تعد الأحماض النووية أهم الجزيئات الكبيرة لاستمرارية الحياة. فهي تحمل المخطط الجيني للخلية وتحمل التعليمات الخاصة بوظائفها.
DNA و RNA
النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الجينية في جميع الكائنات الحية، بدءاً من البكتيريا وحيدة الخلية إلى الثدييات متعددة الخلايا. إنه موجود في نواة حقيقيات النوى وفي العضيات والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى، لا يتم تغليف الحمض النووي في غلاف غشائي.
إن المحتوى الجيني الكامل للخلية' هو جينومها، ودراسة الجينوم هي علم الجينوم. في الخلايا حقيقية النواة ولكن ليس في بدائيات النوى ، يشكل الحمض النووي مركبًا مع بروتينات هيستون لتكوين الكروماتين ، وهو مادة الكروموسومات حقيقية النواة. يمكن أن يحتوي الكروموسوم على عشرات الآلاف من الجينات. تحتوي العديد من الجينات على المعلومات اللازمة لصنع البروتينات. كود الجينات الأخرى لمنتجات الحمض النووي الريبي. يتحكم الحمض النووي في جميع الأنشطة الخلوية عن طريق تشغيل الجينات “تشغيل” أو “إيقاف.”
يشارك النوع الآخر من الحمض النووي، وهو RNA، في الغالب في تخليق البروتين. لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبداً ولكنها تستخدم وسيطاً للتواصل مع بقية الخلية. هذا الوسيط هو الرسول RNA (mRNA). أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي RNA— مثلrRNA,، tRNA، و RNA— الميكروي كلها تشارك في تخليق البروتين وتنظيمه.
يتكون DNA و RNA من مونومريات تسمى النيوكليوتيدات. تشتمل ثلاثة مكونات على كل نوكليوتيد: قاعدة نيتروجينية، سكر بنتوز (خمسة كربون)، ومجموعة فوسفات. ترتبط كل قاعدة نيتروجينية في نوكليوتيد بجزيء سكر، والذي يرتبط بمجموعة أو أكثر من مجموعات الفوسفات. القواعد النيتروجينية، وهي مكونات مهمة للنيوكليوتيدات، هي جزيئات عضوية وسميت بهذا الاسم لأنها تحتوي على الكربون والنيتروجين. إنها قواعد لأنها تحتوي على مجموعة أمينية لديها القدرة على ربط هيدروجين إضافي، وبالتالي تقليل تركيز أيون الهيدروجين في بيئتها، مما يجعلها أكثر أساسية. يحتوي كل نوكليوتيد في الحمض النووي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية محتملة: الأدينين (A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) ، والثيمين (T). يتم تصنيف الأدينين والجوانين على أنها بورينات. الهيكل الأساسي للبيورين' هو حلقتان من الكربون والنيتروجين. يتم تصنيف السيتوزين والثايمين واليوراسيل على أنها بيريميدين لها حلقة كربون-نيتروجين واحدة كهيكلها الأساسي. كل من حلقات الكربون والنيتروجين الأساسية هذه لها مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بها. في اختصار البيولوجيا الجزيئية، نعرف القواعد النيتروجينية برموزها A و T و G و C و U. يحتوي DNA على A و T و G و C؛ بينما يحتوي RNA على A و U و G و C.
سكر البنتوز في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز، وفي الحمض النووي الريبي، السكر هو ريبوز. الفرق بين السكريات هو وجود مجموعة الهيدروكسيل على ثاني كربون في الريبوز' وهيدروجين على ثاني كربون في الديوكسيريبوز'. تلتصق بقايا الفوسفات بمجموعة الهيدروكسيل الخاصة بـ 5′ كربون سكر واحد ومجموعة الهيدروكسيل من3′ كربون سكر من النوكليوتيد التالي، والذي يشكل بالنتيجة رابطة 5′–3′ فوسفوديستر.
بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي
يحتوي الحمض النووي على بنية ثنائية الحلزون. يقع السكر والفوسفات على السطح الخارجي للحلزون، مما يشكل العمود الفقري للـ DNA'. القواعد النيتروجينية مكدسة في الداخل، مثل زوج من درجات السلم. تربط الروابط الهيدروجينية الأزواج ببعضها البعض. يتم فصل كل زوج أساسي في اللولب المزدوج عن الزوج الأساسي التالي بمقدار 0.34 نانومتر. تعمل خيوط الهيليكس' الثنائية في اتجاهين متعاكسين، مما يعني أن نهاية الكربون 5′ لواحدة من الخيوط ستواجه نهاية الكربون 3′ للخيط المقابل. يُسمح فقط بأنواع معينة من الاقتران الأساسي – يمكن أن يقترن A مع T، ويمكن أن يقترن G مع C. هذه هي القاعدة الأساسية التكميلية. وبعبارة أخرى، فإن خيوط الحمض النووي مكملة لبعضها البعض.
< RNA
يشارك الحمض النووي الريبي بشكل أساسي في عملية تخليق البروتين تحت إشراف الحمض النووي. عادة ما يكون الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة ويتكون من ريبونوكليوتيدات مرتبطة بروابط الفوسفوديستر.
هناك أربعة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي: الRNA المرسال (mRNA) ، والـ RNA الريبي (RNA)، والـ RNA الناقل (tRNA)، والـ RNA الميكروي (miRNA). أول نوع، mRNA، يحمل الرسالة من الحمض النووي، الذي يتحكم في جميع الأنشطة الخلوية في الخلية. إذا كانت الخلية تتطلب بروتيناً معيناً، فإن الجين الخاص بها يتحول إلى وضعية “التفعيل” ويتم تصنيع RNA الرسول في النواة. تسلسل قاعدة RNA هو مكمل لتسلسل تشفير DNA' الذي تم نسخه منه. في السيتوبلازم، يتفاعل mRNA المرسال مع الريبوسومات والآلات الخلوية الأخرى.
تتم قراءة mRNA في مجموعات من ثلاث قواعد تعرف باسم الكودونات. يرمز كل كودون لحمض أميني واحد. بهذه الطريقة، يتم قراءة mRNA ويتم تصنيع منتج البروتين. الـ rRNA الريبوسومي' (الرنا الريباسي) هو مكون رئيسي للريبوسومات التي يرتبط بها الرنا المرسال. يضمن الرنا الريباسي المحاذاة الصحيحة للـ mRNA والريبوسومات. يحتوي الـ rRNA الريبوسومي' أيضًا على نشاط إنزيمي (بيبتيديل ترانفسيراز) ويحفز تكوين رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية المتوافقة. يعد الحمض النووي الريبي الناقل ((tRNA) أحد أصغر الأنواع الأربعة من RNA، وعادةً ما يكون بطول 70–90 نيوكليوتيداً. يحمل الحمض الأميني الصحيح إلى موقع تخليق البروتين. إن الاقتران الأساسي بين tRNA و mRNA هو الذي يسمح للحمض الأميني الصحيح بإدخال نفسه في سلسلة البولي ببتيد. RNA الميكروي هو أصغر جزيئات RNA، وينطوي دوره على تنظيم التعبير الجيني عن طريق التدخل في التعبير عن رسائل معينة من mRNA.
على الرغم من أن RNA أحادي السلسلة، فإن معظم أنواع RNA تُظهر اقتراناً واسعاً للقاعدة داخل الجزيئية بين التسلسلات التكميلية، مما يخلق بنية ثلاثية الأبعاد يمكن التنبؤ بها ضرورية لوظيفتها.
هذا النص مقتبس من Openstax, Biology 2e, Chapter 3.5: Nucleic Acids.
