استقلاب الحمض النووي

كجزء من استقلاب الحمض النووي يتعلق الأمر ببناء وتفكك الأحماض النووية DNA و RNA. كلا الجزيئين لهما مهمة تخزين المعلومات الجينية. يمكن أن تؤدي الاضطرابات في تخليق الحمض النووي إلى حدوث طفرات وبالتالي إلى تغييرات في المعلومات الجينية.

ما هو استقلاب الحمض النووي؟

يضمن استقلاب الحمض النووي تكوين وتفكك حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يقوم الحمض النووي بتخزين المعلومات الجينية بالكامل في نواة الخلية لفترة طويلة. الحمض النووي الريبي هو المسؤول بدوره عن تخليق البروتين وبالتالي ينقل المعلومات الجينية إلى البروتينات.

يتكون كل من DNA و RNA من قواعد نووية وسكر وبقايا فوسفات. يرتبط جزيء السكر ببقايا الفوسفات عن طريق الأسترة ويرتبط بمتبقي فوسفات. تتشكل سلسلة من مركبات الفوسفات والسكر المتكررة ، والتي ترتبط بها القاعدة النووية بالسكر على كل جانب.

بالإضافة إلى حمض الفوسفوريك والسكر ، تتوفر خمسة قواعد نووية مختلفة لتخليق الحمض النووي الريبي النووي والحمض النووي الريبي. تنتمي قاعدتا النيتروجين ، الأدينين والجوانين إلى مشتقات البيورين ، وقاعدتا النيتروجين هما السيتوزين والثايمين تنتمي إلى مشتقات البيريميدين.

في الحمض النووي الريبي ، تم استبدال الثايمين باليوراسيل ، والذي يتميز بمجموعة CH3 إضافية. يشار إلى قاعدة النيتروجين في الوحدة الهيكلية وبقايا السكر وبقايا الفوسفات باسم نوكليوتيد. في الحمض النووي ، يتكون هيكل حلزون مزدوج من جزيئين من الحمض النووي ، مرتبطين ببعضهما البعض بواسطة روابط هيدروجينية لتشكيل حبلا مزدوج. يتكون الحمض النووي الريبي من خيط واحد فقط.

الوظيفة والمهمة

يعتبر استقلاب الحمض النووي ذا أهمية كبيرة لتخزين ونقل الشفرة الجينية. يتم تخزين المعلومات الجينية في البداية في الحمض النووي من خلال تسلسل قواعد النيتروجين. يتم ترميز المعلومات الجينية للحمض الأميني عبر ثلاثة نيوكليوتيدات متتالية. تخزن الثلاثيات الأساسية المتتالية المعلومات حول بنية سلسلة بروتين معينة. يتم تعيين بداية ونهاية السلسلة بواسطة إشارات لا ترمز للأحماض الأمينية.

التوليفات المحتملة من القواعد النووية والأحماض الأمينية الناتجة كبيرة للغاية ، بحيث لا توجد كائنات متطابقة وراثيًا باستثناء التوائم المتطابقة.

من أجل نقل المعلومات الجينية إلى جزيئات البروتين المراد تصنيعها ، يتم تشكيل جزيئات الحمض النووي الريبي أولاً. يعمل الحمض النووي الريبي كمرسل للمعلومات الجينية ويحفز تخليق البروتينات. الفرق الكيميائي بين RNA و DNA هو أنه بدلاً من deoxyribose ، يرتبط ريبوز السكر بجزيئه. علاوة على ذلك ، تم استبدال الثايمين بقاعدة النيتروجين باليوراسيل.

تتسبب بقايا السكر الأخرى أيضًا في انخفاض الاستقرار وطبيعة الحمض النووي الريبي أحادية الجديلة. يحمي الخيط المزدوج في الحمض النووي المعلومات الجينية من التغييرات. يرتبط جزيئين من الحمض النووي ببعضهما البعض عبر روابط هيدروجينية. ومع ذلك ، هذا ممكن فقط مع قواعد النيتروجين التكميلية. في الحمض النووي يمكن أن يكون هناك فقط أزواج قاعدية الأدينين / الثايمين أو الجوانين / السيتوزين.

عندما ينقسم الخيط المزدوج ، يتشكل الخيط التكميلي مرارًا وتكرارًا. على سبيل المثال ، إذا كان هناك تغيير في القاعدة النووية ، فإن بعض الإنزيمات المسؤولة عن إصلاح الحمض النووي تتعرف على العيب الموجود في القاعدة التكميلية. عادة ما يتم استبدال قاعدة النيتروجين المتغيرة بشكل صحيح. هذه هي الطريقة التي يتم بها تأمين الشفرة الجينية. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، يمكن أن ينتقل خطأ نتيجة طفرة.

بالإضافة إلى DNA و RNA ، هناك أيضًا أحاديات نيوكليوتيدات مهمة تلعب دورًا رئيسيًا في استقلاب الطاقة. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، ATP و ADP. ATP هو أدينوسين ثلاثي الفوسفات. يحتوي على بقايا الأدينين والريبوز وبقايا ثلاثي الفوسفات. يوفر الجزيء الطاقة ، وعندما يتم إطلاق الطاقة ، يتحول إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين ، حيث يتم فصل بقايا الفوسفات.

الامراض والاعتلالات

إذا حدثت اضطرابات أثناء استقلاب الحمض النووي ، يمكن أن تحدث الأمراض. يمكن أن تحدث أخطاء في بنية الحمض النووي ، وفي هذه الحالة يتم استخدام القاعدة النووية الخاطئة. حدوث طفرة. يمكن أن تحدث التغييرات في قواعد النيتروجين من خلال التفاعلات الكيميائية مثل نزع الأمين. هنا ، يتم استبدال مجموعات NH2 بـ O = المجموعات.

عادة ، لا تزال الشفرة مخزنة في الحمض النووي بواسطة الخيط التكميلي ، بحيث يمكن لآليات الإصلاح أن ترتد إلى قاعدة النيتروجين التكميلية لتصحيح الخطأ. ومع ذلك ، في حالة التأثيرات الكيميائية والفيزيائية الهائلة ، يمكن أن تظهر العديد من العيوب بحيث يمكن أحيانًا إجراء تصحيحات غير صحيحة.

في معظم الأوقات ، تحدث هذه الطفرات في أماكن أقل صلة في الجينوم بحيث لا نخشى أي آثار. ومع ذلك ، إذا حدث خطأ في منطقة مهمة ، يمكن أن يؤدي إلى تغيير خطير في التركيب الجيني مع آثار هائلة على الصحة.

غالبًا ما تكون الطفرات الجسدية هي سبب الأورام الخبيثة. هذه هي الطريقة التي تتطور بها الخلايا السرطانية كل يوم. كقاعدة عامة ، يتم تدميرها على الفور بواسطة جهاز المناعة. ومع ذلك ، إذا تم تشكيل العديد من الطفرات نتيجة لتأثيرات كيميائية أو فيزيائية قوية (مثل الإشعاع) أو آلية إصلاح معيبة ، يمكن أن يتطور السرطان. الأمر نفسه ينطبق على جهاز المناعة الضعيف.

ومع ذلك ، يمكن أن تتطور أمراض مختلفة تمامًا أيضًا في سياق استقلاب الحمض النووي. عندما يتم تكسير القواعد النووية ، يتم تكوين بيتا ألانين القابل لإعادة الاستخدام بالكامل من قواعد بيريميدين. يتكون حمض البوليك الضعيف الذوبان من قواعد البيورين. يجب على البشر أن يفرزوا حمض البوليك في البول. إذا كانت إنزيمات إعادة استخدام حمض البوليك لبناء قواعد البيورين مفقودة ، يمكن أن يرتفع تركيز حمض البوليك إلى حد أن بلورات حمض البوليك تترسب في المفاصل ويتطور النقرس.