الشريط الوراثي DNA

الشريط الوراثي DNA
وسنأخذ كلاً من
تركيب الحامض النووى DNA
معلومات عن الحامض النووى DNA
الروابط الهيدروجينية في الحامض النووى DNA
مقدمة
اعتقاد أن الحامض النووى DNA هو المادة الوراثية بدأ عام 1953 م عندما قام العالمان واتسن وكريك J. Watson and F. Crick بوضع نموذج للتركيب الرائع لهذا الحامض والذى يوضح مصادر صلاحية هذا الحامض لأن يكون المادة الوراثية .
وعندما أهتم هذان العالمان بدراسة الحامض النووى DNA كمادة الوراثة أوضحوا لنا كثيرا من خصائصه الطبيعية والكيميائية ، كما أنهم اهتموا بتجميع المعلومات المتكاملة عن هذا الحامض مع بعضها فى نموذج يوضح كيف يقوم هذا الجزئ بحمل المعلومات الوراثية بالإضافة إلى قدرته على مضاعفة نفسه Self-duplication بنفس تركيبه السابق .
تركيب الحامض النووى الديزوكس ريبوزى The Structure of DNA
تركيب الحامض النووى DNA ذو طبيعة تسمح له بحمل المعلومات الوراثية ، بالإضافة إلى أن طبيعة هذا التركيب تسمح له أيضا بمضاعفة نفسه . والنيوكليوتيدات Nucleotides يمكنها أن ترتبط بروابط تساهمية بأى نظام لتكوين عديد الوحدات طويل Long polymer .
كما ذكرنا فكل بناء من قوالب الحامض النووى DNA عبارة عن نيوكليوتيد Nucleotide يتكون من سكر خماسى وهو الديزوكسى ريبوز Deoxyribose وفوسفات phosphate وقاعدة نيتروجينية Nitrogen base
والقواعد النيتروجينية تتضمن مجموعتان البيورين Purines وتتضمن الأدينيـــن ( A ) Adenine والجوانين Guanine ( G ) أما المجموعة الثانية فهى البيرميدين Pyrimidines وتتضمن الثيمين Thymine ( T ) والسيتوزين Cytosine ( C ). والنيوكليوتيدات ترتبط ببعضها بواسطة روابط تساهمية لتكوين عمود فقرى من تعاقب السكر والفوسفات Sugar-Phosphate backbone .
وكما هو واضح فى الشكل فالنيوكليوتيدات ترتبط ببعضها عن طريق الروابط التساهمية التى تربط ذرة الكربون الثالثة فى جزئ سكر بالفوسفات المرتبطة بذرة الكربون الخامسة فى جزئ السكر المجاور له ليكون 3,5 phosphodiester linkage ولذا فمن الممكن تكوين عديد النيوكليوتيدات بأى طول كان . فنحن نعلم أن جزيئات DNA داخل الخلايا تتكون من ملايين القواعد فى الطول ، وأن النيوكليوتيدات يمكنها أن ترتبط مع بعضها بأى طراز . والشكل يوضح أن سلسلة عديد النيوكليوتيدات لها إتجاه . فمهما كان طول هذه السلسلة ( أى بأى طول كانت ) فهى لها نهايتين .
النهاية الخامسة The5`end والتى لها ذرة الكربون الخامسة والنهاية الثالثة The3`end والتى لها ذرة الكربون الثالثة والتى لا ترتبط بنيوكليوتيد أخر .
الشكل يوضح أن الروابط الفوسفاتية ثنائية الإستر phosphodiester linkage تربط جزيئين من السكر الخماسى Deoxyribose فى العمود الفقرى Backbone للحامضى النووى DNA .
معلومات عن الحامض النووى DNA
تم التعرف على معلومات هامة عن تركيب الحامض النووى DNA عن طريق حيود أشعة أكس X-ray diffraction ( معنى حيود هو إنحراف أشعة أكس إنحرافا ضئيلا عند مرورها بحواف ) قام بها العالم روسالند فرانكلين Rosalind Franklin فى معمل M.H.F. Wilkins .
فحيود أشعة أكس هى بمثابة طريقة فعالة لتقدير المسافات بين الذرات الموجودة فى جزيئات متراصة بانتظام( تركيب متعاقب من البلورات ).
وأشعة أكس لها طول موجة صغير جدا لدرجة أنها تتبعثر بواسطة الإلكترونات المغلفة للذرة فى الجزئ . والذرات التى لها سحابة إلكترونية كثيفة ( مثل الفسفور Phosphorus والأكسجين Oxygen) تجعل الإلكترونات تنحرف بقوة أكبر من تلك الذرات التى لها عدد ذرى أقل .
وعند تعريض التركيب البلورى لأشعة أكس المكثفة يحدث أن يسبب الترتيب المنتظم للذرات فى البلورة إلى حيود أشعة أكس أو إلتوائها فى إتجاهات معينة . ونظام حيود أشعة أكس هذا يمكن رؤيته فى فيلم ضوئى
( فيلم تصوير ) كنقاط معتمة . وعن طريق التحليلات الرياضية Mathematical analysis لترتيب النقاط المعتمة والمسافة بينهما يمكن أن يستخدم لتقدير المسافة بين الذرات واتجاه هذه الذرات داخل الجزئ بالدقة الكاملة .
وعندما سعى العالمان واتسن وكريك لحل مشكلة تركيب الحامض النووى DNA . كان فرانكلين قد صور بالفعل عن طريق أشعة أكس X-ray فيلماً لنموذج الحامض النووى DNA . والصورة أظهرت بوضوح أن الحامض النووى DNA عبارة عن تركيب حلزونى الشكل ، وأن هناك ثلاثة أنواع هامة من نماذج منتظمة ومتعاقبة فى الجزئ والتى لها أبعاد 0.34 نانومتر 3.4 نانومتر ، 2 نانومتر .
ومن هذا النموذج السابق استدل فرانكلين أن القواعد النيكلوتيدية Nucleotide bases ( والتى هى عبارة عن جزيئات مسطحة ) هى عبارة عن رفوف متراصة مثل درجات السلم المتراصة فى السلم . وباستخدام هذه المعلومة بدأ العالمان واتسن وكريك بوضع عدة نماذج لمكونات الحامض النووى DNA مع محاولة توفيقهم مع بعض ليتفقوا مع البيانات المأخوذة من تجارب العالم فرانكلين .
وبعد عدة تجارب قام العالمان واتسن وكريك بوضع نموذج للحامض النووى DNA يتكون من سلسلتين من عديد النيوكليوتيد Two nucleotide chains ملتفين حول بعضهما فى صورة حلزون مزدوج .
ونجد أيضا أن السكر والفوسفات المكونين للعمود الفقرى للسلسلتين يكونوا الجدار الخارجى للحلزون . أما القواعد المتصلة بكلا السلسلتين فتوجد فى الوسط .