تتكون الحياة على هذا الكوكب من العديد من الخلايا التي تحافظ على تنظيم تنظيمها بسبب المعلومات الجينية الموجودة في النواة. يتم تخزينه وتنفيذه ونقله بواسطة مركبات جزيئية معقدة - أحماض نووية ، تتكون من وحدات مونومر - نيوكليوتيدات. لا يمكن المبالغة في تقدير دور الأحماض النووية. يحدد استقرار هيكلها النشاط الحيوي الطبيعي للكائن الحي ، وأي انحرافات في الهيكل ستؤدي حتما إلى تغيير في التنظيم الخلوي ونشاط العمليات الفسيولوجية وصلاحية الخلايا ككل.
مفهوم النيوكليوتيدات وخصائصه
يتم تجميع كل جزيء من DNA أو RNA من مركبات أحادية أصغر - النيوكليوتيدات. بمعنى آخر ، النيوكليوتيد هو مادة بناء للأحماض النووية والإنزيمات المساعدة والعديد من المركبات البيولوجية الأخرى الضرورية للخلية في مسار حياتها.
للخصائص الرئيسية لهذه لا غنى عنهاالمواد يمكن أن تعزى:
• تخزين المعلومات حول بنية البروتين والسمات الموروثة ؛
• التحكم في النمو والتكاثر ؛
• المشاركة في التمثيل الغذائي والعديد من العمليات الفسيولوجية الأخرى التي تحدث في الخلية.
تكوين النيوكليوتيدات
بالحديث عن النيوكليوتيدات ، لا يسع المرء إلا أن أسهب في الحديث عن قضية مهمة مثل هيكلها وتكوينها.
يتكون كل نوكليوتيد من:
• بقايا السكر ؛
• القاعدة النيتروجينية ؛
• مجموعة الفوسفات أو بقايا حمض الفوسفوريك.
يمكن القول أن النيوكليوتيد مركب عضوي معقد. اعتمادًا على تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية ونوع البنتوز في بنية النوكليوتيدات ، تنقسم الأحماض النووية إلى:
• الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ؛
• الحمض النووي الريبي ، أو الحمض النووي الريبي.
تكوين الأحماض النووية
في الأحماض النووية ، يتم تمثيل السكر بالبنتوز. هذا سكر مكون من خمسة كربون ، ويسمى في الحمض النووي ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي يسمى ريبوز. يحتوي كل جزيء خماسي على خمس ذرات كربون ، أربع منها ، مع ذرة أكسجين ، تشكل حلقة من خمسة أعضاء ، والخامس جزء من مجموعة HO-CH2.
موضع كل ذرة كربون في جزيء البنتوز يُشار إليه برقم عربي مع رئيس أولي (1C´ ، 2C´ ، 3C´ ، 4C´ ، 5C´). نظرًا لأن جميع عمليات قراءة المعلومات الوراثية من جزيء الحمض النووي لها اتجاه صارم ، فإن ترقيم ذرات الكربون وترتيبها في الحلقة يعمل كمؤشر للاتجاه الصحيح.
حسب مجموعة الهيدروكسيل ليتم ربط بقايا حمض الفوسفوريك بذرات الكربون الثالثة والخامسة (3 درجة مئوية و 5 درجة مئوية). يحدد الانتماء الكيميائي لل DNA و RNA لمجموعة الأحماض.
ترتبط القاعدة النيتروجينية بأول ذرة كربون (1C) في جزيء السكر.
تكوين الأنواع من القواعد النيتروجينية
يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي بالقاعدة النيتروجينية بأربعة أنواع:
• الأدينين (A) ؛
• الجوانين (G) ؛
• السيتوزين (C) ؛
• الثايمين (T).
الأولين من البيورينات ، وآخر اثنين من بيريميدين. بالوزن الجزيئي ، تكون البيورينات دائمًا أثقل من البيريميدين.
يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي بواسطة القاعدة النيتروجينية بـ:
• الأدينين (A) ؛
• الجوانين (G) ؛
• السيتوزين (C) ؛
• اليوراسيل (U).
اليوراسيل ، مثل الثايمين ، هو قاعدة بيريميدين.
في الأدبيات العلمية ، غالبًا ما يمكن للمرء أن يجد تسمية أخرى للقواعد النيتروجينية - بالأحرف اللاتينية (A ، T ، C ، G ، U).
دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول التركيب الكيميائي للبيورينات والبيريميدين.
Pyrimidines ، وهي السيتوزين والثايمين واليوراسيل ، يتم تمثيلها بواسطة ذرتين من النيتروجين وأربع ذرات كربون ، وتشكل حلقة من ستة ذرات. كل ذرة لها رقمها الخاص من 1 إلى 6.
تتكون البيورينات (الأدينين والجوانين) من بيريميدين وإيميدازول أو دورتين غير متجانستين. يتم تمثيل جزيء قاعدة البيورين بأربع ذرات نيتروجين وخمس ذرات كربون. يتم ترقيم كل ذرة من 1 إلى 9.
نتيجة اتصال النيتروجينتشكل القاعدة وبقايا البنتوز نيوكليوسيد. النيوكليوتيد هو مزيج من النيوكليوسيد ومجموعة الفوسفات.
تكوين روابط الفوسفوديستر
من المهم أن نفهم مسألة كيفية ارتباط النيوكليوتيدات في سلسلة متعددة الببتيد وتشكيل جزيء الحمض النووي. يحدث هذا بسبب ما يسمى روابط phosphodiester.
تفاعل اثنين من النيوكليوتيدات يعطي ثنائي النوكليوتيد. يحدث تكوين مركب جديد عن طريق التكثيف ، عندما تحدث رابطة فوسفوديستر بين بقايا الفوسفات لمونومر واحد ومجموعة الهيدروكسي من البنتوز الآخر.
تخليق بولي نيوكليوتيد هو تكرار تكرار هذا التفاعل (عدة ملايين من المرات). تم بناء سلسلة البولي نيوكليوتيد من خلال تكوين روابط الفوسفوديستر بين الكربونات الثالثة والخامسة من السكريات (3 و 5 C).
تجميع Polynucleotide هي عملية معقدة تحدث بمشاركة إنزيم DNA polymerase ، والذي يضمن نمو السلسلة من طرف واحد فقط (3´) مع مجموعة هيدروكسي حرة.
هيكل جزيء الحمض النووي
جزيء الحمض النووي ، مثل البروتين ، يمكن أن يكون له بنية أولية وثانوية وثالثية.
تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة DNA يحدد هيكلها الأساسي. يتكون الهيكل الثانوي من روابط هيدروجينية تستند إلى مبدأ التكامل. بعبارة أخرى ، أثناء تخليق الحلزون المزدوج للحمض النووي ، يعمل نمط معين: الأدينين في إحدى السلاسل يتوافق مع ثايمين الآخر ، والجوانين إلى السيتوزين ، والعكس صحيح. أزواج من الأدينين والثايمين أو الجوانين والسيتوزينتتشكل بسبب اثنين في الروابط الهيدروجينية الأولى وثلاثة في الحالة الأخيرة. مثل هذا الارتباط من النيوكليوتيدات يوفر رابطة قوية بين السلاسل ومسافة متساوية بينهما.
بمعرفة تسلسل النوكليوتيدات لخيط DNA واحد ، يمكنك إكمال التسلسل الثاني بمبدأ التكامل أو الإضافة.
يتكون الهيكل الثالث للحمض النووي من روابط معقدة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعل جزيءه أكثر إحكاما وقادرًا على احتواء حجم خلية صغير. لذلك ، على سبيل المثال ، يبلغ طول E. coli DNA أكثر من 1 مم ، بينما يبلغ طول الخلية أقل من 5 ميكرون.
عدد النيوكليوتيدات في الحمض النووي ، أي نسبتها الكمية ، يخضع لقاعدة Chergaff (عدد قواعد البيورين دائمًا يساوي عدد قواعد بيريميدين). المسافة بين النيوكليوتيدات قيمة ثابتة تساوي 0.34 نانومتر ، وكذلك وزنها الجزيئي.
هيكل جزيء الحمض النووي الريبي
يتم تمثيل الحمض النووي الريبي من خلال سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات تتشكل من خلال روابط تساهمية بين البنتوز (في هذه الحالة ، الريبوز) وبقايا الفوسفات. إنه أقصر بكثير من طول الحمض النووي. هناك أيضًا اختلافات في تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدات. في الحمض النووي الريبي ، يستخدم اليوراسيل بدلاً من قاعدة بيريميدين من الثايمين. اعتمادًا على الوظائف التي يتم إجراؤها في الجسم ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي من ثلاثة أنواع.
• الريبوسوم (الرنا الريباسي) - يحتوي عادة من 3000 إلى 5000 نيوكليوتيد. كمكوِّن هيكلي ضروري ، فهو يشارك في تكوين المركز النشط للريبوسومات ، وهو موقع إحدى أهم العمليات في الخلية- التخليق الحيوي للبروتين.
• النقل (الحمض الريبي النووي النقال) - يتكون من 75-95 نيوكليوتيد في المتوسط ، ينقل الحمض الأميني المطلوب إلى موقع تخليق عديد الببتيد في الريبوسوم. كل نوع من أنواع الحمض الريبي النووي النقال (40 على الأقل) له تسلسل فريد خاص به من المونومرات أو النيوكليوتيدات
• المعلوماتية (mRNA) - شديدة التنوع في تكوين النيوكليوتيدات. ينقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، ويعمل كمصفوفة لتخليق جزيء البروتين.
دور النيوكليوتيدات في الجسم
تؤدي النيوكليوتيدات في الخلية عددًا من الوظائف المهمة:
• تستخدم كوحدات بناء للأحماض النووية (نيوكليوتيدات سلسلة البيورين والبيريميدين) ؛
• تشارك في العديد من عمليات التمثيل الغذائي في الخلية ؛
• جزء من ATP - المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا ؛
• تعمل كناقلات لتقليل المكافئات في الخلايا (NAD + ، NADP + ، FAD ، FMN) ؛
• تؤدي وظيفة المُنظِّمات الحيوية ؛
• يمكن اعتباره رسلًا ثانيًا تخليقًا منتظمًا خارج الخلية (على سبيل المثال ، cAMP أو cGMP).
النيوكليوتيد هو وحدة أحادية تشكل مركبات أكثر تعقيدًا - أحماض نووية ، والتي بدونها يكون نقل المعلومات الجينية وتخزينها وتكاثرها مستحيلًا. النيوكليوتيدات الحرة هي المكونات الرئيسية المشاركة في عمليات الإشارات والطاقة التي تدعم الأداء الطبيعي للخلايا والجسم ككل.
