ماهو الحمض النووي

تم اكتشاف الحمض النووي (DNA) لأول مرة في عام 1869، وبعد عدة دراسات تبين أنه يتكون من سلسلة طويلة من جزيئات تُعرف بالنيوكليوتيدات حيث يحتوي كل نيوكليوتيد على مجموعة من الفوسفات والسكر وقاعدة نيتروجين وتنقسم قاعدة النيتروجين لـ أربعة أنواع الأدينين (A)، الثايمين (T)، الجوانين (G) والسيتوزين (C) ويؤدي ترتيب هذه القواعد التعليمات الموجودة في الحمض النووي.

ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها لتشكيل خيطين طويلين حتى يتكون حلزون مزدوج على شكل سلم فتترتب جزيئات الفوسفات والسكر على الجوانب بينما ستكون القواعد هى درجات السلم، كما أن جزيئات الحمض النووي تكون طويلة جدًا، فلا يمكن وضعها في الخلايا بهذا الشكل فيجب أن تتناسب داخل الخلايا لذلك، يتم لف الحمض النووي بإحكام لتشكيل هياكل تسمى بـ الكروموسومات، حيث يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA واحد، ويمتلك الفرد الواحد منها 23 زوجًا من الكروموسومات وتوجد داخل نواة الخلية. [1]

انزيمات تضاعف DNA

تقوم بعض الإنزيمات في نسخ تسلسل الحمض النووي وتسمى بـ البوليمير وذلك بإستخدام خيط واحد كقالب، كما يتطلب تكرار الحمض النووي إلى إنزيمات أخرى بالإضافة إلى بوليميراز الحمض النووي، حيث تحتاج الخلايا إلى نسخ الحمض النووي الخاص بها بسرعة كبيرة بدون أخطاء أو حتى بأخطاء لكن قليلة جدًا ويستخدمون لهذا الأمر مجموعة متنوعة من الإنزيمات والبروتينات والتي تعمل معًا للتأكد من إجراء تكرار الحمض النووي بسلاسة ودقة.

بوليميريز الحمض النووي

إذ تسائلنا حول

كيف تحدث عملية تضاعف DNA

فإن أحد الجزيئات الأساسية في تضاعف الحمض النووي هو إنزيم بوليميراز لأن بوليميرات الحمض النووي هى المسؤولة عن تخليق الحمض النووي فهى تضيف النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى إلى سلسلة الحمض النووي المتكونة وتضم المعلومات المكملة للقالب فقط.

سمات بوليميراز الحمض النووي

يحتاجوا دائمًا إلى قالب
يمكنهم إضافة النيوكليوتيدات فقط إلى الطرف 3 من خيط DNA
لا يمكنهم تخليق سلسلة DNA من البداية، لكن يحتاجون إلى سلسلة موجودة مسبقًا بالفعل لإكمالها
يقوموا بدقة من عملهم وإزالة النيوكليوتيدات الخاطئة التي تمت إضافتها عن طريق الخطأ إلى السلسلة

وتعد الإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي أربعة إنزيمات هى : Helicase، Gyrase Primase، بوليميراز الحمض النووي III وهو إنزيم تخليق الحمض النووي الرئيسي، بوليميراز الحمض النووي I ويقوم باستبدال بادئات RNA بالحمض النووي.

دور الانزيمات في تضاعف DNA

Gyrase DNA

هو إنزيم ينتمي لفئة topoisomerase، يعمل الإنزيم على التفاف فائق للحمض النووي عن طريق حلقة القالب من أجل تكوين تقاطع من ثم يقطع إحدى الحلزونات المزدوجة ويغير رقم الربط لـ اثنين في جميع الخطوات الإنزيمية، تم العثور على هذا الإنزيم أيضًا في البلاستيدات حقيقية النواة مثال على ذلك تم العثور عليه في Apicoplast لطفيل كائن الملاريا بالإضافة إلى البلاستيدات الخضراء في عدد كبير من النباتات.

Helicase DNA

وظيفة هذا الإنزيم ضرورية جداً في نسخ الجينوم للحمض النووي وإصلاحه وإعادة تركيبه بدقة، بالإضافة إلى أنه يسهل من عمليات التمثيل الغذائي للـ RNA كالنسخ وتكوين الريبوسوم فضلاً عن ربط وتحرير ونقل الحمض النووي الريبي.

Primase DNA

إنزيم Primase هو إنزيم مشترك في تضاعف الحمض النووي وهو نوع من البوليميريز للحمض النووي الريبي، كما يعمل على تحفيز تخليق جزء من الحمض النووي الريبي أو الـ DNA في عدد من الكائنات الحية، على سبيل المثال يقوم إنزيم نوكلياز الذي يعمل على تحلل الـ DNA بإزالة قطعة RNA من ثم يقوم primase بإعادة ملئها مرة أخرى.

بوليميراز الحمض النووي III

أما إنزيم DNA polymerase III المعروف ببوليميراز الحمض النووي هو إنزيم أساسي يشارك في تضاعف الحمض النووي بدائية النواة، حيث قام توماس كورنبرغ ومالكولم جيفتر في عام 1970باكتشافه، يستطيع الإنزيم بتجهيز عدد النيوكليوتيدات المضافة لأي حدث كما يعمل على تكرار جينوم الإشريكية القولونية، ولديه أيضًا قدرة على تصحيح أخطاء النسخ.

بوليميراز الحمض النووي I

بوليميريز الحمض النووي I والمعروف أيضًا بـ ( Pol I) هو إنزيم يدخل في عملية تضاعف ونسخ الحمض النووي لبدائيات النوى، تم اكتشافه ببواسطة العالم آرثر كورنبرغ في عام 1956، حيث كان أول نوع معروف من أنواع البوليميراز، كما يعد كإنزيم معالج حيث يتمكن من تحفيز البلمرة المتعددة بالتسلسل أما وظيفته الفسيولوجية تتمثل في إصلاح أي تلف بالحمض النووي. [2]

أين يوجد الحمض النووي

يتوقف مكان تواجد الحمض النووي على نوع الكائن الحيء، فإذا كان الكائن الحي من بدائيات النوى مثل البكتيريا فيتواجد الحمض النووي في سيتوبلازم الخلية، ويختلف ذلك أيضاً في حقيقيات النوى مثل النباتات والحيوانات والإنسان فيتم تخزين معظم الحمض النووي لحقيقيات النوى في واحدة من العضيات والتي تسمى بالنواة.[3]

حقائق عن الحمض النووي

يتكون الحمض النووي عن طريق أربع كتل بناء فقط وهى النيوكليوتيدات، الأدينين والجوانين والثايمين والسيتوزين.
يشكل جزيء الحمض النووي حلزونًا مزدوجًا، حيث يتكون العمود الفقري للحلزون من الفوسفات والسكر (deoxyribose) بينما تتداخل النيوكليوتيدات معًا في الجزء الداخلي من اللولب.
يتواجد الحمض النووي البشري في 23 زوجًا من الكروموسومات ليصبح المجموع 46 كروموسومًا.
الجينات جزء من الحمض النووي ويرمز لها بالبروتينات، فلدى البشر ما بين 20000 و 25000 جين، لكنها مسؤولة فقط عن 3٪ من الحمض النووي.
الحلزون المزدوج هو الشكل الأكثر شيوعًا للحمض النووي، لكنه ليس الشكل الوحيد.
التوائم المتطابقة لها نفس الحمض النووي ومع ذلك، لا يبدو التوائم متماثلين تمامًا لأن خيارات البيئة ونمط الحياة تؤثر على التعبير الجيني.
كل إنسان يتشارك في 99.9٪ من حمضه النووي مع أي إنسان آخر.
إذا تم وضع كل جزيئات الحمض النووي في الجسم من البداية إلى النهاية، سيصل الحمض النووي من الأرض إلى الشمس ويعود أكثر من 600 مرة.
يتشارك البشر في 60٪ من الجينات مع ذباب الفاكهة ومن المعروف أن ثلثي هذه الجينات مرتبطة بالسرطان.
يتشارك الإنسان في 98.7٪ من حمضه النووي مع الشمبانزي.
إذا كان بإمكانك كتابة 60 كلمة في الدقيقة لمدة ثماني ساعات في اليوم فسيستغرق الأمر حوالي 50 عامًا لكتابة الجينوم البشري.
الحمض النووي جزيء هش، فيحدث له كثير من الأخطاء ألف مرة في اليوم.
يمكن أن تشمل أخطاء الحمض النووي أثناء النسخ أو التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية أو أي مجموعة من الأنشطة الأخرى.
توجد العديد من آليات إصلاح الحمض النووي ولكن لا يتم إصلاح بعض الأضرار مما يعني احتمالية حدوث طفرات.
لا تسبب بعض الطفرات أي ضرر بل وبعضها مفيد، بينما يمكن أن تسبب الطفرات الأخرى أمراضًا خطيرة جداً مثل السرطان.
يمكن أن تسمح تقنية “كريسبر” بتعديل الجينوم مما قد يؤدي إلى علاج طفرات مثل مرض السرطان ومرض الزهايمر وأي مرض ناتج عن الوراثة.
الجينوم البشري طويل جدًا [4]