تعريف الـDNA
يعد الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) نوعاً من الجزيئات الدقيقة المعروفة باسم الأحماض النووية، وهو عبارة عن جزيء طويل يحتوي على الشيفرة الوراثية الفريدة لكل شخص، والتي تحمل تعليمات بناء البروتينات الضرورية لجسم الإنسان، وتنتقل تعليمات الحمض النووي (DNA) من الوالدين إلى الأبناء؛ حيث يحصل الابن على نصف الحمض النووي لديه من الأب، ويحصل على النصف الثاني من الأم.
يقع (DNA) ضمن تراكيب يُطلق عليها اسم الكروموسومات توجد داخل نواة الخلية، كما يمكن العثور عليه أيضاً في ميتوكندريا الخلية، وهو يحتوي على المعلومات الوراثية اللازمة لإنتاج مكونات الخلية، والعضيات، والتكاثر، كما تعتمد عملية إنتاج البروتين عليه.
شكل ومكونات الـDNA
يتكون الحمض النووي من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات (Nucleotides)، ويحتوي كل نيوكليوتيد على مجموعة فوسفات، ومجموعة سكر، وقاعدة نيتروجين، حيث يتخذ الحمض النووي الريبوزي منقوص الاكسجين (DNA) شكل التركيب اللولبي المزدوج، وهو يتكوّن من شرائط طويلة من السكريات المتبادلة مع مجموعات الفوسفات، بجانب القواعد النيتروجينية، والتي تشمل أربعة أنواع هي: الأدينين (Adenine)، والثايمين (Thymine)، والجوانين (Guanine)، والسيتوسين (Cytosine).
ترتبط القواعد النيتروجينية في الحمض النووي على شكل أزواج؛ حيث يرتبط الأدينين مع الثايمين (A-T)، والجوانين مع السيتوسين (G-C)، وهو يشبه في شكله السلم الحلزوني، الذي يشكّل شرائط سكر الريبوز منقوص الأكسجين، وجزيئات الفوسفات جوانبه، بينما تشكّل القواعد النيتروجينية درجات هذا السلم، والتي يشكّل ترتيبها الشيفرة الوراثية..
يساعد التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي على جعل هذا الجزيء البيولوجي أكثر تراصًا؛ حيث يتم ضغط الحمض النووي في هياكل يُطلق عليها اسم الكروماتين (Chromatin) يمكن وضعها داخل النواة؛ ويتكون الكروماتين من الحمض النووي الملتف حول بروتينات صغيرة تعرف باسم الهستونات (Histones)، التي تساعد على تنظيم الحمض النووي في تراكيب يُطلق عليها اسم النيوكليوسومات (Nucleosomes)، والتي تشكل ألياف الكروماتين، التي تلتف وتتركّز لتكوّن الكروموسومات.
يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA واحد، ويمتلك البشر 23 زوجاً من الكروموسومات، أو 46 كروموسوماً في المجموع، ويعد الكروموسوم الأول الأكبر منها، وهو يحتوي على 8,000 جين، أما الكروموسوم الأصغر فهو الكروموسوم الواحد والعشرين الذي يضم نحو 3,000 جين.
عملية إنتاج البروتين
هناك خطوتان رئيسيتان لإنتاج البروتين، وهما:
- النسخ (Transcription): يتم فيها نسخ كود (DNA) لإنشاء الحمض النووي الريبوزي الرسول (Messenger RNA)، والذي هو عبارة عن نسخة من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين لكنه أحادي الشريط، ولا يحتوي على القاعدة النيتروجينية الثايمين (T)، والتي يتم استبدالها باليوراسيل (U).
- الترجمة (Translation): يتم ترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول إلى أحماض أمينية بواسطة الحمض النووي الرايبوزي الناقل (tRNA).
يتم قراءة الحمض النووي الريبوزي الرسول على شكل مقاطع مكوّنة من ثلاثة أحرف تسمى الكودونات (Codons)، والتي يرمز كل منها إلى حمض أميني معين أو لبنة بناء البروتين؛ فعلى سبيل المثال يرمز الكودون (GUG) للحمض الأميني فالين (Valine).
اكتشاف الـDNA
تمت ملاحظة الحمض النووي لأول مرة من قبل الكيميائي البيولوجي الألماني فريدريك ميسشر في عام 1869م، إلا أن الباحثين لم يدركوا لسنوات عديدة أهمية هذا الجزيء حتى عام 1953م عندما اكتشف كل من: جيمس واتسون، وفرانسيس كريك، وموريس ويلكنز، وروزاليند فرانكلين بنية الحمض النووي وهي التركيب الحلزوني المزدوج، وذلك عندما أدركوا إمكانية أن هذا الجزيء قد يحمل معلومات بيولوجيّة.
حصل كل من واتسون، وكريك، وويلكينز على جائزة نوبل في الطب في عام 1962م بسبب اكتشافاتهم المتعلّقة بالبنية الجزيئية للأحماض النووية، وأهميتها في نقل المعلومات في المواد الحية.
تضاعُف الـDNA
يتضاعف الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) عن طريق انفصاله إلى شريطين منفصلين، يشكّل كل منهما نمودجاً لشريط جديد، ويتم نسخ الشرائط الجديدة بنفس الروابط الهيدروجينية بين القواعد الموجودة في التركيب المزدوج، ليتم إنتاج جزيئين جديدين مزدوجي الشرائط من الحمض النووي، يحتوي كل منهما على شريط أصلي وشريط آخر جديد، وهذا النوع من التضاعف، والذي يُطلق عليه اسم التضاعف نصف المحافظ (Semiconservative replication) هو مفتاح ثبات الصفات الوراثية.
اختبار الـDNA
يحتوي الحمض النووي الريبوزي منقوص الاكسجين على معلومات حول الوراثة عند الأفراد، ويمكن له الكشف في بعض الأحيان عن إمكانية تعرّضهم لخطر الإصابة بأمراض معينة، وتستخدم اختبارات الحمض النووي لمجموعة متنوعة من الأسباب، ومنها: تشخيص الاضطرابات الوراثية، أو تحديد إذا كان الشخص حاملًا لطفرة جينية يمكن له نقلها لأطفاله، أو تحديد خطر الإصابة بأحد الأمراض الوراثية .
أهمية الـ DNA
تتمثل أهمية الـDNA واستخداماته فيما يأتي:
- استخدام تكنولوجيا الـDNA كأداةٍ لتحسين أصناف لها أهمية كبيرة في المحاصيل الزراعية؛ إذ يتمُّ إجراء تعديل وراثيّ لها لجعلها أكثر مقاومة للأمراض والآفات، وكذلك زيادة إنتاجيَّتها ونموّها على نحوٍ أفضل، وتقليل الآثار السلبية للزراعة على البيئة، وقد ذكر ذلك في الدراسة التي نشرت في مجلة علم الجينوم الحالي Current Genomics عام 2016 م.
- استخدام الـDNA لحل العديد من القضايا الجنائيّة، إذْ يمكن التحقّق من مرتكب الجريمة بمقارنة عينة من الحمض النووي لهذا الشخص بالحمض النووي للأدلة المتوفرة في مسرح الجريمة، كما يمكن ربط أدلة مسرح الجريمة بأدلة متوفرة من جرائم أخرى بالطريقة ذاتها.
- إجراء اختبار الـDNA أثناء مرحلة الحمل للكشف المُبكّر عن وجود اضطرابات وراثية أو كروموسوميّة لدى الجنين قبل الولادة، وذلك في حالة ارتفاع مخاطر إصابته بمثل هذه الاضطرابات.
- استخدام اختبار DNA للكشف المُبكّر عن الاضطرابات الوراثيّة القابلة للعلاج عند الأطفال حديثي الولادة، أو للأشخاص الذين لديهم تاريخ عائليّ للإصابة باضطراب وراثيّ، أو الذين لديهم خطر كبير للإصابة بحالاتٍ وراثيّة معينة.
- استخدام تقنية الـDNA لإنتاج اللقاحات، والتي غالبًا ما يستخدم فيها بلازميد يحتوي على تسلسل DNA معين، والذي بدوره يترجم إلى مولدات ضدّ محدّدة تحفِّز الاستجابة المناعية في الجسم.
الفرق بين الـDNA والـRNA
يحتوي الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) على السكر الريبوزي منقوص الأكسجين (Sugar deoxyribose)، بينما يحتوي الحمض النووي الريبوزي (RNA) على السكر الريبوزي (Sugar ribose)، والفرق الوحيد بينهما هو أن السكر الريبوزي يحتوي على مجموعة إضافية من الهيدروكسيد (OH) مقارنة بالسكر الريبوزي منقوص الأكسجين، الذي يحتوي على ذرة هيدروجين H متصلة بذرة الكربون الثانية في الحلقة.
يعد الـ DNA جزيئاً مزدوج الشريط بينما يعد الـ RNA جزيئاً أحادي الشريط، ويؤدي كل منهما وظائف مختلفة في البشر؛ حيث إن DNA هو المسؤول عن تخزين ونقل المعلومات الوراثية في حين أن RNA يرمز مباشرة إلى الأحماض الأمينية، كما يعمل كرسول بين DNA والريبوسومات لصنع البروتينات.
يتكون الـ DNA من قواعد الأدينين، والثايمين، والسيتوسين، والجوانين، كما ذُكر سابقاً، بينما يتكوّن الـ RNA من: الأدينين، واليوراسيل، والسيتوسين، والجوانين، ويختلف اليوراسيل عن الثايمين من حيث افتقاره إلى مجموعة الميثيل في حلقته.
الجينات يمكن تعريف الجين (Gene) بأنه جزء من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين يرمز إلى بروتين معين؛ فعلى سبيل المثال هناك شيفرة جينية واحدة لبروتين الإنسولين، وهو الهرمون الذي يساعد على التحكم في مستويات السكر في الدم ، ويتراوح عدد الجينات لدى البشر بين 20,000 إلى 30,000 جين، على الرغم من وجود اختلاف في التقديرات.
ملخص المقال
يُعدُّ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) أحد الأجزاء البيولوجية للكائنات الحية، ويحتوي على الشيفرة الوراثيّة اللازمة لبناء البروتينات الضروريّة لأداء وظائف مختلفة في الجسم، ويتكونمن جزيئات صغيرة تُسمّى النيوكليوتيدات، ويتكوّن كل نيوكليوتيد من جزيء السكر المرتبط بمجموعة الفوسفات وقاعدة تحتوي على النيتروجين.
وكما ذُكر سابقاً فإنّ الـDNA يحتوي على معلومات وراثية؛ إذ يُمكن من خلاله الكشف عن العديد من المشاكل الصحيّة الوراثيّة، كما يُستخدم في مجال تحسين الإنتاج الزراعي، والبحث الجنائي، وإنتاج المطاعيم، وغيرها من المجالات الأخرى.
