ما هو DNA
حمض ديوكسي ريبونوكلييك ، أو DNA ، هو جزيء بيولوجي كبير يحمل المعلومات الوراثية في العديد من الكائنات الحية، الحمض النووي ضروري لإنتاج البروتين و التنظيم و التمثيل الغذائي و التكاثر، توجد جزيئات الحمض النووي الكبيرة و المضغوطة مع البروتينات المرتبطة بها ، و التي تسمى الكروماتين ، في الغالب في النواة، تحتوي بعض العضيات السيتوبلازمية مثل الميتوكوندريا أيضًا على جزيئات الحمض النووي.الحمض النووي بشكل عام عبارة عن بوليمر مزدوج الشريطة من النيوكليوتيدات ، على الرغم من أن الحمض النووي أحادي السلسلة معروف أيضًا، النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي هي جزيئات مصنوعة من السكر ، و نزع الأكسجين ، و الفوسفات ، و قاعدة النيتروجين، تتكون القواعد النيتروجينية في الحمض النووي من أربعة أنواع : الأدينين ، والجوانين ، والثايمين ، والسيتوزين.يشكل الفوسفات و عديد السكاريد الديوكسيريبوز بنية شبيهة بالعمود الفقري ، وظيفة RNA ، مع قاعدة نيتروجينية تمتد مثل درجات السلم، يرتبط كل جزيء سكر بواسطة ذرات الكربون الثالثة و الخامسة بجزيء واحد من الفوسفات لكل منهما.[1]
ماهي وظائف DNA
تم عزل الحمض النووي و اكتشافه كيميائيًا قبل أن تتضح وظائفه، تم تحديد الحمض النووي و الجزيء المرتبط به ، RNA ، في البداية ببساطة على أنهما جزيئات حمضية كانت موجودة في النواة، عندما أعيد اكتشاف تجارب مندل في علم الوراثة .أصبح من الواضح أن الوراثة يمكن أن تنتقل من خلال جزيئات منفصلة ، وأن هناك أساس كيميائي حيوي للوراثة، كما أظهرت سلسلة من التجارب أن من بين الأنواع الأربعة للجزيئات الكبيرة داخل الخلية (الكربوهيدرات ، و الدهون ، و البروتينات ، و الأحماض النووية) ، كانت المواد الكيميائية الوحيدة التي تم نقلها باستمرار من جيل إلى جيل هي الأحماض النووية.عندما أصبح واضحًا أن الحمض النووي هو المادة التي تم تناقلها من جيل إلى جيل ، بدأ التحقيق في وظائفهاالنسخ المتماثل و الوراثة
لكل جزيء DNA تسلسل خاص به من النيوكليوتيدات، أي أن الترتيب الذي تظهر به القواعد النيتروجينية في الجزيء الكبير يحدد جزيء الحمض النووي.على سبيل المثال ، عندما تم ترتيب تسلسل الجينوم البشري ، تم وضع النيوكليوتيدات التي تشكل كل زوج من 23 زوجًا من الكروموسومات ، مثل سلسلة من الكلمات على الصفحة.توجد اختلافات فردية في تسلسل النيوكليوتيدات ، ولكن بشكل عام ، لكل كائن حي ، يتم الحفاظ على امتدادات كبيرة. من ناحية أخرى ، فإن العمود الفقري لفوسفات السكر شائع لجميع جزيئات الحمض النووي ، بين الأنواع ، سواء في البكتيريا أو النباتات أو اللافقاريات أو البشر.عندما يحتاج جزيء DNA مزدوج الشريطة إلى التكرار ، فإن أول شيء يحدث هو أن الخيطين منفصلين في فترة قصيرة ، مما يخلق بنية تشبه الفقاعة، الفرق بين mRNA,tRNA,rRNA في هذه المنطقة المؤقتة أحادية الجديلة ، يشكل عدد من الإنزيمات و البروتينات الأخرى ، بما في ذلك بوليميريز الحمض النووي ، الشريط التكميلي ، مع اختيار النوكليوتيدات الصحيحة عن طريق الرابطة الهيدروجينية.تستمر هذه الإنزيمات على طول كل خط لتشكيل جزيء متعدد النوكليوتيد جديد حتى يتم تكرار الحمض النووي تمامًا.تبدأ الحياة من خلية واحدة، بالنسبة للبشر ، هذه هي البيضة الملقحة التي تتكون من تخصيب البويضة بواسطة الحيوانات المنوية.بعد ذلك ، يتم إنتاج مجموعة رائعة من أنواع الخلايا والأنسجة عن طريق الانقسام الخلوي.حتى الحفاظ على الوظائف الطبيعية لدى البالغين يتطلب مشاركة مستمرة.في كل مرة تنقسم فيها الخلية ، تتضاعف المادة الوراثية النووية.هذا يعني أن حوالي 3 مليارات نيوكليوتيد تمت قراءتها و نسخها بدقة.تضمن بوليمرات الحمض النووي عالية الدقة وعدد من آليات إصلاح الأخطاء وجود نيوكليوتيد ضعيف الارتباط لكل 10 مليارات زوج قاعدي.النسخ
الوظيفة الثانية المهمة للمادة الجينية هي توجيه الأنشطة الفسيولوجية للخلية.يتم تنفيذ معظم الأدوار التحفيزية و الوظيفية في الجسم عن طريق الببتيدات و البروتينات و الحمض النووي الريبي.يتم تحديد بنية و وظيفة هذه الجزيئات من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي.عندما يلزم إنتاج بروتين أو جزيء RNA ، فإن الخطوة الأولى هي النسخ.مثل تكاثر الحمض النووي ، يبدأ بالتشكيل المؤقت لمنطقة أحادية الجديلة.بعد ذلك ، تعمل المنطقة المنفردة التي تقطعت بها السبل كنموذج لبلمرة جزيء متعدد النوكليوتيد RNA التكميلي.يشارك واحد فقط من خيطي الحمض النووي في النسخ.هذا يسمى ذراع النموذج و الذراع الآخر يسمى ذراع الترميز.نظرًا لأن النسخ يعتمد أيضًا على مطابقة القاعدة التكميلية ، فإن تسلسل الحمض النووي الريبي هو تقريبًا نفس شريط التشفير.الطفرة والتطور
الفرق بين DNA و RNA واضح فالتكاثر و الوراثة من الوظائف الرئيسية لأي مادة وراثية.من أجل خلق جيل جديد ، يجب تكرار المعلومات الجينية بدقة ثم نقلها.تضمن بنية الحمض النووي أن المعلومات المشفرة في كل خط بولي نيوكليوتيد يتم نسخها بدقة مذهلة.على الرغم من أهمية تكرار الحمض النووي بدرجة عالية جدًا من الدقة ، فإن العملية الشاملة للتطور تتطلب وجود التنوع الجيني في كل نوع.إحدى طرق حدوث ذلك هي من خلال الطفرات في جزيئات الحمض النووي.تسمح التغييرات في تسلسل النوكليوتيدات للمادة الوراثية بتكوين أليل جديد.الأليلات أنواع مختلفة ، والأكثر فاعلية ، لكل جين.على سبيل المثال ، يمتلك الأشخاص ذوو فصيلة الدم B جين محدد ينتج بروتين سطحي معين على خلايا الدم الحمراء.يختلف هذا البروتين عن المستضدات السطحية في أولئك الذين لديهم فصيلة الدم A.و بالمثل ، فإن الأشخاص المصابين بفقر الدم المنجلي لديهم أليل خضاب مختلف عن أولئك الذين لا يعانون من المرض.يسمح وجود هذا التباين لبعض السكان على الأقل بالبقاء على قيد الحياة عندما يكون هناك تغيير مفاجئ و جذري في البيئةعلى سبيل المثال ، الأفراد الذين يحملون أليل هيموجلوبين متحور معرضون لخطر الإصابة بفقر الدم المنجلي.و مع ذلك ، فإن لديهم أيضًا فرصة أكبر للبقاء في المناطق التي تتوطن فيها الملاريا.تسمح هذه الطفرات و وجود التباين للسكان بالتطور و التكيف مع الظروف المتغيرة.الهندسة الوراثية
على مستوى آخر ، فإن دور الحمض النووي كمادة وراثية و فهم كيمياءه يسمح لنا بمعالجته و استخدامه لتحسين نوعية الحياة.على سبيل المثال ، تم إنتاج المحاصيل المحورة جينيا التي تتحمل الآفات أو الجفاف من أصناف الأنواع البرية عن طريق الهندسة الوراثية.تعتمد الكثير من البيولوجيا الجزيئية على عزل الحمض النووي و معالجته من أجل دراسة العمليات الحية.[3]
