الأحماض النووية هي سلاسل طويلة من النيوكليوتيدات مرتبطة معا بروابط ثنائي_استر_الفسفور. هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، أو الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي. تتكون النيوكليوتيدات في كل من الحمض النووي و الحمض النووي الريبي من سكر و قاعدة نيتروجين و جزيء فوسفات.
تتكون المادة الوراثية للخلية من الأحماض النووية ، والتي تمكن الكائنات الحية من نقل المعلومات الجينية من جيل إلى آخر. هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يختلف الحمض النووي و الحمض النووي الريبي اختلافاً طفيفاً جداً في تركيبتهما الكيميائية ، لكنهما يلعبان أدواراً بيولوجية مختلفة تماماً.
كيميائيا ، الأحماض النووية هي البولي نيوكليوتيدات _ سلاسل من النيوكليوتيدات. يتكون النيوكليوتيد من ثلاثة مكونات: سكر بنتوز ، و قاعدة نيتروجين ، و مجموعة فوسفات. السكر و القاعدة معا تشكل النيوكليوسيد. و من ثم ، يشار إلى النيوكليوتيد أحياناً باسم النيوكليوسيد أحادي الفوسفات. يلعب كل من المكونات الثلاثة للنيوكليوتيد دورا رئيسيا في التجميع العام للأحماض النووية.
كما يوحي الاسم ، فإن سكر البنتوز يحتوي على خمس ذرات كربون ، و هي تحمل علامة 1o ، 2o ، 3o ، 4o ، 5o. . سكر البنتوز في الحمض النووي الريبي هو ريبوز ، مما يعني أن الكربون 2o يحمل مجموعة الهيدروكسيل. السكر في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز ، و هذا يعني يتم إرفاق الكربون 2o لذرة الهيدروجين. يرتبط السكر بقاعدة النيتروجين في الكربون 1o و جزيء الفوسفات في الكربون 5o.
يمكن لجزيء الفوسفات المرتبط بالكربون5o لنيوكليوتيد واحد أن يشكل رابطة تساهمية مع مجموعة 3o الهيدروكسيل من نيوكليوتيد آخر ، لربط النيوكليوتيدات الاثنين معا. هذه الرابطة التساهمية تسمى رابطة ثنائي-استر-الفسفور (فوسفوديستر). روابط الفوسفوديستر بين النيوكليوتيدات تخلق عمود فقري من السكر و الفوسفات بالتناوب في سلسلة من البولي نيوكليوتيد. يؤدي ربط الطرف 5o لنيوكليوتيد واحد بنهاية الطرف 3o لآخر الى اضفاء اتجاهية إلى سلسلة البولي نيوكليوتيد ، والتي تلعب دورا رئيسيا في تكرار الحمض النووي وتخليق الحمض النووي الريبي. في أحد طرفي سلسلة البولي نيوكليوتيد ، والتي تسمى النهاية 3o يحتوي السكر على مجموعة حرة من 3o الهيدروكسيل. في الطرف الآخر ، عند النهاية 5o ، يحتوي السكر علي مجموعة حرة من 5o الفوسفات.
قواعد النيتروجين عبارة عن جزيئات تحتوي على حلقة أو حلقتين مكونتين من ذرات الكربون والنيتروجين. تسمى هذه الجزيئات ”القواعد“ لأنها قاعدية كيميائياً ، ويمكن أن ترتبط بأيونات الهيدروجين. هناك فئتان من قواعد النيتروجين: بيريميدينات وبيورينات. تحتوي البيريميدينات على هيكل حلقة من ستة أعضاء ، في حين أن البيورينات تتكون من حلقة من ستة أعضاء مدمجة في حلقة من خمسة أعضاء. تشمل البيريميدينات السيتوزين (C) والثايمين (T) واليوراسيل (U). تشمل البيورينات الأدينين (A) والجوانين (G).
السيتوزين والأدينين والجوانين موجودين في كل من الحمض النووي و الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، فإن الثايمين خاص بالحمض النووي ، ويوجد اليوراسيل فقط في الحمض النووي الريبي. يمكن أن تشكل البيورينات والبيريميدينات روابط هيدروجينية مع بعضها البعض في نمط معين ، بناءً على وجود مجموعات كيميائية تكميلية تشبه قطع أحجية الصور المقطوعة. في ظل الظروف الخلوية العادية ، يشكل الأدينين روابط هيدروجينية مع الثايمين (في الحمض النووي) أو اليوراسيل (في الحمض النووي الريبي) ، بينما يشكل الجوانين روابط هيدروجينية مع السيتوزين. اقتران القواعد التكميلي هذا هو أمر بالغ الأهمية لبنية الحمض النووي و وظيفته.
يتبنى الحمض النووي بنية حلزونية مزدوجة داخل الخلية. يتكون اللولب المزدوج من سلسلتين من البولي نيوكليوتيد ، تسمى خيوط ، تلتف حول بعضها البعض بطريقة حلزونية. الخيطان في اتجاهين متعاكسين ، أو ”مضادان للتوازي“ لبعضها البعض ، مما يعني أن النهاية 5o لأحد الخيوط قريب من نهاية 3o للآخر. يتم ربط الخيطان معاً من خلال اقتران القاعدة التكميلي (على سبيل المثال ، السيتوزين مع الجوانين).
في الحلزون المزدوج للحمض النووي ، يوجد العمود الفقري للسكر والفوسفات من الخارج ، في حين أن القواعد المرتبطة بالهيدروجين موجودة في الداخل. يوجد الحمض النووي الريبي في الغالب كجزيء وحيد الخيط. يمكن لهذا الشريط المفرد من الحمض الريبي أن يشكل هياكل ثانوية محلية من خلال اقتران القاعدة التكميلي داخل الخيط. أنواع مختلفة من الهياكل الثانوية للحمض النووي الريبي لها وظائف مميزة داخل الخلية.
