كيف تؤثر بنية الحمض النووي على وظيفتها؟

حمض Deoxyribonucleic ، أو DNA ، هو اسم الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على المعلومات الوراثية لجميع الكائنات الحية. يتكون كل جزيء DNA من بوليمرين على شكل حلزون مزدوج ومرفقين بمزيج من أربعة جزيئات متخصصة تسمى النيوكليوتيدات ، مرتبة بشكل فريد لتشكيل مجموعات من الجينات. يعمل هذا الترتيب الفريد ككود يحدد المعلومات الجينية لكل خلية. وبالتالي فإن هذا الجانب من بنية الحمض النووي يحدد وظيفته الأساسية - أي التعريف الجيني - ولكن تقريبًا كل جانب آخر من بنية الحمض النووي يؤثر على وظائفه.

النيوكليوتيدات الأربعة التي تشكل الترميز الجيني للحمض النووي هي الأدينين (مختصر A) والسيتوزين (C) والجوانين (G) والثايمين (T). ترتبط النيوكليوتيدات A و C و G و T الموجودة على جانب واحد من خيط DNA بشريكها النوكليوتيد المقابل على الجانب الآخر. تتصل A بـ T و C بـ G من خلال روابط هيدروجينية قوية نسبيًا بين الجزيئات تشكل أزواج القاعدة التي تحدد الشفرة الجينية. نظرًا لأنك تحتاج فقط إلى جانب واحد من الحمض النووي للحفاظ على الترميز ، فإن آلية الاقتران هذه تسمح بإعادة تكوين جزيئات الحمض النووي في حالة التلف أو في عملية النسخ المتماثل.

تأتي معظم جزيئات الحمض النووي على شكل خيطين متوازيين يلتفان حول بعضهما البعض ، يُطلق عليهما "الحلزون المزدوج". ال "العمود الفقري" للخيوط عبارة عن سلاسل من جزيئات السكر والفوسفات بالتناوب ، ولكن هندسة هذا العمود الفقري يختلف.

تم العثور على ثلاثة أشكال مختلفة من هذا الشكل في الطبيعة ، يعتبر B-DNA أكثرها شيوعًا في الإنسان الكائنات. ، هو حلزوني أيمن ، كما هو الحال في A-DNA ، موجود في الحمض النووي المجفف وعينات الحمض النووي المتكاثر. الفرق بين الاثنين هو أن النوع A له دوران أكثر إحكاما وكثافة أكبر للأزواج الأساسية - مثل هيكل من النوع B.

الشكل الآخر للحمض النووي الموجود بشكل طبيعي في الكائنات الحية هو Z-DNA. تختلف بنية الحمض النووي هذه عن A أو B-DNA في أنها تحتوي على منحنى أعسر. نظرًا لأنه مجرد هيكل مؤقت مرتبط بنهاية واحدة من B-DNA ، فمن الصعب تحليله ، لكن يعتقد معظم العلماء أنه يعمل كنوع من عامل موازنة مضاد للالتواء لـ B-DNA حيث يتم سحبه لأسفل على الطرف الآخر (في شكل A) أثناء نسخ الشفرة وتكرارها عملية.

حتى أكثر من الروابط الهيدروجينية بين النيوكليوتيدات ، يتم توفير استقرار الحمض النووي من خلال تفاعلات "التراص القاعدية" بين النيوكليوتيدات المجاورة. نظرًا لأن جميع النيوكليوتيدات ما عدا الأطراف المتصلة هي كارهة للماء (بمعنى أنها تتجنب الماء) ، فإن القواعد تتعامد مع مستوى العمود الفقري للحمض النووي ، التقليل من التأثيرات الكهروستاتيكية للجزيئات المرتبطة أو المتفاعلة مع الجزء الخارجي من الخيط ("غلاف الذوبان") وبالتالي توفير الاستقرار.

أدت التكوينات المختلفة الموجودة في نهايات جزيئات الحمض النووي بالعلماء إلى تخصيص "اتجاه" للجزيئات. تنتهي جزيئات الحمض النووي في مجموعة فوسفات ملحقة إلى الكربون الخامس من سكر الديوكسيريبوز على أحد طرفيه ، يُطلق عليه "الطرف الخماسي الأساسي" (الطرف الخامس) ، ومع مجموعة الهيدروكسيل (OH) في الطرف الآخر ، يُطلق عليه "النهاية الأولية الثلاثة" (3 " نهاية). نظرًا لأن الأحماض النووية لا يمكن نسخها إلا من توليفها من نهاية 5 ، فإنها تعتبر أن لها اتجاهًا ينتقل من نهاية 5 إلى نهاية 3.

في كثير من الأحيان ، في نهاية 5 ، سيكون مزيجًا من أزواج قاعدية الثايمين والأدينين كلها على التوالي ، تسمى "صندوق تاتا". هؤلاء لم يتم تسجيلها كجزء من الشفرة الجينية ، بل إنها موجودة لتسهيل انقسام (أو "ذوبان") الحمض النووي ساحل. الروابط الهيدروجينية بين النيوكليوتيدات A و T أضعف من تلك الموجودة بين النيوكليوتيدات C و G. وبالتالي ، فإن وجود تركيز للأزواج الأضعف في بداية الجزيء يسمح بعملية نسخ أسهل.