ما هي DNA و RNA؟ ما هي وظائفهم وأهميتهم في عالمنا؟ مم صنعوا وكيف يعملون؟ هذا وليس فقط تمت مناقشته في المقالة.
تنتمي العلوم البيولوجية التي تدرس مبادئ تخزين وتنفيذ ونقل المعلومات الوراثية ، وهيكل ووظيفة البوليمرات الحيوية غير المنتظمة إلى علم الأحياء الجزيئي.
البوليمرات الحيوية ، المركبات العضوية عالية الوزن الجزيئي التي تتكون من بقايا النيوكليوتيدات ، هي أحماض نووية. يقومون بتخزين المعلومات حول كائن حي ، وتحديد تطوره ونموه ووراثة. تشارك هذه الأحماض في التخليق الحيوي للبروتين.
هناك نوعان من الأحماض النووية التي تحدث بشكل طبيعي:
تم إخبار العالم عن ماهية الحمض النووي في عام 1868 ، عندما تم اكتشافه في نواة خلية الكريات البيض في سمك السلمون والحيوانات المنوية. في وقت لاحق تم العثور عليها في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية ، وكذلك في البكتيريا والفيروسات والفطريات. في عام 1953 ، قام كل من J. Watson و F. Crick ، نتيجة للتحليل البنيوي للأشعة السينية ، ببناء نموذج يتكون من سلسلتين بوليمرتين ملتويتين بشكل حلزوني حول بعضهما البعض. في عام 1962 ، حصل هؤلاء العلماء على جائزة نوبل لاكتشافهم.
ما هو الحمض النووي؟ هذا حمض نووي يحتوي على النمط الجيني للفرد وينقل المعلومات عن طريق الوراثة والتكاثر الذاتي. نظرًا لأن هذه الجزيئات كبيرة جدًا ، فهناك عدد كبير من سلاسل النوكليوتيدات المحتملة. لذلك ، فإن عدد الجزيئات المختلفة لا نهائي تقريبًا.
هذه هي أكبر الجزيئات البيولوجية. يتراوح حجمها من ربع في البكتيريا إلى أربعين ملليمترًا في الحمض النووي البشري ، وهو أكبر بكثير من الحجم الأقصى للبروتين. وهي تتكون من أربعة مونومرات ، والمكونات الهيكلية للأحماض النووية - النيوكليوتيدات ، والتي تشمل القاعدة النيتروجينية ، وبقايا حمض الفوسفوريك ، و deoxyribose.
تحتوي القواعد النيتروجينية على حلقة مزدوجة من الكربون والنيتروجين - البيورينات ، وحلقة واحدة - بيريميدين.
البيورينات هي الأدينين والجوانين ، والبيريميدينات هي الثايمين والسيتوزين. يتم تحديدها بأحرف لاتينية كبيرة: A ، G ، T ، C ؛ وفي الأدب الروسي - باللغة السيريلية: A ، G ، T ، C. بمساعدة رابطة هيدروجين كيميائية ، تتحد مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى ظهور الأحماض النووية.
في الكون ، الشكل اللولبي هو الشكل الأكثر شيوعًا. لذلك فإن بنية جزيء الحمض النووي لها أيضًا. سلسلة البولي نيوكليوتيد ملتوية مثل الدرج الحلزوني.
يتم توجيه السلاسل في الجزيء بشكل معاكس من بعضها البعض. اتضح أنه إذا كان في سلسلة واحدة من 3 "-End to 5" ، فسيكون الاتجاه في السلسلة الأخرى بالعكس من 5 "-end إلى 3".
يتم ربط خيطين في جزيء بقواعد نيتروجينية بحيث يرتبط الأدينين مع الثايمين ، والجوانين - فقط مع السيتوزين. تحدد النيوكليوتيدات المتتالية في إحدى السلاسل الأخرى. أصبحت هذه التطابقات ، الكامنة وراء ظهور جزيئات جديدة نتيجة للتكرار أو الازدواجية ، تسمى التكاملية.
اتضح أن عدد نيوكليوتيدات الأدينيل يساوي عدد نيوكليوتيدات ثيميديل ، ونيوكليوتيدات الغوانيل تساوي عدد نيوكليوتيدات السيتيدل. سميت هذه المراسلات بـ "حكم Chargaff".
عملية التكاثر الذاتي ، تحت سيطرة الإنزيمات ، هي الخاصية الرئيسية للحمض النووي.
يبدأ كل شيء بفك الحلزون بفضل إنزيم بوليميراز DNA. بعد كسر الروابط الهيدروجينية ، يتم تصنيع سلسلة ابنة في خيط واحد وآخر ، والمادة من أجلها هي النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في النواة.
كل خيط DNA هو قالب لخيط جديد. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على جزيئين أصليين متطابقين تمامًا من واحد. في هذه الحالة ، يتم تصنيع خيط واحد باعتباره خيطًا مستمرًا ، والآخر مجزأ أولاً ، ثم يتم الانضمام إليه فقط.
يحمل الجزيء جميع المعلومات المهمة حول النيوكليوتيدات ، ويحدد موقع الأحماض الأمينية في البروتينات. يقوم الحمض النووي للإنسان وجميع الكائنات الحية الأخرى بتخزين المعلومات حول خصائصه ، ونقلها إلى النسل.
جزء منه عبارة عن جين - مجموعة من النيوكليوتيدات تقوم بترميز المعلومات حول البروتين. تشكل مجموعة جينات الخلية تركيبها الجيني أو جينومها.
تقع الجينات على امتداد محدد من الحمض النووي. وهي تتكون من عدد معين من النيوكليوتيدات ، والتي تقع في مجموعة متسلسلة. هذا يعني أن الجين لا يمكنه تغيير مكانه في الجزيء ، وله عدد محدد جدًا من النيوكليوتيدات. تسلسلهم فريد من نوعه. على سبيل المثال ، يتم استخدام طلب واحد للحصول على الأدرينالين ، ويتم استخدام ترتيب مختلف للأنسولين.
بالإضافة إلى الجينات ، يحتوي الحمض النووي على تسلسلات غير مشفرة. إنهم ينظمون كيفية عمل الجينات ، ويساعدون الكروموسومات ، ويحددون بداية ونهاية الجين. لكن دور معظمهم لا يزال مجهولاً اليوم.
هذا الجزيء مشابه جدًا لحمض deoxyribonucleic. ومع ذلك ، فهي ليست كبيرة مثل الحمض النووي. ويتكون الحمض النووي الريبي أيضًا من أربعة أنواع من النيوكليوتيدات البوليمرية. ثلاثة منها تشبه الحمض النووي ، ولكنها تحتوي على اليوراسيل (U أو Y) بدلاً من الثايمين. بالإضافة إلى ذلك ، يتكون الحمض النووي الريبي من كربوهيدرات - ريبوز. الاختلاف الرئيسي هو أن اللولب لهذا الجزيء هو واحد ، على عكس مزدوج في الحمض النووي.
تعتمد وظائف الحمض النووي الريبي على ثلاثة أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي.
تنقل المعلومات المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى سيتوبلازم النواة. وتسمى أيضًا المصفوفة. هذه سلسلة مفتوحة يتم تصنيعها في النواة بواسطة إنزيم RNA polymerase. على الرغم من حقيقة أن نسبته في الجزيء منخفضة للغاية (من ثلاثة إلى خمسة في المائة من الخلية) ، فإن الوظيفة الأكثر أهمية هي أن تكون مصفوفة لتخليق البروتينات ، والإبلاغ عن هيكلها من جزيئات الحمض النووي. يتم ترميز بروتين واحد بواسطة حمض نووي واحد محدد ، وبالتالي فإن قيمته العددية متساوية.
يتكون الريبوسوم بشكل أساسي من حبيبات هيولي - ريبوسومات. يتم تصنيع R-RNA في النواة. يمثلون ما يقرب من ثمانين بالمائة من الخلية بأكملها. هذا النوع له بنية معقدة ، تشكل حلقات على أجزاء مكملة ، مما يؤدي إلى التنظيم الذاتي الجزيئي في جسم معقد. من بينها ، هناك ثلاثة أنواع في بدائيات النوى ، وأربعة في حقيقيات النوى.
يعمل النقل بمثابة "محول" ، حيث يقوم بترتيب الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد بالترتيب المناسب. في المتوسط ، يبلغ طوله ثمانين نيوكليوتيد. كقاعدة عامة ، تحتوي الخلية على ما يقرب من خمسة عشر بالمائة منهم. إنه مصمم لنقل الأحماض الأمينية إلى حيث يتم تصنيع البروتين. يوجد في الخلية ما بين عشرين إلى ستين نوعًا من أنواع نقل الحمض النووي الريبي (RNA). لديهم جميعًا منظمة مماثلة في الفضاء. يأخذون على هيكل يسمى ورقة البرسيم.
عندما تم اكتشاف ماهية الحمض النووي ، لم يكن دوره واضحًا. حتى اليوم ، على الرغم من الكشف عن المزيد من المعلومات ، لا تزال بعض الأسئلة دون إجابة. وبعضها ربما لم تتم صياغته بعد.
تكمن الأهمية البيولوجية المعروفة للحمض النووي والحمض النووي الريبي في حقيقة أن الحمض النووي ينقل المعلومات الوراثية ، ويشارك الحمض النووي الريبي في تخليق البروتين ويشفر بنية البروتين.
ومع ذلك ، هناك إصدارات أن هذا الجزيء يرتبط بحياتنا الروحية. ما هو الحمض النووي البشري بهذا المعنى؟ يحتوي على جميع المعلومات عنه وحياته والوراثة. يعتقد الميتافيزيقيون أن تجربة الحياة الماضية ، والوظائف الإصلاحية للحمض النووي وحتى طاقة "الأنا" العليا - الخالق ، الله موجودة فيها.
في رأيهم ، تحتوي السلاسل على رموز تتعلق بجميع جوانب الحياة ، بما في ذلك الجزء الروحي. لكن بعض المعلومات ، على سبيل المثال ، حول استعادة جسمك ، موجودة في التركيب البلوري للفضاء متعدد الأبعاد حول الحمض النووي. إنه يمثل ثنائي الوجوه وهو ذكرى لجميع قوى الحياة.
نظرًا لحقيقة أن الشخص لا يثقل كاهل نفسه بالمعرفة الروحية ، فإن تبادل المعلومات في الحمض النووي مع غلاف بلوري بطيء للغاية. بالنسبة للشخص العادي ، تبلغ النسبة خمسة عشر بالمائة فقط.
من المفترض أن هذا تم على وجه التحديد لتقصير حياة الشخص والانخفاض إلى مستوى الازدواجية. وبالتالي ، فإن الدين الكرمي للشخص ينمو ، ويتم الحفاظ على مستوى الاهتزاز اللازم لبعض الكيانات على هذا الكوكب.
تحتوي مونومرات الحمض النووي الريبي في النيوكليوتيدات على سكر خماسي الكربون (بنتوز) وحمض الفوسفوريك (بقايا حمض الفوسفوريك) وقاعدة نيتروجينية (انظر الشكل 2).
أرز. 2. هيكل نيوكليوتيد الحمض النووي الريبي
القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي هي اليوراسيل والسيتوزين والأدينين والجوانين. يتم تمثيل السكاريد أحادي النوكليوتيدات RNA بواسطة الريبوز (انظر الشكل 2).
الحمض النووي الريبي هو جزيء وحيد الخيط أصغر بكثير من جزيء الحمض النووي.
يحتوي جزيء الحمض النووي الريبي على 75 إلى 10000 نيوكليوتيد.
أرز. 3. الفيروس المحتوي على الحمض النووي الريبي
تحتوي العديد من الفيروسات ، مثل فيروس الأنفلونزا ، على جزيء الحمض النووي الريبي باعتباره الحمض النووي الوحيد (انظر الشكل 3). يوجد عدد أكبر من الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي المسببة للأمراض للإنسان أكثر من الفيروسات المحتوية على الحمض النووي. تسبب شلل الأطفال والتهاب الكبد أ ونزلات البرد الحادة.
Arboviruses هي فيروسات تحملها المفصليات. هم العوامل المسببة لالتهاب الدماغ الياباني الذي ينقله القراد ، وكذلك الحمى الصفراء.
أصبحت الفيروسات الرجعية (انظر الشكل 4) ، وهي مسببات الأمراض النادرة لأمراض الجهاز التنفسي والأمعاء لدى البشر ، موضوع اهتمام علمي خاص نظرًا لأن مادتها الوراثية يتم تقديمها في شكل جزيء RNA مزدوج الشريطة.
أرز. 4. هيكل reovirus
هناك أيضًا الفيروسات القهقرية التي تسبب عددًا من السرطانات.
اعتمادًا على الهيكل والوظيفة المؤداة ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي: الريبوسوم ، والنقل ، والمعلومات (المصفوفة).
1. RNA المعلوماتية
أظهرت الدراسات أن الرنا المرسال يشكل 3-5٪ من إجمالي محتوى الرنا في الخلية. هذا جزيء أحادي الخيط يتشكل أثناء عملية النسخ على أحد خيوط جزيء الحمض النووي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الحمض النووي في الكائنات النووية يقع في النواة ، ويحدث تخليق البروتين على الريبوسومات في السيتوبلازم ، لذلك هناك حاجة إلى "وسيط". يتم تنفيذ وظيفة المرسل بواسطة الرنا المرسال ، فهو ينقل المعلومات حول بنية البروتين من نواة الخلية ، حيث يوجد الحمض النووي ، إلى الريبوسومات ، حيث تتحقق هذه المعلومات (انظر الشكل 5).
أرز. 5. Messenger RNA (mRNA)
اعتمادًا على كمية المعلومات التي يتم نسخها ، يمكن أن يكون لجزيء الرنا المرسال أطوال مختلفة.
توجد معظم رنا المرسال في الخلية لفترة قصيرة. في الخلايا البكتيرية ، يتم تحديد وجود مثل هذا الحمض النووي الريبي بالدقائق ، وفي خلايا الثدييات (في كريات الدم الحمراء) ، يستمر تخليق الهيموجلوبين (البروتين) بعد فقدان النواة بواسطة كريات الدم الحمراء لعدة أيام.
2. RNA الريبوسوم
تشكل الحمض النووي الريبوزي (انظر الشكل 6) 80٪ من جميع الريبوسومات الموجودة في الخلية. يتم تصنيع هذه الحمض النووي الريبي في النواة ، وفي الخلية توجد في السيتوبلازم ، حيث تشكل مع البروتينات الريبوسومات. يحدث تخليق البروتين في الريبوسومات. هنا ، يتم ترجمة "الكود" الموجود في الرنا المرسال إلى تسلسل الأحماض الأمينية لجزيء البروتين.
أرز. 6. Ribosomal RNA (rRNA)
3. RNA النقل
تتشكل الحمض النووي الريبي للنقل (انظر الشكل 7) في النواة على الحمض النووي ثم تنتقل إلى السيتوبلازم.
أرز. 7. نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي)
تمثل هذه الحمض النووي الريبي حوالي 10٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية. لديهم أقصر جزيئات 80-100 نيوكليوتيد.
تعلق RNAs للنقل حمضًا أمينيًا وتنقله إلى موقع تخليق البروتين ، إلى الريبوسومات.
تشكل جميع الحمض النووي الريبي المعروف للنقل ، بسبب التفاعل التكميلي بين القواعد النيتروجينية ، بنية ثانوية تشبه ورقة البرسيم (انظر الشكل 8). يحتوي جزيء الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على موقعين نشطين - ثلاثة توائم مضادة للكودون في أحد طرفيه وموقع متقبل يربط حمضًا أمينيًا في الطرف الآخر.
أرز. 8. هيكل الحمض الريبي النووي النقال ("أوراق البرسيم")
كل حمض أميني يتوافق مع مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات ، وهو ما يسمى ثلاثة توائم.
أرز. 9. جدول الشيفرة الجينية
ثلاثة توائم لترميز الأحماض الأمينية - الكودونات DNA (انظر الشكل 9) - تنتقل في شكل معلومات من ثلاثة توائم (كودونات) من الرنا المرسال. في الجزء العلوي من ورقة البرسيم الحمض الريبي النووي النقال ، هناك ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات ، وهو مكمل لكودون mRNA المقابل (انظر الشكل 10). يختلف هذا الثلاثي عن الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل أحماض أمينية مختلفة ، ويشفر بالضبط الحمض الأميني الذي يحمله الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) معين. حصلت على الاسم أنتيكودون.
أرز. 10- الحمض الريبي النووي النقال
النهاية المقبولة هي موقع الهبوط لحمض أميني معين.
وهكذا ، فإن الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبي تمثل نظامًا وظيفيًا واحدًا يهدف إلى تنفيذ المعلومات الوراثية من خلال تخليق البروتين.
مفهوم عالم RNA هو أنه في يوم من الأيام ، يمكن لجزيء RNA أن يؤدي وظيفة جزيء DNA والبروتينات.
تحدث جميع العمليات تقريبًا في الكائنات الحية بسبب إنزيمات البروتين. ومع ذلك ، لا يمكن للبروتينات التكاثر الذاتي ويتم تصنيعها في خلايا بناءً على المعلومات المخزنة في الحمض النووي. لكن تكرار الحمض النووي يحدث أيضًا فقط بسبب مشاركة البروتينات والحمض النووي الريبي. وبالتالي ، يتم تشكيل حلقة مفرغة ، بسببها ، في إطار نظرية أصل الحياة ، من غير المرجح الظهور التلقائي لمثل هذا النظام المعقد.
في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، تم اكتشاف القدرة التحفيزية للحمض النووي الريبي في مختبر العلماء تشيك وألتمان (الحائزين على جائزة نوبل في الكيمياء) في الولايات المتحدة. تم تسمية محفزات الحمض النووي الريبي الريبوزيمات(انظر الشكل 11).
أرز. 11. هيكل جزيء الريبوزيم RNA يؤدي وظيفة التحفيز
اتضح أن المركز النشط للريبوسومات يحتوي أيضًا على كمية كبيرة من RNA الريبوسوم. أيضًا ، RNAs قادرة على إنشاء حبلا مزدوج والتكاثر الذاتي. وهذا يعني أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يوجد بشكل مستقل تمامًا ، مما يحفز التفاعلات الأيضية ، على سبيل المثال ، تخليق ريبونوكليوتيدات جديدة ، والتكاثر الذاتي ، والاحتفاظ بالخصائص التحفيزية من جيل إلى جيل. أدى تراكم الطفرات العشوائية إلى ظهور RNAs التي تحفز تخليق بروتينات معينة ، والتي تعد محفزات أكثر فاعلية ، وبالتالي تم إصلاح هذه الطفرات في سياق الانتقاء الطبيعي. أيضًا ، نشأت مستودعات متخصصة للمعلومات الجينية - جزيء الحمض النووي ، وأصبح الحمض النووي الريبي وسيطًا بين الحمض النووي والبروتينات.
فهرس
واجب منزلي
ما هي DNA و RNA؟ ما هي وظائفهم وأهميتهم في عالمنا؟ مم صنعوا وكيف يعملون؟ هذا وليس فقط تمت مناقشته في المقالة.
تنتمي العلوم البيولوجية التي تدرس مبادئ تخزين وتنفيذ ونقل المعلومات الوراثية ، وهيكل ووظيفة البوليمرات الحيوية غير المنتظمة إلى علم الأحياء الجزيئي.
البوليمرات الحيوية ، المركبات العضوية عالية الوزن الجزيئي التي تتكون من بقايا النيوكليوتيدات ، هي أحماض نووية. يقومون بتخزين المعلومات حول كائن حي ، وتحديد تطوره ونموه ووراثة. تشارك هذه الأحماض في التخليق الحيوي للبروتين.
هناك نوعان من الأحماض النووية التي تحدث بشكل طبيعي:
تم إخبار العالم عن ماهية الحمض النووي في عام 1868 ، عندما تم اكتشافه في نواة خلية الكريات البيض في سمك السلمون والحيوانات المنوية. في وقت لاحق تم العثور عليها في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية ، وكذلك في البكتيريا والفيروسات والفطريات. في عام 1953 ، قام كل من J. Watson و F. Crick ، نتيجة للتحليل البنيوي للأشعة السينية ، ببناء نموذج يتكون من سلسلتين بوليمرتين ملتويتين بشكل حلزوني حول بعضهما البعض. في عام 1962 ، حصل هؤلاء العلماء على جائزة نوبل لاكتشافهم.
ما هو الحمض النووي؟ هذا حمض نووي يحتوي على النمط الجيني للفرد وينقل المعلومات عن طريق الوراثة والتكاثر الذاتي. نظرًا لأن هذه الجزيئات كبيرة جدًا ، فهناك عدد كبير من سلاسل النوكليوتيدات المحتملة. لذلك ، فإن عدد الجزيئات المختلفة لا نهائي تقريبًا.
هذه هي أكبر الجزيئات البيولوجية. يتراوح حجمها من ربع في البكتيريا إلى أربعين ملليمترًا في الحمض النووي البشري ، وهو أكبر بكثير من الحجم الأقصى للبروتين. وهي تتكون من أربعة مونومرات ، والمكونات الهيكلية للأحماض النووية - النيوكليوتيدات ، والتي تشمل القاعدة النيتروجينية ، وبقايا حمض الفوسفوريك ، و deoxyribose.
تحتوي القواعد النيتروجينية على حلقة مزدوجة من الكربون والنيتروجين - البيورينات ، وحلقة واحدة - بيريميدين.
البيورينات هي الأدينين والجوانين ، والبيريميدينات هي الثايمين والسيتوزين. يتم تحديدها بأحرف لاتينية كبيرة: A ، G ، T ، C ؛ وفي الأدب الروسي - باللغة السيريلية: A ، G ، T ، C. بمساعدة رابطة هيدروجين كيميائية ، تتحد مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى ظهور الأحماض النووية.
في الكون ، الشكل اللولبي هو الشكل الأكثر شيوعًا. لذلك فإن بنية جزيء الحمض النووي لها أيضًا. سلسلة البولي نيوكليوتيد ملتوية مثل الدرج الحلزوني.
يتم توجيه السلاسل في الجزيء بشكل معاكس من بعضها البعض. اتضح أنه إذا كان في سلسلة واحدة من 3 "-End to 5" ، فسيكون الاتجاه في السلسلة الأخرى بالعكس من 5 "-end إلى 3".
يتم ربط خيطين في جزيء بقواعد نيتروجينية بحيث يرتبط الأدينين مع الثايمين ، والجوانين - فقط مع السيتوزين. تحدد النيوكليوتيدات المتتالية في إحدى السلاسل الأخرى. أصبحت هذه التطابقات ، الكامنة وراء ظهور جزيئات جديدة نتيجة للتكرار أو الازدواجية ، تسمى التكاملية.
اتضح أن عدد نيوكليوتيدات الأدينيل يساوي عدد نيوكليوتيدات ثيميديل ، ونيوكليوتيدات الغوانيل تساوي عدد نيوكليوتيدات السيتيدل. سميت هذه المراسلات بـ "حكم Chargaff".
عملية التكاثر الذاتي ، تحت سيطرة الإنزيمات ، هي الخاصية الرئيسية للحمض النووي.
يبدأ كل شيء بفك الحلزون بفضل إنزيم بوليميراز DNA. بعد كسر الروابط الهيدروجينية ، يتم تصنيع سلسلة ابنة في خيط واحد وآخر ، والمادة من أجلها هي النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في النواة.
كل خيط DNA هو قالب لخيط جديد. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على جزيئين أصليين متطابقين تمامًا من واحد. في هذه الحالة ، يتم تصنيع خيط واحد باعتباره خيطًا مستمرًا ، والآخر مجزأ أولاً ، ثم يتم الانضمام إليه فقط.
يحمل الجزيء جميع المعلومات المهمة حول النيوكليوتيدات ، ويحدد موقع الأحماض الأمينية في البروتينات. يقوم الحمض النووي للإنسان وجميع الكائنات الحية الأخرى بتخزين المعلومات حول خصائصه ، ونقلها إلى النسل.
جزء منه عبارة عن جين - مجموعة من النيوكليوتيدات تقوم بترميز المعلومات حول البروتين. تشكل مجموعة جينات الخلية تركيبها الجيني أو جينومها.
تقع الجينات على امتداد محدد من الحمض النووي. وهي تتكون من عدد معين من النيوكليوتيدات ، والتي تقع في مجموعة متسلسلة. هذا يعني أن الجين لا يمكنه تغيير مكانه في الجزيء ، وله عدد محدد جدًا من النيوكليوتيدات. تسلسلهم فريد من نوعه. على سبيل المثال ، يتم استخدام طلب واحد للحصول على الأدرينالين ، ويتم استخدام ترتيب مختلف للأنسولين.
بالإضافة إلى الجينات ، يحتوي الحمض النووي على تسلسلات غير مشفرة. إنهم ينظمون كيفية عمل الجينات ، ويساعدون الكروموسومات ، ويحددون بداية ونهاية الجين. لكن دور معظمهم لا يزال مجهولاً اليوم.
هذا الجزيء مشابه جدًا لحمض deoxyribonucleic. ومع ذلك ، فهي ليست كبيرة مثل الحمض النووي. ويتكون الحمض النووي الريبي أيضًا من أربعة أنواع من النيوكليوتيدات البوليمرية. ثلاثة منها تشبه الحمض النووي ، ولكنها تحتوي على اليوراسيل (U أو Y) بدلاً من الثايمين. بالإضافة إلى ذلك ، يتكون الحمض النووي الريبي من كربوهيدرات - ريبوز. الاختلاف الرئيسي هو أن اللولب لهذا الجزيء هو واحد ، على عكس مزدوج في الحمض النووي.
تعتمد وظائف الحمض النووي الريبي على ثلاثة أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي.
تنقل المعلومات المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى سيتوبلازم النواة. وتسمى أيضًا المصفوفة. هذه سلسلة مفتوحة يتم تصنيعها في النواة بواسطة إنزيم RNA polymerase. على الرغم من حقيقة أن نسبته في الجزيء منخفضة للغاية (من ثلاثة إلى خمسة في المائة من الخلية) ، فإن الوظيفة الأكثر أهمية هي أن تكون مصفوفة لتخليق البروتينات ، والإبلاغ عن هيكلها من جزيئات الحمض النووي. يتم ترميز بروتين واحد بواسطة حمض نووي واحد محدد ، وبالتالي فإن قيمته العددية متساوية.
يتكون الريبوسوم بشكل أساسي من حبيبات هيولي - ريبوسومات. يتم تصنيع R-RNA في النواة. يمثلون ما يقرب من ثمانين بالمائة من الخلية بأكملها. هذا النوع له بنية معقدة ، تشكل حلقات على أجزاء مكملة ، مما يؤدي إلى التنظيم الذاتي الجزيئي في جسم معقد. من بينها ، هناك ثلاثة أنواع في بدائيات النوى ، وأربعة في حقيقيات النوى.
يعمل النقل بمثابة "محول" ، حيث يقوم بترتيب الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد بالترتيب المناسب. في المتوسط ، يبلغ طوله ثمانين نيوكليوتيد. كقاعدة عامة ، تحتوي الخلية على ما يقرب من خمسة عشر بالمائة منهم. إنه مصمم لنقل الأحماض الأمينية إلى حيث يتم تصنيع البروتين. يوجد في الخلية ما بين عشرين إلى ستين نوعًا من أنواع نقل الحمض النووي الريبي (RNA). لديهم جميعًا منظمة مماثلة في الفضاء. يأخذون على هيكل يسمى ورقة البرسيم.
عندما تم اكتشاف ماهية الحمض النووي ، لم يكن دوره واضحًا. حتى اليوم ، على الرغم من الكشف عن المزيد من المعلومات ، لا تزال بعض الأسئلة دون إجابة. وبعضها ربما لم تتم صياغته بعد.
تكمن الأهمية البيولوجية المعروفة للحمض النووي والحمض النووي الريبي في حقيقة أن الحمض النووي ينقل المعلومات الوراثية ، ويشارك الحمض النووي الريبي في تخليق البروتين ويشفر بنية البروتين.
ومع ذلك ، هناك إصدارات أن هذا الجزيء يرتبط بحياتنا الروحية. ما هو الحمض النووي البشري بهذا المعنى؟ يحتوي على جميع المعلومات عنه وحياته والوراثة. يعتقد الميتافيزيقيون أن تجربة الحياة الماضية ، والوظائف الإصلاحية للحمض النووي وحتى طاقة "الأنا" العليا - الخالق ، الله موجودة فيها.
في رأيهم ، تحتوي السلاسل على رموز تتعلق بجميع جوانب الحياة ، بما في ذلك الجزء الروحي. لكن بعض المعلومات ، على سبيل المثال ، حول استعادة جسمك ، موجودة في التركيب البلوري للفضاء متعدد الأبعاد حول الحمض النووي. إنه يمثل ثنائي الوجوه وهو ذكرى لجميع قوى الحياة.
نظرًا لحقيقة أن الشخص لا يثقل كاهل نفسه بالمعرفة الروحية ، فإن تبادل المعلومات في الحمض النووي مع غلاف بلوري بطيء للغاية. بالنسبة للشخص العادي ، تبلغ النسبة خمسة عشر بالمائة فقط.
من المفترض أن هذا تم على وجه التحديد لتقصير حياة الشخص والانخفاض إلى مستوى الازدواجية. وبالتالي ، فإن الدين الكرمي للشخص ينمو ، ويتم الحفاظ على مستوى الاهتزاز اللازم لبعض الكيانات على هذا الكوكب.
الجزيء هو عنصر مهم بنفس القدر لأي كائن حي ؛ إنه موجود في الخلايا بدائية النواة ، في الخلايا ، وفي بعض (الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي).
لقد درسنا التركيب العام والتكوين للجزيء في المحاضرة "" ، وهنا سننظر في الأسئلة التالية:
جزيئات الحمض النووي الريبي أصغر من جزيئات الحمض النووي. الوزن الجزيئي لـ tRNA - 20-30 ألف متر مكعب ، الرنا الريباسي - يصل إلى 1.5 مليون متر مكعب.
هيكل الحمض النووي الريبي
لذلك ، فإن بنية جزيء RNA عبارة عن جزيء أحادي السلسلة ويحتوي على 4 أنواع من القواعد النيتروجينية:
أ, لديك, جو جي
ترتبط النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي الريبي بسلسلة عديد النوكليوتيدات بسبب تفاعل سكر البنتوز لنيوكليوتيد واحد وبقايا حمض الفوسفوريك في أخرى.
هناك 3 نوع الحمض النووي الريبي:
النسخ والبث
نسخ الحمض النووي الريبي
لذلك ، كما نعلم ، كل كائن حي فريد من نوعه.
النسخ- عملية تخليق الحمض النووي الريبي باستخدام الحمض النووي كمصفوفة ، والتي تحدث في جميع الخلايا الحية. بمعنى آخر ، إنه نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.
وفقًا لذلك ، فإن الحمض النووي الريبي لكل كائن حي فريد أيضًا. يكون الحمض النووي الريبي الناتج (النموذج أو المعلوماتي) الناتج مكملاً لشريط DNA واحد. كما في حالة الحمض النووي ، فإنه "يساعد" على النسخ إنزيم الحمض النووي الريبي - بوليميراز.تمامًا كما هو الحال في ، تبدأ العملية بـ المبادرة(= ابدأ) ثم يأتي إطالة(= امتداد ، استمرار) وينتهي نهاية(= استراحة ، نهاية).
في نهاية العملية ، يترك mRNA السيتوبلازم.
إذاعة
بشكل عام ، تعتبر الترجمة عملية معقدة للغاية وتشبه العملية الجراحية التلقائية الراسخة. سننظر في "نسخة مبسطة" - فقط لفهم العمليات الأساسية لهذه الآلية ، والغرض الرئيسي منها هو تزويد الجسم بالبروتين.
الكود الجيني
الكود الجيني- متأصل في جميع الكائنات الحية ، طريقة ترميز تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات باستخدام سلسلة من النيوكليوتيدات.
كيفية استخدام الجدول:
تقاطع الثلاثة هو الحمض الأميني الذي تحتاجه في البروتين الناتج.
خصائص الكود الجيني
- التثليث- الوحدة المهمة في الكود هي مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات (ثلاثي ، أو كودون).
- استمرارية- لا توجد علامات ترقيم بين ثلاثة توائم ، أي أن المعلومات تُقرأ باستمرار.
- عدم التداخل- لا يمكن تضمين نفس النيوكليوتيدات في وقت واحد في اثنين أو أكثر من ثلاثة توائم.
- الوضوح (الخصوصية)- كودون معين يتوافق مع حمض أميني واحد فقط.
- انحلال (فائض)- يمكن أن تتوافق عدة أكواد مع نفس الحمض الأميني.
- براعه- يعمل الكود الجيني بنفس الطريقة في الكائنات الحية ذات المستويات المختلفة من التعقيد - من الفيروسات إلى البشر
ليست هناك حاجة لحفظ هذه الخصائص. من المهم أن نفهم أن الشفرة الوراثية عالمية لجميع الكائنات الحية! لماذا ا؟ لأنه يعتمد على
تحتوي مونومرات الحمض النووي الريبي في النيوكليوتيدات على سكر خماسي الكربون (بنتوز) وحمض الفوسفوريك (بقايا حمض الفوسفوريك) وقاعدة نيتروجينية (انظر الشكل 2).
أرز. 2. هيكل نيوكليوتيد الحمض النووي الريبي
القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي هي اليوراسيل والسيتوزين والأدينين والجوانين. يتم تمثيل السكاريد أحادي النوكليوتيدات RNA بواسطة الريبوز (انظر الشكل 2).
الحمض النووي الريبي هو جزيء وحيد الخيط أصغر بكثير من جزيء الحمض النووي.
يحتوي جزيء الحمض النووي الريبي على 75 إلى 10000 نيوكليوتيد.
أرز. 3. الفيروس المحتوي على الحمض النووي الريبي
تحتوي العديد من الفيروسات ، مثل فيروس الأنفلونزا ، على جزيء الحمض النووي الريبي باعتباره الحمض النووي الوحيد (انظر الشكل 3). يوجد عدد أكبر من الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي المسببة للأمراض للإنسان أكثر من الفيروسات المحتوية على الحمض النووي. تسبب شلل الأطفال والتهاب الكبد أ ونزلات البرد الحادة.
Arboviruses هي فيروسات تحملها المفصليات. هم العوامل المسببة لالتهاب الدماغ الياباني الذي ينقله القراد ، وكذلك الحمى الصفراء.
أصبحت الفيروسات الرجعية (انظر الشكل 4) ، وهي مسببات الأمراض النادرة لأمراض الجهاز التنفسي والأمعاء لدى البشر ، موضوع اهتمام علمي خاص نظرًا لأن مادتها الوراثية يتم تقديمها في شكل جزيء RNA مزدوج الشريطة.
أرز. 4. هيكل reovirus
هناك أيضًا الفيروسات القهقرية التي تسبب عددًا من السرطانات.
اعتمادًا على الهيكل والوظيفة المؤداة ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي: الريبوسوم ، والنقل ، والمعلومات (المصفوفة).
1. RNA المعلوماتية
أظهرت الدراسات أن الرنا المرسال يشكل 3-5٪ من إجمالي محتوى الرنا في الخلية. هذا جزيء أحادي الخيط يتشكل أثناء عملية النسخ على أحد خيوط جزيء الحمض النووي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الحمض النووي في الكائنات النووية يقع في النواة ، ويحدث تخليق البروتين على الريبوسومات في السيتوبلازم ، لذلك هناك حاجة إلى "وسيط". يتم تنفيذ وظيفة المرسل بواسطة الرنا المرسال ، فهو ينقل المعلومات حول بنية البروتين من نواة الخلية ، حيث يوجد الحمض النووي ، إلى الريبوسومات ، حيث تتحقق هذه المعلومات (انظر الشكل 5).
أرز. 5. Messenger RNA (mRNA)
اعتمادًا على كمية المعلومات التي يتم نسخها ، يمكن أن يكون لجزيء الرنا المرسال أطوال مختلفة.
توجد معظم رنا المرسال في الخلية لفترة قصيرة. في الخلايا البكتيرية ، يتم تحديد وجود مثل هذا الحمض النووي الريبي بالدقائق ، وفي خلايا الثدييات (في كريات الدم الحمراء) ، يستمر تخليق الهيموجلوبين (البروتين) بعد فقدان النواة بواسطة كريات الدم الحمراء لعدة أيام.
2. RNA الريبوسوم
تشكل الحمض النووي الريبوزي (انظر الشكل 6) 80٪ من جميع الريبوسومات الموجودة في الخلية. يتم تصنيع هذه الحمض النووي الريبي في النواة ، وفي الخلية توجد في السيتوبلازم ، حيث تشكل مع البروتينات الريبوسومات. يحدث تخليق البروتين في الريبوسومات. هنا ، يتم ترجمة "الكود" الموجود في الرنا المرسال إلى تسلسل الأحماض الأمينية لجزيء البروتين.
أرز. 6. Ribosomal RNA (rRNA)
3. RNA النقل
تتشكل الحمض النووي الريبي للنقل (انظر الشكل 7) في النواة على الحمض النووي ثم تنتقل إلى السيتوبلازم.
أرز. 7. نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي)
تمثل هذه الحمض النووي الريبي حوالي 10٪ من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية. لديهم أقصر جزيئات 80-100 نيوكليوتيد.
تعلق RNAs للنقل حمضًا أمينيًا وتنقله إلى موقع تخليق البروتين ، إلى الريبوسومات.
تشكل جميع الحمض النووي الريبي المعروف للنقل ، بسبب التفاعل التكميلي بين القواعد النيتروجينية ، بنية ثانوية تشبه ورقة البرسيم (انظر الشكل 8). يحتوي جزيء الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على موقعين نشطين - ثلاثة توائم مضادة للكودون في أحد طرفيه وموقع متقبل يربط حمضًا أمينيًا في الطرف الآخر.
أرز. 8. هيكل الحمض الريبي النووي النقال ("أوراق البرسيم")
كل حمض أميني يتوافق مع مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات ، وهو ما يسمى ثلاثة توائم.
أرز. 9. جدول الشيفرة الجينية
ثلاثة توائم لترميز الأحماض الأمينية - الكودونات DNA (انظر الشكل 9) - تنتقل في شكل معلومات من ثلاثة توائم (كودونات) من الرنا المرسال. في الجزء العلوي من ورقة البرسيم الحمض الريبي النووي النقال ، هناك ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات ، وهو مكمل لكودون mRNA المقابل (انظر الشكل 10). يختلف هذا الثلاثي عن الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل أحماض أمينية مختلفة ، ويشفر بالضبط الحمض الأميني الذي يحمله الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) معين. حصلت على الاسم أنتيكودون.
أرز. 10- الحمض الريبي النووي النقال
النهاية المقبولة هي موقع الهبوط لحمض أميني معين.
وهكذا ، فإن الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبي تمثل نظامًا وظيفيًا واحدًا يهدف إلى تنفيذ المعلومات الوراثية من خلال تخليق البروتين.
مفهوم عالم RNA هو أنه في يوم من الأيام ، يمكن لجزيء RNA أن يؤدي وظيفة جزيء DNA والبروتينات.
تحدث جميع العمليات تقريبًا في الكائنات الحية بسبب إنزيمات البروتين. ومع ذلك ، لا يمكن للبروتينات التكاثر الذاتي ويتم تصنيعها في خلايا بناءً على المعلومات المخزنة في الحمض النووي. لكن تكرار الحمض النووي يحدث أيضًا فقط بسبب مشاركة البروتينات والحمض النووي الريبي. وبالتالي ، يتم تشكيل حلقة مفرغة ، بسببها ، في إطار نظرية أصل الحياة ، من غير المرجح الظهور التلقائي لمثل هذا النظام المعقد.
في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، تم اكتشاف القدرة التحفيزية للحمض النووي الريبي في مختبر العلماء تشيك وألتمان (الحائزين على جائزة نوبل في الكيمياء) في الولايات المتحدة. تم تسمية محفزات الحمض النووي الريبي الريبوزيمات(انظر الشكل 11).
أرز. 11. هيكل جزيء الريبوزيم RNA يؤدي وظيفة التحفيز
اتضح أن المركز النشط للريبوسومات يحتوي أيضًا على كمية كبيرة من RNA الريبوسوم. أيضًا ، RNAs قادرة على إنشاء حبلا مزدوج والتكاثر الذاتي. وهذا يعني أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يوجد بشكل مستقل تمامًا ، مما يحفز التفاعلات الأيضية ، على سبيل المثال ، تخليق ريبونوكليوتيدات جديدة ، والتكاثر الذاتي ، والاحتفاظ بالخصائص التحفيزية من جيل إلى جيل. أدى تراكم الطفرات العشوائية إلى ظهور RNAs التي تحفز تخليق بروتينات معينة ، والتي تعد محفزات أكثر فاعلية ، وبالتالي تم إصلاح هذه الطفرات في سياق الانتقاء الطبيعي. أيضًا ، نشأت مستودعات متخصصة للمعلومات الجينية - جزيء الحمض النووي ، وأصبح الحمض النووي الريبي وسيطًا بين الحمض النووي والبروتينات.
فهرس
واجب منزلي
