Deoxyribonucleic Acid (DNA): نموذج ، تجارب التركيب الكيميائي والتحول

قراءة هذه المادة للتعرف على نموذج ، والتجارب الكيميائية وتجارب التحول من الحمض النووي!

حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA):

تم العثور على الحمض النووي في خلايا جميع الكائنات الحية باستثناء بعض الفيروسات النباتية. في البكتيريا والفيروسات ، هناك جوهر مركزي من الحمض النووي الذي هو مغلق في طبقة بروتينية. في البكتيريا ، وفي الميتوكوندريا و plastids من الخلايا حقيقية النواة ، الحمض النووي هو دائري ويكمن عارية في السيتوبلازم.

في نواة الخلايا حقيقية النواة ، يحدث الحمض النووي في شكل خيوط طويلة ملتفة حلزونيا وغير متفرعة ، الكروموسومات. في الكروموسومات ، تم العثور على الحمض النووي في تركيبة مع بروتينات تشكيل البروتينات النووية ، والمواد لونين. لطالما اقترحت عدة سطور من الأدلة غير المباشرة أن الحمض النووي يحتوي على المعلومات الوراثية للكائنات الحية.

النتائج الأكثر أهمية التي تم الحصول عليها باستخدام عدة إجراءات تجريبية مختلفة أظهرت أن معظم الحمض النووي يقع في الكروموسومات ، في حين أن الحمض النووي الريبي والبروتينات أكثر وفرة في السيتوبلازم. علاوة على ذلك ، يوجد ارتباط دقيق بين كمية الحمض النووي لكل خلية وعدد مجموعات الكروموسومات لكل خلية.

تحتوي معظم الخلايا الجسدية من الكائنات ثنائية الصبغيات ، على سبيل المثال ، على ضعف كمية الدنا بالضبط مثل الخلايا الجرثومية أحادية الصيغة الصبغية أو الأمشاج من نفس النوع. وأخيرًا ، فإن التركيب الجزيئي للحمض النووي في جميع الخلايا المختلفة للكائنات هو نفسه (مع استثناءات نادرة) ، في حين يختلف تكوين الحمض النووي الريبي والبروتينات من حيث النوع والكيف من نوع خلية إلى آخر. في حين أن هذه الارتباطات تشير بقوة إلى أن الحمض النووي هو المادة الوراثية ، فإنها لا تثبت ذلك بأي حال من الأحوال. أثبتت الأدلة المباشرة أن المعلومات الوراثية مشفرة في الحمض النووي.

تجارب التحول:

أجريت تجارب التحول في البداية من قبل فريدريك جريفيث في عام 1928. قام بحقن خليط من سلالتين من المكورات الرئوية (المكورات الرئوية) في الفئران. واحدة من هاتين السلالتين ، S III كانت خبيثة والسلالة الأخرى R II كانت غير خبيثة. الحرارة تقتل سلالة سامة SIII ، عندما يحقن بشكل فردي لم يسبب الموت ، مما يدل على فقدان العدوى بعد قتل الحرارة.

ماتت الفئران التي تم حقنها بمزيج من RII (المعيشة) و S III (الحرارة المقتولة) ويمكن عزل المكورات الرئوية الخبيثة من هذه الفئران. وكان الاستنتاج هو أن بعض مكونات خلايا SIII الميتة (مبدأ التحويل) يجب أن تكون قد حولت خلايا RII الحية إلى S III.

قام كل من OT Avery و CM MacLeod و M. McCarty في عام 1944 بتكرار تجارب جريفيث في نظام في المختبر وأنتج أول دليل مباشر على أن المادة الوراثية هي الحمض النووي بدلا من البروتين أو الحمض النووي الريبي. وأثبتوا أن عنصر الخلية المسؤولة عن ظاهرة التحول في بكتيريا المكورات الرئوية هو الحمض النووي. شملت هذه التجارب استخدام الإنزيمات التي تؤدي إلى تدهور الحمض النووي أو الرنا أو البروتين.

في تجارب منفصلة ، تمت معالجة الحمض النووي عالي النقاء من الخلايا S III بما يلي:

(1) Deoxyribonuclease (DNAase) الذي ينحل الحمض النووي ،

(2) Ribonuclease (RNAase) الذي ينحل الحمض النووي الريبي أو

(3) البروتياز (التي تتحلل البروتينات) ثم اختبارها لقدرتها على تحويل خلايا RII إلى SIII. فقط DNAase لم يكن له تأثير على أنشطة تحويل DNA التحضير ، أنه القضاء تماما على كل نشاط التحويل. هذه التجارب تشير إلى أن الحمض النووي وليس البروتينات أو الحمض النووي الريبي هو المادة الوراثية.

هناك أدلة مباشرة إضافية تشير إلى أن الحمض النووي هو المادة الوراثية التي أظهرها AD Hershey و MJ Chase في البكتيريا الخبيثة T ₂ .

التركيب الكيميائي للحمض النووي:

أظهرت التحاليل الكيميائية أن الحمض النووي يتكون من ثلاثة أنواع مختلفة من الجزيئات.

1. يحتوي حامض الفوسفوريك (H 3PO4) على ثلاث مجموعات تفاعلية (-HH) ، منها مجموعتان تشتركان في تكوين العمود الفقري لسكر الفوسفات DNA.

2. سكر الخماسي:

يحتوي DNA على 2′-deoxy-D-ribose (أو ببساطة deoxyribose) وهو السبب في اسم الحمض النووي deoxyribose.

3. القواعد العضوية:

والقواعد العضوية هي مركبات حلقية غير متجانسة تحتوي على النيتروجين في حلقاتها ؛ وبالتالي تسمى أيضا القواعد النيتروجينية. يحتوي الحمض النووي عادة على أربع قواعد مختلفة تسمى adenirie (A) ، و guanine (G) ، و Thymine (T) و cytosine (C).

هذه القواعد الأربعة مجمعة في فئتين على أساس تركيبها الكيميائي:

(1) بيريميدين (T و C) و

(2) البيورين (أ ، ز).

في DNA تم العثور على أربعة nucleosides مختلفة. هؤلاء هم:

(ط) deoxycytidine

(ii) deoxythy- midine ،

(ثالثا) deoxyadenosine و

(د) ديوكسيغوانوزين.

وبالمثل أربع نيوكليوتيدات في الحمض النووي هي:

(i) deoxycytidylic acid أو deox- ycytidylate ،

(2) حمض ديوكسي ثيميديليك أو ديوكسي ثيميديل ،

(iii) deoxyadenylic acid أو deoxyadenylate and

(د) حمض deoxyguanylic أو deoxyguanylate.

عندما تم تحليل تركيبة الحمض النووي من العديد من الكائنات الحية بواسطة E. Chargaff وزملاء العمل (1950) ، لوحظ أن (i) بغض النظر عن المصدر ، تحدث مكونات البيورين و البيريميدين بكميات متساوية في جزيء ، (2) كمية الأدينين (A) تعادل كمية الثايمين (T) و cytosine (C) مساوية لقيمة الغوانين (G) و (iii) النسبة الأساسية A + T / G + C ثابتة لقيمة معينة محيط.

نموذج Watson and Crick Double Helix للحمض النووي:

تم استخلاص بنية الحمض النووي لأول مرة من قبل JD Watson و FH Crick في عام 1953. على أساس بيانات Chargaff ، اقترح كل من Wilkin و Franklin نتائج حيود الأشعة السينية واستنتاجات من المباني النموذجية الخاصة بهم ، Watson و Crick أن DNA موجود كحلزون مزدوج حيث يتم لصق السلاسل الثنائية polynucleotide حول بعضها البعض في دوامة.

تتكون كل سلسلة من polynucleotide من سلسلة من النوكليوتيدات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط فوسفودايست ، وتشكل شقوق ديوكسيريبوز مجاورة. يتم تثبيت خيوط polynucleotide اثنين معا في تكوين حلزوني عن طريق الرابطة الهيدروجينية بين القواعد في فروع المعارضة ، يتم تجميع أزواج القاعدة الناتجة بين السلاسل اثنين عموديا على محور الجزيء مثل خطوات سلم حلزوني.

إن الاقتران الأساسى محدد ، حيث يقترن الأدينين دائما مع الثايمين ، و دائما يقترن الغوانين بالسيتوزين. وهكذا ، تتكون جميع القواعد من بيورين واحد وبيريميدين واحد. وينتج خصوصية الاقتران القاعدي من قدرات الترابط الهيدروجيني للقواعد ، في تكويناتها الطبيعية.

في التركيبات التركيبية الأكثر شيوعًا ، يتكون كل من الأدينين والثيمين من روابط هيدروجينية ، وتشكل الجوانين والسيتوزين ثلاثة روابط هيدروجينية. على سبيل المثال ، ليس من الممكن بشكل عام ربط هيدروجيني مماثل بين السيتوزين والأدينين.

وبمجرد معرفة تسلسل القواعد في خيط واحد من الحلزون المزدوج للحمض النووي ، فإن تسلسل القواعد في الحبلا الآخر يكون معروفًا تلقائيًا أيضًا بسبب الاقتران الأساسي المحدد. ومن ثم يقال أن خيوط الحلزون المزدوج مكملتان (غير متطابقتين) ؛ هذه الخاصية ، تكامل الشريحتين ، تجعل الحمض النووي (DNA) مناسب بشكل فريد لتخزين ونقل المعلومات الجينية.

يتم تكديس أزواج القاعدة في الحمض النووي 3.4A ° مع 10 أزواج قاعدة في الدوران (360 درجة) من الحلزون المزدوج. عظايا الفوسفات السكرية للفاصلتين التكميليتين هي مضادة للتناظر. هذا هو لديهم قطبية كيميائية المعاكس.

بينما يتحرك المرء أحادي الاتجاه على طول حلزون دنا مزدوج ، فإن روابط فوسفودايست في حبلا واحدة تنتقل من 3 ′ كربون من نوكليوتيد إلى 5 ′ كربون من النوكليوتيد المتاخم بينما تتحرك تلك الموجودة في الحبلا التكميلي من 5 ′ carbon إلى 3 ′ carbon .

شكل A و B و Z من الحمض النووي:

الغالبية العظمى من جزيئات الحمض النووي الموجودة في البروتوبلازما المائية للخلايا الحية موجودة بشكل شبه مؤكد في نموذج اللولب المزدوج Watson-Crick الموصوف أعلاه. وهذا ما يسمى ب- شكل الحمض النووي ويظهر اللف الأيمن. ويحتوي على 10.4 زوجًا أساسيًا في كل دورة (بدلاً من 10 نقاط المذكورة أعلاه). يحدث الحمض النووي المجفّف في الشكل A ، وهو أيضًا حلزون حلزوني الشكل ، ولكنه يحتوي على 11 زوجًا أساسيًا في كل دورة.

تحدث بعض متواليات الحمض النووي في شكل حرف Z ، والذي يبين اللف الأيسر ، يحتوي على 12 زوجًا أساسيًا في كل دورة. في Z-DNA ، يتبع العمود الفقري للسكر والفوسفات مسارًا متعرجًا يعطيه اسم Z-DNA أو Z-form.

يمكن أن تخضع أجزاء محددة من جزيء الحمض النووي للتغييرات التوافقية من النموذج ب إلى شكل Z والعكس بالعكس. هذه التغيرات قد تحدث عن طريق بعض البروتينات التنظيمية المحددة. يفترض الحمض النووي Z- شكل للعب دور في تنظيم الجينات.

الأدلة لدعم الهيكل المزدوج للحمض النووي:

يتم دعم البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي التي قدمها Waston و Crick بالأدلة التالية.

1. درس MHF Wilkins وزملاؤه الحمض النووي عن طريق البلورات بالأشعة السينية ودعموا هيكله الحلزوني المزدوج.

2. حاول كورنبرغ وزملاؤه تركيب الدنا في وسط خالٍ من الحمض النووي في وجود إنزيم بوليميراز الدنا والنيوكليوتيدات ، وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي. ووجد الباحثون أنه في وسط خالٍ من الحمض النووي مع جميع المركبات الضرورية لا يحدث تخليق الحمض النووي. فقط عندما أضيف بعض الدنا كتمهيد إلى نفس الوسيطة بدأ تركيب DNA.