يحتاج تركيب البروتين في الخلية على شكل تتابع أحماض أمينيه إلى ترجمة نسخة من المعلومات الوراثية المحمولة على جزيء الـARNm ( الشفرة الوراثية) و التي تتمثل في تتابع للقواعد الآزوتية.

الاشكالية : كيف تترجم الشفرة الوراثية إلى بروتين؟

1.الشفرة الوراثية:

-تتكون الشفرة الوراثية (الـARNm )المتمثلة في تتابع القواعد الأزوتية (لغة نووية) من 4 أحرف وهي  :  A.G.C.U ، وتتكون اللغة الثانية (اللغة البروتينية) من 20 حمض أميني مكونة البروتينات.

الإشكالية: ماهو عدد النيكليوتيدات التي تشفر إلى حمض أميني معين في البروتين؟

الاحتمالات:

- الاحتمال الأول: كلمات نووية مكونة من قاعدة أزوتية واحدة.

- الاحتمال الثاني: كلمات نووية مكونة من قاعدتين أزوتيتين.

- الاحتمال الثالث: كلمات نووية مكونة من 3 قواعد آزوتية.

المطلوب:

1: ماهو عدد الكلمات المتشكلة في كل احتمال؟                                   2 : ماهو الاحتمال الصحيح؟ علل اجابتك .

الإجابة:

1: الاحتمال الأول: إذا كانت الكلمة النووية مكونة من قاعدة أزوتية فهذا يؤدي إلى تواجد 4¹=4 كلمات نووية وبالتالي عدم توافق عدد الكلمات النووية وعدد الأحماض الامينية ويبقى 16 حمض أميني بدون شفرة.

- الاحتمال الثاني: إذا كانت الكلمة النووية مكونة من قاعدتين أزوتيتين فهذا يؤدي إلى تواجد 4²=16 كلمة نووية، لا يوافق هذا العدد عدد الأحماض الامينية المتواجدة، بحيث تبقى 4 أحماض امينية بدون شفرة.

- الاحتمال الثالث: إذا كانت الكلمة النووية مكونة من ثلاث قواعد أزوتية يكون عدد الكلمات النووية هو 4³=64 كلمة نووية.

2:  الاحتمال الصحيح  هو الاحتمال الثالث بالرغم من أنه يعطي أكثر من 20 كلمة. التعليل : يمكن أن يكون للكلمة الواحدة من اللغة البروتينية عدة مرادفات من اللغة النووية.

نتيجة: إن وحدة الشفرة الوراثية عبارة عن ثلاثية من القواعد الآزوتية تدعى الرامزة وتشفر لحمض أميني .

2-  جدول الشفرات الوراثية:

-توضح الوثيقة (1) جدول الشفرات (الرامزات) الوراثية و الأحماض الآمينية التي تقابلها.

المطلوب:

1: بالاعتماد على نتائج الجدول علل الفرق في عدد الكلمات بين اللغة النووية و البروتينية.

2: هل يمكن أن يكون للكلمة الواردة من اللغة البروتينية عدة مرادفات في اللغة النووية؟ تعرف على مختلف الاحتمالات.

3: هل لكل الكلمات في اللغة النووية معنى في اللغة البروتينية ؟ علل ذلك.

الإجابة:

1: يعود الفرق في عدد الكلمات بين اللغة النووية و البروتينية (20 حمض أميني مقابل 64 رامزة) إلى :

- عدة رامزات تشفر لحمض أميني واحد.

- بعض الرامزات لا تشفر لأي حمض أميني.

2: نعم يمكن أن يكون للكلمة الواحدة من اللغة البروتينية عدة مرادفات من اللغة النووية.

مختلف الاحتمالات من الجدول:

- مرادفة واحدة: الميثيونين (AUG)، التربتوفان (UGG).

- مرادفـــــــين:  فنيل ألانين، التيروزين، الهيستيدين ، الليزين، الغلوتاميك، الأسبارتيك، الأسبارجين، الغلوتامين، التيروزين، السيستيين.

3 مرادفات: إيزولوسين.

4 مرادفات: ألانين، أرجنين، غليسين، ثريونين، البرولين، الفالين.

6 مرادفات: السيرين ،اللوسين.

3: ليس لكل الكلمات في اللغة النووية معنى في اللغة البروتينية لأنه هناك ثلاثة رامزات لا تشفر لأي حمض أميني بل تتحكم في إيقاف تركيب البروتين لذلك تدعى برامزات بدون معنى أو رامزات التوقف وتتمثل في: UAA-UAG-UGA.

*الرامزة (AUG) التي تشفر إلى المثيونين هي أول رامزة يتم ترجمتها لذلك تدعى برامزة الانطلاق.

متطلبات الاستنساخ: من خلال الوثيقة نلاحظ أن عملية الاستنساخ تتطلب:

· مورثة ( ADN ).

· 4 أنواع من النيوكليوتيدات الداخلة في تركيب ARN .

· إنزيم ARN بوليمراز.

· الطاقة.

ب- مراحل الاستنساخ:

رقم 1 يمثل الوضعية التي تكون عليها المورثة قبيل انطلاق الاستنساخ؟ أي أن انطلاق الاستنساخ يتطلب تعرف ثم ارتباط الإنزيم ARN بوليمراز ببداية المورثة.

-الأرقام 2 ، 3 و 4 على التوالي، تمثل خطوات حدوث عملية الاستنساخ وهي الانطلاق والاستطالة ثم النهاية  .

ج- مراحل الاستنساخ: تمر عملية الاستنساخ بثلاث خطوات وهي:

الانطلاق: يرتبط الانزيم ARNبوليميراز بمنطقة بداية المورثة ويقوم بفتح سلسلتي ADN بعد تكسير الروابط الهيدروجينية، يبدأ الانزيم بقراءة تتابع القواعد على احدى سلسلتي ADN  وربط النيكليوتيدات الموافقة لها لتركيب سلسلة من ARN، تعرف السلسلة التي يتم استنساخها بالسلسلة المستنسخة.

الاستطالة: وفيها ينتقل الانزيم ARN  بوليميراز على طول المورثة لقراءة المعلومات على جزئ  ADN وربط نيوكليوتيدات ARN وفق تتابعها في سلسلة ADN.

النهاية: وفيها يصل الانزيم الى نهاية المورثة حيث تتوقف استطالة ARNm الذي ينفصل عن ADN وينفصل الانزيم و تلتحم سلسلتي ADN من جديد.

هل تعلم ؟

هناك أنواعا أخرى من ARN منها :

* ARN النووي الصغير(small nuclear ARN( ARN-sn)يلعب دورا مهما في معالجة ARNm الاولي في نواة الخلايا حقيقة النوى.

* جزيئات التعرف إلى إشارة عديد الببتيد (signal recognition particles-SRP ARN): توجه سلسلة عديد الببتيد نحو الشبكة الإندوبلازمية المحببة.

* ARN المثبط اكتشف مؤخرا، و يلعب دورا مهما في إيقاف عملية الترجمة على سلسلة ARNm، حيث يوجد إنزيم يكون ARN i متمم لجزء صغير من ARNm فيرتبط معه و يوقف عملية ترجمته.

و تجري الدراسات حاليا لاستخدامه في علاج مرض السرطان و بالتالي يمكن إيقاف انقسام الخلايا السرطانية من خلال إيقاف عملية ترجمة البروتينات من ARNm و التي تسبق الانقسام .

• وصف مراحل حدوث عملية الترجمة: تتضمن الترجمة ثلاث خطوات و هي:

مرحلة الانطلاق(البداية) : يرتبط ARNm بتحت الوحدة الصغرى للريبوزوم و يتوضع ARNt الخاص بالحمض الأميني المثيونين على رامزة الانطلاقAUG  في ARNm في الموقعP  للريبوزوم. يتم تعرف ARNt على الرامزات الثلاثية الموجودة على ARNm عن طريق الرامزة المضادة.

ترتبط تحت الوحدة الكبرى ويتشكل بذلك معقد الانطلاق، ثم يرتبط ثاني حمض أميني نشط ،يتم تكوين الرابطة البيبتيدية بين الحمض الأميني الأول و الثاني بتدخل إنزيمات خاصة وطاقة، ينفصل ARNt الأول عن الحمض الأميني   كما ينفصل ARNt بدوره عن الموقع P للريبوزوم.

ب)-مرحلة الاستطالة: ينتقل الريبوزوم خطوة واحدة (رامزة واحدة على الـ ARNm) مما يؤدي إلى تواجد ARNt الحامل لثنائي البيبتيد في الموقع P ويصبح الموقع A فارغا لاستقبال ARNt الحامل لحمض أميني أخر حيث تبدأ خطوة جديدة تؤدي إلى تثبيت حمض أميني ثالث وهكذا تستطيل السلسلة البيبتيدية بمقدار حمض أميني واحد في كل خطوة.

ج- مرحلة النهاية: يصل فيها الريبوزوم إلى رامزة التوقف (UAA/UGA/UAG) على جزيء الـARNm ،عندها تنفصل السلسلة البيبتيدية المتكونة وينفصل الـ ARNt الأخير و تنفصل تحت وحدتي الريبوزوم عن بعضهما، كما ينفصل أول حمض أميني وهو المثيونين.

-يمكن لهذا الريبوزوم و لريبوزوم أخر أن يعيد الدورة وينطلق في تشكيل سلسلة ببتيدية أخرى.