Transcript محاضرات الأحماض النووية

‫كيمياء حيوية عامة (‪)BCH 101‬‬
‫األحماض النووية‬
‫‪Nucleic Acids‬‬
‫األحماض النووية‬
‫األحماض النووية ‪ Nucleic acids‬هي المادة الوراثية الموجودة‬
‫داخل الخلية الحية والتي تضمن لها تناقل صفاتها الوراثية عند‬
‫اإلنقسام أو عند التكاثر‪.‬‬
‫يوجد نوعان من األحماض النووية‪:‬‬
‫ حامض نووي ديوكس ي ريبوزي ‪DNA‬‬‫‪RNA‬‬
‫‪ -‬حامض نووي ريبوزي‬
‫تركيب األحماض النووية‬
‫تتكون األحماض النووية من وحدات تسمى نيوكلوتيدات‬
‫النيكليوتيدات‬
‫قاعدة نيتروجينية‬
‫سكر خماس ي‬
‫مجموعة فوسفات‬
‫القواعد النيتروجينية‬
‫في ‪ DNA‬يوجد أربعة قواعد نيتروجينية‬
‫أدنين‬
‫جوانين‬
‫ثايمين‬
‫سيتوزين‬
‫‪A‬‬
‫‪G‬‬
‫‪T‬‬
‫‪C‬‬
‫أما في ‪ RNA‬يتم استبدال الثايمين )‪ (T‬باليوراسيل )‪(U‬‬
‫‪DNA‬‬
H
1
N
6
5
N
7
8
H 2N
2
N
3
4
N
9
H
‫بيورين‬
NH2
1N
6
5
N
O
7
1
N
6
5
N
7
8
2
N
4
N9
3
H
‫أدنين‬
8
H 2N
2
N
3
4
N
H
‫جوانين‬
9
H
C4
3
‫بريميدين‬
N
HC
2
N1
5
CH
CH
6
H
NH2
O
3
CH3
3
N
4
2
O
O
N1
H
‫سايتوزين‬
CH
5
CH
6
4
HN
2
O
N1
H
‫ثايمين‬
5
CH
6
3
HN
4
5
2
O
CH
N1
H
‫يوراسيل‬
CH
6
‫السكر الخماس ي‬
‫ريبوزي‬
‫ديوكس ي ريبوزي‬
‫)‪(RNA‬‬
‫)‪(DNA‬‬
CH2OH
OH
O
4
C
CH
H 1
H
H C
C2
3
OH
H
D-b ‫رايبوز منقوص األكسجين‬
b-D Deoxyribose
CH2OH
OH
O
4
C1
CH
H
H
H C
C
3
2
OH
OH
D-b ‫رايبوز‬
b-D Ribose
‫النيوكليوسيد والنيوكليوتيد‬
‫• النيوكليوسيد (قاعدة نيتروجينية ‪ +‬سكر خماسي)‬
‫• النيوكليوتيد (قاعدة نيتروجينية ‪ +‬سكر خماسي ‪ +‬فوسفات)‬
‫• النيوكليوتيد (نيوكليوسيد ‪ +‬فوسفات)‬
‫•‬
‫يكون ارتباط القاعدة النيتروجينية بالسكر بواسطة رابطة جاليكوزيدية نيتروجينية بين‪:‬‬
‫ذرة الكربون رقم ‪ 1‬بالسكر‬
‫‪+‬‬
‫ذرة النيتروجين‬
‫رقم ‪ 1‬في البريميدينات‬
‫رقم ‪ 9‬في البيورينات‬
‫تسمية النيوكليوتيدات األحادية‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫الطريقة األولى‪ :‬يسمى حمض مشتق من القاعدة النيتروجينية الداخلة في تركيبه‬
‫مثال‪ :‬حمض أدينيلك أو ديوكسي أدينيلك من األدنين‬
‫حمض جوانيليك أو ديوكسي جوانيليك من الجوانين‬
‫حمض سايتيديليك أو ديوكسي سايتيديليك من السايتوزين‬
‫حمض يوريديليك من اليوراسيل‬
‫حمض ديوكسي ثايميديليك من الثايمين‬
‫• الطريقة الثانية‪ :‬اسم النيوكليوسيد مضاف إلية الفوسفات‬
‫• مثال‪ :‬أدينوزين ‪ -5‬فوسفات أو ديوكسي أدينوزين ‪ -5‬فوسفات‬
‫• جوانوزين ‪ -5‬فوسفات أو ديوكسي جوانوزين ‪ -5‬فوسفات‬
‫ارتباط النيوكلوتيدات‬
‫ترتبط النيوكليوتيدات في نفس السلسلة بواسطة الرابطة املسماة‬
‫بالرابطة الفوسفاتية ثنائية اإلستر‬
‫‪A-G-T-C‬‬
‫´‪3‬‬
‫´‪5‬‬
‫‪T T A G‬‬
‫‪T C‬‬
‫´‪3‬‬
‫‪C A‬‬
‫‪C G T‬‬
‫‪A G G T‬‬
‫‪G T A A‬‬
‫‪G C A‬‬
‫‪T C C A‬‬
‫´‪5‬‬
‫‪O‬‬
‫‪7‬‬
‫‪N‬‬
‫‪5‬‬
‫‪NH2‬‬
‫‪6‬‬
‫‪N‬‬
‫‪N‬‬
‫‪7‬‬
‫‪1‬‬
‫‪8‬‬
‫‪8‬‬
‫‪9‬‬
‫‪9‬‬
‫‪4‬‬
‫‪N‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H2N‬‬
‫‪3‬‬
‫‪CH2‬‬
‫'‪5‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪1‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪2‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪3‬‬
‫‪N‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O P‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪1‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪3 4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N‬‬
‫‪O‬‬
‫'‪4‬‬
‫‪6 5‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪5‬‬
‫‪O‬‬
‫'‪4‬‬
‫'‪3' 2‬‬
‫‪H‬‬
‫‪OH OH‬‬
‫‪OH OH‬‬
‫جوانوزين ‪ -5‬فوسفات‬
‫أدينوزين ‪ -5‬فوسفات‬
‫الصيغة البنائية لبعض النيوكليوتيدات‪.‬‬
‫‪O P‬‬
‫‪O‬‬
‫‪NH2‬‬
‫‪O‬‬
‫‪3‬‬
‫‪CH‬‬
‫‪5‬‬
‫‪CH‬‬
‫‪6‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪5‬‬
‫‪N‬‬
‫‪4‬‬
‫‪CH‬‬
‫‪HN‬‬
‫‪2‬‬
‫‪CH‬‬
‫‪O‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪6‬‬
‫‪2‬‬
‫‪O‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪O‬‬
‫‪CH2‬‬
‫'‪5‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫'‪H 1‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪4‬‬
‫‪P‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫'‪5‬‬
‫‪O‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪1‬‬
‫'‪2‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪4‬‬
‫‪O‬‬
‫‪P‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫'‪2‬‬
‫'‪3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪OH OH‬‬
‫‪H‬‬
‫'‪3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪OH H‬‬
‫سايتيدين ‪ -5‬فوسفات‬
‫دي أوكس ي ثايميدين ‪ -5‬فوسفات‬
‫الصيغة البنائية لبعض النيوكليوتيدات‪.‬‬
NH2
N
N1
6 5
7
2
3 4
9
8
N
O
O
O P
O P
O
O
N
O
O
P
O
5'
O
CH2
O
4'
H
H
3' 2'
H
1'
H
OH OH
AMP
ADP
ATP
ATP
-Phosphate
+ 10 k Cal
ADP
-Phosphate
+ 10 k Cal
AMP
-Phosphate
+ 2 k Cal
adenosine
‫ارتباط سالسل الحامض النووي الديوكس ي رايبوزي‬
‫ترتبط سلسلتان من الحامض النووي بواسطة‬
‫روابط هيدروجينية‬
‫أدنين ‪ +‬ثايمين‬
‫(رابطتين هيدروجينيتين)‬
‫جوانين ‪ +‬سيتوزين (‪ 3‬روابط هيدروجينية)‬
A
G
C
A
T
3’
P
5’
P
P
P
P
OH
‫‪34 °A‬‬
‫شكل (‪ :)6-7‬تركيب الحلزون املزدوج لـ ‪DNA.‬‬
DNA ‫أشكال الـ‬
‫يساري‬
Z-DNA
‫يميني‬
B-DNA and A-DNA
‫أشكال الـ ‪DNA‬‬
‫‪Z-DNA‬‬
‫يساري‬
‫‪A-DNA‬‬
‫يميني‬
‫‪B-DNA‬‬
‫يميني‬
‫إثنى عشر زوجا ً من‬
‫القواعد في اللفة‬
‫أحد عشر زوجا ً من‬
‫القواعد في اللفة‬
‫عشرة أزواج من‬
‫القواعد في اللفة‬
‫يحدث عند تكرار ‪G-‬‬
‫‪C‬‬
‫القواعد غيرعمودية‬
‫على المحور ومائلة‬
‫بزاوية ‪°20‬‬
‫القواعد عمودية على‬
‫المحور‬
‫الخواص الفيزيائية للـ ‪DNA‬‬
‫‪ -1‬تغير التركيب الطبيعي ‪Denaturation‬‬
‫التسخين يعمل على فك الروابط الهيدروجينية بين سلسلتي‬
‫الحلزون مما يؤدي إلى فصلهما وبذلك تزيد اللزوجة ويزيد‬
‫االمتصاص الضوئي لألشعة فوق البنفسجية‪.‬‬
‫تعرف درجة الحرارة التي يحدث عندها التغير الطبيعي بدرجة‬
‫اإلنصهار ‪Tm‬‬
‫تتحد السلسلتان مرة أخرى عند التبريد‬
‫الخواص الفيزيائية للـ ‪DNA‬‬
‫‪ -2‬الكثافة‬
‫تزداد الكثافة بزيادة الجوانين والسايتوزين في الحلزون المزدوج‬
‫(لماذا؟)‬
‫كثافة الحلزون المزدوج أعلى من كثافة الشريط (لماذا؟)‬
‫‪ -3‬الحجم والشكل‬
‫مستقيم غير متفرع خيطي في الكائنات الراقية وحلقى في البكتريا‪.‬‬
‫الحامض النووي الريبوزي ‪RNA‬‬
‫‪ -1‬حامض نووي ريبوزي رسول ‪m-RNA‬‬
‫‪ -2‬حامض نووي ريبوزي ناقل ‪t-RNA‬‬
‫‪ -3‬حامض نووي ريبوزي ريبوسومي ‪r-RNA‬‬
‫المبدأ المركزي للجينات الجزيئية ‪Central Dogma of Molecular Genetics‬‬
‫‪DNA‬‬
‫‪RNA‬‬
‫البروتينات‬
‫الرسول ‪mRNA‬‬
‫•‪%10-5‬‬
‫•يحمل الشفرة الوراثية من الـ ‪ DNA‬في النواة إلى السيتوبالزم‬
‫•تمثل كل ثالث نيوكليوتيدات شفرة لحمض أميني وتسمى ”شفرة ‪”codon‬‬
‫•تترجم الشفرة بعد ذلك إلى األحماض األمينية ثم البروتينات‬
‫•ال يقل عدد النيوكليوتيدات عن ثالثة أضعاف عدد األحماض األمينية المكونة للببتيد أو‬
‫للبروتين المترجم (لماذا؟)‬
‫•لكل بروتين ‪ mRNA‬خاص به والذي يتحلل بعد تصنيع البروتين‪ ،‬لذلك فعمر هذا‬
‫الجزيء قصير‪.‬‬
‫الناقل ‪t-RNA‬‬
‫أصغر أنواع الـ ‪RNA‬‬
‫يتكون من ‪ 90-75‬نيوكليوتيد أحادي‬
‫يمثل ‪ %20-10‬من مجموع الـ ‪RNA‬‬
‫يقوم بنقل األحماض األمينية من السيتوبالزم إلى موقع ارتباطها في الريبوزومات حسب‬
‫تسلسل الشفرة الوراثية‬
‫يحتوي على شفرة مضادة ”‪ “anticodon‬مكملة للشفرة الوراثية في الرسول‬
‫يوجد على األقل ناقل واحد لكل حمض أميني‪.‬‬
‫على عكس الرسول فإن ‪ tRNA‬ال يتحلل بعد تصنيع البروتين‬
‫الناقل ‪t-RNA‬‬
‫موضع إرتباط الحمض األميني‬
‫األغصان‬
‫‪Stem‬‬
‫العقد‬
‫‪Loop‬‬
‫الشفرة املضادة‬
‫الرايبوسومي ‪rRNA‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫أكبر األنواع حجما ً‬
‫يمثل ‪ %65-60‬من محتوى الـ ‪RNA‬‬
‫يوجد مرتبط ببروتينات نووية (الرايبوسوم)‬
‫على عكس الرسول فإن ‪ rRNA‬ال يتحلل بعد تصنيع‬
‫البروتين‬
‫كيمياء حيوية عامة )‪(BCH 101‬‬
‫أيض األحماض النووية‬
‫‪NUCLEIC ACID METABOLISM‬‬
‫الحامض النووي الريبوزي‪RNA‬‬
‫يوجد ثالثة أنواع من الـ ‪RNA‬‬
‫‪ -1‬حامض نووي ريبوزي رسول ‪m-RNA‬‬
‫‪ -2‬حامض نووي ريبوزي ناقل ‪t-RNA‬‬
‫‪ -3‬حامض نووي ريبوزي ريبوسومي ‪r-RNA‬‬
‫يحكم العالقة بين الـ ‪ DNA‬و الـ ‪ RNA‬والبروتينات ما يسمى بـــــــ‬
‫المبدأ المركزي للجينات الجزيئية ‪Central Dogma of Molecular Genetics‬‬
‫‪DNA‬‬
‫‪RNA‬‬
‫البروتينات‬
‫تعريفات‬
‫• التضاعف ‪Replication‬‬
‫يحدث في الـ ‪ DNA‬وفيه يتم إنشاء نسخة مطابقة للمادة الوراثية الموجودة في‬
‫الكروموسوم تمهيداً إلنقسام الخلية لخليتين يحتوي كل منها على نفس العدد من‬
‫الكروموسومات‪.‬‬
‫• النسخ ‪Transcription‬‬
‫وفيه يتم عمل نسخة لجزء من الـ ‪DNA‬الموجود غالبا ً في النواة والمحتوي على مورث‬
‫(جين) أو مجموعة من المورثات لينتج ‪ mRNA‬الذي ينتقل بعد ذلك للسيتوبالزم‪.‬‬
‫• الترجمة ‪Translation‬‬
‫وفيها يتم ترجمة الشفرة الوراثية الموجودة في ‪ mRNA‬إلى بروتين وذلك عن طريق‬
‫الرايبوسوم المحتوي على ‪ rRNA‬حيث يقوم بتكوين الروابط الببتيدية بين االحماض‬
‫األمينية التي يحملها ‪ tRNA‬بالترتيب الذي يحدده الرسول‬
‫تضاعف الـ ‪DNA‬‬
‫• يتواجد الـ ‪ DNA‬في شكلين اما كشريط واحد او مزدوج واما في شكل‬
‫مستقيم او دائري‪.‬‬
‫يوجد ثالثة أشكال من التضاعف‪:‬‬
‫• التضاعف شبه المحافظ ‪Semiconservative Replication‬‬
‫• التضاعف ثنائي االتجاه ‪Bidirectional Replication‬‬
‫• التضاعف شبه المتواصل ‪Semidiscontinuous replication‬‬
‫التضاعف شبه المحافظ ‪Semiconservative Replication‬‬
‫تم وصفها عن طريق ميسلسون وستال‬
‫‪Meselson & Stahl‬‬
‫هى طريقة بسيطة وتوضح كيفية‬
‫مضاعفة الحامض النووى ‪DNA‬‬
‫وفيها ينفصل الشريطان عن طريق فك‬
‫الروابط الهيدروجينية ويقوم كل شريط‬
‫ببناء شريط مكمل له‪.‬‬
‫سميت بالطريقة الشبه محافظة‬
‫للتضاعف نظرا ألنه يتم الحفاظ جزئيا‬
‫على الحلزون األبوى المزدوج أثناء‬
‫تضاعف الحامض النووى ‪DNA‬‬
‫‪Parent‬‬
‫‪molecule‬‬
‫‪Replication‬‬
‫‪Daughter‬‬
‫‪molecules‬‬
‫التضاعف ثنائي االتجاه ‪Bidirectional Replication‬‬
‫يتم انفصال شريطي الـ ‪ DNA‬من المنتصف ليتكون ما يشبه الفقاعة أو‬
‫البالونة ويقوم كل شريط بتكوين شريط آخر مكمل له‪.‬‬
‫تتسع الفقاعة في اإلتجاهين حتى تصل لألطراف فينفصل الزوجين كل منهما‬
‫يحتوي على شريطين من الـ ‪.DNA‬‬
‫شوكة التضاعف‬
‫أصل التضاعف‬
‫في حالة الكروموسوم البكتيري الحلقي يتم‬
‫التضاعف ثنائي اإلتجاه ويتكون شكل يشبه‬
‫الحرف الالتيني ثيتا‬
‫‪ori‬‬
‫‪ter‬‬
‫‪Replication‬‬
‫‪Forks‬‬
‫‪Bidirectional Replication Produces‬‬
‫‪a Theta Intermediate‬‬
‫التضاعف شبه املتواصل ‪Semidiscontinuous replication‬‬
‫يتم التضاعف من أحد طرفي الشريط ويتم بشكلين‪:‬‬
‫في اإلتجاة من ‪ 5‬إلى ‪ 3‬ويتم التضاعف بشكل سريع ويسمى الشريط بهذه الحالة بالشريط القائد‬‫‪Leading strand‬‬
‫ تضاعف في الشريط األخر ويكون على هيئة أجزاء أو قطع سميت بقطع أوكازاكي ويسمى الشريط‬‫في هذه الحالة بالشريط المتأخر أو المتخلف أو المتلكئ ‪Lagging strand‬‬
‫الشريط القائد‬
‫الشريط املتخلف أو املتأخر‬
‫قطع أوكازاكي‬
Continuous
Discontinuous
‫أنواع إنزيم البوليميريز‬
‫(االنزيم المضاعف للـ ‪)DNA‬‬
‫يوجد ثالثة أنواع من اإلنزيم وجميعها يحتاج إلى باديء عبارة‬
‫عن قطعة من ‪:RNA‬‬
‫• ‪ DNA polymerase I‬يقوم بتحفيز إضافة نيوكليوتيد‬
‫للسلسلة النامية للـ ‪ DNA‬كما يقوم بإصالح وترميم التالف‬
‫منه‬
‫• ‪DNA polymerase II‬غير معروف الوظيفة ويعتقد أنه‬
‫يقوم بإصالح وترميم التالف من الـ ‪DNA‬‬
‫• ‪ DNA polymerase III‬وظيفته تجميع قطع الـ ‪DNA‬‬
‫المكونة الجديدة‬
Second Base
C
U
UUU
UUC
UUA
UUG
C
CUU
CUC
CUA
CUG
A
AUU
AUC
ile
AUA
AUG met (start)
ACU
ACC
ACA
ACG
G
GUU
GUC
GUA
GUG
GCU
GCC
GCA
GCG
phe
leu
leu
val
UCU
UCC
UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
A
ser
UAU
UAC
UAA
UAG
pro
CAU
CAC
CAA
CAG
thr
AAU
AAC
AAA
AAG
ala
GAU
GAC
GAA
GAG
G
tyr
stop
stop
his
gln
asn
lys
asp
glu
UGU
UGC
UGA
UGG
CGU
CGC
CGA
CGG
AGU
AGC
AGA
AGG
GGU
GGC
GGA
GGG
cys
stop
trp
arg
ser
arg
gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Third Base
First Base
U
‫• تدريب على ترجمة الشفرة الوراثية‬
Transcribed strand
DNA
Transcription
RNA
Start
codon
Polypeptide
Translation
Stop
codon
Figure 10.8B