شرح واستكشاف الحمض النووي

يوفر الكود الموجود في حمضنا النووي توجيهات حول كيفية صنع البروتينات الضرورية لنمونا وتطورنا وصحتنا بشكل عام.

حول DNA

يرمز DNA للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. إنها مكونة من وحدات من كتل البناء البيولوجية تسمى النيوكليوتيدات.

الحمض النووي هو جزيء مهم للغاية ليس فقط للبشر ، ولكن أيضًا لمعظم الكائنات الحية الأخرى. يحتوي الحمض النووي على مادتنا الوراثية وجيناتنا - وهذا ما يجعلنا مميزين.

ولكن ما الذي يفعله الحمض النووي في الواقعفعل ؟ استمر في القراءة لاكتشاف المزيد حول بنية الحمض النووي ، وماذا يفعل ، وسبب أهميته.

الحمض النووي في الصحة والمرض والشيخوخة

الجينوم التوسعي الخاص بك

المجموعة الكاملة من الحمض النووي الخاص بك تسمى الجينوم الخاص بك. يحتوي على 3 مليارات قاعدة و 20000 جين و 23 زوجًا من الكروموسومات!

إنك ترث نصف حمضك النووي من والدك والنصف الآخر من والدتك. يأتي هذا الحمض النووي من الحيوانات المنوية والبويضة ، على التوالي.

في الواقع ، تشكل الجينات القليل جدًا من الجينوم - 1 في المائة فقط. تساعد الـ 99 بالمائة الأخرى في تنظيم أشياء مثل متى وكيف وكمية البروتينات التي يتم إنتاجها.

لا يزال العلماء يتعلمون المزيد والمزيد عن هذا الحمض النووي "غير المشفر".

تلف الحمض النووي والطفرات

رمز الحمض النووي عرضة للتلف. في الواقع ، تشير التقديرات إلى أن عشرات الآلاف من أحداث تلف الحمض النووي تحدث يوميًا في كل خلية من خلايانا. يمكن أن يحدث الضرر بسبب أشياء مثل أخطاء في تكرار الحمض النووي ، والجذور الحرة ، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية.

لكن لا تخف! تحتوي خلاياك على بروتينات متخصصة قادرة على اكتشاف وإصلاح العديد من حالات تلف الحمض النووي. في الواقع ، هناك خمسة مسارات رئيسية على الأقل لإصلاح الحمض النووي.

الطفرات هي تغييرات في تسلسل الحمض النووي. يمكن أن يكونوا سيئين في بعض الأحيان. هذا لأن التغيير في كود الحمض النووي يمكن أن يكون له تأثير لاحق على طريقة صنع البروتين.

إذا لم يعمل البروتين بشكل صحيح ، فقد ينتج عن ذلك مرض. بعض الأمثلة على الأمراض التي تحدث بسبب الطفرات في جين واحد تشمل التليف الكيسي وفقر الدم المنجلي.

يمكن أن تؤدي الطفرات أيضًا إلى تطور السرطان. على سبيل المثال ، إذا تم تحور جينات ترميز البروتينات المشاركة في النمو الخلوي ، فقد تنمو الخلايا وتنقسم خارج نطاق السيطرة. يمكن وراثة بعض الطفرات المسببة للسرطان بينما يمكن اكتساب البعض الآخر من خلال التعرض لمواد مسرطنة مثل الأشعة فوق البنفسجية أو المواد الكيميائية أو دخان السجائر.

لكن ليست كل الطفرات سيئة. نحن نكتسبهم طوال الوقت. بعضها غير ضار بينما يساهم البعض الآخر في تنوعنا كنوع.

التغييرات التي تحدث في أكثر من 1 في المائة من السكان تسمى تعدد الأشكال. من الأمثلة على بعض الأشكال المتعددة لون الشعر والعينين.

الحمض النووي والشيخوخة

من المعتقد أن تلف الحمض النووي غير المُصلح يمكن أن يتراكم مع تقدمنا في العمر ، مما يساعد على دفع عملية الشيخوخة. ما هي العوامل التي يمكن أن تؤثر على هذا؟

الشيء الذي قد يلعب دورًا كبيرًا في تلف الحمض النووي المرتبط بالشيخوخة هو التلف الناتج عن الجذور الحرة. ومع ذلك ، قد لا تكون آلية الضرر هذه كافية لشرح عملية الشيخوخة. قد يكون هناك عدة عوامل أيضًا.

تستند إحدى النظريات حول سبب تراكم تلف الحمض النووي مع تقدمنا في العمر إلى التطور. يُعتقد أن تلف الحمض النووي يتم إصلاحه بأمانة أكبر عندما نكون في سن الإنجاب وإنجاب الأطفال. بعد أن نجتاز ذروة سنوات الإنجاب ، تنخفض عملية الإصلاح بشكل طبيعي.

جزء آخر من الحمض النووي قد يكون متورطًا في الشيخوخة هو التيلوميرات. التيلوميرات عبارة عن امتدادات من تسلسلات الحمض النووي المتكررة التي توجد في نهايات الكروموسومات الخاصة بك. إنها تساعد على حماية الحمض النووي من التلف ، ولكنها أيضًا تقصر مع كل جولة من تكرار الحمض النووي.

يرتبط تقصير التيلومير بعملية الشيخوخة. وقد وُجد أيضًا أن بعض عوامل نمط الحياة مثل السمنة والتعرض لدخان السجائر والضغط النفسي يمكن أن تساهم في تقصير التيلومير.

ربما يمكن أن يؤدي اتخاذ خيارات نمط حياة صحية مثل الحفاظ على وزن صحي والتحكم في التوتر وعدم التدخين إلى إبطاء تقصير التيلومير؟ لا يزال هذا السؤال موضع اهتمام الباحثين.

مما يتكون الحمض النووي؟

يتكون جزيء الحمض النووي من نيوكليوتيدات. يحتوي كل نوكليوتيد على ثلاثة مكونات مختلفة - سكر ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجين.

يسمى السكر الموجود في الحمض النووي 2’-deoxyribose. تتناوب جزيئات السكر هذه مع مجموعات الفوسفات ، مما يشكل "العمود الفقري" لشريط الحمض النووي.

كل سكر في نوكليوتيد له قاعدة نيتروجين مرتبطة به. توجد أربعة أنواع مختلفة من قواعد النيتروجين الموجودة في الحمض النووي. يشملوا:

• الأدينين (أ)
• السيتوزين (ج)
• جوانين (G)
• الثايمين (T)

كيف يبدو الحمض النووي؟

يشكل خيطي الحمض النووي بنية ثلاثية الأبعاد تسمى الحلزون المزدوج. عندما يتم توضيحه ، يبدو قليلاً مثل سلم ملتوي إلى دوامة تكون فيه أزواج القاعدة هي الدرجات والعمود الفقري لفوسفات السكر هي الأرجل.

بالإضافة إلى ذلك ، من الجدير بالذكر أن الحمض النووي في نواة الخلايا حقيقية النواة يكون خطيًا ، مما يعني أن أطراف كل خصلة خالية. في خلية بدائية النواة ، يشكل الحمض النووي بنية دائرية.

ماذا يفعل الحمض النووي؟

الحمض النووي يساعد جسمك على النمو

يحتوي الحمض النووي على التعليمات الضرورية لكائن حي - أنت أو طائر أو نبات على سبيل المثال - لينمو ويتطور ويتكاثر. يتم تخزين هذه التعليمات ضمن تسلسل أزواج قاعدة النوكليوتيدات.

تقرأ خلاياك هذا الرمز ثلاث قواعد في وقت واحد لتوليد البروتينات الضرورية للنمو والبقاء. يُطلق على تسلسل الحمض النووي الذي يحتوي على المعلومات اللازمة لصنع البروتين اسم الجين.

تتوافق كل مجموعة من ثلاث قواعد مع أحماض أمينية محددة ، والتي تعد اللبنات الأساسية للبروتينات. على سبيل المثال ، تحدد أزواج القاعدة T-G-G الحمض الأميني التربتوفان بينما تحدد الأزواج الأساسية G-G-C الأحماض الأمينية جلايسين.

تشير بعض التركيبات ، مثل T-A-A و T-A-G و T-G-A ، أيضًا إلى نهاية تسلسل البروتين. هذا يخبر الخلية بعدم إضافة المزيد من الأحماض الأمينية إلى البروتين.

تتكون البروتينات من مجموعات مختلفة من الأحماض الأمينية. عند وضعها معًا بالترتيب الصحيح ، يكون لكل بروتين بنية ووظيفة فريدة داخل جسمك.

كيف تنتقل من كود الحمض النووي إلى البروتين؟

حتى الآن ، علمنا أن الحمض النووي يحتوي على رمز يعطي الخلية معلومات حول كيفية صنع البروتينات. لكن ماذا يحدث بينهما؟ ببساطة ، يحدث هذا عبر عملية من خطوتين:

أولاً ، ينقسم خيوط الحمض النووي. بعد ذلك ، تقرأ بروتينات خاصة داخل النواة أزواج القواعد الموجودة على خيط DNA لتكوين جزيء رسول وسيط.

تسمى هذه العملية النسخ والجزيء الذي تم إنشاؤه يسمى messenger RNA (mRNA). mRNA هو نوع آخر من الحمض النووي وهو يفعل بالضبط ما يوحي به اسمه. ينتقل خارج النواة ، ليكون بمثابة رسالة للآلية الخلوية التي تبني البروتينات.

في الخطوة الثانية ، تقرأ المكونات المتخصصة للخلية رسالة mRNA ثلاثة أزواج قاعدية في وقت واحد وتعمل على تجميع بروتين ، وهو حمض أميني بواسطة حمض أميني. هذه العملية تسمى الترجمة.

أين يوجد الحمض النووي؟

يمكن أن تعتمد الإجابة على هذا السؤال على نوع الكائن الحي الذي تتحدث عنه. هناك نوعان من الخلايا - حقيقية النواة وبدائية النواة.

بالنسبة للناس ، هناك حمض نووي في كل خلية من خلايانا.

الخلايا حقيقية النواة

يمتلك البشر والعديد من الكائنات الحية الأخرى خلايا حقيقية النواة. هذا يعني أن خلاياها لها نواة مرتبطة بالغشاء والعديد من الهياكل الأخرى المرتبطة بالغشاء تسمى العضيات.

في الخلية حقيقية النواة ، يكون الحمض النووي داخل النواة. توجد أيضًا كمية صغيرة من الحمض النووي في عضيات تسمى الميتوكوندريا ، وهي مراكز القوة في الخلية.

نظرًا لوجود مساحة محدودة داخل النواة ، يجب أن يتم حزم الحمض النووي بإحكام. هناك عدة مراحل مختلفة للتعبئة ، لكن المنتجات النهائية هي الهياكل التي نسميها الكروموسومات.

خلايا بدائية النواة

الكائنات الحية مثل البكتيريا هي خلايا بدائية النواة. لا تحتوي هذه الخلايا على نواة أو عضيات. في الخلايا بدائية النواة ، يوجد الحمض النووي ملفوفًا بإحكام في منتصف الخلية.

ماذا يحدث عندما تنقسم خلاياك؟

تنقسم خلايا جسمك كجزء طبيعي من النمو والتطور. عندما يحدث هذا ، يجب أن تحتوي كل خلية جديدة على نسخة كاملة من الحمض النووي.

من أجل تحقيق ذلك ، يجب أن يخضع الحمض النووي الخاص بك لعملية تسمى النسخ المتماثل. عندما يحدث هذا ، تنفصل خيوط الحمض النووي عن بعضها. بعد ذلك ، تستخدم البروتينات الخلوية المتخصصة كل خيط كقالب لعمل خيط DNA جديد.

عند اكتمال النسخ المتماثل ، هناك نوعان من جزيئات DNA مزدوجة الشريطة. ستدخل مجموعة واحدة في كل خلية جديدة عند اكتمال الانقسام.

يبعد

الحمض النووي محوري لنمونا وتكاثرنا وصحتنا. يحتوي على التعليمات اللازمة لخلاياك لإنتاج البروتينات التي تؤثر على العديد من العمليات والوظائف المختلفة في جسمك.

نظرًا لأن الحمض النووي مهم جدًا ، يمكن أن يسهم التلف أو الطفرات أحيانًا في تطور المرض. ومع ذلك ، من المهم أيضًا أن نتذكر أن الطفرات يمكن أن تكون مفيدة وتساهم في تنوعنا أيضًا.