الحمض النووي وبنية الDNA

الحمض النووي

 

 

 

فبمجرد ظهور بنية الحمض النووي في الحقيبة ، بدأ علماء الكيمياء الحيوية في التكهن بأن اللولب المزدوج قد يفعل أكثر من مجرد تخزين المعلومات. اقترح هيكلها الكيميائي أنها تستطيع توصيل الكهرباء مثل طول الأسلاك النحاسية.

وبعد مرور نصف قرن ، أظهر علماء الكيمياء الحيوية دون أدنى شك أن جزيئات الحمض النووي المنقى يمكن أن تقوم بشحنها. في الخلايا الحية أيضاً ، يبدو أن دوبلكس الحمض النووي يمتص الشحنة وينقلها عبر مسافات طويلة. بدأ العديد من الباحثين الآن التفكير في أن الظاهرة يجب أن يكون لها وظيفة بيولوجية. يقول جاكي بارتون ، الكيميائي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا: "لا أستطيع أن أتخيل أن الطبيعة لم تستغل نقل الحمض النووي في الشحنة في سياق ما".

المكان الواضح سيكون في تلف الحمض النووي وإصلاحه. يبدأ معظم الجرح الذي يحدث في العمل في الجينات عند مستوى الإلكترون ، عندما تطلق الجذور الحرة وغيرها من المنتجات الثانوية عالية التفاعل من الإلكترونات النواة من اللولب المزدوج. إن الهدف الأسهل لهذا "الضرر التأكسدي" هو الجوانين الأساسي ، لأن أحد إلكتروناتها مرتبط بشكل ضعيف أكثر من أي من تلك الموجودة في القواعد الثلاثة الأخرى.

يمكن أن يكون فقدان إلكترون من جوانين بداية لمشكلات خطيرة ، لأن الجنادين المؤكسد يتفاعل مع الماء لتشكيل مجموعة متنوعة من الجزيئات المزعجة. والأكثر شيوعًا هو 8-oxoG ، والتي تترابط بشكل غير صحيح مع الأدينين بالإضافة إلى السيتوزين الشريك الطبيعي لـ guanine. إذا انقسمت الخلية أثناء حمل 8 أوكسجوج ، فإن الخلية البنت لديها فرصة 50/50 لتحمل الأدينين حيث يجب أن يكون السيتوزين. بعبارة أخرى ، طفرة.

طورت الخلايا جميع أنواع الآليات لاكتشاف وإصلاح الأضرار التأكسدية (انظر "الإصلاح الجاري" - doc pdf URL-doc URL-pdf). لكن أنظمة المراقبة هذه لا يمكنها التقاط كل شيء. الطفرات التي تسببها العوامل المؤكسدة هي من بين الأسباب الرئيسية للسرطان والأمراض الوراثية وموت الخلايا.

ولأن الأضرار التأكسدية مهمة للغاية ، فإن علماء الكيمياء الحيوية طالما كانوا مهتمين بكيفية حدوثها. وفي الستينات من القرن الماضي ، أدركوا أنه إذا حمل الحمض النووي الشحنة فإنه سيؤثر على العملية بشكل عميق. فقدان الإلكترون يخلق شغور - أو "ثقب" - يمكن أن ينتقل من خلال موصل كما لو كان

2

كائن ملموس. إذا كان الحمض النووي حقا موصل ، فإن الأضرار التأكسدية قد تتخطى على طول الخيوط وتنتج 8 oxoG على مسافة من الهجوم الأولي.

في عام 1996 ، أكد فريق بارتون أن الضرر التأكسدي يمكن أن يحدث بالفعل عن بعد. وباستخدام عامل مؤكسد مصمم خصيصًا لانتزاع إلكترونات من غوانين محدد ، أظهر الباحثون أن الضرر يمكن أن يحدث حتى 11 زوجًا أساسيًا من الهجوم الأصلي. كان هناك تفسير واحد فقط. كانت الثقوب تهاجر على طول حبل الحمض النووي (الطبيعة ، المجلد 382 ، ص 731).

ومنذ ذلك الحين ، أظهر فريق بارتون وآخرون هجرة إلى أكثر من 60 زوجًا من القواعد في الحمض النووي المنقى. في هذه الأثناء ، تقترح النظرية أنه بإمكانهم السفر إلى ما يقارب 100 زوج من القواعد ، كما يقول كيميائي الحمض النووي بيرند جيز من جامعة بازل ، سويسرا. وقد أظهرت مجموعة بارتون أيضا أن هجرة الحفرة يمكن أن تحدث في نواة الخلية المعزولة (الكيمياء الحيوية ، المجلد 40 ، p12465). انهم يقومون بتجارب لتأكيد هجرة الحفرة في الخلايا الحية.

لكن ما الوظيفة البيولوجية التي قد تمتلكها؟ ادخل آدم هيلر ، وهو مهندس كيميائي حيوي في جامعة تكساس في أوستن. في عام 1999 ، اقترح نظرية جذرية تضع هجرة الثقب في الخطوط الأمامية لمحاربة ضرر الحمض النووي.

وأشار هيلر إلى أنه في تجربة بارتون التاريخية ، كان الضرر التأكسدي الأخير يحدث دائمًا في أول غوانين في غوانين جوانين. من وجهة نظر كيميائية ، هذا منطقي. من الأسهل سرقة إلكترونات من GG من جوانين واحد (في لغة كيميائية ، لديها إمكانية أكسدة أقل). وقد أكدت تجارب أخرى تأثير GG وأظهرت أيضًا ضررًا تفضيليًا أقوى لثلاثي GGG ، التي لديها إمكانية أكسدة أقل. بدا كما لو أن الثغرات كانت تهاجر على طول الجديلة حتى تصل إلى زوج GG أو GGG ، حيث بقيت في وضع حتى جاء جزيء الماء وتحولت الثقوب إلى أضرار دائمة.

بالنسبة لهيلر ، كان يذكرنا للغاية بحيلة كيميائية قديمة تسمى الحماية الكاثودية ، حيث تستخدم مادة واحدة ذات إمكانية أكسدة منخفضة لحماية مادة أخرى أكثر قيمة مقابل الضرر المؤكسد. وقد جُرِّب هذا لأول مرة في عام 1824 عندما ربطت همفري ديفي صفائح الزنك بهياكل السفن الحربية البريطانية. لا يزال يستخدم هذا المبدأ اليوم في الجلفنة حيث يتم أكسدة الزنك بالتضحية من أجل الحفاظ على الفولاذ خالٍ من الصدأ.

ربما ، يعتقد هيللر ، أن نقل الشحنة على طول الحمض النووي يؤدي نفس الوظيفة. إذا كان الضرر التأكسدي يحب أن يستقر على توأمتين أو ثلاثة توائم من الجوانين ، فإن "خيوط G" ذات الموقع الإستراتيجي يمكن أن تلحق الضرر التأكسدي بعيدًا عن مناطق الترميز المهمة في الحمض النووي غير الترميز أو "غير المرغوب فيه". هناك يمكن أن تنتظر انتباه إصلاح الانزيمات.

وهناك سبب للاعتقاد بأن هذه ليست مجرد نظرية ذكية. لطالما حير علماء الوراثة حول سبب احتواء الجينات الحيوانية على العديد من المناطق غير المشفرة المسماة "introns" التي تفصل "exons" التي تقوم بتشفير البروتينات. في عام 2001 ، ذكر هيلر وزميله في العمل كيث فريدمان أنه في البشر ، فإن سلاسل G تكون وفيرة بشكل غير معتاد على حواف هذه الإنترونات بالضبط حيث يجب أن يكونوا موجودين للتحول بعيداً عن المناطق الحساسة (Journal of Physical Chemistry B، Vol 105 ، صفحة 11859). ويشير الباحثون أيضا إلى أن الإكسونات البشرية عادة ما تكون أطول من 150 إلى 180 زوجا أساسيا. وبافتراض أن الحد النظري 100-pair-pair هو الصحيح ، فإن أي ثقب يجب أن يكون قادراً على الوصول إلى سلامة سلسلة Gurrifical.

يقول جيزه: "الحماية الكاثودية فكرة رائعة حقًا". "يمكن أن يكون واحدا من وظائف الحمض النووي غير المرغوب فيه." يوافق بارتون على أنه "اقتراح منطقي" لكنه يقول إنه يحتاج إلى تأكيد.

يعترف هيلر وفريدمان بأن نظريتهما مضاربة ولديهما بعض المشاكل. ومن المعروف أيضا أن سلاسل G لإشارة حدود intron-exon إلى إنزيمات معالجة الحمض النووي ، والتي من شأنها أن تفسر

3

وفرة في هذه المواقع. والأكثر من ذلك ، أن البيانات البشرية لم تكن مدعومة بدراسات الجينوم غير الفقري ، والتي غالباً ما تحتوي على exons طويلة ويبدو أنها تفتقر إلى سلاسل G عند حدود intron-exon.

من ناحية أخرى ، الماء نادر جدا في النواة. لذلك قد تتمكن الثقوب من الابتعاد عن الإكسونات الكبيرة قبل الجمع مع جزيء الماء والتسبب في ضرر. هناك أيضًا دليل على أن توصيل الدنا يزداد عندما يتبلور. ومن المثير للاهتمام أن البكتيريا المعرضة للظروف المجهدة معروفة بأنها تنتج بروتينًا يؤدي إلى تبلور الحمض النووي. هل هذه طريقة لرفع دفاعاتهم ضد تلف الحمض النووي؟

قد يكون لنقل الشحن وظيفة أخرى. انها ليست مجرد ثقوب الإلكترون التي تنتقل عن طريق الحمض النووي. لقد أظهر الفيزيائيون أن الإلكترونات الحرة تفعل أيضًا. والإلكترونات هي لاعب مهم في إصلاح الحمض النووي مع العديد من الإنزيمات إصلاح التبرع بها لإصلاح المواقع التالفة. ويخمن بعض الباحثين الآن أن الإنزيمات قد تستفيد من نقل الشحنة عن طريق التبرع بإلكتروناتها من مسافة بعيدة ، والسماح بدعاء الدنا المزدوج إلى حملها إلى المكان الذي تحتاج إليه. هذا من شأنه أن يحل أحد الألغاز الكبيرة في إصلاح الحمض النووي: كيف يمكن للأنزيمات الوصول إلى التلف؟ في الخلايا الحية ، يتم تجميع الحمض النووي مع البروتينات ولف في superhelices منيع.لذلك بدون نقل الشحنة ، من الصعب رؤية كيف يمكن للأنزيمات الوصول إلى الجزء الذي يحتاج إلى الإصلاح.

هناك بالفعل بعض الأدلة على أن الجزيئات المصممة خصيصا يمكنها إجراء إصلاح الحمض النووي على مسافة. وتقول بارتون إن مجموعتها تكتب نتائج تشير إلى أن الإنزيمات الطبيعية تفعل الشيء نفسه ، على الرغم من أنها لن تعطي التفاصيل قبل نشرها. قد يكون نقل المسؤولية قد بدأ الحياة كمضاربة خامسة. لكنها بدأت تبدو وكأنها خاصية حيوية من دوبلكس الحمض النووي

نشرت في : ١١‏/١٢‏/٢٠١٩ ٣:١٤ م

برمجة وتصميم Amwally - أموالي 2020