عمومية
الأحماض النووية هي الجزيئات البيولوجية الكبيرة DNA و RNA ، ووجودها وعملها السليم ، داخل الخلايا الحية ، ضروريان لبقاء الأخير.
يُشتق الحمض النووي العام من الاتحاد ، في سلاسل خطية ، لعدد كبير من النيوكليوتيدات.
الشكل: جزيء DNA.
النيوكليوتيدات عبارة عن جزيئات صغيرة ، تشارك في تكوينها ثلاثة عناصر: مجموعة فوسفات ، وقاعدة نيتروجينية ، وسكر مكون من 5 كربون.
تعد الأحماض النووية ضرورية لبقاء الكائن الحي ، حيث إنها تتعاون في تخليق البروتينات ، وهي جزيئات ضرورية للتنفيذ الصحيح للآليات الخلوية.
يختلف DNA و RNA عن بعضهما البعض في بعض النواحي.
على سبيل المثال ، يحتوي الحمض النووي على سلسلتين نيوكليوتيدات متوازيتين ولديه ديوكسي ريبوز كسكر مكون من 5 كربون. من ناحية أخرى ، يحتوي RNA عادةً على سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات ويمتلك الريبوز كسكر مع 5 ذرات كربون.
ما هي الاحماض النووية؟
الأحماض النووية هي الجزيئات البيولوجية الكبيرة DNA و RNA ، والتي يعد وجودها داخل خلايا الكائنات الحية أمرًا ضروريًا لبقاء هذا الأخير وتطوره الصحيح.
وفقًا لتعريف آخر ، فإن الأحماض النووية عبارة عن بوليمرات حيوية ناتجة عن اتحاد ، في سلاسل خطية طويلة ، لعدد كبير من النيوكليوتيدات.
البوليمر الحيوي ، أو البوليمر الطبيعي ، هو مركب بيولوجي كبير يتكون من وحدات جزيئية متشابهة ، تسمى المونومرات.
الأحماض النووية: من هو في حيازة؟
تتواجد الأحماض النووية ليس فقط داخل خلايا الكائنات حقيقية النواة وبدائية النواة ، ولكن أيضًا في أشكال الحياة اللاخلوية ، مثل الفيروسات ، وفي العضيات الخلوية ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.
الهيكل العام
بناءً على التعريفات المذكورة أعلاه ، فإن النيوكليوتيدات هي الوحدات الجزيئية التي تتكون منها الأحماض النووية DNA و RNA.
لذلك ، سوف يمثلون الموضوع الرئيسي لهذا الفصل ، المخصص لبنية الأحماض النووية.
هيكل نيوكليوتيد عام
النوكليوتيدات العامة هي مركب ذو طبيعة عضوية ، نتيجة اتحاد ثلاثة عناصر:
- مجموعة الفوسفات ، وهي مشتق من حامض الفوسفوريك ؛
- بنتوز ، أي سكر به 5 ذرات كربون ؛
- قاعدة نيتروجينية ، وهي جزيء عطري حلقي غير متجانس.
يمثل البنتوز العنصر المركزي للنيوكليوتيدات ، حيث ترتبط به مجموعة الفوسفات والقاعدة النيتروجينية.
الشكل: العناصر التي تشكل نوكليوتيد عام للحمض النووي. كما يتضح ، ترتبط مجموعة الفوسفات وقاعدة النيتروجين بالسكر.
الرابطة الكيميائية التي تربط البنتوز ومجموعة الفوسفات معًا هي رابطة فوسفوديستر ، في حين أن الرابطة الكيميائية التي تربط البنتوز والقاعدة النيتروجينية هي رابطة N-glycosidic.
كيف تشارك البنتوز في الروابط المختلفة مع العناصر الأخرى؟
فرضية: فكر الكيميائيون في ترقيم ذرات الكربون التي تشكل الجزيئات العضوية بطريقة تسهل دراستها ووصفها. هنا ، إذن ، تصبح الكربونات الخمسة للبنتوز: كربون 1 ، كربون 2 ، كربون 3 ، كربون 4 و كربون 5.
معيار تخصيص الرقم معقد للغاية ، لذلك نرى أنه من المناسب ترك التفسير.
من بين الكاربونات الخمسة التي تشكل بنتوز النيوكليوتيدات ، فإن أولئك المشاركين في الروابط مع القاعدة النيتروجينية ومجموعة الفوسفات هم ، على التوالي ، الكربون 1 والكربون 5.
- كربون بنتوز 1 ← رابطة ن-جليكوسيدية ← قاعدة نيتروجين
- بينتوز كربون 5 ← رابطة فسفودايستر ← مجموعة فوسفات
ما نوع الرابطة الكيميائية التي تربط نيوكليوتيدات الأحماض النووية؟
الشكل: هيكل البنتوز وترقيم الكربون المكون له والروابط مع قاعدة النيتروجين ومجموعة الفوسفات.
في تكوين الأحماض النووية ، تنظم النيوكليوتيدات نفسها في سلاسل خطية طويلة ، والمعروفة باسم الخيوط.
كل نيوكليوتيد يشكل هذه الخيوط الطويلة يرتبط بالنيوكليوتيدات التالية عن طريق رابطة فسفودايستر بين الكربون 3 من البنتوز ومجموعة الفوسفات للنيوكليوتيدات التالية مباشرة.
المتطرفون
تمتلك خيوط النوكليوتيدات (أو خيوط البولي نيوكليوتيد) ، التي تشكل الأحماض النووية ، طرفين ، يعرفان باسم 5 "نهاية (اقرأ" خمسة أعداد أساسية ") و 3" نهاية (اقرأ "ثلاثة أعداد أساسية"). وفقًا للاتفاقية ، توصل علماء الأحياء وعلماء الوراثة إلى أن "النهاية 5" تمثل رأس خيط مكونًا للحمض النووي ، بينما يمثل "الطرف 3" ذيله.
من وجهة النظر الكيميائية ، تتطابق "النهاية الخامسة" للأحماض النووية مع مجموعة الفوسفات في النيوكليوتيدات الأولى من السلسلة ، بينما تتطابق "النهاية الثالثة" للأحماض النووية مع مجموعة الهيدروكسيل (OH) على الكربون 3 من النوكليوتيدات الأخيرة.
على أساس هذه المنظمة ، في كتب علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية ، يتم وصف خيوط النيوكليوتيدات للحمض النووي على النحو التالي: P-5 "→ 3" -OH.
* ملحوظة: يشير الحرف P إلى ذرة الفوسفور لمجموعة الفوسفات.
بتطبيق مفاهيم 5 "طرف و 3" نهاية على نيوكليوتيد واحد ، فإن "الطرف الخامس" للأخير هو مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5 ، في حين أن نهايته 3 هي مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بالكربون 3.
في كلتا الحالتين ، يدعو s "القارئ إلى الانتباه إلى التكرار العددي: النهاية 5" - مجموعة الفوسفات على الكربون 5 والنهاية 3 "- مجموعة الهيدروكسيل على الكربون 3.
الوظيفة العامة
تحتوي الأحماض النووية على المعلومات الجينية ونقلها وفك شفرتها والتعبير عنها في البروتينات.
تتكون البروتينات من الأحماض الأمينية ، وهي جزيئات بيولوجية كبيرة تلعب دورًا أساسيًا في تنظيم الآليات الخلوية للكائن الحي.
تعتمد المعلومات الجينية على تسلسل النيوكليوتيدات ، التي تشكل خيوط الأحماض النووية.
تلميحات من التاريخ
يعود الفضل في اكتشاف الأحماض النووية ، الذي حدث في عام 1869 ، إلى الطبيب وعالم الأحياء السويسري فريدريش ميشر.
قدم ميشر نتائجه أثناء دراسته لنواة خلية الكريات البيض ، بهدف فهم تكوينها الداخلي بشكل أفضل.
مثلت تجارب Miescher نقطة تحول في مجال البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة ، حيث بدأوا سلسلة من الدراسات التي أدت إلى تحديد بنية الحمض النووي (Watson and Crick ، في عام 1953) والحمض النووي الريبي ، لمعرفة آليات الوراثة الجينية وتحديد العمليات الدقيقة لتخليق البروتين.
أصل الاسم
تحمل الأحماض النووية هذا الاسم ، لأن ميشر حددها داخل نواة الكريات البيض (النواة - النواة) واكتشفت أنها تحتوي على مجموعة الفوسفات ، وهي مشتق من حامض الفوسفوريك (أحد مشتقات حمض الفوسفوريك - الأحماض).
الحمض النووي
من بين الأحماض النووية المعروفة ، الحمض النووي هو الأكثر شهرة ، لأنه يمثل مخزن المعلومات الجينية (أو الجينات) التي تعمل على توجيه تطور ونمو خلايا الكائن الحي.
اختصار DNA يعني حمض ديوكسي ريبونوكلييك أو حمض ديوكسي ريبونوكلييك.
الحلزون المزدوج
في عام 1953 ، لشرح بنية "الحمض النووي للحمض النووي ، اقترح عالما الأحياء جيمس واتسون وفرانسيس كريك النموذج - الذي تبين فيما بعد أنه صحيح - لما يسمى" الحلزون المزدوج ".
وفقًا لنموذج "الحلزون المزدوج" ، فإن الحمض النووي هو جزيء كبير ناتج عن اتحاد خيطين طويلين من النيوكليوتيدات المضادة المتوازية وملفوفة في بعضها البعض.
يشير المصطلح "antiparallel" إلى أن الخيطين لهما اتجاه معاكس ، أي: يتفاعل رأس وذيل أحد الشعيرات ، على التوالي ، مع الذيل ورأس الشعيرة الأخرى.
وفقًا لنقطة أخرى مهمة لنموذج "الحلزون المزدوج" ، تمتلك نيوكليوتيدات الحمض النووي للحمض النووي ترتيبًا بحيث تتجه القواعد النيتروجينية نحو المحور المركزي لكل لولب ، بينما تشكل مجموعات البنتوز والفوسفات السقالة. الأخير.
ما هي خماسية الحمض النووي؟
البنتوز الذي يتكون من نيوكليوتيدات الحمض النووي للحمض النووي هو ديوكسيريبوز.
يعود اسم هذا السكر المكون من 5 كربون إلى نقص الأكسجين الموجود على الكربون 2. بعد كل شيء ، يعني deoxyribose "خال من الأكسجين".
الشكل: ديوكسيريبوز.
بسبب وجود الديوكسيريبوز ، تسمى نيوكليوتيدات الحمض النووي DNA ديوكسي ريبونوكليوتيدات.
أنواع النيوكليوتيدات وقواعد النيتروجين
يحتوي الحمض النووي DNA على 4 أنواع مختلفة من deoxyribonucleotides.
للتمييز بين الأنواع الأربعة المختلفة من ديوكسي ريبونوكليوتيدات هو فقط قاعدة النيتروجين ، المرتبطة بتكوين مجموعة البنتوز-الفوسفات (والتي على عكس قاعدة النيتروجين لا تتغير أبدًا).
ولأسباب واضحة ، فإن القواعد النيتروجينية للحمض النووي هي 4 ، على وجه التحديد: الأدينين (A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) والثيمين (T).
ينتمي الأدينين والجوانين إلى فئة البيورينات ، وهي مركبات عطرية الحلقية غير المتجانسة.
من ناحية أخرى ، يقع السيتوزين والثايمين في فئة البيريميدين ، وهي مركبات عطرية غير متجانسة أحادية الحلقة.
من خلال نموذج "الحلزون المزدوج" ، أوضح واتسون وكريك أيضًا ما هو تنظيم القواعد النيتروجينية داخل الحمض النووي:
- تنضم كل قاعدة نيتروجينية من خيوط ، عن طريق روابط هيدروجينية ، إلى قاعدة نيتروجينية موجودة على الفتيل المضاد ، وتشكل بشكل فعال زوجًا ، زوجًا ، من القواعد.
- إن الاقتران بين القواعد النيتروجينية للخيوط محددة للغاية ، في الواقع ، يرتبط الأدينين بالثيمين فقط ، بينما يرتبط السيتوزين بالجوانين فقط.
دفع هذا الاكتشاف المهم علماء الأحياء الجزيئية وعلماء الوراثة إلى صياغة مصطلحات "التكامل بين القواعد النيتروجينية" و "الاقتران التكميلي بين القواعد النيتروجينية" ، للإشارة إلى تفرد ارتباط الأدينين بالثيمين والسيتوزين مع الجوانين. .
أين يتواجد داخل الخلايا الحية؟
في الكائنات حقيقية النواة (الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات) ، يتواجد الحمض النووي للحمض النووي داخل نواة جميع الخلايا التي لها هذا التركيب الخلوي.
ومع ذلك ، في الكائنات بدائية النواة (البكتيريا والعتائق) ، يتواجد الحمض النووي للحمض النووي في السيتوبلازم ، حيث تفتقر الخلايا بدائية النواة إلى النواة.
RNA
بين اثنين من الأحماض النووية الموجودة في الطبيعة ، يمثل الحمض النووي الريبي الجزيء البيولوجي الكبير الذي يترجم نيوكليوتيدات الحمض النووي إلى الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات (عملية تخليق البروتين).
في الواقع ، الحمض النووي RNA يمكن مقارنته بقاموس المعلومات الوراثية ، الذي تم الإبلاغ عنه عن الحمض النووي DNA.
اختصار RNA يعني الحمض النووي الريبي.
الاختلافات التي تميزه عن الحمض النووي
الحمض النووي RNA له عدة اختلافات مقارنة بالحمض النووي:
- الحمض النووي الريبي هو جزيء بيولوجي أصغر من الحمض النووي ، وعادة ما يتكون من خيط واحد من النيوكليوتيدات.
- البنتوز الذي يتكون من نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي هو الريبوز ، وعلى عكس الديوكسيريبوز ، يحتوي الريبوز على ذرة أكسجين على الكربون 2.
بسبب وجود سكر الريبوز ، قام علماء الأحياء والكيميائيين بتخصيص اسم حمض الريبونوكليك للحمض النووي الريبي. - تُعرف نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي أيضًا باسم الريبونوكليوتيدات.
- يشترك الحمض النووي RNA في 3 من أصل 4 قواعد نيتروجينية مع الدنا ، في الواقع ، بدلاً من الثايمين ، يحتوي على اليوراسيل ذو القاعدة النيتروجينية.
- يمكن أن يقيم الحمض النووي الريبي في أجزاء مختلفة من الخلية ، من النواة إلى السيتوبلازم.
أنواع الحمض النووي الريبي
الشكل: ريبوز.
داخل الخلايا الحية ، يوجد الحمض النووي RNA في أربعة أشكال رئيسية: نقل RNA (أو نقل الحمض النووي الريبي أو tRNA) أو messenger RNA (أو رسول RNA أو mRNA) ، RNA الريبوسوم (أو RNA الريبوسوم أو rRNA) و RNA النووي الصغير (o RNA نووي صغير أو snRNA).
على الرغم من أنها تلعب أدوارًا محددة مختلفة ، إلا أن الأشكال الأربعة المذكورة أعلاه من الحمض النووي الريبي تتعاون من أجل هدف مشترك: تخليق البروتينات ، بدءًا من تسلسل النوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي.
نماذج اصطناعية
في العقود الأخيرة ، صنع علماء الأحياء الجزيئية ، في المختبر ، العديد من الأحماض النووية ، التي تم تحديدها مع صفة "اصطناعي".
من بين الأحماض النووية الاصطناعية تستحق الذكر بشكل خاص: TNA ، و PNA ، و LNA ، و GNA.
