القواعد النووية

القواعد النووية هي اللبنات الأساسية التي تتكون منها السلاسل الطويلة من جزيئات DNA و RNA في شكل نيوكليوتيدات فسفرة.

في الحمض النووي ، الذي يشكل خيوطًا مزدوجة شبيهة بالحبال ، تشكل القواعد النووية الأربعة أزواجًا صلبة مع القاعدة التكميلية ذات الصلة عبر جسور الهيدروجين. تتكون القواعد النووية إما من البيورين ثنائي الحلقات أو هيكل عظمي أحادي الحلقات بيريميدين.

ما هي القواعد النووية؟

تشكل القواعد الأربعة للأدنين ، والجوانين ، والسيتوزين ، والثايمين ، باعتبارها اللبنات الأساسية لسلاسل جزيء الحلزون المزدوج الطويل للحمض النووي ، الاقتران المستمر بين الأدينين والثيمين (A-T) والجوانين والسيتوزين (G-C).

تتكون كل من القاعدتين الأدينين والجوانين من حلقة معدلة من ستة وخمسة حلقات من هيكل البيورين الأساسي ، وبالتالي يشار إليها أيضًا باسم قواعد البيورين. يتكون الهيكل الأساسي للقاعدتين النوويتين الأخريين ، السيتوزين والثايمين ، من حلقة عطرية غير متجانسة مكونة من ستة أعضاء ، والتي تتوافق مع هيكل عظمي بيريميدين معدل ، ولهذا السبب يشار إليها أيضًا باسم قواعد بيريميدين. نظرًا لأن RNA موجود في الغالب كخيوط مفردة ، فلا توجد أزواج أساسية هناك في البداية. يحدث هذا فقط أثناء النسخ المتماثل عبر mRNA (الرسول RNA).

تتكون نسخة خيط الحمض النووي الريبي من القواعد النووية التكميلية المشابهة للخيط الثاني من الحمض النووي. والفرق الوحيد هو أن اليوراسيل يستبدل بالثيمين في الحمض النووي الريبي. لا تتشكل جزيئات سلسلة الحمض النووي والحمض النووي الريبي في شكلها النقي بواسطة القواعد النووية ، ولكن في حالة الحمض النووي ، تتحد مع ديوكسيريبوز المكون من 5 سكر لتشكيل النيوكليوزيد المقابل. في حالة الحمض النووي الريبي ، تتكون مجموعة السكر من الريبوز. بالإضافة إلى ذلك ، يتم فسفرة النيوكليوسيدات إلى ما يسمى بالنيوكليوتيدات مع بقايا الفوسفات.

قواعد البيورين هيبوكسانتين وزانثين ، الموجودة أيضًا في الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، تتوافق مع الثايمين المعدل. يتكون الهيبوكسانتين من الأدينين عن طريق استبدال المجموعة الأمينية (-NH3) بمجموعة الهيدروكسيل (-OH) ، ويتكون الزانثين من الجوانين. كلا القاعدتين النوويتين لا تساهمان في نقل المعلومات الجينية.

الوظيفة والتأثير والمهام

تتمثل إحدى أهم وظائف القواعد النووية التي تشكل الخيوط المزدوجة للحمض النووي في إظهار التواجد في الموضع المقصود.

يتوافق تسلسل القواعد النووية مع الكود الجيني ويحدد نوع وتسلسل الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات. هذا يعني أن أهم وظيفة للقواعد النووية كجزء من الحمض النووي تتكون من دور سلبي وثابت ، أي أنها لا تتدخل بنشاط في عملية التمثيل الغذائي ولا يتغير تركيبها الكيميائي الحيوي بواسطة الرنا المرسال (mRNA) أثناء عملية القراءة. هذا يفسر جزئيًا طول عمر الحمض النووي.

يعتمد عمر النصف للحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) ، والذي يتفكك خلاله نصف الروابط الموجودة أصلاً بين القواعد النووية ، اعتمادًا كبيرًا على الظروف البيئية ويتراوح بين حوالي 520 عامًا في ظل ظروف متوسطة مع درجات حرارة موجبة وما يصل إلى 150000 سنة في ظل ظروف التربة الصقيعية .

كجزء من الحمض النووي الريبي ، تلعب القواعد النووية دورًا أكثر نشاطًا إلى حد ما. من حيث المبدأ ، عندما تنقسم الخلايا ، يتم تفكيك خيوط الحمض النووي المزدوجة وفصلها عن بعضها البعض لتكون قادرة على تكوين حبلا تكميليًا ، وهو mRNA ، والذي ، إذا جاز التعبير ، يشكل نسخة عمل من المادة الوراثية ويعمل كأساس لاختيار وتسلسل الأحماض الأمينية التي منها يتم تجميع البروتينات المقصودة. توجد قاعدة نووية أخرى ، dihydrouracil ، فقط في ما يسمى نقل RNA (tRNA) ، والذي يستخدم لنقل الأحماض الأمينية أثناء تخليق البروتين.

تؤدي بعض القواعد النووية وظيفة مختلفة تمامًا كجزء من الإنزيمات التي تعمل بشكل فعال على تمكين والتحكم في عمليات كيميائية حيوية معينة. يؤدي الأدينين أفضل مهامه المعروفة باسم النيوكليوتيدات في توازن الطاقة في الخلايا. يلعب الأدينين دورًا مهمًا كمتبرع للإلكترون مثل ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) وثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) بالإضافة إلى أحد مكونات نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD).

التعليم والوقوع والخصائص والقيم المثلى

في الشكل غير الفسفوري ، تتكون القواعد النووية حصريًا من الكربون والهيدروجين والأكسجين ، وهي مواد موجودة في كل مكان ومتاحة مجانًا. وبالتالي ، فإن الجسم قادر على تصنيع القواعد النووية نفسه ، لكن العملية معقدة وتستهلك الطاقة.

لذلك ، يُفضل استعادة الأحماض النووية عن طريق إعادة التدوير ، على سبيل المثال من خلال تفكك البروتينات التي تحتوي على مركبات معينة يمكن عزلها وتحويلها إلى أحماض نووية مع إنفاق القليل من الطاقة أو حتى مع زيادة الطاقة. لا تحدث الأحماض النووية عادة في شكل نقي في الجسم ، ولكن في الغالب على شكل نيوكليوسيدات أو ديوكسينوكليوزيدات مع جزيء ريبوز أو ديوكسيريبوز مرفق. كمكون من DNA و RNA وكمكون لبعض الإنزيمات ، فإن الأحماض النووية أو نيوكليوسيداتها يتم فسفرتها بشكل عكسي مع مجموعة واحدة إلى ثلاث مجموعات فوسفات (PO4-).

لا توجد قيمة مرجعية للتزويد الأمثل للقواعد النووية. لا يمكن تحديد النقص أو الزيادة في القواعد النووية إلا بشكل غير مباشر عن طريق بعض الاضطرابات الأيضية.

الأمراض والاضطرابات

إن نوع الأخطار والاضطرابات والمخاطر المرتبطة بالقاعدة النووية هي أخطاء في العدد والتسلسل على خيوط الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، مما يؤدي إلى تغيير في تشفير تخليق البروتين.

إذا لم يتمكن الجسم من معالجة الخطأ من خلال آليات الإصلاح الخاصة به ، فإن الأمر يتعلق بتخليق البروتينات غير النشطة بيولوجيًا أو القابلة للاستخدام ، والتي بدورها يمكن أن تؤدي إلى اضطرابات أيضية خفيفة إلى خطيرة. يمكن على سبيل المثال توجد طفرات في الجين B. يمكن أن تؤدي إلى ظهور أمراض عرضية من خلال اضطرابات التمثيل الغذائي ، والتي قد تكون غير قابلة للشفاء. ولكن حتى في الجينوم الصحي ، يمكن أن تحدث أخطاء في النسخ أثناء تكرار سلاسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، والتي تؤثر على عملية التمثيل الغذائي.

اضطراب التمثيل الغذائي المعروف في توازن البيورين هو z. B. يعود إلى خلل جيني على كروموسوم x. بسبب الخلل الجيني ، لا يمكن إعادة تدوير قواعد البيورين هيبوكسانثين والجوانين ، مما يعزز في النهاية تكوين حصوات المسالك البولية والنقرس في المفاصل.