الترجمة Translate mRNA

 

الترجمة 

الترجمة Translate mRNA

اقترح شفرة وراثية انطلاقا من مناقشة مختلف الاحتمالات الممكنة بين اللغتين النووية والبروتينية

رأينا في الاستنساخ أن كل نكليوتيدة في السلسلة المستنسخة تقابلها نكليوتيدة ريبية مضافة، أي 4 تقابل 4، أما في عملية الترجمة فلدينا 4 أنواع من النكليوتيدات يجب أن تترجم إلى 20 نوع من الأحماض الأمينية.

كيف يتم الانتقال من تتابع أربع أنواع من الأحرف في جزيئة الـ ARNm (U، A، C، G) إلى تتابع 20 نوع من الأحماض الأمينية في البروتين؟

للإجابة عن هذا السؤال يجب حل إشكالية الانتقال من تتابع أربع أنواع من النكليوتيدات في جزيئة الـ ARNm إلى تتابع 20 نوع من الأحماض الأمينية في البروتين.

لحل الإشكالية نلجأ إلى احتمالات توزع الأحرف على الأحماض الأمينية:

* الاحتمال الأول: نعتبر كل نكليوتيدة (حرف) تقابل حمض أميني واحد وهذا يعني رياضيا: 4¹ = 4

يعني الرقم 4: أربع أنواع من النكليوتيدات الموجودة في جزيئة الـ ARNm.

يعني الرقم 1: نكليوتيدة واحدة تقابل حمض أميني.

يعني الرقم 4: أربع كلمات لقراءة الأحماض الأمينية وكل كلمة مكونة من حرف واحد.

لفهم هذا الاحتمال أكثر نطبقه عمليا: لدينا أربع كلمات هي: A، U، G، C.

في هذا الاحتمال كل كلمة أي كل حرف سيقابل حمض أميني معين أي أنّ A يقابل مثلا الحمض الأميني الغلوتاميك (Glu) بمعنى أنه أثناء الترجمة كلما وُجِد هذا الحرف سيضاف الحمض الأميني الغلوتاميك للسلسلة الببتيدية المتشكلة، U يقابل مثلا الفالين (Val)، G يقابل الغلايسين (Gly)، C يقابل الأسبارتيك (Asp) حيث ستُقرأ جزيئة ARNm في شكل نكليوتيدات منفردة.

نلاحظ أن أي بروتين يتشكل سيتكون فقط من 4 أنواع من الأحماض الأمينية مهما كان عددها، إذن هذا الاحتمال لا يغطي 20 نوع من الأحماض الأمينية.

* الاحتمال الثاني: نعتبر كل نكليوتيدتين (حرفين) تقابلان حمض أميني واحد وهذا يعني رياضيا: 4² = 16 ، أي 16 كلمة لقراءة الأحماض الأمينية وكل كلمة مكونة من حرفين.

بتطبيق هذا الاحتمال عمليا يكون لدينا: UU, UA, UG, UC, AA, AU, AG, AC, GG, GU, GA, GC, CC, CU, CA, CG

كل ثنائية (حرفين) ستقابل حمض أميني معين فمثلا: CA تقابل الأسبارتيك و UU تقابل الغلوتاميك و GC تقابل الفالين حتى نصل إلى قراءة 16 حمض أميني، حيث ستُقرأ جزيئة ARNm في شكل ثنائيات.

نلاحظ أن أي بروتين يتشكل سيتكون فقط من 16 نوع من الأحماض الأمينية مهما كان عددها وستبقى 4 أنواع من الأحماض الأمينية دون قراءة، إذن هذا الاحتمال أيضا لا يغطي 20 نوع من الأحماض الأمينية.

* الاحتمال الثالث: إذا كانت كل 3 نكليوتيدات تقابل حمض أميني فهذا يعني رياضيا 4³ = 64 ، أي 64 كلمة لقراءة الأحماض الأمينية وكل كلمة مكونة من 3 أحرف.

بتطبيق هذا الاحتمال عمليا يكون لدينا:

كل ثلاثة أحرف تقابل حمض أميني معين فمثلا: CAU تقابل الهيستيدين (His)، UGC تقابل السيستيين (Cys)، CAG تقابل الغلوتامين (Gln) حتى نصل إلى قراءة كل الأحماض الأمينية العشرين. حيث تقرأ جزيئة ARNm في شكل ثلاثيات من النكليوتيدات.

 

 

هذا الاحتمال يكفي لتغطية 20 نوع من الأحماض الأمينية وبالتالي تُوزع 4 أنواع من النكليوتيدات في الـ ARNm على 20 نوع من الأحماض الأمينية في البروتين في شكل ثلاثيات من النكليوتيدات تدعى الرامزات Codons.

صادق على الشفرة الوراثية بمقارنة التتابع النكليوتيدي في الـ ARNm وتتابع الأحماض الأمينية في متعدد الببتيد الموافق له من خلال الوثيقة (3) صفحة 22

عند مقارنة التتابعات نجد أن كل ثلاث نكليوتيدات في الـ ARNm تقابل حمض أميني في الببتيد الموافق له مما يعني أن كل ثلاث نكليوتيدات تشفر لحمض أميني واحد وهو ما يؤكد الاحتمال الثالث.

استخرج مميزات الشفرة الوراثية من دراسة جدول الشفرة الوراثية صفحة 20

* كل الأحماض الأمينية تشفر لها أكثر من رامزة ماعدا التربتوفان Trp الذي تشفر له رامزة واحدة هي UGG والمثيونين Met الذي تشفر له الرامزة AUG.

* لُوِن المثيونين Met باللون الأخضر في الجدول لأنه أول حمض أميني يُدمج في السلسلة الببتيدية وهذا يعني أن أول رامزة تتواجد في جزيئة الـ ARNm هي الرامزة AUG وتسمى رامزة الإنطلاق لكن هذا لا يعني أن هذه الرامزة تتواجد فقط في بداية كل جزيئة ARNm بل يمكن أن تتواجد في منتصف الجزيئة حسب تتابع المورثة مما يعني أن المثيونين كذلك يمكن أن يتواجد في منتصف السلسلة الببتيدية وليس فقط في بدايتها.

* ثلاث رامزات مكتوب أمامها Stop باللون الأحمر وهي UAA، UAG، UGA هذه الرامزات لا تشفر لأي حمض أميني وتنتهي بإحداها جزيئة الـ ARNm أي تتوقف عندها قراءة الـ ARNm لهذا تسمى رامزات التوقف.

وبالتالي خصائص الشفرة الوراثية هي:

1- التثليث: تُقرأ الشفرة الوراثية في شكل ثلاثيات من النكليوتيدات.

2- الشمولية: الشفرة الوراثية لكل الكائنات الحية تقرأ في شكل رامزات.

3- الترادف: وهي أن تشفر أكثر من رامزة لنفس الحمض الأميني، وهذه الخاصية تنطبق على 18 حمض أميني ويستثنى منها فقط المثيونين والتربتوفان اللذان لكل منهما رامزة واحدة.

ماهي آلية الترجمة؟

استخرج متطلبات الترجمة من خلال الوثيقة (1) صفحة 24، الوثيقتين (2) و(3) صفحة 25، الوثيقة (5) صفحة 26 والوثيقة (6) صفحة 27

الوثيقة (1) صفحة 24

يتمركز الإشعاع على مستوى الريبوزومات، أي أن مقر تركيب البروتين هو بنية متمايزة تدعى متعدد الريبوزوم، وهو عبارة عن مجموعة من الريبوزومات مرتبطة بنفس جزيئة ARNm. وهنا تكمن الأهمية البيولوجية لمتعدد الريبوزوم لأنه يسمح بقراءة متزامنة لنفس جزيئة ARNm لإنتاج عدد أكبر من الجزيئات لنفس البروتين. 

الوثيقتين (2) و(3) صفحة 25

يظهر في الجدول ثلاث أنواع من الـ ARN، ARNm الرسول والذي تم التطرق إليه في درس الاستنساخ، ونوعين آخرين هما ARNr الريبوزومي و ARNt الناقل هذان النوعان سنتطرق إليهما في الوثائق اللاحقة.

يمكن الإشارة فقط إلى أن ARNr و ARNt يتواجدان باستمرار في الخلية سواء أثناء فترات تركيب البروتين أو خارجها بينما ARNm يصنع فقط أثناء فترات تركيب البروتين.

الوثيقة (5) صفحة 26

يتكون الريبوزوم بنيويا من تحت وحدتين، تحت وحدة كبرى بها موقعين A و P وتحت وحدة صغرى بها موقع تثبيت جزيئة ARNm.

الوثيقة (6) صفحة 27

يتكون الـ ARNt من جزئين الرامزة المضادة وهي ثلاثية من النكليوتيدات تكون مكملة لنكليوتيدات الرامزة الموجودة على الـ ARNm، وموقع تثبيت الحمض الأميني وهو الجزء المسؤول عن الارتباط بالحمض الأميني الموافق.

ومنه متطلبات الترجمة هي:

ARNm الحامل لنسخة من المعلومة الوراثية الموجودة في المورثة.

الريبوزوم الذي يحول تتابع الرامزات إلى تتابع أحماض أمينية.

ARNt الذي يثبت، ينقل ويقدم الحمض الأميني على مستوى الريبوزوم.

أحماض أمينية حرة وهي الوحدات المكونة للسلسلة الببتيدية.

إنزيمات خاصة وطاقة الضرورية لتشكيل مختلف الروابط.

اشرح آلية الترجمة من خلال الوثيقة (8) صفحة 28 والوثيقة (9) صفحة 29

الوثيقة (8) صفحة 28

يتم تنشيط الحمض الأميني في ثلاث خطوات هي:

- يتوضع الحمض الأميني والـ ARNt الخاص به في موقعيهما في إنزيم التنشيط.

- إماهة جزيئة ATP واستعمال الطاقة المتحررة منها من طرف الإنزيم في تشكيل رابطة بين الحمض الأميني والـ ARNt.

- تحرير الحمض الأميني المنشط من الإنزيم.

والوثيقة (9) صفحة 29

مرحلة الانطلاق: يتثبت الـ ARNm على تحت الوحدة الصغرى ثم يتثبت الـ ARNt الأول الحامل للمثيونين، ثم تتثبت تحت الوحدة الكبرى على تحت الوحدة الصغرى ليصبح الريبوزوم كاملا، مع ملاحظة أن الـ ARNt الأول سيحتل الموقع P ويكون الموقع A شاغر، يتثبت ARNt ثاني في الموقع A الذي يملك الرامزة المضادة للرامزة الثانية على الـ ARNm والحامل للحمض الأميني الخاص به ثم تتشكل رابطة ببتيدية.

مرحلة الاستطالة: بمجرد تشكل الرابطة الببتيدية بين المثيونين والحمض الأميني الثاني يتحرك الريبوزوم برامزة واحدة لتصبح رامزة الانطلاق خارج الريبوزوم بينما الرامزة الثانية في الموقع P ويصبح الموقع A شاغرا من جديد، حيث ينفصل الـ ARNt الأول عن المثيونين، وبالتالي سيكون الـ ARNt الثاني مرتبط بثنائي ببتيد، يأتي ARNt ثالث يملك الرامزة المضادة للرامزة الثالثة على الـ ARNm وحامل للحمض الأميني الخاص به فيتثبت على الموقع A وتتشكل رابطة ببتيدية بين ثنائي الببتيد والحمض الأميني الثالث ثم يتحرك الريبوزوم برامزة أخرى وهكذا، مع ملاحظة استطالة السلسلة الببتيدية من الموقع P.

مرحلة النهاية: عند وصول الموقع A للريبوزوم إلى رامزة التوقف على الـ ARNm تنفصل تحت الوحدات عن الـ ARNm وتنفصل السلسلة الببتيدية المتشكلة عن آخر ARNt ثم يحذف المثيونين الأول منها لتتخذ بعد ذلك بنية فراغية معينة.

 

تعديل المقال