الحوامض النوويـــة

تعد المواد الوراثية الاساس في إعطاء الكائن الحي هويته، وتتكون المواد الوراثية في الاحياء من DNA في الخلايا حقيقية النواة وبدائية النواة ومعظم العاثيات وذلك لان بعض العاثيات تتكون موادها الوراثية او جينوماتها من RNA.

تركيب الحوامض النووية :

 الحوامض النووية جزئيات حيوية كبيرة مكونة من وحدات مكررة للنيوكليتيدات وكل نيوكليوتيد يحوي على مجموعة فوسفات واحدة. وفي DNA يكون السكر المساهم في تركيب النيوكلوتيد هو السكر الخماسي D-2-deoxy ribose  في حين يكون السكر الخماسي الموجود فـــــــــي (D-ribose) RNA وهذا يضفي الثباتية على جزيئة DNA أكثر من RNA اذ ان نقصان ^_OH- على الذرة الثانية واستبدالها -H في DNA يجعله أكثر ثباتا لان مجموعة الهيدروكسيل أكثر فعالية من الهيدروجين، وهذا يكون ضروريا في DNA كمادة وراثية التي يجب ان تكون ثابتة لغرض توارثها في الابناء والاحفاد. واضافة الى الفوسفات والسكر التي تكون عامة بالنسبة للحوامض النووية توجد القواعد النتروجينية منها البريميدنيات Pyrimidines المتمثلة بالسايتوزين (C) Cytosine والثايمين (T) Thymine والقواعد البيورينية Purines وهي الكوانين (G) Guanine والأدنين (A) Adenine وفي حالة RNA تستبدل القاعدة النتروجينية T باليوراسيل (U) Uracil. وقد توجد قواعد محورة في بعض الجزيئات RNA في بعض العاثيات و tRNA.

النيوكلوتيدات ترتبط فيما بينها بأواصر استرية Phosphodiester bonds اذ ترتبط النهاية – 3'-OH مع نيوكليوتيد آخر بالنهاية  5'- PO₄^3-   وهذا الارتباط غير متناظر هو الذي يعطي القطبية لتوالي النيوكلوتيدات. وترتبط القواعد النتروجينية عند الذرة الأولى مـــــــــــــن حلقاتها (-Carbon 1') بجزيئة سكر وتبرز من السلسلة النيوكيلوتيدية.

يتكون DNA من شريطين ملتفين بشكل حلزون مزدوج Duplex وتكون متضادة القطبية Antiparallel ويتم تثبيت الشريطين بأواصر هيدروجينية بين القواعد النتروجينية التي تكون الى داخل الاشرطة المتقابلة وترتبط الأدنين من الثايمين باصرتين A = T وترتبط الكوانين بالسايتوزين بثلاث أواصر C = G ويكون احد الاشرطة مكملا للآخر. وبسبب التكامل فان اشرطة DNA المزدوجة تحتوي على كميات متكافئة من البيورينات (A+G) والبريميدينات (C+T) اي ان كميات T = A وكميات C = G، ولكن النسبة المولية Mole fraction  للـ (C+G) في DNA يختلف بالنسبة للأنواع والاجناس الحية. وتكون الحلزونات ملتفة على بعضه بشكل كبير لحمايتها.

وفي حالات قليلة يوجد DNA بشكل ثلاثي الاشرطة Triplex DNA ويرتبط الشريط الثالث مع الاشرطة الثنائية بواسطة زوج محدد من القواعد النتروجينية ويستعمل لأغراض مختلفة مثل التحري عن متواليات محددة او اعاقة بعض وظائف الجينات ويتم تصنيع او تحضير بعض الجزيئات ثلاثية الاشرطة لأغراض معينة.

المعلومات الوراثية في الحوامض النووية تحدد بترتيب القواعد النتروجينية او النيوكلوتيدات في السلسلة او التوالي، وتوالي القواعد النتروجينية في أحد الاشرطة يحدد توالي القواعد النتروجينية في الشريط المقابل على أساس ان الأدنين يتصل بالثايمين والكوانين يتصل بالسايتوزين. وانتظام القواعد النتروجينية في مجموعة لتكون الجين يعطي النمط الجيني Genotype للكائن الحي وعند تفاعل هذا النمط مع البيئة يعطي النمط المظهري Phenotype.

الشفرات الوراثية

تنتظم القواعد النتروجينية لتكون الشفرات الوراثية التي تحدد بدورها الحوامض الامينية التي تترجم فيما بعد في السلاسل البيبتدية والبروتينات. ونظراً لوجود 5 قواعد نتروجينيه فان الشفرة الوراثية المكونة من قاعدة واحدة لا تكفي للتشفير لحوالي 20 حامض أميني، وكذلك وجود قاعدتين للشفرة الوراثية أيضاً لا يكفي وذلك لان 4²=16 وهي اقل من عدد الحوامض الأمينية، ولكن عندما تكون الشفرة الوراثية مكونة من ثلاثة قواعد نتروجينيه (4³) يعني وجود 64 شفرة وراثية، وهذا ممكنا وذلك لوجود ثلاثة شفرات هي شفرات ختم او إنهاء TAA، TAG، TGA والتي يقابلها UAA، UAG ، UGA على RNA. اما الشفرات الباقية فتكون الشفرات الثلاثية للحوامض الامينية التي يشفر لبعضها بأكثر من شفرة واحدة ولذلك تسمى هذه الشفرات بالمشتتة Degenerate codons. وباستثناء الحامض الأميني الميثايونين والتربتوفان فيشفر لكل منها بشفرة واحدة وهي موضحة بالجدول الآتي (جدول 1).

وتكون الشفرات غير متداخلة. وبالرغم من ان الشفرات المذكورة في الجدول هي عامة بالنسبة للأحياء الا انه توجد بعض الاختلافات فمثلا الشفرة TGA التي هي شفرة ختم تشفر للتربتوفان في Mycoplasma وفي DNA المايتوكوندريا، وكذلك توجد بعض الاختلافات بين الشفرات في مايتوكوندريا الخمائر والدروسوفلا واللبائن. وتترتب الشفرات لإعطاء الجينات التي لها وظائف محددة مثل الجينات التركيبية او المنظمة او تكون جزءا من متواليات قد تعمل في عمليات التنظيم. ويمكن ان يعد تشابه توالي القواعد النتروجينية في DNA احد مؤشرات تقارب الاحياء او تشابهها. تقوم المواد الوراثية بوظيفتين مهمة وهي التضاعف لغرض توارثها في الاحياء الجديدة والتعبير عن الجينات تحت ظروف بيئية معينة لإعطاء الكائن النمط المظهري المميز له.

جدول 1 : الشفرات الوراثية

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .