حمض نووي
الحموض النووية هي التي تسبب الإختلاف بين البشر، من حيث: الشكل، و اللون. و قد تمكن قديما العالمان جيمس واطسون و فرنسين كريك في منتصف القرن الـ 20 من إكتشاف الشكل الأساسي للحمض النووي DNA، و الذي أدى إلى التعرف على الكثير من المعلومات حول كيفية تخزين و حفظ المعلومات الوراثية، و كيفية نقلها من جيل لاخر.
مكونات الحموض النووية
تتكون الكروموسومات في الخلايا الحية من مادتين أسايتين:
الحمض DNA، الذي يشكل المادة الوراثية، و مجموعة من البروتينات تعرف بالهوستونات، حيث يقوم شريط الـ DNA بالاتفاف حولها بشكل متكرر مشكلا النيوكليوسوم، فيؤدي إلى تكثيف المادة الوراثية مما يساعد على تخزينها في حيز صغير داخل أنوية الخلايا.
الحمض RNA، الذي يوجد منه أنواع متعددة، و يلعب كل من هذه الأنواع دورا أساسيا في ترجمة المادة الوراثية في جزيء DNA إلى بروتينات عدة، تقوم بأداء كافة الوظائف اللازمة لحياة الكائنات الحية.
التركيب الكيميائي للحموض النووية
تتكون الحموض النووية DNA و RNA من سلاسل من وحدات كيمائية تسمى بـ النيكلوتيدات، و يتكون كل نيوكلوتيد من ثلاث مكونات ئيسية:
جزيء سكر خماسي (رايبوز، أو رايبوز منقوص الأكسجين).
مجموعة من الفوسفات.
قاعدة نيتروجينية. و تتكون القواعد النيتروجينية من:
أ- بيورينات، و تشمل قاعدتين هما: أدنين A، غوانين G، و تتألف كل منها من حلقتين.
ب- بيرمدينات، و تشتمل على ثلاث قواعد: ثايمين T، سايتوسين C، و يوراسيل U، و يتألف كل منها على حلقة واحدة.
و يختلف تركيب النيوكليوتيدات بعضها عن بعض بناء على نوع القاعدة النيتروجينية الموجودة فيها، و جزيء السكر.
الحمض النووي DNA
مقالة رئيسية: DNA
DNA، هو اختصار لـ (الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين). و يتألف من سلسلتين من النيوكليوتيدات تلتفان حول بعضهما بشكل حلزوني، و يلاحظ أن القاعدة النيتروجينية أدنين A تكون في أحد السلاسل تكون متقابلة مع القاعدة النيتروجينية ثايمين T في السلسلة الثانية، و ترتبط معها برابطتين من الروابط الهيدروجينية بينما تكون القاعدة النيتروجينية غوانين G متقابلة كع القاعدة النيتروجينية سايتوسين C و ترتبط معها 3 روابط هيدروجينية.
و القاعدة النيتروجينية يوراسيل U، لا تدخل في تركيب DNA.
و تتكون سلسلة الحمض النووي DNA من ارتباط مجموعة من الفوسفات في كل نيوكليوتيد مع سكر الرايبوز منقوص الاكسجين في النيوكليوتيد. و تشكل سلسلة القواعد النيتروجينية في جزيء DNA مخزون المعلومات الوراثية، و يسمى ترتيبها بالشيفرة الوراثية التي تميز الكائنات الحية عن بعضها.
الحمض النووي RNA
مقالة رئيسية: RNA
تعني RNA، الحمض النووي الرايبوزي، و يتألف من سلسلة واحد فقط من النيوكليوتيدات التي ترتبط بعضها مع بعض بنفس الطريقة التي يرتبط بها جزيء DNA، و لكنه يختلف عن جزيء DNA في إحتوائه على القاعدة النيتروجينية يوراسيل U، بدلا من احتوائه على الثيامين T.
توجد ثلاث أنواع من الحمض النووي RNA داخل الخلايا و هي:
mRNA أو RNA الرسول، و يقوم بنقل الشيفرة الوراثية من الجينات في النواة إلى الرايبوسومات، ليتم تصنيع البروتينات المختلفة داخل السيتوبلازم.
tRNA أو RNA الناقل، و يقوم بنقل الحموض الامينية في السيتوسول إلى الرايبوسومات لإستخدامها في عملية بناء البروتينات.
rRNA أو الرايبوسومي، يستخدم في إنتاج الرايبوسومات في النوية داخل نواة الخلية.
الفرق بين DNA و RNA
الحمض النووي DNA الحمض النووي RNA
يتكون من سكر رايبوزي منقوص الأكسجين يتكون من سكر رايبوزي غير منقوص الأكسجين
لا يحتوي على القاعدة النيتروجينية اليوراسيل يحتوي على القاعدة النيتروجينية اليوراسيل
يتكون من سلسلتين يتكون من سلسلة واحدة فقط
آلية تضاعف الحمض النووي DNA
إن مقدرة الخلايا الحية في الحفاظ على درجة عالية من الدقة في الإستمرار في وظائفها من جيلا لآخر تعتمد على قدرتها على مضاعفة المعلومات الوراثية المخزونة في جزيء الـ DNA، المكون للكروموسوم، و يكون ذلك في الطور البيني قبيل عملية الانقسام و إنتاج خلايا جديدة.
الشروط الواجب توافرها حتى يتضاعف جزيء DNA
جزيء DNA الذي تلتزم مضاعفته ليتم إنتاج جزيئات DNA جديدة تحمل نفس المعلومات الوراثية.
كميات كافية من النيوكليوتيدات الأربعة المختلفة التي تدخل في تركيبة (A, G, C, T).
إنزيم التضاعف (إنزيم بلمرة DNA)، إضافة إلى بعض الإنزيمات و البروتينات الأخرى اللازمة لإتمام العملية.
خطوات عملية التضاعف
تنفصل سلسلتا جزيء DNA بعضها عن بعض بشكل تدريجي، نتيجة تكسّر الروابط الهيدروجينية التي تربط القواعد النيتروجينية ببعضها، فتتحول إلى سلاسل أحادية بدءا من نقطة محددة، و ينشطر بشكل طولي حتى نهاية السلسلة.
يرتبط إنزيم التضاعف بالسلسلة الأحادية، و يقوم بوضع النيوكليوتيدات – الموجودة في السائل النووي – الواحدة تلو الأخرى بشكل متمم حسب ترتيب القواعد النيتروجينية الموجودة في سلسلة جزيء DNA الذي يتم تضاعفه بحيث يتم وضع نيوكليوتيد T مقابل نيوكليوتيد A، و نيوكليوتيد G مقابل نيوكليوتيد C، و تستمر هذه العملية بتحرك إنزيم التضاعف من نقطة البدأ حتى نهاية السلسلة.
تتم عمليتي تضاعف سلسلتي جزيء DNA في وقت واحد و بنفس السرعة، فينج من هذه العملية جزيئان كاملان من DNA، يحتوي كل منهما على سلسلة قديمة و أخرى جديدة.
بعد الانتهاء من هذه العملية تقوم بروتينات الهستونات الأصلية و الجديدة بالارتباط جميعها بجزيئي DNA، لتكوين الكروموسومات و تكثيفها داخل النواة.
ملف:خطوات عملية التضاعف في DNA.PNG
الطفرة الوراثية
يؤدي حدوث أي خطأ في ترتيب أو تسلسل القواعد النيتروجينية في جزيء DNA إلى تغيير المعلومات الوراثية، فينتج عن ذلك بما يسمى بالطفرة، كما يؤدي هذا التغير في الخلايا الجسدية إلى خلل لدى الفرد الذي حدث له ذلك التغيير، و في حالة حصول الطفرة الوراثية في الخلايا الجنسية يصبح بالامكان نقل هذه الطفرة من جيل لاخر، و ذلك يؤدي إلى ظهور الامراض الوراثية.
عوامل حدوث الطفرة الوراثية
عوامل داخلية: أثناء عملية التضاعف يقوم إنزيم التضاعف بوضع النيوكليوتيدات في غير موضعها الصحيح، و تنتج الطفرة عند عدم قدرة الخلايا على إصلاح كافة الأخطاء الناتجة عن ذلك.
عوامل خارجية: كالإشعاعات المختلفة، و بعض المواد الكيميائية، أو بعض أنواع الفيروسات التي تؤدي إلى إحداث تغيير في تركيب القواعد النيتروجينية لجزيء DNA.
و تكمن خطورة هذه الطفرات عند حصولها قي الجينات الموجودة على الكروموسومات، مما يؤدي إلى التأثير على عملها أو إيقاف عملها بشكل تام، فيسبب ذلك حدوث الإختلال في الوظائف المتربطة بهذه الجينات و ظهور لعديد من الأمراض.
ملاحظات
بالإمكان التعرف على عدد الكروموسومات و حجمها عن طريق فصلها عن مكونات الخلية الاخرى و صبغ جزيء الـ DNA بصبغات خاصة ذات ألوان مختلفة.
عدد النيوكليوتيدات الموجودة في كروموسومات الإنسان تبلغ 3.2 مليار نيوكليوتيد، بينما يبلغ عددها على الكروموسوم الوحيد في بكتيريا القولون E.coli حوالي مليون نيوكليوتيد.
الجينات في كروموسومات الإنسان تحتل فقط ما مقداره 5% من حجم الكروموسوم تقريبا، في حين أن 95% من المساحة المتبقية ليس فيها جينات.
الحمض النووي DNA موجود في نواة الخلية، إضافة إلى وجوده أيضا في المايتوكندريا في الخلايا التي لها نواة حقيقية كخلايا الإنسان كما توجد في البلاستيدات الخضراء.
التركيب الكيميائي الأساسي للحموض النووية متطابق في كافة خلايا الكائنات الحية من نباتات و حيوان و حتى في الفيروسات و تختلف في الطول و ترتيب سلسلة القواعد النيتروجينية.
الرابطة الهيدورجينية بين القواعد النيتروجينية في جزيء DNA هي رابطة بين ذرة هيدروجين من قاعدة نيتروجينية و ذرة نيتروجين من قاعدة نيتروجينية متقابلة معها.
عملية التضاعف تبدأ من نقطة معينة في جزيء DNA بشكل دائم و لها تركيب خاض، و يوجد في كروموسوم البكتيريا نقطة واحد فقط، بينما يوجد في كروموسومات الإنسان الآلاف من هذه المواقع ليتيح إتمام العملية بسرعة.
إنزيم تضاعف جزيء DNA يقوم بعملية وضع النيوكليوتيدات ضمن التلسلسل اللازم بدقة متناهية، و مع ذلك قد تحدث بعض الاخطاء، و تقوم الخلايا بإصلاح هذه الأخطاء بعد الانتهاء من عملية التضاعف بآليات خاصة و ذلك بإستخدام مجموعة من الإنزيمات.
تستطيع الخلية أن تقوم بإصلاح الطفرات الوراثية التي قد تحدث في جزيء DNA بواسطة آليات خاصة لذلك. و يحدث الخلل غالباً عندما يكون معدل حصول هذه الطفرات أعلى من قدرة الخلايا على إصلاحها.
وبالتوفيق لكم =)