المساعدة رجاء

[tigger]

الشفيرة الوارثية

علمنا أن اللغة الوارثية مكونة من اربع احرف هى( A – T– G - C ) بينما البروتين يتكون من 20 نوع من وحدات البناء تسمى الأحماض الأمينية .
وتترابط الأحماض الأمينية مع بعضها البعض بترتيب معين وبعدد معين لصنع البروتين المطلوب ... كل هدا يجعلنا نتسأل هدا السؤال المهم :

كيف يمكن للترتيبات المكونة من الحروف الاربعة ( النيوكليوتيدات الاربعة ) أن تصف وتحدد الـــ20 نوعاً من الأحماض الأمينية فى البروتين ؟!!! ما الحل ؟؟

الحل هو أن نجعل كل 3 نيوكليوتيدات مصفوفة بعضها الى جوار البعض فى الجين لتحدد او لتصف حمضاً أمنيا واحداً فى البروتين .
فبكل بساطة عندما يتم تحديد ترتيبات مكونة من 3 نيوكليوتيدات بحيث يعنى كل ترتيب كلمة شفرية يناظره حمض أمينى واحد .وعلى هدا فأن ترتيب هده الكلمات الشفرية على الجين يخبر الخلية بترتيب الأحماض الأمينية المطلوب لبناء البروتين معين .
وبدلك تستطيع الحروف الاربعة النيوكليوتيدات المختلفة أن تكون 64 كلمة شفرية .


وبما أن الشيفرة الوارثية لا تحتاج الا لوصف 20 حمض أمينياً..فان بعض هده الكلمات ذات الحروف الثلاثة تصف نفس الحمض ..فهناك حمض أميني اسمه ليوسين يمكن أن يتحدد بأي واحدة من الكلمات الاتية
U C G أو U C A أو U C C أو U C U
( يمكنك معرفة المزيد بالنظر الى جدول الشفرة الوارثية )
وهناك أيضاً بعض الكلمات الشفرية التى تحدد بداية الجين ونهايته .

كما أن هناك ترتيبات معينة من النيوكليوتيدات تعمل مثل الاشارات التى تواجه البروتينات المنظمة لعمل الجينات .فبعض هده الاشارات تعطي رسالة للبروتين المنظم أن ينشط الجين أو يقوم بعمل نسخة منه لارسالها الى مصانع البروتين

وهل تنطبق الشيفرة الوارثية على البشر فقط ؟؟

بالطبع لا ... فالشيفرة الوارثية تعتبر أحد قوانين الحياة الأساسية .
ومن العجيب أن هده الشفرة تطبق على جميع الكائنات الحية على كوكبنا .
فكل الكائنات الحية التى نعرفها سواء كانت بكتريا او فطريات او حتى تفاحة ...كلهم يستخدمون نفس الشفرة الوارثية من أجل تحديد نفس الأحماض الأمينية العشرين .

ومن الغريب أن هناك تشابها فى الجينات الخاصة بانتاج البروتينات الشائعة الموجودة فى الانسان ومثيلتها فى البكتريا ويدل هدا على اننا جمعياً نشترك فى صفات اساسية فى كل المخلوقات .وأن الصانع كله واحد وهو الله عزوجل .


جدول يوضح حروف الشيفرة الوراثية الاربعة وما يقابلها من احماض امينية :




"يمكن رؤية الصورة بشكل واضح بالملف المرفق"


ولكن كيف تصنع البروتينات ..؟؟

الخطوة الأولى من عملية صنع البروتين تحدث فى النواة وتتمثل فى نسخ صورة من جين على هيئة الشريط رنا الرسول RNAm (Messenger RNA ) والدى يعمل كقالب لشريط الدنا او نسخة منه .
ثم يغادر هدا الرسول RNAm النواة ويذهب الى السيتوبلازم ليعطى المعلومات الى أجهزة الريبوسومات التى تبدأ على الفور بقرءاة هده المعلومات أو هده الشفرة الوارثية ودلك بملاحقة الأحماض الأمينية الموجودة فى الخلية ووضعها على هيئة صف بالترتيب السليم وبالعدد المضبوط .

وهنا يكتمل صنع سلسلة البروتين التى تكون مثل العقد المكون من حبات الخرز المتراصة وطبعاً لكى تصنع الريبوسومات البروتينات ..عليها أن تربط الأحماض الأمينية فى ترتيب معين تحدده المعلومات والوصفة التى على الجين ويعتبر ترتيب الوحدات فى أى بناء حيوى من القوانين الأساسية فى ارساء قواعد الحياة على كوكبنا .




ويتم تصنيع البروتين بالخطوات التالية :

1- نسخ الشفرة الوارثية المكونة للبروتين من الدنا بواسطة الرنا الرسول RNAm

يتميز سلم الدنا بقدرته على أن ينفتح بالضبط عند نقطة بداية الجين حتى تنفصل سلستا السلم
وتصبح النيوكليوتيدات عليها غير مرتبطة ومكشوفة ..
والأن تأتى بروتينات متخصصة تسمى أنزيمات البلمرة polymerases لتؤدى عملاً مهما .
فهى تقرأ النيوكليوتيدات على كل سلسلة منفردة لتكون سلسلة جديدة مكونة لها .
فعندما تقرأ النيوكليوتيد A فأنها تضع امامه T وعندما ترى C فأنها تضع امامه G ثم تربطA بــــ U
لتكون بداية السلسلة الجديدة من النيوكليوتيدات المتصلة التى تسمى بالرنا الرسول RNA messesenger

مع العلم انه بعكس سلاسل الدنا التى تحتوى على نيوكليوتيد T مرتبطاً مع A
فان سلسلة الرنا لا تحتوى على نيوكليوتيد T بالضبط ولكنها تحتوى بدلا منه على نيوكليوتيد يسمى U
ادا كل سلاسل الرنا فى الخلية تحتوى على نيوكليوتيد A و U مرتبطة بعضها ببعض دائماً وكدلك C و G

ويلاحظ ان واحد من شريطين الدنا فقط هو الدى يعمل كقالب لتكوين شريط الرنا الرسول لانه يحمل كودون البداية AUG الدى يخبر الانزيم بنقطة بداية نسخ الرنا الرسول ... وتسمتر عملية النسخ الى ان يأتى كودون النهاية UAA فينفصل شريط الرنا الرسول حاملاً الرسالة او الوصفة المطلوب تصنعيها .
( يمكنك معرفة كودونات البداية وكودونات التوقف او النهاية من جدول الشفرة الوارثية السابق )

وبعد تكوين الرنا الرسول فانها تنفصل عن الدنا .. وبهدا تصبح سلسلة الرنا الرسول على تحتوى على نسخة طبق الأصل من الجين على الدنا.فيغادر الرنا النواة الى حاملا الرسالة ويتجه الى مصانع البروتين وهى الريبوسومات .
لدلك البروتينات المختلفة طبقاً للجينات المختلفة أى ان المعلومات والخطط الازمة لصنع بروتين معين .
وهده العملية تسمى بعملية النسخ Transcription .

2- نقل وتجميع الاحماض الأمنية بواسطة الرنا الناقل RNAt Transfer RNA :

يوجد فى السيتوبلازم على هيئة جزئيات صغيرة تنقل الأحماض الأمنية من السيتوبلازم الى الريبوسومات
وكل جزئ من الرنا الناقل يلتحم بنهاية معينة للحمض الامينى وبالنهاية الاخرى او الطرف الاخر من الرنا يحمل الكودون المضاد لتتابع معين من القواعد بحيث يقابل ويتكامل مع الكودون القادم من الرنا الرسول ويتم دلك التكامل فى الريبوسوم .
ويلاحظ انه برغم تشابه جزئيات الرنا الناقل الا ان كل حمض أمينى له الرنا الخاص به .



3- ترجمة الشفرة الوارثية عن طريق الرنا الريبوسومى RNAr Ribosomal RNA
يدخل مع البروتين فى تكوين الريبوسوم وهو العضى المسئول عن تكوين البروتين .
وهو يتكون من تحت وحدتين وهما صغيرة وهى التى تلتحم بطرف الرنا الرسول عند بدء عملية ترجمة البروتين .. اما الكبيرة فتلتحتم مع الصغيرة عند الترجمة ، ويمر من خلالهما شريط الرنا الرسول ليتم ترجمته الى احماض امنية والتى بعد دلك تلتف وتكون البروتين .


هل يتم انتاج البروتينات فى الخلايا فقط ؟

برغم ان البروتينات متناهية الصغر ..ادا رصصنا مليونين من البروتينات بعضها الى جوار البعض فانها سوف تغطى مساحة أقل من المليمتر الا انها فى غاية التعقيد لدرجة انه لا يمكن صنعها الا فى الخلية.
وتتصف البروتينات النوع الواحد بان لها نفس الشكل وتؤدة نفس الوظيفة .ووتحد الانواع المختلفة من البروتينات اشكالا مختلفة مثل الكرة أو العصا أو الشريط أو الانبوبة وكل شكل يتم اعداده لاداء وظيفة معينة

وبعد أن يتم تجميع حبات الأحماض الأمينية لتكون سلسلة البروتين فان السلسلة تتلتف حول نفسها ليتحدد الشكل النهائى للبروتين وهو الشكل الدى يحدد وظيفة البروتين .ثم يتجه البروتين الجديد ليتخذ موقعه فى الخلية او خارجها على حسب الوظيفة فبروتين الفيبرين مثلا يصدر خارج الخلية الى الدم ليؤدى وظيفته هناك وعادة تجتمع بروتينات متشابهة أو مختلفة بعضها البعض وتتفاعل حتى تشترك فى القيام بعمل واحد .


مستويات التركيب في البروتينات ( Levels of Structure in Proteins):

أ- التركيب الأولي (Primary Structure) :
- اتحاد الأحماض الأمينية مع بعضها البعض بواسطة الروابط الببتيدية لتكوين الجزيء الأفقي من متعدد الببتيدات.



ب- التركيب الثانوي (Secondary Structure):
- الببتيدات ذات التركيب الأولى يكون لها تركيبا ثانويا.
- التركيب الثانوي هو شكل البروتين الناشئ عن روابط هيدروجينية (Hydrogen bonds).
- وينتج هذا التركيب من ارتباط بين ذرة الهيدروجين التابعة لمجموعة الأمين في أحد الأحماض الأمينية وذرة الأوكسجين التابعة لمجموعة الكاربوكسيل التابعة لحامض أميني آخر بواسطة الرابطة الهيدروجينية. يبعد عن الأول بثلاث وحدات أمينية.






- تكرار الروابط الهيدروجينية بهذه الطريقة يعطى للجزيء شكلا حلزونيا.(Spiral configuration)
- يتخذ الشكل الحلزوني المظهر الليفي (Fiprous) مثل بروتين الكولاجين المكون للألياف البيضاء.
- هذا النوع من البروتينات غير قابلة للذوبان في الماء مثل برتينات الشعر والأظافر.
- يؤدى الشكل الحلزوني إلى إعطاء شكلا ذو أبعاد ثلاثة: طول وعرض وارتفاع.


جـ- التركيب الثالثي (Tertiary Structure)
- يحدث للحلزون متعدد الببتيدات التفاف و انثناء حول نفسه عدة مرات في جميع الاتجاهات منتجا بذلك جزيئا بروتينيا ذو شكل حبيبي ( Globular ).
- قابل للذوبان في الماء مثل بروتينات الإنزيمات.
- يشبه جزيء البروتين في هذه الحالة خيطا طويلا ملفوفا على هيئة كرة. (الشكل 16)
- الجزيء البروتيني الحبيبي له ثلاث مستويات من التركيب: التركيب الأولى والتركيب الثانوي والتركيب الثالثي.



هناك ثلاث أنواع رئيسية من الروابط الكيميائية التي تؤدى إلى التركيب الثالثى للبروتين:
ا- روابط هيدروجينية: تعمل على ربط أجزاء بعيدة أو قريبة من جزيء متعدد الببتيدات.
2 - روابط أيونية (Ionic bond): بين مجموعة كربوكسيل حرة في أحد طرفي متعدد الببتيدات ومجموعة أمين حرة في الطرف الآخر المتعدد الببتيدات.
3 - روابط ثنائي الكبريتيد (disulfide bonds): بين ذرتي الكبريت في حامضين امينيين يبعدان عن بعضهما البعض بمسافة معينة.


د- التركيب الرباعي (Quaternary Structure) :
- اتحاد عدد معين من جزيئات متعدد الببتيدات المتشابهة أو المختلفة على هيئة حزمة.
- الروابط التى تعمل على ربط سلاسل متعدد الببتيدات مع بعضها البعض بهذه الطريقة هى نفس الروابط الكيميائية التى سبق ذكرها.
- هرمون الأنسولين يتكون من سلسلتين مختلفتين من متعدد الببتيدات. يربطهما رابطتين من روابط ثنائي الكبريتيد.
- الهيموجلوبين يتكون من أربع سلاسل من متعدد الببتيدات.
- كل سلسلة تمر بالمستويات الثلاث الأولى في تركيبها وعندما تتحد يظهر التركيب الرباعى للبروتين.
- التركيب الرباعي يحدث نتيجة لروابط بين أكثر من سلسلة واحدة.
- ولهذه المستويات الأربعة من التراكيب دورا كبيرا فى تحديد الخواص التابعة للبروتين.
- اختلاف البروتينات في خواصها منشأه الاختلاف في هذه المستويات الأربع.