الديناميكا الحرارية للحمض النووي

دراسة الكيفية التي تؤثر بها درجة الحرارة على بنية الحمض النووي المزدوج (dsDNA)

☰ جدول المحتويات

نبذة تمهيدية
مفاهيم
المراجع
روابط خارجية

الديناميكا الحرارية للحمض النووي هي دراسة لكيفية تأثير درجة الحرارة على بِنية الحمض النووي الدنا المزدوج (dsDNA). تُعرَّف درجة حرارة الانصهار (T_m) بأنها درجة الحرارة التي يكون عندها نصف سلاسل الدنا في حالة الملف العشوائي أو الحالة المنفردة (ssDNA). تعتمد T_m على طول جزيء الدنا وتسلسل النيوكليوتيدات الخاص به. عندما تكون سلسلتي الدنا في حالة انفصال (بمعنى أن جزيء dsDNA موجود كخيطين مستقلين) فإن جزيء الدنا في هذه الحالة يكون قد حدث له تمسُّخ بفعل درجة الحرارة المرتفعة.

مفاهيم

التهجين

التهجين هو عملية تأسيس تفاعل غير تساهمي، بتسلسل محدد بين اثنين أو أكثر من السلاسل المتممة للأحماض النووية في مركب واحد، بحيث تكون كل سلسلتين على شكل لولب مزدوج. يرتبط قليل النيوكليوتيد أو الدنا أو الحمض النووي الريبوزي بمكمله في ظل ظروف طبيعية، لذلك فإن سلسلتين متكاملتين تمامًا سترتبطان ببعضهما البعض بسهولة. من أجل تقليل التنوع والحصول على أكثر المركبات المفضلة حيوية، يتم استخدام تقنية تسمى الصلب (أي جعل سلسلتي دنا منفرد (ssDNA) تتحد لتعطي جزيء دنا مزدوج (dsDNA) في الممارسة المخبرية. ومع ذلك، نظرًا للهندسة الجزيئية المختلفة للنيوكليوتيدات، فإن عدم تناسق واحد بين السلسلتين سيجعل الربط بينهما أقل ملاءمة بشكل كبير.

قياس تأثيرات عدم التوافق في القواعد النيتروجينية من خلال تحديد درجة الحرارة التي تتحد أو تلتحم عندها السلاسل يمكن أن يوفر معلومات حول التشابه في تسلسل القاعدة النووية بين الطبقتين الملتحمتين. يمكن فصل المركبات بالتسخين الحراري، والذي يشار إليه أيضًا بالتمسُّخ. في حالة عدم وجود عوامل سلبية خارجية، يمكن تكرار عملية التهجين والانصهار على التوالي بعدد غير محدد من المرات، مما يمهد الطريق لتفاعل سلسلة البلمرة. وكما هو شائع، تتشكل أزواج القواعد النووية A=T و G≡C، وتكون الأخيرة أكثر استقراراً.

الالتحام

الالتحام (بالإنجليزية: Annealing)، في علم الوراثة، يعني ترابط سلاسل دنا أو رنا متكاملة عبر روابط هيدروجينية لتشكيل لولب مزدوج عديد النوكليوتيد. قبل أن يحدث الالتحام، قد تحتاج إحدى السلسلتين إلى الفسفرة بواسطة إنزيم مثل الكيناز للسماح بالترابط الهيدروجيني المناسب. غالباً ما يستخدم مصطلح "الالتحام" لوصف ارتباط مسبار التهجين، أو ارتباط جزيء الحمض النووي المُشرِّع بسلسلة دنا أثناء تفاعل البوليميراز المتسلسل. يستخدم المصطلح أيضًا في كثير من الأحيان لوصف الإصلاح (إعادة التهيئة) للسلاسل التكميلية العكسية التي تم فصلها عن طريق الحرارة (التشويه الحراري). يمكن للبروتينات مثل RAD52 أن تساعد في تقوية الحمض النووي. إن تقوية حمض الدنا هي خطوة أساسية في مسار إعادة التركيب المتماثل. على وجه الخصوص، خلال الانقسام المنصف، فإن التخليق المعتمد على سلسلتي الصلب أو الالتحام، هو الطريقة الرئيسية لإعادة التركيب المتماثل.

التكدس

ذوبان الاستقرار بين الازواج المتراصة في قاعدة الحمض النووي (^[1]DNA B)
الخطوة	ذوبان ΔG°₃₇ (كيلو كالوري/مول)
TA	-0.12
TG أو CA	-0.78
CG	-1.44
AG أو CT	-1.29
AA أو TT	-1.04
في	-1.27
GA أو TC	-1.66
CC أو GG	-1.97
AC أو GT	-2.04
GC	-2.70

التراص أو التكدس (بالإنجليزية: Stacking)، هو تفاعل الاستقرار بين الأسطح المسطحة للقواعد النيتروجينية المتجاورة. يمكن أن يحدث التراص مع أي وجه للقاعدة النيتروجينينية، أي 5 '-5' ، 3'-3 '، والعكس صحيح.^[2]

يساهم التراص في جزيئات الحمض النووي "الحرة" بشكل أساسي في القوة الجزيئية، وتحديداً الجذب الكهربائي بين الحلقات العطرية، وهي عملية تُعرف أيضًا باسم pi stacking . بالنسبة للأنظمة البيولوجية التي يعمل فيها الماء كمذيب، يساهم تأثيرالكاره للماء في تكوين اللولب.^[3] التراص هو عامل التثبيت الرئيسي في تسلسل الدنا المزدوج.^[4]

نقطة الانصهار
البادئ (البيولوجيا الجزيئية) لحسابات T _m
زوج قاعدي
دنا متمم
لطخة ويسترن

المراجع

"Stacked–Unstacked Equilibrium at the Nick Site of DNA". J Mol Biol. 342 (3): 775–785. 2004. doi:10.1016/j.jmb.2004.07.075. PMID 15342236.
"Definition of terms". Nucleic acid database (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 5 سبتمبر 201804 أبريل 2019.
Sponer, J; Sponer, JE; Mládek, A; Jurečka, P; Banáš, P; Otyepka, M (December 2013). "Nature and magnitude of aromatic base stacking in DNA and RNA: Quantum chemistry, molecular mechanics, and experiment". Biopolymers. 99 (12): 978–88. doi:10.1002/bip.22322. PMID 23784745.
Yakovchuk, P; Protozanova, E; Frank-Kamenetskii, MD (2006). "Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix". Nucleic Acids Research. 34 (2): 564–74. doi:10.1093/nar/gkj454. PMID 16449200.