مضاهئات الأحماض النووية

النص الموجود في هذه الصفحة مازال في فترة الترجمة إلى اللغة العربية، إذا كنت تعهد اللغة المستعملة، لا تتردد في الترجمة، وشكرا.

RNA with its nucleobases to the left and DNA to the right.

مضاهئات الأحماض النووية هي مركبات ذات بناء مشابه لبناء DNA وRNA تستخدم في الطب وبحوث البيولوجيا الجزيئية.
الحمض النووي هوتعبير عن سلاسل من النيكلودات تتألف من ثلاثة أجزاء : الفوسفات (أساس)، سكر البنتوز متعرج الشكل ,ريبوز أوديوكسي ريبوز وكذلك أساس نووي واحد من أربعة nucleobases، وقد يختلف الشبيه للحمض النووي في واحد من السابق ذكرهم ,وعادة تعطي القاعدة النووية الشبيهة قاعدة مختلفة للاقتران، وقاعدة الخواص التجميعية، ومن الأمثلة على ذلك القواعد العالمية، فيمكن للزوج الارتباط بأربعة قواعد وكذلك الفوسفات –السكر ليكون الشبيه PNA وذلك بالتأثير على خصائص السلسلة (PNAقد يتشكل من الحلزون الثلاثي)

يضم الحمض النووي الصناعي (حمض نووي بيبتيدي) (PNA)، مورفلين Morpholino ,الحمض النووي المغلق (TNA)، (GNA)، (LNA) وكل هذه الأحماض تختلف عن RNA وDNA باختلاف البناء الرئيسي للجزئ

الطب

شبيهات النوكليوزيد المتنوعة تستخدم مضادة للفيروسات ومواد مضادة للسرطان، فيروس البوليمريز وقاعدة غير أساسية، هذه المركبات تنشط في الخلية عند بداية التحول إلى النوكليوزيد وهي تدار مثل النوكليوزيد ولايمكن اجتياز أغشية الخلية بسهولة عند بدء شحن النوكليوزيد

فهم الأحياء الجزيئية

Common changes in nucleotide analogues

يستخد م الحمض النووي المشابه في فهم الأحياء الجزيئي لعدة أغراض :

1- وسيلة للكشف عن تسلسل ما.
2- وسيلة لمقاومة التحلل المائي لـRNA
3- أداة لأغراض أخرى مثل تحديد البناء الأساسي
4- طبيعي، كما في
tRNA 5- لتحقيق آليات محددة ,مثل تثبيط الأنزيمات
6- تحقيق سيناريوهات مماثلة لمايحدث في الخلايا الحية
7- تحقيق الميزات البنائية للأحماض النووية
8- تحقيق بدائل في النظام الطبيعي في الهجريبه البيولوجية

البناء الأصلي للحمض النووي المشابه

مقاومة تحلل الماء فيRNA-analogues

Chemical structure of Morpholino

للتغلب الحقيقي تتفاعل مجموعة الهيدروكسي ريبوز2 مع الفوسفات المرتبط بثلاث مجموعات هيدروكسي كما ويستخدم الريبوز المشابه.
شبيه RNAالأكثر شيوعا هوالحمض النووي المغلق (LNA)، المورفلينوالوحمض النووي البيبتيدي (PNA)، oligonucleotidesيختلف في البناء الأساسي للسكر ولكن الارتباط الأصلي هوارتباط واطسون وفرانسيس كريك مع RNA أوDNA وتمنع نشاط الأنزيمات النووية nuclease.

أحماض نووية شبيهة أخرى واستخداماتها

Dideoxynucleotides يستخدم في الهيكل التسلسلي الأساسي، النوكليوزيد ثلاثي الفوسفات لايوجد بها سكر ديوكسيد الريوز تفتقر لثلاث مجموعات هيدروكسي توجد عادة في DNA لذلك لايمكنها الارتباط يقواعد أخرى، هذه المجموعات الثلاثة من الهيدروكسي تعمل على انهاء التفاعل المتسلسل لـ DNA عند حدوث بلمرة خاطئة من ديوكسي ريبونونيوكليد. نهاية سلسلة الشبيه للحمض النووي تفتقر لثلاث مجموعات من هيدروكسيل وأدينوسين المقلد ويسمى cordycepin، cordycepin مضاد للسرطان التي تستهدف نسخ RNA المماثل.
شبيه الحمض النووي الآخر يحتوي على قاعدة نووية، 7-deaza-GTP، ويعدل التسلسل في المناطق الغنية CG كبديل عن 7-deaza-ATP ويسمى tubercidin في المضاد الحيوي.

سلائف RNA

RNA هجريبه معقد للغاية جعل منه الحمض النووي الأول، قبل اكتشاف عالم RNA كان يعتبر أسهل الأحماض النووية التي تختلف فقط في البناء الأساسي لها، مثل TNA، GNA، PNA التي رشحت أنها الأحماض النووية الأولى

قاعدة التشابه

هيكل الفاعدة النووية وتسميتها

القواعد الأساسية مقسمة إلى قسمين اعتمادا على هيكلها :
بيريميدين (pyrimidine)وبيورين(purine)مترابطة مع حلقة اميدازول(imidazole)، أطراف الحلقة الخماسية ترتبط برابطة ثنائية مع ذرة النيتروجين وتعمل على إبعاد ذرة الهيدروجين من جهة واحدة
من خواصها الرئيسية :قاعدة الاقتران حيث تشكل 2أوثلاثة روابط هيدروجينية بين الكيتون والأمين، المجموعة الوظيفية وقاعدة التراص الناتجة عن رابطة π في الحلقة العطرية


Purine	Pyrimidine

الجسيمات الفلورية

Structure of aminoallyl-uridine

ترتبط عادة في حلقات مع السكر عبر ذراع مرنة متفرعة من الحلقة، انخفاض الكتلة المنزلقة من النيوكليوتيدات ترتبط مع ناتج الإضافة الكبيرة مثل الجسيمات الفلورية، سلاسل النسخ تستخدم عادة مع ذراع يقترن من وقت لآخر مع الجسيمات الفلورية (العلامات غير المباشرة):
- تفاعل الأمين
- تفاعل الثيول
- تعتمد رابطة البيوتين والنيوكليدات على مبدأ وضع العلامات الأساسية، وتستخدم في Affymetrix شرائح DNA

القاعدة الفلورية المثيلة

الإستخدمات الأكثر شيوعا :قاعدة الفلور المشابهة، 2-أمينوبيورين (2-AP)، يحتوي المحلول على كمية كبيرة من الفلورنس (0.68) غير أنه يحدث انخفاض كبير عند تدمج في الأحماض النووية، انبعاث (2-AP) يتأثر بالمحيط وتشهجر مع الأمين، فوائد القاعدة الفلورية تحسين وتعديل ,3-MI, 6-MI, 6-MAP, pyrrolo-dC كذلك pyrrolo-dC، وتعديل قاعدة الفيوران.

حساسيته للبيئة المحيطة الدقيقة استخدمت لدراسة بناء وديناميكية DNA وRNA، ديناميكية وحركية تفاعل البروتين- DNA وانتنطق الإلكترون في DNA

وضع حديثا القاعدة الفلورية المثيلة تسمى عائلة السيتوزين ثلاثي الحلقات، كمية جسيمات الفلورانس العائدة 1,3-Diaza-2-oxophenothiazine, tC تقريبا 0.2 للقاعدة المحيطة المفردة أوالمزدوجة بغض النظر عن الوقت، أيضا tC يسمى tCO(كلاهما متاح تجاريا)، 1,3-diaza-2-oxophenoxazine يحتوي على كمية 0,2 في جدول النظام المزدوج، إلا أنه يوجد حساسية في النظام المفرد المهمل (الكمية 0.14–0.41)، ارتفاع واستقرار الكمية للقاعدة المماثلة جعلها لامعة جدا ولها مزيج من الخواص الجيدة وهي جيدة جدا للاستخدام في تباين الفلورانس في مساحات القواعد الأخرى الفلورية المثيلة الأقل دقة وقياسات FRET، وكذلك في عوائل السيتوزين المماثلة

القاعدة الطبيعية الغير عيارية

هناك قواعد غير عيارية في الخلية :جزر CpG في DNA (وغالبا تكون ميثيلية) لجميع الكائنات حقيقية النواة mRNA والكثير من قواعد(ميثيل) rRNAs

في كثير من الأحيان tRNAsقد يكون التنظيم بعد النسخ كبير من أجل تحسين التشكيل أوقاعدة الاقتران في الجسيمات الرامزة المضادة، ايونزينقد يكون قاعدة زوجية مع C,U وفردية مع A. تعديل قواعد البريميدين pseudouridine في tRNA (يسمى حلقة TΨC)، وdihydrouridine(غيرعطري)

أساس – الارتباط

Natural basepairs

A GC basepair: purine ketone/amine forms three intermolecular hydrogen bonds with pyrimidine amine/ketone	An AT basepair: purine amine/- forms two intermolecular hydrogen bonds with pyrimidine ketone/ketone

ميكانيكية الارتباط في مجموعات الكيتون أوالأمين تعتمد على محيط الكربون، ذرة النيتروجين البعيدة عن رابطة جلايكوسيدية تسمح بتكوين قاعدة زوجية عن طريق الروابط الهيدروجينية.

الأدينين و2- أمينوأدينين ومجموعة أومجموعتين أمين، كذلك ثايمين ومجموعتين كيتون والسيتوزين زالجوانين تعبير عن خليط أمين وكيتون

Unused basepair arrangements

A DAP-T base: purine amine/amine forms three intermolecular hydrogen bonds with pyrimidine ketone/ketone	An X-DAY base: purine ketone/ketone forms three intermolecular hydrogen bonds with pyrimidine amine/amine	A iG-iC base: purine amine/ketone forms three intermolecular hydrogen bonds with pyrimidine ketone/amine

هجريبات أخرى

- Isoguanine وisocytosineلكل منها مقلوب أمين وكيتون قياسا على جوانين والسيتوزين

- ديامينوبرايميد والزانثين المرتبطة مع 2-أمينوداينين وثاينين ذات البناء العكسي

قواعد زوجية أخرى

- قواعد فلورنس عديدة مكونة من 2-amino-6-(2-thienyl)purine و القاعدة الزوجية pyrrole-2-carbaldehyde

- قاعدة معدنية تناسقية مثل 6-bis(ethylthiomethyl)pyridine (SPy) مع أيون الفضة أوpyridine-2, 6-dicarboxamide (Dipam) وmondentate pyridine المرتبط بأيون النحاس

- تكون الزوج عشوائيا من أي قاعدة عند انخفاض حرارة الذوبان للسلاسل الكبيرة مثل السلاسل التي تحتوي على مشتقات 2'-deoxyinosine وأشباه nitroazole والهيدروفوبيك العطري ذات روابط غير هيدروجينية، وتستخدم هذه الأزواج أدلة وصفية. - أعداد القواعد الزوجية الممكنة هي الضعف بالنسبة لـ
xDNA xDNA يضم قواعد متسعة حيث تم ضم حلقة البنزين فنتج أربع قواعد زوجية (8 –قواعد xA-T,xT-A,xC-G,xG-C)و16 قاعدة باستخدام ترتيبات أخرى

Novel basepairs with special proprieties

A F-Z base: methylbenzimidazole does not form intermolecular hydrogen bonds with toluene F/F	An S-Pa base: purine thienyl/amine forms three intermolecular hydrogen bonds with pyrrole -/carbaldehyde	An xA-T base: same bonding as A-T

القواعد الزوجية المعدنية

ارتباط القواعد المعدنية، تستبدل رابطة واتسن - كريك الهيدروجينية بالتفاعل بين أيون معدني ونيوكليزيد ويمكن هندسة المعدن بالسماح بتشكيل وجهين لهما طرفين من النيكلوزيد حول الذرة المعدنية المركزية فيكون : رباعي السطوح، أو12 وجه، أومربع مستو معادن DNA المركبة تتكون بتكوين قاعدة زوجية غير قياسية من النيكلوزيد الطبيعي بمشاركة الجزيئات من الأيونات المعدنية وكذلك بتبادل ذرات الهيدروجين يكتسب DNA المزدوج من الأيون المعدني إمكانية التمغنط وخصائص توصيلية وكذلك تزيد الاستقرارله.

يمكن مشاهدة الأحداث بين القواعد النووية (الجينات) والخلائط المعدنية مثل تشكيل T-Hg-T ,الذي يعتمد على 2-ثايمين الجينات المرتبطة بواسطة² Hg⁺ المتصل مع القاعدة المعدنية الزوجية

تتشكل مجموعة كبيرة من الجينات (قاعدات نووية) بواسطة القاعدات المعدنية الزوجية.

تعديل الجينات يغير الخواص الإلكترونية، الحجم وكذلك نوع الروابط.

مثل تعديل النيكلوزيد pyridine-2,6-dicarboxylate يرتبط Cu²⁺ بينما الأيونات ثنائية التكافؤ الأخرى أقل ارتباطا (متدلية), حيث يلعب الشكل الثلاثي الأحرف دورا في ذلك.

التنسيق الرباعي للنحاس يقع على النحاس المشبع بواسطة بريدين الجينات ذوالترتيب العكسي.

القاعدة المعدنية الزوجية غير المتماثلة عمودية على قاعدة واتسون-كريك الزوجية، أمثلة أخرى للجينات الصناعية هي جينات hydroxypyridone المرتبطة مع Cu2+ داخل زوج DNA.

خمس قواعد زوجية متتالية copper-hydroxypyridone تم إدراجها ضمن السلاسل المتضاعفة التي تحيط بالجينات الطبيعية.

بيانات EPR أمكنت من تقدير المسافة بين مراكز النحاس وهي 3.7 ± 0.1 Å وطبيعة النوع B من الحمض النووي المزدوج أكبر قليلا (3.4 Å).

تراص الأيونات المعدنية في الحمض النووي الزوجي أعطت أملا للحصول على nanoscopic بالتجميع الذاتي للأسلاك المعدنية

النظام المستقل

تم دراسة المقترحات النظرية وإمكانية تطبيقها تجريبيا بشكل مستقل داخل الخلية باستقلال المادة الوراثية الخلوية لتكوين نظام محمي تماما، وزيادة إمكانية ترميز المجموعات بالهجريز على جوانب مختلفة :

1- مناقشة البناء الأساسي والقاعدة الزوجية الوارد ذكرهم سابقا

2- XNA بدء تكرار / تحويل البوليمريز بشكل عام من بوليمريز الحمض النووي
T7 3- ريبوزومز(متسلسلة 16Sوالسماح بتحويل المتسلسلة العكسية Shine-Dalgarno بشكل مستقل mRNAمطابق لتغيير متسلسلة
Shine-Dalgarno) 4- ترميز حمض الأمين غير الطبيعي في tRNA. شاهد توسيع الشفرة الراثية