6-4 الأحماض النووية

تقوم الأحماض النووية بتخزين المعلومات الوراثية ونقلها داخل الخلايا الحية. يتكون الحمض النووي من وحدات أساسية تُسمى النيوكليوتيدات، وكل نيوكليوتيد يتألف من ثلاثة أجزاء هي: مجموعة فوسفات، وسكر خماسي، وقاعدة نيتروجينية. ينقسم الحمض النووي إلى نوعين رئيسيين هما DNA وRNA. يتكون DNA من سلسلتين ملتفتين معاً لتشكلان بناءً حلزونياً مزدوجاً، حيث تترابط القواعد النيتروجينية وفق قاعدة محددة بحيث يرتبط الأدنين دائماً مع الثايمين، ويرتبط الجوانين دائماً مع السايتوسين. أما RNA فيتكون من شريط واحد ويختلف في احتوائه على سكر الرايبوز وقاعدة اليوراسيل بدلاً من الثايمين. تخزن هذه الجزيئات التعليمات الوراثية التي تستخدمها الخلية لبناء البروتينات الحيوية وتوجيه كافة الأنشطة الكيميائية التي تحدث فيها.

الفكرة الأساسية

تخزين المعلومات الوراثية ونقلها من جيل إلى جيل عبر جزيئات بوليمرية حيوية تُسمى الأحماض النووية، والتي توجه بناء بروتينات الخلية.

الشرح

انظر إلى النيوكليوتيد: هو وحدة البناء الأساسية في الحمض النووي. كل نيوكليوتيد يتكون من ثلاثة أجزاء متصلة: مجموعة فوسفات غير عضوية، وسكر أحادي خماسي الكربون يسمى سكر بنتوز، وقاعدة نيتروجينية. ترتبط وحدات النيوكليوتيدات معاً لتشكل سلاسل طويلة متناوبة من السكر ومجموعات الفوسفات تشكل العمود الفقري للسلسلة، بينما تبرز القواعد النيتروجينية نحو الداخل لتشبه درجات السلم.

في جزيء DNA، تتكون البنية من سلسلتين طويلتين ملتفتين معاً على شكل لولب مزدوج. يحتوي DNA على أربع قواعد نيتروجينية هي: الأدنين، والثايمين، والسايتوسين، والجوانين. يحدث تزاوج بين القواعد على الشريطين بطريقة دقيقة وثابتة عبر روابط هيدروجينية؛ حيث يترابط الأدنين دائماً مع الثايمين برابطتين هيدروجينية، بينما يترابط الجوانين دائماً مع السايتوسين بثلاث روابط هيدروجينية. هذا التزاوج الثابت يعني أن كمية الأدنين تساوي دائماً كمية الثايمين، وكمية السايتوسين تساوي كمية الجوانين في أي جزيء DNA.

أما جزيء RNA فهو يختلف عن DNA في ثلاثة أمور رئيسية: الأول أن RNA يتكون من شريط مفرد وليس لولباً مزدوجاً، والثاني أن سكر خماسي الكربون فيه هو سكر الرايبوز وليس ديوكسي رايبوز، والثالث أنه يحتوي على قاعدة اليوراسيل بدلاً من قاعدة الثايمين. تستخدم الخلية المعلومات المخزنة في DNA لتصنيع RNA، والذي يوجه بدوره بناء البروتينات المسؤولة عن الأنشطة الحيوية.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كان لديك شريط مفرد من DNA يحتوي على تسلسل القواعد النيتروجينية التالي: A-T-C-G-A، فما هو تسلسل القواعد على الشريط المكمل له في اللولب المزدوج؟ الخطوة الأولى: حدد القاعدة الأولى في الشريط وهي A (أدنين). وبما أن الأدنين يترابط دائماً مع الثايمين T، إذن القاعدة المقابلة على الشريط المكمل هي T. الخطوة الثانية: انتقل للقاعدة الثانية وهي T (ثايمين)، وتكون القاعدة المقابلة لها هي A (أدنين). الخطوة الثالثة: انتقل للقاعدة الثالثة وهي C (سايتوسين)، وتكون القاعدة المقابلة لها هي G (جوانين). الخطوة الرابعة: انتقل للقاعدة الرابعة وهي G (جوانين)، وتكون القاعدة المقابلة لها هي C (سايتوسين). الخطوة الخامسة: القاعدة الخامسة هي A، وتقابلها T. إذن يصبح تسلسل الشريط المكمل مرتباً كالتالي: T-A-G-C-T.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن قاعدة اليوراسيل توجد في جزيء DNA، بينما الصحيح أن اليوراسيل توجد في جزيء RNA فقط، بينما يمتلك DNA قاعدة الثايمين. الظن بأن جزيء DNA يتكون من شريط واحد، والصحيح أنه يتكون من سلسلتين ملتفتين تشكلان لولباً مزدوجاً. الخلط بين روابط تزاوج القواعد النيتروجينية؛ فالاعتقاد بأن الأدنين يترابط مع الجوانين خطأ، والصحيح أن الأدنين يترابط حصراً مع الثايمين والسايتوسين مع الجوانين.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الفرق الرئيسي بين تركيز سكر البنتوز في جزيء DNA وجزيء RNA؟ الإجابة: يحتوي DNA على سكر ديوكسي رايبوز (منقوص الأكسجين)، بينما يحتوي RNA على سكر الرايبوز الذي يحتوي على ذرة هيدروجين بدلاً من مجموعة هيدروكسيل في أحد المواقع.

السؤال الثاني: إذا كانت عينة من DNA تحتوي على نسبة من قاعدة الجوانين تعادل 30 بالمئة، فما هي النسبة المئوية لقاعدة السايتوسين في نفس العينة؟ الإجابة: تبلغ نسبة السايتوسين 30 بالمئة أيضاً، لأن الجوانين يترابط دائماً وبشكل متطابق مع السايتوسين في جزيء DNA.