Skip to main content
Global

10.2: هيكل ووظيفة الحمض النووي

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194576

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • وصف التركيب البيوكيميائي للديوكسي ريبونوكليوتيدات
    • حدد الأزواج الأساسية المستخدمة في تخليق الديوكسي ريبونوكليوتيدات
    • اشرح سبب وصف اللولب المزدوج للحمض النووي بأنه مضاد للمواز

    في الأيض الميكروبي، ناقشنا ثلاث فئات من الجزيئات الكبيرة: البروتينات والدهون والكربوهيدرات. في هذا الفصل، سنناقش فئة رابعة من الجزيئات الكبيرة: الأحماض النووية. مثل الجزيئات الكبيرة الأخرى، تتكون الأحماض النووية من مونومرات تسمى النيوكليوتيدات، والتي يتم بلمرتها لتشكيل خيوط كبيرة. يحتوي كل خيط من الحمض النووي على نيوكليوتيدات معينة تظهر بترتيب معين داخل الخيط، يسمى التسلسل الأساسي. التسلسل الأساسي لحمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) مسؤول عن حمل المعلومات الوراثية والاحتفاظ بها في الخلية. في «آليات علم الوراثة الميكروبية»، سنناقش بالتفصيل الطرق التي يستخدم بها الحمض النووي التسلسل الأساسي الخاص به لتوجيه تركيبه الخاص، بالإضافة إلى تخليق الحمض النووي الريبي والبروتينات، والتي بدورها تؤدي إلى ظهور منتجات ذات بنية ووظيفة متنوعة. في هذا القسم، سنناقش البنية الأساسية ووظيفة الحمض النووي.

    نيوكليوتيدات الحمض النووي

    اللبنات الأساسية للأحماض النووية هي النيوكليوتيدات. تسمى النيوكليوتيدات التي تشكل الحمض النووي الديوكسي ريبونوكليوتيدات. المكونات الثلاثة للديوكسي ريبونوكليوتيد هي سكر خماسي الكربون يسمى الديوكسيريبوز، ومجموعة الفوسفات، والقاعدة النيتروجينية، وهي بنية حلقة تحتوي على النيتروجين مسؤولة عن الاقتران الأساسي التكميلي بين خيوط الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يتم ترقيم ذرات الكربون في الديوكسيريبوز المكون من خمسة كربون 1و2و3و4و5( يُقرأ 1كـ «أولي واحد»). يتكون النيوكليوزيد من السكر الخماسي والقاعدة النيتروجينية.

    أ) في مركز الديوكسيريبونوكليوتيد يوجد سكر ديوكسيريبوز. هذا شكل خماسي مع O في الأعلى و H متصل بالجزء السفلي الأيمن من الكربون و OH متصل بالكربون الأيمن السفلي. ترتبط بالكربون العلوي الأيسر مجموعة الفوسفات التي تتكون من الفوسفات المرتبط بـ 4 أكسجين. ترتبط بالكربون الأيمن العلوي من السكر قاعدة تتكون من حلقة أو حلقتين تحتويان على كل من الكربون والنيتروجين. ب) رسم أكثر تفصيلاً للديوكسيريبوز. هذا هيكل على شكل خماسي مع الأكسجين في الزاوية العليا. عند التحرك في اتجاه عقارب الساعة، تحتوي الزاوية اليمنى العليا على كربون يحمل علامة 1-Prime. هناك OH مرتبط بهذا الكربون. تم تصنيف الكربون السفلي الأيمن بـ 2-Prime وله حرف H متصل به. تم تصنيف الكربون السفلي الأيسر بـ 3-Prime وله مجموعة OH مرفقة به. تم تسمية الكربون العلوي الأيسر بـ 4-Prime وله CH2OH متصل. هذا الكربون الأخير يحمل علامة 5-prime.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) يتكون كل ديوكسي ريبونوكليوتيد من سكر يسمى الديوكسيريبوز ومجموعة الفوسفات والقاعدة النيتروجينية - في هذه الحالة، الأدينين. (ب) تُصنف الكربونات الخمسة الموجودة داخل الديوكسيريبوز على أنها 1و2و3و4و5.

    تم تسمية الديوكسي ريبونوكليوتيد وفقًا للقواعد النيتروجينية (الشكل\(\PageIndex{2}\)). القاعدتان النيتروجينية الأدينين (A) والجوانين (G) هما البيورينات؛ لهما هيكل مزدوج الحلقة بحلقة من ستة كربون مدمجة في حلقة من خمسة كربون. تعتبر البيريميدين والسيتوزين (C) والثايمين (T) قواعد نيتروجينية أصغر تحتوي فقط على هيكل من ستة كربونات.

    تحتوي البيريميدين على حلقة واحدة تحتوي على كل من الكربون والنيتروجين في الحلقة. السيتوزين والثايمين كلاهما بيريميدين. خواتمها هي نفسها ولكن لها مجموعات وظيفية مختلفة مرفقة. تحتوي البيورين على حلقتين تحتويان على الكربون والنيتروجين. الأدينين والجوانين كلاهما من البيورينات ولكن لهما ترتيب مختلف للذرات كجزء من حلقاتها وتعلق بها.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يتم تصنيف القواعد النيتروجينية داخل الحمض النووي إلى البيورين ثنائي الحلقتين والأدينين والبيريميدين أحادي الحلقة سيتوزين والثايمين. الثيامين فريد من نوعه بالنسبة للحمض النووي.

    تتحد مركبات ثلاثي فوسفات النيوكليوزيد الفردية مع بعضها البعض من خلال روابط تساهمية تُعرف باسم روابط فوسفوديستر 5-3، أو روابط تربط مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5من سكر أحد النيوكليوتيد بمجموعة الهيدروكسيل من الكربون 3من سكر النيوكليوتيد التالي. يشكل ارتباط الفوسفوديستر بين النيوكليوتيدات العمود الفقري لسكر الفوسفات، وهو هيكل فوسفات السكر المتناوب الذي يشكل إطار خيط الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{3}\)). أثناء عملية التبلمر، يتم استخدام ديوكسي نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات (DnTP). لبناء العمود الفقري لسكر الفوسفات، يتم إطلاق الفوسفاتين النهائيتين من DnTp كبيروفوسفات. يحتوي خيط الحمض النووي الناتج على مجموعة فوسفات حرة في نهاية الكربون 5ومجموعة هيدروكسيل حرة في نهاية الكربون 3. يتم إطلاق مجموعتي الفوسفات غير المستخدمتين من ثلاثي فوسفات النيوكليوتيد كبيروفوسفات أثناء تكوين رابطة الفوسفوديستر. يتم تحلل البيروفوسفات لاحقًا، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة المستخدمة لدفع بلمرة النيوكليوتيد.

    عبارة عن نيوكليوتيد يحتوي على سكر في المنتصف، والسكر عبارة عن خماسي يحتوي على أكسجين في أعلى نقطة. عند التحرك في اتجاه عقارب الساعة، يتم ترقيم الكربونات 1 (أعلى اليمين) 2، (أسفل اليمين)، 3 (أسفل اليسار)، 4 (أعلى اليسار) و 5 (الإسقاط من الكربون 4). ترتبط بالكربون 1 قاعدة (ثيمين). ترتبط بالكربون 5 مجموعة الفوسفات. نيوكليوتيد آخر أدناه له نفس البنية (بخلاف أن القاعدة هي C بدلاً من T). ترتبط مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5 من النوكليوتيد السفلي أيضًا بالكربون 3 من النوكليوتيد العلوي. يحتوي النوكليوتيد السفلي على درجة حموضة مرتبطة بالكربون 3. نيوكليوتيد آخر تم تسليط الضوء على مجموعة OH من الفوسفات. تتكون رابطة فوسفوديستر عند إزالة الماء من هاتين المجموعتين من OH. ينتج عن هذا رابطة تتكون بين الكربون 3 من النيوكليوتيد في السلسلة ومجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5 من النيوكليوتيد الجديد. وهذا ما يسمى رابطة فوسفوديستر.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تتشكل روابط الفوسفوديستر بين مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5في أحد النيوكليوتيد ومجموعة الهيدروكسيل للكربون 3في النيوكليوتيد التالي، مما يؤدي إلى بلمرة النيوكليوتيدات في خيوط الحمض النووي. لاحظ طرفي 5و 3من خيط الحمض النووي هذا.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{1}\)

    ما المقصود بالطرفين 5و3من خيط الحمض النووي؟

    اكتشاف اللولب المزدوج

    بحلول أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تراكمت أدلة كبيرة تشير إلى أن الحمض النووي هو المادة الوراثية للخلايا، والآن بدأ السباق لاكتشاف تركيبته ثلاثية الأبعاد. في هذا الوقت تقريبًا، قام عالم الكيمياء الحيوية النمساوي Erwin Chargaff 1 (1905—2002) بفحص محتوى الحمض النووي في الأنواع المختلفة واكتشف أن الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين لم يتم العثور عليها بكميات متساوية، وأنها تختلف من نوع إلى آخر، ولكن ليس بين أفراد من نفس النوع الأنواع. ووجد أن كمية الأدينين كانت قريبة جدًا من معادلة كمية الثايمين، وكانت كمية السيتوزين قريبة جدًا من معادلة كمية الجوانين، أو A = T و G = C. وتُعرف هذه العلاقات أيضًا باسم قواعد Chargaff.

    كما كان علماء آخرون يستكشفون هذا المجال بنشاط خلال منتصف القرن العشرين. في عام 1952، كان العالم الأمريكي لينوس بولينج (1901-1994) الكيميائي الهيكلي الرائد في العالم والمفضل لحل بنية الحمض النووي. كان بولينج قد اكتشف في وقت سابق بنية حلزون البروتين ألفا، باستخدام حيود الأشعة السينية، وبناءً على صور حيود الأشعة السينية للحمض النووي المصنوعة في مختبره، اقترح نموذجًا ثلاثيًا للحمض النووي. 2 في الوقت نفسه، كانت الباحثة البريطانية روزاليند فرانكلين (1920-1958) وطالبتها في الدراسات العليا R.G. Gosling يستخدمان أيضًا حيود الأشعة السينية لفهم بنية الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{4}\)). كانت خبرة فرانكلين العلمية هي التي أدت إلى إنتاج صور حيود الأشعة السينية أكثر تحديدًا للحمض النووي والتي من شأنها أن تُظهر بوضوح البنية الحلزونية المزدوجة الشاملة للحمض النووي.

    يُظهر نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي طبيعته الحلزونية. صورة لولبية غامضة بنقاط سوداء غامضة تشكل الشكل الضبابي 8.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): يُظهر نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي طبيعته الحلزونية. (الائتمان: المعاهد الوطنية للصحة)

    كان جيمس واتسون (1928—)، وهو عالم أمريكي، وفرانسيس كريك (1916-2004)، وهو عالم بريطاني، يعملان معًا في الخمسينيات من القرن الماضي لاكتشاف بنية الحمض النووي. استخدموا قواعد Chargaff وصور حيود الأشعة السينية لفرانكلين وويلكينز لألياف الحمض النووي لتجميع الاقتران بين البيورين والبيريميدين لجزيء الحمض النووي الحلزوني المزدوج (الشكل\(\PageIndex{5}\)). في أبريل 1953، نشر واتسون وكريك نموذجهما للحلزون المزدوج للحمض النووي في مجلة Nature. 3 تضمن العدد نفسه أيضًا أوراقًا كتبها ويلكينز وزملاؤه (4) بالإضافة إلى فرانكلين وجوسلينغ (5)، يصف كل منها جوانب مختلفة من التركيب الجزيئي للحمض النووي. في عام 1962، حصل جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكينز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب. لسوء الحظ، توفي فرانكلين في ذلك الوقت، ولم يتم منح جوائز نوبل في ذلك الوقت بعد وفاته. ومع ذلك، استمر العمل على التعرف على بنية الحمض النووي. في عام 1973، تمكن ألكسندر ريتش (1924-2015) وزملاؤه من تحليل بلورات الحمض النووي لتأكيد بنية الحمض النووي وزيادة توضيحها. 6

    صورة لنموذج سلكي في متحف.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): في عام 1953، قام جيمس واتسون وفرانسيس كريك ببناء هذا النموذج لبنية الحمض النووي، المعروض هنا في متحف العلوم في لندن.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{2}\)

    من هم العلماء الذين يُنسب إليهم معظم الفضل في وصف التركيب الجزيئي للحمض النووي؟

    هيكل الحمض النووي

    اقترح واتسون وكريك أن الحمض النووي يتكون من خيطين ملفوفين حول بعضهما البعض لتشكيل حلزون يميني. يكون خطان الحمض النووي مضادين للتوازي، بحيث يواجه الطرف 3من أحد الخطين الطرف 5من الآخر (الشكل\(\PageIndex{6}\)). يحتوي الطرف 3من كل خيط على مجموعة هيدروكسيل حرة، بينما يحتوي الطرف 5من كل خيط على مجموعة فوسفات حرة. يشكل السكر والفوسفات في النيوكليوتيدات المبلمرة العمود الفقري للهيكل، بينما يتم تكديس القواعد النيتروجينية في الداخل. تتفاعل هذه القواعد النيتروجينية الموجودة داخل الجزيء مع بعضها البعض، أي الاقتران الأساسي.

    حدد تحليل أنماط حيود الحمض النووي أن هناك ما يقرب من 10 قواعد لكل دورة في الحمض النووي. يؤدي التباعد غير المتماثل للعظام الخلفية لسكر الفوسفات إلى توليد أخاديد كبيرة (حيث يكون العمود الفقري متباعدًا) وأخادًا صغيرة (حيث يكون العمود الفقري قريبًا من بعضه البعض) (الشكل\(\PageIndex{6}\)). هذه الأخاديد هي مواقع يمكن أن ترتبط فيها البروتينات بالحمض النووي. يمكن أن يؤدي ربط هذه البروتينات إلى تغيير بنية الحمض النووي أو تنظيم النسخ أو تنظيم نسخ الحمض النووي إلى RNA.

    أ) رسم تخطيطي للحمض النووي يظهر كحلزون مزدوج (سلم ملتوي). الجزء الخارجي من السلم عبارة عن شريط أزرق يسمى «العمود الفقري لفوسفات السكر». يُطلق على درجات السلم اسم «الزوج الأساسي» وهي إما حمراء وصفراء أو خضراء وزرقاء. يشير اللون الأحمر إلى الأدينين الأساسي النيتروجيني. يشير اللون الأصفر إلى الثيامين الأساسي النيتروجيني. يشير اللون الأزرق إلى مادة الجانين الأساسية النيتروجينية. يشير اللون الأخضر إلى السيتوزين الأساسي النيتروجيني. يلتف السلم بحيث تكون هناك مساحات واسعة (تسمى الأخاديد الرئيسية) ومساحات ضيقة (تسمى الأخاديد الصغيرة) بين اللفات. ب) رسم تخطيطي مختلف للحمض النووي يظهره كسلم مستقيم. هذا يجعل من السهل رؤية القواعد (التي يمكن الآن تسميتها بالأحرف A أو T أو C أو G) مباشرة على الصورة. يحتوي الشريط الأيسر على 3 برايم في الأعلى و 5 برايم في الأسفل. يحتوي الشريط الأيمن على 5 برايم في الأعلى و3 برايم في الأسفل. ج) رسم تخطيطي آخر للحمض النووي يُظهر مقطعًا أقصر بكثير مما يسمح برؤية الهياكل الكيميائية بشكل أكثر وضوحًا. تظهر السلاسل أن مجموعة الفوسفات تقع دائمًا بين الكربون 3 من النوكليوتيد والكربون 5 من التالي. يرتبط الشريطان بخطوط منقطة تشير إلى روابط هيدروجينية. تحتوي رابطة A-T على رابطتين هيدروجينيتين و C-G لها 3 روابط هيدروجينية. الشحنة السالبة للفوسفات واضحة أيضًا.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): اقترح واتسون وكريك نموذج اللولب المزدوج للحمض النووي. (أ) توجد دعامات فوسفات السكر على الجزء الخارجي من اللولب المزدوج وتشكل البيورينات والبيريميدين «درجات» سلم حلزون الحمض النووي. (ب) تتوازى خيوط الحمض النووي مع بعضها البعض. (ج) يتم تحديد اتجاه كل خيط من خلال ترقيم الكربونات (من 1 إلى 5) في كل جزيء سكر. الطرف 5هو الطرف الذي لا يرتبط فيه الكربون #5 بنيوكليوتيد آخر؛ الطرف 3هو الطرف الذي لا يرتبط فيه الكربون #3 بنيوكليوتيد آخر.

    يحدث الاقتران الأساسي بين البيورين والبيريميدين. في الحمض النووي، يعتبر الأدينين (A) والثايمين (T) أزواجًا أساسية تكميلية، والسيتوزين (C) والجوانين (G) هما أيضًا أزواج أساسية تكميلية، مما يفسر قواعد Chargaff (الشكل\(\PageIndex{7}\)). يتم تثبيت الأزواج الأساسية بواسطة الروابط الهيدروجينية؛ ويشكل الأدينين والثايمين رابطتين هيدروجينيتين بينهما، بينما يشكل السيتوزين والجيوانين ثلاث روابط هيدروجينية بينهما.

    رسم تخطيطي للحمض النووي يُظهر مقطعًا قصيرًا يسمح برؤية الهياكل الكيميائية بشكل أكثر وضوحًا. تظهر السلاسل أن مجموعة الفوسفات تقع دائمًا بين الكربون 3 من النوكليوتيد والكربون 5 من التالي. يرتبط الشريطان بخطوط منقطة تشير إلى روابط هيدروجينية. تحتوي رابطة A-T على رابطتين هيدروجينيتين و C-G لها 3 روابط هيدروجينية. الشحنة السالبة للفوسفات واضحة أيضًا.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): تتكون الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية التكميلية الموجودة داخل الحمض النووي.

    في المختبر، يمكن أن يؤدي تعريض خيطي الحمض النووي في اللولب المزدوج لدرجات حرارة عالية أو لبعض المواد الكيميائية إلى كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد التكميلية، وبالتالي فصل السلاسل إلى خيطين منفصلين من الحمض النووي (DNA أحادي الجديلة [ssDNA]). هذه العملية تسمى تمسخ الحمض النووي وهي مماثلة لتمسخ البروتين، كما هو موضح في البروتينات. يمكن أيضًا إعادة تجميع خيوط ssDNA معًا كحمض نووي مزدوج السلاسل (dsDNA)، من خلال إعادة التلدين أو إعادة الطبيعة عن طريق تبريد أو إزالة المواد الكيميائية، مما يسمح بإصلاح هذه الروابط الهيدروجينية. القدرة على معالجة الحمض النووي بشكل مصطنع بهذه الطريقة هي الأساس للعديد من التقنيات المهمة في التكنولوجيا الحيوية (الشكل\(\PageIndex{8}\)). نظرًا للارتباط الهيدروجيني الإضافي بين زوج C = G الأساسي، فإن الحمض النووي الذي يحتوي على نسبة عالية من GC يصعب تشويهه أكثر من الحمض النووي الذي يحتوي على محتوى GC أقل.

    الدول الأصلية تشبه السلم الملتوي. درجات السلم مصنوعة من قاعدة من خيط واحد متصل بقاعدة الخصلة الأخرى. يمكن للحرارة والمواد الكيميائية تغيير طبيعة هذه الخيوط. عندما يحدث هذا، يكون الحمض النووي مجدودًا - إنه شريط طويل مع إسقاطات قصيرة بطوله. إن إعادة التشبع، التي تتطلب شروطًا خاصة، تعيد الحمض النووي إلى الحالة الحلزونية المزدوجة (الحالة المعادة).
    الشكل\(\PageIndex{8}\): في المختبر، يمكن تغيير طبيعة اللولب المزدوج إلى الحمض النووي أحادي الجديلة من خلال التعرض للحرارة أو المواد الكيميائية، ثم إعادة طبيعته من خلال التبريد أو إزالة المحولات الكيميائية للسماح لخيوط الحمض النووي بإعادة التجليد. (مصدر الصورة: تعديل أعمال قام بها هيرنانديز-ليموس إي ونيكاسيو كولازو إل إيه وكاستانيدا-بريغو آر)
    رابط إلى التعلم

    شاهد رسمًا متحركًا عن بنية الحمض النووي من مركز DNA Learning Center لمعرفة المزيد.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{3}\)

    ما هما الزوجان الأساسيان المتكاملان من الحمض النووي وكيف يتم ربطهما معًا؟

    وظيفة الحمض النووي

    يخزن الحمض النووي المعلومات اللازمة لبناء الخلية والتحكم فيها. يُطلق على نقل هذه المعلومات من خلايا الأم إلى الابنة نقل الجينات الرأسي ويحدث من خلال عملية تكرار الحمض النووي. يتم نسخ الحمض النووي عندما تقوم الخلية بعمل نسخة مكررة من الحمض النووي الخاص بها، ثم تنقسم الخلية، مما يؤدي إلى التوزيع الصحيح لنسخة DNA واحدة لكل خلية ناتجة. يمكن أيضًا أن يتحلل الحمض النووي إنزيميًا ويستخدم كمصدر للنيوكليوسيدات والنيوكليوتيدات للخلية. على عكس الجزيئات الكبيرة الأخرى، لا يلعب الحمض النووي دورًا هيكليًا في الخلايا.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{4}\)

    كيف ينقل الحمض النووي المعلومات الجينية إلى النسل؟

    تمهيد الطريق للنساء في المهن العلمية والصحية

    تاريخيًا، كانت المرأة ممثلة تمثيلاً ناقصًا في العلوم والطب، وغالبًا ما كانت مساهماتها الرائدة تمر دون أن يلاحظها أحد نسبيًا. على سبيل المثال، على الرغم من أن روزاليند فرانكلين أجرت دراسات حيود الأشعة السينية التي توضح البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي، إلا أن واتسون وكريك هما اللذان اشتهرا بهذا الاكتشاف، بناءً على بياناتها. لا يزال هناك جدل كبير حول ما إذا كان حصولهم على بياناتها مناسبًا وما إذا كانت النزاعات الشخصية والتحيز بين الجنسين قد ساهمت في تأخر الاعتراف بمساهماتها الهامة. وبالمثل، قامت باربرا مكلينتوك بعمل رائد في علم وراثة الذرة من الثلاثينيات إلى الخمسينيات من القرن الماضي، واكتشفت التحولات (الجينات القافزة)، لكنها لم يتم الاعتراف بها إلا بعد ذلك بكثير، حيث حصلت على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب في عام 1983 (الشكل\(\PageIndex{9}\)).

    اليوم، لا تزال المرأة ممثلة تمثيلا ناقصا في العديد من مجالات العلوم والطب. وفي حين أن أكثر من نصف الدرجات الجامعية في العلوم تُمنح للنساء، فإن 46 في المائة فقط من درجات الدكتوراه في العلوم تُمنح للنساء. في الأوساط الأكاديمية، يستمر عدد النساء في كل مستوى من مستويات التقدم الوظيفي في الانخفاض، حيث تشغل النساء أقل من ثلث مناصب العلماء على مستوى الدكتوراه في مناصب المسار الوظيفي، وأقل من ربع مناصب الأستاذية الكاملة في الكليات والجامعات ذات الأربع سنوات. 7 حتى في المهن الصحية، مثل جميع المجالات الأخرى تقريبًا، غالبًا ما تكون النساء ممثلات تمثيلاً ناقصًا في العديد من المهن الطبية ويكسبن أقل بكثير من نظرائهن من الرجال، كما هو موضح في دراسة عام 2013 نشرتها مجلة الجمعية الطبية الأمريكية. 8

    لماذا تستمر مثل هذه الفوارق في الوجود وكيف نكسر هذه الدورات؟ الوضع معقد ومن المحتمل أن ينتج عن مزيج من العوامل المختلفة، بما في ذلك كيف يحدد المجتمع سلوكيات الفتيات منذ الصغر ويدعم اهتماماتهن، مهنيًا وشخصيًا. اقترح البعض أن النساء لا ينتمين إلى المختبر، بما في ذلك تيم هانت الحائز على جائزة نوبل، الذي قوبلت تعليقاته العامة لعام 2015 التي تشير إلى أن النساء عاطفيات للغاية بالنسبة للعلم 9 بإدانة واسعة النطاق.

    ربما يجب دعم الفتيات أكثر من سن مبكرة في مجالات العلوم والرياضيات (الشكل\(\PageIndex{9}\)). تعد برامج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) التي ترعاها الرابطة الأمريكية للجامعيات (AAUW) 10 والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (NASA) 11 أمثلة ممتازة للبرامج التي تقدم مثل هذا الدعم. وينبغي تعريف الجمهور بإسهامات المرأة في مجال العلوم على نطاق أوسع، كما ينبغي أن يتضمن التسويق الذي يستهدف الفتيات المزيد من الصور لعالمات ومهنيات طبيات ناجحات تاريخياً ومهنياً، مما يشجع جميع العقول الشابة المشرقة، بما في ذلك الفتيات والنساء، على السعي لتحقيق ذلك وظائف في العلوم والطب.

    أ) صورة باربرا مكلينتوك. ب) صورة لعالمتين في المختبر.
    الشكل\(\PageIndex{9}\): (أ) أدى عمل باربرا مكلينتوك في علم وراثة الذرة في الثلاثينيات إلى الخمسينيات من القرن الماضي إلى اكتشاف عمليات النقل، ولكن لم يتم التعرف على أهميتها في ذلك الوقت. (ب) قد تساعد الجهود الرامية إلى توفير التوجيه المناسب وتوفير الدعم المجتمعي المستمر للمرأة في مجال العلوم والطب في يوم من الأيام في التخفيف من حدة بعض القضايا التي تحول دون تحقيق المساواة بين الجنسين على جميع المستويات في العلوم والطب. (المصدر أ: تعديل العمل من قبل مؤسسة سميثسونيان؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل هايني إس إل، وهينكل إس، وجونز إن إل، ومارتن كاليفورنيا، وأولسيفسكي بي جي، وروبرتس إم إف)

    التركيز السريري: الجزء 2

    بناءً على أعراضه، يشتبه طبيب أليكس في أنه يعاني من مرض منقول بالغذاء أصيب به أثناء رحلاته. تشمل الاحتمالات العدوى البكتيرية (على سبيل المثال، الإشريكية القولونية المعوية، فيبريو كوليراي، كامبيلوباكتر جيجوني، السالمونيلا)، العدوى الفيروسية (فيروس الروتا أو نوروفيروس)، أو عدوى البروتوزوان (الجيارديا لامبليا، كريبتوسبوريديوم بارفوم ، أو إنتامويبا هيستوليتيكا).

    يطلب طبيبه عينة من البراز لتحديد العوامل المسببة المحتملة (مثل البكتيريا والخراجات) والبحث عن وجود الدم لأن أنواعًا معينة من العوامل المعدية (مثل C. jejuni و Salmonella و E. histolytica) ترتبط بإنتاج الدم براز.

    لم تظهر عينة براز أليكس أي دم أو كيسات. بعد تحليل عينة البراز الخاصة به وبناءً على تاريخ سفره الحديث، اشتبه طبيب المستشفى في أن أليكس كان يعاني من إسهال المسافر الناجم عن بكتيريا E. coli (ETEC) المسببة للإسهال لدى معظم المسافرين. للتحقق من التشخيص واستبعاد الاحتمالات الأخرى، أمر طبيب أليكس بإجراء اختبار معمل تشخيصي لعينة البراز الخاصة به للبحث عن تسلسلات الحمض النووي التي ترمز إلى عوامل ضراوة محددة لـ ETEC. أمر الطبيب أليكس بشرب الكثير من السوائل لتعويض ما كان يفقده وخرجه من المستشفى.

    تنتج ETEC العديد من عوامل الفوعة المشفرة بالبلازما والتي تجعلها مسببة للأمراض مقارنة بالإشريكية القولونية النموذجية. وتشمل هذه السموم التي يتم إفرازها من السموم المعوية القابلة للحرارة (LT) والسموم المعوية المستقرة بالحرارة (ST)، بالإضافة إلى عامل الاستعمار (CF). يتسبب كل من LT و ST في إفراز أيونات الكلوريد من الخلايا المعوية إلى التجويف المعوي، مما يتسبب في فقدان الماء من الخلايا المعوية، مما يؤدي إلى الإسهال. يقوم CF بتشفير البروتين البكتيري الذي يساعد في السماح للبكتيريا بالالتصاق ببطانة الأمعاء الدقيقة.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{5}\)

    لماذا استخدم طبيب أليكس التحليل الجيني بدلاً من عزل البكتيريا من عينة البراز أو بقعة الجرام المباشرة لعينة البراز وحدها؟

    المفاهيم الأساسية والملخص

    • تتكون الأحماض النووية من النيوكليوتيدات، التي يحتوي كل منها على سكر البنتوس ومجموعة الفوسفات والقاعدة النيتروجينية. تحتوي الديوكسيريبونوكليوتيدات داخل الحمض النووي على الديوكسيريبوز مثل سكر البنتوس.
    • يحتوي الحمض النووي على البيريميدين والسيتوزين والثايمين والبيورين والأدينين والجيوانين.
    • ترتبط النيوكليوتيدات معًا بواسطة روابط فوسفوديستر بين مجموعة الفوسفات 5من نيوكليوتيد واحد ومجموعة هيدروكسيل 3من أخرى. يحتوي خيط الحمض النووي على مجموعة فوسفات حرة في الطرف 5ومجموعة هيدروكسيل حرة في الطرف 3.
    • اكتشف Chargaff أن كمية الأدينين تساوي تقريبًا كمية الثايمين في الحمض النووي، وأن كمية الجوانين تساوي تقريبًا السيتوزين. تم تحديد هذه العلاقات لاحقًا على أنها ترجع إلى الاقتران الأساسي التكميلي.
    • اقترح واتسون وكريك، بناءً على عمل تشارغاف وفرانكلين وجوسلينغ وويلكينز، نموذج اللولب المزدوج والاقتران الأساسي لهيكل الحمض النووي.
    • يتكون الحمض النووي من خيطين متكاملين موجهين ضد بعضهما البعض مع العمود الفقري للفوسفوديستر على الجزء الخارجي من الجزيء. تواجه القواعد النيتروجينية لكل خيط بعضها البعض وترتبط القواعد التكميلية بالهيدروجين ببعضها البعض، مما يؤدي إلى استقرار اللولب المزدوج.
    • يمكن للحرارة أو المواد الكيميائية كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد التكميلية، مما يؤدي إلى تشويه الحمض النووي. يمكن أن يؤدي تبريد أو إزالة المواد الكيميائية إلى إعادة تشبع الحمض النووي أو إعادة تلوينه عن طريق السماح للروابط الهيدروجينية بالإصلاح بين القواعد التكميلية.
    • يخزن الحمض النووي التعليمات اللازمة لبناء الخلية والتحكم فيها. يتم نقل هذه المعلومات من الوالد إلى النسل من خلال النقل الرأسي للجينات.

    الحواشي

    1. 1 ن. كريسج وآخرون. «قواعد تشارغاف: عمل إروين شارجاف». مجلة الكيمياء البيولوجية 280 (2005) :e21.
    2. 2 لتر بولينج، «هيكل مقترح للأحماض النووية». وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 39 رقم 2 (1953): 84-97.
    3. 3 جي دي واتسون، إف إتش سي كريك. «هيكل لحمض الديوكسيريبوز النووي.» الطبيعة 171 رقم 4356 (1953): 737-738.
    4. 4 إم إتش إف ويلكينز وآخرون. «التركيب الجزيئي لأحماض الديوكسي بنتوس النووية.» الطبيعة 171 رقم 4356 (1953): 738-740.
    5. 5 آر فرانكلين، آر جي جوسلينج. «التكوين الجزيئي في ثيمونوكليت الصوديوم.» الطبيعة 171 رقم 4356 (1953): 740-741.
    6. 6 R.O. Day وآخرون. «جزء بلوري من اللولب المزدوج: هيكل فوسفات الدينوكليوسيد جوانيليل-3',5'-السيتيدين.» وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 70 رقم 3 (1973): 849-853.
    7. 7 N.H. Wolfinger «بالنسبة للعلماء الإناث، ليس هناك وقت مناسب لإنجاب الأطفال.» الأطلسي 29 يوليو 2013. www.theatlantic.com/sexes/arc... ildren/278165/.
    8. 8 S.A. Seabury وآخرون. «الاتجاهات في أرباح متخصصي الرعاية الصحية من الذكور والإناث في الولايات المتحدة، 1987 إلى 2010". مجلة الجمعية الطبية الأمريكية للطب الباطني 173 رقم 18 (2013): 1748—1750.
    9. (9) هاء تشونغ. «تيم هانت، التحيز الجنسي والعلوم: «المشكلة الحقيقية مع الفتيات في المختبرات». سي بي سي نيوز للتكنولوجيا والعلوم، 12 يونيو 2015. http://www.cbc.ca/news/technology/ti...labs-1.3110133. تم الوصول إليه في 8/4/2016.
    10. 10 الرابطة الأمريكية للجامعيات. «بناء خط أنابيب STEM للفتيات والنساء.» www.aauw.org/what-we-do/stem-education/. تم الوصول إليه في 10 يونيو 2016.
    11. 11 الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء. «برامج التوعية: مبادرة النساء والفتيات». http://women.nasa.gov/outreach-programs/. تم الوصول إليه في 10 يونيو 2016.