Chapter 21: Biochemistry

Back to chapter

21.9:

الأحماض النووية

JoVE Core
Química

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Química

Nucleic Acids

Vídeo Anterior
21.8: Protein and Protein Structure

Próximo Vídeo
21.10: DNA Base Pairing

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

الأحماض النووية هي بوليمرات للنيكليوتيدات-جزيئات تتكون من سكر البنتوز،وقاعدة تحتوي على نيتروجين،ومجموعة فوسفات. يوجد نوعان من الأحماض النووية:الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين،DNA،والحمض النووي الريبوزي،RNA. يختلف الاثنان من حيث البنية الكيميائية،ويُعزى الاختلاف إلى نوع سكر البنتوز ونوع القاعدة النيتروجينية في كل منهما.سكر البنتوز الموجود في RNA هو سكر الريبوز،والذي يحتوي على مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بذرة الكربون-2. أما في DNA فيوجد سكر ريبوز منقوص الأكسجين،يتكون من ذرة هيدروجين وليس فيه ذرة أكسجين عند ذرة الكربون-2. ترتبط القاعدة النيتروجينية بذرة الكربون-1 وبالفوسفات عند ذرة الكربون-5.يحتوي كل من RNA و DNA على القواعد أدنين،سايتوسين،وغوانين،لكن DNA يحتوي على ثايمين،بينما يحتوي RNA على يوراسيل. يشكل الغوانين والسايتوسين في كل من DNA و RNA أزواجًا من القواعد المكمّلة،مترابطة بواسطة ثلاث روابط هيدروجينية. يشكل الأدنين والثايمين أزواج القواعد في DNA،بينما يشكل الأدنين واليوراسيل أزواج القواعد في RNA،ويترابط كلاها برابطتين هيدروجينيتين.إنزيم البوليميراز الموجود في كل من DNA و RNA يحفّز على بلمرة النيوكليوتيدات. تتشكل رابطة فوسفور ثنائية الإستر بين،مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بذرة الكربون-3،وبين مجموعة الفوسفات المرتبطة بذرة الكربون-5،من النيوكليوتيدة التالية. يؤدي هذا التفاعل إلى ترك الطرف 5’غير مرتبط،مع مجموعة فوسفات حرة،كما يترك الطرف 3’غير مرتبط،مع مجموعة هيدروكسيل حرة.عندما يقترن الجزيئان بواسطة سلسلة مكمّلة،يصبح توجههما غير متوازٍبمعنى أن يقترن الطرف 5’لأحدهما،بالطرف 3’للآخر. هذه السلاسل مترابطة بعضها ببعض بواسطة قوى بين جزيئية،بما في ذلك التأثيرات الكارهة للماء،وتأثيرات فان دير فالس المتبادلة،والروابط الهيدروجينية المحددة،التي تتشكل بين القواعد النيتروجينية. الDNA لولب مزدوج يتكون من سلسلتين متعددة النيوكليوتيد ملتفتان حول بعضهما العض.وعلى العكس،غالبًا ما يتواجد الـRNA على شكل جزيء من سلسلة واحدة. لكن الRNA يستطيع أن يتحد ليشكل RNA أو DNA مكمّل. كما يمكنه أن يُظهر شريط-داخلي لاقتران قواعد مكمّلة،ينتج عنه أنواع مختلفة من بنيات RNA الثانوية،التي تؤدي وظائف مميزة ضمن الخلية.

21.9:

الأحماض النووية

تعد الأحماض النووية أهم الجزيئات الكبيرة لاستمرارية الحياة. فهي تحمل المخطط الجيني للخلية وتحمل التعليمات الخاصة بوظائفها.

DNA و RNA

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الجينية في جميع الكائنات الحية، بدءاً من البكتيريا وحيدة الخلية إلى الثدييات متعددة الخلايا. إنه موجود في نواة حقيقيات النوى وفي العضيات والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى، لا يتم تغليف الحمض النووي في غلاف غشائي.

إن المحتوى الجيني الكامل للخلية' هو جينومها، ودراسة الجينوم هي علم الجينوم. في الخلايا حقيقية النواة ولكن ليس في بدائيات النوى ، يشكل الحمض النووي مركبًا مع بروتينات هيستون لتكوين الكروماتين ، وهو مادة الكروموسومات حقيقية النواة. يمكن أن يحتوي الكروموسوم على عشرات الآلاف من الجينات. تحتوي العديد من الجينات على المعلومات اللازمة لصنع البروتينات. كود الجينات الأخرى لمنتجات الحمض النووي الريبي. يتحكم الحمض النووي في جميع الأنشطة الخلوية عن طريق تشغيل الجينات “تشغيل” أو “إيقاف.”

يشارك النوع الآخر من الحمض النووي، وهو RNA، في الغالب في تخليق البروتين. لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبداً ولكنها تستخدم وسيطاً للتواصل مع بقية الخلية. هذا الوسيط هو الرسول RNA (mRNA). أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي RNA— مثلrRNA,، tRNA، و RNA— الميكروي كلها تشارك في تخليق البروتين وتنظيمه.

يتكون DNA و RNA من مونومريات تسمى النيوكليوتيدات. تشتمل ثلاثة مكونات على كل نوكليوتيد: قاعدة نيتروجينية، سكر بنتوز (خمسة كربون)، ومجموعة فوسفات. ترتبط كل قاعدة نيتروجينية في نوكليوتيد بجزيء سكر، والذي يرتبط بمجموعة أو أكثر من مجموعات الفوسفات. القواعد النيتروجينية، وهي مكونات مهمة للنيوكليوتيدات، هي جزيئات عضوية وسميت بهذا الاسم لأنها تحتوي على الكربون والنيتروجين. إنها قواعد لأنها تحتوي على مجموعة أمينية لديها القدرة على ربط هيدروجين إضافي، وبالتالي تقليل تركيز أيون الهيدروجين في بيئتها، مما يجعلها أكثر أساسية. يحتوي كل نوكليوتيد في الحمض النووي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية محتملة: الأدينين (A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) ، والثيمين (T). يتم تصنيف الأدينين والجوانين على أنها بورينات. الهيكل الأساسي للبيورين' هو حلقتان من الكربون والنيتروجين. يتم تصنيف السيتوزين والثايمين واليوراسيل على أنها بيريميدين لها حلقة كربون-نيتروجين واحدة كهيكلها الأساسي. كل من حلقات الكربون والنيتروجين الأساسية هذه لها مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بها. في اختصار البيولوجيا الجزيئية، نعرف القواعد النيتروجينية برموزها A و T و G و C و U. يحتوي DNA على A و T و G و C؛ بينما يحتوي RNA على A و U و G و C.

سكر البنتوز في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز، وفي الحمض النووي الريبي، السكر هو ريبوز. الفرق بين السكريات هو وجود مجموعة الهيدروكسيل على ثاني كربون في الريبوز' وهيدروجين على ثاني كربون في الديوكسيريبوز'. تلتصق بقايا الفوسفات بمجموعة الهيدروكسيل الخاصة بـ 5′ كربون سكر واحد ومجموعة الهيدروكسيل من3′ كربون سكر من النوكليوتيد التالي، والذي يشكل بالنتيجة رابطة 5′–3′ فوسفوديستر.

بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي

يحتوي الحمض النووي على بنية ثنائية الحلزون. يقع السكر والفوسفات على السطح الخارجي للحلزون، مما يشكل العمود الفقري للـ DNA'. القواعد النيتروجينية مكدسة في الداخل، مثل زوج من درجات السلم. تربط الروابط الهيدروجينية الأزواج ببعضها البعض. يتم فصل كل زوج أساسي في اللولب المزدوج عن الزوج الأساسي التالي بمقدار 0.34 نانومتر. تعمل خيوط الهيليكس' الثنائية في اتجاهين متعاكسين، مما يعني أن نهاية الكربون 5′ لواحدة من الخيوط ستواجه نهاية الكربون 3′ للخيط المقابل. يُسمح فقط بأنواع معينة من الاقتران الأساسي – يمكن أن يقترن A مع T، ويمكن أن يقترن G مع C. هذه هي القاعدة الأساسية التكميلية. وبعبارة أخرى، فإن خيوط الحمض النووي مكملة لبعضها البعض.

< RNA

يشارك الحمض النووي الريبي بشكل أساسي في عملية تخليق البروتين تحت إشراف الحمض النووي. عادة ما يكون الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة ويتكون من ريبونوكليوتيدات مرتبطة بروابط الفوسفوديستر.

هناك أربعة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي: الRNA المرسال (mRNA) ، والـ RNA الريبي (RNA)، والـ RNA الناقل (tRNA)، والـ RNA الميكروي (miRNA). أول نوع، mRNA، يحمل الرسالة من الحمض النووي، الذي يتحكم في جميع الأنشطة الخلوية في الخلية. إذا كانت الخلية تتطلب بروتيناً معيناً، فإن الجين الخاص بها يتحول إلى وضعية “التفعيل” ويتم تصنيع RNA الرسول في النواة. تسلسل قاعدة RNA هو مكمل لتسلسل تشفير DNA' الذي تم نسخه منه. في السيتوبلازم، يتفاعل mRNA المرسال مع الريبوسومات والآلات الخلوية الأخرى.

تتم قراءة mRNA في مجموعات من ثلاث قواعد تعرف باسم الكودونات. يرمز كل كودون لحمض أميني واحد. بهذه الطريقة، يتم قراءة mRNA ويتم تصنيع منتج البروتين. الـ rRNA الريبوسومي' (الرنا الريباسي) هو مكون رئيسي للريبوسومات التي يرتبط بها الرنا المرسال. يضمن الرنا الريباسي المحاذاة الصحيحة للـ mRNA والريبوسومات. يحتوي الـ rRNA الريبوسومي' أيضًا على نشاط إنزيمي (بيبتيديل ترانفسيراز) ويحفز تكوين رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية المتوافقة. يعد الحمض النووي الريبي الناقل ((tRNA) أحد أصغر الأنواع الأربعة من RNA، وعادةً ما يكون بطول 70–90 نيوكليوتيداً. يحمل الحمض الأميني الصحيح إلى موقع تخليق البروتين. إن الاقتران الأساسي بين tRNA و mRNA هو الذي يسمح للحمض الأميني الصحيح بإدخال نفسه في سلسلة البولي ببتيد. RNA الميكروي هو أصغر جزيئات RNA، وينطوي دوره على تنظيم التعبير الجيني عن طريق التدخل في التعبير عن رسائل معينة من mRNA.

على الرغم من أن RNA أحادي السلسلة، فإن معظم أنواع RNA تُظهر اقتراناً واسعاً للقاعدة داخل الجزيئية بين التسلسلات التكميلية، مما يخلق بنية ثلاثية الأبعاد يمكن التنبؤ بها ضرورية لوظيفتها.

هذا النص مقتبس من Openstax, Biology 2e, Chapter 3.5: Nucleic Acids.