معلومة

9.1: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء

9.1: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في الخمسينيات من القرن الماضي ، عمل فرانسيس كريك وجيمس واتسون معًا في جامعة كامبريدج بإنجلترا لتحديد بنية الحمض النووي. قام علماء آخرون ، مثل لينوس بولينج وموريس ويلكينز ، باستكشاف هذا المجال بنشاط. اكتشف بولينج التركيب الثانوي للبروتينات باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية. تعد دراسة البلورات بالأشعة السينية طريقة لفحص التركيب الجزيئي من خلال ملاحظة الأنماط التي تشكلها الأشعة السينية التي يتم التقاطها عبر بلورة المادة. تعطي الأنماط معلومات مهمة حول بنية الجزيء محل الاهتمام. في مختبر ويلكنز ، كانت الباحثة روزاليند فرانكلين تستخدم علم البلورات بالأشعة السينية لفهم بنية الحمض النووي. تمكن واطسون وكريك من تجميع أحجية جزيء الحمض النووي معًا باستخدام بيانات فرانكلين (الشكل 9.1.1). كان لدى Watson and Crick أيضًا أجزاء أساسية من المعلومات المتاحة من باحثين آخرين مثل قواعد Chargaff. أظهر Chargaff أنه من بين الأنواع الأربعة من المونومرات (النيوكليوتيدات) الموجودة في جزيء الحمض النووي ، كان هناك نوعان موجودان دائمًا بكميات متساوية والنوعان المتبقيان موجودان دائمًا بكميات متساوية. هذا يعني أنهما كانا دائمًا مقترنين بطريقة ما. في عام 1962 ، مُنح جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكينز جائزة نوبل في الطب لعملهم في تحديد بنية الحمض النووي.

الآن دعونا ننظر في بنية نوعي الأحماض النووية ، الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). اللبنات الأساسية للحمض النووي هي النيوكليوتيدات ، والتي تتكون من ثلاثة أجزاء: deoxyribose (5-carbon sugar) ، مجموعة فوسفات ، وقاعدة نيتروجينية (الشكل 9.1.2). هناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية في الحمض النووي. Adenine (A) و guanine (G) عبارة عن بورينات مزدوجة الحلقات ، والسيتوزين (C) والثايمين (T) هما بيريميدينات ذات حلق واحد أصغر. يتم تسمية النوكليوتيدات وفقًا للقاعدة النيتروجينية التي تحتوي عليها.

الشكل 9.1.2: (أ) يتكون كل نوكليوتيد DNA من سكر ومجموعة فوسفات وقاعدة. (ب) السيتوزين والثايمين هما بيريميدين. الجوانين والأدينين من البيورينات.

مجموعة الفوسفات لنيوكليوتيد واحد تترابط تساهميًا مع جزيء السكر للنيوكليوتيدات التالية ، وهكذا دواليك ، وتشكل بوليمر طويل من مونومرات النوكليوتيدات. تصطف مجموعات السكر والفوسفات في "العمود الفقري" لكل خيط واحد من الدنا ، وتبرز قواعد النوكليوتيدات من هذا العمود الفقري. يتم ترقيم ذرات الكربون الخاصة بالسكر المكون من خمسة كربون في اتجاه عقارب الساعة من الأكسجين كـ 1 'و 2' و 3 'و 4' و 5 '(1' يُقرأ على أنه "رئيس واحد"). ترتبط مجموعة الفوسفات بـ 5 'كربون لنيوكليوتيد واحد و 3' كربون للنيوكليوتيدات التالية. في حالته الطبيعية ، يتكون كل جزيء DNA فعليًا من خيطين منفصلين متماسكين معًا بطولهما بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد.

اقترح Watson and Crick أن الحمض النووي يتكون من خيطين ملتويين حول بعضهما البعض لتشكيل حلزون أيمن ، يسمى الحلزون المزدوج. يحدث الاقتران القاعدي بين البيورين والبيريميدين: أي أزواج A مع أزواج T و G مع C. وبعبارة أخرى ، الأدينين والثايمين هما أزواج قاعدية مكملتان ، والسيتوزين والجوانين هما أيضًا أزواج قاعدية مكملة. هذا هو أساس حكم Chargaff ؛ بسبب تكاملها ، يوجد الكثير من الأدينين مثل الثايمين في جزيء الحمض النووي ومقدار الجوانين مثل السيتوزين. يرتبط الأدينين والثايمين بروابط هيدروجينية ، ويرتبط السيتوزين والجوانين بثلاث روابط هيدروجينية. الخصلان متضادان بطبيعتهما ؛ أي أن خصلة واحدة ستحتوي على 3 كربون من السكر في الوضع "التصاعدي" ، بينما تحتوي الخصلة الأخرى على 5 بوصات كربون في الوضع التصاعدي. يكون قطر الحلزون المزدوج للحمض النووي موحدًا طوال الوقت لأن البيورين (حلقتان) يتزاوجان دائمًا مع بيريميدين (حلقة واحدة) وتكون أطوالهما المجمعة متساوية دائمًا. (الشكل 9.1.3).

هيكل الحمض النووي الريبي

يوجد حمض نووي ثان في جميع الخلايا يسمى الحمض النووي الريبي أو RNA. مثل الحمض النووي ، فإن الحمض النووي الريبي عبارة عن بوليمر من النيوكليوتيدات. يتكون كل من النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي من قاعدة نيتروجينية وخمسة كربون سكر ومجموعة فوسفات. في حالة الحمض النووي الريبي ، فإن السكر المكون من خمسة كربون هو ريبوز ، وليس ديوكسي ريبوز. يحتوي الريبوز على مجموعة هيدروكسيل عند الكربون 2 ، على عكس deoxyribose ، الذي يحتوي على ذرة هيدروجين فقط (الشكل 9.1.4).

تحتوي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي على القواعد النيتروجينية الأدينين والسيتوزين والجوانين. ومع ذلك ، فهي لا تحتوي على الثايمين ، والذي تم استبداله بدلاً من ذلك بـ اليوراسيل ، الذي يرمز له بالحرف "يو". يوجد الحمض النووي الريبي كجزيء وحيد الخيط بدلاً من حلزون مزدوج الشريطة. قام علماء الأحياء الجزيئية بتسمية عدة أنواع من الحمض النووي الريبي على أساس وظيفتها. وتشمل هذه الجزيئات الرنا المرسال (mRNA) ، و RNA الناقل (tRNA) ، و RNA الريبوزومي (rRNA) - وهي جزيئات تشارك في إنتاج البروتينات من كود DNA.

كيف يتم ترتيب الحمض النووي في الخلية

الحمض النووي جزيء عامل. يجب تكرارها عندما تكون الخلية جاهزة للانقسام ، ويجب "قراءتها" لإنتاج الجزيئات ، مثل البروتينات ، لتقوم بوظائف الخلية. لهذا السبب ، فإن الحمض النووي محمي ومعبأ بطرق محددة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي طويلة جدًا. إذا امتدت جزيئات الحمض النووي من طرف إلى طرف ، فسيصل طول جزيئات الحمض النووي في خلية بشرية واحدة إلى حوالي مترين. وبالتالي ، يجب تعبئة الحمض النووي للخلية بطريقة منظمة للغاية لتلائم وتعمل داخل بنية (الخلية) غير مرئية للعين المجردة. تعتبر كروموسومات بدائيات النوى أبسط بكثير من تلك الموجودة في حقيقيات النوى في العديد من ميزاتها (الشكل 9.1.5). تحتوي معظم بدائيات النوى على كروموسوم دائري واحد موجود في منطقة في السيتوبلازم تسمى النواة.

حجم الجينوم في واحدة من بدائيات النوى الأكثر دراسة ، الإشريكية القولونية، 4.6 مليون زوج قاعدي ، والتي من شأنها أن تمتد لمسافة حوالي 1.6 ملم إذا امتدت. فكيف يتناسب هذا داخل خلية بكتيرية صغيرة؟ يتم التواء الحمض النووي إلى ما بعد الحلزون المزدوج فيما يعرف باسم الالتواء الفائق. من المعروف أن بعض البروتينات تشارك في الالتفاف الفائق ؛ تساعد البروتينات والإنزيمات الأخرى في الحفاظ على البنية فائقة الالتفاف.

حقيقيات النوى ، التي تتكون كل كروموسوماتها من جزيء دنا خطي ، تستخدم نوعًا مختلفًا من استراتيجية التعبئة لتلائم الحمض النووي الخاص بها داخل النواة (الشكل 9.1.6). على المستوى الأساسي ، يتم لف الحمض النووي حول البروتينات المعروفة باسم الهيستونات لتشكيل هياكل تسمى الجسيمات النووية. يتم لف الحمض النووي بإحكام حول قلب هيستون. يرتبط هذا الجسيم بالنيوكليوسوم التالي بواسطة خيط قصير من الحمض النووي الخالي من الهستونات. يُعرف هذا أيضًا باسم بنية "الخرز على الخيط" ؛ النيوكليوسومات هي "الخرزات" والأطوال القصيرة للحمض النووي بينها هي "الخيط". تتراكم النيوكليوسومات ، مع دناها الملتف حولها ، بشكل مضغوط على بعضها البعض لتشكيل ألياف بعرض 30 نانومتر. يتم لف هذه الألياف أيضًا في هيكل أكثر سمكًا وأكثر إحكاما. في المرحلة الأولية من الانقسام الفتيلي ، عندما تصطف الكروموسومات في وسط الخلية ، تكون الكروموسومات في أكثر حالاتها ضغطًا. يبلغ عرضها 700 نانومتر تقريبًا ، وتوجد مقترنة ببروتينات السقالة.

في الطور البيني ، مرحلة دورة الخلية بين التخفيف الذي يتم فيه فصل الكروموسومات ، تحتوي الكروموسومات حقيقية النواة على منطقتين متميزتين يمكن تمييزهما عن طريق التلوين. هناك منطقة معبأة بإحكام تتلطخ بشكل غامق ، ومنطقة أقل كثافة. تحتوي مناطق التلوين الداكن عادةً على جينات غير نشطة ، وتوجد في مناطق السنترومير والتيلوميرات. عادةً ما تحتوي مناطق التلوين الخفيف على جينات نشطة ، مع حزم الحمض النووي حول النيوكليوسومات ولكن لا يتم ضغطها بشكل أكبر.

المفهوم في العمل

شاهد هذه الرسوم المتحركة لتغليف الحمض النووي.

ملخص

تم اقتراح نموذج بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي بواسطة واطسون وكريك. جزيء الحمض النووي هو بوليمر من النيوكليوتيدات. هناك أربع قواعد نيتروجينية في الحمض النووي ، واثنين من البيورينات (الأدينين والجوانين) واثنين من البيريميدين (السيتوزين والثايمين). يتكون جزيء الحمض النووي من شقين. يتكون كل خيط من نيوكليوتيدات مرتبطة معًا تساهميًا بين مجموعة الفوسفات لواحد وسكر الديوكسيريبوز في المجموعة التالية. من هذا العمود الفقري تمتد القواعد. ترتبط قواعد خصلة واحدة بقواعد الخصلة الثانية بروابط هيدروجينية. يرتبط الأدينين دائمًا بالثيمين ، ويرتبط السيتوزين دائمًا بالجوانين. يتسبب الترابط في أن تدور الخصلتان حول بعضهما البعض في شكل يسمى اللولب المزدوج. الحمض النووي الريبي (RNA) هو ثاني حمض نووي موجود في الخلايا. RNA عبارة عن بوليمر أحادي الجديلة من النيوكليوتيدات. كما أنه يختلف عن الحمض النووي في أنه يحتوي على سكر الريبوز ، بدلاً من الديوكسيريبوز ، والنيوكليوتيدات اليوراسيل بدلاً من الثايمين. تعمل جزيئات RNA المختلفة في عملية تكوين البروتينات من الشفرة الوراثية في DNA.

تحتوي بدائيات النوى على كروموسوم دائري مفرد مزدوج الشريطة. تحتوي حقيقيات النوى على جزيئات DNA خطية مزدوجة الشريطة معبأة في كروموسومات. يتم لف حلزون الحمض النووي حول البروتينات لتشكيل الجسيمات النووية. يتم لف ملفات البروتين بشكل أكبر ، وأثناء الانقسام والانقسام الاختزالي ، تصبح الكروموسومات ملفوفة بشكل أكبر لتسهيل حركتها. تحتوي الكروموسومات على منطقتين متميزتين يمكن تمييزهما عن طريق التلوين ، مما يعكس درجات مختلفة من التغليف وتحديد ما إذا كان يتم التعبير عن الحمض النووي في منطقة ما (كروماتين حقيقي) أم لا (كروماتين متغاير).

قائمة المصطلحات

ديوكسيريبوز
جزيء سكر من خمسة كربون مع ذرة هيدروجين بدلاً من مجموعة هيدروكسيل في الموضع 2 ؛ مكون السكر في نيوكليوتيدات الحمض النووي
الحلزون المزدوج
الشكل الجزيئي للحمض النووي الذي يلتف فيه شريان من النيوكليوتيدات حول بعضهما البعض في شكل حلزوني
قاعدة نيتروجينية
جزيء يحتوي على النيتروجين يعمل كقاعدة ؛ غالبًا ما يشير إلى أحد مكونات البيورين أو البيريميدين للأحماض النووية
مجموعة فوسفات
مجموعة جزيئية تتكون من ذرة فسفور مركزية مرتبطة بأربع ذرات أكسجين

وصف هيكل الحمض النووي؟ (6mrks) gcse edexcel 9-1

هيكل الحمض النووي. يتكون الحمض النووي من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات. يحتوي كل نوكليوتيد على مجموعة فوسفات ومجموعة سكر وقاعدة نيتروجين. الأنواع الأربعة لقواعد النيتروجين هي الأدينين (A) والثيمين (T) والجوانين (G) والسيتوزين (C).

سؤال: ما هو أفضل بيان يصف الخصائص المختلفة للمعادن؟

الجواب: فهي لامعة وتنحني دون أن تنكسر.

نظرًا لأن المعادن لها خصائص معينة ، فهي تشمل ما يلي: فهي مطيلة ، قابلة للطرق ، لامعة ، صلبة ، لامعة ، مرنة وهي موصلة جيدة للحرارة والكهرباء. لذلك ، المعادن ليست مملة وليست غير مرنة كما هو مذكور. بدلاً من ذلك ، فهي لامعة ومرنة.


هيكل المشبك 9-1-1 المركب ومحمل المشبك Rad24-RFC في Saccharomyces cerevisiae

مجمع 9-1-1 عبارة عن مجمع دائري غير متجانس يتكون من Rad9-Hus1-Rad1. استجابةً لتلف الحمض النووي ، سيتم تحميل مجمع 9-1-1 على موقع تلف الحمض النووي بواسطة أداة تحميل المشبك Rad24-RFC لتنشيط نقطة تفتيش دورة الخلية. تعتبر المحطة C الخاصة بـ Ddc1 / Rad9 ضرورية لتنشيط نقطة التفتيش. ومع ذلك ، هناك القليل من المعلومات الهيكلية حول مجمع 9-1-1 السليم والتفاعل مع Rad24-RFC. هنا ، حددنا بنية المركب السليم 9-1-1 في S. cerevisiae عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني (cryo-EM) وحددنا وحدة Ddc1 C-tail لأول مرة. لقد وجدنا أن المحطة C الخاصة بـ Ddc1 تتمتع بمرونة هيكلية وتلعب دورًا مهمًا في تنشيط Mec1 / Ddc2 في طور G1 / G2. في الوقت نفسه ، حصلنا على لمحة عن بنية Rad24-RFC والتقطنا التفاعل بين مجمع 9-1-1 و Rad24-RFC. ساعدتنا المعلومات الهيكلية بشكل كبير في فهم عملية تحميل المشبك.

الكلمات الدالة: 9-1-1 استجابة معقدة لتلف الحمض النووي Ddc1 C-tail Mec1 / Ddc2 Rad24-RFC.


ملصق مراجعة بنية الحمض النووي (علم الوراثة والتطور) [AQA GCSE Biology Double and Triple 9-1]

أنا طالب في السنة 13 وقد استخدمت الملصقات والموارد المختلفة التي قدمتها لمساعدتي في إجراء مراجعة فعالة لدراستي من أجل تحقيق درجات عالية. لقد قررت مشاركتها على أمل أن يستفيد منها الطلاب والمعلمون الآخرون أيضًا!

شارك هذا

pdf ، 617.82 كيلوبايت

ملصق مراجعة يغطي بنية الحمض النووي في الورقة 2 من AQA Biology لكل من الطلاب المزدوجين والثلاثية.

تم إنشاء هذه الملصقات المكتوبة بخط اليد باستخدام مواصفات AQA و MyGCSEScience والكتب المدرسية المراجعة لزيادة المحتوى الموجود على الملصقات. وهي تغطي المحتوى المطلوب في 4.6.1.5 من مواصفات AQA Biology وهي مفيدة لأغراض المراجعة. إنها مفيدة جدًا لدعم مراجعة الطالب من خلال تغطية كل ما يحتاجون إلى معرفته بالقدر المثالي من التفاصيل ، ويمكن استخدامها بعدة طرق.

احصل على هذا المورد كجزء من حزمة ووفر ما يصل إلى 39٪

الحزمة عبارة عن حزمة من الموارد مجمعة معًا لتدريس موضوع معين ، أو سلسلة من الدروس ، في مكان واحد.

الميراث والتباين والتطور (ورقة 2) ملصقات المراجعة [AQA GCSE Biology Double and Triple 9-1]

تحتوي حزمة الموارد هذه على جميع ملصقات المراجعة التي تغطي الميراث والتباين والتطور في الورقة 2 من AQA Biology لكل من الطلاب المزدوجين والثلاثية. كل مورد: تم إنشاء هذه الملصقات المكتوبة بخط اليد باستخدام مواصفات AQA و MyGCSEScience والكتب المدرسية المراجعة لزيادة المحتوى الموجود على الملصقات. وهي تغطي المحتوى المطلوب في 4.6 الميراث والتباين وتطور مواصفات علم الأحياء AQA وهي مفيدة لأغراض المراجعة. إنها مفيدة جدًا لدعم مراجعة الطالب من خلال تغطية كل ما يحتاجون إلى معرفته بكمية مثالية من التفاصيل ، ويمكن استخدامها بعدة طرق.


بنية الحمض النووي (علم الأحياء فقط) - شهادة الثانوية العامة الجديدة في علم الأحياء من AQA

درس في فصل الوراثة والتباين والتطور في شهادة الثانوية العامة لأحياء جودة التعليم العالي الجديدة.

لو:
وصف بنية الحمض النووي باستخدام الرسوم البيانية.
اشرح كيف ترتبط القواعد الموجودة في الخيطين معًا.
HT: وصف بعبارات بسيطة كيف يتم تصنيع البروتين.
HT: اشرح أهمية شكل البروتين لعمل الإنزيم ووظيفته.
HT: وصف ما هي الطفرة وكيف يمكن أن تؤثر الطفرة على تكوين البروتين.
HT: اشرح أن معظم الطفرات لها تأثير ضئيل ولكن القليل منها يكون له تأثيرات أكثر خطورة على وظيفة البروتين.

سوف يستغرق الأمر 2-3 دروس لتغطية هذا الموضوع.

يرجى تقديم ملاحظات حتى أتمكن من تحسين الدرس إذا لزم الأمر.

المراجعات

تقييمك مطلوب ليعكس سعادتك.

من الجيد ترك بعض التعليقات.

هناك شئ خاطئ، يرجى المحاولة فى وقت لاحق.

Ed11ame

الرد الفارغ لا معنى له بالنسبة للمستخدم النهائي

W1ll0w

موارد جيدة حقًا ، اتبع المواصفات جيدًا. اشكرك

الرد الفارغ ليس له أي معنى بالنسبة للمستخدم النهائي

ج الدفيئة

مورد رائع - شكرا جزيلا لك!

الرد الفارغ ليس له أي معنى بالنسبة للمستخدم النهائي

كوكب عظيم

الرد الفارغ ليس له أي معنى بالنسبة للمستخدم النهائي

40- من

الرد الفارغ ليس له أي معنى بالنسبة للمستخدم النهائي

أبلغ عن هذا المورد لإعلامنا إذا كان ينتهك الشروط والأحكام الخاصة بنا.
سيقوم فريق خدمة العملاء لدينا بمراجعة تقريرك وسيتواصل معك.


كيف يتم ترتيب الحمض النووي في الخلية

الحمض النووي هو جزيء عامل يجب نسخه عندما تكون الخلية جاهزة للانقسام ، ويجب "قراءته" لإنتاج الجزيئات ، مثل البروتينات ، لتقوم بوظائف الخلية. لهذا السبب ، فإن الحمض النووي محمي ومعبأ بطرق محددة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي طويلة جدًا. امتدت جزيئات الحمض النووي من طرف إلى طرف في خلية بشرية واحدة طوله حوالي 2 متر. وبالتالي ، يجب تعبئة الحمض النووي للخلية بطريقة منظمة للغاية لتلائم وتعمل داخل بنية (الخلية) غير مرئية للعين المجردة. تعتبر كروموسومات بدائيات النوى أبسط بكثير من تلك الموجودة في حقيقيات النوى في العديد من ميزاتها (الشكل 9.6). تحتوي معظم بدائيات النوى على كروموسوم دائري واحد موجود في منطقة في السيتوبلازم تسمى النواة.

الشكل 9.6 يحتوي حقيقيات النوى على نواة محددة جيدًا ، بينما في بدائيات النوى ، يكمن الكروموسوم في السيتوبلازم في منطقة تسمى النواة.

حجم الجينوم في واحدة من بدائيات النوى الأكثر دراسة ، الإشريكية القولونية، 4.6 مليون زوج قاعدي ، والتي من شأنها أن تمتد لمسافة حوالي 1.6 ملم إذا امتدت. فكيف يتناسب هذا داخل خلية بكتيرية صغيرة؟ يتم التواء الحمض النووي إلى ما بعد الحلزون المزدوج فيما يعرف باسم الالتواء الفائق. من المعروف أن بعض البروتينات تشارك في الالتفاف الفائق للبروتينات والإنزيمات الأخرى التي تساعد في الحفاظ على البنية فائقة الالتفاف.

حقيقيات النوى ، التي تتكون كل كروموسوماتها من جزيء دنا خطي ، تستخدم نوعًا مختلفًا من استراتيجية التعبئة لتلائم الحمض النووي الخاص بها داخل النواة. على المستوى الأساسي ، يتم لف الحمض النووي حول البروتينات المعروفة باسم الهيستونات لتشكيل هياكل تسمى الجسيمات النووية. يتم لف الحمض النووي بإحكام حول قلب هيستون. يرتبط هذا الجسيم بالنيوكليوسوم التالي بواسطة خيط قصير من الحمض النووي الخالي من الهستونات. يُعرف هذا أيضًا باسم بنية "الخرز على الخيط" ، وتكون النيوكليوسومات هي "الخرزات" والأطوال القصيرة للحمض النووي بينها هي "الخيط". تتراكم النيوكليوسومات ، مع دناها الملتف حولها ، بشكل مضغوط على بعضها البعض لتشكيل ألياف بعرض 30 نانومتر. يتم لف هذه الألياف أيضًا في هيكل أكثر سمكًا وأكثر إحكاما. في المرحلة الأولية من الانقسام الفتيلي ، عندما تصطف الكروموسومات في وسط الخلية ، تكون الكروموسومات في أكثر حالاتها ضغطًا. يبلغ عرضها 700 نانومتر تقريبًا ، وتوجد مقترنة ببروتينات السقالة.

في الطور البيني ، مرحلة دورة الخلية بين التخفيف الذي يتم فيه فصل الكروموسومات ، تحتوي الكروموسومات حقيقية النواة على منطقتين متميزتين يمكن تمييزهما عن طريق التلوين. هناك منطقة معبأة بإحكام تتلطخ بشكل غامق ، ومنطقة أقل كثافة. تحتوي مناطق التلوين الداكن عادةً على جينات غير نشطة ، وتوجد في مناطق السنترومير والتيلوميرات. عادةً ما تحتوي مناطق التلوين الخفيف على جينات نشطة ، مع حزم الحمض النووي حول النيوكليوسومات ولكن لا يتم ضغطها بشكل أكبر.

يوضح الشكل 9.7 هذه الأرقام انضغاط كروموسوم حقيقيات النواة.


9.1: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء

الشوري ملاحظات حول علم الأحياء: كيف يتم تصنيع البروتينات - دور DNA و RNA

وظائف DNA و RNA في تخليق البروتين

ملاحظات مراجعة البيولوجيا المدرسية لـ Doc Brown: بيولوجيا GCSE ، وعلم الأحياء IGCSE ، وعلم الأحياء على مستوى O ،

دورات علوم مدرسية بالصفوف 8 و 9 و 10 بالولايات المتحدة أو ما يعادلها

14-16 سنة من طلاب علم الأحياء

ستساعدك هذه الصفحة في الإجابة على أسئلة مثل. ما هو النوكليوتيدات؟ ما هو هيكلها؟ ما هي بنية الحمض النووي؟ لماذا يصنف على أنه بوليمر؟ كيف يرمز الحمض النووي للأحماض الأمينية وبالتالي البروتينات؟ ما هي وظيفة الحمض النووي؟ كيف يتم تصنيع البروتينات؟ ما هو الحمض النووي الريبي؟ ما هي وظيفة الحمض النووي الريبي؟ ما هو الرمز الثلاثي؟ كيف يمكننا استخراج الحمض النووي من الخلايا؟ كيف تصنع الخلايا البروتينات في السيتوبلازم؟ ما هي وظائف البروتينات في الكائنات الحية؟

(أ) كيف تم اكتشاف بنية الحمض النووي؟

تم عزل الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) لأول مرة ، من خلايا الدم البيضاء ، بواسطة العالم السويسري فريدريش ميشر في عام 1869.

قبل تصوير روزاليند فرانكلين بالأشعة السينية ، أظهر التحليل الكيميائي أن أربع قواعد تبدو وكأنها تحدث بنسب 1: 1 لزوج واحد و 1: 1 لزوج آخر.

ما هي أدوار العلماء واتسون وكريك وفرانكلين وويلكينز؟

في الخمسينيات من القرن الماضي ، قامت روزاليند فرانكلين التي تعمل مع موريس ويلكنز بفحص خيوط الحمض النووي باستخدام تقنية تسمى تحليل حيود الأشعة السينية.

العينة قيد التحقيق ، على سبيل المثال خيوط بلورية من الحمض النووي ، يتم قصفها بالأشعة السينية وتتصرف طبقات الذرات مثل محزوز الحيود وتشتت الأشعة السينية في نمط معين يعتمد على الترتيب ثلاثي الأبعاد للذرات في الجزيء. يتم تسجيل مسار الأشعة السينية المتناثرة على لوحة فوتوغرافية.

ماتت روزاليند فرانكلين بشكل مأساوي في سن صغيرة بسبب السرطان ، ولم تحصل على جائزة نوبل التي كانت ستحصل عليها بلا شك ، ولكن في أحد آخر الأشياء التي كتبتها في دفتر ملاحظاتها المختبر ، توقعت أن الحمض النووي له بنية حلزونية.

في وقت لاحق ، جمعت فرانسيس كريك وجيمس واتسون بيانات الأشعة السينية هذه (تمكن كريك من الوصول إلى صورة الأشعة السينية `` الكلاسيكية '' لروزاليند فرانكلين للحمض النووي المتبلور ، المميز للبنية الحلزونية) مع معلومات أخرى.

على سبيل المثال التحليل الكيميائي للحمض النووي ، ولا سيما نسب القواعد الأربعة (الأدينين والسيتوزين والجوانين والثيمين) ، وشكل الجزيئات الأساسية الأربعة.

ثم قمنا ببناء نموذج واستنتجنا ما نعترف به اليوم على أنه البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي - البصيرة الرائعة ، والمزيد من الفائزين بجائزة نوبل جنبًا إلى جنب مع موريس ويلكينز.

الشيء المهم هو أن الملاحظات التجريبية من التحليل الكيميائي والإنشائي تناسب النموذج القائم على الأدلة.

روزاليند فرانكلين ، عالمة فيزيائية وبيولوجية ، تموت بشكل مأساوي في شبابها من الالتهاب الرئوي والسرطان المتقدم. حصل جميع العلماء الثلاثة الآخرين المذكورين أعلاه على وسام نوبل النهائي. روزاليند فرانكلين كانت ستحصل أيضًا على جائزة نوبل ، لو لم تمت في مثل هذه السن المأساوية ..

(ب) هيكل النيوكليوتيدات والحمض النووي - حمض الديوكسي ريبونوكلييك

مقدمة في الحمض النووي ووظائفه

الحمض النووي (دإيوكسيريبونالنواة أcid) هو جزيء كبير ضروري للحياة وتكاثر الخلية وهو مثال آخر على a بوليمر طبيعي.

تم وضع هيكلها في الخمسينيات من القرن الماضي ، ولا سيما من قبل الحائزين على جائزة نوبل كريك وواتسون ، على الرغم من أن العديد من العلماء البارزين الآخرين قدموا مساهمات مهمة.

الحمض النووي، أ بوليمر طبيعي يتكون من سلسلة من الوحدات المتكررة (المونومر) تسمى النيوكليوتيدات.

ال يشكل الحمض النووي خيطين مترابطين ملفوفة معًا على شكل أ الحلزون المزدوج (المزيد من بنية الحمض النووي لاحقًا).

تحتوي جزيئات الحمض النووي على كل المواد الجينية للكائن الحي، هذا هو كل التعليمات الكيميائية للخلايا الفردية والكائنات الحية المعقدة لتنمو وتتطور.

كل ال تعليمات التي يحتاجها الكائن الحي للنمو والتطور والتكاثر مشفر في الحمض النووي.

تحدد محتويات الحمض النووي الخاص بك بشكل مباشر ما لديك وارث الخصائص.

يتم تنظيم الحمض النووي في أقسام ملفوفة طويلة تسمى الكروموسومات في نواة الخلية، وداخل الحمض النووي الكروموسومي توجد أقسام أقصر تسمى الجينات.

يتكون كل كروموسوم من عدة أقسام قصيرة من الحمض النووي تسمى الجينات، واحد أو أكثر منها رموز لخاصية واحدة لكائن حي ، على سبيل المثال فصيلة الدم أو لون العين أو لون الشعر.

تمتلك الجينات رموزًا لصنع جميع البروتينات المختلفة ، وكثير منها عبارة عن إنزيمات وكيفية تكوين جزيئات مهمة كبيرة مثل الهيموجلوبين.

يُطلق على الحمض النووي الكلي الخاص بك ، أي المحتويات الكاملة لجيناتك ، اسم الجينوم.

تأتي الكروموسومات عادة أزواج وكلاهما لديه نفس النوع من الجينات بنفس الترتيب بطولها الطويل جدًا (بالمعنى الجزيئي!).

تذكير- يشكل كروموسوم واحد من كل والد الزوجين ، وتحتوي الخلايا ثنائية الصبغيات البشرية على 46 كروموسومًا (23 زوجًا).

بصرف النظر عن النواة ، يمكن أن تحتوي أجزاء أخرى معينة من الخلية على الحمض النووي مثل الميتوكوندريا (مواقع التنفس).

يمكن أن تحتوي البكتيريا على حلقات / سلاسل خالية من الحمض النووي تسمى البلازميدات.

لا تعد البلازميدات جزءًا من كروموسوم البكتيريا ، ولا تساعد في عمل الخلية ، ولكن على سبيل المثال تحتوي على جينات تساعدها على تطوير مقاومة ضد المضادات الحيوية ، وبالتالي تساعد في بقائها على قيد الحياة.

يشفر الحمض النووي تعليمات وراثية لتطوير وعمل الكائنات الحية والفيروسات.

على سبيل المثال كل جزيء البروتين التي يحتاجها كائن حي حتى مستوى الخلية الفردية يتم تصنيعه بواسطة جزيئات أخرى قراءة رمز الحمض النووي الجيني والجمع بين الأحماض الأمينية الصحيحة بالترتيب الصحيح.

هذا يعني أن كل بروتين مختلف له رقمه الخاص وترتيب دقيق للأحماض الأمينية.

بعد التوليف ، يتم طي جزيء البروتين (سلسلة البوليمر من الأحماض الأمينية) في شكل فريد خاص به لأداء وظيفته الفريدة على سبيل المثال. إنزيم لتحفيز تفاعل كيميائي حيوي محدد.

يسمى جزء من الحمض النووي الذي يرمز لبروتين معين أ الجين وهو ترتيب القواعد في الجين الذي يحدد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين ، ومن ثم هيكلها ووظيفتها.

الحمض النووي لا يرمز فقط لجميع البروتينات الضرورية ، بل يحدد أيضًا نوع الخلية الذي ستصبح عليه على سبيل المثال خلايا الدم وخلايا الدماغ وخلايا العضلات وخلايا الجلد وما إلى ذلك.

البروتينات عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية. الحمض النووي عبارة عن بوليمر من النيوكليوتيدات.

لذا فإن الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات هي مونومرات.

يحتوي كل بروتين على بنية محددة لوظيفة معينة بما في ذلك الإنزيمات ، ويتم تشفير معظمها في الحمض النووي.

هيكل النيوكليوتيدات وجزيء الحمض النووي

تتكون معظم جزيئات الدنا من سلسلتين بوليمرتين ، مكونتين من أربع سلاسل مختلفة مونومرات مسمى النيوكليوتيدات، متصلين معًا في شكل الحلزون المزدوج.

على عكس بولي من صنع الإنسان (إيثين) ، من مونومر إيثين إلخ. الحمض النووي عبارة عن بوليمر طبيعي - سلاسل جزيئية طويلة من جزيئات مونومر مترابطة (مفردة).

النوكليوتيدات هي الوحدة الجزيئية الأساسية الصغيرة - ال أحادي المعدن منها بوليمر لقد تكون.

تشكل النيوكليوتيدات اللبنات الأساسية للحمض النووي DNA (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) والحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي). ان النوكليوتيدات الفردية يتكون من ثلاث بتات جزيئية مدمجة معًا - نفس الشيء فوسفات مجموعة متغير يتمركز (الأدينين ، السيتوزين ، الجوانين أو الثايمين) ، ونفس البنتوز السكر (البنتوز يعني فقط وجود حلقة من 5 ذرات). ترتبط مجموعة الفوسفات وقاعدتها بالسكر (انظر الرسم البياني الأيسر للنيوكليوتيدات المفردة).

تتكون سلسلة بوليمر DNA (و RNA) من عدد كبير من روابط الفوسفات والسكر. القاعدة عبارة عن `` فرع '' من السلسلة الرئيسية ، لكن هذا يساعدها على الارتباط بين الجزيئات بقاعدة من خيط معاكس آخر من الحمض النووي.

والنتيجة هي أن جزيء الحمض النووي الكامل يتكون من خيوط "جزيئية" ملفوفة معًا لتشكيل a الحلزون المزدوجولكن كيف يتم تجميع هذا اللولب معًا؟

ال اثنين من خيوط البوليمر من الحمض النووي يتم ربطها بسلسلة من أزواج القاعدة التكميلية انضموا معًا بواسطة روابط ضعيفة بين الجزيئات - الروابط المتقاطعة (روابط الاقتران الأساسية الموضحة هنا كما في الرسم التخطيطي):

هناك أربع قواعد في الحمض النووي تربط الهيكل معًا و يتم دائمًا إقران نفس القاعدتين معًا - معروف ك الاقتران الأساسي التكميلي .

يظهر هذا في الرسم التخطيطي الأيمن ، حيث يربط خيطي الحمض النووي معًا.

Adenine (A) مع الثايمين (T) في ، والسيتوزين (C) مع الجوانين (G) سي جي .

حيث يمثل ضعيف (لكن حاسم) قوة الترابط الجذابة بين الجزيئات بين أزواج القواعد. تسمى هذه الرابطة الأضعف بين الجزيئات في الواقع أ رابطة الهيدروجين، ولكن قد لا تحتاج إلى معرفة المزيد من التفاصيل على مستوى GCSE.

تمسك روابط زوج القاعدة التكميلية المتقاطعة هذه جزيئات الحمض النووي معًا بإحكام مما يمنحها الاستقرار اللازم لأداء أدوارها الجينية - ولكن ليس بإحكام ، بحيث لا يمكن فك ضغطها - وهي عملية ضرورية في تكاثر الخلايا!

هنا مكمل تعني "أزواج متطابقة". أ مع ت و C مع G هي الأزواج الأساسية المجانية المرتبطة.

يظهر هيكل اللولب المزدوج في الرسم البياني أعلاه على اليمين ، موضحًا كيف يتم ربط الحمض النووي معًا بواسطة روابط الهيدروجين المتقاطعة بين القواعد لتماسك الحلزون المزدوج معًا.

يتم توضيح مقطع قصير من الحمض النووي بمزيد من التفصيل أدناه.

رسم تخطيطي أكثر تفصيلاً لمقطع قصير جدًا من جزيء DNA مزدوج الحلزون يُظهر زوجي القاعدة المختلفين اللذين يمسكان الخيوط الجزيئية معًا.

إنه ترتيب القواعد في خيوط الحمض النووي للجين الذي يقرر ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين.

(ج) تفاصيل تخليق البروتين

كود الحمض النووي والقواعد والجينات والشفرة الثلاثية

كما ذكر سلفا، تحتوي جزيئات بوليمر الدنا على الرموز الجينية التي تحدد البروتينات التي يتم تصنيعها.

تتحكم هذه البروتينات المركبة في كيفية عمل جميع الخلايا في الكائن الحي ، بمعنى آخر يتحكم الحمض النووي في إنتاج جميع البروتينات - تخليق البروتين في الريبوسومات ، أحد الهياكل الخلوية الفرعية في سيتوبلازم الخلايا.

يُعرف الجزء القصير من الحمض النووي الذي يرمز لبروتين معين باسم الجين.

هذا يعنى يرمز كل جين لمجموعة معينة من الأحماض الأمينية التي تشكل بروتينًا.

إنه ترتيب القواعد في الجين الذي يحدد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين.

كل جين له سلسلة مختلفة من القواعد لترميز جميع البروتينات التي يتطلبها الكائن الحي.

يتم استخدام 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة فقط لتجميع الآلاف من البروتينات المختلفة.

إن جينات الحمض النووي هي التي تخبر الـ الريبوسومات في الخلايا بالترتيب الصحيح لتجميع الأحماض الأمينية لصنع بروتين معين.

الريبوسوم ، وهو هيكل صغير في السيتوبلازم ، هو في الأساس أ مصنع البروتين التي تصنع كل شيء من الإنزيمات والكيراتين وخلايا ألياف العضلات وخلايا الدم الحمراء وما إلى ذلك وكل ذلك بناءً على أكواد الحمض النووي.

كل بروتين ، سلسلة بوليمر من الأحماض الأمينية ، يحتوي على هيكل فريد استنادا إلى أ عدد محدد من الأحماض الأمينية و أ تسلسل محدد من الأحماض الأمينية.

يحتوي كل بروتين أيضًا على شكل ثلاثي الأبعاد محدد، ضروريًا لأداء وظيفته الخاصة على سبيل المثال إنزيم أو نوع من الأنسجة.

يحدد ترتيب القواعد في جين الحمض النووي ترتيب الأحماض الأمينية التي سوف تتحد لتشكل بروتينًا معينًا ، والذي سيؤدي بدوره وظيفة محددة في الكائن الحي.

يتم ترميز كل حمض أميني من خلال سلسلة من ثلاث قواعد في الجين المعروف باسم أ رمز ثلاثي (موضح بالرسم البياني أدناه لثلاثة أحماض أمينية "وهمية").

يحتوي كل جين على تسلسل مختلف من القواعد بحيث يمكنه ترميز بروتين معين.

يسمى ترتيب القواعد على الحمض النووي للكائن الحي الكود الجيني من الجينوم.

ال الجينوم هي المادة الوراثية الكاملة للكائن الحي. انظر مقدمة إلى الجينوم والتعبير الجيني - مع الأخذ في الاعتبار الكروموسومات ، الأليلات ، التركيب الوراثي ، النمط الظاهري ، الاختلافات

أمثلة على الرموز الأساسية الثلاثية للأحماض الأمينية

مثال لثلاثة أكواد ثلاثية تستند إلى القواعد الأربعة: الأدينين A ، الثايمين T ، السيتوزين C ، الجوانين G على طول جزيء الحمض النووي.

يتم استدعاء الرموز الأساسية الثلاثية الكودونات .

الكود الثلاثي والأحماض الأمينية: CCA للبرولين ، TCG للسيرين و AGA للأرجينين

يتم ربط الأحماض الأمينية معًا لجعل البروتينات المختلفة تعتمد على ترتيب القواعد في الجين.

يوضح الرسم البياني أعلاه كيفية عمل الرموز الثلاثية على الحمض النووي.

تسلسل من ثلاث قواعد (مثل CCA) على خيط واحد من أكواد الحمض النووي لحمض أميني معين. ستعمل سلسلة من ثلاثة أكواد ثلاثية على ترميز ثلاثة أحماض أمينية في هذا التسلسل المحدد على ذلك الجزء من الجين.

يعد استخدام الحروف لتمثيل تسلسل القواعد على خيط من الحمض النووي مثالاً على نموذج علمي.

تذكير: التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي هو نموذج علمي مكاني آخر وهذا يجب تجربة النموذج واختباره في المختبر ويجب أن تدعم جميع الملاحظات أي فرضية لتصبح نموذجًا علميًا عمليًا.

تسمح كيمياء الخلية بقراءة الرموز الثلاثية الجينية (تسلسل القواعد) على كود الحمض النووي لـ في النهاية انضم إلى هذه الأحماض الأمينية الثلاثة معًا بالترتيب الدقيق الذي تمليه شفرة الحمض النووي. في الواقع ، بالنسبة لأي بروتين ، فأنت تتعامل بالفعل مع سلاسل من عشرات المئات من الرموز الثلاثية لبروتين معين.

في القسم التالي (بعد الملاحظات على الحمض النووي غير المشفر) ننظر في كيفية انتقالنا من أكواد الحمض النووي الثلاثية إلى الإنتاج الفعلي للبروتين و للأسف ، الأمر أكثر تعقيدًا قليلاً مما يوحي به الرسم البياني أعلاه!

ملاحظات على الحمض النووي غير المشفر

هناك أجزاء من خيوط الحمض النووي لا ترمز لأي أحماض أمينية ، وبالتالي لا ترمز للبروتينات.

ومع ذلك ، فإن بعض هذه الأقسام غير المشفرة تشغيل الجينات وإيقافهابعبارة أخرى ، يتحكمون في ما إذا كان الجين موجودًا أم لا أعربت لصنع بروتين.

وبالتالي تشارك بعض هذه المناطق غير المشفرة من الحمض النووي في تخليق البروتين.

قبل النسخ يمكن أن يحدث (يتضمن قراءة رمز الحمض النووي) ، يجب أن يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي (إنزيم) بجزء غير مشفر من الحمض النووي المتاخم للجين المحدد (ترميز بروتين معين).

اذا كان طفره في هذا القسم من الحمض النووي ، يمكن أن يؤثر على قدرة بوليميراز الحمض النووي الريبي على الارتباط به - قد يكون أصعب أو أسهل (أو بلا تأثير).

تعتمد كمية ودقة كمية mRNA التي يتم نسخها على مدى جودة حدوث هذا الارتباط - وبالتالي تؤثر على جودة إنتاج البروتين.

لذلك قد يتأثر إنتاج البروتين ، واعتمادًا على وظيفته ، قد يتأثر ذلك بالتحديد النمط الظاهري قد تتأثر أيضًا.

هذا يعني ذاك يمكن أن تؤثر المتغيرات الجينية في المناطق غير المشفرة من الحمض النووي على الأنماط الظاهرية التي يظهرها الكائن الحي، على الرغم من حقيقة أن هذه الأقسام غير المشفرة من الحمض النووي قامت بعمل كود للبروتينات نفسها.

مثال على طفرة في رمز ثلاثي

كان الكود الثلاثي الأصلي وتسلسل الأحماض الأمينية هو: CCA للبرولين ، TCG للسيرين و AGA للأرجينين.

إذا تغيرت قاعدة واحدة فقط "متحورة" ، على سبيل المثال الثلاثي الأوسط من T.جمن G إلى T.جيG ، وهو ثاني حمض أميني هو تغيير هذا التسلسل.

التسلسل الآن هو: CCA للبرولين ، TGG للثريونين و AGA للأرجينين.

التسلسل الأصلي للرموز الثلاثية

يمكن أن يكون للطفرة التي تتسبب في أن يكون للبروتين بنية مختلفة قليلاً عواقب.

(ط) قد لا يؤثر على وظيفة البروتين على الإطلاق.

(2) قد يعزز وظيفة البروتين.

(ثالثا) لكن ، قد يؤثر سلبًا على وظيفة أو نشاط البروتين على سبيل المثال. قد لا يعمل الإنزيم بكفاءة أو ربما لا يعمل على الإطلاق بسبب تغير في الشكل.

على نحو فعال يتم تغيير الجين إلى المتغير الجيني من هذا الجين ، والمعروف باسم أليل، ويمكن أن يؤدي إلى تعبير جيني مختلف - صفة مختلفة.

يمكن أن تتضمن هذه التغييرات الجينية في بنية الحمض النووي استبدال قاعدة بأخرى أو حذف قاعدة أو إضافة قاعدة. كل هذا يغير تسلسل الشفرة الثلاثية.

تشكيل mRNA و t هو التوليف الفعلي للبروتينات في الريبوسومات السيتوبلازمية

تم العثور على الحمض النووي في نواة الخلية ولا يمكن أن تنتقل منه عبر غشاء النواة بسبب الحجم الكبير لجزيئاتها.

لذلك يجب أن تكون هناك وسيلة للحصول على المعلومات الجينية من النواة إلى الهياكل الدقيقة ، المسماة الريبوسومات في السيتوبلازم، حيث يتم تصنيع البروتينات.

يتم تحقيق ذلك باستخدام جزيء يسمى رسول حمض الريبونوكليك (مرنا، نوع من RNA) أي كيف تحصل الخلية على الشفرة من النواة إلى الريبوسومات - mRNA هو نوع من `` المرسل ''.

مرنا أقصر من DNA و a جزيء حبلا واحد، ولكن لا يزال آخر بوليمر النيوكليوتيدات، لكن صغيرة بما يكفي للخروج من غشاء النواة.

mRNA هو الكود المستخدم في الريبوسومات لربط الأحماض الأمينية معًا بالترتيب الصحيح لتجميع جزيء البروتين.

لاحظ أن هناك فرقًا مهمًا بين DNA و RNA.

في الحمض النووي الريبي يتم استبدال قاعدة الثايمين (T) بالقاعدة اليوراسيل (U)، لذا فإن أزواج القواعد في RNA هي سي جي (كما في DNA) لكن A-U في RNA (ليس A-T كما في DNA).

كما هو موضح أعلاه ، يحتوي الحمض النووي على نظام الترميز الثلاثي للجين للأحماض الأمينية المطلوب دمجها لتكوين بروتين معين - مع خصائص جزيئية محددة لأداء وظيفة كيميائية معينة في الكائن الحي.

عملية النسخ - نقل الشفرة الجينية

يتكون mRNA عن طريق نسخ تسلسل قاعدة الحمض النووي للجين - عملية النسخ.

في النواة ، باستخدام الإنزيمات ، فإن خيطين من الحلزون المزدوج للحمض النووي فك الضغط و يصبح نموذج لإنتاج مرنا (رسول حمض الريبونوكلييك).

الانزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي يرتبط بالحمض النووي غير المشفر أمام تسلسل الجينات للقواعد.

شريطا DNA للحلزون المزدوج فك الضغط ويتحرك بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول أحد خيوط الحمض النووي (انظر الرسم البياني على اليمين).

لذلك يستخدم بوليميراز الحمض النووي الريبي ترميز الحمض النووي للجين باعتباره a نموذج لجعل مرنا.

ملاحظة: في مرنا الجزيء القاعدة اليوراسيل (يو) يستبدل قاعدة الثايمين (T) في الاقتران مع الأدينين (أ).

من خلال اقتران القواعد التكميلية على الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) ، يتم تجميع النيوكليوتيدات المتسلسلة الصحيحة في النواة معًا لتشكيل حبلا التكميلية من مرنا، وهي خطوة في العملية الشاملة تسمى النسخ تحدث في النواة.

هذا يعنى إن الرنا المرسال مكمل للجين.

يمكن الآن لجزيء mRNA الأصغر أن ينتقل من نواة الخلية إلى السيتوبلازم ويلتصق بالريبوسوم (مصنع البروتين الفعلي!).

عملية الترجمة - بناء سلسلة الأحماض الأمينية للبروتين

في السيتوبلازم الريبوسومات، ال يعمل mRNA الآن كقالب من الرموز الثلاثية للأحماض الأمينية التي يجب ربطها معًا في التسلسل الصحيح لبروتين معين.

من أجل أن يحدث هذا ، فإن أحماض أمينية في السيتوبلازم يتم سحبها إلى مجمع الريبوسوم وتجميعها بالترتيب لتتناسب مع الرموز الثلاثية التكميلية.

يتم إحضار الأحماض الأمينية الصحيحة إلى الريبوسومات بواسطة a الجزيء الحامل يسمى نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال).

ثم يتم ربط الأحماض الأمينية معًا ، بواسطة الإنزيمات ، في طلب صحيح لصنع بروتين معين في الريبوسوم.

ترتيب الأحماض الأمينية المتصلة ببعضها البعض في الريبوسوم سوف يتطابق مع ترتيب ثلاثة توائم قاعدة (مسمى الكودونات) على ال مرنا مركب.

يُطلق على التسلسل الأساسي الثلاثي المكمل على بنية الحمض النووي الريبي (tRNA) اسم أنتيكودون.

هذا الإنتاج للبروتين ، الذي يمليه مكمل الرموز الثلاثية على mRNA ، تسمى ترجمة المرحلة ، وهذا يحدث في السيتوبلازم.

وبالتالي، الحمض النووي الريبي والإنزيمات المناسبة في الريبوسوم ، يربطان الأحماض الأمينية معًا لتشكيل البروتين - أ بولي ببتيد - تعني بوليمر يتكون من وحدات مونومر الأحماض الأمينية.

مباشرة بعد تركيبه ، يتبنى البروتين هيكله ثلاثي الأبعاد الفريد - شكله الخاص.

يوضح الرسم البياني أعلاه الترجمة بمزيد من التفصيل ، بما في ذلك دور نوع آخر من الحمض النووي الريبي - نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) الذي يجمع الأحماض الأمينية معًا في الرنا المرسال.

  • نقاط يجب مراعاتها عند دراسة مخطط الترجمة أعلاه
  • يتم ربط الأحماض الأمينية على الرنا المرسال باستخدام حمض الريبونوكلييك (الحمض الريبي النووي النقال).
  • تجمع هذه الجزيئات القصيرة نسبيًا من الحمض النووي الريبي (tRNA) الأحماض الأمينية معًا لتتناسب مع أكواد الرنا المرسال الثلاثية.
  • In other words the triplet codes of tRNA and mRNA are also complementary.
  • Note that In RNA (mRNA or tRNA) the base thymine (T) has been replaced by the base uracil (U), so complimentary base pairing is now U-A (not A-T), but C-G retained and its still all about matching complimentary base pairs.
  • تسلسل الأحداث على النحو التالي:
  • The attachment of the mRNA to the ribosome
    • The mRNA has exited from the nucleus and docks into a ribosome
    • The triplet base codes for particular amino acids and their joining up sequence can now be read from the mRNA molecules.
    • After the mRNA joins onto a ribosome, molecules of transfer RNA (tRNA) bring the amino acid that matches the code on the mRNA, the complimentary base codes of the mRNA and tRNA ensure that all proteins are synthesised with their specific protein sequence, so all proteins are completely reproducible.
    • The tRNA is then 'empty' and free to collect another set of amino acids for the ribosome to join up.
    • The ribosome then acts as the catalytic site for linking the amino acids together to synthesise a specific protein.
    • This second process is called ترجمة because the triplet base code sequence is read and translated into the amino acid sequence of a protein.
    • A sequence of amino acids joined together in a chain is called a بولي ببتيد, a natural polymer or macromolecule.
    • All of these reaction are catalysed by enzymes.

    م ore on variants in non-coding DNA

    A mutation changes the base sequence in a DNA molecule in a gene.

    This produces a genetic variant that can lead to changes in an organisms phenotype - gene expression characteristics.

    Variants in non-coding sections of the DNA molecule can also affect the phenotype of an organism, despite the fact that the non-coding DNA does not code for proteins.

    This can happen because before transcription can take place, RNA polymerase needs to bind to a section of non-coding DNA in front of a gene sequence of bases.

    If a mutation occurs in the region of DNA, then it can affect the ability of RNA polymerase to bind to it - it might have no effect, promote binding or inhibit binding - there are always several possibilities in these sorts of situations - including driving evolution!

    Depending on how well RNA polymerase can bind to this non-coding section of DNA will affect how much mRNA is transcribed in the transcription process - therefore how much of the protein is synthesised.

    Therefore the structure and function of the protein is changed and the final phenotype of the organism can be affected.

    أنظر أيضا An introduction to genetic variation and the formation and consequence of mutations

    SUMMARY of protein synthesis

    So, to summarise, you start with DNA in the nucleus, then to complementary mRNA in the nucleus (transcription stage), mRNA moves into the cytoplasm and then the amino acids are joined together in the ribosomes via the complementary triplet codes (translation stage).

    The diagram 'sketch' below also 'attempts' to summarise what is actually a very complicated process!

    (d) How to extract DNA from plant cells - a simple experiment

    This section is illustrated by the extraction of DNA from فراولة.

    Humans have 23 pairs of chromosomes (46 in total). The modern common strawberry has 8 pairs of each of the 7 chromosomes (56 in total) and is a rich 'school/college experiment' source of DNA.

    1. أنت بحاجة إلى ملف appropriate source على سبيل المثال split peas, strawberries, kiwi fruit, onions or bananas etc.

    However, it is reported that the 'white strands' of DNA from fruit, may actually contain pectin too!

    Any green leaves or stalk should be removed from the الفراولة.

    يمكنك استخدام ملف plastic bag or beaker in the first steps, you then need a test tube and filter funnel and filter paper.

    2. The starting plant material is well mashed, but avoid creating air bubbles in the mash.

    Squishing!

    You can crush the strawberries in a plastic bag for a few minutes.

    3. The mash is scraped into a beaker containing a solution of detergent and salt (the DNA extraction liquid).

    You can add this mixture to the plastic bag or beaker of crushed strawberry.

    With a plastic bag, its easier to do further effective crushing if you add the detergent/salt solution to the bag.

    The detergent further helps to break down the cell membranes to release the DNA from the cell nuclei.

    The salt makes the DNA strands stick together.

    4. The resulting mixture is filtered into a test tube/2nd clean beaker. I used a hand held coffee filter paper!

    Filtering!

    In school/college you can use a normal filter funnel and filter paper, as in your chemistry lessons!

    This removes the froth and the bigger insoluble bits of the plant cells.

    Kitchen style!

    ال filtrate was transferred from the 2nd clean beaker into a test tube (if not already in a test tube).

    5. بعض ice-cooled alcohol is carefully added to the filtered mixture down the side of the test tube.

    Adding alcohol, mixture goes cloudy

    6. فرقة من white precipitated DNA strands should form - DNA is not soluble in cold alcohol.

    White coagulated mass of DNA

    7. يمكنك بعد ذلك extract the DNA from this band with a glass rod.

    (هـ) A summary of DNA replication

    A more detailed diagram of the base sequence replication using the DNA template.

    1. The DNA double helix molecules splits in two, and the two strands then act as القوالب.

    2. Freely moving النيوكليوتيدات يمكن ان يكون matched up to form the weak bonds between the complimentary base pairs.

    3. Two identical strands of DNA produced, both identical in their original sequence of bases.

    The full DNA molecule consists of two 'molecular' strands coiled together to form a double helix.

    The two polymer strands of DNA are cross-linked by a series of complementary base pairs joined together by weak bonds - cross links

    There are four bases in DNA holding the structure together and the same two bases are always paired together - known as complementary base pairing.

    Complementary means 'matching pairs'. A with T و C with G الروابط.

    i.e. adenine (A) with thymine (T) AT, and cytosine (C) with guanine (G) CG.

    These cross linking complementary base pair bonds hold the DNA strands tightly together giving it the necessary stability to perform their genetic roles.

    (f) Examples of the different functions of proteins

    As already mentioned, protein molecules adopt a very specific folded 3D shape in order to be able to carry out their specific function - so what are these functions?

    Every protein has its own unique shape to for its specific structure and function in an organism.

    These proteins may end up in muscle cells, brain cells, enzyme catalysts, haemoglobin molecules etc.

    BUT, note that proteins, particularly enzymes, are involved in building up non-protein molecules e.g. fats, cell walls, glycogen etc.

    (أ) الانزيمات are biological catalysts that control most chemical reactions in living organisms.

    Reminder: Enzymes have active sites of a specific shape that connect with substrate molecules, and this allows them to catalyse a specific chemical reaction in the biochemistry of living organisms.

    Enzymes are physiologically active proteins.

    The 'key and lock' mechanism of how an enzyme works - the correct 3D structure is crucial and that depends on the sequence and interconnection of the amino acids.

    The crucial 3D protein structure of an enzyme, and denaturing effect e.g. from a high temperature or wrong pH.

    (b) Many مناديل are built of proteins e.g. collagen a strong structural protein (triple helix of polypeptides )that strengthens connective tissue like ligaments and cartilage of muscle systems of the joints.

    Elongated muscle cells made from the protein actin - forming the filaments in muscles.

    The strong fibres of our hair are made from the fibrous protein keratin.

    These particular tissues are partially built from structural proteins.

    (ج) Carrier molecules like haemoglobin (conveys oxygen to cells) are also protein molecules.

    (d) Some الأجسام المضادة are protein molecules.

    The shape of the protein must match the antigen of a pathogen e.g. of a virus.

    These particular antibodies are physiologically active proteins.

    See notes on Keeping healthy - defence against pathogens and infections

    (e) Many الهرمونات are protein molecules e.g. insulin, the hormone released into the blood from the pancreas, controls blood sugar levels.

    The shape of the insulin molecule must match the shape of its receptor molecule.

    These particular hormones are physiologically active proteins.

    (Note there are many hormones which are NOT proteins e.g. some hormones involved in the menstrual cycle.)

    Sub-index of Genetics Notes - from DNA to GM and lots in between!


    DNA Forms: 7 Main Forms of DNA | الكيمياء الحيوية

    The most common form of DNA which has right handed helix and proposed by Watson and Crick is called B-form of DNA or B-DNA. In addition, the DNA may be able to exist in other forms of double helical structure. These are A and C forms of double helix which vary from B- form in spacing between nucleotides and number of nucleotides per turn, rotation per base pair, vertical rise per base pair and helical diameter (Table 5.3).

    1. The B-Form of DNA (B-DNA):

    Structure of B-form of DNA has been proposed by Watson and Crick. It is present in every cell at a very high relative humidity (92%) and low concentration of ions. It has antiparallel double helix, rotating clockwise (right hand) and made up of sugar- phosphate back bone combined with base pairs or purine-pyrimidine.

    The base pairs are perpendicular to longitudinal axis of the helix. The base pairs tilt to helix by 6.3°. The B-form of DNA is metabolically stable and undergo changes to A, C or D forms depending on sequence of nucleotides and concentration of excess salts.

    2. The A-Form of DNA (A-DNA):

    The A-form of DNA is found at 75% relative humidity in the presence of Na+, K+ or Cs+ ions. It contains eleven base pairs as compared to ten base pairs of B-DNA which tilt from the axis of helix by 20.2°. Due to this displacement the depth of major groove increases and that of minor groove decreases. The A-form is metastable and quickly turns to the D-form.

    3. The C-Form DNA (C-DNA):

    The C-form of DNA is found at 66% relative humidity in the presence of lithium (Lit+) ions. As compared to A-and B-DNA, in C-DNA the number of base pairs per turn is less i.e. 28/3 or 9 1/3. The base pairs show pronounced negative tilt by 7.8°.

    4. The D-Form of DNA (D-DNA):

    The D-form of DNA is found rarely as extreme vanants. Total number of base pairs per turn of helix is eight. Therefore, it shows eight-fold symmetry. This form is also called poly (dA-dT) and poly (dG-dC) form. There is pronounced negative tilt of base pairs by 16.7° as compared to C form i.e. the base pairs are displaced backwardly with respect to the axis of DNA helix.

    5. The Z-Form of DNA (Z-DNA) or Left Handed DNA:

    In 1979, Rich and coworkers at MIT (U.S.A.) obtained Z-DNA by artificially synthesizing d (C-G) 3 molecules in the form of crystals. They proposed a left handed (synistral) double helix model with zig-zag sugar-phosphate back bone running in antiparallel direction.

    Therefore, this DNA has been termed as Z-DNA. The Z-DNA has been found in a large number of living organisms including mammals, protozoans and several plant species.

    There are several similarities with B-DNA in having:

    (ii) Two antiparallel strands, and

    (iii) Three hydrogen bonds between G-C pairing.

    In addition, the Z-DNA differs from the B-DNA in the following ways:

    (a) The Z-DNA has left handed helix, while the B-DNA has right handed helix.

    (b) The Z-DNA contains zig-zag sugar phosphate back bone as compared to regular back bone of the B-DNA.

    (c) The repeating unit in Z-DNA is a dinucleotide due to alternating orientation of sugar residues, whereas in B-DNA the repeating unit is a mononucleotide, and sugar molecules do not have the alternating orientation.

    (d) In the Z-DNA one complete turn contains 12 base pairs of six repeating dinucleotide, while in B-DNA one full turn consists of 10 base pairs i.e. the 10 repeating units.

    (e) Due to the presence of high number (12) of base pairs in one turn of Z-DNA, the angle of twist per repeating unit i.e. dinucleotide is 60° as compared to 36° of B-DNA molecule.

    (f) In Z-DNA the distance of twist making one turn of 360° is 45Å as against 34Å in B-DNA.

    (g) The Z-DNA has fewer diameters (18Å) as compared to the B-DNA (20Å diameter).

    6. Single Stranded (ss) DNA:

    Almost all the organisms contain double stranded DNA except a few viruses such as bacteriophage φ × 174 which consists of single stranded circular DNA. It becomes double stranded only at the time of replication.

    The differences of ssDNA from the dsDNA are as below:

    (a) The dsDNA absorbs wavelength 2600 Å of ultra violet light constantly from 0 to 80°C, thereafter rise sharply, whereas in ssDNA absorption of UV light increases steadily from 20° to 90°C.

    (b) The dsDNA resists the action of formaline due to closed reactive site, while the ss DNA does not resist it due to exposed reactive sites.

    (c) Base pair composition in dsDNA is equal i.e. A=T and G=C, in ssDNA the composition of A, T, G, C is in proportion of 1:1.33:0.98:0.75.

    (d) The dsDNA always remains in linear helical form, while the ssDNA remains in circular form however, it becomes double stranded only during replication (i.e. replicative form).

    7. Circular and Super Helical DNA:

    Almost in all the prokaryotes and a few viruses, the DNA is organised in the form of closed circle. The two ends of the double helix get covalently sealed to form a closed circle. Thus, a closed circle contains two unbroken complementary strands. Sometimes one or more nicks or breaks may be present on one or both strands, for example DNA of phage PM2 (Fig. 5.7 A).

    Besides some exceptions, the covalendy closed circles are twisted into super helix or super coils (Fig.5.7 B) and is associated with basic proteins but not with histones found complexed with all eukaryotic DNA.

    This histone like proteins appear to help the organization of bacterial DNA into a coiled chromatin structure with the result of nucleosome like structure, folding and super coiling of DNA, and association of DNA polymerase with nucleoids. Several histones like DNA binding proteins have been described in bacteria (Table 5.4).

    These nucleoid-associated proteins include HU proteins, IHF, protein H1, Fir A, H-NS and Fis. In archaeobacteria (e.g. Archaea) the chromosomal DNA exists in protein-associated form. Histone like proteins has been isolated from nucleoprotein complexes in Thermoplasma acidophilurn and Halobacterium salinanim.

    Thus, the protein associated DNA and nucleosome like structures are detected in a variety of bacteria. If the helix coils clockwise from the axis the coiling is termed as positive or right handed coiling. In contrast, if the path of coiling is anticlockwise, the coil is called left handed or negative coil.

    Table 5.4 : Histone-like proteins of E. coli

    The two ends of a linear DNA helix can be joined to form each strand continuously. However, if one of ends rotates at 360° with respect to the other to produce some unwinding of the double helix, the ends are joined resulting in formation of a twisted circle in opposite sense i.e. opposite to unwinding direction.

    Such twisted circle appears as 8 i.e. it has one node or crossing over point. If it is twisted at 720° before joining, the resulting super helix will contain two nodes (Fig. 5.7B).

    The enzyme topoisomerases alter the topological form i.e. super coiling of a circular DNA molecule. Type I topoisomerases (e.g. E.coli Top A) relax the negatively super coiled DNA by breaking one of the phosphodiester bonds in dsDNA allowing the 3′-OH end to swivel around the 5′-phosphoryl end, and then resealing the nicked phosphodiester backbone.

    Type II topoisomerases need energy to unwind the DNA molecules resulting in the introduction of super coils. One of type II isomerases, the DNA gyrase, is apparently responsible for the negatively super coiled state of the bacterial chromosome. Super coiling is essential for efficient replication and transcription of prokaryotic DNA.

    The bacterial chromosome is believed to contain about 50 negatively super coiled loops or domains. Each domain represents a separate topological unit, the boundaries of which may be defined by the sites on DNA that limit its rotation.


    AQA GCSE Grade 9-1 Biology Foundation Tier

    I will add the past paper links as soon as they become available from the examination board website

    AQA GCSE 9-1 Biology May June Summer foundation and higher Examination Papers 2018

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2F Biology Foundation Tier Paper 2 June 2018

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2H biology Higher Pier Paper 2 June 2018

    AQA GCSE 9-1 Biology May June Summer foundation and higher Examination Papers June 2019

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2F foundation biology Paper 2 June 2019

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2H higher biology Paper 2 June 2019

    button for past paper download links

    AQA GCSE 9-1 Biology May June Summer foundation and higher Examination Papers June-November 2020

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2F biology foundation Paper 2 June-November 2020

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2H biology higher Paper 2 June-November 2020

    AQA GCSE 9-1 Biology May June Summer foundation and higher Examination Papers June 2021

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2F biology foundation Paper 2 June 2021

    AQA GCSE 9-1 Biology 8461 8461/2H biology higher Paper 2 June 2021

    ALL AQA GCSE (Grade 9-1) Level 1/Level 2 SCIENCES specifications and syllabus revision summary links


    شاهد الفيديو: تكنولوجيا الحمض النووي (أغسطس 2022).