الحمض النووي والشيفرة الوراثية

الحمض النووي والشيفرة الوراثية :

المعلومات اللازمة لتشكيل جسم بشري أو عنكبوت أو نبتة هندباء بريّة أو أي كائن حي آخر تقريباً تكون موجودة في جزيئات من الحمض النووي (Deoxyribonucleic Acid) على شكل شريط ثنائي لولبي في كروموسومات تخزن المعلومات على هذه الأشرطة فيما يعرف بالشيفرة الوراثية .



الجين هو جزء طولي من الحمض النووي ويتكون من جزء صغير من الشيفرة الوراثية وهناك جزيء حمض نووي واحد (DNA) لكل كروموسوم وهذا قد يضم أكثر من 4000 جين ، وكل الكروموسومات معاً في خلايا جسم الإنسان تضم أكثر من 100.000 نوع من الجينات . وعبر دراسة تركيب الحمض النووي سنعرف ما هذه المعلومات وكيف لها أن تشكل الشيفرة الوراثية المستخدمة لبناء جسم كائن حي بدءاً من خلية واحدة (بيضة واحدة مُخصّبة) .
تركيب الحمض النووي :
يتكون جزيء الحمض النووي (DNA) من خيطين مجدولين مع بعضهما بواسطة قطع صغيرة موصولة ببعضها ، للحمض النووي شكل لولبي يعرف باسم الحلزون الثنائي (Double Helix) .

الدرجات في سلم الحمض النووي هي وحدات كيميائية تسمى قواعد نيتروجينية ، وكل درجة من السلم تتكون من قاعدتين نيتروجينيتين موصولتين في المنتصف .

هناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية ، في الشكل التوضيحي التالي تظهر الأحرف (A,G,C,T) وهي مفصلة أكثر في الشكل التوضيحي أيضاً.


يوجد الملايين من الدرجات في جزيء الحمض النووي الواحد ولكن كل قاعدة نيتروجينية A ترتبط بقاعدة نيتروجينية T ، وكل قاعدة نيتروجينية C ترتبط بقاعدة نيتروجينية G .
A  Adenine القاعدة النيتروجينية أدينين
T  Thymine القاعدة النيتروجينية ثايمين
C  Cytosine القاعدة النيتروجينية سايتوسين
G  Guanine القاعدة النيتروجينية غوانين
كيفية نسخ الحمض النووي قبل انقسام الخلية :
قبل انقسام الخلية يجب أن تصنع جميع جزيئات الحمض النووي نُسخ مطابقة لنفسها لتحصل الخلية الجديدة على نسخة مطابقة من المعلومات المشفرة ، ولأجل ذلك ينقسم جزيء الحمض النووي ويصبح خيطاً واحداً (بدل كونه خيطان متصلان) كما لو أنه ينفك من منتصفه .
يعيد كل خيط بناء نفسه ليصبح حلزوناً ثنائياً كما كان سابقاً ويستخدم لذلك قواعد نيتروجينية جديدة تزودها به الخلية ، وترتبط القواعد
(A) مع (T) دائماً و (G) مع (C) دائماً .

وفي بعض الحالات النادرة يحصل خطاً ما خلال نسخ جزيء الحمض النووي يؤدي إلى تغيرات وراثية ، إن التغيرات الوراثية من هذا النوع هي واحدة من الطرق التي تحدث ما يُسمى بالطفرة (طفرة وراثية) .

نحن نتاج المعلومات التي تحملها جيناتنا(مورثاتنا) :
تسيطر الجينات على الصفات المتوارثة مثل لون الشعر والعيون ، وتستطيع الجينات أن تسيطر على هذه الصفات لأنها تملك المعلومات (الشيفرة الوراثية) لصنع البروتينات من الأحماض الأمينية ، والبروتينات – وبشكل خاص الأنزيمات – تتحكم بكل العمليات والتفاعلات الكيميائية في الحياة وبتركيب ووظائف الخلايا ، ولذلك عند التحكم بالبروتينات التي تنتجها الخلية فإن الجينات تتحكم بالتطور والتركيب والوظائف في جسم الكائن الحي بالكامل . تمتلك المورثات الشيفرة الوراثية أي المعلومات اللازمة لكل نشاط حيوي خلوي كصنع البروتينات والتفاعلات الكيميائية الحيوية ، إضافة إلى الصفات الوراثية عموماً كلون العيون والشعر ووراثة بعض الأمراض .
كيف تصنع الجينات البروتينات ؟

البروتين هو مجموعة من الأحماض الأمينية المربوطة معاً ، إن تتابع القواعد النيتروجينية (A) و (T) ، و (C) و (G) على طول جزيء الحمض النووي (DNA) يحدد للخلية أنواع الأحماض الأمينية التي يجب أن تستخدم ، وترتيبها وترابطها لتكوين بروتين معين . يمتلك الجين الواحد تتابعاً من القواعد النيتروجينية لجزيء بروتين واحد .


قراءة الشيفرة الوراثية :
تصور أن (G, C, T, A) هي الحروف الأبجدية التي سنستخدمها لكتابة الكلمات للمعلومات المشفرة ، الأحرف CAA وهي تتابع قاعدي (سايتوسين ، أدنين ، أدنين) يخص إنتاج الحمض الأميني المعروف باسم فالين ، وأيضاً (AAT) وهي تتابع قاعدي (أدنين ، أدنين ، ثايمين) ترجمته إنتاج الحمض الأميني ليوسين .
وبطريقة أخرى فإن المعلومات المشفرة مكتوبة في كلمات مكونة من ثلاثة أحرف (مجموعات يتكون كل منها ثلاثة قواعد) ، وكل كلمة تحدد للخلية أي حمض أميني يجب أن يرتبط مع حمض أميني آخر ، والشكل يوضح هذا الأمر .
1. ينفك الرباط في الشكل بين خيطين من الحمض النووي DNA ليكشف عن الجين اللازم لتصنيع بروتين من نوع معين .
2. يتم نسخ القواعد النيتروجينية الموجودة على الجين .
3. ينتقل الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) من النواة إلى الرابوزوم .
4. يحمل الحمض النووي الرابوزي الناقل (tRNA) الأحماض الأمينية إلى الرابوزوم .
5. تتصل الأحماض الأمينية لصنع جزيء البروتين المعين .
قراءة الشيفرة الوراثية :

شرح الخطوة الأولى :
يبتعد خيطا الحمض النووي عن بعضهما ، حيث أن جزء منه يفتح ويكشف عن الجين المسؤول عن بروتين معين .
شرح الخطوة الثانية :
تتابع القواعد النيتروجينية (الشيفرة التي تحمل المعلومات لتكوين البروتين) في الجين يتم نسخها ، ولكن الخيط الجديد الذي يمثل نسخة طبق الأصل عن الحمض النووي (DNA) مصنوع من مادة كيميائية تشبه الحمض النووي وتسمى الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) .

قراءة الشيفرة الوراثية :
شرح الخطوة الثالثة :
يحمل الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) شيفرة تكوين البروتين إلى الرايبوزوم ، حيث يتحرك الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) خارج نواة الخلية حاملاً نسخة عن الجين ينقله إلى عضيّ آخر في سيتوبلازم الخلية يسمى الرايبوزوم .


شرح الخطوة الرابعة :
وفي الرايبوزوم يلتقي (mRNA) بنوع آخر من الحمض النووي الرايبوزي (RNA) ويسمى الحمض النووي الرايبوزي الناقل (tRNA)، حيث يلتقط (tRNA) الأحماض الأمينية وينقلها إلى الرايبوزوم حيث ترتبط لتصنع البروتينات .

شرح الخطوة الخامسة :
ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها ، حيث أن جزيء واحد من الحمض النووي الرايبوزي الناقل (tRNA) يملك ثلاث قواعد نيتروجينية تلتقي وتتطابق على ثلاث قواعد نيتروجينية أخرى من الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) ، وعند حدوث ذلك فإن الحمض الأميني يرتبط بسلسلة من الأحماض الأمينية المكونة لجزيء بروتين .
تتابع الأحماض الأمينية ونوع البروتين تعتمد على تتابع القواعد النيتروجينية التي نسخها الحمض النووي الرايبوزي الرسول (mRNA) من الجين.