معلومة

لماذا زوج مع T و G مع C؟

لماذا زوج مع T و G مع C؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتكون الحمض النووي من أزواج على أزواج قاعدية AT و GC.

أعلم أن أزواج A فقط مع T و G فقط مع C. فهل ينطبق هذا على البشر فقط ، أم أن هناك حيوانات حيث يقترن T مع G؟

أيضًا ، من المؤكد أنه سيكون هناك المزيد من التوليفات الممكنة إذا كان من الممكن أن يقترن A مع G أو T أو C ، وكان للحمض النووي كثافة معلومات أفضل - هل ستكون هناك حاجة أقل للاحتفاظ بالمعلومات؟


لا يوجد فرق في الاقتران الأساسي بين الأنواع المختلفة من الكائنات الحية. يشترك البشر والحيوانات والبكتيريا جميعًا في نفس الآليات الأساسية مثل استخدامهم جميعًا للحمض النووي. يتم تحديد القواعد التي يمكن أن تتزاوج من خلال كيمياء القواعد الفردية.

تشكل القواعد الموجودة في الحمض النووي الروابط الهيدروجينية التالية عند إقرانها:

إذا كنت ستحاول الجمع بين قواعد أخرى غير أزواج Watson-Crick المتعارف عليها ، فلن يتطابق المتبرعون والمقبلون برابطة الهيدروجين. أنت بحاجة إلى زوج مانح / متقبل في كل موقف.

هناك أزواج قاعدية مختلفة ممكنة ، لكن هذه المواقف لا تحدث حقًا في الحمض النووي ولكن في الحمض النووي الريبي. يمكنك العثور على أزواج قواعد G / U المتمايلة وحتى أزواج القواعد التي تستخدم أجزاء مختلفة من القواعد غير أزواج القواعد المتعارف عليها ، على سبيل المثال أزواج قاعدة Hoogsteen.


لماذا زوج مع T و G مع C؟ - مادة الاحياء

اللبنات الأساسية للحمض النووي هي النيوكليوتيدات. المكونات المهمة لكل نيوكليوتيد هي القاعدة النيتروجينية ، و deoxyribose (5-carbon sugar) ، ومجموعة الفوسفات (انظر الشكل 1). يتم تسمية كل نوكليوتيد اعتمادًا على قاعدته النيتروجينية. يمكن أن تكون القاعدة النيتروجينية عبارة عن البيورين ، مثل الأدينين (A) والجوانين (G) ، أو بيريميدين ، مثل السيتوزين (C) والثايمين (T). Uracil (U) هو أيضًا بيريميدين (كما هو موضح في الشكل 1) ، ولكنه يحدث فقط في RNA ، والذي سنتحدث عنه أكثر لاحقًا.

الشكل 1. يتكون كل نوكليوتيد من سكر ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية. السكر هو deoxyribose في DNA و ribose في RNA.

تحتوي البيورينات على بنية حلقة مزدوجة مع حلقة من ستة أعضاء مدمجة في حلقة من خمسة أعضاء. البيريميدينات أصغر حجمًا ولديها بنية حلقة واحدة من ستة أعضاء.

السكر هو deoxyribose في DNA و ribose في RNA. تم ترقيم ذرات الكربون للسكر المكون من خمسة كربون 1 & # 8242 ، 2 & # 8242 ، 3 & # 8242 ، 4 & # 8242 ، و 5 & # 8242 (1 & # 8242 تقرأ على أنها "عدد أولي واحد"). الفوسفات ، الذي يجعل الحمض النووي والحمض النووي الريبي حامضيين ، مرتبط بالكربون 5 & # 8242 من السكر عن طريق تكوين رابط استر بين حمض الفوسفوريك ومجموعة 5 & # 8242-OH (الإستر هو حمض + كحول). في نيوكليوتيدات الحمض النووي ، يرتبط الكربون 3 & # 8242 من سكر الديوكسيريبوز بمجموعة الهيدروكسيل (OH). في نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي ، يحتوي الكربون 2 & # 8242 من ريبوز السكر أيضًا على مجموعة الهيدروكسيل. القاعدة متصلة بكربون 1 & # 8217 من السكر.

تتحد النيوكليوتيدات مع بعضها البعض لإنتاج روابط فوسفوديستر. تشكل بقايا الفوسفات الملحقة بالكربون 5 & # 8242 من سكر نيوكليوتيد واحد رابط إستر ثانٍ مع مجموعة الهيدروكسيل للكربون 3 & # 8242 من سكر النوكليوتيد التالي ، وبالتالي تشكل 5 & # 8242-3 & # 8242 phosphodiester رابطة. في عديد النوكليوتيد ، يحتوي أحد طرفي السلسلة على 5 & # 8242 فوسفات مجاني ، والطرف الآخر به 3 & # 8242-OH مجانًا. تسمى هذه نهايات السلسلة 5 & # 8242 و 3 & # 8242.

في الخمسينيات من القرن الماضي ، عمل فرانسيس كريك وجيمس واتسون معًا لتحديد بنية الحمض النووي في جامعة كامبريدج بإنجلترا. كان علماء آخرون مثل لينوس بولينج وموريس ويلكينز يستكشفون هذا المجال بنشاط. اكتشف بولينج سابقًا التركيب الثانوي للبروتينات باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية. في مختبر ويلكنز ، كانت الباحثة روزاليند فرانكلين تستخدم طرق حيود الأشعة السينية لفهم بنية الحمض النووي. تمكن Watson و Crick من تجميع لغز جزيء الحمض النووي على أساس بيانات Franklin & # 8217s لأن كريك درس أيضًا حيود الأشعة السينية (الشكل 2). في عام 1962 ، مُنح جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكنز جائزة نوبل في الطب. لسوء الحظ ، بحلول ذلك الوقت ، توفي فرانكلين ، ولم يتم منح جوائز نوبل بعد وفاته.

الشكل 2. عمل العلماء الرواد (أ) أدى جيمس واتسون وفرانسيس كريك وماكلين مكارتي إلى فهمنا الحالي للحمض النووي. اكتشف العالم روزاليند فرانكلين (ب) نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي ، والذي ساعد في توضيح هيكله الحلزوني المزدوج. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة مارجوري مكارتي ، المكتبة العامة للعلوم)

اقترح واتسون وكريك أن الحمض النووي يتكون من خيطين ملتويين حول بعضهما البعض لتشكيل حلزون أيمن. يحدث الاقتران الأساسي بين البيورين والبيريميدين على خيوط متقابلة ، بحيث أزواج A مع أزواج T و G مع C (مقترح بواسطة قواعد Chargaff & # 8217s). وبالتالي ، فإن الأدينين والثايمين هما أزواج قاعدية تكميلية ، كما أن السيتوزين والجوانين هما أيضًا أزواج قاعدية مكملة. يتم تثبيت أزواج القاعدة بواسطة روابط هيدروجينية: يشكل الأدينين والثايمين رابطتين هيدروجينيتين ، ويشكل السيتوزين والجوانين ثلاث روابط هيدروجينية. الخصلتان متوازيتان بطبيعتهما أي أن الطرف 3 & # 8242 من خيط واحد يواجه الطرف 5 & # 8242 من الخيط الآخر. يشكل السكر والفوسفات في النيوكليوتيدات العمود الفقري للهيكل ، بينما تتراكم القواعد النيتروجينية بالداخل ، مثل درجات السلم. يتم فصل كل زوج أساسي عن زوج القاعدة التالي بمسافة 0.34 نانومتر ، ويبلغ قياس كل دورة من اللولب 3.4 نانومتر. لذلك ، توجد 10 أزواج أساسية في كل دورة من اللولب. يبلغ قطر الحلزون المزدوج للحمض النووي 2 نانومتر ، وهو منتظم طوال الوقت. فقط الاقتران بين البيورين والبيريميدين والاتجاه المعاكس لجدلي الحمض النووي يمكن أن يفسر القطر المنتظم. يؤدي التواء الخيطين حول بعضهما البعض إلى تكوين أخاديد رئيسية وثانوية متباعدة بشكل موحد (الشكل 3).

الشكل 3. يحتوي الحمض النووي على (أ) بنية حلزونية مزدوجة و (ب) روابط فوسفوديستر. (ج) الأخاديد الرئيسية والثانوية هي مواقع ربط لبروتينات ربط الحمض النووي أثناء عمليات مثل النسخ (نسخ الحمض النووي الريبي من الحمض النووي) والتكرار.


القواعد النيتروجينية الأربعة

في الوحدات الفرعية للنيوكليوتيدات في الحمض النووي ، توجد أربع قواعد نيتروجينية:

  1. الأدينين (أ)
  2. ثايمين (تي)
  3. سيتوزين (ج)
  4. جوانين (G)

يمكن تقسيم كل من هذه القواعد إلى فئتين: قواعد البيورين و قواعد بيريميدين.

الأدينين والجوانين أمثلة على قواعد البيورين. هذا يعني أن بنيتها عبارة عن حلقة ست ذرات تحتوي على النيتروجين مرتبطة بحلقة خمس ذرات تحتوي على النيتروجين والتي تشترك في ذرتين لدمج الحلقتين.

أمثلة على الثايمين والسيتوزين قواعد بيريميدين. تتكون هذه القواعد من حلقة واحدة تحتوي على ستة ذرات تحتوي على النيتروجين.

ملحوظة: يستبدل الحمض النووي الريبي الثايمين بقاعدة بيريميدين مختلفة تسمى اليوراسيل (U).


الكود الجيني في DNA

تتم كتابة التعليمات الخاصة ببناء البروتينات في الحمض النووي باستخدام الشفرة الجينية. بشكل أكثر تحديدًا ، يحتوي تسلسل القواعد المرتبطة بالعمود الفقري لفوسفات السكر في الحلزون المزدوج على معلومات في شكل كودونات ثلاثية القواعد تحدد تسلسل الأحماض الأمينية التي سيتم استخدامها في بناء البروتينات.

يعمل تسلسل القواعد في الحمض النووي كرمز حقيقي من حيث أنه يحتوي على المعلومات اللازمة لبناء بروتين معبر عنه بأربعة أحرف أبجدية من القواعد التي يتم نسخها إلى mRNA ثم تُترجم إلى الأبجدية المكونة من عشرين حمضًا أمينيًا اللازمة للبناء البروتين. إن القول بأنه رمز حقيقي ينطوي على فكرة أن الكود مجاني وغير مقيد يمكن وضع أي من القواعد الأربعة في أي من المواضع في تسلسل القواعد. لا يتم تحديد تسلسلها من خلال الترابط الكيميائي. توجد روابط هيدروجينية بين أزواج القاعدة وكل قاعدة مرتبطة بالعمود الفقري لفوسفات السكر ، ولكن لا توجد روابط على طول المحور الطولي للحمض النووي. تحدث القواعد في أزواج القواعد التكميلية A-T و G-C ، ولكن على طول التسلسل على جانب واحد ، يمكن أن تحدث القواعد بأي ترتيب ، مثل أحرف اللغة المستخدمة في تكوين الكلمات والجمل.


طفرة نقطة

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

طفرة نقطة، تغيير داخل جين يتم فيه تغيير زوج أساسي واحد في تسلسل الحمض النووي. غالبًا ما تكون الطفرات النقطية نتيجة للأخطاء التي حدثت أثناء تكرار الحمض النووي ، على الرغم من أن تعديل الحمض النووي ، مثل التعرض للأشعة السينية أو الأشعة فوق البنفسجية ، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى حدوث طفرات نقطية.

هناك نوعان من الطفرات النقطية: الطفرات الانتقالية وطفرات التحول. تحدث الطفرات الانتقالية عندما تحل قاعدة بيريميدين (أي الثايمين [T] أو السيتوزين [C]) محل قاعدة بيريميدين أخرى أو عندما تحل قاعدة البيورين (أي الأدينين [A] أو الجوانين [G]) محل قاعدة البيورين الأخرى. في الحمض النووي مزدوج السلسلة ، يتزاوج كل من القواعد مع شريك محدد على الخيط المقابل - أزواج A مع أزواج T و C مع G. وهكذا ، مثال على طفرة انتقالية هو زوج قاعدة GC الذي يحل محل النوع البري (أو بشكل طبيعي يحدث) في زوج القاعدة. في المقابل ، تحدث طفرات التحويل عندما تحل قاعدة البيورين محل قاعدة بيريميدين ، أو العكس على سبيل المثال ، عندما يحل زوج TA أو CG محل زوج AT من النوع البري.

على مستوى الترجمة ، عندما يتم تحويل الحمض النووي الريبي المنسوخ من الحمض النووي إلى سلسلة من الأحماض الأمينية أثناء تخليق البروتين ، غالبًا ما تظهر الطفرات النقطية كتغييرات وظيفية في منتج البروتين النهائي. وبالتالي ، توجد مجموعات وظيفية للطفرات النقطية. تنقسم هذه التجمعات إلى طفرات صامتة ، وطفرات خاطئة ، وطفرات لا معنى لها. تؤدي الطفرات الصامتة إلى كودون جديد (تسلسل ثلاثي النوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي) يرمز لنفس الحمض الأميني مثل كودون النوع البري في هذا الموضع. في بعض الطفرات الصامتة ، أكواد الكودون لحمض أميني مختلف تصادف أن يكون لها نفس خصائص الحمض الأميني المنتج من النوع البري كودون. تتضمن الطفرات الخاطئة استبدالات تؤدي إلى اختلاف وظيفي في الأحماض الأمينية التي يمكن أن تؤدي إلى تغيير أو فقدان وظيفة البروتين. تؤدي الطفرات غير المنطقية ، والتي تعد نوعًا شديدًا من الاستبدال الأساسي ، إلى توقف كودون في موضع لم يكن هناك من قبل ، مما يتسبب في الإنهاء المبكر لتخليق البروتين ، وعلى الأرجح ، فقدان كامل لوظيفة البروتين النهائي .

يتعرف بعض العلماء على نوع آخر من الطفرات ، يسمى طفرة الانزياح الإطارات ، كنوع من الطفرات النقطية. يمكن أن تؤدي طفرات الانزياح في الإطار إلى فقدان شديد للوظيفة وتحدث من خلال إضافة أو حذف قاعدة أو أكثر من قواعد الحمض النووي. في جين ترميز البروتين ، يُطلق على تسلسل الكودونات الذي يبدأ بـ AUG (حيث U هو uracil الأساسي RNA ، الذي يحل محل T أثناء النسخ) وينتهي بكودون إنهاء إطار القراءة. إذا تمت إضافة زوج من النوكليوتيدات إلى هذا التسلسل أو طرحه منه ، فسيتم إزاحة إطار القراءة من تلك النقطة بواسطة زوج نيوكليوتيد واحد ، وسيتم تغيير جميع الكودونات في اتجاه مجرى النهر. ستكون النتيجة بروتينًا يكون قسمه الأول (قبل موقع الطفرة) هو تسلسل الأحماض الأمينية من النوع البري ، متبوعًا بذيل من الأحماض الأمينية التي لا معنى لها وظيفيًا.


استرجاع البيانات

للعمل كنظام لتخزين المعلومات ، يجب أن يتبع الحمض النووي قواعد يمكن التنبؤ بها ، لذلك أظهر الفريق أولاً أنه ، بطريقة مشابهة للقواعد العادية ، تشكل القواعد التركيبية أزواجًا موثوقة. قاموا بإنشاء مئات الجزيئات من الحمض النووي الاصطناعي ووجدوا أن الأحرف مرتبطة بشركائهم بشكل متوقع.

ثم أظهروا أن بنية الحلزونات المزدوجة ظلت مستقرة بغض النظر عن الترتيب الذي كانت عليه القواعد التركيبية. هذا مهم لأنه لكي تتطور الحياة ، يجب أن تكون تسلسلات الحمض النووي قادرة على التغيير دون أن ينهار الهيكل بأكمله. باستخدام حيود الأشعة السينية ، أظهر الفريق أن ثلاثة تسلسلات مختلفة من الحمض النووي الاصطناعي احتفظت بنفس البنية عند التبلور.

يقول فيليب هوليجر ، عالم الأحياء التركيبية في مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج بالمملكة المتحدة ، إن هذا تقدم كبير ، لأن الطرق الأخرى لتوسيع الأبجدية الجينية ليست سليمة من الناحية الهيكلية. بدلاً من المواد الكيميائية التي تستخدم روابط الهيدروجين في الاقتران ، تستخدم هذه الأساليب الأخرى جزيئات مقاومة الماء كقواعد لها. يمكن وضعها على فترات بين الأحرف الطبيعية ، لكن بنية الحمض النووي تتعطل إذا تم وضعها في صف.

أخيرًا ، أظهر الفريق أنه يمكن نسخ الحمض النووي الاصطناعي بأمانة إلى الحمض النووي الريبي. & ldquo إن القدرة على تخزين المعلومات ليست مثيرة جدًا للتطور ، كما يقول Benner. & ldquo يجب أن تكون قادرًا على نقل تلك المعلومات إلى جزيء يقوم بشيء ما. & rdquo

يعد تحويل الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي خطوة أساسية لترجمة المعلومات الجينية إلى بروتينات ، وهي عناصر الحياة. لكن بعض تسلسلات الحمض النووي الريبي ، المعروفة باسم الأبتاميرات ، يمكن أن ترتبط بجزيئات معينة.

أنشأ فريق Benner & rsquos DNA اصطناعيًا يرمز إلى aptamer معين ثم أكد أن النسخ قد حدث وأن تسلسل الحمض النووي الريبي يعمل بشكل صحيح.

يقول هوليغر إن العمل يمثل نقطة انطلاق مثيرة ، ولكن لا يزال هناك مسافة كبيرة يجب قطعها قبل الوصول إلى نظام جيني اصطناعي حقيقي مكون من ثمانية أحرف. سيكون أحد الأسئلة الرئيسية ، على سبيل المثال ، هو ما إذا كان يمكن تكرار الحمض النووي الاصطناعي بواسطة البوليميراز ، وهي الإنزيمات المسؤولة عن تخليق الحمض النووي داخل الكائنات الحية أثناء انقسام الخلية. وقد تم إثبات ذلك في طرق أخرى مثل Romesberg & rsquos ، التي تستخدم قواعد مقاومة الماء.


ما هو العمود الفقري للسكر والفوسفات؟

إذا نظرت إلى الحلزون المزدوج للحمض النووي ، فإنه يشبه سلمًا ملتويًا. تُعرف "جوانب" السلم (أو خيوط الحمض النووي) باسم العمود الفقري للسكر والفوسفات. يتكون هذا العمود الفقري من مجموعات فوسفات وسكر متناوبة ، مع جزيء السكر لنيوكليوتيد واحد مرتبط بمجموعة الفوسفات للنيوكليوتيدات المجاورة.

يرتبط كل سكر بقاعدة نيتروجينية. يتم إنشاء الدرجات التي تربط بين خيوط السكر والفوسفات بواسطة أزواج من القواعد النيتروجينية. تتزاوج هذه القواعد بطرق محددة جدًا: دائمًا ما تتزاوج A مع T و G مع C.


لمزيد من المعلومات حول الكروموسومات:

توفر MedlinePlus Genetics معلومات حول كل كروموسوم بشري مكتوب بلغة عادية.

تتوفر مقدمة أساسية للكروموسومات من المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري.

يقدم مركز تعليم العلوم الوراثية بجامعة يوتا وصفًا للكروموسومات ، بما في ذلك كيف يميزها العلماء عن بعضها.


شكل الحمض النووي

شكل الحمض النووي الأكثر شيوعًا الذي يوضحه الفنانون والعلماء يشبه إلى حد كبير سلمًا ملتويًا. يسمي العلماء هذا الحلزون المزدوج. يطوي الحمض النووي أيضًا ويلف نفسه في أشكال أكثر تعقيدًا. الشكل الملفوف يجعلها صغيرة جدًا. في الواقع ، إنها صغيرة بما يكفي لتناسب بسهولة داخل أي من خلايانا. يعد هذا إنجازًا رائعًا للغاية عندما تكتشف أن الحمض النووي من خلية واحدة ، إذا تم الكشف عنه ، سيمتد إلى طول ستة أقدام (مترين تقريبًا).

يقوم الحمض النووي بأكثر من مجرد تخزين المعلومات. كما أنها قادرة على عمل نسخ من نفسها. للقيام بذلك ، يجب أولاً فك ضغط القواعد النيتروجينية. يتم فصل جميع أزواج "AT" و "GC". ثم يكون للحمض النووي خيطين منفردان. في هذه المرحلة ، يتم عمل أزواج جديدة ، جنبًا إلى جنب مع العمود الفقري الجديد للفوسفات ، لإنشاء نسختين جديدتين من الحمض النووي. ثم يتزاوج كل خيط مفرد مع قاعدة تكميلية صحيحة لإنشاء قطعة جديدة من الحمض النووي مزدوج الشريطة. ستتطابق النسخ لأن أزواج "A" فقط مع "T" وأزواج "G" فقط مع "C".