نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعرف على تركيب ووظيفة الأحماض النووية، أي الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي. وسنتعرف على أوجه التشابه والاختلاف بينهما، كما سنتعرف على وحدتهما الجزيئية، وهي النيوكليوتيدات.
الأحماض النووية هي أحد الأنواع الأربعة للجزيئات الحيوية الكبيرة. والأحماض النووية متكيفة تحديدًا لتخزين المعلومات ونقلها. سميت الأحماض النووية بهذا الاسم لأنه عثر عليها للمرة الأولى في نواة الخلية. وهناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي. وعلى الرغم من اكتشاف الأحماض النووية للمرة الأولى في نوى الخلايا الحقيقية النوى، فإنها موجودة في جميع الكائنات الحية، بما في ذلك الكائنات البدائية النوى التي ليس بها نواة من الأساس. ويستخدم الاختصار DNA للإشارة إلى الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين، بينما يشير الاختصار RNA إلى الحمض النووي الريبوزي. وهذان الجزيئان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، لكن بينهما العديد من الاختلافات البارزة في التركيب. وهذا يجعلهما متكيفين مع الوظائف المرتبطة والمختلفة في الوقت نفسه.
دعونا نبدأ بفحص التركيب العام للحمض النووي. الأحماض النووية بوليمرات، ما يعني أنها جزيئات كبيرة مكونة من عدة وحدات جزيئية متكررة، وهي المونومرات. والمونومرات المكونة للأحماض النووية تسمى النيوكليوتيدات. تتكون النيوكليوتيدة من ثلاثة أجزاء: مجموعة فوسفات، وسكر بنتوز، وقاعدة نيتروجينية. تظل مجموعة الفوسفات كما هي دائمًا. يوجد نوعان من سكر البنتوز داخل الأحماض النووية، وهما سكر الريبوز وسكر الريبوز المنقوص الأكسجين الذي يقل فيه الأكسجين بمقدار ذرة واحدة عن سكر الريبوز. يمكنك أن تستنبط من الاسمين أن سكر الريبوز المنقوص الأكسجين يوجد في نيوكليوتيدات الحمض النووي، وسكر الريبوز يوجد في نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبوزي.
وأخيرًا، يوجد خمسة أنواع من القواعد النيتروجينية. وهي الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين واليوراسيل. غالبًا ما تمثل القواعد النيتروجينية بالأحرف الأولى من أسمائها. توجد قاعدة الثايمين في الحمض النووي فقط، بينما لا توجد قاعدة اليوراسيل إلا في الحمض النووي الريبوزي. ويوجد كل من الأدينين والجوانين والسيتوزين في كلا الحمضين. استقطاب النيوكليوتيدات هو ما يصنع الحمض النووي. يرتبط سكر البنتوز في إحدى النيوكليوتيدات بمجموعة الفوسفات بالنيوكليوتيدة المجاورة. ويعاد ترتيب ذرات مجموعتي الهيدروكسيل كي يتشارك الجزيئان في ذرة أكسجين واحدة. وبعد ذلك ترتبط ذرتا الهيدروجين وذرة الأكسجين، التي تنطلق من هذه العملية، معًا لتكوين جزيء واحد من الماء. وهذه العملية الكيميائية تسمى تفاعل التكثيف.
وتسمى الرابطة الناتجة بين مجموعة الفوسفات ونوعي السكر هذين بالرابطة الفوسفاتية الثنائية الإستر. تشكل الروابط بين سكر البنتوز ومجموعات الفوسفات سلسلة هيكلية مستقرة يشار إليها باسم هيكل السكر والفوسفات. نعرف أن الأحماض النووية متكيفة مع تخزين المعلومات ونقلها، وأن هذه المعلومات موجودة في تتابع القواعد النيوكليوتيدية. ولكي يكون لهذه المعلومات معنى، يجب أن يتخذ هذا التتابع ترتيبًا معينًا، وهو ما يقودنا إلى مفهوم يسمى الاتجاهية.
يعد ترقيم ذرات الكربون في جزيء السكر من الأمور المتعارف عليها علميًّا. فترقم ذرات الكربون في سكر البنتوز من واحد إلى خمسة على النحو التالي. ترتبط ذرة الكربون الخامسة بمجموعة الفوسفات الخاصة بالنيوكليوتيدة نفسها. ولذا يسمى هذا الطرف من الجزيء خمسة شرطة. وترتبط ذرة الكربون الثالثة الموجودة في سكر البنتوز بمجموعة الفوسفات الخاصة بالنيوكليوتيدة المجاورة. ولذا يسمى هذا الطرف من الجزيء ثلاثة شرطة. ونقرأ تتابع النيوكليوتيدات من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة لأن هذه هي الكيفية التي تحدث بها عملية البلمرة في الكائنات الحية.
دعونا نتدرب سريعًا على ذلك من خلال كتابة تتابع النيوكليوتيدات في هذا المثال. نقرأ التتابع من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة على النحو التالي: GATCG. بعد أن تعرفنا على التركيب العام للنيوكليوتيدات ومدى قدرتها على تكوين تتابع من قواعد النيوكليوتيدات القابلة للقراءة، دعونا نلق نظرة على تركيب الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي. الحمض النووي متكيف بشكل خاص مع تخزين المعلومات ونقلها إلى النسل من الخلايا أو الكائنات الحية. يتكون الحمض النووي من شريطين من النيوكليوتيدات يرتبطان معًا عند القواعد النيتروجينية. وبسبب تركيب الوحدات الجزيئية، يكون الحمض النووي شكل سلم ملتو يسمى أيضًا اللولب المزدوج. يشكل هيكل السكر والفوسفات جانبي السلم، بينما تشكل القواعد النيتروجينية المترابطة درجات السلم.
إذا انفك التفاف هذا السلم، يمكننا أن نرى تتابع النيوكليوتيدات بصورة أوضح. وقد أضفت هنا أيضًا الحروف التي تمثل القواعد النيتروجينية. إذا كبرنا الصورة أكثر ونظرنا إلى التركيب عن قرب، يمكننا أن نرى الجزيئات الموجودة على أحد الشريطين تشير إلى اتجاه معين، والجزيئات الموجودة على الشريط المقابل تشير إلى الاتجاه المعاكس. ولهذا السبب، فإن أحد الشريطين يقرأ من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة، في حين لو قرأنا الشريط المقابل في الاتجاه نفسه، فسنقرأ من ثلاثة شرطة إلى خمسة شرطة. يعرف هذا الترتيب باسم التوازي المتعاكس، لأن شريطي الحمض النووي متوازيان لكن لهما اتجاهين متعاكسين. ويعد الاتجاه الذي نقرأ به شريط الحمض النووي مهمًّا بما أن تتابع قواعد النيوكليوتيدات هو ما يحدد المعلومات الجينية.
من السمات الأخرى التي تميز جزيء الحمض النووي أن كل قاعدة نيتروجينية لا ترتبط إلا مع قاعدة معينة مكملة لها. ففي الحمض النووي، يقترن الأدينين دائمًا بالثايمين، ويقترن السيتوزين دائمًا بالجوانين. وستلاحظ أيضًا أن القاعدة الكبيرة تقترن دائمًا بالقاعدة الأصغر. وهذا يسمح لجزيء الحمض النووي بالاحتفاظ بنفس عرضه وطوله. وهذا ما نشير إليه باسم قواعد ازدواج القواعد. لقد تركت بعض الفراغات في مثال شريط الحمض النووي كي نتمكن من تطبيق ازدواج القواعد معًا. إذا كان تتابع النيوكليوتيدات على أحد شريطي الحمض النووي، المقروءة في الاتجاه من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة، هي CTA، فماذا سيكون التتابع الموجود على الشريط المكمل التي تقرأ من ثلاثة شرطة إلى خمسة شرطة؟ حسنًا، سيكون تتابع النيوكليوتيدات المكملة هو GAT.
ترتبط الشرائط المكملة للحمض النووي معًا بواسطة الروابط الهيدروجينية. وعلى النقيض من الروابط الفوسفاتية الثنائية الإستر الموجودة في هيكل السكر والفوسفات، هذه الروابط الهيدروجينية يسهل كسرها نسبيًّا. كل هذه السمات التي يتميز بها الحمض النووي تسمح بتضاعفه بسرعة وبدقة، وهذا أمر ضروري لوظيفته كحامل للمعلومات الوراثية. تختلف وظيفة الحمض النووي الريبوزي عن وظيفة الحمض النووي لأن الحمض النووي الريبوزي متكيف لنقل المعلومات من مكان لآخر. علمنا فيما سبق أن نيوكليوتيدة الحمض النووي الريبوزي تتضمن سكر الريبوز وليس سكر الريبوز المنقوص الأكسجين. والحمض النووي الريبوزي الرسول هو المسئول عن نقل المعلومات من الحمض النووي الذي تخزن بداخله، إلى الريبوسوم الذي يحولها بدوره إلى بروتين. ولكي ينجز الحمض النووي الريبوزي الرسول تلك المهمة، فإنه يتبع مجموعة من قواعد ازدواج القواعد كالتي يتبعها الحمض النووي.
لدينا هنا جزيء من الحمض النووي انفصل فيه شريطا النيوكليوتيدات المكملة. ولنقل المعلومات، يجب بناء شريط حمض نووي ريبوزي مكمل. كما هو الحال في الحمض النووي، تقترن قاعدة السيتوزين الصغيرة دائمًا بقاعدة الجوانين الكبيرة. وحيثما نجد قاعدة الثايمين في جزيء الحمض النووي، فستكون قاعدة الأدينين دائمًا هي قاعدة الحمض النووي الريبوزي المكملة لها. لكن حيثما يحتو الحمض النووي على الأدينين، فسوف تكون القاعدة المكملة في الحمض النووي الريبوزي هي اليوراسيل وليس الثايمين. لم لا تحاول ملء بقية القواعد المتكاملة للحمض النووي الريبوزي بمفردك؟
بمجرد أن ينسخ الحمض النووي الريبوزي المعلومات من شريط الحمض النووي، ينفصل وينتقل إلى الريبوسوم حيث تبدأ عملية تخليق البروتين ويلتحم شريطا الحمض النووي من جديد. بجانب الاختلافات التي لاحظناها بالفعل، يمكننا أن نرى هنا أيضًا أن الحمض النووي يوجد في صورة شريطين مرتبطين من النيوكليوتيدات، بينما يوجد الحمض النووي الريبوزي في صورة شريط منفرد من النيوكليوتيدات. وكذلك في الخلايا الحقيقية النوى، يخزن الحمض النووي في النواة، بينما يمكن العثور على الحمض النووي الريبوزي داخل النواة وفي السيتوبلازم. بعد أن عرفنا كيف أن الاختلافات في تركيب الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي تدعم وظائفهما المختلفة، دعونا نحل سؤالًا تدريبيًّا.
يعد الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبوزي (RNA) مثالين للأحماض النووية. قارن بين تركيب الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي.
هذا السؤال يطلب منا المقارنة، وهو ما يعني وصف أوجه التشابه والاختلاف. ومطلوب منا وصف هذه الأوجه بين تركيبي الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي. كما يطلب السؤال التركيز خصوصًا على التركيب أو الأجزاء، وليس الوظيفة التي يؤديها هذان الجزيئان.
من طرق تنظيم معلوماتك عند حل أسئلة المقارنة رسم جدول به عمود للحمض النووي وآخر للحمض النووي الريبوزي وعمود ثالث لكليهما. بعد ذلك تملأ الجدول بما تعرفه ببساطة، وهذا يساعدك على تدوين إجابتك. وهناك طريقة أخرى لتنظيم معلوماتك وهي رسم مخطط فن حيث ترسم دائرة للحمض النووي ودائرة للحمض النووي الريبوزي، ثم تضع المعلومات الخاصة بكليهما في موضع تداخل الدائرتين. أفضل شخصيا الطريقة المرئية الأكثر وضوحًا، لذا سأكمل باستخدام مخطط فن، لكن بإمكانك استخدام الطريقة الأنسب لك. أضفت هنا أيضًا بعض التلميحات المرئية التي سنعلق عليها معًا قبل كتابة الإجابة النهائية.
لنبدأ بملاحظة أن هذا السؤال أخبرنا بالفعل أن الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي كليهما أحماض نووية. ونحن نعرف أن الأحماض النووية هي بوليمرات، وأن البوليمر هو جزيء كبير مكون من عدة وحدات جزيئية متكررة تسمى المونومرات. تسمى مونومرات الأحماض النووية بالنيوكليوتيدات، وكل نيوكليوتيدة مكونة من مجموعة فوسفات، وسكر بنتوز، وقاعدة نيتروجينية. لكن الحمض النووي مكون من شريطين من الأحماض النووية مرتبطين معًا على شكل لولب مزدوج، في حين أن الحمض النووي الريبوزي هو جزيء مكون من شريط واحد.
ثمة اختلافات أيضًا بين نيوكليوتيدات الحمض النووي ونيوكليوتيدات الحمض النووي الريبوزي. فسكر البنتوز الموجود في نيوكليوتيدات الحمض النووي هو سكر الريبوز المنقوص الأكسجين، بينما سكر الحمض النووي الريبوزي هو سكر الريبوز. وقواعد الحمض النووي هي الأدينين والثايمين والسيتوزين والجوانين. أما جزيئات الحمض النووي الريبوزي، فتحتوي على الأدينين والجوانين والسيتوزين، لكن قاعدة اليوراسيل تحل محل قاعدة الثايمين. والآن بعد أن لخصنا أوجه التشابه والاختلاف بين تركيب الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي على مخطط فن، أصبحنا مستعدين لكتابة الإجابة. بالطبع ستكتب إجابتك بأسلوبك، لكن من المفترض أن يكون هذا محتواها.
كل من الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي بوليمرات مكونة من عدة وحدات جزيئية تسمى النيوكليوتيدات. كل من الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي مكون من سكر البنتوز، ومجموعة فوسفات، وقاعدة نيتروجينية. إلا أن سكر البنتوز في الحمض النووي هو الريبوز المنقوص الأكسجين، وفي الحمض النووي الريبوزي هو الريبوز. القواعد النيتروجينية في الحمض النووي هي الأدينين والثايمين والسيتوزين والجوانين، أما في الحمض النووي الريبوزي فيوجد اليوراسيل بدلًا من الثايمين. كما أن جزيء الحمض النووي يكون على شكل شريط مزدوج، بينما يكون جزيء الحمض النووي الريبوزي على شكل شريط منفرد.
دعونا نلخص هذا الدرس باستعراض سريع لما تعلمناه. في هذا الفيديو، تعرفنا على الأحماض النووية، وهي بوليمرات مكونة من مونومرات النيوكليوتيدات. وتعرفنا أيضًا على الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي. وتعرفنا على تركيب كل منهما. وتعلمنا أيضًا كيف يرتبط هذا التركيب بوظائف كل حمض منهما. وظيفة الحمض النووي هي تخزين المعلومات، ووظيفة الحمض النووي الريبوزي هي نقل المعلومات.
