ما هي القواعد النيتروجينية

القواعد النيتروجينية عبارة عن جزيئات عضوية تحتوي على بنية حلقية تتضمن كلاً من ذرات الكربون والنيتروجين ويمكن أن تعمل كقاعدة في التفاعلات الكيميائية، حيث يعمل الزوج الوحيد من الإلكترونات على إحدى ذرات النيتروجين كقاعدة لويس، القادرة على التبرع بزوج من الإلكترونات في تفاعل كيميائي، وتسمى القواعد النيتروجينية أحيانًا أيضًا القواعد النووية.

تأتي القواعد النيتروجينية في شكلين، البيورينات والبيريميدين، البيورينات عبارة عن قواعد نيتروجينية لها حلقتان مدمجتان معًا والبيريميدينات عبارة عن قواعد نيتروجينية لها حلقة واحدة فقط، في كلتا الحالتين، تتكون الحلقة أو الحلقات من ذرات الكربون والنيتروجين مع ذرات الهيدروجين أو عناصر أخرى أو مجموعات وظيفية مرتبطة بذرات الكربون والنيتروجين المختلفة، وتشمل البيورينات القواعد النيتروجينية الأدينين والجوانين، أما البيريميدين فيشمل الثايمين والسيتوزين واليوراسيل، وتكون القواعد النيتروجينية في DNA.

أهمية القواعد النيتروجينية

القواعد النيتروجينية مهمة بشكل خاص في علم الأحياء لأنها مكونات أساسية للنيوكليوتيدات “اللبنات الأساسية للمعلومات الجينية مثل DNA و RNA”، تحتوي معلوماتنا الجينية على جميع التعليمات لخلايانا لبناء الهياكل والعمل في الجسم، يمكن أن يكون للتغييرات في تسلسل القاعدة النيتروجينية عواقب وخيمة على كل من الخلية والكائن الحي، هذه التغييرات، المعروفة باسم الطفرات، هي سبب العديد من الأمراض الوراثية، مثل السرطان.[1]

كيف يتم ترتيب القواعد النيتروجينية في DNA

جميع الكائنات الحية على الأرض، بكل تنوعها وتعقيدها، مبنية أساسًا من نفس اللبنات الأساسية ” القواعد النيتروجينية “، وهي مرتبة بعدد لا يحصى من الطرق المختلفة، حيث يوجد الحمض النووي الخاص بنا، في نواة كل خلية تقريبًا في أجسامنا (هناك استثناءات قليلة ، مثل خلايا

الدم

الحمراء ، التي لا تحتوي على نواة)، والحمض النووي جزيء طويل، يتكون من الكثير من الوحدات الأصغر، ولصنع جزيء DNA تحتاج إلى القواعد النيتروجينية ” الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G)، يوراسيل (U)” وهم مرتبين كالأتي:

أدينين

الأدينين هو قاعدة نيتروجينية ممثلة بالرمز A في DNA و RNA، وهي عبارة عن قاعدة بيورين وتحتوي على حلقتين نيتروجينيتين مدمجتين معًا، الصيغة الكيميائية للأدينين هي C5H5N5، حيث يرتبط الأدينين بجزيء

السكر

في النيوكليوتيدات من خلال 1 ‘كربون على الريبوز أو الديوكسيريبوز، ويحتوي الأدينين على موقعي ربط يسمحان له بتكوين روابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات التكميلية.

جوانين

الجوانين هو قاعدة نيتروجينية ممثلة بالرمز G في DNA و RNA، الجوانين هو أيضًا قاعدة بيورين ويحتوي على حلقتين نيتروجينيتين مدمجتين معًا، الصيغة الكيميائية للجوانين هي C5H5N5O، يشبه الجوانين في تركيبه الأدينين، ومع ذلك، فهو يحتوي على مجموعة كربونيل بدلاً من مجموعة أمين ومجموعة أمين بدلاً من ذرة هيدروجين كبدائل في الحلقة الأكبر، كما يحتوي الجوانين على ثلاثة مواقع ربط، مما يسمح له بتكوين روابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات التكميلية.

ثايمين

الثايمين هو قاعدة نيتروجينية بيريميدين توجد فقط في الحمض النووي، يتم تمثيله بالرمز T في DNA، الصيغة الكيميائية للثيمين هي C5H6N2O2، على عكس الأدينين والجوانين، فإن الثايمين عبارة عن بيريميدين وبالتالي له حلقة واحدة فقط، يُعرف الثايمين أحيانًا باسم 5-methyl uracil لأنه يحتوي على مجموعة ميثيل تحل

محل

ذرة الهيدروجين، ولها موقعان للربط وبالتالي يمكنها تكوين روابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات التكميلية.

سيتوزين

السيتوزين (C4H5N3O) هو أيضًا قاعدة بيريميدين ويوجد في كل من DNA و RNA، في هذه الجزيئات، فهي تتمثل بالرمز C ، بصفته بيريميدين، يحتوي السيتوزين أيضًا على بنية حلقة واحدة فقط، ولديه ثلاثة مواقع ربط لتشكيل روابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات التكميلية.

يوراسيل

اليوراسيل هو قاعدة بيريميدين التي تستخدم في الحمض النووي الريبي بدلا من الثايمين، يُشار إلى اليوراسيل بالحرف U في RNA وهو بيريميدين، وبالتالي، فهو يحتوي على حلقة واحدة فقط، لها الصيغة الكيميائية C4H4N2O2، كما أن له موقعان محتملان للربط يسمحان له بتكوين روابط هيدروجينية ذات قواعد تكميلية.

القواعد النيتروجينية وتكوين الحمض النووي

إذا أخذت إحدى القواعد النيتروجينية السابقة ووضعتها مع جزيء سكر وجزيء فوسفات، تحصل على قاعدة نوكليوتيد، حيث تربط جزيئات السكر والفوسفات قواعد النوكليوتيدات معًا لتشكيل خيط واحد من الحمض النووي، ثم يلتف اثنان من هذه الخيوط حول بعضهما البعض، مما يجعل شكل السلم الملتوي للحلزون المزدوج للحمض النووي، تقترن قواعد النوكليوتيدات لتكوين درجات من السلم، بينما تصنع جزيئات السكر والفوسفات الجوانب، والقواعد لها أشكال مختلفة وتقترن معًا في مجموعات محددة: أزواج A مع T ، وأزواج C مع G لعمل أزواج أساسية.

ضع ثلاثة مليارات من أزواج القواعد هذه معًا بالترتيب الصحي، وستحصل على مجموعة كاملة من الحمض النووي البشري، والجينوم البشري، يصل طول هذا الجزيء من DNA حوالي متر، ويكون هناك نسختان من الجينوم، واحدة من والدك والأخرى من والدتك، ويتم تقطيع التسلسل الذي يبلغ طوله مترًا ، ثم يتم تعبئتها بإحكام على شكل كروموسومات في كل خلية من الخلايا المجهرية.

إن تسلسل زوج قاعدة الحمض النووي لجميع الناس متطابق تقريبًا – وهذا ما يجعلنا جميعًا بشرًا – ومع ذلك، هناك اختلافات صغيرة في ترتيب ستة مليارات زوج قاعدي في الحمض النووي لكل شخص والتي تسبب الاختلافات التي نراها في لون الشعر ولون العين وشكل

الأنف

وما إلى ذلك، ولا يوجد شخصان لهما نفس تسلسل الحمض النووي بالضبط، لكن تعتبر التوائم المتطابقة استثناءً قليلاً لهذه القاعدة، لأنها أتت من بويضة واحدة تنقسم إلى اثنتين، وتشكل نسختين من نفس الحمض النووي، ومع ذلك، في حين أن تسلسلات الحمض النووي هذه قد تكون متطابقة، فإن التعديلات على كيفية “قراءة” تسلسل الحمض النووي يمكن أن تغير كيفية التعبير عن الجينات بين التوائم المتماثلة، خاصة مع تقدمهم في السن.[2]

احتواء الجينات على معلومات لصنع البروتينات

داخل الجين، تتم قراءة الأزواج الأساسية في مجموعات من ثلاثة وتسمى هذه المجموعات بالرموز، استنادًا إلى تسلسل الرموز، يتم ربط الأحماض الأمينية معًا في سلاسل تسمى بوليبيتيدز، والتي تقوم بعد ذلك بترتيب نفسها أو دمجها معًا لبناء البروتينات.

تبني البروتينات (و RNA ) جميع الهياكل الحية بالإضافة إلى العمل كمحفزات (إنزيمات) تتحكم في التفاعلات الكيميائية الحيوية، تبني البروتينات الأنسجة، وتبني الأنسجة الأعضاء التي يتكون منها الجسم، تحتوي الجينات التي تحدد لون العين البنية، على سبيل المثال، على تعليمات للخلايا الموجودة في قزحية العين لتصنيع البروتينات التي تصنع أصباغ بنية اللون، قد يؤدي تسلسل مختلف من القواعد إلى تهجئة

رسالة

مختلفة، مما يؤدي إلى تكوين بروتينات مختلفة مما يؤدي إلى ظهور عيون زرقاء، بدلاً من تهجئة جملة مختلفة باستخدام نفس الأحرف الأبجدية.