زوج القاعدة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
التركيب الكيميائي لأزواج قواعد الحمض النووي

الزوج القاعدي ( bp ) هو وحدة أساسية في الأحماض النووية المزدوجة، ويتكون من قاعدتين نوويتين مرتبطتين ببعضهما البعض بروابط هيدروجينية . تُشكل هذه الأزواج اللبنات الأساسية للحلزون المزدوج للحمض النووي DNA ، وتساهم في البنية المطوية لكل من DNA و RNA . وبفضل أنماط الروابط الهيدروجينية المحددة، تسمح أزواج قواعد " واتسون - كريك " (أو "واتسون-كريك - فرانكلين ") ( الجوانين - السيتوزين والأدينين - الثايمين / اليوراسيل ) [ 1 ] للحلزون DNA بالحفاظ على بنية حلزونية منتظمة تعتمد بشكل دقيق على تسلسل النيوكليوتيدات فيه . [ 2 ] توفر الطبيعة التكاملية لهذه البنية المزدوجة نسخة احتياطية من المعلومات الوراثية المشفرة داخل كل سلسلة من DNA. يُضفي التركيب المنتظم والتكرار في البيانات الذي يوفره الحلزون المزدوج للحمض النووي (DNA) ملاءمةً مثاليةً لتخزين المعلومات الوراثية، بينما يُوفر اقتران القواعد بين الحمض النووي والنيوكليوتيدات الداخلة الآلية التي من خلالها يقوم إنزيم بوليميراز الحمض النووي بنسخ الحمض النووي، ويقوم إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) بنسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. وتستطيع العديد من البروتينات الرابطة للحمض النووي التعرف على أنماط اقتران قواعد محددة تُحدد مناطق تنظيمية معينة في الجينات.

يمكن أن تحدث أزواج القواعد داخل الجزيء الواحد من الأحماض النووية أحادية السلسلة. وهذا الأمر بالغ الأهمية في جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، مثل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA )، حيث تسمح أزواج قواعد واتسون-كريك (الجوانين-السيتوزين والأدينين-اليوراسيل) بتكوين حلزونات قصيرة مزدوجة السلسلة، كما أن مجموعة واسعة من التفاعلات غير واتسون-كريك (مثل G-U أو A-A) تسمح للحمض النووي الريبوزي بالانطواء إلى نطاق واسع من البنى ثلاثية الأبعاد المحددة . بالإضافة إلى ذلك، يشكل اقتران القواعد بين الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) أساسًا لعمليات التعرف الجزيئي التي تؤدي إلى ترجمة تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات عبر الشفرة الوراثية .

غالبًا ما يُقاس حجم الجين الفردي أو الجينوم الكامل للكائن الحي بوحدات الأزواج القاعدية، لأن الحمض النووي (DNA) عادةً ما يكون مزدوج السلسلة. وبالتالي، فإن إجمالي عدد الأزواج القاعدية يساوي عدد النيوكليوتيدات في إحدى السلسلتين (باستثناء المناطق غير المشفرة أحادية السلسلة في التيلوميرات ). يُقدّر طول الجينوم البشري أحادي المجموعة الكروموسومية (23 كروموسومًا ) بحوالي 3.2 مليار زوج قاعدي، ويحتوي على ما بين 20,000 و25,000 جينًا مختلفًا مُشفّرًا للبروتين. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] الكيلوبايت (kb) هي وحدة قياس في البيولوجيا الجزيئية، وتساوي 1000 زوج قاعدي من الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبي (RNA). [ 7 ] يُقدّر إجمالي عدد أزواج قواعد الحمض النووي (DNA) على الأرض بـ 5.0 × 1037 بوزن 50 مليار طن . [ 8 ] بالمقارنة، قُدِّرت الكتلة الإجمالية للمحيط الحيوي بنحو 4 تريليونات طن من الكربون . [ 9 ] 

الترميز

تستخدم هذه المقالة الرمز "•" لوصف أي تفاعل غير تساهمي، والذي يشمل جميع أنواع أزواج القواعد، بما يتماشى مع توصية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) لعام 1970. [ 10 ] : N3.4.2

وفقًا للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، فإنّ علامة "-" غير مقبولة لأنها توحي برابطة تساهمية، وكذلك الحال بالنسبة لعلامتي "":"" و"/" لأنهما قد تُفسَّران خطأً على أنهما نسب. كما أنّ عدم استخدام أي رمز غير مقبول أيضًا لأنه قد يُشتبه به على أنه تسلسل بوليمر (تساهمي). [ 10 ] : N3.4.2

لا يقدم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) توصية محددة لتمييز أنواع الروابط غير التساهمية. وعند الضرورة، يستخدم هذا المقال علامة "*" للدلالة على زوج هوغستين.

الترابط الهيدروجيني والاستقرار

في الأعلى، زوج قاعدي G•C بثلاث روابط هيدروجينية . في الأسفل، زوج قاعدي A•T برابطتين هيدروجينيتين. تظهر الروابط الهيدروجينية غير التساهمية بين القواعد بخطوط متقطعة. تشير الخطوط المتعرجة إلى الاتصال بسكر البنتوز وتدل على اتجاه الأخدود الصغير.

الرابطة الهيدروجينية هي التفاعل الكيميائي الذي يقوم عليه نظام ازدواج القواعد المذكور أعلاه. يسمح التوافق الهندسي المناسب بين مانحي ومستقبلي الرابطة الهيدروجينية بتكوين الأزواج "الصحيحة" فقط بشكل مستقر. يكون الحمض النووي ذو المحتوى العالي من GC أكثر استقرارًا من الحمض النووي ذي المحتوى المنخفض من GC. مع ذلك، فإن تفاعلات التراص هي المسؤولة بشكل أساسي عن استقرار البنية الحلزونية المزدوجة؛ بينما يُعدّ دور ازدواج قواعد واتسون-كريك في الاستقرار البنيوي العام ضئيلاً، إلا أن دوره في الخصوصية الكامنة وراء التكاملية، على النقيض من ذلك، ذو أهمية قصوى، إذ يُشكّل هذا الدور أساس العمليات المعتمدة على القالب في العقيدة المركزية (مثل تضاعف الحمض النووي ). [ 11 ]

تُعدّ القواعد النيتروجينية الأكبر حجمًا ، الأدينين والجوانين، من فئة من التراكيب الكيميائية ذات الحلقتين تُسمى البيورينات ؛ أما القواعد النيتروجينية الأصغر حجمًا، السيتوزين والثايمين (واليوراسيل)، فهي من فئة من التراكيب الكيميائية ذات الحلقة الواحدة تُسمى البيريميدينات . تتكامل البيورينات فقط مع البيريميدينات: فتزاوج البيريميدين-بيريميدين غير مُفضّل طاقيًا لأن الجزيئات متباعدة جدًا بحيث لا يُمكن تكوين روابط هيدروجينية؛ بينما تزاوج البيورين-بيورين غير مُفضّل طاقيًا لأن الجزيئات متقاربة جدًا، مما يؤدي إلى تنافر التداخل. ينتج عن تزاوج قواعد البيورين-بيريميدين AT أو GC أو UA (في الحمض النووي الريبي) بنية مزدوجة سليمة. أما تزاوجات البيورين-بيريميدين الأخرى فهي AC وGT وUG (في الحمض النووي الريبي)؛ وهذه التزاوجات غير متطابقة لأن أنماط مانحات ومستقبلات الهيدروجين لا تتطابق. يحدث اقتران GU، مع رابطتين هيدروجينيتين، بشكل متكرر إلى حد ما في الحمض النووي الريبي (انظر زوج القاعدة المتذبذب ).

تكون جزيئات الحمض النووي DNA وRNA المزدوجة مستقرة نسبيًا في درجة حرارة الغرفة، لكن سلسلتي النيوكليوتيدات تنفصلان عند درجة حرارة أعلى من نقطة الانصهار ، والتي تتحدد بطول الجزيئات، ومدى عدم التطابق (إن وُجد)، ومحتوى GC. يؤدي ارتفاع محتوى GC إلى ارتفاع درجات حرارة الانصهار؛ لذا، ليس من المستغرب أن تكون جينومات الكائنات المحبة للظروف القاسية ، مثل بكتيريا Thermus thermophilus، غنية جدًا بمحتوى GC. في المقابل، تكون مناطق الجينوم التي تحتاج إلى الانفصال بشكل متكرر - على سبيل المثال، مناطق المحفزات للجينات التي تُنسخ بكثرة - فقيرة نسبيًا بمحتوى GC (انظر، على سبيل المثال، مربع TATA ). يجب أيضًا مراعاة محتوى GC ودرجة حرارة الانصهار عند تصميم البادئات لتفاعلات PCR .

أمثلة

توضح تسلسلات الحمض النووي التالية أنماطًا مزدوجة السلاسل. اصطلاحًا، تُكتب السلسلة العلوية من الطرف 5′ إلى الطرف 3′ ؛ وبالتالي، تُكتب السلسلة السفلية (السلسلة المكملة) من الطرف 3′ إلى الطرف 5′.

تسلسل الحمض النووي المزدوج القواعد:
ATCGATTGAGCTCTAGCG
TAGCTAACTCGAGATCGC
تسلسل الحمض النووي الريبي المقابل، حيث يتم استبدال اليوراسيل بالثايمين في سلسلة الحمض النووي الريبي:
AUCGAUUGAGCUCUAGCG
UAGCUAACUCGAGAUCGC

اقتران القواعد غير المتعارف عليه

أزواج القاعدة المتذبذبة
مقارنة أزواج قواعد هوغستين بأزواج قواعد واتسون-كريك. [ 12 ]

إضافةً إلى اقتران واتسون-كريك المتعارف عليه (A•T/UG•C)، قد تُفضّل بعض الظروف اقتران القواعد بتوجيهات بديلة، وعدد وشكل الروابط الهيدروجينية. ويصاحب هذه الاقترانات تغييرات في شكل الهيكل الأساسي المحلي.

أكثر هذه الظواهر شيوعًا هي اقتران القواعد المتذبذبة الذي يحدث بين الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) عند القاعدة الثالثة للعديد من الكودونات أثناء عملية النسخ [ 13 ] وأثناء شحن الحمض النووي الريبوزي الناقل بواسطة بعض إنزيمات تخليق الحمض النووي الريبوزي الناقل [ 14 ] . وقد لوحظت هذه الظاهرة أيضًا في البنى الثانوية لبعض تسلسلات الحمض النووي الريبوزي [ 15 ] .

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحدث اقتران قواعد هوغستين (يُكتب عادةً A*U/T و G*C) عندما يُستخدم "وجه" مختلف لقاعدة البيورين للاقتران. يحدث هذا في بعض تسلسلات الحمض النووي (مثل ثنائيات النوكليوتيدات CA و TA) في حالة توازن ديناميكي مع اقتران واتسون-كريك القياسي. [ 12 ] وقد لوحظ أيضًا في بعض معقدات البروتين-الحمض النووي. [ 16 ] يوجد أيضًا نوع من اقتران قواعد هوغستين العكسي في الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) حيث يستخدم كل من البيورين والبيريميدين "وجهًا" مختلفًا. [ 17 ] [ 18 ]

إضافةً إلى هذه التزاوجات القاعدية البديلة، لوحظ وجود نطاق واسع من الروابط الهيدروجينية بين القواعد في البنية الثانوية والثالثية للحمض النووي الريبي (RNA). [ 19 ] غالبًا ما تكون هذه الروابط ضرورية للشكل الدقيق والمعقد للحمض النووي الريبي، وكذلك لارتباطه بالشركاء المتفاعلين. [ 19 ]

أزواج القواعد والطفرات

إصلاح عدم التطابق

يمكن أن تنشأ أزواج القواعد غير المتطابقة نتيجة أخطاء تضاعف الحمض النووي، وكحالات وسيطة أثناء إعادة التركيب المتماثل . تتطلب عملية إصلاح عدم التطابق عادةً التعرف على عدد قليل من أزواج القواعد غير المتطابقة ضمن تسلسل طويل من أزواج قواعد الحمض النووي الطبيعية، وإصلاحها بشكل صحيح. ولإصلاح حالات عدم التطابق المتكونة أثناء تضاعف الحمض النووي، تطورت عدة عمليات إصلاح مميزة للتمييز بين السلسلة الأصلية والسلسلة المتكونة حديثًا، بحيث تتم إزالة النيوكليوتيد غير الصحيح المُدخل حديثًا فقط (لتجنب حدوث طفرة). [ 20 ] تُشرح البروتينات المستخدمة في إصلاح عدم التطابق أثناء تضاعف الحمض النووي، والأهمية السريرية للعيوب في هذه العملية، في مقال " إصلاح عدم تطابق الحمض النووي" . أما عملية تصحيح أزواج القواعد غير المتطابقة أثناء إعادة التركيب، فتُشرح في مقال " تحويل الجينات ".

نظائر القاعدة والمواد المتداخلة

يمكن للنظائر الكيميائية للنيوكليوتيدات أن تحل محل النيوكليوتيدات الصحيحة وتُنشئ اقترانًا غير نمطي للقواعد، مما يؤدي إلى أخطاء (معظمها طفرات نقطية ) في تضاعف الحمض النووي ونسخه . ويعود ذلك إلى تشابهها الكيميائي . ومن النظائر الشائعة المسببة للطفرات 5-برومويوراسيل ، الذي يشبه الثايمين ولكنه قادر على الارتباط بالجوانين في شكله الإينولي . [ 21 ]

تتلاءم مواد كيميائية أخرى، تُعرف باسم مُقحمات الحمض النووي ، مع الفجوة بين القواعد المتجاورة على شريط واحد، وتُحدث طفرات إزاحة الإطار عن طريق "التظاهر" بأنها قاعدة، مما يتسبب في تخطي آلية تضاعف الحمض النووي أو إدخال نيوكليوتيدات إضافية في موقع التداخل. معظم مُقحمات الحمض النووي هي مركبات عطرية متعددة كبيرة ، وهي مواد مسرطنة معروفة أو يُشتبه في كونها كذلك . ومن الأمثلة عليها بروميد الإيثيديوم والأكريدين . [ 22 ]

كوحدة طول

مخطط كروموسومي لإنسان. يوضح المقياس الأزرق الموجود على يسار كل زوج من الكروموسومات النووية (وكذلك جينوم الميتوكوندريا في أسفل اليسار) طوله من حيث ميغا-أزواج القواعد.

تُستخدم الاختصارات التالية بشكل شائع لوصف طول جزيء الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) :

  • bp = زوج القاعدة - يتوافق زوج القاعدة الواحد مع ما يقرب من 3.4 أنجستروم (340 بيكومتر ) [ 23 ] من الطول على طول الشريط، ومع ما يقرب من 618 أو 643 دالتون للحمض النووي DNA والحمض النووي RNA على التوالي.  
  • كيلو قاعدة (kb) = كيلو زوج قاعدي = 1000 زوج قاعدي
  • ميجا بايت (= ميجا بايت زوج قاعدي) = 1,000,000 زوج قاعدي
  • جيجا بايت (= جيجا بايت زوج قاعدي) = 1,000,000,000 زوج قاعدي

بالنسبة للحمض النووي أحادي السلسلة (DNA/RNA)، تُستخدم وحدات النيوكليوتيدات - ويُرمز لها اختصارًا بـ nt (أو knt، Mnt، Gnt) - لأنها غير مزدوجة. وللتمييز بين وحدات تخزين الحاسوب والقواعد، يمكن استخدام kbp، Mbp، Gbp، إلخ، للدلالة على أزواج القواعد.

يُستخدم السنتيمورغان أيضًا في كثير من الأحيان للدلالة على المسافة على طول الكروموسوم، ولكن عدد أزواج القواعد التي يُقابلها يختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على أنماط العبور الكروموسومي . في الجينوم البشري، يبلغ السنتيمورغان حوالي مليون زوج من القواعد. [ 24 ] [ 25 ]

زوج القاعدة غير الطبيعي (UBP)

الزوج القاعدي غير الطبيعي (UBP) هو وحدة فرعية (أو قاعدة نووية ) مصممة في الحمض النووي DNA ، تُصنع في المختبر ولا توجد في الطبيعة. وُصفت تسلسلات DNA تستخدم قواعد نووية مُستحدثة لتكوين زوج قاعدي ثالث، بالإضافة إلى الزوجين القاعديين الموجودين في الطبيعة، وهما A•T ( الأدينين - الثايمين ) وG•C ( الجوانين - السيتوزين ). وقد بحثت عدة مجموعات بحثية عن زوج قاعدي ثالث للحمض النووي DNA، بما في ذلك فرق بقيادة ستيفن أ. بينر ، وفيليب مارليير ، وفلويد إي. رومسبيرغ ، وإيشيرو هيراو . [ 26 ] كما تم الإبلاغ عن بعض الأزواج القاعدية الجديدة القائمة على روابط هيدروجينية بديلة، وتفاعلات كارهة للماء، وتنسيق معدني. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

في عام ١٩٨٩، قاد ستيفن بينر (الذي كان يعمل آنذاك في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ) وفريقه عملية إدخال أشكال معدلة من السيتوزين والجوانين في جزيئات الحمض النووي DNA في المختبر . [ ٣١ ] وقد تم بنجاح استنساخ النيوكليوتيدات، التي تشفر الحمض النووي الريبوزي RNA والبروتينات، في المختبر . ومنذ ذلك الحين، يحاول فريق بينر هندسة خلايا قادرة على إنتاج قواعد غريبة من الصفر، مما يُغني عن الحاجة إلى مواد أولية. [ ٣٢ ]

في عام ٢٠٠٢، طوّر فريق إيشيرو هيراو في اليابان زوجًا قاعديًا غير طبيعي بين ٢-أمينو-٨-(٢-ثينيل)بيورين (s) وبيريدين-٢-ون (y) يعمل في النسخ والترجمة، لإدخال الأحماض الأمينية غير القياسية في مواقع محددة ضمن البروتينات. [ ٣٣ ] وفي عام ٢٠٠٦، ابتكروا ٧-(٢-ثينيل)إيميدازو[٤،٥-ب]بيريدين (Ds) وبيرول-٢-كربالدهيد (Pa) كزوج قاعدي ثالث للتضاعف والنسخ. [ ٣٤ ] بعد ذلك، تم اكتشاف Ds و٤-[٣-(٦-أمينوهكساناميدو)-١-بروبينيل]-٢-نيتروبيرول (Px) كزوج عالي الدقة في تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). [ 35 ] [ 28 ] في عام 2013، قاموا بتطبيق زوج Ds-Px على توليد الأبتاميرات الحمضية النووية عن طريق الاختيار المختبري (SELEX) وأظهروا أن توسيع الأبجدية الجينية يزيد بشكل كبير من تقارب الأبتاميرات الحمضية النووية مع البروتينات المستهدفة. [ 36 ]

في عام ٢٠١٢، نشر فريق من العلماء الأمريكيين بقيادة فلويد رومسبيرغ، عالم الأحياء الكيميائية في معهد سكريبس للأبحاث في سان دييغو، كاليفورنيا، أن فريقه صمم زوجًا قاعديًا غير طبيعي (UBP). [ ٢٩ ] سُمّي النيوكليوتيدان الاصطناعيان الجديدان، أو الزوج القاعدي غير الطبيعي (UBP)، d5SICS و dNaM . وبشكل أدق، يتميز هذان النيوكليوتيدان الاصطناعيان ، اللذان يحملان قواعد نووية كارهة للماء ، بحلقتين عطريتين ملتحمتين تُشكلان مُركبًا (d5SICS–dNaM) أو زوجًا قاعديًا في الحمض النووي DNA. [ ٣٢ ] [ ٣٧ ] صمم فريقه مجموعة متنوعة من القوالب المختبرية (in vitro) أو "قوالب أنابيب الاختبار" التي تحتوي على الزوج القاعدي غير الطبيعي، وأكدوا أنه يتم نسخه بكفاءة عالية وبدقة فائقة في جميع سياقات التسلسل تقريبًا باستخدام تقنيات المختبر القياسية الحديثة ، وتحديدًا تضخيم الحمض النووي DNA بتقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل ( PCR) والتطبيقات القائمة على هذه التقنية. [ 29 ] تُظهر نتائجهم أنه بالنسبة لتقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) والتطبيقات القائمة عليها، فإن زوج القاعدة غير الطبيعي d5SICS–dNaM يُعادل وظيفيًا زوج القاعدة الطبيعي، وعند دمجه مع زوجي القاعدة الطبيعيين الآخرين المستخدمين من قِبل جميع الكائنات الحية، وهما A–T وG–C، فإنه يُوفر "أبجدية جينية" كاملة الوظائف وموسعة مكونة من ستة أحرف. [ 37 ]

في عام 2014، أفاد الفريق نفسه من معهد سكريبس للأبحاث أنهم قاموا بتخليق قطعة من الحمض النووي الدائري تُعرف بالبلازميد، تحتوي على أزواج قواعد طبيعية من نوع TA وCG، بالإضافة إلى زوج القواعد غير الطبيعي (UBP) الذي صممه مختبر رومسبيرغ وأدخله في خلايا بكتيريا الإشريكية القولونية الشائعة ، والتي نجحت في نسخ أزواج القواعد غير الطبيعية عبر أجيال متعددة. [ 26 ] لم يُعيق هذا النقل الجيني نمو خلايا الإشريكية القولونية ، ولم يُظهر أي علامة على فقدان أزواج القواعد غير الطبيعية لآليات إصلاح الحمض النووي الطبيعية . يُعد هذا أول مثال معروف لكائن حي ينقل شفرة وراثية موسعة إلى الأجيال اللاحقة. [ 37 ] [ 38 ] قال رومسبيرغ إنه وزملاؤه ابتكروا 300 متغير لتحسين تصميم النيوكليوتيدات لتكون مستقرة بما يكفي، وقابلة للنسخ بسهولة مثل النيوكليوتيدات الطبيعية عند انقسام الخلايا. وقد تحقق ذلك جزئيًا بإضافة جين طحلبي داعم يُعبّر عن ناقل ثلاثي فوسفات النيوكليوتيدات ، والذي يستورد بكفاءة ثلاثي فوسفات كل من d5SICSTP وdNaMTP إلى بكتيريا الإشريكية القولونية . [ 37 ] بعد ذلك، تستخدم مسارات التضاعف البكتيرية الطبيعية هذه الوحدات لتضاعف بلازميدًا يحتوي على d5SICS–dNaM بدقة. وقد فوجئ باحثون آخرون بقدرة البكتيريا على تضاعف هذه الوحدات الفرعية من الحمض النووي المصنعة بشريًا. [ 39 ]

يُعدّ إدخال زوج قاعدي ثالث بنجاح إنجازًا هامًا نحو هدف توسيع عدد الأحماض الأمينية التي يمكن ترميزها بواسطة الحمض النووي (DNA) بشكل كبير، من 20 حمضًا أمينيًا حاليًا إلى 172 حمضًا أمينيًا نظريًا، مما يُعزز قدرة الكائنات الحية على إنتاج بروتينات جديدة . [ 26 ] لا تُشفّر سلاسل الحمض النووي الاصطناعية أي شيء حتى الآن، لكن العلماء يتوقعون إمكانية تصميمها لإنتاج بروتينات جديدة قد تُستخدم في الصناعة أو الأدوية. [ 40 ] وأشار الخبراء إلى أن الحمض النووي الاصطناعي الذي يتضمن الزوج القاعدي غير الطبيعي يفتح المجال أمام إمكانية وجود أشكال حياة تعتمد على شفرة حمض نووي مختلفة. [ 39 ] [ 40 ]

مصادر بيانات قوة أزواج القواعد

تحتوي المصادر التالية على معلومات حول الطاقة الحرة (المقاييس الديناميكية الحرارية للقوة) لأزواج القواعد:

  • فينديكس وآخرون، 2009، الجدول 1. تم الحصول عليها من خلال المحاكاة الجزيئية للحمض النووي الريبي (RNA) بما في ذلك القواعد المتعارف عليها والمعدلة. الطاقة الحرة عند 300 كلفن. [ 41 ]

مع ذلك، لا يكفي مجرد معرفة حالة الرابطة الهيدروجينية ذات الطاقة الدنيا بين قاعدتين نوويتين . فثبات جزيء الحمض النووي يعتمد أيضًا على تكدس القواعد ، والذي قد تختلف قوته باختلاف القواعد المُعدّلة مقارنةً بالنسخة الأصلية. وقد تتطلب حالة الرابطة الهيدروجينية المثلى بين قاعدتين انحناءً غير طبيعي في هيكل الحمض النووي. كل هذه العوامل تُسهم في القوة "الفعّالة" لزوج القواعد في سياق البنية الثانوية للحمض النووي ، ولذلك يتطلب التنبؤ بهذه البنى نماذج "أقرب جار" التي تصف أزواج القواعد بدلالة الطاقة الحرة (عند 37  درجة مئوية) والمحتوى الحراري (لإعادة القياس عند درجات حرارة مختلفة) كما يلي: [ 42 ]

  • أجزاء حلزونية مثل AA•UU و GGUC•CUGG (التسلسل الموجود على يسار النقطتين يكون في الاتجاه المعتاد من 5' إلى 3'، ولكن التسلسل الموجود على اليمين مكتوب في الاتجاه المعكوس من 3' إلى 5').
  • عدم تطابق الأطراف (أزواج غير متطابقة في نهاية الحلزونات، على سبيل المثال CA•GA).

يمكن العثور على قائمة بنماذج "الجيران الأقرب" في قسم التنبؤ ببنية الأحماض النووية §  النماذج الديناميكية الحرارية .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ سبنسر م (10 يناير 1959). "الكيمياء الفراغية للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. الجزء الثاني: أزواج القواعد المرتبطة بروابط هيدروجينية" . مجلة أكتا كريستالوغرافيكا . 12 (1): 66-71 . رمز Bibcode : 1959AcCry..12...66S . doi : 10.1107/S0365110X59000160 . ISSN 0365-110X . 
  2. ↑ زوركين، في. بي.، تولستوروكوف، إم. واي.، شو، إف.، كولاسانتي، إيه. في.، أولسون، دبليو. ك. (2005). "التغير المعتمد على التسلسل في الحمض النووي B". بنية الحمض النووي ونسخه . الصفحات 18-34 . doi : 10.1007/0-387-29148-2_2 . ISBN  978-0-387-25579-8.
  3. ↑ موران، ل. أ. (24 مارس 2011). "من المرجح جدًا أن يبلغ الحجم الإجمالي للجينوم البشري حوالي 3200 ميجابايت" . Sandwalk.blogspot.com . تاريخ الاسترجاع: 16 يوليو 2012 .
  4. ↑ «يبلغ طول الجينوم البشري النهائي 2.86 جيجا بايت» . Strategicgenomics.com. 12 يونيو 2006. تاريخ الاطلاع: 16 يوليو 2012 .
  5. ↑ «تتكون نسخة واحدة من الجينوم البشري من حوالي 3 مليارات زوج من قواعد الحمض النووي» . المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري. 24-08-2024.
  6. ↑ الاتحاد الدولي لتسلسل الجينوم البشري (أكتوبر 2004). "إتمام تسلسل الكروماتين الحقيقي للجينوم البشري" . مجلة نيتشر . 431 (7011): 931-945 . Bibcode : 2004Natur.431..931H . doi : 10.1038/nature03001 . PMID 15496913 . 
  7. ↑ كوكرن إيه إف، نيوركيرك إم جيه، فيرتل آر إيه (ديسمبر 1976). "تنظيم جينات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي في دكتيوستيليوم ديسكويديوم: تحديد مواقع المناطق الفاصلة غير المنسوخة". الخلية . 9 ( 4 الجزء 1): 605-613 . doi : 10.1016/0092-8674(76)90043-X . PMID 1034500. S2CID 31624366 .  
  8. ↑ نوير، ر. (18 يوليو 2015). "إحصاء جميع الحمض النووي على الأرض" . صحيفة نيويورك تايمز . نيويورك. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0362-4331 . مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 18 يوليو 2015 . 
  9. ↑ "المحيط الحيوي: تنوع الحياة" . معهد أسبن للتغير العالمي . باسالت، كولورادو. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2015 .
  10. 1 2 لجنة IUPAC-IUB المعنية بالتسمية الكيميائية الحيوية (1970). "الاختصارات والرموز للأحماض النووية، والبولينوكليوتيدات، ومكوناتها" . الكيمياء الحيوية . 9 (20): 4022-4027 . doi : 10.1021/bi00822a023 .
  11. ↑ ياكوفشوك ب، بروتوزانوفا إي، فرانك-كامينيتسكي إم دي (30 يناير 2006). "مساهمات تكديس القواعد وازدواجها في الاستقرار الحراري للحلزون المزدوج للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 34 (2): 564-574 . doi : 10.1093 / nar/gkj454 . PMC 1360284. PMID 16449200 .  
  12. 1 2 نيكولوفا إي إن، كيم إي، وايز إيه إيه، أوبراين بي جيه، أندريتشيوي آي، الهاشمي إتش إم (فبراير 2011). " أزواج قواعد هوغستين العابرة في الحمض النووي المزدوج المتعارف عليه" . نيتشر . 470 (7335): 498-502 . Bibcode : 2011Natur.470..498N . doi : 10.1038/nature09775 . PMC 3074620. PMID 21270796 .  
  13. ↑ مورفي، ف. ف.، وراماكريشنان، ف. (ديسمبر 2004). "بنية زوج قاعدة البيورين-بيورين المتذبذب في مركز فك الشفرة للريبوسوم". مجلة نيتشر للبيولوجيا التركيبية والجزيئية . 11 (12): 1251-1252 . doi : 10.1038/nsmb866 . PMID 15558050. S2CID 27022506 .  
  14. ↑ فارغاس-رودريغيز، أو.، وموسيير-فورسيث، ك. (يونيو 2014). "علم الأحياء البنيوي: التذبذب يضع الحمض النووي الريبي على هدفه". مجلة نيتشر . 510 (7506): 480-481 . Bibcode : 2014Natur.510..480V . doi : 10.1038/nature13502 . PMID: 24919145. S2CID : 205239383 .  
  15. ↑ غارغ أ، هاينمان يو (فبراير 2018). "شكل جديد من اللولب المزدوج للحمض النووي الريبي يعتمد على اقتران القواعد G·U و C·A + التذبذب " . الحمض النووي الريبي . 24 (2): 209-218 . doi : 10.1261/rna.064048.117 . PMC 5769748. PMID 29122970 .  
  16. ↑ أيشيما ج، جيتي ر.ك، نوح ج.إ، غان هـ.هـ، شليك ت، وولبرغر س (ديسمبر 2002). "زوج قاعدي هوغستين مُدمج في الحمض النووي B غير المشوه" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 30 (23): 5244-5252 . doi : 10.1093/nar/gkf661 . PMC 137974. PMID 12466549 .  
  17. ↑ زاغريادسكايا إي آي، دويون إف آر، شتاينبرغ إس في (يوليو 2003). "أهمية زوج قواعد هوغستين العكسي 54-58 لوظيفة الحمض النووي الريبوزي الناقل" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 31 (14): 3946-53 . doi : 10.1093/nar/gkg448 . PMC 165963. PMID 12853610 .  
  18. ↑ "أزواج قواعد هوغستين وهوغستين العكسية" . X3DNA-DSSR: مورد للمعلوماتية الحيوية الهيكلية للأحماض النووية .
  19. 1 2 ليونتيس، ن. ب.، وويستوف، إ. (يونيو 2003). "تحليل أنماط الحمض النووي الريبي". الرأي الحالي في البيولوجيا التركيبية . 13 (3): 300-308 . doi : 10.1016/S0959-440X(03)00076-9 . PMID 12831880 . 
  20. ↑ بوتنام سي دي (سبتمبر 2021). "تمييز السلاسل في إصلاح عدم تطابق الحمض النووي" . إصلاح الحمض النووي . 105 103161. doi : 10.1016/j.dnarep.2021.103161 . PMC 8785607. PMID 34171627 .  
  21. ↑ تراوتنر، ت. أ.، شوارتز، م. ن.، كورنبرغ، أ. (مارس 1962). "التخليق الإنزيمي للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. العاشر. تأثير استبدالات برومويوراسيل على التضاعف" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 48 (3): 449-455 . Bibcode : 1962PNAS...48..449T . doi : 10.1073/pnas.48.3.449 . PMC 220799. PMID 13922323 .  
  22. ↑ كريبس، جيه إي، غولدشتاين، إي إس، كيلباتريك، إس تي، ليوين، بي (2018). "الجينات هي حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) وتُشفّر الحمض النووي الريبوزي (RNA) والبوليببتيدات". جينات ليوين 12 ( الطبعة الثانية عشرة). بيرلينغتون، ماساتشوستس: جونز وبارتليت ليرنينج. ص 12. ISBN   978-1-284-10449-3. كل حدث طفري في وجود الأكريدين يؤدي إلى إضافة أو إزالة زوج قاعدي واحد.
  23. ^ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس جيه، مورغان د، راف إم، روبرتس ك، والتر بي (ديسمبر 2014). البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة السادسة). نيويورك/أبينغدون: جارلاند ساينس، مجموعة تايلور وفرانسيس. ص. 177. ردمك   978-0-8153-4432-2.
  24. ↑ "NIH ORDR – Glossary – C" . Rarediseases.info.nih.gov. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17-07-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-07-2012 .
  25. ↑ سكوت إم بي، ماتسودايرا بي، لوديش إتش ، دارنيل جيه، زيبورسكي إل، كايزر سي إيه، بيرك إيه، كريجر إم (2004). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الخامسة ). سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان. ص 396. ISBN   978-0-7167-4366-8... في البشر، يمثل السنتيمورغان الواحد في المتوسط ​​مسافة تبلغ حوالي 7.5 × 10 5 أزواج قاعدية.
  26. 1 2 3 فايكس بي جيه (8 مايو 2014). "حياة مُهندسة بشفرة وراثية موسعة" . صحيفة سان دييغو يونيون تريبيون . مؤرشف من الأصل في 9 مايو 2014. تم الاطلاع عليه في 8 مايو 2014 .
  27. ↑ يانغ ز، تشين ف، ألفارادو جيه بي، بينر إس إيه (سبتمبر 2011). "تضخيم، طفرة، وتسلسل نظام وراثي اصطناعي مكون من ستة أحرف" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 133 (38): 15105-15112 . Bibcode : 2011JAChS.13315105Y . doi : 10.1021/ja204910n . PMC 3427765. PMID 21842904 .  
  28. 1 2 ياماشيغي ر، كيموتو م، تاكيزاوا ي، ساتو أ، ميتسوي ت، يوكوياما س، هيراو إ (مارس 2012). "أنظمة أزواج القواعد غير الطبيعية عالية التخصص كزوج قاعدة ثالث لتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل" . أبحاث الأحماض النووية . 40 (6): 2793-2806 . doi : 10.1093/nar/ gkr1068 . PMC 3315302. PMID 22121213 .  
  29. 1 2 3 مالشيف د.أ، دهامي ك، كواش هـ.ت، لافيرن ت، أوردوخانيان ب، توركاماني أ، رومسبيرغ ف.إ (يوليو 2012). "تضاعف الحمض النووي بكفاءة وبشكل مستقل عن التسلسل، والذي يحتوي على زوج قاعدي ثالث، يُنشئ أبجدية جينية وظيفية مكونة من ستة أحرف" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (30): 12005-12010 . Bibcode : 2012PNAS..10912005M . doi : 10.1073/pnas.1205176109 . PMC 3409741. PMID 22773812 .  
  30. ↑ تاكيزاوا واي، مولر جيه، شيونيا إم (5 مايو 2017). "التزاوج الاصطناعي لقواعد الحمض النووي بوساطة أيونات معدنية متنوعة" . رسائل الكيمياء . 46 (5): 622-633 . doi : 10.1246/cl.160985 . ISSN 0366-7022 . 
  31. ↑ سويتزر سي، موروني إس إي، بينر إس إيه (1989). "الدمج الأنزيمي لزوج قاعدي جديد في الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 111 (21): 8322-8323 . Bibcode : 1989JAChS.111.8322S . doi : 10.1021/ja00203a067 .
  32. 1 2 كالاواي إي (7 مايو 2014). "علماء يصنعون أول كائن حي باستخدام الحمض النووي 'الاصطناعي'" . أخبار الطبيعة . هافينغتون بوست . تم الاسترجاع في 8 مايو 2014 .
  33. ↑ هيراو إي، أوتسوكي تي، فوجيوارا تي، ميتسوي تي، يوكوغاوا تي، أوكوني تي، وآخرون (فبراير 2002). " زوج قاعدي غير طبيعي لإدخال نظائر الأحماض الأمينية في البروتينات". مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 20 (2): 177-182 . doi : 10.1038/nbt0202-177 . PMID 11821864. S2CID 22055476 .   
  34. ↑ هيراو، إي.، كيموتو، إم.، ميتسوي، تي.، فوجيوارا، تي.، كاواي، آر.، ساتو، إيه.، وآخرون . (سبتمبر 2006). "نظام غير طبيعي لأزواج القواعد الكارهة للماء: دمج نظائر النيوكليوتيدات في مواقع محددة في الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA". Nature Methods . 3 (9): 729–735 . doi : 10.1038/nmeth915 . PMID 16929319. S2CID 6494156 .   
  35. ↑ كيموتو م، كاواي ر، ميتسوي ت، يوكوياما س، هيراو إ (فبراير 2009). "نظام أزواج قواعد غير طبيعية لتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) الفعال وتفعيل جزيئات الحمض النووي" . أبحاث الأحماض النووية . 37 (2): e14. doi : 10.1093/nar/ gkn956 . PMC 2632903. PMID 19073696 .  
  36. ↑ كيموتو م، ياماشيغي ر، ماتسوناغا ك، يوكوياما س، هيراو إ (مايو 2013). "توليد أبتاميرات الحمض النووي عالية الألفة باستخدام أبجدية جينية موسعة". مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 31 (5): 453-457 . doi : 10.1038/nbt.2556 . PMID 23563318. S2CID 23329867 .  
  37. 1 2 3 4 مالشيف د.أ، دهامي ك، لافيرن ت، تشين ت، داي ن، فوستر ج.م، وآخرون . (مايو 2014). "كائن شبه اصطناعي ذو أبجدية جينية موسعة" . مجلة نيتشر . 509 (7500): 385-388 . Bibcode : 2014Natur.509..385M . doi : 10.1038/ nature13314 . PMC 4058825. PMID 24805238 .   
  38. ↑ العينة الأولى (7 مايو 2014). "أولى الكائنات الحية التي تنقل الحمض النووي الاصطناعي الذي هندسه علماء أمريكيون" . صحيفة الغارديان . تاريخ الاطلاع: 8 مايو 2014 .
  39. 1 2 "علماء يصنعون أول كائن حي يحتوي على حمض نووي اصطناعي" . صحيفة وول ستريت جورنال . فوكس نيوز. 8 مايو 2014. تم الاطلاع عليه في 8 مايو 2014 .
  40. 1 2 بولاك أ (7 مايو 2014). "علماء يضيفون حروفًا إلى أبجدية الحمض النووي، مما يثير الأمل والخوف" . نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 8 مايو 2014 .
  41. ↑ فانديكس، ف.أ؛ مونوز، أ.م؛ أغريس، ب.ف (ديسمبر 2009). "حساب الطاقة الحرة لتكوين أزواج القواعد المعدلة في مذيب صريح: نموذج تنبؤي" . الحمض النووي الريبي . 15 (12): 2278-2287 . doi : 10.1261/rna.1734309 . PMC 2779691. PMID 19861423 .  
  42. ↑ "قاعدة بيانات أقرب جار" . 4 مايو 2024.

للمزيد من القراءة

  • واتسون جيه دي، بيكر تي إيه، بيل إس بي، غان إيه، ليفين إم، لوسيك آر (2004). البيولوجيا الجزيئية للجين (الطبعة الخامسة  ). بيرسون بنجامين كامينغز: مطبعة سي إس إتش إل.{{cite book}}: CS1 maint: publisher location ( link ) ( See esp. ch. 6 and 9)
  • سيجل أ، سيجل هـ، سيجل ر.ك، محررون. (2012). التفاعل بين أيونات المعادن والأحماض النووية . أيونات المعادن في علوم الحياة. المجلد  10. سبرينغر. doi : 10.1007/978-94-007-2172-2 . ISBN 978-9-4007-2171-5. S2CID 92951134 . 
  • كليفر جي إتش، وشيونيا إم (2012). "الاقتران البديل لقواعد الحمض النووي من خلال التنسيق المعدني". التفاعل بين الأيونات المعدنية والأحماض النووية . الأيونات المعدنية في علوم الحياة. المجلد  10. الصفحات 269-294 . doi : 10.1007/978-94-007-2172-2_10 . ISBN  978-94-007-2171-5PMID 22210343​​ 
  • ميغر، د. أ.، ميغر، ن.، مولر، ج. (2012). "أزواج القواعد بوساطة المعادن في الأحماض النووية مع النيوكليوسيدات المشتقة من البيورين والبيريميدين". التفاعل بين أيونات المعادن والأحماض النووية . أيونات المعادن في علوم الحياة. المجلد  10. الصفحات 295-317 . doi : 10.1007/978-94-007-2172-2_11 . ISBN  978-94-007-2171-5PMID 22210344​​ 
  • دان — نسخة خادم الويب من أداة EMBOSS لحساب درجات حرارة الانصهار