تركيب الحمض النووي (DNA) والجين

كشف تحديد الحمض النووي (DNA) كحامل للوراثة واكتشاف بنيته الحلزونية المزدوجة المتوازية المعاكسة عن كيفية قدرة جزيء واحد على ترميز المعلومات الوراثية ونسخها بدقة.

Definition

الجين هو قطعة من الحمض النووي (DNA) تحمل المعلومات اللازمة لمنتج وظيفي، مخزنة كتسلسل من القواعد النيوكليوتيدية ضمن حلزون مزدوج متوازٍ معاكس، يتماسك عن طريق الاقتران القاعدي المتكامل.

Scope

يغطي هذا الموضوع الأدلة التجريبية التي أثبتت أن الحمض النووي (DNA)، وليس البروتين، هو المادة الوراثية، والمكونات الكيميائية للنيوكليوتيدات، ونسب قواعد شارجاف، والحلزون المزدوج لـ واتسون وكريك مع السلاسل المتكاملة المتوازية المعاكسة، والأخاديد الرئيسية والثانوية، والتعريف الجزيئي الحديث للجين كقطعة من الحمض النووي (DNA) ترمّز لمنتج وظيفي. ويؤسس هذا الموضوع للركيزة الفيزيائية للوراثة؛ بينما تُعالَج عمليات التضاعف والتعبير في مواضيع مجاورة.

Core questions

• ما هي التجارب التي أثبتت أن الحمض النووي (DNA)، وليس البروتين، هو المادة الوراثية؟
• كيف تفسر قواعد تركيب القواعد والحلزون المزدوج المتوازي المعاكس خصائص الحمض النووي (DNA)؟
• لماذا يجعل الاقتران القاعدي المتكامل الحمض النووي (DNA) مناسبًا لتخزين المعلومات ونسخها؟
• كيف تطور تعريف الجين من عامل مندلي إلى تسلسل جزيئي؟

Key concepts

• الحمض النووي (DNA) كمادة وراثية (تجارب التحول والعاثيات البكتيرية)
• تركيب النيوكليوتيدات وقواعد شارجاف
• الحلزون المزدوج المتوازي المعاكس والاقتران القاعدي المتكامل
• الأخاديد الرئيسية والثانوية
• التعريف الجزيئي للجين

Mechanisms

يلتف هيكلان متوازيان معاكسان من سكر الفوسفات حول محور مشترك مع اقتران القواعد في الداخل، حيث ترتبط الأدينين بالثايمين برابطتين هيدروجينيتين، والجوانين بالسيتوزين بثلاث روابط؛ وهذا التكامل يعني أن كل سلسلة تحدد الأخرى بالكامل، وهو الأساس الهيكلي للتضاعف والنسخ.

Clinical relevance

يُعد نموذج الحلزون المزدوج أساس جميع التقنيات المعتمدة على الحمض النووي (DNA)، من التسلسل وتفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) إلى الاختبارات الجينية والتعرف الجنائي، ويفسر فهم الاقتران القاعدي كيف تغير الطفرات التسلسل وكيف تتعرف المجسات والبادئات على أهدافها.

History

أظهر أفيري وماكلويد ومكارتي في عام 1944 أن المبدأ المحول هو الحمض النووي (DNA)، وعززت تجربة هيرشي وتشيس ذلك في عام 1952، وفي عام 1953، اقترح واتسون وكريك، بالاعتماد على بيانات حيود الأشعة السينية لفرانكلين ونسب قواعد شارجاف، الحلزون المزدوج الذي فسر كيفية تخزين الحمض النووي (DNA) للمعلومات ونسخها.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Oswald Avery

Seminal works

• watsonCrick1953
• averyMacLeodMcCarty1944

Frequently asked questions

لماذا توصف سلسلتا الحمض النووي (DNA) بأنهما متوازيتان متعاكستان؟

تتجه السلسلتان في اتجاهين كيميائيين متعاكسين، إحداهما موجهة من النهاية 5' إلى النهاية 3' والأخرى من النهاية 3' إلى النهاية 5'، وهو أمر ضروري لاقتران القواعد بشكل صحيح ولقدرة آلية التضاعف على قراءة كل سلسلة.

كيف عرف العلماء أن الحمض النووي (DNA) وليس البروتين هو الذي يحمل الجينات؟

أظهرت كل من تجارب التحول لأفيري وتجربة العاثيات البكتيرية لهيرشي وتشيس أن الحمض النووي (DNA)، وليس البروتين، هو الجزيء الذي يتم نقله والمسؤول عن الخصائص الموروثة.