من المعروف أن جميع أشكال المواد الحية ، من الفيروسات إلى الحيوانات عالية التنظيم (بما في ذلك البشر) ، لها جهاز وراثي فريد. يتم تمثيله بواسطة جزيئات نوعين من الأحماض النووية: deoxyribonucleic و ribonucleic. في هذه المواد العضوية ، يتم تشفير المعلومات التي تنتقل من الآباء إلى الأبناء أثناء التكاثر. في هذا العمل ، سوف ندرس كلاً من بنية ووظائف الدنا والحمض النووي الريبي في الخلية ، وننظر أيضًا في الآليات الكامنة وراء عمليات نقل الخصائص الوراثية للمادة الحية.
كما اتضح ، فإن خصائص الأحماض النووية ، على الرغم من أن لها بعض السمات المشتركة ، تختلف في نواح كثيرة. لذلك ، سوف نقارن وظائف DNA و RNA التي تقوم بها هذه البوليمرات الحيوية في خلايا مجموعات مختلفة من الكائنات الحية. سيساعد الجدول المعروض في العمل على فهم الفرق الأساسي بينهما.
أحماض نووية -البوليمرات الحيوية المعقدة
الاكتشافات في مجال البيولوجيا الجزيئية التي حدثت في بداية القرن العشرين ، على وجه الخصوص ، كان فك ترميز بنية حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، بمثابة حافز لتطوير علم الخلايا الحديث وعلم الوراثة والتكنولوجيا الحيوية والجينات هندسة. من وجهة نظر الكيمياء العضوية ، فإن DNA و RNA عبارة عن مواد جزيئية كبيرة تتكون من وحدات متكررة بشكل متكرر - مونومرات ، تسمى أيضًا نيوكليوتيدات. من المعروف أنها مترابطة وتشكل سلاسل قادرة على التنظيم الذاتي المكاني.
غالبًا ما ترتبط جزيئات الحمض النووي الكبيرة ببروتينات خاصة لها خصائص خاصة تسمى الهستونات. تشكل مجمعات البروتينات النووية هياكل خاصة - نيوكليوسومات ، والتي بدورها جزء من الكروموسومات. يمكن العثور على الأحماض النووية في كل من النواة وفي سيتوبلازم الخلية ، الموجودة في بعض عضياتها ، مثل الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.
التركيب المكاني لمادة الوراثة
لفهم وظائف DNA و RNA ، عليك أن تفهم بالتفصيل ميزات هيكلها. مثل البروتينات ، تمتلك الأحماض النووية عدة مستويات من تنظيم الجزيئات الكبيرة. يتم تمثيل الهيكل الأساسي بواسطة سلاسل متعددة النوكليوتيد ، والتكوينات الثانوية والثالثية معقدة ذاتيًا بسبب النوع التساهمي الناشئ من السندات. دور خاص في الحفاظ على الشكل المكاني للجزيئات ينتمي إلى روابط الهيدروجين ، وكذلك قوى تفاعل فان دير فال. والنتيجة هي الاتفاقتسمى بنية الحمض النووي الملف الفائق.
مونومرات الحمض النووي
تعتمد بنية ووظائف DNA و RNA والبروتينات والبوليمرات العضوية الأخرى على كل من التركيب النوعي والكمي لجزيئاتها الكبيرة. يتكون كلا النوعين من الأحماض النووية من لبنات بناء تسمى النيوكليوتيدات. كما هو معروف من مسار الكيمياء ، تؤثر بنية المادة بالضرورة على وظائفها. DNA و RNA ليستا استثناء. اتضح أن نوع الحمض نفسه ودوره في الخلية يعتمدان على تركيبة النوكليوتيدات. يحتوي كل مونومر على ثلاثة أجزاء: قاعدة نيتروجينية وكربوهيدرات وبقايا حمض الفوسفوريك. هناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية للحمض النووي: الأدينين والجوانين والثايمين والسيتوزين. في جزيئات الحمض النووي الريبي ، ستكون على التوالي الأدينين والجوانين والسيتوزين واليوراسيل. يتم تمثيل الكربوهيدرات بأنواع مختلفة من البنتوز. يحتوي حمض الريبونوكليك على الريبوز ، بينما يحتوي الحمض النووي على شكله غير المؤكسج ، المسمى deoxyribose.
ميزات حمض ديوكسي ريبونوكليك
أولاً ، سننظر في بنية ووظائف الحمض النووي. سوف ندرس الحمض النووي الريبي ، الذي يحتوي على تكوين مكاني أبسط ، من قبلنا في القسم التالي. لذلك ، يتم ربط خيطين من عديد النوكليوتيدات معًا عن طريق تكرار الروابط الهيدروجينية المتكونة بين القواعد النيتروجينية. في الزوج "الأدينين - الثايمين" يوجد اثنان ، وفي الزوج "الجوانين - السيتوزين" توجد ثلاث روابط هيدروجينية.
كانت المراسلات المحافظة لقواعد البيورين والبيريميديناكتشفها E. Chargaff وسمي مبدأ التكامل. في سلسلة واحدة ، ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض عن طريق روابط فوسفوديستر تكونت بين البنتوز وبقايا حمض الفوسفوريك للنيوكليوتيدات المجاورة. يتم الحفاظ على الشكل الحلزوني لكلا السلسلتين بواسطة روابط هيدروجينية تحدث بين ذرات الهيدروجين والأكسجين التي تشكل جزءًا من النيوكليوتيدات. الهيكل العالي - الملف الثالث (supercoil) - هو سمة من سمات الحمض النووي للخلايا حقيقية النواة. في هذا الشكل ، يوجد في الكروماتين. ومع ذلك ، تحتوي البكتيريا والفيروسات المحتوية على الحمض النووي على حمض ديوكسي ريبونوكلييك غير مرتبط بالبروتينات. يمثله شكل حلقة ويسمى بلازميد.
الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، عضيات الخلايا النباتية والحيوانية ، لها نفس المظهر. بعد ذلك ، سوف نكتشف كيف تختلف وظائف DNA و RNA عن بعضها البعض. سيوضح لنا الجدول أدناه هذه الاختلافات في بنية وخصائص الأحماض النووية.
الحمض النووي الريبي
يتكون جزيء الحمض النووي الريبي من خيط واحد متعدد النوكليوتيد (الاستثناء هو الهياكل المزدوجة لبعض الفيروسات) ، والتي يمكن أن توجد في كل من النواة وفي سيتوبلازم الخلية. هناك عدة أنواع من الأحماض النووية الريبية ، والتي تختلف في التركيب والخصائص. وبالتالي ، فإن الرنا المرسال له الوزن الجزيئي الأعلى. يتم تصنيعه في نواة الخلية على أحد الجينات. تتمثل مهمة mRNA في نقل المعلومات حول تكوين البروتين من النواة إلى السيتوبلازم. شكل نقل الحمض النووي يعلق مونومرات البروتين- الأحماض الأمينية - وتوصيلها إلى مكان التركيب الحيوي.
أخيرًا ، يتكون الحمض النووي الريبي الريبوسومي في النواة ويشارك في تخليق البروتين. كما ترون ، فإن وظائف الحمض النووي والحمض النووي الريبي في التمثيل الغذائي الخلوي متنوعة ومهمة للغاية. سيعتمدون ، أولاً وقبل كل شيء ، على الخلايا التي تحتوي الكائنات الحية فيها على جزيئات مادة الوراثة. لذلك ، في الفيروسات ، يمكن للحمض النووي الريبي أن يعمل كناقل للمعلومات الوراثية ، بينما في خلايا الكائنات حقيقية النواة ، فقط حمض الديوكسي ريبونوكلييك لديه هذه القدرة.
وظائف DNA و RNA في الجسم
حسب أهميتها ، تعتبر الأحماض النووية ، إلى جانب البروتينات ، من أهم المركبات العضوية. يحفظون وينقلون الخصائص والصفات الوراثية من الأبوين إلى الأبناء. دعنا نحدد الفرق بين وظائف DNA و RNA. سيوضح الجدول أدناه هذه الاختلافات بمزيد من التفصيل.
| عرض | ضع في قفص | التكوين | الوظيفة |
| DNA | الأساسية | حلزوني فائق | حفظ ونقل المعلومات الوراثية |
| DNA |
ميتوكوندريا بلاستيدات خضراء |
دائري (بلازميد) | النقل المحلي للمعلومات الوراثية |
| ايرنا | السيتوبلازم | خطي | إزالة المعلومات من الجين |
| tRNA | السيتوبلازم | ثانوي | نقل الأحماض الأمينية |
| rRNA | الأساسية والسيتوبلازم | خطي | تشكيل الريبوسومات |
ما هي خصائص مادة وراثة الفيروسات؟
يمكن أن تكون الأحماض النووية للفيروسات في شكل حلزونات أو حلقات مفردة ومزدوجة الجديلة. وفقًا لتصنيف D. B altimore ، تحتوي هذه الكائنات المصغرة على جزيئات DNA تتكون من سلسلة واحدة أو سلسلتين. المجموعة الأولى تشمل مسببات الهربس والفيروسات الغدية ، والثانية تشمل ، على سبيل المثال ، الفيروسات الصغيرة.
تتمثل وظائف فيروسات الحمض النووي والحمض النووي الريبي في اختراق المعلومات الوراثية الخاصة بها في الخلية ، وإجراء تفاعلات تكرار لجزيئات الحمض النووي الفيروسي وتجميع جزيئات البروتين في ريبوسومات الخلية المضيفة. نتيجة لذلك ، يخضع التمثيل الغذائي الخلوي بالكامل للطفيليات ، والتي تتكاثر بسرعة وتؤدي بالخلية إلى الموت.
فيروسات RNA
في علم الفيروسات ، من المعتاد تقسيم هذه الكائنات الحية إلى عدة مجموعات. لذلك ، يتضمن الأول الأنواع التي تسمى الحمض النووي الريبي وحيد الشريطة (+). يؤدي حمضها النووي نفس وظائف مرسال الحمض النووي الريبي للخلايا حقيقية النواة. مجموعة أخرى تضم RNAs واحد تقطعت بهم السبل (-). أولاً ، يحدث النسخ مع جزيئاتها ، مما يؤدي إلى ظهور (+) جزيئات RNA ، وهذه بدورها تعمل كقالب لتجميع البروتينات الفيروسية.
بناءً على ما سبق ، بالنسبة لجميع الكائنات الحية ، بما في ذلك الفيروسات ، يتم وصف وظائف DNA و RNA باختصار على النحو التالي: تخزين الخصائص والخصائص الوراثية للكائن الحي وانتقالها إلى النسل.
