تركيب وتنظيم الحمض النووي (DNA)

يصف تركيب وتنظيم الحمض النووي (DNA) كيفية بناء حمض الديوكسي ريبونوكلييك كحلزون مزدوج متوازٍ عكسيًا من سلسلتين متكاملتين ومزدوجتي القواعد، وكيف تشفر كيمياء هذا الجزيء المعلومات الوراثية. إنه الأساس الهيكلي الذي تعتمد عليه جميع عمليات التضاعف والنسخ وتعبئة الجينوم.

Definition

الحمض النووي (DNA) هو بوليمر من الديوكسي ريبونوكليوتيدات حيث تلتف سلسلتان متوازيتان عكسيًا لتشكلا حلزونًا مزدوجًا، تتماسك السلسلتان معًا بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد المتكاملة (الأدينين-الثايمين والجوانين-السيتوزين)، مع تشفير تسلسل القواعد للمعلومات الوراثية.

Scope

يغطي هذا المدخل اللبنات الأساسية للحمض النووي (النيوكليوتيدات، العمود الفقري من السكر والفوسفات، والقواعد الأربع)، وقواعد الاقتران التكميلي للقواعد، والهندسة الحلزونية المزدوجة المتوازية عكسيًا، وكيف ترتبط السلسلة الأولية بالدور البيولوجي للجزيء. إنه يعالج التركيب كموضوع في البيولوجيا الجزيئية ولا يقدم إرشادات سريرية.

Key concepts

• النيوكليوتيد (قاعدة، ديوكسي ريبوز، فوسفات)
• العمود الفقري من السكر والفوسفات
• الاقتران التكميلي للقواعد (A-T, G-C)
• السلاسل المتوازية عكسيًا والقطبية من 5' إلى 3'
• الأخاديد الرئيسية والثانوية
• شكل B من الحمض النووي
• قواعد شارجاف لتركيب القواعد

Mechanisms

كل سلسلة من الحمض النووي هي سلسلة من النيوكليوتيدات المتصلة بروابط فوسفوديستر بين الكربون 3' لسكر واحد والفوسفات 5' للسكر التالي، مما يمنح كل سلسلة قطبية محددة من 5' إلى 3'. تتزاوج سلسلتان متعاكستا القطبية عبر روابط هيدروجينية بين القواعد المتكاملة وتتراصان في حلزون مزدوج يميني، مع وجود القواعد في الداخل والعمود الفقري من السكر والفوسفات في الخارج مكونة أخاديد رئيسية وثانوية. أظهر نموذج واتسون وكريك أن الاقتران المحدد للأدينين مع الثايمين والجوانين مع السيتوزين يجعل السلسلتين متكاملتين، بحيث يحدد تسلسل إحدى السلسلتين الأخرى، ويشير التركيب بطبيعته إلى كيفية نسخ الجزيء. قدم عمل حيود الأشعة السينية، بما في ذلك صور فرانكلين وغوسلينغ، الأساس التجريبي للتركيب الحلزوني المنتظم.

Clinical relevance

تُشكل القواعد الهيكلية للحمض النووي الأساس لكيفية قراءة التسلسلات الجينية ومقارنتها وتحليلها في الطب الجزيئي، وكيفية وصف التغيرات في التسلسل. هذه بيولوجيا مرجعية وليست أساسًا لاتخاذ قرارات سريرية فردية.

History

بحلول أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تراكمت انتظاميات تركيب القواعد (قواعد شارجاف) وبيانات حيود الأشعة السينية على ألياف الحمض النووي. في عام 1953، اقترح واتسون وكريك نموذج الحلزون المزدوج المتوازي عكسيًا، والذي نُشر جنبًا إلى جنب مع دراسات الحيود التي أجراها فرانكلين وغوسلينغ، وويلكنز وزملاؤه. وحد النموذج كيمياء الحمض النووي ووراثته وأصبح الأساس الهيكلي للبيولوجيا الجزيئية.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Maurice Wilkins
• Erwin Chargaff

Seminal works

• watson-crick-1953
• franklin-gosling-1953

Frequently asked questions

لماذا توصف سلسلتا الحمض النووي بأنهما متوازيتان عكسيًا؟

تتجه السلسلتان في اتجاهين متعاكسين: إحداهما موجهة من 5' إلى 3' بينما تتجه شريكتها من 3' إلى 5'. هذه القطبية المتعاكسة ضرورية للاقتران التكميلي للقواعد ولكيفية نسخ السلاسل.

ما الذي يربط السلسلتين معًا؟

تربط الروابط الهيدروجينية بين القواعد المتكاملة (الأدينين يتزاوج مع الثايمين، والجوانين يتزاوج مع السيتوزين)، مدعومة بتراص القواعد، السلاسل في الحلزون المزدوج مع السماح بفصلها للنسخ.