ما هو هيكل وتكوين الحمض النووي؟
استحوذت الخصائص الرائعة للأحماض النووية التي تؤهل هذه المواد لتكون بمثابة ناقلات للمعلومات الجينية، على اهتمام العديد من الباحثين، حيث تم وضع الأساس من قبل علماء الكيمياء الحيوية الرواد الذين وجدوا أن الأحماض النووية عبارة عن جزيئات طويلة السلسلة إذ يتكون العمود الفقري منها من سلاسل متكررة من روابط الفوسفات والسكر – سكر الريبوز في الحمض النووي الريبي وسكر الديوكسيريبوز في الحمض النووي.
الأحماض النووية المستخرجة من أنواع مختلفة من الحيوانات والنباتات لها نسب مختلفة من النيوكليوتيدات الأربعة، وبعضها أغنى نسبيًا بالأدينين والثيمين بينما يحتوي البعض الآخر على المزيد من الجوانين والسيتوزين ومع ذلك، وجد عالم الكيمياء الحيوية (Erwin Chargaff) أن كمية A تساوي دائمًا T، وأن كمية G تساوي دائمًا C.
مع القبول العام للحمض النووي كأساس كيميائي للوراثة في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي حوّل العديد من العلماء انتباههم إلى تحديد كيفية توافق القواعد النيتروجينية معًا لتشكيل جزيء يشبه الخيط، حيث تم تحديد بنية الحمض النووي بواسطة عالم الوراثة الأمريكي جيمس واتسون وعالم الفيزياء الحيوية البريطاني فرانسيس كريك في عام 1953، واستند واتسون وكريك في نموذجهما إلى حد كبير على أبحاث الفيزيائيين البريطانيين روزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز، اللذان حللا أنماط حيود الأشعة السينية لإظهار أن الحمض النووي حلزون مزدوج، وأشارت نتائج (Chargaff) إلى (Watson and Crick) أن الأدينين تم إقرانه بطريقة ما مع الثايمين وأن الجوانين كان مقترنًا بالسيتوزين.
باستخدام هذه المعلومات توصل واطسون وكريك إلى نموذجهما المشهور الآن الذي يُظهر الحمض النووي على شكل حلزون مزدوج يتكون من سلسلتين متشابكتين من النيوكليوتيدات، حيث ترتبط الأدينينات في إحدى السلاسل بثيمينات الأخرى والجوانين في واحدة، والسلسلة مرتبطة بالسيتوزينات الأخرى، حيث يشبه الهيكل سلمًا تم لفه إلى شكل حلزون، إذ تتكون جوانب السلم من مجموعات السكر والفوسفات وتتكون الدرجات من القواعد النيتروجينية المزدوجة.
من خلال صنع نموذج سلكي للهيكل أصبح من الواضح أن الطريقة الوحيدة التي يمكن بها للنموذج أن يتوافق مع متطلبات الأبعاد الجزيئية للحمض النووي هي إذا كان A يقترن دائمًا بـ T و G مع C في الواقع، أظهر أزواج A-T و G-C ملاءمة مُرضية للقفل والمفتاح، وعلى الرغم من أن معظم الروابط في الحمض النووي عبارة عن روابط تساهمية قوية إلا أن روابط A-T و G-C عبارة عن روابط هيدروجينية ضعيفة ومع ذلك، فإن الروابط الهيدروجينية المتعددة على طول مركز الجزيء تمنح ثباتًا كافيًا لتثبيت الخيوط معًا.
كانت خيوط الحلزون المزدوج لـ(Watson) و (Crick) متضادتين أي تم ترتيب النيوكليوتيدات في اتجاه معاكس، إذ يمكن تصور ذلك إذا تم تخيل الشكل L للنيوكليوتيد على أنه جورب: عنق الجورب هو القاعدة النيتروجينية، وإصبع القدم هو مجموعة الفوسفات والكعب هو مجموعة السكر، وستكون سلسلة النيوكليوتيدات بعد ذلك عبارة عن سلسلة من الجوارب متصلة بكعب بإصبع القدم مع توجيه أعناقها إلى الداخل نحو مركز جزيء الحمض النووي.
لاحظ واتسون وكريك أن هيكل الحمض النووي المقترح لهما قد حقق سمتين ضروريتين للجزيء الوراثي أولاً، يجب أن يكون الجزيء الوراثي قادرًا على التكاثر بحيث يمكن نقل المعلومات إلى الجيل التالي لذلك، افترض واتسون وكريك أنه إذا تم فصل نصفي اللولب المزدوج، فيمكنهما العمل كقوالب لتركيب حلزوني مزدوج متطابقين، ثانيًا يجب أن يحتوي الجزيء الوراثي على معلومات لتوجيه تطور كائن حي كامل لذلك ، توقع واطسون وكريك أن تسلسل النيوكليوتيدات قد يمثل معلومات مشفرة من هذا النوع.