الحمض النووي (DNA) والمعلومات الوراثية: يُعرف DNA بأنه اختصار للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين، ويطلق عليه أيضًا اسم حمض الديوكسي ريبونيوكليك.
يتكون جزيء الحمض النووي DNA من سلسلة من النيوكليوتيدات، حيث ترتبط مجموعة فوسفات بكل نيوكليوتيدة بسكر الريبوز المفقود منه ذرة أكسجين. وتلعب قاعدة النيتروجين في كل نيوكليوتيدة دورًا حيوياً في تشكيل المعلومات الوراثية المخزنة في جزيء DNA.
عندما تترتب هذه السلسلة، تُعرف بالرمز الوراثي الذي يميز الكائنات الحية ويحدد خصائصها.
ما هو الحمض النووي (DNA)؟
- حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين، وهو جزيء طويل يحتوي على الشفرة الوراثية التي تمنح كل فرد خصائص وراثية فريدة.
- يمثل المادة الوراثية الأساسية في البشر وجميع الكائنات الحية الأخرى.
- يحتوي الحمض النووي في الجسم البشري على حوالي 3 مليارات قاعدة، وأكثر من 99% من هذه القواعد متطابقة بين جميع البشر.
- يرث الأبناء مادة DNA من والديهم بنصف من الأب ونصف من الأم.
مكونات جزئ الحمض النووي (DNA)
- يتكون الحمض النووي من وحدات تعرف باسم النيوكليوتيدات.
- تتكون كل نيوكليوتيدة من مجموعة فوسفات، وسكر، وقاعدة نيتروجينية.
- تُخزن المعلومات في الحمض النووي على شكل رمز يتألف من أربع قواعد: الأدنين، الجوانين، الثيامين، والسيتوسين، وغالبًا ما تُختصر أسماء هذه القواعد بحرفها الأول.
- يأخذ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين شكل التركيب الحلزوني المزدوج، ويتكون من شرائط طويلة من السكريات ومجموعات الفوسفات، جنبًا إلى جنب مع القواعد النيتروجينية.
وظيفة الحمض النووي في الجسم
- يوفر الحمض النووي التعليمات الضرورية للخلايا لأداء وظائفها الحيوية.
وظائف أخرى للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين
- للحمض النووي تطبيقات متعددة في التكنولوجيا، بما في ذلك الهندسة الوراثية التي تُستخدم لتعديل النباتات والحيوانات لتحسين إنتاجيتها ومقاومتها للأمراض.
- يساهم الحمض النووي في علم الأدلة الجنائية، حيث يُمكن استخدامه لاكتشاف الجاني من خلال استخراج الحمض النووي من مسارح الجرائم، بالإضافة إلى استعمال البصمة الوراثية.
- يستخدم في إجراء اختبارات الأبوة من خلال تحليل الحمض النووي لتحديد الوالد البيولوجي للطفل.
- يمكن للحمض النووي تخزين كميات هائلة من البيانات الرقمية، حيث قدرة التخزين النظرية تصل إلى 455 مليون تيرابايت لكل غرام.
- في تقنية الحمض النووي النانوية، يمكن إنشاء هياكل نانوية لها استخدامات محتملة في مجالات مثل الفيزياء الحيوية.
- يتم استخدامه أيضًا في علم البلورات لتحديد أشكال جزيئات كانت معقدة مسبقًا، وكذلك في تطبيقات طب النانو لتوصيل الأدوية بدقة إلى الخلايا السرطانية.
حقائق مهمة حول الحمض النووي (DNA)
- حوالي 99.9% من الحمض النووي لكل إنسان متشابه، في حين أن 0.1% فقط هو ما يميز كل فرد عن آخر، مما يجعل كل واحد منا فريدًا.
- إذا اُخرجت كافة جزيئات الحمض النووي في جسم الإنسان ومدت بشكل مستقيم، ستمتد إلى الشمس وتعود عدة مرات، مما يوضح الكمية الهائلة له.
- في عام 1953، اكتشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك الهيكل الحلزوني المزدوج للحمض النووي (DNA).
- يتم تنظيم الحمض النووي في هياكل تعرف باسم الكروموسومات الموجودة في نواة الخلية.
- تم عزل الحمض النووي لأول مرة كمكون منفصل في عام 1869 بفضل العالم السويسري فريدريك ميسشر.
ما هي المعلومات الوراثية؟
- توجد المعلومات الوراثية عادة على شكل صبغيات داخل نواة الخلية، حيث تمثل الحامل الأساسي للجينات.
ما هي الوحدات التي تحمل المعلومات الوراثية في الكائنات الحية؟
- الحمض النووي يتواجد داخل الصبغيات، وهي الوحدات المعنية بالتحكم في الصفات الوراثية، والمسماة الجينات.
- تتكون الصبغيات من مركبين أساسيين: البروتين والحمض النووي (DNA).
- كان العلماء في السابق يعتقدون أن البروتين هو العنصر الحامل للمعلومات الوراثية، نظرًا لتنوع محتواه المكون من 20 حمض أميني.
- بينما يحتوي الحمض النووي على أربع نيوكليوتيدات فقط.
DNA هو الناقل الحقيقي للمعلومات الوراثية وليس البروتين
- في الأربعينيات من القرن الماضي، تم تجاوز الاعتقاد السابق حيث تم التوصل إلى أن DNA هو المادة الوراثية.
الأدلة على أن DNA هو المادة الوراثية
- قام العالم جريفث بدراسة تأثير سلالات معينة من البكتيريا على الفئران في تجربة تُعرف بالتحول البكتيري.
- لاحظ وجود نوعين من سلالات البكتيريا، الأولى S وهي مميتة، والثانية R وهي غير مميتة.
- بعد حقن الفئران بالسلالة S، أصيبت بالالتهاب الرئوي وتوفيت.
- حقن فئران أخرى بالسلالة R فتاثروا بالإصابة ولكنهم بقوا على قيد الحياة.
- وعند حقن مجموعة أخرى بمزيج من سلالتي S وR، توفي بعض الفئران فقط.
- أظهرت الخلايا المستخلصة من هذه الفئران وجود خلايا بكتيرية مميتة، مما يُشير إلى أن السلالة R قد استوعبت العنصر المميت من السلالة S التي تم قتلها بالحرارة.
- عزل العالم إفري مادة التحول البكتيري وحللها وتوصل إلى أن المادة المعنية هي DNA.
- لتأكيد ما توصل إليه، استخدم إنزيمًا يُدعى دي أكس ريبونيوكليز، الذي يُفكك DNA بينما لا يؤثر على البروتينات أو RNA.
- عند استخدام هذا الإنزيم، لم تحدث عملية التحول البكتيري بسبب تحلل DNA، مما أثبت أنه المسؤول عن الوراثة.
خصائص مادة DNA تجعلها المادة الوراثية
- تمتلك DNA القدرة على تخزين المعلومات الوراثية وترجمتها لتشكيل البروتين في المستقبل.
- تُظهر قدرة على التكرار الذاتي، مما يضمن ثبات الكمية الوراثية في الخلايا الناتجة عن الانقسام.
ما هي الجينات وما هي وظيفتها؟
- الجينات تمثل الأساس لتحديد الصفات الوراثية بين الأجيال، وتعتبر الوحدات الرئيسية في علم الوراثة بين الكائنات الحية.
- تحتوي الجينات على المادة الوراثية أو الحمض النووي.
- تسيطر الجينات على الصفات المتوارثة، مثل لون الشعر والعينين، ويمكن أن تتحكم بها، نظرًا لحملها المعلومات اللازمة لصنع البروتينات من الأحماض الأمينية.
كيف يُنتقل الحمض النووي (DNA) إلى الأجنة؟
- يحتفظ DNA بجميع المعلومات الوراثية مدى الحياة، حيث يُشكل جزيء DNA الطويل جميع الكروموسومات في الكائن الحي.
- تتكون الكائنات البشرية من 23 زوجًا من الكروموسومات، حيث ينقل كل زوج صفة معينة للجنين، باعتبار أن الخلية هي وحدة الحياة الأساسية.
- تنتج الخلايا العديد من الخلايا من خلال عملية تُعرف بانقسام الخلية.
- قبل كل عملية انقسام، يتم عمل نسخ جديدة من جميع الجزيئات، بما في ذلك DNA، وعادةً ما يُشار إلى هذا الإجراء باسم تضاعف DNA.
