ما هو الحمض النووي؟ خصائصه وأجزائه ووظائفه

ربما يكون الحمض النووي هو الجزيء الأكثر شهرة من أصل بيولوجي.، هذا موجود في جميع الكائنات الحية على كوكب الأرض. ولكن... لماذا الحمض النووي مهم جدا؟

يحتوي الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) على التعليمات الضرورية للحياة: داخلنا يقوم الحمض النووي بتشفير المعلومات اللازمة لصنع جميع البروتينات في أجسامنا. تؤدي البروتينات العديد من الأدوار ، وتحدد بنية الخلايا وتوجه جميع عمليات التمثيل الغذائي في الجسم تقريبًا.

الاختلافات في الشفرة الجينية مسؤولة عن العديد من الظواهر التي نلاحظها في البشر والحيوانات: على سبيل المثال ، لماذا البعض الناس أكثر عرضة من غيرهم للإصابة بأمراض معينة ، أو لماذا الكلاب لها ذيول ، أو ألوان عيون مختلفة أو المجموعة متفائل. يتم تحديد جميع سماتنا الجسدية والعقلية من خلال علم الوراثة ، على الرغم من أن البيئة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تطورنا.

لقد سمعنا جميعًا عن الحمض النووي ونعرف دوره الأساسي في أجسامنا كوصي على المعلومات الجينية ، ولكن... هل هناك وظائف أخرى؟ في هذا المقال نتحدث بعمق عن الحمض النووي وتركيبته وجميع وظائفه.

• مقالات لها صلة: "الفروع العشرة لعلم الأحياء: أهدافها وخصائصها"

ما هو الحمض النووي بالضبط؟

الحمض النووي هو اختصار لحمض الديوكسي ريبونوكلييك. يمكننا القول أن الحمض النووي هو لبنة بناء جميع الكائنات الحية ، تحتوي على جميع الجينات ضروري لتصنيع البروتينات والجزيئات الأساسية لعمل أجسامنا.

يحتوي الحمض النووي على مادتنا الموروثة ، مما يجعلنا ما نحن عليه ، فلا يوجد شخص لديه نفس الحمض النووي مثل شخص آخر: كل شخص لديه رمز فريد موجود في جزيء الحمض النووي الطويل. تنتقل المعلومات الواردة في الحمض النووي من الوالد إلى الطفل وحوالي نصف الحمض النووي للطفل هو من أصل الأب والنصف الآخر من الأم.

• قد تكون مهتمًا: "علم الوراثة والسلوك: هل تقرر الجينات كيف نتصرف؟"

هيكل الحمض النووي

يوصف الحمض النووي بأنه بوليمر من النيوكليوتيدات ، أي سلسلة طويلة تتكون من جزيئات صغيرة.

النيوكليوتيدات هي الوحدات الأساسية للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). يمكن تقسيم كل نوكليوتيد إلى ثلاثة أجزاء: كربوهيدرات (2-ديوكسيريبوز) ، وقاعدة نيتروجينية ، ومجموعة فوسفات (مشتقة من حمض الفوسفوريك).

تتميز النيوكليوتيدات بقاعدتها النيتروجينية، وهو اسم القاعدة الذي يتم تحديده عند تقديم تسلسل الحمض النووي ، لأن المكونين الآخرين متماثلان دائمًا. هناك أربع قواعد مختلفة:

• الأدينين (أ)
• سيتوزين (ج)
• جوانين (G)
• ثايمين (T)

يأخذ الحمض النووي شكل حلزون مزدوج ، عندما يُنظر إليه على مستوى ثلاثي الأبعاد ؛ يتكون من سلسلتين تربطهما روابط هيدروجينية.، وتشكيل جزيء مزدوج تقطعت بهم السبل. تشكل أزواج القاعدة اللولب الذي يشبه السلم ، ويشكل العمود الفقري لفوسفات السكر الجوانب الداعمة لحلزون الحمض النووي.

تتم محاذاة القواعد بترتيب تسلسلي على طول السلسلة ، لترميز المعلومات الجينية وفقًا لمعيار التكامل: A-T و G-C. الأدينين والجوانين أكبر في الحجم من الثايمين والسيتوزين ، مما يجعل معيار التكامل هذا ضروريًا لبقاء الحمض النووي موحدًا.

ثانيًا، يوجد الحمض النووي في نواة خلية حقيقيات النوى ، وكذلك في البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في الكائنات بدائية النواة ، يوجد الجزيء مجانًا في السيتوبلازم في جسم غير منتظم الشكل يُعرف باسم النيوكليويد. أخيرًا ، يجب إضافة أن بنية الحمض النووي تختلف بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة. في الخلايا حقيقية النواة لها بنية خطية ، ونهايات كل سلسلة مجانية ؛ ومع ذلك ، في الخلايا بدائية النواة ، يتم احتواء الحمض النووي في حبلا مزدوج دائري طويل.

• مقالات لها صلة: "نيوكليوتيدات الحمض النووي: ما هي ، خصائصها ووظائفها"

ما هو الحمض النووي ل؟

للحمض النووي ثلاث وظائف رئيسية في الجسم: تخزين المعلومات (الجينات والجينوم الكامل) ، وإنتاج البروتينات (النسخ والترجمة) و مكرر لضمان نقل المعلومات إلى الخلايا الوليدة أثناء الانقسام الهاتف الخلوي.

يتم تخزين المعلومات اللازمة لبناء الكائن الحي والحفاظ عليه في الحمض النووي ، والذي ينتقل من الوالدين إلى الطفل. يسمى الحمض النووي الذي يحمل هذه المعلومات الحمض النووي الجيني ، وتسمى مجموعة المعلومات الجينية الجينوم. لدينا أكثر من مترين من الحمض النووي ، ونواةنا أصغر بكثير: يتم تنظيم الحمض النووي في جزيئات مضغوطة تسمى الكروماتين ، والتي تتوافق مع ارتباط الحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتينات. ثم يتجمع الكروماتين في الكروموسومات ، وهي هياكل عالية التنظيم تسمح بالانقسام الخلوي.

• قد تكون مهتمًا: "أهم أجزاء الخلية والعضيات: نظرة عامة"

فئات وأجزاء الحمض النووي

يمكن تقسيم الحمض النووي إلى فئتين رئيسيتين: الحمض النووي غير المشفر والحمض النووي المشفر. دعونا نرى وظائفه المحددة.

1. الحمض النووي الترميز

لا يمكننا الحديث عن تشفير الحمض النووي دون الحديث عن الجينات. الجين هو جزء من الحمض النووي يؤثر على سمة أو خاصية الكائن الحي.مثل لون العين أو فصيلة الدم. تحتوي الجينات على مناطق تشفير تسمى إطارات القراءة المفتوحة ، بالإضافة إلى أقسام من التحكم يسمى المعززات والمروجين التي تؤثر على منطقة الترميز نسخ. يُطلق على المبلغ الإجمالي للمعلومات الموجودة في جينوم الكائن الحي اسم النمط الجيني.

يحتوي الحمض النووي على المعلومات اللازمة لتصنيع البروتينات ، والتي تسمى عمال الكائن الحي ، والتي تؤدي العديد من الوظائف ؛ بعض البروتينات هيكلية ، مثل البروتينات في الشعر أو الغضروف ، والبعض الآخر وظيفي ، مثل الإنزيمات.

يستخدم الجسم 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة لإنتاج ما يقرب من 30000 بروتين مختلف.. يجب على جزيء الحمض النووي أن يخبر الخلية بالترتيب الذي يجب أن يتم فيه ربط الأحماض الأمينية.

تحدد الوراثة البروتينات التي سيتم إنتاجها ، باستخدام الحمض النووي كمخطط لبناء هذه البروتينات. في بعض الأحيان ، تؤدي التغييرات في رمز الحمض النووي (الطفرات) إلى عدم عمل البروتينات بشكل صحيح ، مما يسبب المرض. ومع ذلك ، في أوقات أخرى ، ستؤدي تغييرات الكود إلى تغييرات مفيدة في الأفراد ، الذين سيكونون بعد ذلك أكثر قدرة على التكيف مع بيئتهم.

يحتوي الجين على DNA يتم قراءته وتحويله إلى مادة مرسال RNA. ينقل هذا الحمض النووي الريبي المعلومات بين الحمض النووي للجين والآلية المسؤولة عن صنع البروتينات.. يعمل الحمض النووي الريبي كمخطط لآلية الإنتاج بحيث يتم ترتيب الأحماض الأمينية وتوصيلها بالترتيب الصحيح لصنع البروتين.

على الرغم من أن النسخ إلى البروتينات هو الدور الأساسي للحمض النووي. ثبت أن العقيدة المركزية لبيولوجيا DNA → RNA → بروتين خاطئة ، وفي الواقع هناك العديد من العمليات التي تؤثر على المعلومات وتنقلها. تستخدم بعض الفيروسات RNA كمادة أصلية (فيروسات RNA) ، و تُعرف عملية تدفق المعلومات من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي بالنسخ العكسي أو النسخ العكسي للحمض النووي. هناك أيضًا تسلسلات RNA غير مشفرة يتم إنشاؤها عن طريق نقل تسلسلات DNA إلى RNA ، ويمكن أن يكون لها وظيفة دون تحويلها إلى بروتينات.

• مقالات لها صلة: "ما هي الشفرة الجينية وكيف تعمل؟"

2. DNA غير مشفر

حوالي 90٪ من جينوم الشخص لا يرمز للبروتينات.. يسمى هذا الجزء من الحمض النووي DNA غير المشفر. يمكن تقسيم الحمض النووي من الناحية المفاهيمية إلى فئتين ، الجينات المشفرة للبروتين وغير الجينات. في العديد من الأنواع ، جزء صغير فقط من أكواد الحمض النووي للبروتينات - exons - وتشكل فقط حوالي 1.5٪ من الجينوم البشري.

الحمض النووي غير المشفر ، المعروف أيضًا باسم DNA غير المرغوب فيه ، هو DNA لا يرمز إلى بروتين: تسلسلات مثل الإنترونات ، وإعادة تركيب الفيروس ، إلخ. حتى وقت قريب ، كان يُعتقد أن هذا الحمض النووي عديم الفائدة حتى أظهرت الدراسات الحديثة أن هذا ليس هو الحال. يمكن لهذه التسلسلات أن تنظم التعبير الجيني لأن لها صلة بالبروتينات التي يمكن أن ترتبط بالحمض النووي وتسمى التسلسلات التنظيمية.

حدد العلماء نسبة مئوية صغيرة فقط من جميع التسلسلات التنظيمية الحالية. سبب وجود كميات كبيرة من الحمض النووي غير المشفر في جينومات حقيقيات النوى و تظل الاختلافات في حجم الجينوم بين الأنواع المختلفة لغزًا في العلم. الحالي. على الرغم من أن المزيد والمزيد من وظائف الحمض النووي غير المشفر أصبحت معروفة ، مثل:

2.1. العناصر المتكررة

العناصر المتكررة في الجينوم هي أيضًا أجزاء وظيفية من الجينوم ، تشكل أكثر من نصف جميع النيوكليوتيدات. عثرت مجموعة من العلماء في جامعة ييل مؤخرًا على تسلسل DNA غير مشفر والتي من المفترض أن يكون لها دور في السماح للبشر بتطوير القدرة على الاستخدام أدوات.

2.2. التيلوميرات والسنتروميرات

أيضًا ، بعض تسلسلات الحمض النووي مسؤولة عن بنية الكروموسومات. تحتوي التيلوميرات والسنتروميرات على عدد قليل من الجينات المشفرة أو لا تحتوي على جينات ، ولكن ضرورية لتثبيت بنية الكروموسوم معًا.

23. DNA إلى RNA

بعض الجينات لا ترمز للبروتينات ، ولكن يتم نسخها إلى جزيئات RNA: RNA الريبوزومي ، RNA الناقل ، و RNA المتداخل (RNAi).

2.4 لصق بديل

ترتيب الإنترونات والإكسونات في بعض التسلسلات الجينية مهم لأن يسمح بالربط البديل للحمض النووي الريبي قبل رسول، وخلق بروتينات مختلفة من نفس الجين. بدون هذه القدرة ، لن يكون جهاز المناعة موجودًا.

2.5 الجينات الكاذبة

تأتي بعض تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة من الجينات التي فُقدت أثناء التطور. يمكن أن تكون هذه الجينات الكاذبة مفيدة لأنها يمكن أن تنتج جينات جديدة بوظائف جديدة.

2.6. مقاطع صغيرة من الحمض النووي

تأتي تسلسلات الحمض النووي الأخرى غير المشفرة من تكرار أجزاء صغيرة من الحمض النووي ، والتي إنه مفيد أيضًا لأن تتبع هذه الأقسام المتكررة من الحمض النووي يمكن أن يساعد في دراسات علم تطور السلالات.

استنتاج

الحمض النووي هو الجزيء الذي يحتوي على معلومات وراثية في البشر ؛ تسمح هذه المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية بمعرفة الترتيب الذي يجب أن يتم فيه ربط الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات. البروتينات هي المسؤولة عن معظم وظائف الجسم ويمكن أن يكون لمشكلة تصنيعها عواقب وخيمة على صحتنا. ومع ذلك ، عندما نتحدث عن بروتين DNA → RNA → ، فإننا نشير إلى العقيدة العظيمة للبيولوجيا والجينات ، وننسى 90٪ من الحمض النووي. حتى وقت قريب ، كان دور الحمض النووي ، الذي لا يرمز إلى بروتين ، يُعتبر عديم الفائدة ، ولكنه دراسات في الآونة الأخيرة ، دعا المزيد والمزيد من وظائف هذه التسلسلات غير المشفرة تنظيمي.