منذ أن كشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك عن ملف هيكل الحمض النووي، تم قبوله على أنه جزيء الوراثة. قبل اكتشافهم ، احتفظ المجتمع العلمي ببعض الشك في أن الحمض النووي كان على مستوى الوظيفة ، لأن دور الحمض النووي أربعة أضعاف وبدا جزيءًا بسيطًا جدًا لأداء تلك الوظائف الأربعة الضرورية: النسخ المتماثل والتشفير وإدارة الخلية والقدرة على تحور.
يسمح الهيكل الفريد للحمض النووي له بأداء كل هذه الوظائف.
اللبنات الأساسية للحمض النووي
الحمض النووي اختصار لحمض ديوكسي ريبونوكلييك. وهي مكونة من أربع قواعد نيتروجينية، والمختصرة A و C و G و T. تشكل هذه القواعد خيطين وترتبط معًا في تشكيل حلزون مزدوج.
يرتبط A دائمًا بـ T في أحد الخيطين ، ويرتبط C دائمًا بـ G في الآخر ، وهو ما يسمى الاقتران الأساسي التكميلي قاعدة.
تكرار
أحد أغراض الحمض النووي هو التكاثر. هذا يعني أن خيطًا من الحمض النووي يصنع نسخة منه. يحدث ذلك أثناء الانقسام الخلوي ، وهي الطريقة التي ينقل بها الحمض النووي الصفات الموروثة إلى المجموعة التالية من الخلايا.
أثناء تكرار الحمض النووي، اللولب المزدوج يفسد نفسه ليشكل خيطين منفصلين. عندما يتم فصل شريطين من الحمض النووي ويتم بناء خيط جديد بنجاح ، فإنه سيستخدم نمط الخيط الموجود لإنشاء نسخة طبق الأصل.
في بعض الأحيان ، ولأسباب متنوعة ، لا ينتج النسخ المتماثل نسخة طبق الأصل. يشار إلى هذا باسم أ طفرة الحمض النووي. تعتبر الطفرات ضرورية للتطور ، لأنها تسمح للكائنات الحية بتطوير تكيفات يمكن أن تساعدها على البقاء في البيئات المتغيرة.
ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي طفرات الحمض النووي في البشر أيضًا إلى نقل الآباء عن غير قصد لحالات وراثية معينة إلى أطفالهم ، بما في ذلك التليف الكيسي ومرض تاي ساكس وفقر الدم المنجلي.
التشفير
الترميز هو وظيفة أخرى للحمض النووي. يتم عمل كل خلية بواسطة البروتينات ، لذا فإن أحد أدوار الحمض النووي هو بناء البروتينات المناسبة لكل خلية. يملأ الحمض النووي هذا الدور من خلال احتوائه على ثلاثة أقسام أساسية - تسمى الكودونات - التي توجه تكوين البروتينات.
في امتداد طويل من الحمض النووي ، يحتوي كل كودون على المعلومات التي توجه تجميع حمض أميني واحد إلى بروتين. تتوافق الكودونات المختلفة مع تجميع حمض أميني آخر على بروتين ، لذا فإن قسمًا كاملًا من الحمض النووي مع تسلسل معين من القواعد سيبني بروتينًا معينًا.
الإدارة الخلوية
في الكائنات متعددة الخلايا ، خلية واحدة مخصبة ، اللاقحة، تقسم وتكرر عدة مرات لتكوين كائن حي كامل. تحتوي كل خلية على نفس المادة الجينية تمامًا ، لكن الخلايا المختلفة تتطور بأشكال مختلفة.
هذا هو ، في عملية تسمى تمايز الخلايا بعض الخلايا تبني البروتينات الصحيحة لتصبح خلايا الكبد ، والبعض الآخر يصبح خلايا الجلد والبعض الآخر خلايا المعدة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تغير الخلايا طريقة عملها مع تغير الظروف. خلايا معدتك ، على سبيل المثال ، يجب أن تنتج المزيد من الهرمونات والإنزيمات الهضمية عند وجود الطعام.
يقوم الحمض النووي بذلك من خلال الإشارات التي تعمل على تشغيل وإيقاف إنتاج البروتينات المشاركة في الهضم. يحدث نفس الشيء عندما تتمايز الخلايا: تؤدي الإشارات إلى المستويات الصحيحة من إنتاج البروتين لتشكيل الخلية المناسبة.
القدرة على التحول
التطور هو التغيير في الخصائص مع إنتاج أجيال من الكائن الحي. يحدث التطور على نطاقات صغيرة داخل الكائن الحي - مثل التغيرات في الجلد أو لون الشعر عند البشر - و أيضًا على نطاقات كبيرة - مثل إنشاء مجموعة واسعة من الحياة على الأرض من خلية واحدة مبكرة الكائن الحي.
يمكن أن يحدث هذا فقط إذا كان الجزيء الجيني يمكن أن يتغير ، ويمكن أن يتحول. كما يتكاثر الحمض النووي لصنع البيض و خلايا الحيوانات المنوية، يمكن أن تتسلل التغييرات على عدة مستويات.
إحدى الطرق هي من خلال التغييرات أحادية النقطة التي تضيف أو تطرح أو تغير تسلسلًا موجودًا. تحدث تغييرات أخرى عندما تتقاطع جزيئات الحمض النووي مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى تبديل ترتيب الجينات على كل من خيطي الحمض النووي المتقاطعين.