تتكون جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب من العديد من الخلايا.دعم تنظيم تنظيمهم بسبب المعلومات الوراثية الموجودة في النواة. يتم تخزينه وتنفيذه ونقله بواسطة مركبات جزيئية معقدة - أحماض نووية ، تتكون من وحدات مونومر - نيوكليوتيدات. لا يمكن المبالغة في تقدير دور الأحماض النووية. يحدد استقرار هيكلها النشاط الحيوي الطبيعي للكائن الحي ، وأي انحرافات في الهيكل تؤدي حتما إلى تغيير في التنظيم الخلوي ونشاط العمليات الفسيولوجية وصلاحية الخلايا ككل.
مفهوم النوكليوتيدات وخصائصه
يتكون كل جزيء DNA أو RNA من أكثر منمركبات أحادية صغيرة - نيوكليوتيدات. بعبارة أخرى ، النوكليوتيدات مادة بناء للأحماض النووية والإنزيمات المساعدة والعديد من المركبات البيولوجية الأخرى الضرورية للخلية خلال حياتها.
تشمل الخصائص الرئيسية لهذه المواد التي لا يمكن تعويضها ما يلي:
• تخزين المعلومات حول بنية البروتين والصفات الموروثة.
• السيطرة على النمو والتكاثر.
• المشاركة في التمثيل الغذائي والعديد من العمليات الفسيولوجية الأخرى التي تحدث في الخلية.
تكوين النوكليوتيدات
عند الحديث عن النيوكليوتيدات ، لا يسع المرء إلا أن أسهب في الحديث عن قضية مهمة مثل هيكلها وتكوينها.
يتكون كل نوكليوتيد من:
• بقايا السكر.
• قاعدة النيتروجين.
• مجموعة الفوسفات أو بقايا حمض الفوسفوريك.
يمكننا القول أن النيوكليوتيد مركب عضوي معقد. اعتمادًا على تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية ونوع البنتوز في بنية النيوكليوتيدات ، تنقسم الأحماض النووية إلى:
• الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، أو الحمض النووي.
• الحمض النووي الريبي ، أو RNA.
تكوين الأحماض النووية
في الأحماض النووية ، يتم تمثيل السكر بالبنتوز.هذا سكر مكون من خمسة كربون ، ويسمى في الحمض النووي ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي يسمى ريبوز. يحتوي كل جزيء خماسي على خمس ذرات كربون ، أربع منها ، مع ذرة أكسجين ، تشكل حلقة من خمسة أعضاء ، والخامس مدرج في مجموعة HO-CH2.
موضع كل ذرة كربون في الجزيءيُرمز إلى البنتوز برقم عربي به عدد أولي (1C´ ، 2C´ ، 3C´ ، 4C´ ، 5C´). نظرًا لأن جميع عمليات قراءة المعلومات الوراثية من جزيء الحمض النووي لها اتجاه صارم ، فإن ترقيم ذرات الكربون وترتيبها في الحلقة يعمل كمؤشر للاتجاه الصحيح.
في مجموعة الهيدروكسيل ، يتم ربط بقايا حمض الفوسفوريك بذرات الكربون الثالثة والخامسة (3 درجة مئوية و 5 درجة مئوية). يحدد الارتباط الكيميائي للحمض النووي والحمض النووي الريبي لمجموعة من الأحماض.
ترتبط القاعدة النيتروجينية بأول ذرة كربون (1C´) في جزيء السكر.
تكوين الأنواع من القواعد النيتروجينية
يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي وفقًا للقاعدة النيتروجينية بأربعة أنواع:
• الأدينين (أ) ؛
• الجوانين (G) ؛
• السيتوزين (C) ؛
• الثايمين (T).
الأولين ينتميان إلى فئة البيورينات ، والأخران ينتميان إلى البيريميدين. من حيث الوزن الجزيئي ، تكون البيورينات دائمًا أثقل من البيريميدين.
يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي بواسطة القاعدة النيتروجينية من خلال:
• الأدينين (أ) ؛
• الجوانين (G) ؛
• السيتوزين (C) ؛
• اليوراسيل (يو).
اليوراسيل ، مثل الثايمين ، هو قاعدة بيريميدين.
في الأدبيات العلمية ، غالبًا ما يمكن للمرء أن يجد تسمية أخرى للقواعد النيتروجينية - بأحرف لاتينية (A ، T ، C ، G ، U).
دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول التركيب الكيميائي للبيورينات والبيريميدين.
يتم تمثيل Pyrimidines ، وهي السيتوزين ، الثايمين واليوراسيل ، في تكوينها بواسطة ذرتين من النيتروجين وأربع ذرات كربون ، وتشكل حلقة من ستة أعضاء. كل ذرة لها رقمها الخاص من 1 إلى 6.
تتكون البيورينات (الأدينين والجوانين) من بيريميدين وإيميدازول أو دورتين غير متجانستين. يتم تمثيل جزيء قاعدة البيورين بأربع ذرات نيتروجين وخمس ذرات كربون. كل ذرة مرقمة من 1 إلى 9.
نتيجة للجمع بين القاعدة النيتروجينية وبقايا البنتوز ، يتم تكوين نوكليوزيد. النوكليوتيدات عبارة عن مزيج من مجموعة نيوكليوسيد وفوسفات.
تكوين روابط فوسفوديستر
من المهم أن نفهم مسألة كيفية ارتباط النيوكليوتيدات بسلسلة عديد ببتيد وتشكيل جزيء حمض نووي. يحدث هذا بسبب ما يسمى روابط phosphodiester.
تفاعل اثنين من النيوكليوتيدات يعطي ثنائي النوكليوتيد.يحدث تكوين مركب جديد عن طريق التكثيف ، عندما تحدث رابطة فوسفوديستر بين بقايا الفوسفات في أحد المونومر ومجموعة الهيدروكسي من البنتوز في آخر.
توليف متعدد النيوكليوتيد - التكرار المتكرررد الفعل هذا (عدة ملايين مرة). تم بناء سلسلة عديد النوكليوتيد من خلال تكوين روابط فوسفوديستر بين الكربونات الثالثة والخامسة من السكريات (3 درجات مئوية و 5 درجات مئوية).
تجميع البولينيوكليوتيد هو عملية معقدة تحدث بمشاركة إنزيم بوليميريز DNA ، والذي يضمن نمو السلسلة من طرف واحد فقط (3´) مع مجموعة هيدروكسيل حرة.
هيكل جزيء الحمض النووي
يمكن أن يكون لجزيء الحمض النووي ، مثل البروتين ، بنية أولية أو ثانوية أو ثلاثية.
تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة DNAيحدد هيكلها الأساسي. يتكون الهيكل الثانوي من روابط هيدروجينية تستند إلى مبدأ التكامل. بعبارة أخرى ، أثناء تخليق الحلزون المزدوج للحمض النووي ، يعمل نمط معين: الأدينين في إحدى السلاسل يتوافق مع ثايمين الآخر ، والجوانين إلى السيتوزين ، والعكس صحيح. تتشكل أزواج من الأدينين والثايمين أو الجوانين والسيتوزين بسبب اثنين من الروابط الهيدروجينية في الحالة الأولى والثالثة في الحالة الأخيرة. يوفر اتصال النيوكليوتيدات هذا رابطة قوية بين السلاسل ومسافة متساوية بينهما.
بمعرفة تسلسل النوكليوتيدات لشريط واحد من الحمض النووي ، من خلال مبدأ التكامل أو الإضافة ، يمكنك إكمال السلسلة الثانية.
يتكون الهيكل الثالث للحمض النووي منروابط ثلاثية الأبعاد معقدة ، مما يجعل جزيءه أكثر إحكاما وقادرًا على احتواء حجم صغير من الخلية. لذلك ، على سبيل المثال ، يبلغ طول E. coli DNA أكثر من 1 مم ، بينما يبلغ طول الخلية أقل من 5 ميكرون.
عدد النيوكليوتيدات في الحمض النووي ، وهيالنسبة الكمية تخضع لقاعدة Chergaff (عدد قواعد البيورين يساوي دائمًا عدد قواعد البيريميدين). المسافة بين النيوكليوتيدات قيمة ثابتة تساوي 0.34 نانومتر ، وكذلك وزنها الجزيئي.
هيكل جزيء الحمض النووي الريبي
يتم تمثيل الحمض النووي الريبي بسلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات ،تتشكل من خلال روابط تساهمية بين البنتوز (في هذه الحالة ، الريبوز) وبقايا الفوسفات. إنه أقصر بكثير من طول الحمض النووي. هناك أيضًا اختلافات في تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدات. في الحمض النووي الريبي ، يستخدم اليوراسيل بدلاً من قاعدة بيريميدين من الثايمين. اعتمادًا على الوظائف التي يتم إجراؤها في الجسم ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي من ثلاثة أنواع.
• الريبوسوم (الرنا الريباسي) - يحتوي عادة على 3000ما يصل إلى 5000 نيوكليوتيد. كمكوِّن هيكلي ضروري ، فهو يشارك في تكوين المركز النشط للريبوسومات ، وهو موقع إحدى أهم العمليات في التخليق الحيوي للبروتين في الخلية.
• النقل (tRNA) - يتكون من 75 -95 نيوكليوتيدات ، تقوم بنقل الحمض الأميني المطلوب إلى موقع تخليق عديد الببتيد في الريبوسوم. كل نوع من أنواع الحمض الريبي النووي النقال (40 على الأقل) له تسلسل فريد خاص به من المونومرات أو النيوكليوتيدات.
• المعلومات (مرنا) - تكوين النيوكليوتيدات شديد التنوع. ينقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، ويعمل كمصفوفة لتخليق جزيء البروتين.
دور النيوكليوتيدات في الجسم
تؤدي النيوكليوتيدات في الخلية عددًا من الوظائف المهمة:
• تستخدم كوحدات بناء للأحماض النووية (نيوكليوتيدات سلسلة البيورين وبيريميدين) ؛
• المشاركة في العديد من عمليات التمثيل الغذائي في الخلية.
• هي جزء من ATP - المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا.
• العمل كناقلات لمكافئات الاختزال في الخلايا (NAD + ، NADP + ، FAD ، FMN) ؛
• أداء وظيفة المنظمين الحيوي.
• يمكن اعتبارها البشائر الثانية للتخليق المنتظم خارج الخلية (على سبيل المثال ، cAMP أو cGMP).
النوكليوتيدات هي وحدة أحادية تتكونمركبات أكثر تعقيدًا - الأحماض النووية ، والتي بدونها يكون نقل المعلومات الجينية وتخزينها وتكاثرها أمرًا مستحيلًا. النيوكليوتيدات الحرة هي المكونات الرئيسية المشاركة في عمليات الإشارات والطاقة التي تدعم الأداء الطبيعي للخلايا والجسم ككل.
