.png){kind=small}
يُعد الحمض النووي DNA أحد أهم الجزيئات الحيوية، فهو يخزن المعلومات الوراثية اللازمة لنمو الكائن الحي ووظائف خلاياه وانتقال الصفات الوراثية بين الأجيال.
لكن DNA ليس مجرد «شفرة وراثية»؛ فهو أيضًا جزيء كيميائي ضخم يتكون من وحدات تسمى النيوكليوتيدات ترتبط معًا بطريقة منظمة لتكوين اللولب المزدوج الشهير.
ما هو DNA؟
DNA هو اختصار لـ Deoxyribonucleic Acid أو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين.
وهو بوليمر حيوي طويل يتكون من سلسلتين من النيوكليوتيدات تلتفان حول بعضهما لتكوين ما يعرف باسم اللولب المزدوج Double Helix.
مم يتكون النيوكليوتيد؟
النيوكليوتيد هو الوحدة البنائية الأساسية للـ DNA، ويتكون من ثلاثة أجزاء:
- سكر الديوكسي ريبوز.
- مجموعة فوسفات.
- قاعدة نيتروجينية.
وتوجد في DNA أربع قواعد نيتروجينية رئيسية:
- الأدينين Adenine (A)
- الثايمين Thymine (T)
- الجوانين Guanine (G)
- السيتوزين Cytosine (C)
كيف ترتبط النيوكليوتيدات معًا؟
ترتبط النيوكليوتيدات داخل السلسلة الواحدة بروابط تساهمية تعرف باسم الروابط الفوسفوديسترية Phosphodiester Bonds.
وينتج عن ذلك عمود فقري متكرر من السكر والفوسفات، بينما تتجه القواعد النيتروجينية نحو داخل اللولب المزدوج.
ما معنى الاتجاه 5′ و3′ في DNA؟
لكل سلسلة من DNA اتجاه كيميائي يعتمد على ترقيم ذرات الكربون في سكر الديوكسي ريبوز، ولذلك يشار إلى طرفي السلسلة باسم 5′ و3′.
وتكون سلسلتا DNA متعاكستي الاتجاه؛ فإذا امتدت إحداهما من 5′ إلى 3′ امتدت السلسلة المقابلة من 3′ إلى 5′.
كيف ترتبط سلسلتا DNA؟
تتماسك السلسلتان من خلال الارتباط بين القواعد النيتروجينية المتكاملة.
A ↔ T
G ↔ C
يرتبط الأدينين بالثايمين عادةً بواسطة رابطتين هيدروجينيتين، بينما يرتبط الجوانين بالسيتوزين بثلاث روابط هيدروجينية.
ويُعرف ذلك باسم الازدواج القاعدي التكميلي، وهو من الخصائص الأساسية التي تسمح بنسخ المعلومات الوراثية بدقة.
ما وظيفة DNA؟
تتمثل إحدى أهم وظائف DNA في تخزين المعلومات الوراثية. ويحتوي DNA على مناطق وظيفية تسمى الجينات Genes.
يمكن التعبير عن المعلومات الموجودة في كثير من الجينات من خلال إنتاج RNA، وقد يؤدي ذلك في الجينات المشفرة للبروتين إلى تصنيع بروتين محدد.
كيف تتحول معلومات DNA إلى بروتين؟
يمكن تبسيط انتقال المعلومات الجينية في عملية التعبير عن الجينات المشفرة للبروتين بالعلاقة:
DNA → RNA → Protein
1- النسخ Transcription
أثناء النسخ تستخدم إحدى سلسلتي DNA قالبًا لتكوين جزيء RNA مكمل بواسطة إنزيم RNA polymerase.
وفي الخلايا حقيقية النواة يحدث نسخ DNA إلى RNA داخل النواة.
2- الترجمة Translation
بعد تكوين RNA الرسول mRNA وتهيئته في الخلايا حقيقية النواة، ينتقل إلى السيتوبلازم حيث تستخدم الريبوسومات تسلسل الكودونات الموجودة عليه لبناء سلسلة من الأحماض الأمينية.
كل كودون في mRNA يتكون من ثلاث نيوكليوتيدات، ويحدد حمضًا أمينيًا معينًا أو إشارة مرتبطة ببدء أو إنهاء الترجمة.
أين يوجد DNA داخل الخلية؟
في الخلايا حقيقية النواة يوجد معظم DNA داخل النواة على هيئة كروموسومات، كما توجد كمية صغيرة من DNA في الميتوكوندريا، وفي الخلايا النباتية يوجد DNA أيضًا في البلاستيدات الخضراء.
أما بدائيات النوى مثل البكتيريا فلا تمتلك نواة محاطة بغشاء، ولذلك يوجد DNA في منطقة داخل الخلية تعرف باسم النيوكليويد Nucleoid.
ما علاقة DNA بالكروموسومات؟
في الخلايا حقيقية النواة يرتبط DNA ببروتينات، ومن أهمها الهستونات، لتنظيمه وتعبئته داخل النواة.
ويكوّن DNA مع البروتينات بنية تسمى الكروماتين، والتي تتكثف بدرجات مختلفة وتظهر بصورة واضحة في هيئة كروموسومات أثناء مراحل معينة من انقسام الخلية.
ما الفرق بين DNA وRNA؟
| الخاصية | DNA | RNA |
|---|---|---|
| السكر | ديوكسي ريبوز | ريبوز |
| القواعد | A, T, G, C | A, U, G, C |
| الثايمين | يوجد | يستبدل عادةً باليوراسيل |
| البنية | غالبًا لولب مزدوج | غالبًا أحادي السلسلة |
| الدور الأساسي | تخزين المعلومات الوراثية | أدوار متعددة في التعبير الجيني وتنظيمه وتصنيع البروتين |
ما الفرق بين النيوكليوتيد والنيوكليوسيد؟
يتكون النيوكليوسيد Nucleoside من سكر وقاعدة نيتروجينية، بينما يحتوي النيوكليوتيد Nucleotide بالإضافة إلى ذلك على مجموعة فوسفات واحدة أو أكثر.
لماذا ترتيب القواعد مهم؟
لا تكمن المعلومات الوراثية في وجود القواعد A وT وG وC فقط، وإنما في ترتيبها على طول DNA.
فالاختلاف في تسلسل النيوكليوتيدات هو الذي يسمح بتخزين كميات هائلة من المعلومات الجينية.
تضاعف DNA
قبل انقسام الخلية يجب نسخ DNA حتى تحصل الخلايا الناتجة على المادة الوراثية اللازمة.
ويُعرف ذلك باسم DNA Replication، حيث تعمل كل سلسلة أصلية قالبًا لتكوين سلسلة جديدة مكملة لها بمساعدة مجموعة من الإنزيمات.
أهمية DNA في الكيمياء والعلوم
دراسة DNA تجمع بين الكيمياء الحيوية والأحياء الجزيئية وعلم الوراثة. فخصائص الروابط الكيميائية، وشحنات مجموعات الفوسفات، والتآثرات بين القواعد، وبنية الجزيء ثلاثية الأبعاد جميعها عوامل ضرورية لفهم كيفية استقرار DNA وعمله داخل الخلية.
أسئلة شائعة
هل DNA موجود في كل خلية؟
تحتوي معظم خلايا الكائنات الحية على المادة الوراثية، لكن توجد استثناءات. فعلى سبيل المثال تفقد خلايا الدم الحمراء البشرية الناضجة نواتها ولا تحتوي على DNA نووي.
هل DNA والبروتين الشيء نفسه؟
لا. DNA حمض نووي مكوّن من نيوكليوتيدات، بينما البروتينات تتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية.
ما القواعد النيتروجينية الموجودة في DNA؟
الأدينين A والثايمين T والجوانين G والسيتوزين C.
ما الفرق الأساسي بين DNA وRNA؟
يختلفان في نوع السكر وبعض القواعد والبنية والوظائف؛ يحتوي DNA على ديوكسي ريبوز والثايمين، بينما يحتوي RNA على ريبوز واليوراسيل بدلًا من الثايمين.
الخلاصة
DNA جزيء كيميائي حيوي ضخم يخزن المعلومات الوراثية في تسلسل النيوكليوتيدات. ويتكون كل نيوكليوتيد من سكر ديوكسي ريبوز ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية، بينما ترتبط القواعد بصورة تكاملية بين سلسلتي اللولب المزدوج.
وفهم تركيب DNA والفرق بينه وبين RNA وعمليتي النسخ والترجمة يقدم أساسًا مهمًا لفهم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة والأحياء الجزيئية.
المراجع العلمية
OpenStax Biology 2e – Nucleic Acids
.png "معلوماتك")
شكراً على مرورك ، سيتم الرد في أقرب وقت