بناء البروتين
((DNA يكون RNA، وRNA يكوّن البروتين))
درست سابقًا أن DNA هو شيفرة للبروتينات. ولكن DNA يوجد في النواة، وتُصنع البروتينات في الرايبوسومات التي توجد في السيتوبلازم خارج النواة. لا بد إذًا من وجود طريقة تصل عبرها المعلومات من DNA إلى الرايبوسومات؛ واستخدام جزيء وسيط يوفر الحل. ففي عام 1961 م، اقترح العالمان الفرنسيان جاكوب Jacob ومونود Monod أن الجزيء الوسيط
قد يكون RNA، ووصفاه بأنه RNA مرسال Messenger RNA، واختصارًا mRNA، وتبيّن فيما بعد صحة هذا الاقتراح؛ وقد لخصا بدقة عملية بناء البروتين في عبارة ((DNA يكوّن RNA، وRNA يكوّن البروتين)). تبيّن هذه العبارة أن بناء البروتين عملية تحدث على مرحلتَين: المرحلة التي فيها DNA يكوّن mRNA وتسمّى النسخ Transcription، والمرحلة التي تشفَّر فيها الرسالة التي يحملها mRNA لتكوين البروتين وتسمّى الترجمة .Translation
النسخ
يحدث النسخ في النواة (حيث يوجد DNA)، ويسمّى الإنزيم المسؤول عن النسخ RNA بوليميريز. يرتبط إنزيم RNA بوليميريز ببداية الجين المراد نسخه، ويبدأ بفك التفاف DNA للجين ويؤدي ذلك إلى كسر الروابط الهيدروجينية بين أزواج القواعد بين الشريطين (انفكاك DNA)، وبالتالي تكوين شريطين منفصلين لجزء من DNA (في الجزء المفكوك) مع بقاء تركيب اللولب المزدوج الطبيعي على جانبيه (الشكل ١-١٠). ويتم نسخ أحد الشريطين فقط، الذي يسمى الشريط القالب Template strand أو شريط النسخ strand Transcribed. يبيّن جدول DNA الوارد في الملحق ٢ الثلاثيات في شريط النسخ أو القالب.
ويسمى الشريط الآخر شريط اللانسخ أو اللاقالب. وتتكوّن نسخة mRNA المكملة من شريط النسخ.
تذكّر أن RNA يحتوي على القاعدة يوراسيل بدلًا من الثايمين. وهذا يعني أن القواعد A,G,T,C في DNA تنسخ في RNA
على شكل U,C,A,G على التوالي. يبيّن الشكل ١-١٠ تتابعًا قصيرًا من جزيء DNA يشفّر لأربعة أحماض أمينية.
تشفّر كل مجموعة من ثلاث قواعد لحمض أميني واحد، (شيفرة ثلاثية). الشريط السفلي ‘3 إلى 5 هو الشريط القالب (شريط النسخ). وعند القراءة من الطرف الأيسر لشريط القالب، تلاحظ الثلاثية الأولى CAA. وهذه هي شيفرة DNA للحمض الأميني فالين Valine.
يتكوّن جزيء mRNA من نيوكليوتيدات توجد حرة في النواة. ومع انتقال RNA بوليميريز على طول الجين، تقترب النيوكليوتيدات الحرة وترتبط بروابط هيدروجينية مع النيوكليوتيدات المكملة لها في الشريط القالب. ومع وصول
كل نيوكليوتيد يقوم إنزيم RNA بوليميريز بربطه إلى جزيء mRNA النامي برابطة فوسفات ثنائية الإستر، ومع تكوّن
تلك الروابط تتكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيء mRNA والشريط القالب. انظر إلى المسمى ((جزيء mRNA
النامي» الوارد في الشكل ١-١١. وفي النهاية يتم الوصول إلى كودون إيقاف، فيطلق عندها إنزيم RNA بوليميريز
جزيء mRNA الذي اكتمل تكوينه حرًا في النواة، ويغادر إنزيم RNA بوليميريز جزيء DNA الذي يعود للشكل اللولبي.
يبيّن الشكل ١-١١ عملية النسخ.
يغادر mRNA النواة عبر الثقوب النووية في الغلاف النووي، وهو شريط مفرد من عديد نيوكليوتيد، وبعد تكوّنه لا
ينطوي ليشكل تركيبًا أكثر تعقيدًا (انظر الشكل ١-١١)، عكس النوعَين الآخرَين من RNA المشاركين في عملية
الترجمة (tRNA و rRNA).
تعديل mRNA
في حقيقيات النواة، mRNA يتم تعديله Modification (تغيير جزئي) قبل أن يغادر النواة. ويسمّى الجزيء الأصلي قبل
تعديله نسخة RNA الأولية Primary transcript RNA. وتسمّى عملية التعديل معالجة RNA Processing RNA. وإحدى
خطوات المعالجة هي الربط Splicing. يتضمن الربط بداية إزالة التتابعات غير المشفرة، والتي تسمى إنترونات
.Exons من النسخة الأولية، ثم ربط تتابعات التشفير المتبقية معًا، والتي تسمى إكسونات ،Entrons
لا يزال الجدل دائرًا حول وظيفة الإنترونات. يعرف العلماء أن إنترونات DNA يمكن أن تساعد في تنظيم نشاط
الجينات، ويعرفون أيضًا أن جزيء النسخة الأولية في بعض الحالات يمكن أن يُربط بطرائق مختلفة (الربط البديل
Alternative splicing)، لينتج منه جزيئات mRNA مختلفة عن النسخة الأولية الأصلية. وتؤدي هذه الجزيئات المختلفة
من mRNA إلى إنتاج بروتينات مختلفة، وهذا يعني أن جينًا واحدًا يمكن أن يشفر لعدة بروتينات مختلفة أو عدة
أشكال من البروتين نفسه.
الترجمة
الترجمةُ Translation هي العملية التي يتم من خلالها تحويل تتابع القواعد في mRNA إلى تتابع الأحماض الأمينية في عديد ببتيد. وكما درست، فإن تتابع القواعد في جزيء mRNA هو نسخة مكملة من جين يشفر لعديد ببتيد معيّن. تقرأ شيفرة
DNA في مجموعات من ثلاث قواعد. وتسمّى المجموعة المكملة للقواعد الثلاث المشفرة للحمض الأميني في mRNA كودون Codon. يبيِّن الملحق ٢ ثلاثيات DNA وكودونات mRNA المكملة لها.
الترجمة عملية معقدة، حيث إن عضية الرايبوسوم تعمل على وضع جميع الجزيئات المرتبطة بهذه العملية معًا. تذكّر أن كل رايبوسوم مكوّن من وحدتَين: وحدة صغيرة ووحدة كبيرة، وأنها تتكوّن من rRNA وبروتين.
تتضمن الترجمة النوع الثالث من RNA وهو tRNA، ووظيفته نقل الأحماض الأمينية إلى الرايبوسوم. يبيّن الشكل
١-١٢ تركيب جزيء tRNA.
تتوافر رسوم متحركة للترجمة على شبكة الإنترنت، وهي تساعد في تطوير فهم الطبيعة الديناميكية للعملية.
يمثل tRNA رابطًا بين mRNA وتتابع الأحماض الأمينية في البروتين. لكل حمض أميني جزيء tRNA معيّن يحمله.
يرتبط الحمض الأميني بأحد طرفي الجزيء (الشكل ١-١٢)، وفي الطرف الآخر من الجزيء تبرز ثلاث قواعد تشكل
الكودون المضاد Anticodon، وهي مكملة لكودون الحمض الأميني المحمول على tRNA، والإنزيمات مسؤولة عن
التأكد من أن كل tRNA ينقل الحمض الأميني الصحيح.
لبدء الترجمة، يرتبط الرايبوسوم بجزيء mRNA الذي يظهر محصورًا داخل أخدود بين وحدتَي الرايبوسوم (الصغيرة
والكبيرة)، ويصبح جاهزًا لاستقبال أول جزيء tRNA. يبيّن الشكل ١-١٣ تسلسل الأحداث بعد ذلك.
يدخل إلى الرايبوسوم جزيء tRNA الأول وبه الكودون المضاد والمكمل لأول كودون على mRNA ويرتبط برابطة
هيدروجينية مع الكودون. يمكن أن يستقبل الرايبوسوم جزيئين من tRNA في الوقت نفسه، لذا فإن tRNA الثاني يدخل
الرايبوسوم، والذي يحتوي على الكودون المضاد الذي يطابق الكودون الثاني في mRNA. وبذلك يتموضع الحمضان
الأمينيان اللذان نقلهما جزيئان من tRNA أحدهما بجوار الآخر، وتتكوّن رابطة ببتيدية بينهما. بعد ذلك يغادر أول
tRNA، ويتقدم الرايبوسوم كودون واحد إلى الأمام، ويدخل tRNA الثالث، ناقلا الحمض الأميني التالي. وتتكرر هذه
العملية إلى حين الوصول إلى كودون إيقاف. ثم يغادر عديد الببتيد المكتمل الرايبوسوم، وينطوي ليشكل التركيب
الثانوي والثالثي. وتساعد بروتينات خاصة في عملية الطي هذه وتتحكم فيها، وقد يدخل عديد الببتيد الشبكة
الإندوبلازمية الخشنة لينقل إلى جزء آخر من الخلية.
مصطلحات علمية
النسخ Transcription:
نسخ المعلومات الجينية في جزيء DNA وتحويلها إلى شريط مكمل من mRNA، ويستخدم شريط واحد من شريطي DNA
كقالب أثناء عملية النسخ (يسمّى شريط القالب أو شريط النسخ)، والتي يقوم بها إنزيم RNA بوليميريز.
الترجمة Translation:
مرحلة من مراحل عملية بناء البروتين يتم خلالها تحويل (ترجمة) تتابع النيوكليوتيدات في جزيء (mRNA) المرسال RNA
حسب قواعد الشيفرة، إلى تتابع مقابل من الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد، وهي تحدث في الرايبوسومات.
كودون Codon:
تتابع من ثلاث قواعد على جزيءmRNA الذي يشفّر لحمض أميني معيّن أو شيفرة إيقاف أو شيفرة بدء.
الكودون المضاد Anticodon:
تتابع من ثلاث قواعد غير مزدوجة Unpaired على جزيء tRNA ترتبط مع الكودون على . mRNA
