ترتيب القواعد النيتروجينية في الحمض النووي

ما هي القواعد النيتروجينية؟

القواعد النيتروجينية عبارة عن جزيئات عضوية تحتوي على بنية حلقية تشتمل على ذرات الكربون والنيتروجين ويمكن أن تعمل كقاعدة في التفاعلات الكيميائية ، حيث يعمل زوج الإلكترونات المعزول على إحدى ذرات النيتروجين كقاعدة لويس ، والتي يمكنها التبرع زوج من الإلكترونات في تفاعل كيميائي ، وتسمى القواعد النيتروجينية أحيانًا أيضًا القواعد النووية.

تأتي قواعد النيتروجين في شكلين ، البيورينات والبيريميدين ، البيورينات هي قواعد نيتروجين لها حلقتان منصهرتان والبيريميدينات عبارة عن قواعد نيتروجين لها حلقة واحدة فقط ، وفي كلتا الحالتين تكون الدورة التي تتكون فيها الحلقات من ذرات الكربون والنيتروجين مع ذرات الهيدروجين أو عناصر أو مجموعات وظيفية أخرى مرتبطة بذرات كربون ونيتروجين مختلفة ، تشمل البيورينات القواعد النيتروجينية الأدينين والجوانين ، بينما تشتمل البيريميدينات على الثايمين والسيتوزين واليوراسيل ، وتوجد القواعد النيتروجينية في الحمض النووي.

أهمية القواعد النيتروجينية

القواعد النيتروجينية مهمة بشكل خاص في علم الأحياء لأنها مكونات أساسية للنيوكليوتيدات – اللبنات الأساسية للمعلومات الجينية مثل DNA و RNA. تحتوي معلوماتنا الجينية على جميع التعليمات لخلايانا لبناء الهياكل والوظائف في الجسم. وفي الجسم ، هذه التغيرات ، التي تسمى الطفرات ، هي سبب العديد من الأمراض الوراثية ، مثل السرطان.[1]

كيف يتم ترتيب القواعد النيتروجينية في الحمض النووي؟

جميع الكائنات الحية على الأرض ، بكل تنوعها وتعقيدها ، يتم بناؤها أساسًا من نفس لبنات البناء “القواعد النيتروجينية” ، ويتم ترتيبها بعدد لا يحصى من الطرق المختلفة. يوجد الحمض النووي الخاص بنا في نواة كل خلية تقريبًا في أجسامنا (هناك استثناءات قليلة ، مثل خلايا الدم الحمراء ، التي لا تحتوي على نواة ، والحمض النووي جزيء طويل ، يتكون من العديد من الوحدات الأصغر. اصنع جزيء الحمض النووي الذي تحتاجه القواعد النيتروجينية “الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G). ، اليوراسيل (U)” وهي مرتبة على النحو التالي:

الأدينين هو قاعدة نيتروجينية ممثلة بالرمز A في DNA و RNA. وهي عبارة عن قاعدة بيورين وتحتوي على حلقتين من النيتروجين المصهور. الصيغة الكيميائية للأدينين هي C5H5N5. يرتبط الأدينين بجزيء السكر في النيوكليوتيدات بواسطة 1 كربون على الريبوز أو الديوكسيريبوز يحتوي Adenine على: موقعان للربط يسمحان له بتكوين روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات تكميلية.

الجوانين هو قاعدة نيتروجينية ممثلة بالرمز G في DNA و RNA. الجوانين هو أيضًا قاعدة البيورين ويحتوي على حلقتين من النيتروجين المصهور. الصيغة الكيميائية للجوانين هي C5H5N5O. يشبه الجوانين في تركيبه الأدينين ، ومع ذلك ، فهو يحتوي على مجموعة كاربونيل بدلاً من مجموعة أمين ومجموعة أمين. بدلاً من استبدال ذرة الهيدروجين في الحلقة الأكبر ، يحتوي الجوانين أيضًا على ثلاثة مواقع ربط ، مما يسمح لها بتكوين روابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات التكميلية.

الثايمين هو قاعدة نيتروجين بيريميدين توجد فقط في الحمض النووي. يتم تمثيله بالرمز T في DNA. الصيغة الكيميائية للثيمين هي C5H6N2O2 ، على عكس الأدينين والجوانين ، الثايمين عبارة عن بيريميدين وبالتالي له حلقة واحدة فقط. يشار إلى الثايمين أحيانًا باسم 5-Methyl uracil لأنه يحتوي على مجموعة ميثيل تحل محل ذرة الهيدروجين ، ولها موقعان للربط ، وبالتالي يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات تكميلية.

السيتوزين (C4H5N3O) هو أيضًا قاعدة بيريميدين ويوجد في كل من DNA و RNA. في هذه الجزيئات ، يتم تمثيله بالرمز C. مثل بيريميدين ، يحتوي السيتوزين أيضًا على بنية حلقة واحدة وله ثلاثة مواقع ربط لتكوين الهيدروجين. روابط مع النيوكليوتيدات التكميلية.

اليوراسيل عبارة عن قاعدة بيريميدين تُستخدم في الحمض النووي الريبي بدلاً من الثايمين. يُشار إلى اليوراسيل بالحرف U في الحمض النووي الريبي وهو بيريميدين ، لذلك فهو يحتوي على حلقة واحدة فقط ، وله الصيغة الكيميائية C4H4N2O2 ، وله موقعان محتملان للترابط يسمحان له بتكوين روابط هيدروجينية بقواعد إضافية.

القواعد النيتروجينية وتكوين الحمض النووي

إذا أخذت إحدى قواعد النيتروجين السابقة ووضعتها مع جزيء سكر وجزيء فوسفات ، فستحصل على قاعدة نيوكليوتيد ، حيث تربط جزيئات السكر والفوسفات قواعد النوكليوتيدات معًا لتكوين قاعدة واحدة. يلتف اثنان من هذه الخيوط حول بعضهما البعض ، مما يخلق شكل سلم ملتوي للحلزون المزدوج. المجموعات: أزواج A مع أزواج T و C مع G لتشكيل أزواج أساسية.

ضع ثلاثة مليارات من أزواج القواعد معًا بترتيب صحي ، وستحصل على مجموعة كاملة من الحمض النووي البشري ، والجينوم البشري ، وجزيء الحمض النووي هذا بطول متر تقريبًا ، وهناك نسختان من الجينوم ، واحدة من والدك والأخرى من والدتك ، وانقطعت اللقطات. يبلغ طوله مترًا واحدًا ، ثم يتم تعبئته بإحكام ككروموسومات في كل خلية من الخلايا الدبقية الصغيرة.

إن تسلسلات زوج قاعدة الحمض النووي لجميع الأشخاص متطابقة تقريبًا – وهذا ما يجعلنا جميعًا بشرًا – ومع ذلك ، هناك اختلافات صغيرة في ترتيب ستة مليارات زوج قاعدي في الجسم. الحمض النووي لكل شخص يسبب الاختلافات التي نراها في لون الشعر ولون العين وشكل الأنف ، وما إلى ذلك ، لا يوجد شخصان لهما نفس تسلسل الحمض النووي بالضبط ، لكن التوائم المتطابقة هي استثناء صغير لهذه القاعدة ، لأنها تأتي من بيضة واحدة تنقسم إلى نصفين ، مما يجعل اثنين نسخ من نفس الحمض النووي. على الرغم من أن تسلسلات الحمض النووي هذه قد تكون متطابقة ، فإن التغييرات في طريقة “قراءة” تسلسل الحمض النووي يمكن أن تغير الطريقة التي يتم بها التعبير عن الجينات بين التوائم المتماثلة ، خاصة مع تقدمهم في العمر.[2]

تحتوي الجينات على معلومات لصنع البروتينات

في الجين ، تُقرأ أزواج القواعد في مجموعات من ثلاثة وتسمى هذه المجموعات الكودونات. بناءً على تسلسل الرموز ، ترتبط الأحماض الأمينية معًا في سلاسل تسمى polypeptides ، والتي تنظم بعد ذلك أو تندمج لتشكيل البروتينات.

تقوم البروتينات (و RNA) ببناء جميع الهياكل الحية بالإضافة إلى العمل كمحفزات (إنزيمات) تتحكم في التفاعلات الكيميائية الحيوية ، والبروتينات تبني الأنسجة ، والأنسجة تبني الأعضاء التي يتكون منها الجسم ، والجينات التي تحدد لون العيون البنية ، على سبيل المثال ، تحتوي على تعليمات ل الخلايا الموجودة في القزحية لصنع البروتينات التي تصنع أصباغ بنية ، يمكن لتسلسل مختلف من القواعد تهجئة رسالة مختلفة ، مما يؤدي إلى إنشاء بروتينات مختلفة تؤدي إلى عيون زرقاء ، بدلاً من تهجئة جملة مختلفة باستخدام نفس الأبجدية.