األحماض النوويةأيض األحماض النووية

Metabolism of nucleic acids (DNA and RNA) تعتبر األحماض النووي-ة من أهم المركب-ات العض-وية على اإلطالق ، فهي المسؤولة والمسيطرة على جميع م--ا يتم في النظ-ام الحي-وي من نشاطات حيوية . وكانت تسمى في الماض--ي ب--النيوكلين نس--بة

م )1869لتواجدها في الن--واة وعن--دما عزله--ا الع--الم ميش--ر ع--ام ( .Nucleinوأطلق عليها اسم

وقد أجرى العديد من التجارب المتعاقب--ة ال--تي أوض--حت أن الم--ادة الوراثية للكائنات الحية هي أحد ن--وعين من األحم--اض النووي--ة، إم--ا

الذي يعتبر المادة الوراثية لكل الكائنات الحيةDNAالحمض النووي ال--ذي يعت--بر الم--ادةRNAوبعض الفيروس--ات ، أو الحمض الن--ووي

الوراثية لبعض الفيروسات فقط . تركيب األحماض النووية :

يوجد نوع--ان من األحم--اض النووي--ة األول يع--رف ب--الحمض الن--ووي والثاني يع--رف ب--الحمض الن--وويDNAالريبوزي منقوص األكسجين

الريبوزي ، يتك--ون ه--ذان الحمض--ان النووي--ان من تسلس--ل أو تت--ابع لع---دد من النيوكليوتي---دات . تعت---بر النيوكليوتي---دات وح---دة البن---اء والتركيب األساسية لألحماض النووي--ة ، كم--ا ت--دخل النيوكليوتي--دات في ت--ركيب بعض الجزئي--ات الحيوي--ة األخ--رى مث--ل نيوكليوتي--دات األدينين التي تدخل في تركيب جزيء األدينوسين ثالثي الفوس-فات

)ATPالمص--در الرئيس--ي لنق--ل الطاق--ة في الخلي--ة ، كم--ا ت--دخل (

نيوكليوتيدات األدينين في تركيب جزيء النيكوتين أميد األدي--نين ديFAD ) وجزئ فالفين األدينين دي النيوكليوتيد NDAالنيوكليوتيدة (

اللذان يؤديان دوراً هاماً في عملي--ة نق--ل اإللكترون--ات ألثن--اء تك--وين .ATPجزيء األدنيوسين ثالثي الفوسفات

تتركب النيوكليوتيدة الواحدة من ثالث مكونات أساسية وهي :- مجموعة فوسفات 1 - سكر خماسي فهو سكر الرايبوز أو س--كر الرايب--وز منق--وص ذرة2

DNAأكسجين في - قواعد نيتروجينية 3

RNA و DNAهناك خمس قواعد نيتروجينية في الحمضين الن--ووين ) وهم---ا منG ) والج---وانين ورمزه---ا (Aوهي األدي---نين ورمزه---ا (

)U) واليوراسيل ورمزه--ا (Tالقواعد البيورينية والثايمين ورمزها ( ) والثالث األخ-----يرة من القواع-----دCوالسايتوس-----ين ورمزه-----ا (

البيريميديني--ة . ت--دخل القواع--د األدي--نين والج--واتين والسايتوس--ين ، بينما تدخل القواعد األدينين والحوانينDNAوالثيامين في بوليمر

. RNAوالسايتوسين واليوراسيل في بوليمر تب--ني جزيئ--ات البيورين--ات من حمض األس--بارتيك وث--اني أكس--يد الكربون وحمض الجاليسين وحمض الفورميك ، أم--ا البيريمي--دينات

فيساهم فيها مركب فوسفات الكرباميل وحمض األسبارتيك . عندما تتصل القاعدة النيتروجينية مع السكر الخماسي فقط تسمى نيوكليوسيدة وعندما تتصل القاعدة النيتروجينية م--ع س-كر خماس-ي مرتبط--اً ب--ه مجموع--ة فوس--فاتية تس--مى نيوكليوتي--دة وترتب--ط ه--ذه النيوكليوتيدات مع بعضها البعض ع--بر رواب--ط فوسفواس--ترية ثنائي--ة

للس-----كر الخماس-----ي ألح-----د5تص-----ل بين ذرة الكرب-----ون رقم للس--كر الخماس--ي للنيوكليوتي--دة3النيوكليوتي--دات م--ع ال--ذرة رقم

التاليه

تركيب النيوكليوتيدات

DNAأوالً : الحمض النووي الريبوزي منقوص األكسجين

يتك--ون من سلس--لتين من عدي--د النيوكليوتي--دDNAالحمض النووي ملتفتين حول بعض-هما لتك-ون حل-زون م-زدوج ، هات-ان السلس-لتانً ترتبطان مع بعضهما ع--بر رواب--ط هيدروجيني--ة وبحيث ترتب--ط دائم--ا

) بتك--وين رابط--تينT ) م--ع قواع--د الث--ايمين ( Aقواع--د األدي--نين ( ) كما ترتبط قواعدT=Aهيدروجينيتين بين كل قاعدتين متقابلتين (

) بتك--وين ثالث رواب--طG )م--ع قواع--د الج--وانين ( Cالسيتوس--ين ( ) ، فتع--اقب القواع--دC-Gهيدروجينية بين كل قاعدتين متق--ابلتين (

في السلسلتين تكون مكملة لبعضهما وبديهي أيضاً أنه--ا ال يمكن أن تكون متطابقة مع بعضها ، أو بمعنى آخر أننا لو علمنا تتابع القواع--د في إحدى السلسلتين فيمكننا معرف--ة تت--ابع القواع--د في السلس--لة األخرى . وتلتف السلسلتان التفافاً حلزونياً يميني--اً ( باتج--اه عق--ارب

الساعة ) حول محور مركزي وهمي لتكون حلزوناً مزدوجاً . بطريق--ة دقيق--ةDNAإن ترتيب القواعد النيتروجينية على شريطي

ومحكمة ، وتتميز خاليا النوع الواحد بترتيب فريد خاص بتلك الخالي--ا ترثه من أسالفها وتورثه ألحفادها وبذا تحافظ األجيال المتعاقبة لهذا

النوع من الخاليا على خصائصها الوراثية التي تميزها عن غيرها . إن ع--دداً معروف--اً متتابع--اً للقواع--د النيتروجيني--ة األرب--ع على ط--ول

ويختل--ف ك--ل م--ورث عن اآلخ--ر فيGene ب--المورث DNAج--زيء عدد وكيفية تتابع تلك القواعد .

عادة بالعدد الزوجي للقواع--د النيتروجيني--ةDNAيقاس طول جزي بق--درة عجيب--ةDNAالتي يتكون منها هذا الج--زيء ، وينف--رد ج--زيء

م85عندما ترتفع درجة الحرارة فوق Denaturationعلى التفكك ، حيث تنفص--ل سلس--لتي ه--ذا الج--زيء عن بعض--هما نتيج--ة لكس--ر الروابط الهيدروجيني--ة بين القواع--د النيتروجيني--ة ، وس--رعة التفك--ك تخض--ع لطبيع--ة تك--رار القواع--د النيتروجيني--ة الداخل--ة في ت--ركيب الجزيء حيث نجد أن تفكك ال--تزاوج بين قواع--د األدي--نين والث--ايمين يكون أسرع من تفك--ك ال--تزاوج بين قواع--د السيتوس--ين والج--وانين وهذا يرجع إلى عدد الروابط الهيدروجينية الرابطة بين تلك القواعد

عن--دماRenaturation. ونجد أن الجزيء قادر على إع--ادة االتح--اد

تنخفض درجة الحرارة لج--زيء ق--د تفك--ك حراري--اً ف--إن السلس-لتينالمتكاملتين تعاودان االرتباط من جديد .

RNAثانياً : الحمض النووي الريبوزي

خالل عملية حيوية تعرف بعملي--ةDNAمن جزيء RNAينتسخ جزي RNAنسخ transcriptionلذا نجد أن هذا الجزيء يشبه إلى ح--د.

الذي انتسخ منه ، فهو يتك--ون من سلس-لة واح-دةDNAكبير جزيء . DNAتنسخ من الحمض النووي

على سكر خماسي ريبوزي ، ويحتوي على أرب--عRNAيحتوي جزيء ) ، السيتوس--ين (G ) الج--وانين (Aقواعد نيتروجينية وهي األدي--ني (

C) واليوراس--يل ، (U) ل--ذا تعت--بر القاع--دة ، (Uقاع--دة مم--يزة ( . ويتم--يزDNA ) مم--يزة لج--زيء T بينم--ا القاع--دة (RNAلج--زيء

ودائماً جزيءDNA بأنه قصير جداً إذا ما قورن بجزيء RNAجزيء RNAيكون وحيد السلسلة إال أنه قد يوجد فيه بعض المناطق التي

تب--دو على هيئ--ة من--اطق حلزوني--ة مزدوج--ة قص--يرة ، ه--ذا ال--تزاوج في بعض المن--اطق ح--ول نفس--هRNAيحدث نتيجة اللتفاف شريط

مما يؤدي إلى تزاوج بعض القواعد النيتروجينية فيما بينها .

Messenger- الحمض الن----ووي الريب----وزي الرس----ول 1 RNA (mRNA)

يتك--ون من ع--ددRNAيعتبر أطول أنواع الحمض الن-ووي الريب--وزي كب---ير من النيوكليوتي---دات وغ---ير م---دعوم بالبروتين---ات ، ويحم---ل المعلوم--ات الوراثي--ة في ش--كل ش--فرة لتخلي--ق البروتين--ات عم--ره

2.000.000 إلى 500.000قصير وي--تراوح وزن--ه الجزي--ئي م--ا بين ، فهو عبارة عن نس--خ للجين--ات الش--افرةDnaيستنسخ من جزيء

Structural ويطلق عليها protein coding genesإلى بروتيناتgenes .

Transfer RNA(tRNA)- الحمض النووي الريبوزي الناقل 2

نيوكليوتي-دة93 إلى 73وهو عبارة عن جزيء قصير طول-ه ح-والي وغير مدعوم بالبروتين لكنه متخصص جداً ويمل--ك م--وقعين أح--دهما للتعرف واالرتباط مع حمض أميني واحد ، والموق--ع اآلخ--ر للتع--رف

mواالرتباط مع الشفرة الوراثي--ة على الحمض الريب--وزي الرس--ول RNAفهو ال--ذي ي--أتي باألحم--اض األميني--ة للريبوس--وم أثن--اء عملي--ة

RNAالترجمة . لذا يوج--د حمض ريب--وزي ناق--ل tمتخص--ص لك--ل ، .RNA t 20حمض أميني وهذا يعني أنه يوجد أكثر من

وجزيء الحمض الريب--وزي الناق--ل يحت--وي على ثالث ثني--ات تتف--رع من ساق مركزية مزدوج--ة يع--رف بس--اق االس--تقبال . تمت--از س--اق االستقبال بنه--ايتين طرفي--تين إح--داهما يرتب--ط به--ا الحمض األمي--ني

ومجموع--ة هيدروكس--يلccaوتنهي دائماً بترتيب قاعدي ثابت وه--و -)oH) فتنتهي51 ) . أم---ا النهاي---ة الثاني---ة (31 ) عن---د النهاي---ة (

بمجموع---ة فوس---فاتية أحادي---ة وع---ادة تك---ون على ش---كل حمض الجوانيليك . أما الثنيات الثالث فهي عبارة عن انتفاخات ال يتم فيه--ا

3 و 1 الثنيات 3و2و1تزاوج بين النيوكليوتيدات يطلق عليها الثنيات فتك--ون على2تكونان متعامدتين على ساق االستقبال ، أم--ا الثني--ة

امتداد ساق االس--تقبال وتنتهي ب--ترتيب تي--و كليوتي--دي مم--يز يطل--ق يمت--از بش--فرة ض--دtRNAعليه اس--م ش--فرة الض--د حيث أن ك--ل

خاصة به.

ribosomal- الحمض الن--ووي الريب--وزي الريبوس--ومي 3 RNA(r RNA)

هو من الجزيئات القصيرة المتخصصة والمدعوم ب--البروتين النووي--ة يطلق عليها بروتينات الريبوسوم ليكون الريبوس--وم الناض--ج ويوج--د

–- 85في الريبوسومات ، ويمثل RNA% من مجم--وع الحمض 90 الموج--ودة في الخلي--ة الحي--ة . وه--ذه األحم--اض تس--اعد في عملي--ةترجمة ونقل شفرة تخليق البروتينات على عضيات الريبوسومات .

- تضاعف الحمض النووي الريبوزي منقوص األوكسجين : إن عملية التضاعف ( التكرار ) تحتاج إلى تركيب متخص--ص يحت--وي على عدد كب--ير من البروتين--ات واإلنزيم--ات ال--تي تعم--ل م--ع بعض--ها البعض مث--ل الجه--از المتكام--ل م--ع بعض--ه ول--ذا يطل--ق عليه--ا بعض

الملتفينDNAالعلم--اء آل--ة التك--رر إن الخيطين المك--ونين لج--زيء حول بعضهما على شكل حلزون يجب أن يعودوا في ه--ذا اإللتف--اف ليبتعد الخيطان المكونان للحلزون عن بعض--هما أثن--اء عملي--ة تك--رار

DNAولو أردنا إبعاد هذين الخيطين عن بعضهما فالبد أن يل--ف أح--د هذين الخيطين عكسياً حول الخيط اآلخر . ويحف--ز عملي--ة اإللتف--اف

dna (المكملين لبعض--هما ) إنزيم--ات تس--مى DNAلفص--ل خيطي helicase enzymesالذي ينتقل على طول الحلزون وكلما انتقل

لمكان على الحلزون يقوم بفك الخيطين عن بعض--هما ، وفي نفس اللحظة ال--تي ينفص--ل فيه--ا الخيط--ان عن بعض--هما تق--وم بروتين--ات

helixيطلق عليه--ا – destabilizing باالرتب--اط على خي--ط DNA المفرد وذلك لتالفي إرتباطه مرة أخرى بالخي--ط المكم--ل ( لتك--وين الحلزون مرة أخرى ) حتى تتم عملية أخذ نسخة من كال الخيطين ،

في الخالي--اDNAإن عملية التضاعف تبدأ من منطقة مح--ددة على بدائية النواة ، تعرف بموقع المنشأ ( الب--دء ) وإن موق--ع الب--دء ه--ذا يعتبر وحيداً في الخاليا بدائية النواة ، ويرج--ع الفض--ل في إثب--ات أن

من منش--أ واح--د إلى الع--المDNAالخاليا بدائية النواة يتضاعف فيها م ) . 1963كيرنز عام (

من موق--ع الب--دء وهي عب--ارة عنDNAتبدأ عملي--ة التض--اعف لل---- ذات ترتيبنيوكليوتيدة مميز ، وحيثDNAمنطقة محددة من ال------

عبارة عن حلزون مزدوج مكون من شريطينDNAأن جزيء ال---- متكاملين ومتضادين في االتجاه هذا يع--ني حس--ب الطريق--ة الش--به محافظة لتكرر المادة الوراثية أن كل شريط منهما سوف يكون ل--ه زميل جديد أثناء عملي--ة التض--اعف ، بمع--نى أن الش--ريط األب--وي ذو

.............51االتج--اه س--وف يعطي ش--ريطاً جدي--داً باالتج--اه31 31 ---.............. ، أم---ا الش---ريط األب---وي اآلخ---ر ذو االتج---اه51 فس----وف يك----ون ش----ريطاً جدي----داً باالتج----اه51..............3151.............31 .

حيث31 .............51دائماً تتم في االتجاه DNAإن عملية تخليق أن اإلنزيمات التي تحفز عملية ربط النيو كليوتي--دات ببعض--ها تعم--ل

DNA فق--ط ، إذا كي--ف يتم تض--اعف 31............51في االتج--اه . 51............31األبوي ذو االتجاه

إن عملية التضاعف تبدأ من موقع مح--دد باس--م منش--أ التك--اثر كم--ا سبق الذكر ، يتم التعرف على منشأ التكاثر بواس--طة إن--زيم يع--رف

وهو المسؤول عن فك الحل--زون ، حيث يح--دثDNAباسم هليكيز هذا اإلنزيم ما يشبه الفقاع--ة في منطق--ة المنش--أ ( الب--دء ) كنتيج--ة yكف--ك الحل--زون ، وتب--دو الفقاع--ة على ش--كل ش--وكة أو ح--رف

وتس--مى علمي--ا بش--وكة التض--اعف حيث يس--تدل منه--ا على اتج--اه التضاعف ، وحتى ال يعود الش--ريطان لل--تزاوج وك--ذلك ع--دم التث--ني

وحيدDNAتساهم بروتينات تعرف باسم بروتينات االرتباط بال------- الخي--ط في المحافظ--ة على الش--ريطين متباع--دين أو ع--دم ح--دوث

انثناء به كما سبق ذكره .

المبلمر في بناء شريط مكم--ل للش--ريط األب--وي ذوDNAيبدأ إنزيم أي بمع--نى أن عملي--ة البن--اء أو التض--اعف تتم31.........51االتجاه

األبوي ذو االتجاهDNA لهذا يعرف شريط 31.........51في االتجاه بالش--ريط القي--ادي ألن عملي--ة التك--اثر ل--ه تك--ون31...........51

dnaالمبلم--ر . االن--زيم DNAمس--تمرة وتتم حس--ب خاص--ية إن--زيم polymerase للخي--ط31يستطيع إضافة النيوكليوتيد فقط للنهاي--ة

عديد النيوكليوتيدات ال--ذي يتم تخليق--ه والموج--ود فعالً ، وبن--اء على ه--ذه المعلوم--ة فالس--ؤال اآلن كي--ف يمكن ب--دء تض--اعف الحمض

( الشريط المتباطئ51............31األبوي ذو االتجاه DNAالنووي ) ؟ يتم عملية بناء أو تضاعف هذا الشريط بطريقة غير مستمرة أو

إلى100يتراوح طوله-ا بين DNAمتقطعة وتكون قطعاً صغيرة من نيوكليوتيدة تعرف باسم شظايا أو قطع أو كازاكي نسبة إلى2000

م ) وحيث أن إن---زيم1969مكتش---فها الع---الم أوك---ازاكي ع---ام (DNAالمبلم--ر ال يس--تطيع أن يرب--ط النيوكليوتي--دات إال في االتج--اه

31 ، أي يض--يف النيوكليوتي--ده فق--ط للنهاي--ة 31...............-- 51 للخيط الذي يتم تخليقه والموجود فعالً ، وبن--اء على ه--ذه المعلوم--ة

بمج--ردDNAفالسؤال اآلن كيف يمكن بدء تخلي--ق الحمض الن--ووي انفصال الخيطين عن بعضهما ؟ أو بمعنى آخر إذا ك--ان التخلي--ق يتم بعملية إضافة فكيف يمكن بدء التخليق ب--دون نيوكليوتي--دة لإلض--افة عليها ، واإلجاب--ة هن--ا أن قطع--ة ص--غيرة مكون--ة من ح--والي خمس--ة نيوكليوتيدات من الحمض النووي يبدأ تخليقها أوالً عن طريق تجم--ع

وجزيء الحمض النووي الريبوزيprimosomesلبروتينات تسمى Rnaوهو عبارة عن عديد من النيوكليوتي--دات ال--تي تتص--ل بقاع--دة

الق--الب ( األب--وي ) عن--د نقط--ة الب--دءDNAالخي--ط المكم--ل لحمض أن يقوم بإضافة نيوكليوتي--دات إلىDNAوبالتالي فيمكن اآلن إنزيم

RNA للحمض الب--ادئ 31النهاي--ة primerوفي النهاي--ة يض--محل RNAالبادئ primerبواس--طة إنزيم--ات متخصص--ة ويمأل الف--راغ

أي تق--وم ه--ذه اإلنزيم--ات باس--تبدالDNAمكان--ه ب--الحمض الن--ووي مكمل--ة للش--ريطDNA بنيوكليوتي--دات Rnaنيوكليوتي--دات الب--ادئ

DNAالربط DNAاألبوي ويساعد إنزيم ligaseعلى ربط قط--ع أو ، RNAكازاكي بعد استبعاد البادئ

RNA- تخليق األحماض الريبوزية من أهم وظ--ائف األحم--اض النووي--ة هي عملي--ة تخلي--ق البروتين--ات

oneوذل----ك من خالل نظري----ة gene-one polypeptide

hypothesis وفيه--ا ش--ريط من DNAيعطي RNAوال--ذي يعم--ل كمراسل لبرمجة عملية تخليق عديد الببتيدات ( البروتينات )

RNA يوجه لتخليق DNAوهي ما يعني أن ، RNAيوجه لتخلي--ق البروتينات ، وهناك بروتينات معينة تس--تطيع توجي--ه تخلي--ق ك--ل من

RNA ، DNAوهذا التوجيه الدائري يحدث في جميع الخالي--ا إال أن إلى البروتينات وليس العكس . DNAتدفق المعلومات يتم من

- تخليق الحمض النووي الريبوزي ه--وDNAبالرغم من تع--اقب النيوكليوتي--دات على الحمض الن--ووي

المح--دد لنوعي--ة ال--بروتين المخل--ق بواس--طة الخلي--ة إال أن ه--ذه مباشرة إلى سيتوبالزم الخليةDNAالمعلومات ال تنتقل من ال------

، ولكنها تنتق--ل عن طري--ق وس--يط وه--و الحمض الن--ووي الريب--وزيRNA الذي يعمل كحلقة الوصل بين DNA . وتخليق البروتين

بتحف--يز من إن--زيم يع--رف باس--مRNA synthesisتتم عملية بن--اء وهذا اإلنزيم يختلف علىRNA polymerase المبلمر RNAال------

حسب نوع الخلية إذا كانت بدائية النواة أو حقيقية النواة . يتحد هذا عن--د مواق--ع مح--ددة تع--رف بمواق--ع الب--دءDNAاإلنزيم م--ع ج--زيء promoter sitesوهي ذات تتابع نيوكليوتي--دي مم--يز ، يق--وم ه--ذا

وبش--كلDNAاإلن--زيم بكس--ر الوراب--ط الهيدروجيني--ة بين ش--ريطي مت--درج مس--ببا تباع--دهما عن بعض--هما وتك--ون م--ا يش--به الفقاع--ة

Bubbleبين الشريطين تتم عملية ربط النيو كلوتي--دات الريبوزي--ة المنس--وخ بالت--درج وحس--ب نوعي--ةRNAالمقابل--ة للش--ريط ال-----

50 المنس--وخ يتم نس--خ ح--والي DNAوترتيب نيوكليوتيدات شريط تتوقف عند مواق--عRNAنيوكليوتيدة في الثانية . كما أن عملية بناء

مح--ددة ذات تت--ابع ني--و كليوتي--دي مم--يز تع--رف بمواق--ع االنته--اءTermination sites .

DNA الب--د من ت--وفر ج--زيء RNAوح--تى تتم عملي--ة بن--اء ال------ المبلمر والنيوكليوتيدات الريبوزي--ة األرب--عRNAالناسخ وإنزيم ال----

GوCوUوA ويمكن تحلل البوليمرات في األحماض النووية أو فص--ل قط--ع منه--ا كيميائياً أو إنزيمياً . وذلك بطرق مختلفة لكن من الناحية اإلنزيمية ،

، DNAفهنا إنزيمان يقومان بالعمل على تميؤ الحمضيين النوويين RNA وهم--ا من التمي--ؤ ال--داخلي Endonucleasesأي ته--اجم ،

داخ--ل ب--وليمرات النيوكليوتي--دات ، واإلنزيم--ات هم--ا دي أوكس--ي ، ورايبوD Nase أو اختصارا deoxyribonucleaseرايبونكلييز

R أو اختص--ار ribonucleaseنكلي--يز Naseوهي بع--دة أش--كال عرفت في الثدييات والبكتيريا ، وتساهم إنزيمات أخرى في تك--وين

نواتج مختلفة من تميؤ هذه األحماض النووية .