يتميز الوقت الذي نعيش فيه بتغييرات مذهلة ، وتقدم هائل ، عندما يحصل الناس على إجابات لمزيد من الأسئلة الجديدة. تتقدم الحياة بسرعة ، وما بدا مستحيلًا حتى وقت قريب بدأ يتحقق. من المحتمل جدًا أن ما يبدو اليوم مؤامرة من نوع الخيال العلمي سيكتسب قريبًا أيضًا ميزات الواقع.
من أهم الاكتشافات في النصف الثاني من القرن العشرين الأحماض النووية RNA و DNA ، والتي بفضلها اقترب الإنسان من كشف ألغاز الطبيعة.
الأحماض النووية
الأحماض النووية هي مركبات عضوية ذات خصائص جزيئية كبيرة. وهي تتكون من الهيدروجين والكربون والنيتروجين والفوسفور.
تم اكتشافها في عام 1869 من قبل F. Miescher ، الذي فحص القيح. ومع ذلك ، في ذلك الوقت لم يكن لاكتشافه أهمية كبيرة. فقط في وقت لاحق ، عندما تم العثور على هذه الأحماض في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية ، تحقق فهم دورها الهائل.
هناك نوعان من الأحماض النووية: RNA و DNA (ribonucleic و deoxyribonucleicالأحماض). تتناول هذه المقالة الحمض النووي الريبي ، ولكن من أجل فهم عام ، دعنا أيضًا نفكر في ماهية الحمض النووي.
ما هو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين؟
DNA هو حمض نووي يتكون من خيطين متصلين وفقًا لقانون التكامل بواسطة روابط هيدروجينية للقواعد النيتروجينية. سلاسل طويلة ملتوية في دوامة ، دورة واحدة تحتوي على ما يقرب من عشرة نيوكليوتيدات. يبلغ قطر اللولب المزدوج مليمترين ، والمسافة بين النيوكليوتيدات حوالي نصف نانومتر. يصل طول الجزيء الواحد أحيانًا إلى عدة سنتيمترات. يبلغ طول الحمض النووي لنواة خلية بشرية ما يقرب من مترين.
تحتوي بنية الحمض النووي على جميع المعلومات الجينية. يحتوي الحمض النووي على تكرار ، وهو ما يعني العملية التي يتم خلالها تكوين جزيئين ابنتين متطابقين تمامًا من جزيء واحد.
كما ذكرنا سابقًا ، تتكون السلسلة من نيوكليوتيدات ، والتي تتكون بدورها من قواعد نيتروجينية (الأدينين والجوانين والثيمين والسيتوزين) وبقايا حمض الفوسفور. تختلف جميع النيوكليوتيدات في القواعد النيتروجينية. لا يحدث الترابط الهيدروجيني بين جميع القواعد ؛ فالأدينين ، على سبيل المثال ، يمكن أن يتحد فقط مع الثايمين أو الجوانين. وبالتالي ، هناك العديد من نيوكليوتيدات الأدينيل في الجسم مثل نيوكليوتيدات ثيميديل ، وعدد نيوكليوتيدات الغوانيل يساوي نيوكليوتيدات السيتيد (قاعدة تشارجاف). اتضح أن تسلسل إحدى السلاسل يحدد مسبقًا تسلسل سلسلة أخرى ، ويبدو أن السلاسل تعكس بعضها البعض. يسمى هذا النمط ، حيث يتم ترتيب النيوكليوتيدات في سلسلتين بطريقة منظمة ، وترتبط أيضًا بشكل انتقائيمبدأ التكامل. بالإضافة إلى مركبات الهيدروجين ، يتفاعل الحلزون المزدوج أيضًا بشكل كاره للماء.
توجد سلسلتان في اتجاهين متعاكسين ، أي أنها تقع في اتجاهين متعاكسين. لذلك ، مقابل النهاية الثلاثة للواحد هو نهاية الخمسة للسلسلة الأخرى.
ظاهريًا ، يشبه جزيء الحمض النووي سلمًا حلزونيًا ، يكون درابزينه بمثابة العمود الفقري للسكر والفوسفات ، والخطوات هي قواعد نيتروجين تكميلية.
ما هو الحمض النووي الريبي؟
الحمض النووي الريبي هو حمض نووي به مونومرات تسمى الريبونوكليوتيدات.
في الخواص الكيميائية ، يشبه إلى حد بعيد الحمض النووي ، حيث أن كلاهما عبارة عن بوليمرات من النيوكليوتيدات ، وهي عبارة عن N- جليكوسيد فسفوري ، مبني على بقايا بنتوز (سكر بخمسة كربون) ، مع مجموعة فوسفات على ذرة الكربون الخامسة وقاعدة النيتروجين عند أول ذرة كربون.
إنها سلسلة أحادية النوكليوتيد (باستثناء الفيروسات) ، وهي أقصر بكثير من تلك الموجودة في الحمض النووي.
مونومر واحد من الحمض النووي الريبي هو بقايا المواد التالية:
- قواعد النيتروجين ؛
- سكاريد أحادي الكربون بخمسة كربون ؛
- أحماض الفوسفور.
تحتوي الحمض النووي الريبي على قواعد بيريميدين (اليوراسيل والسيتوزين) والبيورين (الأدينين والجوانين). الريبوز هو أحادي السكاريد في نوكليوتيد الحمض النووي الريبي.
الاختلافات بين RNA و DNA
تختلف الأحماض النووية عن بعضها البعض بالطرق التالية:
- تعتمد كميتها في الخلية على الحالة الفسيولوجية والعمر وانتماء العضو ؛
- يحتوي الحمض النووي على الكربوهيدراتdeoxyribose و RNA - ريبوز
- القاعدة النيتروجينية في الحمض النووي هي الثايمين ، وفي الحمض النووي الريبي هو اليوراسيل ؛
- تؤدي الفصول وظائف مختلفة ، ولكن يتم تصنيعها على مصفوفة الحمض النووي ؛
- DNA هو حلزون مزدوج ، RNA هو حبلا واحد ؛
- ليست نموذجية لقواعد DNA Chargaff ؛
- يحتوي RNA على المزيد من القواعد الثانوية ؛
- سلاسل تختلف اختلافا كبيرا في الطول.
تاريخ الدراسة
تم اكتشاف خلية الحمض النووي الريبي (RNA) لأول مرة من قبل عالم الكيمياء الحيوية الألماني R. Altman أثناء دراسة خلايا الخميرة. في منتصف القرن العشرين ، تم إثبات دور الحمض النووي في علم الوراثة. عندها فقط تم وصف أنواع ووظائف الحمض النووي الريبي وما إلى ذلك. ما يصل إلى 80-90 ٪ من الكتلة في الخلية تقع على الرنا الريباسي ، والذي يشكل مع البروتينات الريبوسوم ويشارك في التخليق الحيوي للبروتين.
في الستينيات من القرن الماضي ، اقترح لأول مرة أنه يجب أن يكون هناك نوع معين يحمل المعلومات الجينية لتخليق البروتين. بعد ذلك ، ثبت علميًا أن هناك أحماض نووية ريبونية إعلامية تمثل نسخًا تكميلية من الجينات. ويطلق عليهم أيضًا اسم messenger RNAs.
تشترك ما يسمى بأحماض النقل في فك تشفير المعلومات المسجلة فيها.
في وقت لاحق ، بدأ تطوير طرق لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات وإنشاء بنية الحمض النووي الريبي في الفضاء الحمضي. لذلك وجد أن بعضها ، والتي كانت تسمى الريبوزيمات ، يمكن أن تشق سلاسل البولي ريبونوكليوتيد. نتيجة لذلك ، بدأ الافتراض أنه في الوقت الذي كانت تظهر فيه الحياة على هذا الكوكب ،يعمل الحمض النووي الريبي بدون الحمض النووي والبروتينات. علاوة على ذلك ، تمت جميع التحولات بمشاركتها.
هيكل جزيء الحمض النووي الريبي
جميع الرنا تقريبًا عبارة عن سلاسل مفردة من عديد النيوكليوتيدات ، والتي تتكون بدورها من أحادي نيوكليوتيدات - قواعد البيورين والبيريميدين.
يُشار إلى النيوكليوتيدات بالأحرف الأولية للقواعد:
- أدنين (أ) ، أ ؛
- جوانين (G) ، G ؛
- سيتوزين (C) ، C ؛
- uracil (U)، U.
ترتبط بسندات ثلاثة وخمسة فوسفودايستر.
يتم تضمين العدد الأكثر تنوعًا من النيوكليوتيدات (من عدة عشرات إلى عشرات الآلاف) في بنية الحمض النووي الريبي. يمكن أن تشكل هيكلًا ثانويًا يتكون أساسًا من خيوط قصيرة مزدوجة السلسلة يتم تشكيلها بواسطة قواعد تكميلية.
هيكل جزيء الحمض النووي
كما ذكرنا سابقًا ، يحتوي الجزيء على بنية أحادية الجديلة. يتلقى الحمض النووي الريبي هيكله وشكله الثانوي نتيجة تفاعل النيوكليوتيدات مع بعضها البعض. إنه بوليمر يكون مونومره عبارة عن نيوكليوتيد يتكون من سكر وبقايا حمض الفوسفور وقاعدة نيتروجين. ظاهريًا ، يشبه الجزيء إحدى سلاسل الحمض النووي. النيوكليوتيدات الأدينين والجوانين ، والتي هي جزء من الحمض النووي الريبي ، هي البيورين. السيتوزين واليوراسيل قواعد بيريميدين
عملية التركيب
لكي يتم تصنيع جزيء RNA ، يكون القالب عبارة عن جزيء DNA. صحيح أن العملية العكسية تحدث أيضًا عندما تتشكل جزيئات جديدة من حمض الديوكسي ريبونوكلييك على مصفوفة الحمض النووي الريبي. مثليحدث أثناء تكاثر أنواع معينة من الفيروسات.
يمكن أن يكون أساس التخليق الحيوي بمثابة جزيئات أخرى من حمض الريبونوكلييك. نسخه ، الذي يحدث في نواة الخلية ، يتضمن العديد من الإنزيمات ، ولكن أهمها هو بوليميريز RNA.
المشاهدات
اعتمادًا على نوع RNA ، تختلف وظائفه أيضًا. هناك عدة أنواع:
- معلوماتية i-RNA ؛
- الرنا الريباسي ؛
- نقل t-RNA ؛
- طفيفة ؛
- ريبوزيمات ؛
- فيروسي.
حمض نووي معلوماتي
تسمى هذه الجزيئات أيضًا المصفوفة. يشكلون حوالي 2٪ من الإجمالي في الخلية. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم تصنيعها في النواة على قوالب الحمض النووي ، ثم تنتقل إلى السيتوبلازم وترتبط بالريبوسومات. علاوة على ذلك ، فإنها تصبح قوالب لتخليق البروتين: يتم ربطها عن طريق نقل الحمض النووي الريبي الذي يحمل الأحماض الأمينية. هذه هي الطريقة التي تحدث بها عملية تحويل المعلومات ، والتي تتحقق في الهيكل الفريد للبروتين. في بعض الحمض النووي الريبي الفيروسي ، يكون أيضًا كروموسوم.
يعقوب ومانو هم مكتشفو هذا النوع. عدم وجود هيكل صلب ، تشكل سلسلتها حلقات منحنية. لا يعمل ، يتجمع i-RNA في طيات وينطوي على شكل كرة ، ويتكشف في حالة صالحة للعمل.
يحمل i-RNA معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الذي يتم تصنيعه. يتم ترميز كل حمض أميني في مكان محدد باستخدام أكواد جينية هي:
- ثلاثي - من أربعة أحاديات نيوكليوتيد ، من الممكن بناء أربعة وستين كودون (كود جيني) ؛
- غير متقاطعة - المعلومات تتحرك في اتجاه واحد ؛
- الاستمرارية - مبدأ العملية هو أن مرنا واحد هو بروتين واحد ؛
- العالمية - يتم ترميز نوع أو آخر من الأحماض الأمينية في جميع الكائنات الحية بنفس الطريقة ؛
- انحلال - عشرين حمضًا أمينيًا معروفًا ، وواحد وستون كودونًا ، أي أنها مشفرة بعدة أكواد جينية.
الريبوسوم الحمض النووي
تشكل هذه الجزيئات الغالبية العظمى من الحمض النووي الريبي الخلوي ، أي ما بين ثمانين إلى تسعين بالمائة من الإجمالي. تتحد مع البروتينات وتشكل الريبوسومات - وهي عضيات تؤدي تخليق البروتين.
الريبوسومات تتكون من خمسة وستين بالمائة من الرنا الريباسي و 35 بالمائة من البروتين. هذه السلسلة متعددة النوكليوتيد تطوى بسهولة مع البروتين.
يتكون الريبوسوم من مناطق الأحماض الأمينية والببتيد. تقع على أسطح التلامس.
تتحرك الريبوسومات بحرية في الخلية ، وتوليف البروتينات في الأماكن الصحيحة. إنها ليست محددة جدًا ولا يمكنها قراءة المعلومات من mRNA فحسب ، بل يمكنها أيضًا تكوين مصفوفة معهم.
نقل الحمض النووي الريبي
t-RNA هو الأكثر دراسة. أنها تشكل عشرة في المئة من حمض النووي الريبي الخلوي. ترتبط هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي بالأحماض الأمينية بفضل إنزيم خاص ويتم توصيلها إلى الريبوسومات. في الوقت نفسه ، يتم نقل الأحماض الأمينية عن طريق النقلالجزيئات. ومع ذلك ، يحدث أن كودونات مختلفة للحمض الأميني. ثم ستحملها عدة RNAs للنقل
يتجعد إلى كرة عندما يكون غير نشط ، لكنه يعمل مثل ورقة البرسيم.
تتميز فيه الأقسام التالية:
- جذع متقبل له تسلسل النيوكليوتيدات لـ ACC ؛
- موقع للإرفاق بالريبوسوم ؛
- مضاد ترميز الحمض الأميني المرتبط بهذا الحمض النووي الريبي.
الأنواع الثانوية من الحمض النووي الريبي
في الآونة الأخيرة ، تم تجديد أنواع الحمض النووي الريبي بفئة جديدة ، ما يسمى بـ RNA الصغير. هم على الأرجح منظمات عالمية تقوم بتشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها في التطور الجنيني ، وكذلك عمليات التحكم داخل الخلايا.
تم تحديد الريبوزيمات مؤخرًا ، فهي تشارك بنشاط عندما يتم تخمير حمض RNA ، وتعمل كمحفز.
أنواع الأحماض الفيروسية
يمكن للفيروس أن يحتوي إما على حمض الريبونوكليك أو حمض الديوكسي ريبونوكلييك. لذلك ، مع الجزيئات المقابلة ، يطلق عليهم اسم RNA المحتوي. عندما يدخل مثل هذا الفيروس إلى الخلية ، يحدث النسخ العكسي - يظهر DNA جديد على أساس الحمض النووي الريبي ، الذي يتكامل مع الخلايا ، مما يضمن وجود الفيروس وتكاثره. في حالة أخرى ، يحدث تكوين الحمض النووي الريبي التكميلي على الحمض النووي الريبي القادم. الفيروسات عبارة عن بروتينات ، ويستمر النشاط الحيوي والتكاثر بدون الحمض النووي ، ولكن فقط على أساس المعلومات الواردة في الحمض النووي الريبي للفيروس.
النسخ المتماثل
من أجل تحسين التفاهم المشترك ، فمن الضروريضع في اعتبارك عملية النسخ المتماثل التي تنتج جزيئين متطابقين من الحمض النووي. هكذا يبدأ انقسام الخلية.
يتضمن بوليميرات الحمض النووي ، الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي ، بوليميراز الحمض النووي الريبي و ligases DNA.
تتكون عملية النسخ المتماثل من الخطوات التالية:
- إزالة التصعيد - هناك تفكيك تسلسلي للحمض النووي للأم ، والتقاط الجزيء بأكمله ؛
- كسر الروابط الهيدروجينية ، حيث تتباعد السلاسل ، وتظهر شوكة النسخ المتماثل ؛
- تعديل dNTPs إلى القواعد التي تم إصدارها من السلاسل الأصلية ؛
- انقسام البيروفوسفات من جزيئات dNTP وتشكيل روابط الفوسفوروديستر بسبب الطاقة المنبعثة ؛
- التنفس.
بعد تكوين الجزيء الابنة ، يتم تقسيم النواة والسيتوبلازم والباقي. وهكذا ، يتم تكوين خليتين ابنتيتين استلمتا جميع المعلومات الجينية بالكامل.
بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترميز البنية الأساسية للبروتينات التي يتم تصنيعها في الخلية. يأخذ الحمض النووي دورًا غير مباشر في هذه العملية ، وليس مباشرًا ، والذي يتمثل في حقيقة أنه يتم على الحمض النووي DNA يتم تركيب البروتينات ، RNA المشاركة في التكوين. تسمى هذه العملية النسخ.
النسخ
يحدث تخليق جميع الجزيئات أثناء النسخ ، أي إعادة كتابة المعلومات الجينية من مشغل DNA محدد. تشبه العملية النسخ المتماثل في بعض النواحي ، ومختلفة جدًا في طرق أخرى.
أوجه التشابه هي الأجزاء التالية:
- يبدأ بتفكيك الحمض النووي ؛
- يحدث تمزق الهيدروجينوصلات بين قواعد السلاسل
- NTFs مكمل لها ؛
- تتشكل روابط هيدروجينية.
الاختلافات عن النسخ المتماثل:
- أثناء النسخ ، فقط جزء الحمض النووي المقابل للنسخة غير مجدول ، بينما أثناء النسخ المتماثل ، يكون الجزيء بأكمله غير مجدول ؛
- عند نسخها ، تحتوي NTFs القابلة للضبط على ريبوز ، و uracil بدلاً من الثايمين ؛
- يتم شطب المعلومات من منطقة معينة فقط ؛
- بعد تكوين الجزيء ، تنكسر الروابط الهيدروجينية والسلسلة المركبة ، وتنزلق السلسلة عن الحمض النووي.
من أجل الأداء الطبيعي ، يجب أن يتكون الهيكل الأساسي للحمض النووي الريبي فقط من أقسام الحمض النووي المنسوخة من exons.
تبدأ عملية النضج في الحمض النووي الريبي المشكل حديثًا. يتم استئصال المناطق الصامتة ، ويتم دمج المناطق المفيدة لتشكيل سلسلة عديد النوكليوتيد. علاوة على ذلك ، لكل نوع تحولاته الخاصة.
في i-RNA ، يحدث التعلق بالنهاية الأولية. البولي ادينيلات مرفق بالموقع النهائي.
يتم تعديل قواعد TRNA لتشكيل أنواع ثانوية.
في الرنا الريباسي ، القواعد الفردية ميثلة أيضًا.
حماية البروتينات من التلف وتحسين النقل إلى السيتوبلازم. يرتبط الحمض النووي الريبي الناضج بهم.
أهمية الأحماض النووية الريبية ونزع الأكسجين
للأحماض النووية أهمية كبيرة في حياة الكائنات الحية. يتم تخزينها فيها ، ونقلها إلى السيتوبلازم وتورثها الخلايا الوليدةمعلومات عن البروتينات المركبة في كل خلية. إنها موجودة في جميع الكائنات الحية ، يلعب استقرار هذه الأحماض دورًا مهمًا في الأداء الطبيعي للخلايا والكائن الحي بأكمله. أي تغييرات في هيكلها ستؤدي إلى تغييرات خلوية.
