خصائص الشفرة الوراثية ودورها الأساسي في الحياة

تعتبر الشفرة الوراثية جزءاً أساسياً من الحياة، حيث تحتوي المادة الوراثية على المعلومات الحيوية في أنوية الخلايا الحية. تتكون هذه المادة من بروتينات وحمض نووي، وتعرف باسم الكروموسومات. تتشكل الشفرة الوراثية من قواعد نيتروجينية تُعرف بالنيوكليوتيدات. في هذا المقال، نستعرض خصائص الشفرة الوراثية وأهميتها، لذا تابعوا معنا.

الـ
DNA
والـ
RNA
ومكوناتهما

الحمض النووي المسؤول عن تكوين المادة الوراثية هو الـ DNA. النيوكليوتيدات تعتبر الوحدة الأساسية التي تشكّل الحمض النووي، سواء كان DNA أو RNA.

مكونات النيوكليوتيدة

تتكون كل نيوكليوتيدة من ثلاثة عناصر رئيسية هي:

سكر خماسي.
مجموعة فوسفات.
قاعدة نيتروجينية.

السكر الخماسي في الـ DNA هو منقوص الأكسجين، في حين يوجد بكامل الأكسجين في الـ RNA. أما مجموعة الفوسفات فتكون متطابقة في كلا الحامضين، وسنتناول التفاصيل المتعلقة بقاعدة النيتروجين في الفقرة التالية.

مكونات القاعدة النيتروجينية

تتكون القاعدة النيتروجينية من خمس أنواع نذكرها كما يلي:

الجوانين، والذي يرمز له بالرمز G.
الأدينين، والذي يرمز له بالرمز A.
اليوراسيل، والذي يرمز له بالرمز U.
الثايمين، والذي يرمز له بالرمز T.
السايتوسين، والذي يرمز له بالرمز C.

أول مكتشفي الحمض النووي

في عام 1950، اكتشف العالمان واطسون وكريك البنية التركيبية للحمض النووي DNA، حيث اكتشفا أن الحمض النووي يتكون من سلسلتين متقابلتين من النيوكليوتيدات، مترابطتين في شكل لولبي.

كيفية ارتباط القواعد المكونة للشفرة الوراثية

أولاً: الارتباطات في الـ
DNA

ترتبط النيوكليوتيدات في كل سلسلة بتتابع السكر الخماسي المنقوص الأكسجين ومجموعة الفوسفات، بينما ترتبط النيوكليوتيدات المتقابلة في سلسلتي الـ DNA من خلال القواعد النيتروجينية.

وعادةً ما نجد أن:

القاعدة النيتروجينية الجوانين (G) ترتبط مع السايتوسين (C) بثلاث روابط هيدروجينية.
القاعدة النيتروجينية الأدينين (A) ترتبط مع الثايمين (T) برابطتين هيدروجينيتين.

يمكن استخدام الجدول أدناه لفهم الترابطات بشكل أوضح.

ثانياً: الارتباطات في الـ
RNA

يتميز الـ RNA بوجود سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات، مع نفس الارتباطات المذكورة سابقًا، مع اختلاف أن القاعدة النيتروجينية الثايمين (T) تُستبدل باليوراسيل (U).

أنواع الـ
RNA

يوجد ثلاثة أنواع رئيسية من الـ RNA، وهي:

mRNA (الرسول).
tRNA (الناقل).
rRNA (الرايبوسوم).

كيفية تضاعف الـ
DNA
وتشكيل الشفرة الوراثية

تتضاعف كروموسومات الخلية قبل الانقسام خلال المرحلة البينية في تطور بناء DNA. ونتيجة لهذا التضاعف، يحصل كل خلية ناتجة على نفس المادة الوراثية.

خطوات التضاعف هي كما يلي:

بدايةً، يقوم إنزيم الهيلكيز بفك السلسلتين من الـ DNA عن طريق قطع الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية المتقابلة، مما يؤدي إلى انفصال السلسلتين. ثم ترتبط النيوكليوتيدات الحرة بكلتا السلسلتين المنفصلتين حتى اكتمال السلسلة، وبذلك يتكون جزيئان من الـ DNA.

ما هي الشفرة الوراثية؟

كما تعلمنا سابقًا، يحمل الـ DNA الصفات الوراثية لجسم الإنسان، والشفرة الوراثية تعد تخزينًا كاملاً للمعلومات المتعلقة بالصفات الحياتية. يُعتبر الجين عبارة عن جزء من الـ DNA ويتشكل من تسلسل للقواعد النيتروجينية.

تتكون القواعد النيتروجينية في الـ DNA من أربع قواعد فقط: الجوانين، الأدينين، الثايمين، والسايتوسين، التي يمكن الإشارة إليها بالأحرف التالية:

الجوانين ويرمز له بالرمز G.
الأدينين ويرمز له بالرمز A.
الثايمين ويرمز له بالرمز T.
السايتوسين ويرمز له بالرمز C.

تتسلسل هذه الحروف (النيوكليوتيدات) في ما يُعرف بشفرة الـ DNA، وهو ما يحدد تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة الببتيد.

من الجدير بالذكر أن:

الأحماض الأمينية هي الوحدات البنائية للبروتينات.
سلسلة الببتيد هي تسلسل من الأحماض الأمينية (بروتين بسيط).

كيف تتم عملية تشفير الشفرة الوراثية

لتشفير القواعد النيتروجينية (النيوكليوتيدات) في النواة إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين، يمكن تعريف التشفير على أنه تحويل الرسائل المرسلة إلى حروف ورموز، والتي لا يمكن فك شيفرتها إلا بمعرفة مفتاح التشفر.

وجد العلماء أن هناك شفرة خاصة بكل حمض أميني، وعددها عشرين حمضًا، حيث يشفر كل حمض أميني بثلاث قواعد نيتروجينية، حيث تشمل هذه الشفرات الرموز التوقفية وبدء الشفرات. بعض الأحماض الأمينية قد تحتوي على ست إلى سبع شفرات.

يتسجل العالمان نيرون بيرج باعتباره أول من توصل إلى فك شفرة الحمض الأميني (فينيل ألانين).