ما هي الأحماض النووية؟
الحمض نووي هو مركب كيميائي طبيعي يمكن تكسيره لإنتاج حمض الفوسفوريك والسكريات ومزيج من القواعد العضوية (البيورينات والبيريميدين). الأحماض النووية هي الجزيئات الرئيسية التي تحمل المعلومات في الخلية، ومن خلال توجيه عملية تخليق البروتين فإنّها تحدد الخصائص الموروثة لكل كائن حي. تمّ اكتشاف الأحماض النووية في عام 1869 من قبل عالم الكيمياء الحيوية السويسري فريدريش ميشر.
أنواع الأحماض النووية:
النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الجينية الموجودة في جميع الكائنات الحية، بدءًا من البكتيريا وحيدة الخلية إلى الثدييات متعددة الخلايا. توجد في نواة حقيقيات النوى وفي العضيات والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى، لا يكون الحمض النووي محاطًا بغلاف غشائي.
الحمض النووي الريبي هو حمض منقوص الأكسجين (DNA) وحمض ال (RNA) هو حمض الريبونوكلييك. الحمض النووي هو المخطط الرئيسي للحياة ويشكل المادة الوراثية في جميع الكائنات الحية الحرة ومعظم الفيروسات. الحمض النووي الريبي هو المادة الجينية لبعض الفيروسات، ولكنّه موجود أيضًا في جميع الخلايا الحية، حيث يلعب دورًا مهمًا في عمليات معينة مثل تكوين البروتينات.
يُعرف المحتوى الجيني الكامل للخلية باسم الجينوم الخاص بها، ودراسة الجينوم هي علم الجينوم. في الخلايا حقيقية النواة ولكن ليس في بدائيات النوى، يشكل الحمض النووي معقدًا مع بروتينات هيستون لتكوين الكروماتين، وهو مادة الكروموسومات حقيقية النواة. قد يحتوي الكروموسوم على عشرات الآلاف من الجينات. تحتوي العديد من الجينات على المعلومات اللازمة لصنع منتجات بروتينية كود الجينات الأخرى لمنتجات RNA. يتحكم الحمض النووي في جميع الأنشطة الخلوية عن طريق “تشغيل” أو “إيقاف” الجينات.
التركيب الكيميائي للأحماض النووية
الأحماض النووية عبارة عن جزيئات طويلة شبيهة بالسلسلة تتكون من سلسلة من اللبنات الأساسية المتطابقة تقريبًا تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من قاعدة عطرية تحتوي على النيتروجين مرتبطة بسكر البنتوز (خمسة ذراتكربون)، والذي يرتبط بدوره بمجموعة الفوسفات.
يختلف سكر البنتوز في الحمض النووي (2-deoxyribose) عن السكر في RNA (الريبوز) بغياب مجموعة الهيدروكسيل (―OH). بدون مجموعة فوسفات مرتبطة، يُعرف السكر المرتبط بإحدى القواعد باسم نوكليوزيد. تربط مجموعة الفوسفات بقايا السكر المتتالية عن طريق ربط مجموعة 5-هيدروكسيل على سكر واحد بمجموعة (3-hydroxyl) من السكر التالي في السلسلة. تسمى روابط النيوكليوزيد هذه روابط فوسفوديستر وهي نفسها في الحمض النووي الريبي والحمض النووي.
يحتوي الحمض النووي (ach) على أربعة من خمسة قواعد محتملة تحتوي على النيتروجين: Adenine (A) وGuanine (G) وcytosine (C) وthymine (T) وuracil (U). يتم تصنيف A وG على أنّها بورينات، وتسمى C وT وU بيريميدينات. تحتوي جميع الأحماض النووية على القواعد A وC وG ومع ذلك، يوجد T فقط في الحمض النووي بينما يوجد U في RNA.
يتم تصنيع النيوكليوتيدات من السلائف المتاحة بسهولة في الخلية. يتم تصنيع جزء فوسفات الريبوز من كل من نيوكليوتيدات البيورين والبيريميدين من الجلوكوز عبر مسار فوسفات البنتوز. يتم تصنيع حلقة بيريميدين المكونة من ستة ذرات أولاً ثم يتم ربطها بفوسفات الريبوز. يتم تصنيع الحلقتين في البيورينات أثناء ربطها بفوسفات الريبوز أثناء تجميع نيوكليوسيدات الأدينين أو الجوانين.
في كلتا الحالتين يكون المنتج النهائي عبارة عن نيوكليوتيد يحمل فوسفاتًا مرتبطًا بـ 5 كربون على السكر. أخيرًا، يضيف إنزيم متخصص يسمى كيناز مجموعتين من الفوسفات باستخدام أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) كمانح للفوسفات لتشكيل ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد، وهو السلائف المباشرة لـ (RNA).
بالنسبة للحمض النووي، تتم إزالة مجموعة 2-هيدروكسيل من ثنائي فوسفات الريبونوكليوزيد؛ لإعطاء ثنائي فوسفات ديوكسي ريبونوكليوزيد. ثمّ تتم إضافة مجموعة فوسفات إضافية من (ATP) بواسطة كيناز آخر لتشكيل ثلاثي فوسفات ديوكسي ريبونوكليوزيد، وهو السلائف المباشرة للحمض النووي.
أثناء التمثيل الغذائي الطبيعي للخلايا، يتم تكوين الحمض النووي الريبي (RNA) وتكسيره باستمرار. يتم إعادة استخدام بقايا البيورين والبيريميدين بواسطة العديد من مسارات الإنقاذ لإنتاج المزيد من المواد الجينية. يتم إنقاذ البيورين في شكل نيوكليوتيد مطابق، بينما يتم إنقاذ بيريميدين باعتباره نيوكليوسيد. يشارك RNA في الغالب في تخليق البروتين. لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبدًا بل تستخدم وسيطًا للتواصل مع بقية الخلية.
