يختلف كل كائن حي في عالمنا. ليس الناس فقط يختلفون عن بعضهم البعض. الحيوانات والنباتات من نفس النوع لها أيضًا اختلافات. والسبب في ذلك ليس فقط اختلاف الظروف المعيشية وتجربة الحياة. يتم وضع خصوصية كل كائن حي فيه بمساعدة المادة الوراثية.
أسئلة مهمة وشيقة عن الأحماض النووية
حتى قبل الولادة ، لكل كائن حي مجموعته الخاصة من الجينات ، والتي تحدد تمامًا جميع السمات الهيكلية. ليس فقط لون الغلاف أو شكل الأوراق ، على سبيل المثال. يتم وضع الخصائص الأكثر أهمية في الجينات. بعد كل شيء ، لا يمكن أن يولد الهامستر لقط ، ولا يمكن أن ينمو الباوباب من بذور القمح.
والأحماض النووية - جزيئات الحمض النووي الريبي والحمض النووي - مسؤولة عن كل هذه الكمية الهائلة من المعلومات. من الصعب للغاية المبالغة في أهميتها. بعد كل شيء ، فهم لا يقومون فقط بتخزين المعلومات طوال الحياة ، بل يساعدون في إدراكها بمساعدة البروتينات ، وإلى جانب ذلك ، يقومون بنقلها إلى الجيل التالي. كيف يفعلون ذلك ، ما مدى تعقيد بنية جزيئات DNA و RNA؟ كيف هم متشابهون وما هي اختلافاتهم؟ في كل هذا نحنوسوف نكتشف ذلك في الفصول التالية من المقال
سنحلل كل المعلومات قطعة قطعة ، بدءًا من الأساسيات. أولاً ، سوف نتعلم ماهية الأحماض النووية ، وكيف تم اكتشافها ، ثم سنتحدث عن هيكلها ووظائفها. في نهاية المقال ، ننتظر جدولًا مقارنًا لـ RNA و DNA ، والذي يمكنك الرجوع إليه في أي وقت.
ما هي الأحماض النووية
الأحماض النووية هي مركبات عضوية ذات وزن جزيئي مرتفع ، وهي عبارة عن بوليمرات. في عام 1869 تم وصفها لأول مرة من قبل فريدريش ميشر ، عالم الكيمياء الحيوية السويسري. عزل مادة تحتوي على الفوسفور والنيتروجين من خلايا القيح. على افتراض أنه يقع فقط في النواة ، أطلق عليه العالم اسم النوكلين. لكن ما تبقى بعد فصل البروتينات كان يسمى بالحمض النووي.
مونومراتها نيوكليوتيدات. عددهم في جزيء الحمض فردي لكل نوع. النيوكليوتيدات جزيئات مكونة من ثلاثة أجزاء:
- أحادي السكاريد (بنتوز) ، يمكن أن يكون من نوعين - ريبوز و ديوكسيريبوز ؛
- قاعدة نيتروجينية (واحد من أربعة) ؛
- بقايا حمض الفوسفوريك.
بعد ذلك ، سننظر في الاختلافات والتشابهات بين DNA و RNA ، وسوف يلخص الجدول في نهاية المقال.
الميزات الهيكلية: pentoses
أول تشابه بين DNA و RNA هو احتوائهما على السكريات الأحادية. لكن لكل حمض هم مختلفون. اعتمادًا على البنتوز الموجود في الجزيء ، يتم تقسيم الأحماض النووية إلى DNA و RNA. يحتوي الحمض النووي على deoxyribose ، بينما يحتوي RNAريبوز. يحدث كلا البنتوزين في الأحماض فقط في شكل.
لا يحتوي Deoxyribose على أكسجين في ذرة الكربون الثانية (يُشار إليه على أنه 2 '). يقترح العلماء أن غيابه:
- يقصر الرابط بين C2و C3؛
- يجعل جزيء الحمض النووي أقوى ؛
- يخلق الظروف لتعبئة الحمض النووي المضغوط في النواة.
مقارنة البناء: القواعد النيتروجينية
التوصيف المقارن للحمض النووي والحمض النووي الريبي ليس بالأمر السهل. لكن الاختلافات واضحة منذ البداية. القواعد النيتروجينية هي أهم لبنات البناء في جزيئاتنا. هم يحملون المعلومات الجينية. بتعبير أدق ، ليس القواعد نفسها ، ولكن ترتيبها في السلسلة. هم بورين وبيريميدين.
يختلف تكوين الحمض النووي والحمض النووي الريبي بالفعل على مستوى المونومرات: في حمض الديوكسي ريبونوكلييك يمكننا أن نجد الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين. لكن الحمض النووي الريبي يحتوي على اليوراسيل بدلا من الثايمين.
هذه القواعد الخمس هي الرئيسية (الرئيسية) ، فهي تشكل معظم الأحماض النووية. لكن بجانبهم ، هناك آخرون. نادرًا ما يحدث هذا ، وتسمى هذه القواعد ثانوية. كلاهما موجود في كلا الحمضين - وهذا تشابه آخر بين DNA و RNA.
تسلسل هذه القواعد النيتروجينية (وبالتالي النيوكليوتيدات) في سلسلة الحمض النووي يحدد البروتينات التي يمكن لخلية معينة تصنيعها. تعتمد الجزيئات التي سيتم إنشاؤها في لحظة معينة على احتياجات الجسم.
اذهب إلىمستويات تنظيم الأحماض النووية. من أجل أن تكون الخصائص المقارنة للحمض النووي والحمض النووي الريبي كاملة وموضوعية قدر الإمكان ، سننظر في بنية كل منهما. يحتوي الحمض النووي على أربعة منها ، ويعتمد عدد مستويات التنظيم في الحمض النووي الريبي على نوعه.
اكتشاف بنية الحمض النووي ، مبادئ الهيكل
تنقسم جميع الكائنات الحية إلى بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يعتمد هذا التصنيف على تصميم النواة. كلاهما يحتوي على DNA في الخلية على شكل كروموسومات. هذه هياكل خاصة ترتبط فيها جزيئات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين بالبروتينات. يحتوي الحمض النووي على أربعة مستويات من التنظيم.
يتم تمثيل الهيكل الأساسي من خلال سلسلة من النيوكليوتيدات ، يتم ملاحظة تسلسلها بدقة لكل كائن حي على حدة والتي ترتبط ببعضها بواسطة روابط الفسفوديستر. تم تحقيق نجاحات هائلة في دراسة بنية خيوط الحمض النووي بواسطة Chargaff ومعاونيه. لقد قرروا أن نسب القواعد النيتروجينية تخضع لقوانين معينة.
أطلقوا عليها قواعد Chargaff. تنص أول هذه الحالات على أن مجموع قواعد البيورين يجب أن يكون مساويًا لمجموع البيريميدين. سيصبح هذا واضحًا بعد التعرف على البنية الثانوية للحمض النووي. القاعدة الثانية تتبع من ميزاتها: النسب المولية A / T و G / C تساوي واحد. نفس القاعدة تنطبق على الحمض النووي الثاني - وهذا تشابه آخر بين DNA و RNA. والثاني فقط يحتوي على اليوراسيل بدلاً من الثايمين في كل مكان.
أيضًا ، بدأ العديد من العلماء في تصنيف الحمض النووي للأنواع المختلفة وفقًا لعدد أكبر من القواعد. إذا كان المجموع "A + T"أكثر من "G + C" ، يسمى هذا الحمض النووي نوع AT. إذا كان العكس هو الصحيح ، فنحن نتعامل مع نوع GC للحمض النووي.
تم اقتراح نموذج الهيكل الثانوي في عام 1953 من قبل العلماء واتسون وكريك ، ولا يزال مقبولًا بشكل عام حتى اليوم. النموذج عبارة عن حلزون مزدوج ، يتكون من سلسلتين متوازيتين. الخصائص الرئيسية للهيكل الثانوي هي:
- تكوين كل خيط DNA خاص تمامًا بالأنواع ؛
- الرابطة بين السلاسل هيدروجين ، تتشكل وفق مبدأ تكامل القواعد النيتروجينية ؛
- سلاسل متعددة النوكليوتيد تلتف حول بعضها البعض ، وتشكل لولبًا أيمنًا يسمى "الحلزون" ؛
- توجد بقايا حمض الفوسفوريك خارج اللولب ، والقواعد النيتروجينية بالداخل.
علاوة على ذلك ، أكثر كثافة وأصعب
البنية الثلاثية للحمض النووي هي بنية فائقة الالتفاف. لا يقتصر الأمر على أن سلسلتين تلتفان مع بعضهما البعض في جزيء ما ، ولتحقيق ضغط أكبر ، يلتف الحمض النووي حول بروتينات خاصة - هيستونات. وهي مقسمة إلى خمس فئات حسب محتوى اللايسين والأرجينين فيها.
المستوى الأخير من الحمض النووي هو الكروموسوم. لفهم مدى إحكام حزم المعلومات الوراثية فيه ، تخيل ما يلي: إذا مر برج إيفل بجميع مراحل الضغط ، مثل الحمض النووي ، فيمكن وضعه في علبة كبريت.
الكروموسومات مفردة (تتكون من كروماتيد واحد) ومزدوجة (تتكون من كروماتيدات). أنها توفر تخزين آمنالمعلومات الجينية ، وإذا لزم الأمر ، يمكنهم الالتفاف وفتح الوصول إلى المنطقة المطلوبة.
أنواع الحمض النووي الريبي ، السمات الهيكلية
بالإضافة إلى حقيقة أن أي RNA يختلف عن الحمض النووي في هيكله الأساسي (نقص الثايمين ، وجود اليوراسيل) ، تختلف مستويات التنظيم التالية أيضًا:
- نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) جزيء واحد تقطعت بهم السبل. من أجل أداء وظيفتها في نقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين ، لديها بنية ثانوية غير عادية للغاية. يطلق عليه "ورقة البرسيم". تؤدي كل حلقة من حلقاتها وظيفتها الخاصة ، ولكن الأهم هو الجذع المستقبِل (يتشبث به حمض أميني) و anticodon (الذي يجب أن يتطابق مع الكودون الموجود على RNA الرسول). تمت دراسة البنية الثلاثية للـ tRNA قليلاً ، لأنه من الصعب جدًا عزل مثل هذا الجزيء دون الإخلال بالمستوى العالي للتنظيم. لكن العلماء لديهم بعض المعلومات. على سبيل المثال ، في الخميرة ، يكون نقل الحمض النووي الريبي على شكل الحرف L.
- Messenger RNA (يسمى أيضًا بالمعلومات) يؤدي وظيفة نقل المعلومات من DNA إلى موقع تخليق البروتين. تخبر ما هو نوع البروتين الذي سيظهر في النهاية ، تتحرك الريبوسومات معه في عملية التوليف. هيكلها الأساسي هو جزيء واحد تقطعت به السبل. الهيكل الثانوي معقد للغاية ، وهو ضروري للتحديد الصحيح لبدء تخليق البروتين. يتم طي mRNA على شكل دبابيس شعر ، وفي نهاياتها توجد مواقع لبداية ونهاية معالجة البروتين.
- تم العثور على RNA الريبوسوم في الريبوسومات. تتكون هذه العضيات من جزأين فرعيين ، كل منهمايستضيف الرنا الريباسي الخاص به. يحدد هذا الحمض النووي موضع جميع البروتينات الريبوزومية والمراكز الوظيفية لهذه العضية. يتم تمثيل التركيب الأساسي للـ rRNA من خلال سلسلة من النيوكليوتيدات ، كما هو الحال في الأنواع السابقة من الحمض. من المعروف أن المرحلة الأخيرة من طي الرنا الريباسي هي إقران المقاطع الطرفية لخيط واحد. يشكل تشكيل هذه الأعناق مساهمة إضافية في ضغط الهيكل بأكمله.
وظائف الحمض النووي
يعمل حمض الديوكسي ريبونوكليك كمستودع للمعلومات الجينية. في تسلسل النيوكليوتيدات ، يتم "إخفاء" جميع بروتينات أجسامنا. في الحمض النووي ، لا يتم تخزينها فحسب ، بل يتم حمايتها جيدًا أيضًا. وحتى في حالة حدوث خطأ أثناء النسخ ، سيتم تصحيحه. وبالتالي ، سيتم الحفاظ على جميع المواد الوراثية وستصل إلى النسل.
من أجل نقل المعلومات إلى الأحفاد ، فإن الحمض النووي لديه القدرة على المضاعفة. هذه العملية تسمى النسخ المتماثل. سيظهر لنا جدول مقارن للحمض النووي الريبي والحمض النووي أن حمضًا نوويًا آخر لا يمكنه فعل ذلك. لكن لديها العديد من الوظائف الأخرى.
وظائف RNA
لكل نوع من أنواع الحمض النووي الريبي وظيفته الخاصة:
- نقل الحمض النووي الريبي يسلم الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات ، حيث يتم تحويلها إلى بروتينات. لا يجلب الحمض الريبي النووي النقال مواد البناء فحسب ، بل يشارك أيضًا في التعرف على الكودون. ومدى صحة بناء البروتين يعتمد على عمله.
- رسالة RNA يقرأ المعلومات منالحمض النووي ويحمله إلى موقع تخليق البروتين. هناك يلتصق بالريبوسوم ويحدد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين.
- Ribosomal RNA يضمن سلامة بنية العضية ، وينظم عمل جميع المراكز الوظيفية.
هنا تشابه آخر بين DNA و RNA: كلاهما يعتني بالمعلومات الجينية التي تحملها الخلية.
مقارنة بين DNA و RNA
لتنظيم جميع المعلومات المذكورة أعلاه ، دعنا نكتبها كلها في جدول
| DNA | RNA | |
| موقع القفص | النواة ، البلاستيدات الخضراء ، الميتوكوندريا | النواة ، البلاستيدات الخضراء ، الميتوكوندريا ، الريبوسومات ، السيتوبلازم |
| مونومر | Deoxyribonucleotides | الريبونوكليوتيدات |
| هيكل | حلزون مزدوج تقطعت بهم السبل | سلسلة واحدة |
| نيوكليوتيدات | A ، T ، G ، C | A ، U ، G ، C |
| الميزات | مستقر ، قادر على النسخ | Labile ، لا يمكن مضاعفة |
| وظائف | تخزين ونقل المعلومات الجينية | نقل المعلومات الوراثية (mRNA) ، الوظيفة الهيكلية (rRNA ، Mitochondrial RNA) ، المشاركة في تخليق البروتين (mRNA ، tRNA ، rRNA) |
وهكذا تحدثنا بإيجاز عن أوجه التشابه بين DNA و RNA. سيكون الجدول مساعدًا لا غنى عنه في الامتحان أو تذكيرًا بسيطًا.
بالإضافة إلى ما تعلمناه سابقًا ، ظهرت عدة حقائق في الجدول. على سبيل المثال ، قدرة الحمض النووييعد التكاثر ضروريًا لتقسيم الخلايا بحيث تتلقى كلتا الخليتين المادة الوراثية الصحيحة بالكامل. بينما بالنسبة للحمض النووي الريبي ، فإن المضاعفة لا معنى لها. إذا احتاجت الخلية إلى جزيء آخر ، فإنها تصنعه من قالب الحمض النووي.
تبين أن خصائص DNA و RNA مختصرة ، لكننا غطينا جميع ميزات الهيكل والوظائف. عملية الترجمة - تخليق البروتين - مثيرة جدا للاهتمام. بعد التعرف عليه ، يتضح مدى أهمية الدور الذي يلعبه الحمض النووي الريبي في حياة الخلية. وعملية تكرار الحمض النووي مثيرة للغاية. ما الذي يستحق كسر اللولب المزدوج وقراءة كل نوكليوتيد!
تعلم شيئًا جديدًا كل يوم. خاصة إذا حدث هذا الشيء الجديد في كل خلية من خلايا جسمك.
