معلومات عن الحمض النووي

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:١٠ ، ١٣ سبتمبر ٢٠٢٠
معلومات عن الحمض النووي

الحمض النووي

ما هو الحمض النووي؟

يمثل الحمض النووي، أو كما يعرف بDNA، المادة الوراثية في البشر وجميع الكائنات الحية الأخرى تقريبًا، فتمتلك كل خلية في جسم الشخص الواحد في الحمض النووي ذاته، ويقع معظم الحمض النووي في نواة الخلية ، ولكن يمكن أيضًا العثور على كمية صغيرة من هذا الحمض النووي في الميتوكوندريا، والتي يطلق عليها حمض الميوكوندريا النووي، وتمثل الميتوكوندريا هياكل داخل الخلايا، وتقوم هذه الهياكل بتحويل الطاقة من الطعام إلى شكل آخر، الأمر الذي يمكن للخلايا استخدامه.[١]

وبشكل عام، يتم تخزين المعلومات في الحمض النووي كرموز، والتي تتكون من أربع قواعد كيميائية؛ كالأدينين ، الغوانين، السيتوزين، والثايمين، ووجد العلماء أن الحمض النووي البشري يتكون من حوالي 3 مليار قاعدة، وأكثر من 99 في المئة من تلك القواعد هي نفسها في جميع الناس، ويحدد ترتيب أو تسلسل هذه القواعد المعلومات المتاحة لبناء كائن حي والحفاظ عليه، كما هو الأمر في الطريقة التي تظهر بها حروف الأبجدية في ترتيب معين لتشكيل الكلمات والجمل.[١]


وظيفة الحمض النووي

ما هو الدور الذي يقوم به الحمض النووي في جسم الإنسان؟

واجه علماء الأحياء في أربعينيات القرن الماضي صعوبةً كبيرةً في قبول الحمض النووي كمادة جينية بسبب بساطة تركيبها الكيميائي، وكان من المعروف أن الحمض النووي هو بوليمر طويل يتكون من أربعة أنواع فقط من الوحدات الفرعية، وكيميائيًا تتشابه هذه الوحدات الفرعية للغاية، وفي وقت مبكر من الخمسينيات، تم فحص الحمض النووي لأول مرة عن طريق تحليل حيود الأشعة السينية.[٢]

وتستخدم هذه التقنية لتحديد التركيب الذري ثلاثي الأبعاد للجزيء، وقد أشارت نتائج حيود الأشعة السينية المبكرة إلى أن الحمض النووي يتكون من خيطين البوليمر والتي تتشكل بشكل حلزوني، كانت ملاحظة أن الحمض النووي مزدوج الجدائل ذات أهمية حاسمة، كما قدمت واحدة من القرائن الرئيسية التي أدت إلى بنية واتسون-كريك للحمض النووي، والتي يتم استعمالها حاليًا، وحين تم اقتراح هذه البنية، أصبح من السهل فهم إمكانية الحمض النووي للنسخ المتماثل وترميز المعلومات بشكل واضح.[٢]

حيث يتم نقل المعلومات الجينية في التسلسل الخطي للنيوكليوتيدات في الحمض النووي، وكل جزيء من الحمض النووي يتكون من خيطين متكاملين من النيوكليوتيدات على شكل بوليمر حلزوني، ويتم ربطهما معًا بواسطة روابط هيدروجينية بين الغوانين والسيتوزين، وكذلك الأمر بالنسبة للأدينين والثايمين، وتكمن أهمية الحمض النووي في أنه تحتوي المعلومات الوراثية المخزنة في الحمض النووي للكائن الحي على التعليمات الخاصة بجميع البروتينات التي سيقوم الكائن بإنتاجها، وبشكل خاص في حقيقيات النوى؛ حيث يتم حفظ الحمض النووي في نواة الخلية.[٢]


تركيب الحمض النووي الكيميائي

ما هي مكونات الحمض النووي الكيميائي؟

يتكون الحمض النووي من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات، ويحتوي كل نوكليوتيد على مجموعة فوسفات ومجموعة سكر وقاعدة نيتروجين، وهناك أربعة أنواع لقواعد النيتروجين هي الأدينين، والثيمين، والغوانين، والسيتوزين، ومن المهم تذكر أن ترتيب هذه القواعد هو ما يحدد تعليمات الحمض النووي، أو الشيفرة الوراثية في الخلية.[٣]

ووفقًا للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب، فإن الحمض النووي البشري لديه حوالي 3 مليار قاعدة، وأكثر من 99 بالمائة من تلك القواعد متشابهة في جميع الأشخاص، وكما يتم استخدام ترتيبحروف الهجاء لتشكيل كلمة ما، فإن ترتيب قواعد النيتروجين في هذا التسلسل يشكل جينات، والتي في لغة الخلية، تخبر الخلايا بكيفية صنع البروتينات.[٣]

وتساهم الأنواع الأخرى من الحمض النووي بترجمة المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى البروتينات، وترتبط النيوكليوتيدات معًا لتشكيل خيطين طويلين لولبيين لإنشاء بنية تسمى الحلزون المزدوج، حيث تكون جزيئات الفوسفات والسكر على الجانبين، في حين أن القواعد تكون ما يشبه الدرج سلم ذكر شكل حلزوني مزدوج.[٣]

وترتبط أزواج الأدينين مع الثيمين، في حين أن أزواج الجوانين ترتبط مع السيتوزين، وقد يعتقد البعض أن هذه الجزيئات طويلة للغاية وفي الواقع ، يعد هذا صحيحًا إلى حد ما؛ فدون التغليف الصحيح لا يمكنها أن تتناسب مع حجم الخلايا، ولتتلائم معها، يتم لف ال DNA بإحكام لتشكيل هياكل تسمى الكروموسومات، ويحتوي يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA واحد، ويملك البشر 23 زوجًا من الكروموسومات، تحفظ داخل نواة الخلية.[٣]


أنواع الحمض النووي

ما هي أنواع الحمض النووي؟

أثبت الخبراء أن الحمض النووي هو المادة الوراثية في العديد من بدائيات النوى وحقيقيات النوى، وذلك من خلال تعريض الخلايا من نمط جيني واحد، والتي يطلق عليها اسم المتلقي، إلى DNA المستخرج من خلايا أخرى، تعرف بالمتبرع، وفي بعض الأحيان، تتكامل قطعة من DNA للمتبرع مع جينوم المتلقي، مما قد يغير بعض جوانب النمط الظاهري للمتلقي.[٤]

وتوضح هذه النتيجة أن DNA هو بالفعل المادة التي تحدد النمط الجيني والصفات الوراثية، وحتى قبل توضيح بنية الحمض النووي، أشارت الدراسات الوراثية بوضوح إلى أن العديد من الخصائص تظهر بناءً على المواد الوراثية، والدليل على ذلك أن كل خلية من خلايا الكائن الحي لها نفس التركيب الجيني.[٤]

مما يعني أن تضاعف الحمض النووي يتم بدقة عالية في كل انقسام للخلايا، سواء أكان انقسامًا متساوي أم انقسام اختزالي، إلى جانب أن أنواعًا من الحمض النووي تعد مسؤولةً بشكل كامل عن ترميز وإنتاج البروتينات في جسم الإنسان، وعلى الرغم من أن المعلومات الوراثية تعد مستقرةً نسبيًا، إلا أنها في بعض الأحيان قد تسمح بحدوث بعض التغييرات، والتي تعرف باسم الطفرات، وتمثل الاختلاف الجيني، أو المادة الخام التي تقوم عليها معظم نظريات التطور[٤]


الحمض النووي الريبوزي

ما هو الحمض النووي الريبوزي؟ ومم يتكون؟

يعرف الحمض النووي الريبوزي، أو RNA، بأنه مركب معقد من الوزن الجزيئي العالي، والذي يعمل في تخليق البروتين الخلوي ويحل محل DNA كحامل للرموز الوراثية في بعض الفيروسات، ويتكون RNA من نيوكليوتيدات الريبوز؛ أي القواعد النيتروجينية المرتبطة بسكر الريبوز، والتي تعد مرتبطةً أيضًا بمجموعة فوسفات، لتشكل خيوطًا بأطوال مختلفة.[٥]

وتكون القواعد النيتروجينية في RNA هي الأدينين، الغوانين، السيتوزين، واليوراسيل، والتي تحل محل الثيمين في DNA، وعادةً ما يكون RNA على شكل بوليمر حيوي مفرد، ومع ذلك، فإن وجود تسلسل مكمل ذاتيًا في خيطي RNA يؤدي إلى اقتران القواعد وطي السلسلة، ويعتبر التركيب الثلاثي الأبعاد للRNA أمرًا حاسمًا لاستقراره ووظيفته.[٥]

وذلك مما يسمح بتعديل سكر الريبوز والقواعد النيتروجينية بعدة طرق مختلفة وذلك من خلال الإنزيمات الخلوية التي تربط المجموعات الكيميائية بالسلسة، كمجموعات الميثيل، كما أن هذه التعديلات تمكن من تكوين روابط كيميائية بين المناطق البعيدة في حبلا RNA، مما يؤدي إلى الالتواءات المعقدة في سلسلة RNA، مما يزيد من استقرار بنيتها.[٥]

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تدمير الجزيئات ذات التعديلات الهيكلية الضعيفة بسهولة؛ فعلى سبيل المثال في جزيء RNA الناقل، والذي يفتقر إلى مجموعة الميثيل، فإن التعديل في الموضع 58 من سلسلة RNA الناقل يجعل الجزيء غير مستقرًا، وبالتالي حين لا يعمل؛ يتم تدمير السلسلة غير الوظيفية بواسطة آليات مراقبة جودة RNA الناقل الخلوية.[٥]

من بين أنواع عديدة من الحمض النووي الريبي، فإن الأنواع الثلاثة الأكثر شهرة والأكثر شيوعًا هي الحمض النووي الريبوزي الرسولي mRNA، والحمض النووي الريبوزي الناقل tRNA، والحمض النووي الريبوزي الريباسي rRNA، والتي توجد في جميع الكائنات الحية، وتنفذ هذه الأنواع، بالإضافة إلى أنواع أخرى من RNA، بشكل أساسي تفاعلات كيميائية حيوية، تماثل في مبدأ عملها الأنزيمات.[٦]

ومع ذلك، فإن لبعضها أيضًا وظائف تنظيمية معقدة في الخلايا، وبالإضافة إلى كل ما سبق، فإنه بسبب مشاركتها في العديد من العمليات التنظيمية، ووفرتها، ووظائفها المتنوعة، تلعب أنواع RNA أدوارًا مهمة في كل من العمليات الخلوية العادية، كما ترتبط عدة أمراض بها.[٦]


الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين

ما هو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين؟

عند الحديث عن أنواع الحمض النووي، من المهم ملاحظة أن الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين هو اسم آخر ل DNA، والذي يعود إلى اختلاف سكر الريبوز فيه عن ذلك الذي في RNA، ففي RNA يتكون هذا السكر من خمسة ذرات كربون وأكسجين واحد، في حين السكر في DNA لا يحتوي على محموعة الهيدروكسيل هذه، مما أدى إلى أن يكون DNA الناقل المفضل للمعلومات الوراثية في معظم الكائنات الحية؛ فبسبب مجموعة الهيدروكسيل يكون RNA أكثر عرضةً للتحلل، مما يجعل DNA أكثر ثباتًا، وبشكل خاص في المحاليل القاعدية.[٧]


وعلى الرغم من عدم ثبات RNA في المحاليل القاعدية، إلا أنه يعد أقل عرضةً للإصابة بالضرر عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية، على عكس جزيئات DNA، وبالإضافة إلى كل ذلك، فإنه يكسبه المظهر الحلزوني المزدوج، الذي يختلف عن السلسلة الوحيدة من RNA، كما يتميز DNA بكونه بوليمرًا طويلًا؛ مما يساعده على حمل الشيفرة الوراثية بأكلمها، وبشكل عام يحفظ DNA في النواة، في حين أنه يمكن ملاحظة RNA بشكل حر في النواة. [٧]


آلية انتقال الحمض النووي إلى الأجنة

كيف يتم انتقال الحمض النووي إلى الأجنة؟

كما تم الحديث سابقًا، يحمل DNA جميع المعلومات الوراثية مدى الحياة، ويشكل جزيء DNA الطويل جدًا كل من الكروموسومات في الكائن الحي؛ فيوجد 23 زوجًا منها في الإنسان، وباعتبار أن وحدة المعيشة الأساسية هي الخلية الواحدة، تنتج الخلية إلى العديد من الخلايا من خلال التكرار المتسلسل لعملية تعرف باسم انقسام الخلية، وقبل كل عملية انقسام، يجب عمل نسخ جديدة من كل من الجزيئات العديدة التي تشكل الخلية، بما في ذلك نسخًا حديدةً من جميع جزيئات DNA. [٨]

وبشكل عام يعرف مصطلح تضاعف DNA، بإنه الاسم المعطى لعملية التكرار هذه، والتي تمكن من تمرير المعلومات الوراثية للكائن الحي، أي جيناته، إلى خليتين ابنتين، والتي تم إنشاؤهما عندما انقسام الخلية، وكذلك الأمر هو بالنسبة لعملية إعادة تركيب جزيئات DNA المتماثلة، والتي تقوم بتعديل الجينات على الكروموسومات، وغالبًا في معظم التفاعلات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتضاعف DNA. [٨]

تقوم آلية إعادة التركيب أيضًا بإصلاح الضرر الذي قد يحدث، بشكل متوقع، لجزيئات DNA الطويلة أثناء مضاعفتها داخل الخلايا، وقد حدد العلماء الكائنات التي تحمل طفرة جينية، بتلك التي حدثت لديها بعض العيوب أثناء تضاعف DNA، وقد تم ذلك بعد استخدام التقنيات الجينية لتحديد مجموعات معينة من الجينات المطلوبة لعملية النسخ المتماثل.[٨]


اختبار الحمض النووي وتحديد النسب

كيف يتم اختبار الحمض النووي وتحديد النسب؟

البصمة الوراثية لDNA، والتي تعرف أيضًا باسم اختبار الهوية، تمثل طريقة عزل وتحديد العناصر المتغيرة داخل تسلسل زوج أساسي من DNA، وقد تم تطوير هذه التقنية في عام 1984 من قبل عالم الوراثة البريطاني أليك جيفري، بعد أن لاحظ أن تسلسلات معينة من DNA المتغير للغاية، والتي غالبًا لا تسهم في وظائف الجينات، تتكرر داخل الجينات؛ وبذلك أدرك جيفريز أن كل فرد لديه نمط فريد من DNA.[٩]

ويعد الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة، هو في حال نتج عدة أفراد من زيجوت واحد، كما هو الحال في التوائم المتطابقة،[٩] وعلى الأشخاص المهتمين بإجراء اختبارات DNA، تذكر أن اختبار النسب الجيني، أو علم الأنساب الجيني، يمثل وسيلةً للأشخاص المهتمين بتاريخ العائلة، لمعرفة معلومات تتجاوز ما قد يخبرهم به الأقارب أو الوثائق التاريخية؛ فيمكن أن يوفر اختبار النسب الجيني أدلةً حول المكان الذي انحدر منه أسلاف الشخص، إلى جانب معلومات حول العلاقات بين العائلات المختلفة، وغالبًا ما يتم تقاسم أنماط معينة من الاختلافات الجينية بين الأشخاص الذين ينتمون إلى من حضارات معينة، وكلما كان الشخصان أو العائلة أو السكان أكثر ارتباطًا، زادت أنماط تباين DNA التي يشتركون فيها عادةً.[١٠]


الجينات

ما هي الجينات؟

يعرف الجين بأنه الجين الوحدة الجسدية والوظيفية الأساسية للوراثة، وتتكون الجينات من DNA، وتعمل بعض الجينات كتعليمات لصنع جزيئات تسمى البروتينات، ومع ذلك، لا ترمز العديد من الجينات للبروتينات، وفي البشر، تختلف الجينات في الحجم بشكل كبير، بعضها يتكون من بضع مئات من قواعد DNA، في حين يصل البعض الآخر أكثر من مليوني قاعدة.[١١]


وقد قدر مشروع الجينوم البشري أن لدى البشر ما بين 20000 و 25000 جين، ولكل شخص نسختان من كل جين، كل منها موروثة من كل والد، ومعظم الجينات متشابهة في جميع الأشخاص، لكن عددًا صغيرًا من الجينات، يقل عن 1 في المائة من مجملها، يختلف قليلاً بين الأشخاص، ويعود ذلك إلى الاختلاف البسيط في تسلسل قواعد DNA، ومع ذلك، تساهم هذه الاختلافات الصغيرة في الصفات الوراثية والسمات الجسدية الفريدة لكل شخص.[١١]


تقنية الهندسة الوراثية

ما هي تقنية الهندسة الوراثية؟

تعرف الهندسة الوراثية بعملية استخدام التكنولوجيا لتغيير التركيب الجيني للكائن الحي، سواء أكان حيوانًا أم نباتًا أم بكتيريا، وغالبًا ما يمكن تحقيق ذلك باستخدام جزيئات rDNA، أو DNA الذي تم عزله من كائنين مختلفين أو أكثر ثم تم دمجه في جزيء واحد، ووفقًا للمعهد الوطني لبحوث الجينوم البشري، فقد تم تطوير هذه التقنية لأول مرة في أوائل السبعينيات، في حين تم تأسيس أول شركة للهندسة الوراثية، في عام 1976، حيث قامت الشركة بعزل جينات الأنسولين البشري إلى بكتيريا E. coli، مما سمح للبكتيريا بإنتاج الأنسولين البشري، وبعد موافقة إدارة الغذاء والدواء، أنتجت الشركة أول دواء مهندس وراثيًا، والذي يعرف بالأنسولين الاصطناعي، في عام 1982، وبالإضافة إلى ذلك، تمت الموافقة على أول لقاح مصمم وراثيًا للبشر من قبل FDA في عام 1987 ، وقد كان يحارب هذه اللقاح التهاب الكبد B.[١٢]

المراجع[+]

  1. ^ أ ب "What is DNA", ghr.nlm.nih.gov. Edited.
  2. ^ أ ب ت "The Structure and Function of DNA", www.ncbi.nlm.nih.gov. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث "DNA: Definition, Structure & Discovery", www.livescience.com. Edited.
  4. ^ أ ب ت "The Nature of DNA", www.ncbi.nlm.nih.gov. Edited.
  5. ^ أ ب ت ث "RNA", www.britannica.com. Edited.
  6. ^ أ ب "RNA", www.britannica.com. Edited.
  7. ^ أ ب "Difference Between DNA and RNA", www.researchgate.net. Edited.
  8. ^ أ ب ت "DNA replication and recombination", www.nature.com. Edited.
  9. ^ أ ب "DNA fingerprinting", www.britannica.com. Edited.
  10. "What is genetic ancestry testing", ghr.nlm.nih.gov. Edited.
  11. ^ أ ب "What is a gene", ghr.nlm.nih.gov. Edited.
  12. "Whats Genetic Engineering", www.livescience.com. Edited.