معلومة

نص / ملاحظات أساسية حول بنية الحمض النووي (لغير علماء الأحياء)


أنا طالب خريج رياضيات أبحث في نظرية العقدة ، وقد اكتشفت مؤخرًا أن هناك علاقة بين نظرية العقدة وبنية الحمض النووي (إذا فهمت بشكل صحيح ، عندما تعيد خيوط الحمض النووي تجميعها ، فإنها تفعل ذلك بطريقة مشابهة لما يعرف باسم علاقات الخيوط في نظرية العقدة ، لذلك يمكن تطبيق أدوات من نظرية العقدة على أبحاث الحمض النووي).

المشكلة هي أنه ليس لدي أي خلفية تقريبًا في علم الأحياء ، لذلك من الصعب بالنسبة لي أن أفهم بالضبط كيف يعيد الحمض النووي حزمًا وماذا يحدث على المستوى الجزيئي.

هل يمكن لأي شخص أن يقترح نصًا أساسيًا (ويفضل ألا يكون طويلاً جدًا) يعطي مقدمة عن بنية الحمض النووي؟ لديّ بعض الخلفية الأساسية في الكيمياء العضوية ، وأنا لا أتطلع حقًا إلى فهم الموضوع تمامًا ، فقط لتصور ما يجري حتى أتمكن من رؤية التشابه مع النظرية الرياضية.

شكرا لك مقدما!


هذا موضوع خاص ، أفترض أنك بحثت عن عناصر Watson و Crick الأساسية.

ربما يكون الحمض النووي أقرب إلى اهتماماتك ويحتاج إلى صيانة مستمرة لمقدار اللف للحفاظ على ترتيبها بشكل صحيح.

أود أن أنظر إلى الأيزوميراز العلوي وأوريغامي الحمض النووي لتبدأ.

إن الإنزيمات Topoisomerases هي فئة من الإنزيمات التي تساعد الحمض النووي على التكتل والانتهاء إلى الأشكال المدمجة للكروموسوم عندما يتم لفه إلى ملفات لولبية في الكروماتين ثم الاسترخاء في الأشكال الأكثر مرونة عندما يكون مفكوكًا.

اوريغامي DNA هو مجال للدراسة يستخدم الحمض النووي كقالب تجميع ذاتي لصنع هياكل ثلاثية الأبعاد.

ربما هذا يساعد؟ اسمحوا لي أن أعرف إذا كان يمكننا تضييق نطاق تفاصيل اهتماماتك.


يمكننا مساعدتك أكثر إذا شرحت كيف يشبه الحمض النووي علاقات Skein أو ، على العكس من ذلك ، يشرح ما هي علاقات Skein حتى نتمكن من فهم كيفية تشابهها مع الحمض النووي.

كما هو الحال دائمًا ، سيكون أفضل الموارد وأكثرها سهولة هو كتاب نصي جامعي. أود أن أوصي ألبرتس ، على ما أذكر ، أنه يشرح هذا الموضوع جيدًا.

إذا كنت تبحث عن شيء مرئي أكثر قليلاً ، فقد وجدت بعض الأشياء اللطيفة (انقر فوق الصورة ليتم نقلها إلى مصدرها):


أساسيات علم الأحياء

رسم توضيحي يوضح التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي (الصورة مقدمة من المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري).

مدرس (ق)

مستوى


مدرس (ق)

كما تم تدريسه في

رقم الدورة

ملاحظات المحاضرة ، عمل الطالب


العقيدة المركزية: يشفر DNA الحمض النووي الريبي RNA يشفر البروتين

تدفق المعلومات الجينية في الخلايا من توصف العقيدة المركزية DNA إلى mRNA إلى البروتين (الشكل 9.14) ، الذي ينص على أن الجينات تحدد تسلسل mRNAs ، والتي بدورها تحدد تسلسل البروتينات.

الشكل 9.14 تنص العقيدة المركزية على أن الحمض النووي يشفر الحمض النووي الريبي ، والذي بدوره يشفر البروتين.

يعد نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبوزي منقوصًا (mRNA) أمرًا سهلاً نسبيًا ، مع إضافة نيوكليوتيد واحد إلى خيط الرنا المرسال لكل نيوكليوتيد تكميلي يُقرأ في خيط الحمض النووي. تعتبر الترجمة إلى البروتين أكثر تعقيدًا لأن مجموعات من ثلاثة نيوكليوتيدات mRNA تتوافق مع حمض أميني واحد من تسلسل البروتين. ومع ذلك ، كما سنرى في الوحدة التالية ، فإن الترجمة إلى البروتين لا تزال منتظمة ، بحيث تتوافق النيوكليوتيدات من 1 إلى 3 مع الأحماض الأمينية 1 ، والنيوكليوتيدات من 4 إلى 6 تتوافق مع الأحماض الأمينية 2 ، وهكذا.


نص أساسي / ملاحظات حول بنية الحمض النووي (لغير علماء الأحياء) - علم الأحياء

هذه الصفحة ، التي تبحث في بنية الحمض النووي ، هي الأولى في سلسلة من الصفحات تؤدي إلى كيفية تكرار الحمض النووي (يصنع نسخًا) نفسه ، ثم إلى كيفية استخدام المعلومات المخزنة في الحمض النووي لصنع جزيئات البروتين. هذه المادة موجهة للأطفال من سن 16 إلى 18 عامًا كيمياء الطلاب. إذا كنت مهتمًا بهذا من وجهة نظر بيولوجية أو كيميائية حيوية ، فقد تجد هذه الصفحات مقدمة مفيدة قبل أن تحصل على مزيد من المعلومات في مكان آخر.

ملحوظة: إذا كنت تمارس علم الأحياء أو الكيمياء الحيوية وتهتم بمزيد من التفاصيل ، يمكنك تنزيل ملف pdf مفيد جدًا حول الحمض النووي من جمعية الكيمياء الحيوية.

يجب على طلاب الكيمياء في المستوى الأول بالمملكة المتحدة (أو ما يعادلها) ليس إضاعة الوقت في هذا. تمت كتابة الكتيب لطلاب علم الأحياء من المستوى A ، ويخوض في تفاصيل أكثر بكثير مما ستحتاج إليه لأغراض الكيمياء.

نظرة سريعة على التركيب الكامل للحمض النووي

في هذه الأيام ، يعرف معظم الناس الحمض النووي باعتباره جزيءًا معقدًا يحمل الشفرة الجينية. قد سمع معظمهم أيضًا عن الحلزون المزدوج الشهير.

سأبدأ برسم تخطيطي للهيكل بأكمله ، ثم سأفصله عن بعض لأرى كيف يتناسب جميعًا معًا. يُظهر الرسم البياني جزءًا صغيرًا من الحلزون المزدوج للحمض النووي.

ملحوظة: يأتي هذا الرسم البياني من المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. يمكنك رؤيته في سياقه الأصلي باتباع هذا الرابط إذا كنت مهتمًا.

عادةً ما أفضل رسم المخططات الخاصة بي ، لكن برنامج الرسم الخاص بي ليس معقدًا بما يكفي لإنتاج مقنع ومقتطفات ملتوية ومثل.

استكشاف سلسلة الحمض النووي

السكريات في العمود الفقري

يعتمد العمود الفقري للحمض النووي على نمط متكرر لمجموعة السكر ومجموعة الفوسفات. الاسم الكامل للحمض النووي ، حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، يعطيك اسم السكر الموجود - ديوكسيريبوز.

Deoxyribose هو شكل معدل من سكر آخر يسمى الريبوز. سأقدم لكم هيكل ذلك أولاً ، لأنكم ستحتاجونه لاحقًا على أي حال. الريبوز هو السكر الموجود في العمود الفقري للحمض النووي الريبي ، الحمض النووي الريبي.

يفتقد هذا الرسم البياني ذرات الكربون في الحلقة للتوضيح. كل زاوية من الزوايا الأربع حيث لا توجد ذرة معروضة بها ذرة كربون.

تخرج الخطوط الأثقل من الشاشة أو الورقة نحوك. بعبارة أخرى ، أنت تنظر إلى الجزيء من فوق مستوى الحلقة قليلاً.

إذن هذا ريبوز. Deoxyribose ، كما يوحي الاسم ، هو ريبوز فقد ذرة أكسجين - & quotde-oxy & quot.

الشيء الآخر الوحيد الذي تحتاج لمعرفته حول الديوكسيريبوز (أو الريبوز ، لهذه المسألة) هو كيفية ترقيم ذرات الكربون في الحلقة.

يُعطى الرقم 1 لذرة الكربون على يمين الأكسجين كما رسمنا الحلقة ، ثم تعمل حول الكربون الموجود على CH2المجموعة الجانبية OH وهي رقم 5.

ستلاحظ أن كل رقم به شرطة صغيرة بجانبه - 3 'أو 5' ، على سبيل المثال. إذا كان لديك ريبوز أو ديوكسيريبوز بمفرده ، فلن يكون ذلك ضروريًا ، ولكن في الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، ترتبط هذه السكريات بمركبات الحلقة الأخرى. يتم إعطاء ذرات الكربون الموجودة في السكريات شرطات صغيرة بحيث يمكن تمييزها عن أي أعداد تُعطى للذرات في الحلقات الأخرى.

تقرأ 3 'أو 5' كـ & quot3-prime & quot أو & quot5-prime & quot.

إرفاق مجموعة فوسفاتية

الجزء المكرر الآخر من العمود الفقري للحمض النووي هو مجموعة الفوسفات. ترتبط مجموعة الفوسفات بجزيء السكر بدلاً من مجموعة -OH على الكربون 5 '.

ملحوظة: قد تجد إصدارات أخرى من هذا بدرجات متفاوتة من التأين. قد تجد هيدروجينًا مرتبطًا بدلاً من وجود شحنة سالبة على أحد الأكسجين ، أو الهيدروجين الذي تمت إزالته من مجموعة OH العلوية لترك أيون سالب هناك أيضًا.

لا أريد أن أتورط في هذا. النسخة التي أستخدمها جيدة لأغراض الكيمياء ، وستجعل من السهل رؤية كيفية تجميع العمود الفقري للحمض النووي معًا. سنقوم قريبًا بتبسيط كل هذا على أي حال!

إرفاق قاعدة وعمل أ النوكليوتيدات

القطعة الأخيرة التي نحتاج إلى إضافتها إلى هذا الهيكل قبل أن نتمكن من بناء خيط DNA هي واحدة من أربع قواعد عضوية معقدة. في الحمض النووي ، هذه القواعد السيتوزين (ج), الثايمين (T), الأدينين (أ) و جوانين (G).

ملحوظة: هذه تسمى & quotbases & quot لأن هذا هو بالضبط ما هي عليه من الناحية الكيميائية. لديهم أزواج وحيدة على النيتروجين وبالتالي يمكنهم العمل كمانحين لزوج الإلكترون (أو يقبلون أيونات الهيدروجين ، إذا كنت تفضل التعريف الأبسط). لا يتعلق هذا بشكل خاص بوظيفتها في الحمض النووي ، ولكن يشار إليها دائمًا على أنها قواعد على أي حال.

هذه القواعد تعلق في مكان مجموعة -OH على 1 'ذرة كربون في حلقة السكر.

ما أنتجناه معروف باسم a النوكليوتيدات.

نحتاج الآن إلى إلقاء نظرة سريعة على القواعد الأربع. إذا كنت بحاجة إلى هذه في امتحان الكيمياء على هذا المستوى ، فمن شبه المؤكد أنه سيتم منحك الهياكل.

هنا هياكلهم:

تظهر ذرات النيتروجين والهيدروجين الموضحة باللون الأزرق على كل جزيء مكان انضمام هذه الجزيئات إلى الديوكسيريبوز. في كل حالة ، يُفقد الهيدروجين مع مجموعة -OH على ذرة كربون 1 من السكر. هذا تفاعل تكثيف - جزيئين يتحدان مع فقدان جزيء صغير (ليس بالضرورة ماء).

على سبيل المثال ، هذا ما سيبدو عليه النوكليوتيدات المحتوية على السيتوزين:

ملحوظة: لقد قلبت السيتوزين أفقيًا (مقارنة بهيكل السيتوزين الذي قدمته سابقًا) بحيث يتناسب بشكل أفضل مع الرسم التخطيطي. يجب أن تكون مستعدًا لتدوير هذه الهياكل أو قلبها إذا لزم الأمر.

ربط النيوكليوتيدات في خيط DNA

خيط الحمض النووي هو ببساطة سلسلة من النيوكليوتيدات مرتبطة ببعضها البعض. يمكنني أن أوضح كيف يحدث هذا بشكل جيد من خلال الرجوع إلى مخطط أبسط وعدم القلق بشأن بنية القواعد.

ترتبط مجموعة الفوسفات الموجودة على أحد النوكليوتيدات بذرة كربون 3 بوصة على سكر أخرى. في هذه العملية ، يُفقد جزيء من الماء - تفاعل تكثيف آخر.

. . . ويمكنك الاستمرار في إضافة المزيد من النيوكليوتيدات بنفس الطريقة لبناء سلسلة الحمض النووي.

الآن يمكننا تبسيط كل هذا وصولا إلى الأساسيات المجردة!

ملحوظة: ستلاحظ أنني قمت برسم روابط P-O المرتبطة بجزيئي السكر المتقابلين في الرسم البياني أعلاه. ستجد أيضًا رسومًا بيانية حيث يتم رسمها بزوايا قائمة مع بعضها البعض. وهو الحق؟

كلاهما على حق ، وكلاهما مضلل على حد سواء! شكل الروابط حول ذرة الفوسفور هو رباعي السطوح ، وجميع الروابط في حوالي 109 درجة مع بعضها البعض. بغض النظر عن الطريقة التي تختارها لرسم هذا في بعدين على الورق ، فإنه لا يزال يمثل نفس الجزيء في الواقع.

لنأخذ مثالًا أبسط ، إذا قمت برسم صيغة هيكلية لـ CH2Cl2 باستخدام رمز الرابطة البسيط ، يمكنك رسم ذرات الكلور بزوايا قائمة مع بعضها البعض أو مقابل بعضها البعض. سيظل الجزيء هو نفسه تمامًا. هذا أحد الأشياء التي كان عليك تعلمها عندما بدأت في رسم هياكل للجزيئات العضوية. إذا كنت لا تزال غير متأكد من هذا ، فراجع مرة أخرى الصفحة الخاصة برسم الجزيئات العضوية.

بناء سلسلة DNA مع التركيز على الأساسيات

ما يهم في الحمض النووي هو التسلسل الذي تتخذه القواعد الأربع في السلسلة. نحن لا نهتم بشكل خاص بالعمود الفقري ، لذا يمكننا تبسيط ذلك. في الوقت الحالي ، يمكننا تبسيط الهياكل الدقيقة للقواعد أيضًا.

يمكننا بناء السلسلة بناءً على هذا التبسيط الواضح إلى حد ما:

لا يوجد سوى نقطة ارتباك واحدة محتملة هنا - وهي تتعلق بكيفية عمل مجموعة الفوسفات ، ص، مرتبط بحلقة السكر. لاحظ أنه انضم عبر اثنين خطوط بزاوية بينهما.

حسب الاصطلاح ، إذا قمت برسم خطوط مثل هذه ، فهناك ذرة كربون حيث ينضم هذان الخطان. هذه هي ذرة الكربون في CH2 المجموعة إذا عدت إلى الرسم التخطيطي السابق. إذا كنت قد حاولت ربط الفوسفات بالحلقة بخط مستقيم واحد ، فإن هذا CH2 قد تضيع المجموعة!

يمنحك ضم الكثير من هؤلاء جزءًا من سلسلة الحمض النووي. الرسم البياني أدناه يقع قليلاً من منتصف سلسلة. لاحظ أن القواعد الفردية قد تم تحديدها من خلال الأحرف الأولى من أسماء القواعد. (أ = الأدينين ، إلخ). لاحظ أيضًا وجود حجمين مختلفين للقاعدة. الأدينين والجوانين أكبر لأن كلاهما له حلقتان. السيتوزين والثايمين لهما حلقة واحدة فقط لكل منهما.

إذا كان الجزء العلوي من هذا الجزء هو نهاية السلسلة ، فستحتوي مجموعة الفوسفات على مجموعة -OH مرتبطة بالسند الاحتياطي بدلاً من حلقة سكر أخرى.

وبالمثل ، إذا كان الجزء السفلي من هذا الجزء من السلسلة هو النهاية ، فإن الرابطة الاحتياطية في الأسفل ستكون أيضًا لمجموعة -OH على حلقة deoxyribose.

ربط سلسلتي الحمض النووي معًا

أهمية & quot؛ qubase pairs & quot

ألق نظرة أخرى على الرسم التخطيطي الذي بدأنا منه:

إذا نظرت إلى هذا بعناية ، سترى أن الأدينين في سلسلة واحدة يقترن دائمًا بثيمين في السلسلة الثانية. ودائمًا ما يقترن الجوانين الموجود في إحدى السلاسل بالسيتوزين في السلسلة الأخرى.

فكيف بالضبط يعمل هذا؟

أول شيء يجب ملاحظته هو أن القاعدة الأصغر تقترن دائمًا بقاعدة أكبر. تأثير هذا هو إبقاء السلسلتين على مسافة ثابتة من بعضهما البعض طوال الطريق.

ولكن ، أكثر من ذلك ، يجب أن يكون الاقتران بالضبط . . .

أزواج الأدينين (A) مع الثايمين (T)

أزواج الجوانين (G) مع السيتوزين (C).

وذلك لأن هذه الأزواج المعينة تتناسب تمامًا مع تكوين روابط هيدروجينية فعالة جدًا مع بعضها البعض. هذه الروابط الهيدروجينية هي التي تربط السلاسل معًا.

تتلاءم أزواج القاعدة معًا على النحو التالي.

إذا جربت أي مجموعة أخرى من الأزواج الأساسية ، فلن تناسبك!

ملحوظة: إذا أربكتك الهياكل للوهلة الأولى ، فذلك لأن الجزيئات كان لا بد من قلبها من الطريقة التي تم رسمها بها أعلاه من أجل جعلها مناسبة. تأكد من أنك تفهم كيفية القيام بذلك. طالما تم إعطاؤك هياكل القواعد ، فقد يُطلب منك إظهار كيفية ارتباطها بالهيدروجين - وسيشمل ذلك إظهار الأزواج المنفردة وقطبية الذرات المهمة.

إذا كانت الرابطة الهيدروجينية تقلقك ، فاتبع هذا الرابط للحصول على تفسيرات مفصلة. استخدم زر BACK في متصفحك للعودة إلى هنا لاحقًا.

هيكل نهائي للحمض النووي يُظهر البتات المهمة

ملحوظة: ربما لاحظت أنني قمت بتقصير السلاسل بزوج أساسي واحد مقارنة بالرسم التخطيطي السابق. ليس هناك أي سبب معقد لهذا. لقد أصبح الرسم التخطيطي كبيرًا قليلاً جدًا بالنسبة لعرض صفحتي العادي ، وكان من الأسهل كثيرًا قطع الجزء السفلي قليلاً بدلاً من إعادة صياغة جميع المخططات السابقة لجعلها أصغر قليلاً! يمثل هذا الرسم البياني جزءًا صغيرًا جدًا من جزيء الحمض النووي على أي حال.

لاحظ أن السلسلتين تعملان في اتجاهين متعاكسين ، وأن السلسلة اليمنى مقلوبة بشكل أساسي. ستلاحظ أيضًا أنني قمت بتسمية نهايات أجزاء السلسلة هذه بـ 3 'و 5'.

إذا اتبعت السلسلة اليسرى حتى نهايتها في الأعلى ، فستكون لديك مجموعة فوسفات متصلة بالكربون 5 بوصات في حلقة الديوكسيريبوز. إذا اتبعت ذلك على طول الطريق إلى الطرف الآخر ، فستحصل على مجموعة -OH متصلة بالكربون 3.

في السلسلة الثانية ، يحتوي الطرف العلوي على 3 'كربون ، والطرف السفلي 5'.

يصبح تدوين 5 'و 3' مهمًا عندما نبدأ الحديث عن الشفرة الجينية والجينات. دائمًا ما يتم كتابة الشفرة الجينية للجينات في اتجاه 5 إلى 3 على طول سلسلة.

من المهم أيضًا أن نلقي نظرة مبسطة للغاية على كيفية قيام الحمض النووي بنسخ نفسه في الصفحة التالية. . .

أسئلة لاختبار فهمك

إذا كانت هذه هي المجموعة الأولى من الأسئلة التي أجريتها ، فيرجى قراءة الصفحة التمهيدية قبل البدء. ستحتاج إلى استخدام زر "BACK BUTTON" الموجود في متصفحك للعودة إلى هنا بعد ذلك.


9.1 هيكل الحمض النووي

في الخمسينيات من القرن الماضي ، عمل فرانسيس كريك وجيمس واتسون معًا في جامعة كامبريدج بإنجلترا لتحديد بنية الحمض النووي. قام علماء آخرون ، مثل لينوس بولينج وموريس ويلكينز ، باستكشاف هذا المجال بنشاط. اكتشف بولينج التركيب الثانوي للبروتينات باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية. تعد دراسة البلورات بالأشعة السينية طريقة لفحص التركيب الجزيئي من خلال ملاحظة الأنماط التي تشكلها الأشعة السينية التي يتم التقاطها عبر بلورة المادة. تعطي الأنماط معلومات مهمة حول بنية الجزيء محل الاهتمام. في مختبر ويلكنز ، كانت الباحثة روزاليند فرانكلين تستخدم علم البلورات بالأشعة السينية لفهم بنية الحمض النووي. تمكن واطسون وكريك من تجميع أحجية جزيء الحمض النووي معًا باستخدام بيانات فرانكلين (الشكل 9.2). كان لدى Watson and Crick أيضًا أجزاء أساسية من المعلومات المتاحة من باحثين آخرين مثل قواعد Chargaff. أظهر Chargaff أنه من بين الأنواع الأربعة من المونومرات (النيوكليوتيدات) الموجودة في جزيء الحمض النووي ، كان هناك نوعان موجودان دائمًا بكميات متساوية والنوعان المتبقيان موجودان دائمًا بكميات متساوية. هذا يعني أنهما كانا دائمًا مقترنين بطريقة ما. في عام 1962 ، مُنح جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكينز جائزة نوبل في الطب لعملهم في تحديد بنية الحمض النووي.

الآن دعونا ننظر في بنية نوعي الأحماض النووية ، الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). اللبنات الأساسية للحمض النووي هي النيوكليوتيدات ، والتي تتكون من ثلاثة أجزاء: ديوكسيريبوز (5-كربون سكر) ، ومجموعة فوسفات ، وقاعدة نيتروجينية (الشكل 9.3). هناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية في الحمض النووي. Adenine (A) و guanine (G) عبارة عن بورينات مزدوجة الحلقات ، والسيتوزين (C) والثايمين (T) هما بيريميدينات ذات حلق واحد أصغر. يتم تسمية النوكليوتيدات وفقًا للقاعدة النيتروجينية التي تحتوي عليها.

مجموعة الفوسفات لنيوكليوتيد واحد تترابط تساهميًا مع جزيء السكر للنيوكليوتيدات التالية ، وهكذا دواليك ، وتشكل بوليمر طويل من مونومرات النوكليوتيدات. تصطف مجموعات السكر والفوسفات في "العمود الفقري" لكل خيط واحد من الدنا ، وتبرز قواعد النوكليوتيدات من هذا العمود الفقري. يتم ترقيم ذرات الكربون للسكر المكون من خمسة كربون في اتجاه عقارب الساعة من الأكسجين كـ 1 'و 2' و 3 'و 4' و 5 '(1' يقرأ على أنه "رئيس واحد"). ترتبط مجموعة الفوسفات بـ 5 'كربون لنيوكليوتيد واحد و 3' كربون للنيوكليوتيدات التالية. في حالته الطبيعية ، يتكون كل جزيء DNA فعليًا من خيطين منفصلين متماسكين معًا بطولهما بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد.

اقترح Watson and Crick أن الحمض النووي يتكون من خيطين ملتويين حول بعضهما البعض لتشكيل حلزون أيمن يسمى الحلزون المزدوج. يحدث الاقتران القاعدي بين البيورين والبيريميدين: أي أزواج A مع أزواج T و G مع C. وبعبارة أخرى ، الأدينين والثايمين هما أزواج قاعدية مكملتان ، والسيتوزين والجوانين هما أيضًا أزواج قاعدية مكملة. هذا هو الأساس لقاعدة Chargaff بسبب تكاملها ، هناك قدر من الأدينين مثل الثايمين في جزيء الحمض النووي ومقدار الجوانين مثل السيتوزين. يرتبط الأدينين والثايمين بروابط هيدروجينية ، ويرتبط السيتوزين والجوانين بثلاث روابط هيدروجينية. الخيطان متوازيان بطبيعتهما ، أي أن الخيط الأول يحتوي على 3 'كربون من السكر في الوضع "التصاعدي" ، في حين أن الخيط الآخر يحتوي على 5' كربون في الوضع التصاعدي. يكون قطر الحلزون المزدوج للحمض النووي موحدًا طوال الوقت لأن البيورين (حلقتان) يتزاوجان دائمًا مع بيريميدين (حلقة واحدة) وتكون أطوالهما المجمعة متساوية دائمًا. (الشكل 9.4).

هيكل الحمض النووي الريبي

يوجد حمض نووي ثان في جميع الخلايا يسمى الحمض النووي الريبي أو RNA. مثل الحمض النووي ، فإن الحمض النووي الريبي عبارة عن بوليمر من النيوكليوتيدات. يتكون كل من النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي من قاعدة نيتروجينية وخمسة كربون سكر ومجموعة فوسفات. في حالة الحمض النووي الريبي ، فإن السكر المكون من خمسة كربون هو ريبوز ، وليس ديوكسي ريبوز. يحتوي الريبوز على مجموعة هيدروكسيل عند الكربون 2 ، على عكس deoxyribose ، الذي يحتوي على ذرة هيدروجين فقط (الشكل 9.5).

تحتوي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي على القواعد النيتروجينية الأدينين والسيتوزين والجوانين. ومع ذلك ، فهي لا تحتوي على الثايمين ، والذي تم استبداله بدلاً من ذلك بـ اليوراسيل ، الذي يرمز له بالحرف "يو". يوجد الحمض النووي الريبي كجزيء وحيد الخيط بدلاً من حلزون مزدوج الشريطة. قام علماء الأحياء الجزيئية بتسمية عدة أنواع من الحمض النووي الريبي على أساس وظيفتها. وتشمل هذه الجزيئات الرنا المرسال (mRNA) ، و RNA الناقل (tRNA) ، و RNA الريبوزومي (rRNA) - وهي جزيئات تشارك في إنتاج البروتينات من كود DNA.

كيف يتم ترتيب الحمض النووي في الخلية

الحمض النووي هو جزيء عامل يجب نسخه عندما تكون الخلية جاهزة للانقسام ، ويجب "قراءته" لإنتاج الجزيئات ، مثل البروتينات ، لتقوم بوظائف الخلية. لهذا السبب ، فإن الحمض النووي محمي ومعبأ بطرق محددة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي طويلة جدًا. تمتد جزيئات الحمض النووي من طرف إلى طرف ، في خلية بشرية واحدة ، ويصل طولها إلى حوالي مترين. وبالتالي ، يجب تعبئة الحمض النووي للخلية بطريقة منظمة للغاية لتلائم وتعمل داخل بنية (الخلية) غير مرئية للعين المجردة. تعتبر كروموسومات بدائيات النوى أبسط بكثير من تلك الموجودة في حقيقيات النوى في العديد من ميزاتها (الشكل 9.6). تحتوي معظم بدائيات النوى على كروموسوم دائري واحد موجود في منطقة في السيتوبلازم تسمى النواة.

حجم الجينوم في واحدة من بدائيات النوى الأكثر دراسة ، الإشريكية القولونية، 4.6 مليون زوج قاعدي ، والتي من شأنها أن تمتد لمسافة حوالي 1.6 ملم إذا امتدت. فكيف يتناسب هذا داخل خلية بكتيرية صغيرة؟ يتم التواء الحمض النووي إلى ما بعد الحلزون المزدوج فيما يعرف باسم الالتواء الفائق. من المعروف أن بعض البروتينات تشارك في الالتفاف الفائق للبروتينات والإنزيمات الأخرى التي تساعد في الحفاظ على البنية فائقة الالتفاف.

تستخدم حقيقيات النوى ، التي تتكون كل كروموسوماتها من جزيء دنا خطي ، نوعًا مختلفًا من استراتيجية التعبئة لتلائم الحمض النووي الخاص بها داخل النواة (الشكل 9.7). على المستوى الأساسي ، يتم لف الحمض النووي حول البروتينات المعروفة باسم الهيستونات لتشكيل هياكل تسمى الجسيمات النووية. يتم لف الحمض النووي بإحكام حول قلب هيستون. يرتبط هذا النوكليوسوم بالنيوكليوسوم التالي بواسطة خيط قصير من الحمض النووي الخالي من الهستونات. يُعرف هذا أيضًا باسم بنية "الخرز على الخيط" ، وتكون النيوكليوسومات هي "الخرزات" والأطوال القصيرة للحمض النووي بينها هي "الخيط". تتراكم النيوكليوسومات ، مع دناها الملتف حولها ، بشكل مضغوط على بعضها البعض لتشكيل ألياف بعرض 30 نانومتر. يتم لف هذه الألياف أيضًا في هيكل أكثر سمكًا وأكثر إحكاما. في المرحلة الأولية من الانقسام الفتيلي ، عندما تصطف الكروموسومات في وسط الخلية ، تكون الكروموسومات في أكثر حالاتها ضغطًا. يبلغ عرضها 700 نانومتر تقريبًا ، وتوجد مقترنة ببروتينات السقالة.

في الطور البيني ، مرحلة دورة الخلية بين التخفيف الذي يتم فيه فصل الكروموسومات ، تحتوي الكروموسومات حقيقية النواة على منطقتين متميزتين يمكن تمييزهما عن طريق التلوين. هناك منطقة معبأة بإحكام تتلطخ بشكل غامق ، ومنطقة أقل كثافة. تحتوي مناطق التلوين الداكن عادةً على جينات غير نشطة ، وتوجد في مناطق السنترومير والتيلوميرات. عادةً ما تحتوي مناطق التلوين الخفيف على جينات نشطة ، مع حزم الحمض النووي حول النيوكليوسومات ولكن لا يتم ضغطها بشكل أكبر.


الفصل 05 - بنية ووظيفة الجزيئات الكبيرة

  • تشمل الكربوهيدرات السكريات والبوليمرات الخاصة بها.
  • أبسط الكربوهيدرات هي السكريات الأحادية أو السكريات البسيطة.
  • السكريات الثنائية ، أو السكريات المزدوجة ، تتكون من سكرين أحاديين مرتبطين بتفاعل تكثيف.
  • السكريات المتعددة هي بوليمرات للعديد من السكريات الأحادية.

السكريات ، أصغر الكربوهيدرات ، تعمل كوقود ومصدر للكربون.

  • تحتوي السكريات الأحادية بشكل عام على صيغ جزيئية هي بعض مضاعفات وحدة CH2O.
    • على سبيل المثال ، الجلوكوز له الصيغة C6H12O6.
    • اعتمادًا على موقع مجموعة الكاربونيل ، يكون السكر عبارة عن ألدوز أو كيتوز.
    • تنتهي معظم أسماء السكريات بـ -ose.
    • الجلوكوز ، والألدوز ، والفركتوز ، الكيتوز ، هما أيزومرات بنيوية.
    • الجلوكوز والسكريات الستة الكربونية الأخرى عبارة عن سداسيات.
    • العمود الفقري لخمسة كربون عبارة عن خماسيات ثلاثة سكريات كربونية ثلاثية.
    • على سبيل المثال ، يختلف الجلوكوز والجلاكتوز ، وكلاهما جرعة من ستة كربون ، في الترتيب المكاني لأجزائهما حول الكربون غير المتماثل.
    • يتم تكوين المالتوز ، سكر الشعير ، عن طريق الانضمام إلى جزيئين من الجلوكوز.
    • يتكون السكروز ، سكر المائدة ، من خلال الجمع بين الجلوكوز والفركتوز. السكروز هو وسيلة النقل الرئيسية للسكريات في النباتات.
    • يتكون اللاكتوز ، سكر الحليب ، من خلال الجمع بين الجلوكوز والجالاكتوز.

    السكريات المتعددة ، بوليمرات السكريات ، لها أدوار تخزينية وتركيبية.

    • السكريات المتعددة عبارة عن بوليمرات من مئات إلى آلاف السكريات الأحادية المرتبطة بروابط جليكوسيدية.
    • تعمل بعض السكريات المتعددة للتخزين وتتحلل بالماء عند الحاجة إلى السكريات.
    • تعمل السكريات الأخرى كمواد بناء للخلية أو للكائن الحي بأكمله.
    • النشا عبارة عن عديد سكاريد تخزين يتكون بالكامل من مونومرات الجلوكوز.
      • يتم ربط معظم هذه المونومرات بواسطة 1-4 روابط (عدد 1 كربون إلى رقم 4 كربون) بين جزيئات الجلوكوز.
      • أبسط أشكال النشا ، الأميلوز ، غير متفرعة ويشكل اللولب.
      • الأشكال المتفرعة مثل الأميلوبكتين أكثر تعقيدًا.
      • الحيوانات التي تتغذى على النباتات ، وخاصة الأجزاء الغنية بالنشا ، لديها إنزيمات هضمية يمكنها تحلل النشا إلى جلوكوز.
      • الجليكوجين شديد التشعب مثل الأميلوبكتين.
      • يقوم البشر والفقاريات الأخرى بتخزين إمدادات يومية من الجليكوجين في الكبد والعضلات.
      • تنتج النباتات ما يقرب من مائة مليار طن من السليلوز سنويًا. إنه المركب العضوي الأكثر وفرة على الأرض.
      • يعتمد الاختلاف على حقيقة أن هناك بالفعل بنيتين حلقتين مختلفتين قليلاً للجلوكوز.
      • يختلف هذان الشكلان الحلقيان في ما إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بالكربون رقم 1 ثابتة أعلى (جلوكوز بيتا) أو أسفل (جلوكوز ألفا) مستوى الحلقة.
      • في حين أن البوليمرات المبنية من الجلوكوز ألفا تشكل هياكل حلزونية ، فإن البوليمرات المبنية من جلوكوز بيتا تشكل هياكل مستقيمة.
      • تسمح الهياكل المستقيمة المبنية من بيتا جلوكوز لذرات H على خيط واحد بتكوين روابط هيدروجينية مع مجموعات OH على خيوط أخرى.
      • في جدران الخلايا النباتية ، يتم تجميع جزيئات السليلوز المتوازية معًا بهذه الطريقة في وحدات تسمى الألياف الدقيقة ، والتي تشكل مواد بناء قوية للنباتات (وللإنسان ، مثل الخشب).
      • يمر السليلوز الموجود في الطعام البشري عبر الجهاز الهضمي ويتم التخلص منه في البراز على أنه "ألياف غير قابلة للذوبان".
      • عندما ينتقل السليلوز عبر الجهاز الهضمي ، يخرق جدران الأمعاء ويحفز إفراز المخاط ، مما يساعد في مرور الطعام.
      • يمكن لبعض الفطريات أيضًا هضم السليلوز.
      • يشبه الكيتين السليلوز ، إلا أنه يحتوي على ملحق يحتوي على النيتروجين في كل مونومر جلوكوز.
      • الكيتين النقي مصنوع من الجلد ولكن يمكن تقويته بإضافة كربونات الكالسيوم.

      مفهوم 5.3 الدهون هي مجموعة متنوعة من الجزيئات الكارهة للماء

      • على عكس الجزيئات الكبيرة الأخرى ، لا تشكل الدهون بوليمرات.
      • السمة الموحدة للدهون هي أنها جميعًا لديها ألفة قليلة أو معدومة للماء.
      • هذا لأنها تتكون في الغالب من الهيدروكربونات ، والتي تشكل روابط تساهمية غير قطبية.
      • الدهون متنوعة للغاية في الشكل والوظيفة.

      تخزن الدهون كميات كبيرة من الطاقة.

      • على الرغم من أن الدهون ليست بوليمرات بشكل صارم ، إلا أنها جزيئات كبيرة يتم تجميعها من جزيئات أصغر عن طريق تفاعلات الجفاف.
      • تتكون الدهون من نوعين من الجزيئات الأصغر: الجلسرين والأحماض الدهنية.
        • الجلسرين هو كحول ثلاثي الكربون مع مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بكل كربون.
        • يتكون الحمض الدهني من مجموعة كربوكسيل مرتبطة بهيكل عظمي طويل من الكربون ، غالبًا ما يتراوح طوله من 16 إلى 18 ذرة كربون.
        • العديد من روابط C-H غير القطبية في الهيكل الهيدروكربوني الطويل تجعل الدهون كارهة للماء.
        • تنفصل الدهون عن الماء لأن جزيئات الماء ترتبط بالهيدروجين مع بعضها البعض وتستبعد الدهون.
        • إذا لم يكن للحمض الدهني روابط كربون-كربون مزدوجة ، فإن الجزيء هو حمض دهني مشبع ، مشبع بالهيدروجين في كل موضع ممكن.
        • إذا كان للحمض الدهني واحد أو أكثر من الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون والتي تكونت عن طريق إزالة ذرات الهيدروجين من الهيكل الكربوني ، فإن الجزيء هو حمض دهني غير مشبع.
        • معظم الدهون الحيوانية مشبعة.
        • الدهون المشبعة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
        • الدهون النباتية والأسماك سائلة في درجة حرارة الغرفة وتعرف بالزيوت.
        • تمنع الالتواءات الناتجة عن الروابط المزدوجة الجزيئات من التعبئة بإحكام بما يكفي لتصلب في درجة حرارة الغرفة.
        • تعني عبارة "الزيوت النباتية المهدرجة" على الملصقات الغذائية أن الدهون غير المشبعة قد تم تحويلها صناعياً إلى دهون مشبعة بإضافة الهيدروجين.
          • يتم هدرجة زبدة الفول السوداني والسمن لمنع الدهون من الانفصال عن الزيت.
          • يخزن غرام من الدهون أكثر من ضعف الطاقة التي يخزنها جرام من عديد السكاريد مثل النشا.
          • نظرًا لأن النباتات غير متحركة ، فإنها يمكن أن تعمل مع تخزين ضخم للطاقة على شكل نشا. تستخدم النباتات الزيوت عندما يكون التشتت والتخزين المضغوط أمرًا مهمًا ، كما هو الحال في البذور.
          • يجب أن تحمل الحيوانات مخزونها من الطاقة معهم والاستفادة من وجود خزان وقود أكثر إحكاما من الدهون.
          • يخزن البشر والثدييات الأخرى الدهون كاحتياطي طاقة طويل الأمد في الخلايا الدهنية التي تنتفخ وتتقلص مع ترسيب الدهون أو سحبها من التخزين.
          • هذه الطبقة تحت الجلد سميكة بشكل خاص في الحيتان ، الفقمة ، ومعظم الثدييات البحرية الأخرى.

          الفسفوليبيدات هي المكونات الرئيسية لأغشية الخلايا.

          • تحتوي الفسفوليبيدات على نوعين من الأحماض الدهنية المرتبطة بالجلسرين ومجموعة الفوسفات في المركز الثالث.
            • تحمل مجموعة الفوسفات شحنة سالبة.
            • قد يتم ربط مجموعات أصغر إضافية بمجموعة الفوسفات لتشكيل مجموعة متنوعة من الدهون الفوسفورية.
            • ذيول الأحماض الدهنية كارهة للماء ، لكن مجموعة الفوسفات وملحقاتها تشكل رأسًا محبًا للماء.
            • هذا النوع من الهيكل يسمى micelle.
            • مرة أخرى ، توجد الرؤوس المحبة للماء على السطح الخارجي للطبقة الثنائية ، على اتصال مع المحلول المائي ، وتشير ذيول الكارهة للماء نحو الجزء الداخلي للطبقة الثنائية.
              • تشكل طبقة الفسفوليبيد ثنائية الطبقة حاجزًا بين الخلية والبيئة الخارجية.

              تشمل الستيرويدات الكوليسترول وهرمونات معينة.

              • الستيرويدات عبارة عن دهون بهيكل عظمي كربوني يتكون من أربع حلقات مدمجة.
              • يتم إنشاء المنشطات المختلفة عن طريق مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بالحلقات.
              • الكوليسترول ، الستيرويد المهم ، هو أحد مكونات أغشية الخلايا الحيوانية.
              • الكوليسترول هو أيضا البادئ الذي يتم من خلاله تصنيع جميع المنشطات الأخرى.
                • العديد من هذه المنشطات الأخرى عبارة عن هرمونات ، بما في ذلك الهرمونات الجنسية للفقاريات.

                تمتلك البروتينات العديد من الهياكل ، مما يؤدي إلى مجموعة واسعة من الوظائف

                • تمثل البروتينات أكثر من 50٪ من الكتلة الجافة لمعظم الخلايا. إنها مفيدة في كل ما يفعله الكائن الحي تقريبًا.
                  • تشمل وظائف البروتين الدعم الهيكلي والتخزين والنقل والإشارات الخلوية والحركة والدفاع ضد المواد الغريبة.
                  • الأهم من ذلك ، تعمل إنزيمات البروتين كمحفزات في الخلايا ، حيث تنظم عملية التمثيل الغذائي عن طريق تسريع التفاعلات الكيميائية بشكل انتقائي دون استهلاكها.
                  • كل نوع من البروتين له شكل أو تشكل ثلاثي الأبعاد معقد.

                  الأحماض الأمينية هي المونومرات التي تتكون منها البروتينات.

                  • الأحماض الأمينية عبارة عن جزيئات عضوية بها كل من مجموعات الكربوكسيل والأمينية.
                  • في وسط الحمض الأميني توجد ذرة كربون غير متماثلة تسمى كربون ألفا.
                  • أربعة مكونات متصلة بكربون ألفا: ذرة هيدروجين ، ومجموعة كربوكسيل ، ومجموعة أمينية ، ومجموعة R متغيرة (أو سلسلة جانبية).
                    • مجموعات R المختلفة تميز 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا.
                    • مجموعة واحدة من الأحماض الأمينية لها مجموعات R كارهة للماء.
                    • مجموعة أخرى من الأحماض الأمينية لها مجموعات R قطبية محبة للماء.
                    • تتضمن المجموعة الثالثة من الأحماض الأمينية تلك التي تحتوي على مجموعات وظيفية مشحونة (متأينة) عند درجة الحموضة الخلوية.
                      • بعض مجموعات R الحمضية سالبة في الشحنة بسبب وجود مجموعة الكربوكسيل.
                      • تحتوي مجموعات R الأساسية على مجموعات أمينية إيجابية مسؤولة.
                      • لاحظ أن جميع الأحماض الأمينية تحتوي على مجموعات كربوكسيل وأمينية. المصطلحات الحمضية والأساسية في هذا السياق تشير فقط إلى هذه المجموعات في مجموعات R.
                      • تسمى الرابطة التساهمية الناتجة الرابطة الببتيدية.
                      • في أحد طرفيه يوجد حمض أميني مع مجموعة أمينية حرة (الطرف N) وفي الطرف الآخر يوجد حمض أميني مع مجموعة كربوكسيل حرة (الطرف C).

                      يمكن تحديد تسلسل الأحماض الأمينية لبولي ببتيد.

                      • حدد فريدريك سانجر وزملاؤه في جامعة كامبريدج تسلسل الأحماض الأمينية للأنسولين في الخمسينيات من القرن الماضي.
                        • استخدم سانجر إنزيمات هضم البروتين ومحفزات أخرى لتحليل الأنسولين في أماكن محددة.
                        • ثم تم فصل الأجزاء عن طريق تقنية تسمى اللوني.
                        • أدى التحلل المائي بواسطة عامل آخر إلى كسر البولي ببتيد في مواقع مختلفة ، مما أسفر عن مجموعة ثانية من الشظايا.
                        • استخدم سانجر طرقًا كيميائية لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية في الأجزاء الصغيرة.
                        • ثم بحث عن مناطق متداخلة بين القطع التي تم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي مع العوامل المختلفة.
                        • بعد سنوات من الجهد ، تمكن سانجر من إعادة بناء الهيكل الأساسي الكامل للأنسولين.
                        • منذ ذلك الحين ، تمت أتمتة معظم خطوات تسلسل عديد الببتيد.

                        يحدد تكوين البروتين وظيفة البروتين.

                        • يتكون البروتين الوظيفي من واحد أو أكثر من عديد الببتيدات التي تم ثنيها ولفها في شكل فريد.
                        • إن ترتيب الأحماض الأمينية هو الذي يحدد الشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين.
                        • يحدد الشكل المحدد للبروتين وظيفته.
                        • عندما تصنع خلية بولي ببتيد ، فإن السلسلة تطوي بشكل تلقائي لتحمل التشكل الوظيفي لهذا البروتين.
                        • يتم تعزيز الطي من خلال مجموعة متنوعة من الروابط بين أجزاء السلسلة ، والتي تعتمد بدورها على تسلسل الأحماض الأمينية.
                          • العديد من البروتينات كروية ، والبعض الآخر ليفي الشكل.
                          • على سبيل المثال ، يرتبط الجسم المضاد بمادة غريبة معينة.
                          • يتعرف الإنزيم على ركيزة معينة ويرتبط بها ، مما يسهل التفاعل الكيميائي.
                          • ترتبط جزيئات الإشارات الطبيعية التي تسمى الإندورفين ببروتينات مستقبلات محددة على سطح خلايا الدماغ عند البشر ، مما يؤدي إلى الشعور بالنشوة وتخفيف الألم.
                            • المورفين والهيروين والعقاقير الأفيونية الأخرى تحاكي الإندورفين لأنها متشابهة في الشكل ويمكن أن ترتبط بمستقبلات الإندورفين في الدماغ.
                            • يتكون الليزوزيم ، وهو إنزيم يهاجم البكتيريا ، من 129 حمضًا أمينيًا.
                            • يتم تحديد الهيكل الأساسي الدقيق للبروتين من خلال المعلومات الجينية الموروثة.
                            • استبدال حمض أميني واحد (فالين) بالحمض الطبيعي (حمض الجلوتاميك) في موضع معين في التركيب الأساسي للهيموجلوبين ، وهو البروتين الذي يحمل الأكسجين في خلايا الدم الحمراء ، يمكن أن يسبب مرض الخلايا المنجلية ، وهو اضطراب دم وراثي.
                            • تتبلور الهيموجلوبين غير الطبيعي ، مما يؤدي إلى تشويه خلايا الدم الحمراء إلى شكل منجل ويسد الشعيرات الدموية.
                            • ذرة الهيدروجين الموجبة ضعيفًا المرتبطة بذرة النيتروجين لها ألفة لذرة الأكسجين في رابطة الببتيد القريبة.
                            • كل رابطة هيدروجينية ضعيفة ، لكن مجموع العديد من الروابط الهيدروجينية يعمل على استقرار بنية جزء من البروتين.
                            • إن وجود الكثير من الروابط الهيدروجينية يجعل كل ألياف حريرية أقوى من خيط فولاذي له نفس الوزن.
                            • تتضمن هذه التفاعلات روابط هيدروجينية بين المناطق القطبية و / أو المشحونة ، والروابط الأيونية بين مجموعات R المشحونة ، والتفاعلات الكارهة للماء وتفاعلات van der Waals بين مجموعات R.
                            • في حين أن هذه التفاعلات الثلاثة ضعيفة نسبيًا ، فإن الروابط التساهمية القوية التي تسمى جسور ثاني كبريتيد التي تتشكل بين مجموعات السلفهيدريل (SH) لاثنين من مونومرات السيستين تعمل على برشام أجزاء من البروتين معًا.
                            • الكولاجين هو بروتين ليفي من ثلاثة عديدات ببتيدات ملفوفة بشكل كبير مثل الحبل.
                              • يوفر هذا قوة هيكلية لدور الكولاجين في النسيج الضام.
                              • يتكون من أربع وحدات فرعية متعددة الببتيد: سلسلتان من نوع ألفا وسلاسل بيتا.
                              • يتكون كلا النوعين من الوحدات الفرعية بشكل أساسي من بنية ثانوية ألفا حلزونية.
                              • يحدث الطي أثناء تصنيع البروتين داخل الخلية.
                              • يمكن أن تؤدي التغييرات في درجة الحموضة أو تركيز الملح أو درجة الحرارة أو عوامل أخرى إلى تفكيك البروتين أو تغيير طبيعته.
                              • تعمل هذه القوى على تعطيل الروابط الهيدروجينية والروابط الأيونية وجسور ثاني كبريتيد التي تحافظ على شكل البروتين.
                              • وهذا ما يفسر سبب تسبب الحمى الشديدة في الوفاة. تتشوه البروتينات في الدم بسبب ارتفاع درجات حرارة الجسم.
                              • ومع ذلك ، لا يزال من الصعب التنبؤ بتكوين البروتين من هيكله الأساسي وحده.
                              • لا تحدد Chaperonins البنية النهائية لعديد ببتيد ولكنها تعمل على فصل وحماية البولي ببتيد أثناء طيه تلقائيًا.
                              • لا تتطلب هذه الطريقة تبلور البروتين.

                              تخزن الأحماض النووية المفهوم 5.5 وتنقل المعلومات الوراثية

                              • تتم برمجة تسلسل الأحماض الأمينية لعديد ببتيد بواسطة وحدة وراثة تعرف باسم الجين.
                              • يتكون الجين من DNA ، وهو بوليمر يعرف باسم الحمض النووي.

                              هناك نوعان من الأحماض النووية: RNA و DNA.

                              • هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA).
                                • هذه هي الجزيئات التي تسمح للكائنات الحية بإعادة إنتاج مكوناتها المعقدة من جيل إلى جيل.
                                • كل جزيء DNA طويل جدًا ، ويتكون من مئات إلى آلاف الجينات.
                                • قبل أن تتكاثر الخلية عن طريق الانقسام ، يتم نسخ حمضها النووي. ثم يتم تمرير النسخ إلى الجيل التالي من الخلايا.
                                • البروتينات هي المسؤولة عن تنفيذ التعليمات الواردة في الحمض النووي.

                                حبلا الحمض النووي عبارة عن بوليمر من النيوكليوتيدات.

                                • الأحماض النووية عبارة عن بوليمرات مصنوعة من مونومرات النيوكليوتيدات.
                                • يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة أجزاء: قاعدة نيتروجينية ، وسكر بنتوز ، ومجموعة فوسفات.
                                • قواعد النيتروجين عبارة عن حلقات من الكربون والنيتروجين تأتي في نوعين: البيورينات والبيريميدين.
                                  • Pyrimidines لها حلقة واحدة من ستة أعضاء.
                                    • هناك ثلاثة أنواع مختلفة من بيريميدينات: السيتوزين (C) والثايمين (T) واليوراسيل (U).
                                    • البيورينات هما الأدينين (A) والجوانين (G).
                                    • الفرق الوحيد بين السكريات هو عدم وجود ذرة أكسجين على الكربون الثاني في الديوكسيريبوز.
                                    • نظرًا لأن الذرات في كل من القاعدة النيتروجينية والسكر مرقمة ، فإن ذرات السكر لها عدد أولي بعد الرقم لتمييزها.
                                    • وبالتالي ، فإن الكربون الثاني في حلقة السكر هو 2 '(2 رئيس) كربون والكربون الذي يلتصق بالحلقة هو 5' كربون.
                                    • مزيج من البنتوز والقاعدة النيتروجينية هو نوكليوزيد.
                                    • هذا يخلق العمود الفقري المتكرر لوحدات فوسفات السكر ، مع ملاحق تتكون من القواعد النيتروجينية.
                                    • أحد طرفيه يحتوي على فوسفات متصل بـ 5 "كربون وهذا هو الطرف 5".
                                    • الطرف الآخر به مجموعة هيدروكسيل على 3 "كربون وهذا هو الطرف 3".
                                    • نظرًا لأن الجينات عادةً ما تكون بطول مئات إلى آلاف النيوكليوتيدات ، فإن عدد التركيبات الأساسية الممكنة لا حدود له تقريبًا.

                                    ويستند الميراث إلى تكرار الحلزون المزدوج للحمض النووي.

                                    • جزيء الحمض النووي الريبي هو سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات.
                                    • تحتوي جزيئات الحمض النووي على خيطين من عديد النوكليوتيدات يدوران حول محور وهمي لتشكيل حلزون مزدوج.
                                      • تم اقتراح الحلزون المزدوج لأول مرة كتركيب للحمض النووي في عام 1953 من قبل جيمس واتسون وفرانسيس كريك.
                                      • يعمل العمودان الفقريان في اتجاهات متقابلة 5 "- & gt 3" من بعضهما البعض ، وهو ترتيب يُشار إليه بمضاد الموازي.
                                      • يتزاوج الأدينين (A) دائمًا مع الثايمين (T) والجوانين (G) مع السيتوزين (C).
                                      • الشريحتان متكاملتان.
                                      • ينتج عن هذا نسختان متطابقتان من جزيء DNA الأصلي مزدوج الشريطة ، والذي يتم توزيعه بعد ذلك على الخلايا الوليدة.

                                      We can use DNA and proteins as tape measures of evolution.

                                      • Genes (DNA) and their products (proteins) document the hereditary background of an organism.
                                      • Because DNA molecules are passed from parents to offspring, siblings have greater similarity in their DNA and protein than do unrelated individuals of the same species.
                                      • This argument can be extended to develop a “molecular genealogy” to relationships between species.
                                      • Two species that appear to be closely related based on fossil and molecular evidence should also be more similar in DNA and protein sequences than are more distantly related species.
                                        • In fact, that is so.
                                          • For example, if we compare the sequence of 146 amino acids in a hemoglobin polypeptide, we find that humans and gorillas differ in just 1 amino acid.
                                            • Humans and gibbons differ in 2 amino acids.
                                            • Humans and rhesus monkeys differ in 8 amino acids.
                                            • Humans and mice differ in 27 amino acids.
                                            • Humans and frogs differ in 67 amino acids.

                                            Lecture Outline for Campbell/Reece Biology, 7th Edition, © Pearson Education, Inc. 5-1


                                            Basic text/notes on DNA structure (for non-biologists) - Biology

                                            reprinted with permission from طبيعة سجية مجلة

                                            A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid
                                            J. D. Watson and F. H. C. Crick (1)

                                            April 25, 1953 (2), طبيعة سجية (3) , 171, 737-738

                                            We wish to suggest a structure for the salt of deoxyribose nucleic acid (D.N.A.). This structure has novel features which are of considerable biological interest.

                                            A structure for nucleic acid has already been proposed by Pauling (4) and Corey 1 . They kindly made their manuscript available to us in advance of publication. Their model consists of three intertwined chains, with the phosphates near the fibre axis, and the bases on the outside. In our opinion, this structure is unsatisfactory for two reasons:

                                            (1) We believe that the material which gives the X-ray diagrams is the salt, not the free acid. Without the acidic hydrogen atoms it is not clear what forces would hold the structure together, especially as the negatively charged phosphates near the axis will repel each other.

                                            (2) Some of the van der Waals distances appear to be too small.

                                            Another three-chain structure has also been suggested by Fraser (in the press). In his model the phosphates are on the outside and the bases on the inside, linked together by hydrogen bonds. This structure as described is rather ill-defined, and for this reason we shall not comment on it.

                                            We wish to put forward a radically different structure for the salt of deoxyribose nucleic acid (5) . This structure has two helical chains each coiled round the same axis (see diagram). We have made the usual chemical assumptions, namely, that each chain consists of phosphate diester groups joining beta-D-deoxyribofuranose residues with 3',5' linkages. The two chains (but not their bases) are related by a dyad perpendicular to the fibre axis. Both chains follow right-handed helices, but owing to the dyad the sequences of the atoms in the two chains run in opposite directions (6) . Each chain loosely resembles Furberg's 2 model No. 1 (7) that is, the bases are on the inside of the helix and the phosphates on the outside. The configuration of the sugar and the atoms near it is close to Furberg's "standard configuration," the sugar being roughly perpendicular to the attached base. There is a residue on each every 3.4 A. in the ض-direction. We have assumed an angle of 36° between adjacent residues in the same chain, so that the structure repeats after 10 residues on each chain, that is, after 34 A. The distance of a phosphorus atom from the fibre axis is 10 A. As the phosphates are on the outside, cations have easy access to them.

                                            شكل 1
                                            This figure is purely diagrammatic (8) . The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the pairs of bases holding the chains together. The vertical line marks the fibre axis.

                                            The structure is an open one, and its water content is rather high. At lower water contents we would expect the bases to tilt so that the structure could become more compact.

                                            The novel feature of the structure is the manner in which the two chains are held together by the purine and pyrimidine bases. The planes of the bases are perpendicular to the fibre axis. They are joined together in pairs, a single base from one chain being hydroden-bonded to a single base from the other chain, so that the two lie side by side with identical ض-coordinates. One of the pair must be a purine and the other a pyrimidine for bonding to occur. The hydrogen bonds are made as follows: purine position 1 to pyrimidine position 1 purine position 6 to pyrimidine position 6.

                                            If it is assumed that the bases only occur in the structure in the most plausible tautomeric forms (that is, with the keto rather than the enol configurations) it is found that only specific pairs of bases can bond together. These pairs are: adenine (purine) with thymine (pyrimidine), and guanine (purine) with cytosine (pyrimidine) (9) .

                                            In other words, if an adenine forms one member of a pair, on either chain, then on these assumptions the other member must be thymine similarly for guanine and cytosine. The sequence of bases on a single chain does not appear to be restricted in any way. However, if only specific pairs of bases can be formed, it follows that if the sequence of bases on one chain is given, then the sequence on the other chain is automatically determined.

                                            It has been found experimentally 3,4 that the ratio of the amounts of adenine to thymine, and the ratio of guanine to cytosine, are always very close to unity for deoxyribose nucleic acid.

                                            It is probably impossible to build this structure with a ribose sugar in place of the deoxyribose, as the extra oxygen atom would make too close a van der Waals contact.

                                            The previously published X-ray data 5,6 on deoxyribose nucleic acid are insufficient for a rigorous test of our structure. So far as we can tell, it is roughly compatible with the experimental data, but it must be regarded as unproved until it has been checked against more exact results. Some of these are given in the following communications (10) . We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure (11) , which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereochemical arguments.

                                            It has not escaped our notice (12) that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.

                                            Full details of the structure, including the conditions assumed in building it, together with a set of coordinates for the atoms, will be published elsewhere (13) .

                                            We are much indebted to Dr. Jerry Donohue for constant advice and criticism, especially on interatomic distances. We have also been stimulated by a knowledge of the general nature of the unpublished experimental results and ideas of Dr. M. H. F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin and their co-workers at King’s College, London. One of us (J. D. W.) has been aided by a fellowship from the National Foundation for Infantile Paralysis.


                                            1 Pauling, L., and Corey, R. B., طبيعة سجية، 171, 346 (1953) بروك. U.S. Nat. أكاد. Sci., 39, 84 (1953).
                                            2 Furberg, S., Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952).
                                            3 Chargaff, E., for references see Zamenhof, S., Brawerman, G., and Chargaff, E., بيوكيم. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).
                                            4 Wyatt, G. R., ج. Gen. Physiol., 36, 201 (1952).
                                            5 Astbury, W. T., Symp. شركة إكسب. بيول. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).
                                            6 Wilkins, M. H. F., and Randall, J. T., بيوكيم. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

                                            Annotations
                                            (1)
                                            It’s no surprise that James D. Watson and Francis H. C. Crick spoke of finding the structure of DNA within minutes of their first meeting at the Cavendish Laboratory in Cambridge, England, in 1951. Watson, a 23-year-old geneticist, and Crick, a 35-year-old former physicist studying protein structure for his doctorate in biophysics, both saw DNA’s architecture as the biggest question in biology. Knowing the structure of this molecule would be the key to understanding how genetic information is copied. In turn, this would lead to finding cures for human diseases.

                                            Aware of these profound implications, Watson and Crick were obsessed with the problem—and, perhaps more than any other scientists, they were determined to find the answer first. Their competitive spirit drove them to work quickly, and it undoubtedly helped them succeed in their quest.

                                            Watson and Crick’s rapport led them to speedy insights as well. They incessantly discussed the problem, bouncing ideas off one another. This was especially helpful because each one was inspired by different evidence. When the visually sensitive Watson, for example, saw a cross-shaped pattern of spots in an X-ray photograph of DNA, he knew DNA had to be a double helix. From data on the symmetry of DNA crystals, Crick, an expert in crystal structure, saw that DNA’s two chains run in opposite directions.

                                            Since the groundbreaking double helix discovery in 1953, Watson has used the same fast, competitive approach to propel a revolution in molecular biology. As a professor at Harvard in the 1950s and 1960s, and as past director and current president of Cold Spring Harbor Laboratory, he tirelessly built intellectual arenas—groups of scientists and laboratories—to apply the knowledge gained from the double helix discovery to protein synthesis, the genetic code, and other fields of biological research. By relentlessly pushing these fields forward, he also advanced the view among biologists that solving major health problems requires research at the most fundamental level of life.

                                            (2) On this date, طبيعة سجية published the paper you are reading.

                                            According to science historian Victor McElheny of the Massachusetts Institute of Technology, this date was a turning point in a longstanding struggle between two camps of biology, vitalism and reductionism. While vitalists studied whole organisms and viewed genetics as too complex to understand fully, reductionists saw deciphering fundamental life processes as entirely possible—and critical to curing human diseases. The discovery of DNA’s double-helix structure was a major blow to the vitalist approach and gave momentum to the reductionist field of molecular biology.

                                            Historians wonder how the timing of the DNA race affected its outcome. Science, after years of being diverted to the war effort, was able to focus more on problems such as those affecting human health. Yet, in the United States, it was threatened by a curb on the free exchange of ideas. Some think that American researcher Linus Pauling would have beaten Watson and Crick to the punch if Pauling’s ability to travel had not been hampered in 1952 by the overzealous House Un-American Activities Committee.

                                            (3) طبيعة سجية (founded in 1869)——and hundreds of other scientific journals—help push science forward by providing a venue for researchers to publish and debate findings. Today, journals also validate the quality of this research through a rigorous evaluation called peer review. Generally at least two scientists, selected by the journal’s editors, judge the quality and originality of each paper, recommending whether or not it should be published.

                                            Science publishing was a different game when Watson and Crick submitted this paper to طبيعة سجية. With no formal review process at most journals, editors usually reached their own decisions on submissions, seeking advice informally only when they were unfamiliar with a subject.

                                            (4) The effort to discover the structure of DNA was a race among several players. They were world-renowned chemist Linus Pauling at the California Institute of Technology, and X-ray crystallographers Maurice Wilkins and Rosalind Franklin at King’s College London, in addition to Watson and Crick at the Cavendish Laboratory, Cambridge University.

                                            The competitive juices were flowing well before the DNA sprint was in full gear. In 1951, Pauling narrowly beat scientists at the Cavendish Lab, a top center for probing protein structure, to the discovery that certain proteins are helical. The defeat stung. When Pauling sent a paper to be published in early 1953 that proposed a three-stranded DNA structure, the head of the Cavendish gave Watson and Crick permission to work full-time on DNA’s structure. Cavendish was not about to lose twice to Pauling.

                                            Pauling's proposed structure of DNA was a three-stranded helix with the bases facing out. While the model was wrong, Watson and Crick were sure Pauling would soon learn his error, and they estimated that he was six weeks away from the right answer. Electrified by the urgency—and by the prospect of beating a science superstar—Watson and Crick discovered the double helix after a four-week frenzy of model building.

                                            Pauling was foiled in his attempts to see X-ray photos of DNA from King's College—crucial evidence that inspired Watson's vision of the double helix—and had to settle for inferior older photographs. In 1952, Wilkins and the head of the King's laboratory had denied Pauling's request to view their photos. Pauling was planning to attend a science meeting in London, where he most likely would have renewed his request in person, but the United States House Un-American Activities Committee halted Pauling’s trip, citing his antiwar activism. It was fitting, then, that Pauling, who won the Nobel Prize in Chemistry in 1954, also won the Nobel Peace Prize in 1962, the same year Watson and Crick won their Nobel Prize for discovering the double helix.

                                            (5) Here, the young scientists Watson and Crick call their model “radically different” to strongly set it apart from the model proposed by science powerhouse Linus Pauling. This claim was justified. While Pauling’s model was a triple helix with the bases sticking out, the Watson-Crick model was a double helix with the bases pointing in and forming pairs of adenine (A) with thymine (T), and cytosine (C) with guanine (G).

                                            (6) This central description of the double helix model still stands today—a monumental feat considering that the vast majority of research findings are either rejected or changed over time.

                                            According to science historian Victor McElheny of the Massachusetts Institute of Technology, the staying power of the double helix theory puts it in a class with Newton’s laws of motion. Just as Newtonian physics has survived centuries of scientific scrutiny to become the foundation for today’s space programs, the double helix model has provided the bedrock for several research fields since 1953, including the biochemistry of DNA replication, the cracking of the genetic code, genetic engineering, and the sequencing of the human genome.

                                            (7) Norwegian scientist Sven Furberg’s DNA model—which correctly put the bases on the inside of a helix—was one of many ideas about DNA that helped Watson and Crick to infer the molecule’s structure. To some extent, they were synthesizers of these ideas. Doing little laboratory work, they gathered clues and advice from other experts to find the answer. Watson and Crick’s extraordinary scientific preparation, passion, and collaboration made them uniquely capable of this synthesis.

                                            (8) A visual representation of Watson and Crick’s model was crucial to show how the components of DNA fit together in a double helix. In 1953, Crick’s wife, Odile, drew the diagram used to represent DNA in this paper. Scientists use many different kinds of visual representations of DNA.

                                            (9) The last hurdle for Watson and Crick was to figure out how DNA’s four bases paired without distorting the helix. To visualize the answer, Watson built cardboard cutouts of the bases. Early one morning, as Watson moved the cutouts around on a tabletop, he found that only one combination of base molecules made a DNA structure without bulges or strains. As Crick put it in his book What Mad Pursuit, Watson solved the puzzle “not by logic but serendipity.” Watson and Crick picked up this model-building approach from eminent chemist Linus Pauling, who had successfully used it to discover that some proteins have a helical structure.

                                            (10) Alongside the Watson-Crick paper in the April 25, 1953, issue of طبيعة سجية were separately published papers by scientists Maurice Wilkins and Rosalind Franklin of King’s College, who worked independently of each other. The Wilkins and Franklin papers described the X-ray crystallography evidence that helped Watson and Crick devise their structure. The authors of the three papers, their lab chiefs, and the editors of طبيعة سجية agreed that all three would be published in the same issue.

                                            The “following communications” that our authors are referring to are the papers by Franklin and Wilkins, published on the journal pages immediately after Watson and Crick’s paper. They (and other papers) can be downloaded as PDF files (Adobe Acrobat required) from Nature’s 50 Years of DNA website (http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html).

                                            Here are the direct links:

                                            Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate
                                            Franklin, R., and Gosling, R. G.
                                            طبيعة سجية 171, 740-741 (1953)
                                            URL: http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf

                                            Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids
                                            Wilkins, M. H. F., Stokes, A. R., & Wilson, H. R.
                                            طبيعة سجية 171, 738-740 (1953)
                                            URL: http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf

                                            (11) This sentence marks what many consider to be an inexcusable failure to give proper credit to Rosalind Franklin, a King’s College scientist. Watson and Crick are saying here that they “were not aware of” Franklin’s unpublished data, yet Watson later admits in his book اللولب المزدوج that these data were critical in solving the problem. Watson and Crick knew these data would be published in the same April 25 issue of طبيعة سجية، but they did not formally acknowledge her in their paper.

                                            What exactly were these data, and how did Watson and Crick gain access to them? While they were busy building their models, Franklin was at work on the DNA puzzle using X-ray crystallography, which involved taking X-ray photographs of DNA samples to infer their structure. By late February 1953, her analysis of these photos brought her close to the correct DNA model.

                                            But Franklin was frustrated with an inhospitable environment at King’s, one that pitted her against her colleagues. And in an institution that barred women from the dining room and other social venues, she was denied access to the informal discourse that is essential to any scientist’s work. Seeing no chance for a tolerable professional life at King’s, Franklin decided to take another job. As she was preparing to leave, she turned her X-ray photographs over to her colleague Maurice Wilkins (a longtime friend of Crick).

                                            Then, in perhaps the most pivotal moment in the search for DNA’s structure, Wilkins showed Watson one of Franklin’s photographs without Franklin’s permission. As Watson recalled, “The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race.” To Watson, the cross-shaped pattern of spots in the photo meant that DNA had to be a double helix.

                                            Was it unethical for Wilkins to reveal the photographs? Should Watson and Crick have recognized Franklin for her contribution to this paper? Why didn’t they? Would Watson and Crick have been able to make their discovery without Franklin’s data? For decades, scientists and historians have wrestled over these issues.

                                            To read more about Rosalind Franklin and her history with Wilkins, Watson, and Crick, see the following:

                                            “Light on a Dark Lady” by Anne Piper, a lifelong friend of Franklin’s
                                            URL: http://www.physics.ucla.edu/

                                            A review of Brenda Maddox’s recent book, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA في الحارس (UK)
                                            URL: http://books.guardian.co.uk/whitbread2002/story/0,12605,842764,00.html

                                            (12) This phrase and the sentence it begins may be one of the biggest understatements in biology. Watson and Crick realized at the time that their work had important scientific implications beyond a “pretty structure.” In this statement, the authors are saying that the base pairing in DNA (adenine links to thymine and guanine to cytosine) provides the mechanism by which genetic information carried in the double helix can be precisely copied. Knowledge of this copying mechanism started a scientific revolution that would lead to, among other advances in molecular biology, the ability to manipulate DNA for genetic engineering and medical research, and to decode the human genome, along with those of the mouse, yeast, fruit fly, and other research organisms.

                                            (13) This paper is short because it was intended only to announce Watson and Crick’s discovery, and because they were in a competitive situation. In January 1954, they published the “full details” of their work in a longer paper (in Proceedings of the Royal Society). This “expound later” approach was usual in science in the 1950s as it continues to be. In fact, Rosalind Franklin did the same thing, supplementing her short April 25 paper with two longer articles.

                                            Today, scientists publish their results in a variety of formats. They also present their work at conferences. Watson reported his and Crick’s results at the prestigious annual symposium at Cold Spring Harbor Laboratory in June 1953. As part of our recognition of the fiftieth anniversary of the double helix discovery, we will join scientists at Cold Spring Harbor as they present their papers at the “Biology of DNA” conference.


                                            How DNA Works

                                            ­DNA is o­ne of the احماض نووية, information-containing molecules in the cell (ribonucleic acid, or RNA, is the other nucleic acid). DNA is found in the nucleus of every human cell. (See the sidebar at the bottom of the page for more about RNA and different types of cells). The information in DNA:

                                            • guides the cell (along with RNA) in making new proteins that determine all of our biological traits
                                            • gets passed (copied) from one generation to the next

                                            The key to all of these functions is found in the molecular structure of DNA, as described by Watson and Crick.

                                            Although it may look complicated, the DNA in a cell is really just a pattern made up of four different parts called النيوكليوتيدات. Imagine a set of blocks that has only four shapes, or an alphabet that has only four letters. DNA is a long string of these blocks or letters. Each nucleotide consists of a sugar (ديوكسيريبوز) bound on one side to a فوسفات group and bound on the other side to a nitrogenous base.

                                            There are two classes of nitrogen bases called purines (double-ringed structures) and pyrimidines (single-ringed structures). The four bases in DNA's alphabet are:

                                            • adenine (A) - a purine
                                            • cytosine(C) - a pyrimidine
                                            • guanine (G) - a purine
                                            • thymine (T) - a pyrimidine

                                            Watson and Crick discovered that DNA had two sides, or strands, and that these strands were twisted together like a twisted ladder -- the الحلزون المزدوج. The sides of the ladder comprise the sugar-phosphate portions of adjacent nucleotides bonded together. The phosphate of one nucleotide is covalently bound (a bond in which one or more pairs of electrons are shared by two atoms) to the sugar of the next nucleotide. The hydrogen bonds between phosphates cause the DNA strand to twist. The nitrogenous bases point inward on the ladder and form pairs with bases on the other side, like rungs. Each base pair is formed from two complementary nucleotides (purine with pyrimidine) bound together by hydrogen bonds. The base pairs in DNA are adenine with thymine و cytosine with guanine.

                                            In the next section we'll find out how long DNA strands fit inside a tiny cell.

                                            A hydrogen bond is a weak chemical bond that occurs between hydrogen atoms and more electronegative atoms, like oxygen, nitrogen and fluorine. The participating atoms can be located on the same molecule (adjacent nucleotides) or on different molecules (adjacent nucleotides on different DNA strands). Hydrogen bonds do not involve the exchange or sharing of electrons like covalent and ionic bonds. The weak attraction is like that between the opposite poles of a magnet. Hydrogen bonds occur over short distances and can be easily formed and broken. They can also stabilize a molecule.


                                            Energy Source

                                            ATP is the main carrier of energy that is used for all cellular activities. When ATP is hydrolyzed and converted to adenosine diphosphate (ADP), energy is released. The removal of one phosphate group releases 7.3 kilocalories per mole, or 30.6 kilojoules per mole, under standard conditions. This energy powers all reactions that take place inside the cell. ADP can also be converted back into ATP so that the energy is available for other cellular reactions.

                                            ATP is produced through several different methods. Photophosphorylation is a method specific to plants and cyanobacteria. It is the creation of ATP from ADP using energy from sunlight, and occurs during photosynthesis. ATP is also formed from the process of cellular respiration in the mitochondria of a cell. This can be through aerobic respiration, which requires oxygen, or anaerobic respiration, which does not. Aerobic respiration produces ATP (along with carbon dioxide and water) from glucose and oxygen. Anaerobic respiration uses chemicals other than oxygen, and this process is primarily used by archaea and bacteria that live in anaerobic environments. Fermentation is another way of producing ATP that does not require oxygen it is different from anaerobic respiration because it does not use an electron transport chain. Yeast and bacteria are examples of organisms that use fermentation to generate ATP.

                                            نقل الإشارة

                                            ATP is a signaling molecule used for cell communication. Kinases, which are enzymes that phosphorylate molecules, use ATP as a source of phosphate groups. Kinases are important for signal transduction, which is how a physical or chemical signal is transmitted from receptors on the outside of the cell to the inside of the cell. Once the signal is inside the cell, the cell can respond appropriately. Cells may be given signals to grow, metabolize, differentiate into specific types, or even die.

                                            DNA Synthesis

                                            Other molecules are related to ATP and have similar names, such as adenosine diphosphate (ADP), adenosine monophosphate (AMP), and cyclic AMP (cAMP). In order to avoid confusion, it is important to know some differences between these molecules.

                                            Adenosine diphosphate (ADP), which is sometimes also known as adenosine pyrophosphate (APP), especially in chemistry, has already been mentioned in this article. It differs from ATP because it has two phosphate groups. ATP becomes ADP with the loss of a phosphate group, and this reaction releases energy. ADP itself is formed from AMP. Cycling between ADP and ATP during cellular respiration gives cells the energy needed to carry out cellular activities.

                                            Adenosine monophosphate (AMP), also called 5’-adenylic acid, has only one phosphate group. This molecule is found in RNA and contains adenine, which is part of the genetic code. It can be produced along with ATP from two ADP molecules, or by hydrolysis of ATP. It is also formed when RNA is broken down. It can be converted into uric acid, which is a component of urine, and excreted via the bladder.

                                            Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) is derived from ATP and is another messenger used for signal transduction and activating certain protein kinases. It can be broken down into AMP. cAMP pathways may play a role in certain cancers such as carcinoma. In bacteria, it has a role in metabolism. When a bacterial cell is not producing enough energy (from insufficient glucose, for example), high cAMP levels occur, and this turns on genes that use energy sources other than glucose.


                                            DNA vs RNA – Similarities and Differences

                                            Three differences between DNA and RNA are that DNA uses the base thymine while RNA uses uracil, DNA uses the sugar deoxyribose while RNA uses ribose, and usually DNA is double-stranded and RNA is single-stranded. (image: Sponk, Creative Commons 3.0)

                                            DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid) are the two types of nucleic acids found in cells. Nucleic acids, in turn, are the biological molecules that code for genetic information and proteins. Here is a comparison of the similarities and differences between DNA and RNA.

                                            Similarities Between DNA and RNA

                                            As nucleic acids, DNA and RNA share some similarities:

                                            • Both DNA and RNA store genetic information.
                                            • DNA and RNA are both large biological polymers.
                                            • Both DNA and RNA consists of sugar, nitrogenous bases, and a phosphate backbone.
                                            • On both molecules, guanine and cytosine pair with each other (are complementary).
                                            • Complementary base pairs are connected by hydrogen bonding. Two hydrogen bonds form between adenine and either thymine or uracil, while three hydrogen bonds form between cytosine and guanine.

                                            Differences Between DNA and RNA

                                            DNA and RNA are different from each other in several ways.

                                            • DNA uses the sugar deoxyribose, while RNA uses the sugar ribose. The difference between deoxyribose and ribose is that deoxyribose has a hydrogen (-H) attached to the second (2′) carbon of the sugar ring, while ribose has a hydroxyl group (-OH) attached to this carbon.
                                            • Usually, DNA is a double-stranded molecule that forms a double helix, while RNA is a single stranded molecule. Rarely, DNA takes other forms, such as triple-strand DNA and quadraplex DNA. Similarly, double-stranded RNA (dsRNA) occurs in some viruses.
                                            • DNA uses the bases adenine, thymine, guanine, and cytosine. RNA uses the bases adenine, uracil, guanine, and cytosine. Uracil differs from thymine in that it lacks a methyl group.
                                            • DNA and RNA serve different functions. DNA stores and transfers genetic information, while RNA acts as a messenger between DNA and ribosomes to make amino acids and proteins. Viruses use either DNA or RNA as genetic material, but they require the hosts cellular machinery to replicate. Sometimes RNA acts as a catalyst for biochemical reactions.
                                            • RNA is less stable than DNA and is more vulnerable to mutation and attack than DNA. DNA is protected by proteins and has several repair mechanisms.

                                            Types of DNA and RNA

                                            There are different types of DNA and RNA. DNA occurs in five forms: A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA, and Z-DNA. The B form occurs in most organisms and is a right-handed helix with a major and minor groove. The main types of RNA are messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), and transfer RNA (tRNA). Many additional types of RNA also exist. A cell typically contains one type of DNA and several forms of RNA.


                                            شاهد الفيديو: ما هو الحمض النووي DNA وكيف يعمل شرح بسيط وعلمي (كانون الثاني 2022).