نيوكليوتيدات الحمض النووي: ما هي ، خصائصها ووظائفها

وضع مشروع الجينوم البشري ، الذي انطلق عام 1990 بميزانية قدرها 3 مليارات دولار ، لنفسه الهدف العالمي رسم خريطة للقواعد الكيميائية التي تنتج الحمض النووي الخاص بنا وتحديد جميع الجينات الموجودة في جينوم النوع بشري. تم الانتهاء من التسلسل في عام 2003 ، بعد 13 عامًا.

بفضل هذا العمل الجزيئي والوراثي العملاق ، نعلم الآن أن الجينوم البشري يحتوي على ما يقرب من 3000 مليون زوج أساسي و 20.000 إلى 25000 جين. ومع ذلك ، لا يزال يتعين وصف الكثير ، لأن وظائف كل قسم من أقسام المعلومات الجينية التي قمنا بتشفيرها في كل خلية من خلايانا غير معروفة.

أثناء بحث العلماء ، أصبح عامة الناس أكثر فأكثر وعيًا بماهية علم الوراثة ، و العلم الذي يدرس أبجدية الجزيئات التي تنظم وترمز الوراثة وكل وظيفة من وظائفنا مهم للغاية. نحن لا شيء بدون جيناتنا ، وعلى الرغم من أنها غير مرئية للعين المجردة ، فإن كل المواد الحية "هي" بفضلهم. نظرًا لأنه لا يمكننا اكتساب المعرفة دون البدء من البداية ، نقدم لك في هذه المقالة البنية القاعدية التي ترمز لوجودنا: نيوكليوتيدات الحمض النووي.

• مقالات لها صلة: "الاختلافات بين DNA و RNA"

ما هو النوكليوتيدات؟

يتم تعريف النوكليوتيدات على أنها جزيء عضوي يتكون من الرابطة التساهمية لنيوكليوزيد (بنتوز + قاعدة نيتروجينية) ومجموعة فوسفات.

إن تسلسل النيوكليوتيدات هو الكلمة الجينية الخاصة به ، لأن ترتيبها يشفر تخليق البروتينات بواسطة الآلية الخلوية ، وبالتالي ، عملية التمثيل الغذائي للكائن الحي. لكن دعونا لا نتقدم على أنفسنا: سنركز أولاً على كل جزء من الأجزاء التي تؤدي إلى هذا الجزيء الفريد.

1. بنتوز

الخماسيات عبارة عن سكريات أحادية ، كربوهيدرات بسيطة (سكريات) ، تتكون من سلسلة من 5 ذرات كربون معا التي تؤدي وظيفة هيكلية واضحة. يمكن أن يكون البنتوز ريبوز ، مما يؤدي إلى تكوين الريبونوكليوزيد ، وهو البنية الأساسية للحمض النووي الريبي. من ناحية أخرى ، إذا فقد الريبوز ذرة أكسجين ، ينشأ ديوكسي ريبوز ، البنتوز الذي هو جزء من ديوكسي ريبونوكليوزيد ، الهيكل الرئيسي للحمض النووي.

2. قاعدة النيتروجين

كما قلنا من قبل ، يؤدي البنتوز والقاعدة النيتروجينية إلى تكوين ريبونوكليوزيد أو ديوكسي ريبونوكليوزيد ، ولكن ما هي القاعدة؟ القواعد النيتروجينية عبارة عن مركبات عضوية دورية تشتمل على ذرتين أو أكثر من ذرات النيتروجين. فيهم تم العثور على مفتاح الشفرة الجينية ، حيث أنها تعطي اسمًا محددًا لكل من النيوكليوتيدات التي هي جزء منها. هناك 3 أنواع من هذه المركبات الحلقية غير المتجانسة:

قواعد البيورين النيتروجينية: الأدينين (A) والجوانين (G). كلاهما جزء من كل من DNA و RNA. قواعد بيريميدين النيتروجينية: السيتوزين (C) ، الثايمين (T) واليوراسيل (U). الثايمين فريد من نوعه في الحمض النووي ، في حين أن اليوراسيل فريد من نوعه في الحمض النووي الريبي.

القواعد النيتروجينية Isoaloxacin: flavin (F). إنه ليس جزءًا من DNA أو RNA ، ولكنه يؤدي عمليات أخرى.

وبالتالي ، إذا كان النوكليوتيد يحتوي على قاعدة ثايمين ، فإنه يطلق عليه مباشرة (T). القواعد النيتروجينية هي تلك التي تعطي أسماء لتلك التسلسلات التي رأيناها جميعًا على بعض السبورة أو المواد العلمية التثقيفية في مرحلة ما من حياتنا. فمثلا، GATTACA هو مثال على تسلسل DNA المكون من 7 نيوكليوتيدات ، لكل منها قاعدة تعطيها اسمها..

• قد تكون مهتمًا: "قوانين مندل الثلاثة والبازلاء: هذا ما يعلموننا إياه"

3. مجموعة فوسفات

لدينا بالفعل النيوكليوسيد الكامل ، لأننا وصفنا البنتوز ، المرتبط برابطة جليكوسيدية بإحدى القواعد A و G و C و T. الآن نحن بحاجة إلى مركب واحد فقط للحصول على النيوكليوتيد بالكامل: مجموعة الفوسفات.

مجموعة الفوسفات هي أيون متعدد الذرات يتكون من ذرة فسفور مركزية (P) محاطة بأربع ذرات أكسجين متطابقة في ترتيب رباعي السطوح. هذا المزيج من الذرات ضروري للحياة ، لأنه جزء من نيوكليوتيدات DNA و RNA ، ولكنه أيضًا جزء من تلك التي تنقل الطاقة الكيميائية (ATP).

النوكليوتيدات: نيوكليوسيد (قاعدة + بنتوز) + مجموعة فوسفات

فك رموز الحياة من خلال نيوكليوتيدات الحمض النووي

كل هذه المعلومات الكيميائية رائعة ، لكن كيف نضعها موضع التنفيذ؟ حسنًا ، أولاً وقبل كل شيء ، يجب أن نأخذ ذلك في الاعتبار تشكل كل ثلاثة نيوكليوتيدات مشفرة عبارة مختلفة لتوفير معلومات عن كل من التجمعات التي تؤدي إلى ظهور بروتين. لنأخذ مثالا:

• ATT: الأدينين ، الثايمين ، الثايمين
• ACT: الأدينين والسيتوزين والثيمين
• ATA: الأدينين والثايمين والأدينين

تحتوي تسلسلات النوكليوتيدات الثلاثة المشفرة في نواة الحمض النووي للخلية على التعليمات الخاصة بـ تجميع الأحماض الأمينية isoleucine ، وهو واحد من 20 من الأحماض الأمينية المستخدمة في تخليق البروتين وظيفي. نوضح ما يلي: ليس الأمر أن التسلسلات الثلاثة ضرورية لتجميع الإيزولوسين ، ولكن الثلاثة قابلة للتبادل لأنهم جميعًا يرمزون لهذا الحمض الأميني (التكرار).

من خلال عملية لا تهمنا كثيرًا هنا ، تقوم الآلية الخلوية بعملية تسمى النسخ ، حيث يتم ترجمة النوكليوتيدات الثلاثية للحمض النووي الريبي (DNA) إلى الحمض النووي الريبي (RNA).. نظرًا لأن القاعدة النيتروجينية الثايمين ليست جزءًا من الحمض النووي الريبي ، فيجب استبدال كل (T) بـ (U). وهكذا ، فإن هذه النوكليوتيدات الثلاثية ستبدو كما يلي:

• AUU
• ACU
• WUA

إذا كانت الخلية تتطلب isoleucine ، فإن الحمض النووي الريبي المنسوخ مع أي واحد من هذه الثلاثة توائم (يسمى الآن الكودونات) سوف ينتقل من نواة الخلية إلى الريبوسومات في العصارة الخلوية ، حيث سيتم إعطاؤهم أمر دمج الأحماض الأمينية آيسولوسين في البروتين الذي يتم بناؤه في تلك اللحظة.

من خلال لغة النوكليوتيدات هذه على أساس القواعد النيتروجينية ، يمكن إنشاء ما مجموعه 64 كودونًا.، والذي يرمز إلى الأحماض الأمينية العشرين اللازمة لبناء أي بروتين في الكائنات الحية. وتجدر الإشارة إلى أنه ، باستثناء حالات نادرة ، يمكن ترميز كل حمض أميني بواسطة 2،3،4 أو 6 أكواد مختلفة. في الحالة التي رأيناها من قبل للأيزولوسين ، على سبيل المثال ، ثلاث مجموعات محتملة من النوكليوتيدات صالحة.

تتكون البروتينات بشكل عام من ما بين 100 و 300 حمض أميني.. وهكذا ، فإن بروتينًا مكونًا من 100 منهم ، يقوم بالحسابات ، سيتم ترميزه بـ 300 كودون (كل ثلاثة توائم من القواعد يستجيب لحمض أميني ، تذكر) ، والذي سيكون نتاج ترجمة 300 نيوكليوتيد DNA موجود في جينوم زنزانة.

شرح موجز

نحن نتفهم أن كل هذا التفسير المفاجئ يمكن أن يكون مذهلاً إلى حد ما ، لكننا نؤكد لك ذلك مع التشبيهات التي نقدمها أدناه ، فإن وظيفة نيوكليوتيدات الحمض النووي ستكون أوضح لك من ماء.

يجب أن نرى الحمض النووي داخل نواة الخلية كمكتبة ضخمة مليئة بالكتب. كل كتاب هو جين ، يحتوي (في حالة البشر) على حوالي 150 حرفًا ، وهي نيوكليوتيدات مرتبة لغرض معين. وهكذا ، فإن كل ثلاثة من هذه الحروف النوكليوتيدية تشكل عبارة قصيرة.

أمين مكتبة لا يكل ، في هذه الحالة يسعى إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي في الخلية إلى تحويل كلمات أحد الكتب إلى مادة ملموسة. حسنًا ، سيكون هذا مسؤولاً عن البحث عن الكتاب المحدد ، والعبارة المحددة ، وبما أن الكلمات لا يمكن أن تبدأ من الصفحات (لا يمكن نقل الحمض النووي من جوهرها) ، سيقوم بنسخ المعلومات ذات الصلة إلى شكلها الخاص دفتر.

"العبارات المنسوخة" ليست أكثر من نيوكليوتيدات الحمض النووي المحولة إلى نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي ، أي الكودونات. بمجرد نسخ هذه المعلومات (النسخ) ، تصبح الآلة جاهزة لتجميع المعلومات الواردة في كل كلمة وفقًا لذلك. هذه هي الريبوسومات ، وهي الأماكن التي يتم فيها تصنيع البروتينات من سلسلة من الأحماض الأمينية بترتيب معين. أسهل بهذه الطريقة ، أليس كذلك؟

ملخص

كما لاحظت ، فإن شرح العمليات المعقدة المشفرة بواسطة الحمض النووي يكاد يكون معقدًا مثل فهمها. ومع ذلك ، إذا أردنا أن تحتفظ بفكرة محددة عن كل هذه المصطلحات ، فهذا ما يلي: ترتيب النيوكليوتيدات الموجودة في أكواد الحمض النووي للكائنات الحية من أجل التوليف الصحيح للبروتينات، والتي تُترجم إلى عمليات استقلابية مختلفة وفي كل جزء من أجزاء الجسم التي تحددنا ، حيث إنها تمثل 50٪ من الوزن الجاف لأي نسيج تقريبًا.

وبالتالي ، فإن التعبير عن الحمض النووي (النمط الجيني) من خلال الآليات الخلوية يؤدي إلى ظهور سماتنا. الخارجية (النمط الظاهري) ، الخصائص التي تجعلنا ما نحن عليه ، بشكل فردي و محيط. يكمن تفسير الظواهر الضخمة أحيانًا في فهم أشياء أصغر بكثير.

المراجع الببليوغرافية:

• الأحماض النووية ، جامعة فالنسيا.
• الكود الجيني ، المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري (NIH).
• فوكس كيلر ، إي. الخامس. و. ل. ص. ن. (2005). من متواليات النوكليوتيدات إلى بيولوجيا الأنظمة. العلوم (077).
• سبالفييري ، النائب. & روتنبرغ ، R.G. (2004). الطب الجينومي: تطبيقات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة والمصفوفات الدقيقة للحمض النووي. الطب (بوينس آيرس) ، 64 (6): ص. 533 - 542.