الأحماض النووية Nucleic Acids

الأحماض النووية nucleic acids، من بين المركبات العضوية organic compounds الموجودة في الكائنات الحية، هي مركبات عضوية تتكون من ذرات الكربون carbon، الهيدروجين hydrogen، الأوكسجين oxygen، النيتروجين nitrogen، والفسفور phosphorus. يعمل نوعين في جميع الكائنات الحية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين deoxyribonucleic acid (DNA) والحمض النووي الريبي ribonucleic acid (RNA). كلا DNA وRNA هي جزيئات كبيرة macromolecules تتكون من مونومرات monomers متضاعفة تسمى النيوكليوتيدات nucleotides. كل نيوكليوتيدة لها ثلاثة مكونات: جزيء سكر sugar molecule، مجموعة فوسفات phosphate group، وقواعد نيتروجينية nitrogenous bases. السكر في DNA هو ديوكسي رايبوز deoxyribose، بينما في RNA هو الرايبوز ribose. القواعد النيتروجينية هي مركبات تحتوي على النيتروجين. في DNA، القواعد البيورينية purine bases هي الأدينين adenine (A) والجوانين guanine (G)، بينما القواعد البيريميدينية pyrimidine bases هي السيتوسين cytosine (C) والثيامين thymine (T). في RNA، الأدنين، الجوانين، والسايتوسين موجودة أيضا، ولكن يوجد اليوراسيل uracil (U) بدلا من الثيامين.

ترتبط النيوكليوتيدات تساهمياً covalently عبر تفاعلات تخليق التجفاف dehydration synthesis reactions بين السكر من نيوكليوتيدة واحدة والفوسفات من النيوكليوتيدة المجاورة لتشكل في نهاية المطاف عديد النيوكليوتيد polynucleotide.

1- الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين deoxyribonucleic acid (DNA)

في عام 1953، نشر جيمس واطسون James Watson، فرانسيس كريك Francis Crick، روزاليند فرانكلين Rosalind Franklin، وموريس ويلكنز Maurice Wilkins أوراق علمية تصف كيف يتكون جزيء DNA الكامل من شريطين عديدة النيوكليوتيد polynucleotide strands معاكسة لبعضها البعض في ترتيب يشبه بالسلم ladder-like. يصطف الجوانين والسيتوسين مقابل بعضها البعض، والثيامين والأدينين تقابل بعضها البعض في الشريطين. ترتبط الأزواج القاعدية المكملة complementary base pairs في جزيء DNA المزدوج الشريط عن طريق روابط هيدروجينية hydrogen bonds. يلتف الشريط المزدوج بعد ذلك ليشكل ترتيب حلزوني يسمى حلزون DNA المزدوج DNA double helix.

DNA هو المادة الوراثية genetic material في جميع الكائنات الحية. توجد المعلومات الوراثية genetic information في وحدات منفصلة تسمى الجينات genes، والتي هي تسلسلات sequences من النيوكليوتيدات تشفر المعلومات لتنظيم وتخليق البروتينات proteins. في خلايا البكتيريا والأركيا، توجد هذه الجينات على كروموسوم دائري circular chromosome واحد، بينما في معظم الميكروبات حقيقية النواة eukaryotic microbes، توجد الجينات على كروموسومات خطية linear chromosomes عديدة. تحمل الجينات فقط المعلومات لتنظيم أو تخليق البروتينات (الكروموسوم: جزيء DNA يحتوي على المعلومات الوراثية hereditary information في شكل جينات).

2- الحمض النووي الريبي ribonucleic acid (RNA)

إلى جانب وجود اليوراسيل كقاعدة والرايبوز كسكر, جزيئات RNA في الخلايا هي عديدة النيوكليوتيدات مفردة الشريط single-stranded polynucleotides. نظر علماء الأحياء Biologists فيما مضى إلى جزيئات RNA كوسائط intermediaries، تشارك في حمل معلومات الجينات أو كجزيئات تركيبية structural molecules ضرورية لبناء البروتينات. هذا بالتأكيد دور رئيسي لـ RNA ولكنه ليس الدور الوحيد. في الفيروسات مثل فيروسات الأنفلونزا influenza والحصبة measles، RNA هو المعلومات الوراثية، وليس DNA. تلعب جزيئات RNA الأخرى دور رئيسي في تنظيم النشاط الجيني gene activity, ، بينما تسيطر العديد من جزيئات RNA الصغيرة على العمليات الخلوية المختلفة في الخلايا الميكروبية.

لا يمكن تعديل الأحماض النووية بدون إصابة الكائن الحي أَو قتله. الأشعة فوق البنفسجية Ultra violet light يدمر DNA، وبالتالي يمكن إستخدامها للسَيْطَرَة على الميكروبات على سطح بيئيِ. المواد الكيميائية، مثل الفورمالدهايد formaldehyde، تُعدّلُ الأحماضَ النوويةَ للفيروساتِ ويُمْكِنُ إستخدامها في تحضيرِ اللِقاحات vaccines. تتداخل بعض المضادات الحيوية مع عمل DNA أَو RNA وبالتالي تقتل البكتيريا.

من المهمُ الإشارة أيضاً بأن النيوكليوتيداتِ لَها أدوارُ أخرى في الخلايا إضافةً إلى كونها جزء من DNA أَو RNA. نيوكليوتيدات الأدينينِ Adenine nucleotides مع ثلاثة مجموعاتِ فوسفاتِ مرتبطة تُشكّلُ أدينوسين ثلاثي الفوسفات adenosine triphosphate (ATP)، وهي عملة الطاقةِ الخلوية cellular energy currency في جميع الخلايا. النيوكليوتيدات الأخرى يُمكنُ أَنْ تَكُونَ جزءَ من تركيبِ بَعْض الإنزيماتِ، بينما نيوكليوتيداتَ مُعَدَّلةَ مستقلةَ تسمى الأدينوسين الحلقي أحادي الفوسفات cyclic adenosine monophosphate (cAMP) تعمل كإشارات كيميائية chemical signals في العديد مِنْ الميكروبات.