حامض الديوكسي رايبونيوكلييك Deoxyribonucleic Acid ( DNA)

وهو من المكونات الاساسية للكروموسومات وهو يمثل المادة الوراثية لمعظم الكائنات الحية، وهي المادة الموجهة لعمليات انتقال الصفات الوراثية من الاباء للذرية. وفي عام 1954، قدم البيولوجيان واطسون James Watson (الامريكي) وكريك Francis Crick (البريطاني) بالتعاون مع عالم الفيزياء ولكنز Maurice Wilkins (النيوزلندي) في جامعة كمبريدج بإنجلترا نموذجا يوضح التركيب الجزيئي لحمض DNA. ومن اجل هذا الانجاز العلمي الكبير تم منحهما جائزة نوبل في الطب وعلم وظائف الاعضاء عام 1962. وحسب هذا النموذج تترتب النيوكليوتيدات على صورة شريطين two strands متكاملين complementary (شكل 1).

شكل 1 : التركيب الجزيئي للمادة الوراثية في شريط DNA

ويلتفا حول بعضهما فيكونان حلزونا مزدوجا double helix طويل سمكه 2 نانومتر، وطول اللفة الكاملة منه 34 نانومتر ويتكون جزئ الحمض من عدة الاف من هذه اللفات. ويمكن تشبيه الجزيء بالسلم، حيث يتكون كلا من جانبيه منه سلسلة من جزيئات السكر والفوسفات المتبادلة بينما تتكون الدرجات Rungs or Steps فيه (والتي تربط بين الجانبين) من القواعد النيتروجينية،  والمسافة بين الجانبين ثابتة وتسمح بالضبط بوجود قاعدة نيتروجينية احادية الحلقة مرتبطة مع قاعدة اخرى ثنائية الحلقة، والقواعد النيتروجينية كما سبق القول على طرازين : احدهما هو البيورينات Purines وهي مركبات عضوية ثنائية الحلقات وهي الادينين Adenine والجوانين Guanine، اما الطراز الثاني فهو البيريميدينات Pyrimidines وهي مركبات عضوية احادية الحلقة وهي الثايمين Thymine والسيتوسين Cytosine وينتظم الجزيء بحيث يرتبط الجوانين مع السيتوسين ويرتبط الادينين مع الثايمين (شكل 2).

شكل 2 : انواع القواعد النيتروجينية المختلفة في شريط DNA

ويلاحظون ان الادينين والثايمين يرتبطان برابطتين هيدروجينيتين بينما الجوانين والسيتوسين يرتبطان بثلاثة من هذه الروابط. وعلى ذلك فالطاقة اللازمة لكسر الجوانين عن السيتوسين اكثر من تلك اللازمة لكسر الادينين عن الثايمين. ويلاحظ ان هذا الشكل السلمي يتحلزن على نفسه ليكون ما يسمى بالحلزون المزدوج   double helix . وتمثل النيوكليوتيدات Nucleotides الوحدات البنائية لجزيء الحمض النووي (الوحدة التركيبية في الاحماض النووية هي النيوكليوتيدة). وتتركب كل نيوكليوتيدة من جزيء سكر خماسي يرتبط من ناحية ذرة الكربون رقم 5 بمجموعة الفوسفات. ومن ناحية ذرة الكربون رقم 1 بقاعدة نيتروجينية ويتكون جزيء DNA من الاف من هذه النيوكليوتيدات. ومن المعروف ان ذرات الكربون في جزيء السكر الخماسي يعطي لكل منها رقما معينا يحدد موقعها، ويلاحظ ان القواعد النيتروجينية تتصل بذرة الكربون رقم 1 في السكر الخماسي وان الروابط الكيميائية بين السكر والقواعد النيتروجينية وبين السكر ومجموعات الفوسفات هي روابط تساهمية covalent bonds كما يلاحظ ان مجموعة الفوسفات تتصل بذرة الكربون رقم 5 لجزيء السكر من طرف بينما تتصل من الطرف الاخر بذرة الكربون رقم 3 في جزيء السكر التالي، كما ان مجموعتي الفوسفات المتصلة بذرة الكربون رقم 5 في السكر الخماسي في كل نيوكليوتيدين متقابلتين في شريط (DNA) تكونا متعاكسين في الاتجاه.

ومما تقدم ندرك انه اذا كان تتابع القواعد النيتروجينية في الجزيء مـــــــــــــــن احد الشريطين 5' TCCAA 3' فان قطعة الشريط الاخر التي تتكامل معها يكون ترتيب قواعدها النيتروجينية 3' AGGTT 5' ويتضح من ذلك ان شريطي جزيء DNA متوازيان عكسيا antiparallel حيث ان الطرف 3' لأحد الشريطين والطرف 5' للشريط الاخر يكونان في الناحية نفسها.

ويلاحظ انه اذا نزعت مجموعة الفوسفات من النيوكليوتيد اطلق على الكواكب الباقي اسم نيوكليوسيد nucleoside. وعلى ذلك فالنيوكليوسيدات المعرفة (شكل 3) هي ادينوسين adenosine، جوانوسين guanosine، سيتيدين cytidine، يوريدين uridine، ثايميدين thymidine، ويضاف المقطع الاولي (دي اوكسي) – Deoxy للدلالة على الدي اوكسي نيوكليوسيدات deoxyribonucleosides.

شكل 3 : انواع النيوكليوسيدات المختلفة

ويمكن بإنجاز القول ان تركيب الحامض النووي DNA ذو طبيعة تسمح له بحمل المعلومات الوراثية، بالإضافة الى ان طبيعة هذا التركيب تسمح له ايضا بمضاعفة نفسه. ويمكن ان ترتبط النيوكلوتيدات Nucleotides بروابط تساهمية باي نظام لتكوين بوليمرات عديدة الوحدات وطويل Long polymers، وكما ذكرنا فكل بناء من قوالب الحامض النووي DNA عبارة عن نيوكليوتيد Nucleotide يتكون من سكر خماسي وهو الديوكسي ريبوز Deoxyribose وفوسفات phosphate وقاعدة نيتروجينية Nitrogen base. والقواعد النيتروجينية تتضمن مجموعتان من البيورين purines وتتضمن الادينين Adenine (A) والجوانين Guanine (G) اما المجموعة الثانية فهي البيريميدين  pyrimidines. وتشتمل على الثايمين Thymine (T) والسيتوسين (C) Cytosine، وترتبط النيوكليوتيدات ببعضها بواسطة روابط تساهمية لتكوين عمود فقري من تعاقب السكر والفوسفات Sugar-Phosphate backbone. والنيوكليوتيدات ترتبط ببعضها عن طريق الروابط التساهمية التي تربط ذرة الكربون الثالثة في جزيء سكر بالفوسفات المرتبطة بذرة الكربون الخامسة فــــي جزيء السكر المجاور ليكون 3,5 phosphodiester linkage.

ولذا من الممكن تكوين عديد النيوكليوتيدات باي طول كان. فنحن نعلم ان جزيئات DNA داخل الخلايا تتكون من ملايين القواعد في الطول، وأن النيوكليوتيدات يمكنها ان ترتبط مع بعضها بأي طراز. ومهما كان طول هذه السلسلة فلها نهايتين، النهاية الخامسة The 5`end والتي لها ذرة الكربون الخامسة والنهاية الثالثة The 3`end والتي لها ذرة الكربون الثالثة والتي لا ترتبط بنيوكليوتيد اخر. وعندما اهتم هذا هذان العالمان بدراسة الحامض النووي DNA كمادة وراثية فقد اوضحنا لنا الكثير من خصائصه الطبيعية والكيميائية، كما انهما اهتما بتجميع المعلومات المتكاملة عن هذا الحامض مع بعضها في نموذج يوضح كيف يقوم هذا الجزيء يحمل المعلومات الوراثية بالإضافة الى قدراته على مضاعفة نفسه self-duplication بنفس تركيبه السابق.