من 3 بليون قاعدة وحوالي 20,000 جين على 23 زوجا من الصبغيات
عالمين مشهورين اكتشفا تركيب DNA
- جيمس واتسون
- فرانسيس كريك
العالمان المشهوران الذين اكتشفا تركيب الحمض النووي الريبي هما العالم الأمريكي في مجال الأحياء جيمس واتسون والفيزيائي الإنجليزي فرانسيس كريك في خمسينيات القرن الماضي.
تم اكتشاف الحمض النووي الريبي لأول مرة في أواخر الستينيات من القرن التاسع عشر عن طريق العالم السويسري فريدريك ميشر.
ماهي وظائف DNA
تم عزل الحمض النووي واكتشافه كيميائيا قبل أن يتم توضيح وظائفه، وتم تحديد الحمض النووي والجزيء المرتبط به RNA في البداية على أنهما جزيئات حمضية موجودة في النواة، وتم إعادة اكتشاف تجارب مندل في علم الوراثة .
أصبح من الواضح أن الوراثة يمكن أن تنتقل من خلال جزيئات منفصلة ، وأن هناك أساس كيميائي حيوي للوراثة، كما أظهرت سلسلة من التجارب أن من بين الأنواع الأربعة للجزيئات الكبيرة داخل الخلية (الكربوهيدرات ، و الدهون ، و البروتينات ، و الأحماض النووية) ، كانت المواد الكيميائية الوحيدة التي تم نقلها باستمرار من جيل إلى جيل هي الأحماض النووية.
بعد أن أصبح واضحًا أن الحمض النووي هو المادة التي تنتقل من جيل إلى جيل، بدأ البحث في وظائفها
النسخ المتماثل و الوراثة
- يحتوي كل جزيء من الحمض النووي DNA على تسلسل خاص من النيوكليوتيدات، ويحدد الترتيب الذي تظهر به القواعد النيتروجينية في الجزيء الكبير هوية جزيء الحمض النووي.
- على سبيل المثال ، تم ترتيب تسلسل الجينوم البشري بوضع النيوكليوتيدات التي تشكل كل زوج من 23 زوجًا من الكروموسومات بتسلسل متتابع كسلسلة من الكلمات على الصفحة.
- هناك اختلافات فردية في تسلسل النيوكليوتيدات، ولكن بشكل عام، يتم الحفاظ على تسلسل كبير للنيوكليوتيدات لكل كائن حي. ومن ناحية أخرى، فإن العمود الفقري لفوسفات السكر شائع لجميع جزيئات الحمض النووي، وهو موجود بين الأنواع، سواء في البكتيريا أو النباتات أو اللافقاريات أو البشر.
- عندما يحتاج جزيء DNA مزدوج الشريطة إلى التكرار، يحدث أولا انفصال الخيوط في فترة قصيرة، مما يخلق بنية تشبه الفقاعة، وهناك اختلافات بين mRNA وtRNA وrRNA
- في هذه المنطقة المؤقتة أحادية الجدار، يتم إنتاج عدد منالإنزيمات والبروتينات الأخرى، بما في ذلك بوليميراز الحمض النووي والشريط التكميلي، ويتم اختيار النوكليوتيدات الصحيحة بواسطة الرابطة الهيدروجينية.
- تستمر هذه الإنزيمات على طول كل سلسلة لتشكيل جزيء جديد متعدد النوكليوتيد حتى يتم تكرار الحمض النووي بالكامل.
- تبدأ الحياة بخلية واحدة بالنسبة للإنسان، وهذه الخلية هي البيضة الملقحة التي تتكون بتخصيب البويضة بواسطة الحيوانات المنوية.
- بعد ذلك، يتم إنتاج مجموعة متنوعة ورائعة من أنواع الخلايا والأنسجة عن طريق الانقسام الخلوي.
- يتطلب الحفاظ على وظائف الجسم الطبيعية للبالغين مشاركة مستمرة.
- عندما تنقسم الخلية، يتم تكرار المادة الوراثية النووية في كل منهما.
- تم قراءة حوالي 3 مليارات نيوكليوتيد ونسخها بدقة.
- تتضمن بوليمرات الحمض النووي عالية الدقة وعددًا من آليات إصلاح الأخطاء، وتحتوي على نيوكليوتيد ذو ارتباط ضعيف لكل 10 مليارات زوج قاعدي.
النسخ
- الدور الثاني الهام للمادة الجينية هو توجيه الأنشطة الفسيولوجية داخل الخلية.
- تتم معظم الأدوار التحفيزية والوظيفية في الجسم باستخدام البروتينات والببتيدات والحمض النووي الريبوزي.
- يتم تحديد بنية ووظيفة الجزيئات عن طريق تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي.
- عند الحاجة إلى إنتاج بروتين أو جزيء RNA، يتم البدء في النسخ الأولي.
- يشبه تكاثر الحمض النووي التشكيل المؤقت لمنطقة أحادية الجديلة.
- بعد ذلك، تستخدم المنطقة المنفردة التي تم فصلها كنموذج لبلمرة جزيء RNA المتعدد النوكليوتيد التكميلي.
- يشارك فقط خطين من الحمض النووي في النسخ.
- يشار إلى ذلك بذراع النموذج والذراع الآخر يشار إليه بذراع الترميز.
- نظرًا لأن النسخ يتم تحقيقه أيضًا من خلال مطابقة القاعدة التكميلية، فإن ترتيب النيوكليوتيدات في الرنا هو تقريبًا مماثل لترتيبها في الحمض النووي الريبوزي.
الطفرة والتطور
- يتميز التكاثر والوراثة بين ال DNA و RNA كونهما وظيفتان رئيسيتان لأي مادة وراثية.
- لإنتاج جيل جديد، يجب تكرار المعلومات الوراثية بدقة ونقلها بعد ذلك.
- تضمن بنية الحمض النووي أن البيانات المشفرة في كل سلسلة من النيوكليوتيدات يتم نسخها بدقة مذهلة.
- على الرغم من أهمية تكرار الحمض النووي بدقة عالية جدًا، إلا أن العملية الشاملة للتطور تعتمد على وجود التنوع الجيني في كل نوع.
- يمكن أن يحدث ذلك من خلال الطفرات في جزيئات الحمض النووي.
- تسمح التغييرات في ترتيب النوكليوتيدات في المادة الوراثية بتشكيل أليلات جديدة.
- الأليلات نوعان مختلفان، والأكثر فعالية لكل جين.
- على سبيل المثال، يحتوي جمين الدم B على جين معين ينتج بروتين سطحي محدد على خلايا الدم الحمراء.
- هذا البروتين يختلف عن المستضدات السطحية في الأشخاص الذين يحملون فصيلة دم A.
- بالمثل، الأشخاص المصابين بفقر الدم المنجلي لديهم أليل خضاب مختلف عن أولئك الذين لا يعانون من المرض.
- – يتيح وجود هذا التباين لبعض السكان على الأقل البقاء على قيد الحياة عند وجود تغيير مفاجئ وجذري في البيئة
- على سبيل المثال، يتعرض الأفراد الذين يحملون أليل هيموجلوبين متحورًا لخطر الإصابة بفقر الدم المنجلي.
- على الرغم من ذلك، فإن لديهم فرصة أكبر للبقاء في المناطق التي ينتشر فيها مرض الملاريا.
- تسمح هذه الطفرات ووجود التباين في السكان بالتطور والتكيف مع الظروف المتغيرة.
الهندسة الوراثية
- فهم كيمياء الحمض النووي كمادة وراثية يسمح لنا باستخدامه ومعالجته لتحسين نوعية الحياة.
- تم إنتاج محاصيل جينياً محورة تتحمل الآفات والجفاف من الأصناف البرية عن طريق الهندسة الوراثية كمثال.
- تعتمد العديد من دراسات البيولوجيا الجزيئية على عزل الحمض النووي ومعالجته لدراسة العمليات الحية