الأسس الكيميائية والحيوية للوراثة:
تُعد الأسس الكيميائية والحيوية للوراثة حجر الزاوية في علم الأحياء الحديث، وتُعنى بفهم كيفية عمل المادة الوراثية على المستوى الجزيئي. يركز هذا المجال على طبيعة الحمض النووي (DNA) وكيفية تنظيمه للتوارث في جميع أشكال الحياة.
طبيعة وخواص المادة الوراثية:
تُعرف المادة الوراثية باسم الحمض النووي (DNA)، وهو جزيء عملاق يحمل جميع التعليمات اللازمة لبناء وتشغيل الكائنات الحية. يتكون الحمض النووي من وحدات بنائية تُعرف باسم النيوكليوتيدات (Nucleotides)، التي تُشكل الأحرف الأربعة للشفرة الوراثية. يتميز الحمض النووي بتركيب حلزوني مزدوج، حيث يرتبط شريطا الحمض النووي ببعضهما البعض بقواعد نيتروجينية محددة (أدينين مع ثايمين، وجوانين مع سايتوسين)، مما يضمن استقرار الجزيء.
ميكانيكية تضاعف الجزيئات الوراثية:
تُعتبر عملية تضاعف الحمض النووي (DNA Replication) من أهم العمليات الحيوية، وهي ضرورية لنمو الخلايا وتكاثرها. تتلخص هذه العملية في أنزيمات خاصة تقوم بفك شريطي الحمض النووي، ثم استخدام كل شريط كقالب لبناء شريط جديد مكمل له. تتم هذه العملية بدقة متناهية لضمان أن تحصل كل خلية جديدة على نسخة طبق الأصل من الحمض النووي.
الأسس الجزيئية للطفور:
تُعرف الطفرات (Mutations) بأنها تغيرات في تسلسل الحمض النووي. يمكن أن تحدث هذه التغيرات نتيجة لأخطاء أثناء تضاعف الحمض النووي، أو بسبب عوامل خارجية مثل الأشعة فوق البنفسجية أو المواد الكيميائية. على المستوى الجزيئي، يمكن أن تكون الطفرة عبارة عن استبدال قاعدة واحدة بأخرى، أو حذف أو إضافة قواعد، مما قد يؤدي إلى تغيير في البروتين الناتج، وبالتالي التأثير على وظيفة الخلية.
التعبير الجيني: من الحمض النووي إلى البروتين
تُعرف عملية تحويل المعلومات من الحمض النووي إلى بروتينات باسم التعبير الجيني (Gene Expression). تختلف هذه العملية بين الكائنات مميزة النواة (Eukaryotes)، مثل الإنسان، وغير مميزة النواة (Prokaryotes)، مثل البكتيريا.
- النسخ (Transcription): هي العملية الأولى، حيث يتم نسخ جزء من الحمض النووي (الجين) إلى جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وهو وسيط يحمل الشفرة الوراثية.
- الترجمة (Translation): هي العملية الثانية، وفيها يتم استخدام شفرة الحمض النووي الريبوزي لبناء سلسلة من الأحماض الأمينية، والتي تتجمع لتُكوِّن بروتيناً وظيفياً. يُعد هذا التدفق من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبوزي إلى البروتين، أساس علم الوراثة الجزيئية.