كيمياء

الحمض النووي: قصة الخلق بلغة العلوم كيمياء الحمض النووي: مختبر كيميائي متكامل لتخزين المعلومات الوراثية الحمض النووي ليس مجرد جزيء بيولوجي؛ بل يُعد مختبرًا كيميائيًا متكاملاً يعمل بتناغم مذهل لتخزين ونقل المعلومات الوراثية بدقة واستقرار. وفيما يلي نظرة تفصيلية على البنية الكيميائية لهذا الجزيء الحيوي الفريد:
أولاً: العمود الفقري للحمض النووي يتكون العمود الفقري لكل من سلسلتي الحمض النووي من وحدات متكررة من سكر ريبوزي منقوص الأكسجين (المعروف اختصارًا بـ “ديوكسي ريبوز”) ومجموعة فوسفات.
ما هو الديوكسي ريبوز؟ هو سكر خماسي يحتوي على خمس ذرات كربون، ترتبط بها ذرات من الهيدروجين أو الهيدروكسيد. وسُمّي “منقوص الأكسجين” لأنه يفتقد ذرة أكسجين واحدة مقارنةً بسكر الريبوز العادي. " يرتبط هذا السكر مع مجموعة الفوسفات عبر روابط تساهمية قوية تُعرف باسم الروابط الفوسفوأسترية، وتحديدًا الرابطة الفوسفاتية الثنائية، لأنها تربط بين سكرين عبر مجموعة فوسفات واحدة. ما هي الرابطة الفوسفوأسترية؟ هي نوع من الروابط الكيميائية حيث ترتبط ذرة الفسفور (بدلاً من الكربون كما في الروابط الأسترية التقليدية) مع مجموعات هيدروكسيل من جزيئين مختلفين (عادةً سكريْن)، لتُشكّل رابطة فوسفاتية بينهما
ثانيًا: القواعد النيتروجينية يتكون الحمض النووي من أربع قواعد نيتروجينية هي: • أدينين (A) • ثايمين (T) • غوانين (G) • سايتوسين (C) في جزيء DNA: • يرتبط الأدينين بالثايمين عبر رابطتين هيدروجينيتين. • يرتبط الغوانين بالسايتوسين عبر ثلاث روابط هيدروجينية. ما هي الروابط الهيدروجينية؟ هي روابط ضعيفة نسبيًا تنشأ بين ذرة هيدروجين وذرة ذات كهروسالبية عالية مثل الأكسجين أو النيتروجين. وتُعزز هذه الروابط استقرار الشيفرة الوراثية ودقتها. أما في جزيء RNA: • تُستبدل قاعدة الثايمين بـ اليوراسيل (U). • يبقى الأدينين مرتبطًا باليوراسيل. لماذا يستخدم اليوراسيل بدلًا من الثايمين؟ لأن تركيب اليوراسيل أبسط من الثايمين، حيث يفتقر إلى مجموعة الميثيل (CH3). ولأن RNA يُنتَج بسرعة ويعمل لفترة قصيرة، فإن استخدام قاعدة أبسط كيميائيًا هو الخيار الأمثل.
ثالثًا: الكيمياء الديناميكية للحمض النووي
الكيمياء لا تقتصر على البنية، بل تشمل العمليات الحيوية كذلك:
• في النسخ (Replication): تُكسَر الروابط الهيدروجينية مؤقتًا بواسطة إنزيم يسمى Helicase لتُفتح السلسلتان وتُنسخ الشيفرة الوراثية.
• في إصلاح الأخطاء (DNA Repair): تُستخدم تفاعلات كيميائية لإصلاح التلف الناتج عن النسخ الخاطئ أو العوامل البيئية. مثال على ذلك: إصلاح الاستبدال القاعدي (Base Excision Repair)، حيث تقطع الإنزيمات الروابط بين النيوكليوتيدة التالفة وسلسلة DNA، ثم تستبدل القاعدة الخاطئة بأخرى صحيحة.
• في الطفرات: أي تغيّرات بسيطة في الروابط أو القواعد قد تُحدث تغيرات كيميائية تؤدي إلى تنوع وراثي أو ظهور أمراض مثل السرطان.
رابعًا: الجمال الكيميائي في البنية الحلزونية تعتمد البنية الحلزونية للحمض النووي على توازن مذهل بين نوعين من الروابط:
• الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية، والتي تُحافظ على انتظام الشكل الحلزوني.
• الروابط التساهمية بين السكر ومجموعة الفوسفات، والتي تُعطي العمود الفقري صلابته واستقراره. إن هذا التناسق بين البنية والوظيفة يجعل من الحمض النووي أعجوبة كيميائية تؤكد أن الحياة مبنية على أساس دقيق من التفاعلات الكيميائية المتقنة.