الدرس 102 : الحمض النووى الريبوزى منقوص الأكسجين DNA

>

لما إقتنع معظم البيولوجيون بأن DNA هو مادة الوراثة كان التحدى فى معرفة تركيبه وكيف يتم تشفير المعلومات الوراثية عليه .

تركيب DNA :

بالرغم من أن الشكل الفراغى ثلاثى الأبعاد لم يكتشف إلا فى وقت واطسون وكريك إلا أن تركيبه كان معروف مسبقاً . 

♦ بوليمر يكون على شكل لولب مزدوج يتكون من سلسلتان أو شريطين طويلين من هيكل سكر – فوسفات , ويرتبط الشريطين معاً بروابط هيدروجينية . 

♦ ويتألف كل شريط من وحدات بنائية مونيمر تسمى نيوكليوتيدات , وترتبط تلك النيوكليوتيدات مع بعضها بروابط كيميائية تساهمية . 
♧ كل نيوكليوتيدة تتكون من 3 أجزاء : 

1 - سكر خماسى الكربون منقصوص الأكسجين C5H10O4 ( ديؤكسى ريبوز ) . 

♦  يوجد فيه 4 ذرات كربون مع ذرة أكسجين لتشكيل الحلقة الخماسية . 
♦  يختلف عن الريبوز العادى C5H10O5 بفقدان ذرة أكسجين واحدة من ذرة الكربون رقم 2 . 
♦  تُرقم فيه ذرات الكربون من 1' إلى 5' فى إتجاه عقارب الساعة . 

♦  وجود الشرطة فى الترقيم للتمييز بين الترقيم لذرات الكربون فى السكر الخماسى والترقيم لذرات الكربون فى القاعدة النيتروجينية المتصلة بالسكر الخماسى . 

ملحوظة :

♢ يقال للمركب سكر إذا إحتوى على ذرة كربون C وذرة هيدروجين H وذرة أكسجين O بنسة 1 : 2 : 1 على الترتيب. 

♢ يضاف لكل سكر أو إنزيم أو حمض لاحقة كما يلى :

♢ يحيط بكل ذرة كربون فى سكر الريبوز 4 روابط لأن تكافؤ الكربون رباعى لوجود 4 إلكترونات فى مستوى الطاقة الأخير . 

2- مجموعة من الفوسفات PO4 :

♦ مصدر تلك المجموعة هو حمض الفوسفوريك H3PO4 . 

♦ ترتبط تلك المجموعة برابطة تساهمية بذرة الكربون رقم 5 فى السكر الخماسى .

♦ مجموعة الفوسفات هى السبب فى ربط وإتصال النيوكليوتيدات ببعضها فى هيكل سكر فوسفات .

3- قاعدة نيتروجينية :

♦  عبارة عن مركب حلقى معقد يحتوى على النيتروجين .
♦  مرتبطة برابطة تساهمية بذرة الكربون رقم 1 فى السكر الخماسى .
♦  المسافة بين كل قاعدة نيتروجينية والأخرى المجاورة لها ثابتة وتساوى 34, نانومتر .
♦  تخزن المعلومات الوراثية فى الـ DNA باستخدام تلك القواعد .

تكوين النيوكليوتيدة من مكوناتها :

أنواع القواعد النيتروجينية :

لاحظ أن :

♦  الروابط التساهمية بين النيوكليوتيدات أقوى من الروابط الهيدروجينية الضعيفة سهلة الكسرالتى تعمل على تماسك السلسلتين . 

♦  الروابط الهيدروجينية سهلة الكسر وسهلة التكوين .

♦ السكر والفوسفات متطابقان فى كل نيوكليوتيدات الـ DNA أما القواعد النيتروجينية فتختلف من نيوكليوتيدة لأخرى وفقاً لتركيبها الحلقى . 

♦  كل الكائنات الحية من البكتيريا إلى الإنسان يتكون الـ DNA فيها من نفس الأربع قواعد نيتروجينية لكن تسلسل وترتيب وتتابع النيوكليوتيدات هو الذى يختلف . 

♦  تُمَثَلْ القاعدة النيتروجينية ويعبر عنها بأول حرف من إسمها .

♦  الإرتباط بين القواعد النيتروجينية لايكون عشوائياً بل مقيد ( أدينين مع ثايمين ) و ( سيتوزين مع جوانين ) .

♦ النيوكليوتيدات مختلفة فقط فى القاعدة النيتروجينية ولذلك فإن تتابع وترتيب القواعد النيتروجينية بتسلسل معين يمثل شفرة DNA المعقدة التى تمثل المعلومات الوراثية اللازمة لبناء بروتين معين يُظهر صفة ما أو يقوم بوظيفة ما , فالسكر الخماسى والفوسفات لا يتغيران على طول الشريطين , بعكس مثلاً الكربوهيدرات مثل النشا التى تتكون من وحدات متكررة متماثلة وبالتالى فهى لاتصلح لأى تشفير .

♧ تتصل وترتبط النيوكليوتيدات ببعضها فى شريط DNA كالتالى :

1 - تتصل مجموعة الفوسفات المتصلة بذرة الكربون رقم (5) فى سكر أحد النيوكليوتيدات برابطة تساهمية بذرة الكربون رقم (3) فى سكر النيوكليوتيدة التالية ويطلق على ذلك هيكل السكر فوسفات . 

هيكل السكر فوسفات :

هو الشريط الذى يتبادل فيه السكر والفوسفات حيث ترتبط النيوكليوتيدات مع بعضها فى شريط الـ DNA بحيث : 

تتصل مجموعة الفوسفات المتصلة بذرة الكربون رقم (5) فى سكر أحد النيوكليوتيدات برابطة تساهمية بذرة الكربون رقم (3) فى سكر النيوكليوتيدة التالية . 

2 - هذا الهيكل يكون غير متماثل بمعنى أن طرفى الشريط الواحد من شريطى DNA غير متماثلين :

لأن فى نهاية أحد طرفيه مجموعة فوسفات حرة طليقة مرتبطة بذرة الكربون رقم (5) فى السكر الخماسى ( أى لاترتبط ذرة الكربون رقم 5 تلك بسكر خماسى فى نيوكليوتيدة أخرى مجاورة ) , وفى نهاية الطرف الآخر للهيكل يوجد مجموعة هيدروكسيل OH حرة مرتبطة بذرة الكربون رقم (3) فى السكر الخماسى ( أى لاترتبط ذرة الكربون رقم 3 تلك بسكرخماسى فى نيوكليوتيدة أخرى مجاورة ) . 

ملحوظة : 
♦   يُقرأ إتجاه تسلسل القواعد من الطرف 5' إلى الطرف 3' فى كلا الشريطين .
♦   تحتوى أشرطة DNA مهما بلغ طولها على طرفين أحدهما له مجموعة فوسفات حرة 5' والآخر له مجموعة هيدروكسيل حرة 3' . 

3- قواعد البريميدينات والبيورينات تبرز على جانب واحد من هيكل سكر فوسفات ( أى تقع إلى جانب مركز جزئ DNA ) . 

 ♧ نسب القواعد النيتروجينية فى الحامض النووى ككل أو فى أى قطعة منه :

♦ عند تحليل وقياس كمية A , T , G , C فى DNA لأنواع مختلفة من الكائنات الحية وُجِد أنه :
بغض النظر عن نوع الكائن الحى وبغض النظر عن أى خلية من الكائن الحى أخذ منها الـ DNA :
يتساوى عدد القواعد النيتروجينية فى جزئ الـ DNA بحيث يكون :
نسبة البيورينات  ( A , G ) مع نسبة البريميدينات ( T , C )

♦ عدد النيوكليوتيدات المحتوية على الأدينين A دائماً مساوية لعدد النيوكليوتيدات المحتوية على الثايمين T وذلك بسبب إرتباط A مع T على طول اللولب المزدوج . 

فلو أن أحد شريطى DNA به 20 قاعدة أدينين فإن الشريط المقابل له سيحتوى على 20 قاعدة ثايمين .

♦ وعدد النيوكليوتيدات المحتوية على الجوانين G دائماً مساوية لعدد النيوكليوتيدات المحتوية على السيتوزين C وذلك بسبب إرتباط C مع G على طول اللولب المزدوج . 

فلو أن أحد شريطى DNA به 20 قاعدة سيتوزين فإن الشريط المقابل له سيحتوى على 20 قاعدة جوانين . 

ملحوظة : 
♦  القواعد الأربعة A,T,C,G لاتوجد بكميات متساوية .
♦  يُقال تتكامل أزواج القواعد أو تمم بعضها أو تتزاوج ولا يقال تتطابق أزواج القواعد حيث تتكامل القاعدة A مع T وليست تتطابق معها وكذلك C تتكامل مع G ولاتتطابق معها . 

♦  بمعلومية عدد النيوكليوتيدات المحتوية على أى قاعدة فى قطعة من الـ DNA يمكن معرفة عدد النيوكليوتيدات المحتوية على الثلاثة الباقية لأن مجموع القواعد الأربعة = 100% وكذلك نسبة A تتساوى مع نسبة T وكذلك نسبة C تتساوى مع نسبة G فمثلاً : 

♢ إذا كان عدد النيوكليوتيدات المحتوية على الأدينين تساوى 30 نيوكليوتيدة فى قطعة من الـ ) DNAيعنى الشريطين ) تتكون من 140 نيوكليوتيدة فإن : 

♢ إذا كان عدد نيوكليوتيدات البيورينات فى جزئ DNA هو 180 نيوكليوتيدة فإن :

عدد لفات هذا الجزئ هى 18 لفة لأن :
عدد البيورينات ( A+ G ) تساوى عدد البريميدينات ( C+T ) أى أن :
عدد النيوكليوتدات فى كامل الجزئ تساوى 360 نيوكليوتيدة وحيث أن :

كل لفة فى جزئ الـ DNA تتكون من 20 نيوكليوتيدة على الشريطين معاً فإن عدد لفات هذا الجزئ يساوى 18 لفة ( 360/20) . 

♦  يُعد الأدينين جزءاً من تركيب جزئ الأدينوسين ثلاثى الفوسفات ATP ( عملة الطاقة فى الخلية ) . 

♦  نسبة ( A + T ) لاتساوى ( C + G) . 

فمثلاً : 

لو أن هناك قطعة من الـ DNA تحقق المعادلة التالية : 

فيمكن حساب عدد النيوكليوتيدات المحتوية على C و G و T و A كالتالى :

• شارك هذه المقالة