الحمض النووي الريبوزي RNA وتخليق البروتينات

الحمض النووي الريبوزي RNA وتخليق البروتينات


هناك طرازين من الأحماض النوويه ، أولهما هو الحمض النووي الدي أوكسي ريبوزي أو ما يعرف إختصارا باسم "دنا" DNA (Deoxyribonucleic Aicd)، وقد سبق لنا تناوله . أما الطراز الثاني فهو الحمض النووي الريبوزي (RNA Ribnucleic Acid). ويختلف الحمض RNA عن DNA في أمور أساسيه نذكر منها ما يلي :
- أن الوحده البنائيه لحمض RNA هى نيوكليوتيدات يتكون كل منها من جزئ سكرريبوز ribose يرتبط من ناحيه بإحدى القواعد النيتروجينيه ، ومن ناحية أخرى بمجموعة فوسفات . أما الوحدات البنائيه في حمض DNA فهي دي أوكسي نيوكليوتيدات تحتوي على جزئ دي أوكسي ريبوز Deoxyribose أي ريبوز منزوع منه ذرة أوكسيجين .
كما أن القواعد النيتروجينيه في الحمض النووي RNA هى اليوراسيل uracil ويرمز له بالحرف (U) والأدنين والجوانين والسيتوسين . ومن الواضح هنا أن اليوراسيل يوجد في حمض RNA ولا يوجد في حمض DNA ، كما أن الثايمين يوجد في حمض DNA ولا يوجد في حمض RNA .
- أن حمض RNA تنتظم وحداته البنائيه في شريط واحد one strand ، بينما حمض DNA يتكون من شريطين من الوحدات البنائيه يلتفان حول بعضهما البعض كما رأينا من قبل .

ويوضح شكل (1) شكل جزئ الريبوز الموجود في الحمض النووي RNA .
ويوضح شكل (2) شكل جزئ دي أوكسي ريبوز الموجود في الحمض النووي DNA .
ويوضح شكل (3) شكل جزئ القاعده النيتروجينيه يوراسيل الموجوده في الحمض النووي الريبوزي RNA فقط .
ويوضح شكل (4) شكل نيوكليوتيد محتويا على سكرالريبوز في الوسط الذي يرتبط من ناحيه بمجموعة فوسفات ومن ناحية أخرى بالقاعده النيتروجينيه يوراسيل . وعلى ذلك فإن هذا النيوكليوتيد يعتبر من الوحدات البنائيه للحمض النووي الريبوزي RNA .
ومن المهم أن ندرك أن شريط جزئ RNA يتم تخليقه أمام أحد شريطي جزئ DNA وذلك من الوحدات البنائيه الموجوده بالخليه وتسمى هذه العمليه "نسخ Transcription"
ومن المهم أن ندرك أن تتابع الدي أوكسي نيوكليوتيدات في شريط حمض DNA هو الذي يتحكم في تتابع النيوكليوتيدات عند بناء شريط حمض RNA . ويلاحظ أنه عند موقع وجود الثايمين (T) على شريط DNA يتم وضع أدنين (A) في شريط RNA . وعند وجود الأدنين (A) على شريط DNA يتم وضع يوراسيل (U) في شريط RNA . وعند وجود سيتوسين c على شريط DNA يتم وضع جوانين في شريط RNA .
وعند وجود جوانين (G) على شريط DNA يتم وضع سيتوسين (C) في شريط RNA . وبعد تمام تخليق شريط حمض RNA ينفصل عن شريط حمض DNA .
وقد سبق القول بأن الحمض النووي الدي أوكسي ريبوزي DNA الموجود في نواة الخليه يحمل الجينات genes .
وقد قدر أن عدد الجينات في الإنسان يبلغ حوالي 38 ألف جين . ويدرك العلماء أن الجينات في أية خلية في الجسم ليست كلها نشطه في جميع الأوقات ، فقد تنشط بعض الجينات فترة ما ثم تدخل في مرحلة عدم نشاط .
كذلك فهناك جينات لا تعمل في بعض خلايا الجسم بينما تعمل في خلايا أخرى . مثال ذلك فإن الجينات المسؤوله عن تكوين إنزيم الببسين تكون نشطه في خلايا بطانه المعده حيث أن إفراز إنزيم الببسين ضروري لهضم البروتينات في المعده ، بينما هذه الجينات تجدها خامده في باقي خلايا الجسم . كذلك فإن جينات إنتاج هرمون الإنسولين تكون نشطه في خلايا بيتا في جزر لانجرهانز في البنكرياس ، حيث أن هذه الخلايا هي التي تفرز هذا الهرمون الضروري للتعامل مع سكر الجلوكوز في الدم ، بينما نجد أن هذه الجينات خامده في باقي خلايا الجسم وهكذا .
والجين عند نشاطه يتم نسخه إلى حمض RNA، وعلى ذلك فإن حمض DNA في نواة الخليه لا يتم نسخه باستمرار ولكن فقط أجزاء منه هى التي تنسخ وذلك لبعض الوقت .
وعند نسخ جزء من حمض DNA فإن الشريط من حمض DNA الذي سينسخ ينفك ارتباطه مع الشريط الآخر موقتا إلى أن تنتهي عمليه نسخه ثم يعاود إلتفافه على الشريط الآخر لحمض DNA كما كان الوضع قبل النسخ .
ويوضح (شكل 5أ) فك ارتباط شريط حمض DNA عن زميله وبداية عملية نسخ أمامه لبناء شريط حمض RNA ، حيث يتم هذا البناء بإضافه جزيئات النيوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى وذلك حسب ترتيب الدي أوكسي نيوكليوتيدات في الجزء من شريط DNA المراد نسخه .
ويتضح نفس الشئ في الشكل(5ب) . أما الشكل(5ج) فيوضح شريط حمض RNA بعد تمام النسخ وعوده شكل جزئ DNA إلى وضعه الأصلي . ويطلق على عمليه بناء سلسله عديد الببتيد أمام جزئ RNA اسم ترجمه Translation ، حيث يتم من خلالها ترجمه ترتيب القواعد النيتروجينيه في جزئ m-RNA إلى ترتيب معين للأحماض الأمينيه .
ومن المهم أن ندرك أيضا أن شرائط حمض RNA يتم تخليقها في النواه ، ولكن هذه الشرائط تؤدي وظيفتها في السيتوبلازم .
وفي الواقع فإن هناك ثلاثة طرز من حمض RNA هى :-
- الحمض النووي الريبوزي الرسول messenger RNA or m-RNA .
- الحمض النووي الريبوزي الناقل transfer RNA or t-RNA .
- الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ribosomal RNA or r-RNA .
ولكل من هذه الأحماض النوويه الريبوزيه الثلاثه جينات معينه تقع على الماده الوراثيه DNA .
وتتعاون هذه الأحماض النوويه الريبوزيه معا عند تخليق سلاسل الأحماض الأمينيه التي تكون الماده البروتينيه ، فلكل من هذه الأحماض النوويه الريبوزيه دور معين في عمليه تخليق سلسلة الأحماض الأمينيه . الحمض النووي الريبوزي الرسول تكون ما يحمله من تتابعات النيوكليوتيدات ما يطلق عليه شفرات وراثيه Genetic codes . فلكل ثلاث نيوكليوتيدات متتاليه من حمض الرنا الرسول m-RNA ترمز إلى حمض أميني معين في سلسله الأحماض الأمينيه المراد تخليقها .
وعلى هذا فإن ترتيب ثلاثيات النيوكليوتيدات في حمض الرنا الرسول m-RNA يتحكم في ترتيب الأحماض الأمينيه في سلسله عديد الببتيد .
فمثلا الشفره الوراثيه AUG على حمض m-RNA تستدعي الحمض النووي "مثيونين" ليدخل في بناء سلسلة الأحماض الأمينيه المطلوب بناؤها .
كذلك فإن الشفره الوراثيه UGG على حمض m-RNA تستدعي الحمض الأميني تربتوفان Tryptophane ليدخل في بناء سلسله الأحماض الأمينيه المطلوب بناؤها . ولبعض الأحماض الأمينيه أكثر من شفره واحده تدل عليه . ويصل الحد الأقصى لعدد الشفرات التي تدل على حمض أميني واحد إلى ست شفرات مثل الحمض الأميني سيروتونين Serotonin .

والواقع فإن القواعد النيتروجينيه الأربع في جزئ RNA - إذا ما أردنا توليفها في ثلاث من القواعد في ترتيبات مختلفه فإنه من الناحيه الرياضيه - تكون لدينا (64) توليفه مختلفه على أساس (4)³. وقد قدر أن مجموع عدد الشفرات الداله على العشرين حمض أميني يبلغ 61 شفرة فقط ، أما التوليفات الثلاث الباقيه فلا يدل أي منها على أي من الأحماض الأمينيه ، ولذا فإنها توصف بالشفرات غير الداله nonsense codons . ويوضح شكل (6) الشفرات الداله على كل حمض أميني وتلك غير الداله .
ويعتمد هذا الجدول على وضع القواعد النيتروجينيه الأربع رأسيا في أقصى اليسار تاره ليمثل أيا منها القاعده الأولى في الشفره ، ووضعها تاره أخرى أفقيا في أعلا الجدول ليمثل أيا منها القاعده الثانيه في الشفره ، ووضعها تاره ثالثه رأسيا في أقصى يمين الجدول ليمثل أيا منها القاعده الثالثه ، وبالتالي يمكن تجميع 64 توليفه مختلفة الترتيب من القواعد الأربع .

ويوضح الجدول أن الشفرات غير الداله هي UAA - UAG - UGA وكما سبق أن ذكرنا فإن حمض m-RNA هو الذي يحمل هذه الشفرات الوراثيه . ولكي تترجم هذه الشفرات إلى سلسله من الأحماض الأمينيه (أي تحدث الترجمه) فلابد من تعاون الطرازين الآخرين من الحمض النووي الريبوزي وهما الحمض الريبوزي الناقل t- RNA والحمض الريبوزي الريبوسومي r- RNA .

وغالبا ما يشاهد شريط حمض m- RNA يكون ثنيات على نفسه توصف بأنها "ثنيات دبوس الشعر" Hairpin Folds ، ويبدو أن ذلك يحول دون عملية الترجمة مؤقتا إلى أن يأتي الوقت المناسب الذي يتم فيه "فرد unfolding" هذه الثنيات وتبدأ الترجمه .(شكل 7) .
ويتميز جزئ m- RNA بوجود تسلسل من عدد كبير من النيوكليوتيدات التي تحتوي على الأدنين يعرف باسم "ذيل عديد الأدنين" . ويعتقد العلماء أن هذا التسلسل يعمل على حماية الجزئ من التكسر .
وتجدر الإشاره الى أن الجزء من حمض m- RNA الذي يمثل نسخاً لجين كثيرا ما يحتوي على أجزاء دخيله لا تتم ترجمة شفراتها إلى أحماض أمينينه . وتسمى هذه الأجزاء "إنترونات introns" ، أما الأجزاء التي تترجم الى أحماض أمينيه وتعتبر أجزاء فعاله مكونه للجين فتعرف باسم "إكسونات exons" .
والواقع فإنه بعد تمام عمليه نسخ الجين تتم عمليه حذف للإنترونات ، ويعقب ذلك عمليه التحام splicing للإكسونات مع بعضها البعض(شكل10) ، ثم تجري عمليه "الترجمه" الى أحماض أمينيه بعد ذلك .
ويكون الحمض النووي الناقل transfer RNA شكلا يشبه ورقة نبات البرسيم clover leaf ، والمهم أن ندرك هنا أن طرف الجزئ يرتبط بأحد الأحماض الأمينيه التي ستدخل في سلسلة عديد الببتيد ، ويعتمد نوع الحمض الأميني الذي يرتبط بالحمض النووي الناقل على ثلاثيه القواعد النيتروجينيه الواقعه عند طرف الأنشوطه الوسطى على الجانب الآخر من جزئ t-RNA (شكل 8) . وتوصف هذه القواعد النيتروجينيه الثلاث الموجوده في هذا الموقع باسم "الشفرة المقابله Anticodon" .
واعتماداً على طراز الشفره المضاده الواقعه على جزئ t-RNA يكون ارتباط جزئ t-RNA بطراز معين من الأحماض الأمينيه . وعلى ذلك فإن جزيئات t-RNA تختلف بعضها عن بعض فيما تحمله من شفرات مضاده .
أما الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي r-RNA فإن جزيئاته تتحد مع مواد بروتينيه لتكون أجساما يوصف بعضها "بالوحيدات الكبيره large subunits" وبعضها الآخر يعرف باسم "الوحيدات الصغيره small subunits" . وترتبط كل وحيده صغيره مع وحيده كبيره لتكونا ما يعرف باسم ريبوسومه A ribosome (شكل9) .
ويوجد في سيتوبلازم الخليه الواحده ملايين من الريبوسومات . وقد ترتبط الريبوسومات بالسطح الخارجي لأغشية الشبكه الإندوبلازميه بالخليه ، أو قد توجد هذه الريبوسومات حره في أرضية السيتوبلازم .

منشئ النويه Nucleolar Organizer

تبدو النويه جسماً صغيرا داخل نواة الخليه ، والنويه في الواقع هي تجمع مؤقت لجزيئات حمض r-RNA التي تدخل في تركيب الريبوسومات . وتنشأ هذه الجزيئات عن طريق نسخ لأجزاء معينه من حمض DNA في كروموسومات الخليه الواقعه داخل النواه . وفي الانسان تقع هذه الأجزاء عند الاختناقات الثانويه Secondary Constrictions للكروموسومات أرقام 13 ، 14 ، 15 ، 21، 22 . ويطلق على منطقة إلتقاء الحمض النووي DNA لهذه الكروموسومات اسم "منشئ النويه" .

الترجمه Translation

يقصد بالترجمه بناء تسلسل من الأحماض الأمينيه يعتمد ترتيبه على ترتيب الشفرات في حمض m- RNA .
يوضح الجزء الأيسر من شكل 11 نسخ حمض m- RNA أمام أحد شريطي DNA ، ثم ارتباط حمض m- RNA الناتج مع ريبوسومه ، وكيف أن الريبوسومه تتكون من وحيده صغيره ووحيده كبيره ، وأن الريبوسومه تتسع لشفرتين ، وتبدو بالقرب من الريبوسومه سلسلة عديد الببتيد الناتجه .
والواقع أن هذا الجزء من الرسم تعوزه الكثير من التفصيلات العلميه. ويوضح الجزء الأيمن من الشكل(11) وحدتي الريبوسومه ، ثم ارتباطها بطرف جزئ m- RNA لتبدأ عمليه الترجمه ، وتتحرك الريبوسومه على إمتداد جزئ m- RNA لتنمو سلسله عديد الببتيد وفق ترتيب الشفرات على جزئ m- RNA . وعندما تصل الريبوسومه الى نهاية جزئ m- RNA تكون الترجمه قد تحققت ، فتنفصل سلسله عديد الببتيد بعد تمام تكوينها ، ثم تنفصل وحدتي الريبوسومه بعضهما عن بعض .

ولازال الشكل(11) بجزأيه لا يوضح دور الحمض النووي الريبوزي الناقل t- RNA.
ويوضح شكل (12أ) أن بالريبوسومه موقعين تقديريين هما الموقع P والموقع A .
وهذا الرسم يخص مجموعة الكائنات المعروفه باسم حقيقيات النواه ، وفيها يرمز لخصائص الوحيده الصغيره 30S ويرمز بخصائص الوحيده الكبيره 50S . بينما يرمز للريبوسومه بجزأيها 70S.
ويمكن تلخيص خطوات الترجمه فيما يلي :
(شكل 12أ)

- تتفكك وحيدتي الريبوسومه عن بعضهما البعض
- ترتبط الوحيده الصغيره للريبوسومه بطرف جزئ m- RNA المراد ترجمته . وكما أسلفنا فإن الريبوسومه تتسع لشفرتين .
- يأتي جزئ حمض نووي ريبوزي ناقل r- RNA حاملا حمضاً أمينيا وله شفره مقابله تناسب الشفره الأولى (الاستهلاليه) على m- RNA . وترتبط الشفره المقابله على جزئ حمض t- RNA مع الشفرة على جزئ m- RNA .
- تعود الوحيده الكبيره للريبوسومه للإرتباط مع الوحيده الصغيره . ويلاحظ هنا أن الموقع P للريبوسومه الآن مشغولاً ، أما الموقع A فهو شاغرا .
- يأتي جزئ حمض نووي ريبوزي ناقل t- RNA حاملاً حمضا أمينيا وله شفره مقابله تناسب الشفرة الثانيه على m- RNA . وترتبط الشفرة المقابله على جزئ حمض t- RNA مع الشفرة على جزئ m- RNA . وبذلك يصبح الموقع A في الريبوسومه مشغولاً أيضا .
- ينتقل الحمض الأميني الأول (في الموقع P) إلى الموقع A ليرتبط مع الحمض الأميني الثاني برابطه ببتيديه . وبذا يصبح الحمض الريبوزي الناقل t- RNA في الموقع P لا يحمل حمض أميني ، فينفصل عن موقعه في الريبوسومه إلى أرضية السيتوبلازم ، وبذا يصبح الموقع P شاغراً . (شكل 12ب)
- تتحرك الريبوسومه مسافه شفره واحده ، وبذلك تخرج الشفره الأولى من نطاق الريبوسومه ، وتستوعب الريبوسومه شفره جديده ، وبذلك أيضا يصبح الموقعP من الريبوسومه محتويا على حمض t-RNA يحمل حمضين أمينيين ، بينما الموقع A يكون شاغرا .
- يأتي جزئ حمض نووي ريبوزي ناقل t-RNA حاملاً حمضا أمينيا وله شفره مقابله تناسب الشفره الثالثه على m-RNA . وترتبط الشفره المقابله على جزئ حمض t-RNA مع الشفره على جزئ m-RNA . وبذلك يصبح الموقع A في الريبوسومه مشغولا بجزئ حمض t-RNA حاملا حمضا أمينيا .
- ينتقل الحمضان الأمينييان الأول والثاني من الموقع (P) الى الموقع A ليرتبط الحمض الأميني الثاني مع الحمض الأميني الثالث برابطة ببتيديه ، وبذا يصبح الحمض الريبوزي الناقل t-RNA في الموقع P لا يحمل أحماضا أمينيه ، فينفصل عن موقعه من الريبوسومه إلى أرضية السيتوبلازم ، وبذا يصبح الموقع P شاغراً . وهكذا تتم ترجمه الشفرات الوراثيه واحدة تلو الأخرى ، وبذا تنمو سلسله الأحماض الأمينيه بزياده حمضا تلو الآخر ، حتى تأتي شفره غير داله وهنا تنتهي عمليه الترجمه ، ويتكسر حمض m-RNA إلى وحداته البنائيه وتنفصل وحدتي الريبوسومه عن بعضهما البعض .
وبذا تكون لدينا سلسله أحماض أمينيه ذات مواصفات خاصه حددها في واقع الأمر الجين الواقع على حمض DNA في نواة الخليه ولكن عن طريق وسيط هو حمض m-RNA .

جزاك الله الف خير