خصائص الحامض النووي DNA Characteristics

تم التعرف على معلومات هامة عن تركيب الحامض النووي DNA عن طريق حيود اشعة اكس X-ray diffraction أي انحراف اشعة اكس انحرافا ضئيلاً عند مرورها بحواف الحامض النووي كما ذكر العالم روزالين فرانكلين Rosalin Franklin. فحيود اشعة اكس هي بمثابة طريقة فعالة لتقدير المسافات بين الذرات الموجودة في جزيئات متراصة بانتظام (تركيب متعاقب من البلورات). ولأشعة اكس طول موجة صغيرة جدا لدرجة انها تتبعثر بواسطة الالكترونات المغلفة للذرة في الجزيء. والذرات التي لها سحابة الكترونية كثيفة مثل الفوسفور phosphorus والاوكسجين Oxygen تسبب انحراف الالكترونات بقوة اكبر مقارنة بالذرات ذات العدد الذري الاقل.

من المعروف انه عند تعريض التركيب البلوري للحمض النووي لأي تركيب لأشعة اكس المكثفة يحدث أن يسبب الترتيب المنتظم للذرات في البلورة الى حيود اشعة اكس او التوائها في اتجاهات معينة. ونظام حيود اشعة اكس هذا يمكن رؤيته في فيلم ضوئي (فيلم تصوير) كنقاط معتمة. وعن طريق التحليل الرياضي Mathematical analysis لترتيب النقاط المعتمة والمسافة بينهما يمكن ان يستخدمها لتقدير المسافة بين الذرات واتجاه هذه الذرات داخل الجزيء بدقة كاملة.

وعندما سعى العالمان واطسن وكريك لحل مشكلة تركيب الحامض النووي DNA كان فرانكلين قد صور بالفعل عن طريق اشعة اكس X-ray فيلما لنموذج الحامض النووي DNA والصورة اظهرت بوضوح ان الحامض النووي DNA عبارة عن تركيب حلزوني الشكل، وان هناك ثلاثة انواع هامة من النماذج المنتظمة والمتعاقبة في الجزيء والتي لها ابعاد 34 نانومتر، 2 نانومتر. ومن هذا النموذج توصل فرانكلين الى ان القواعد النيوكيلوتيدية Nucleotide bases (والتي هي عبارة عن جزيئات مسطحة) هي عبارة عن رفوف متراصة فوق بعض مثل درجات السلم المتراصة بوضع عدة نماذج لمكونات الحامض النووي DNA مع محاولة توفيقهم مع بعض ليتفقوا مع البيانات المأخوذة من تجارب العالم فرانكلين. وبعد عدة تجارب قاما العالمان بوضع نموذج للحامض النووي DNA يتكون من سلسلتين من عديد النيوكليوتيد two nucleotide chains ملتفين حول بعضهما في صورة حلزون مزدوج. ونجد ايضا ان السكر والفوسفات المكونين للعمود الفقري للسلسلتين يكونوا الجدار الخارجي للحلزون، اما القواعد المتصلة بكلتا السلسلتين فتوجد في الوسط.

الروابط الهيدروجينية المتكونة في الخيط المزدوج للحامض النووي DNA في عام 1950 قام العالم ادون تشارجاف ومساعدوه بجامعة كولومبيا بدراسة نسب القواعد النتروجينية في الحامض النووي DNA (أي نوع الخلية التي اخذ منها او نوع الكائن الحي المأخوذ منه) وجد ان نسبة الادينين (A) الى الثايمين (T) وأيضا نسبة الجوانين (G) إلى الساتوسين (C) جميعها لا تبتعد عن الواحد الصحيح كما وجد ايضاً ان نسبة البيورين الى البيريميدين ايضاً تساوي الواحد الصحيح. او بمعنى اخر وجد ان أن الادينين A يساوي الثايمين T وأن الستيوسين C يساوي الجوانين G أي (G=C) و (A= T) رصدت الدراسات التي اجريت على حيود اشعة اكس X-ray diffraction ان للحلزون المزدوج اتساع منتظم ودقيق واستدل على ذلك من حيود مقداره اثنين نانومتر وهذه النتيجة تتفق مع النتائج السابقة التي تفيد ان قواعد البيريميدين وهما السيتوسين (c) والثايمين (T) تحتوي فقط على حلقة واحدة من الذرات وهما اصغر من قواعد البيورين وهما الجوانين (G) والادينين (A) واللذان يحتويان على حلقتين في تركيبهما. ولذا فالدراسات التي اجراها واطسن وكريك على نماذج الحامض النووي DNA اكدت انه عند نقط اتصال خيطي الجزء ترتبط قاعدة من البيورين مع قاعدة من البيريميدين فيكون اتساع الحلزون عند هذه النقطة يساوي اثنين نانومتر. اما لو اتحدت قاعدتين من البيورين (كل واحدة منها اتساعها 12 نانومتر) فسوف تكون نقط الاتصال باتساع اوسع من اثنين نانومتر، اما لو اتحدت قاعدتين من البيريميدين فسوف يكون اتساعها اقل من اثنين نانومتر. وبالتالي فلابد ان يكون هناك ارتباط ما بين قاعدة من البيورين مع قاعدة من البيريميدين. ثم اثبتت الدراسات بعد ذلك ان الادينين (A) يرتبط بالثايمين (T) وان الساتوسين (C) يرتبط بالجوانين (G) والسبب في ان الثايمين (T) يرتبط فقط بالادينين (A) هو انهم يرتبطوا ببعض بزوج من الروابط الهيدروجينية two hydrogen bonds اما السيتوسين (C) والذي لا يرتبط الا بالجوانين (G) فيما يرتبطان ببعض بعدد ثلاث روابط هيدروجينية. وبالتالي فكل ادينين (A) في احد خيطي السلسلة لابد ان يقابل ثايمين (T) في الخيط المقابل وايضا كل سيتوزين (C) في احد خيطي السلسلة لابد ان يقابله جوانين (G) في الخيط المقابل. ولذلك فتعاقب القواعد في السلستين تكون متممة Complementary لبعضهما. وبديهي ايضا انها لا يمكن ان تكون متطابقة مع بعضها. او بمعنى اخر اننا لو نتتبع تتابع القواعد في احد السلسلتين فيمكننا معرفة ماهية القواعد في السلسلة الاخرى ومثالا لذلك فلو كان ترتيب القواعد في احد الخيطين هو :

3\_____AGTCACTG_____5

فيكون ترتيب القواعد في الخيط المقابل هو

5\_____TCAGTGAC_____3

ونموذج الحلزون المزدوج للحامض النووي DNA يؤكد الاعتقاد السائد بان تعاقب القواعد في الحمض النووي DNA يمكن ان يسمح بتخزين المعلومات الوراثية. وحيث ان جزئ DNA داخل الخلية يمكن ان يتكون من الملايين من القواعد في الطول، لذا فهو يسمح بتخزين كمية كبيرة جداً من المعلومات الوراثية.