شارح الدرس: أنواع الحمض النووي الريبوزي (RNA) الأحياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف المكوِّنات التي تكوِّن جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ونفرِّق بين الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، والحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA).

عندما بدأنا دراسة علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية تعلَّمنا أن الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين هو جزيء الحياة. من خلال تشفير المعلومات الموجودة في التتابعات الخاصة به باستخدام الشفرة الوراثية يستطيع الحمض النووي أن يحمل التعليمات التي يحتاج إليها كل كائن حي للبقاء على قيد الحياة. لكن على الرغم من أن هذا الجزيء مهم للغاية فإنه لا يعمل بمفرده. لكي يستطيع الحمض النووي (DNA) التحكُّم في جميع الجوانب الفيزيائية والوظيفية للحياة، ثمة نظام عالي الكفاءة يعمل خلف الكواليس يقوده حمض نووي آخَر هو الحمض النووي الريبوزي (RNA).

الحمض النووي الريبوزي (RNA) ضروري لنقل المعلومات الوراثية التي يحملها الحمض النووي ولترجمتها، كما يلعب دورًا رئيسيًّا في تنفيذ التعليمات التي يشفِّرها الحمض النووي DNA. جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة هذه لها دور كبير في الحفاظ على بقاء الخلية وصفاتها. من خلال البحث العلمي يكتشف العلماء باستمرار طرقًا جديدة يمكن من خلالها استخدام جزيئات الحمض النووي الريبوزي في اللقاحات والعلاج الجزيئي على سبيل المثال.

تعريف: الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين (DNA)

الحمض النووي (DNA) هو الجزيء الذي يحمل التعليمات الوراثية مدى الحياة. يتكوَّن من شريطين من النيوكليوتيدات يلتفُّان أحدهما حول الآخَر لتشكيل لولب مزدوج.

تعريف: الحمض النووي الريبوزي (RNA)

الحمض النووي الريبوزي (RNA) شريط مفرد من عديد النيوكليوتيد، يساعد في نقل المعلومات الوراثية وترجمتها لتخليق البروتين. في بعض الفيروسات يحمل الحمض النووي الريبوزي (RNA) المادة الوراثية بدلًا من الحمض النووي (DNA).

قبل أن نتطرَّق إلى الأنواع المختلفة للحمض النووي الريبوزي وما تؤدِّيه من وظائف دعونا ​نبدأ بالتعرُّف على تركيب جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA). سنتناول أيضًا الاختلافات بين تركيب DNA وتركيب RNA.

DNA وRNA حمضان نوويان يتكوَّنان من سلاسل من عديد النيوكليوتيد. هذا يعني أنهما عبارة عن سلاسل بوليمر طويلة مُكوَّنة من وحدات متكرِّرة تُسمَّى «النيوكليوتيدات». تتكوَّن كل نيوكليوتيدة من سكر خماسي ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية كما هو موضَّح في الشكل 1.

مصطلح رئيسي: النيوكليوتيدة

النيوكليوتيدات هي المونومرات المُكوِّنة لبوليمر الحمض النووي. تتكوَّن كل نيوكليوتيدة من سكر خماسي ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية.

على مستوى النيوكليوتيدات يوجد بعض الاختلافات الرئيسية بين جزيء DNA وجزيء RNA. على الرغم من أن نيوكليوتيدات كلٍّ منهما تتكوَّن من سكر خماسي فإن جزيئات السكر هذه تختلف. على سبيل المثال، في جزيء DNAيُسمَّى السكر الخماسي بالريبوز المنقوص الأكسجين، أما في الحمض النووي الريبوزي فيُسمَّى بالريبوز. يوضِّح الشكل 2 تركيب جزيئَي السكر.

هل يمكنك تحديد المكان الذي يختلف فيه جزيئَا السكر هذان؟ عند ذرة الكربون رقم 2 يحتوي الريبوز على ذرة أكسجين على عكس الريبوز المنقوص الأكسجين الذي لا يحتوي على ذرة أكسجين. هذا هو سبب تسمية جزيء السكر في جزيء DNA بالريبوز المنقوص الأكسجين. حيث تنقصه ذرة أكسجين واحدة مقارنة بجزيء سكر الريبوز.

ثمة اختلاف رئيسي آخَر بين جزيء DNA وجزيء RNA يكمن في القواعد النيتروجينية لكلٍّ منهما. لعلك تتذكَّر أن جزيءDNA يتكوَّن من أربع قواعد نيتروجينية مختلفة هي: الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، والسيتوزين (C). ينتمي الأدينين والجوانين إلى البيورينات ويتكوَّن كلٌّ منهما من حلقة مزدوجة، في حين ينتمي الثايمين والسيتوزين إلى البيريميدينات ويتكوَّن كلٌّ منهما من حلقة مفردة.

لعلك تتذكَّر أيضًا أن شريطَي الحمض النووي (DNA) مرتبطان معًا بواسطة روابط هيدروجينية تتكوَّن بين القواعد النيتروجينية للشريطين المتقابلين؛ حيث يرتبط الأدينين بالثايمين من خلال رابطتين هيدروجينيتين، في حين يرتبط الجوانين بالسيتوزين من خلال ثلاث روابط هيدروجينية، وذلك وفقًا لمبادئ تَزاوُج القواعد المتكاملة.

تتشابه القواعد النيتروجينية في جزيء RNA مع القواعد النيتروجينية في جزيء DNA مع وجود اختلاف رئيسي واحد هو أن RNA يحتوي على اليوراسيل (U) بدلًا من الثايمين (T). ينتمي اليوراسيل أيضًا إلى البيريميدينات، ويرتبط بالأدينين من خلال رابطتين هيدروجينيتين؛ تمامًا مثل الثايمين. يوضِّح الشكل 3 تركيب القواعد النيتروجينية المختلفة.

عندما درسنا تركيب الحمض النووي لأول مرة كان أول ما تعلَّمناه هو أن له شكلًا لولبيًّا مميزًا يتألَّف من شريطين. على الرغم من أن تركيب RNA مشابه إلى حدٍّ كبير لتركيب DNA فإنه يتكوَّن بوجه عام من شريط مفرد. ومع ذلك، وبما أن الحمض النووي الريبوزي يحتوي على قواعد نيتروجينية، فإنه يمكنه في بعض الأحيان تكوين تراكيب مزدوجة الشريط عن طريق أزواج القواعد المتكاملة كما سنتعلَّم لاحقًا في هذا الشارح. يوضِّح الشكل 4 مخطَّطًا لجزيء من الحمض النووي الريبوزي المفرد الشريط.

مثال ١: وصف تركيب الحمض النووي الريبوزي (RNA)

أيُّ العبارات الآتية تَصِف تركيب جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA)؟

  1. يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) من شريط مفرد من النيوكليوتيدات المُرتبِطة بهيكل من السكر والفوسفات .
  2. يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) من شريطين من الأحماض الأمينية المُرتبِطة بروابط هيدروجينية تتكوَّن بين المجموعات الأمينية.
  3. يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) من شريط مفرد من الأحماض الأمينية المُرتبِطة بروابط ببتيدية.
  4. يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) من شريطين من النيوكليوتيدات المُرتبِطة بروابط هيدروجينية تتكوَّن بين أزواج القواعد المتكاملة.
  5. يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) عند تفاعل جزيئين من الحمض النووي (DNA) وارتباطهما لتكوين تركيب أكثر تعقيدًا.

الحل

في جميع الخلايا الحية يوجد نوعان من الأحماض النووية المُشارِكة في تخزين المعلومات الوراثية ونقلها وترجمتها. DNA، أو الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين، وهو الجزيء الذي يخزِّن المعلومات الوراثية في صورة شفرة وراثية. أما الحمض النووي الريبوزي فإنه يساعد بأنواعه المختلفة على نقل هذه المعلومات الوراثية إلى العضية المسئولة عن تخليق البروتين في الخلية، ويساعد أيضًا على تحويل الشفرة الوراثية إلى بروتينات تقوم بوظائف مختلفة في الخلية.

باعتباره أحد الأحماض النووية يتكوَّن الحمض النووي الريبوزي من وحدات مفردة تُسمَّى «النيوكليوتيدات» ترتبط معًا لتكوين سلسلة طويلة تُسمَّى «عديد النيوكليوتيد». ومن ثَمَّ، يمكن استبعاد خيارات الإجابة التي تَصِف الحمض النووي الريبوزي بأنه شريط مفرد أو شريطان من الأحماض الأمينية لأننا نعلم أن الحمض النووي الريبوزي يتكوَّن من نيوكليوتيدات وليس من أحماض أمينية.

تتكوَّن كل نيوكليوتيدة في الحمض النووي الريبوزي من سكر خماسي ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية. لتكوين سلسلة طويلة من عديد النيوكليوتيدات ترتبط كل نيوكليوتيدة بالنيوكليوتيدة التي تليها بواسطة رابطة فوسفاتية ثنائية الإستر، وهذه تربط مجموعة الفوسفات في إحدى النيوكليوتيدات بالسكر الخماسي في النيوكليوتيدة التي تليها. لذا يُطلَق على سلسلة الحمض النووي الريبوزي هيكل السكر والفوسفات، وهذا ما يربط النيوكليوتيدات معًا في سلسلة عديد النيوكليوتيد.

على الرغم من أن جزيء DNA يوجد طبيعيًّا في صورة اللولب المزدوج الشريط الذي نعرفه فإن جزيء RNA يوجد بوجه عام في صورة شريط مفرد من النيوكليوتيدات. استنادًا إلى هذه المعلومات يمكننا النظر في خيارات الإجابة المعطاة في السؤال وتحديد الوصف الأنسب للحمض النووي الريبوزي.

إذن، الخيار الصحيح هو (أ). يتكوَّن جزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA) من شريط مفرد من النيوكليوتيدات المُرتبِطة بهيكل من السكر والفوسفات .

والآن، بعد أن تعرَّفنا على تركيب الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والاختلافات بينه وبين الحمض النووي (DNA)؛ يمكننا أن نعير انتباهنا إلى الأنواع المختلفة للحمض النووي الريبوزي ووظائفها المتنوِّعة.

في عام 1958 اقترح العالم فرانسيس كريك، الذي ساهم عملُهُ في اكتشاف التركيب اللولبي المزدوج للحمض النووي (DNA)، الفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية التي ساهمت في تلخيص عملية تحويل التعليمات التي يشفِّرها الحمض النووي إلى بروتينات وظيفية. يوضِّح الشكل 5 ملخَّصًا للفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية. يُعدُّ الحمض النووي الريبوزي، بأنواعه المختلفة، حلقة الوصل بين مراحل العملية بأكملها؛ فهو يؤدِّي أدوارًا متنوِّعة في جميع مراحل الفكرة المحورية. لكن دعونا نفهم سريعًا ما نعنيه بالفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية.

مصطلح رئيسي: الفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية

تَصِف الفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية عملية تحويل التعليمات التي يشفِّرها الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) ثم إلى بروتينات وظيفية.

عندما تنمو الكائنات الحية وتتكاثر تنقسم خلاياها. لضمان حصول كل خلية جديدة على نسخة من المعلومات الوراثية يُضاعِف الحمض النووي (DNA) نفسه. هذا التضاعف يمثِّل العملية الأولى في الفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية.

مصطلح رئيسي: تَضاعُف الحمض النووي (DNA)

تَضاعُف الحمض النووي (DNA) هو العملية التي يَنتُج عنها جزيئان متطابقان من الحمض النووي من جزيء أصلي واحد.

أما العملية الثانية فهي النسخ، وتصف الآلية التي يتحوَّل بها جزيء DNA إلى جزيء RNA. بتكوُّن شريط من الحمض النووي الريبوزي مُكمِّل للحمض النووي (DNA) تصبح للخلية وسيلة تنتقل من خلالها المعلومات الوراثية من النواة إلى العضية المسئولة عن تخليق البروتين في الخلية.

مصطلح رئيسي: النسخ

النسخ هو العملية التي يتحوَّل فيها تَتَابُعٌ من الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA).

تتمثَّل العملية الأخيرة للفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية في الترجمة، وتتضمَّن ترجمة المعلومات الوراثية التي يحملها الحمض النووي الريبوزي. ثمة عضيات تُسمَّى «الريبوسومات» تعمل بمثابة وحدات لتخليق البروتين، وفيها ترتبط الأحماض الأمينية بالترتيب المحدَّد بواسطة الحمض النووي الريبوزي لتكوين جزيئات من البروتينات الوظيفية.

مصطلح رئيسي: الترجمة

الترجمة هي العملية التي يتحوَّل فيها تَتَابُعٌ من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى عديد الببتيد الذي ينطوي لتكوين البروتين.

والآن بعد أن أصبحنا على دراية بالمخطَّط الأساسي للفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية لنلقِ نظرة فاحصة على كل مرحلة ونفهم الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبوزي ووظائفها ونحن نمضي قدمًا.

أثناء عملية النسخ يُقرَأ مقطع من DNA في الاتجاه 3 إلى 5 عن طريق إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي. يستخدم هذا الإنزيم تَتَابُع النيوكليوتيدات في DNA باعتباره قالبًا لتخليق شريط مُكمِّل من الحمض النووي الريبوزي. يعرض الشكل 6 مخطَّطًا مبسَّطًا لعملية النسخ.

يُخلِّق إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي الحمض النووي الريبوزي في الاتجاه 5 إلى3، ومن ثَمَّ يبدأ تخليقه من الطرف 3 من الحمض النووي كما هو موضَّح في الشكل 6.

توجد عدة أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبوزي تُخلَّق جميعًا بالطريقة التي ناقشناها للتو. النوع الأول هو الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، وهذا مسئول عن نقل المعلومات الوراثية من النواة إلى السيتوبلازم لتخليق البروتين. النوع الثاني هو الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، وهو جزء لا يتجزَّأ من تركيب الريبوسومات. أما النوع الثالث فهو الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، ويعمل باعتباره جزيئًا محوِّلًا ينقل الأحماض الأمينية أثناء عملية تخليق البروتين. سوف نتعلَّم المزيد عن كلٍّ من هذه الأنواع في هذا الشارح.

من المثير للاهتمام أنه في بدائيات النوى يوجد نوع واحد من إنزيمات بلمرة الحمض النووي الريبوزي مسئول عن تخليق جميع جزيئات RNA المختلفة هذه، أما في حقيقيات النوى فتوجد أنواع مختلفة متعدِّدة من هذه الإنزيمات كلٌّ منها مسئول عن تخليق نوع مختلف من الحمض النووي الريبوزي.

دعونا الآن نلقِ نظرة على الأنواع المختلفة للحمض النووي الريبوزي بدءًا من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). عند نسخ شريط mRNA من جزء من DNA فإن mRNA هذا يحمل بعد ذلك المعلومات الوراثية من النواة إلى السيتوبلازم ناقلًا تعليمات DNA إلى العضية المسئولة عن تخليق البروتين في الخلية.

تعريف: الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)

الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) هو رسالة تُنسَخ من الحمض النووي (DNA) لجينٍ ما، يمكن ترجمتها لإنتاج البروتين المقابل.

بحسب احتياجات الخلية لأنواع محدَّدة من البروتينات يختار إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي أجزاء محدَّدة من الحمض النووي تُسمَّى «الجينات» تُنسَخ منها جزيئات mRNA ثم تتحوَّل في النهاية إلى هذه الأنواع من البروتينات.

دعونا نلقِ نظرة فاحصة على تركيب جزيء mRNA كما يوضِّحه الشكل 7.

نعلم مما ناقشناه سابقًا بشأن الفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية أن المرحلة التالية من مراحل الفكرة المحورية هي الترجمة، وهنا يأتي الحديث عن الريبوسومات المسئولة عن تخليق البروتين. عند بداية تَتَابُع mRNA يوجد موقع الارتباط بالريبوسوم، وهو ممثَّل بدائرة زرقاء في الشكل 7. أثناء الترجمة يوجِّه هذا الموقع الريبوسوم ليرتبط ببداية جزيء mRNA. هذا الموقع ينتمي إلى جزء من نسخة mRNA يُسمَّى «المنطقة غير المترجمة»؛ حيث يعمل هذا الجزء على تنظيم عملية الترجمة ولا يحمل أيَّ معلومات عن تخليق البروتينات. المنطقتان غير المترجمتين من نسخة mRNA موضَّحتان باللون الأزرق في الشكل 7.

تعلَّمنا أيضًا أن الأحماض النووية تحمل معلومات تُشفِّر تخليق البروتينات من خلال تتابعات القواعد النيتروجينية لهذه الأحماض. يشكِّل التتابع المكوَّن من ثلاث نيوكليوتيدات ما يُعرَف باسم الكودون. يحدِّد ترتيب الكودونات ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين النهائي. يحتوي التتابع المُشفِّر للحمض النووي الريبوزي الرسول على تَتَابُع الكودونات، وهو موضَّح باللون الأصفر في الشكل 7. يُشفَّر كل حمض أميني بواسطة كودون محدَّد؛ على سبيل المثال يمثِّل الكودون CAG الحمض الأميني الجلوتامين.

تعريف: الكودون

الكودون تَتَابُع يتكوَّن من ثلاث نيوكليوتيدات في الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ويقابل حمضًا أمينيًّا معينًا.

توجد أيضًا كودونات توجِّه الريبوسوم إلى الموقع الذي يبدأ منه تخليق البروتين والموقع الذي يتوقَّف عنده. تُسمَّى هذه الكودونات، على التوالي، «كودونات البدء» و«كودونات الوقف»، وهي ممثَّلة باللون الأحمر في الشكل 7. يمثِّل AUG دائمًا كودون البدء، في حين توجد ثلاثة كودونات وقف مُحتمَلة هي: UAA أو UAG أو UGA. يمكن لأيٍّ من هذه الكودونات الثلاثة أن يوقف عملية تخليق البروتين.

في الشكل 7، عند الطرف الآخَر من جزيء mRNA، نلاحظ وجود تَتَابُع متكرِّر من قواعد الأدينين. يُسمَّى هذا التتابع «ذيل عديد الأدينين»؛ حيث يتكوَّن بوجه عام من حوالي 200 قاعدة أدينين. يساعد ذيل عديد الأدينين على استقرار جزيء mRNA، ويساعد أيضًا على خروجه من النواة، ويحميه من التحلُّل بفعل إنزيمات السيتوبلازم.

إذا أردنا أن نمثِّل mRNA الموضَّح في الشكل 7 في صورة تَتَابُع من النيوكليوتيدات فقد يبدو مثل التتابع الموضَّح في الشكل 8.

من المثير للاهتمام ملاحظة أنه في بدائيات النوى يمكن أن تبدأ عملية الترجمة قبل تمام عملية النسخ. الريبوسومات في الخلايا البدائية النوى يمكن أن تبدأ عملية الترجمة عند بداية شريط من mRNA، حتى لو لم ينته تخليق الشريط بأكمله. أما في حقيقيات النوى فلا بد من أن يُخلَّق جزيء mRNA بالكامل أولًا ثم يخضع لمراحل معينة من المعالجة قبل أن يتمكَّن من الخروج من النواة ونقل المعلومات التي يحملها إلى الريبوسومات لتخليق البروتين في السيتوبلازم.

مثال ٢: تحديد نوع الحمض النووي الريبوزي (RNA) المشارك في عملية النسخ

يُمكِن تصنيف الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى أنواع مختلفة تبعًا لدوره في الجسم. ما نوع الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي يتكوَّن بعد نسخ مقطع من الحمض النووي (DNA) المُشفَّر؟

  1.  rRNA
  2.  tRNA
  3.  siRNA
  4.  mRNA
  5.  ncRNA

الحل

في جميع الخلايا الحية، الحمض النووي (DNA) هو المادة الوراثية الموجودة في نواة الخلية أو المنطقة النووية لها، وهو الذي يحمل التعليمات المعنية بتخليق البروتينات التي تحتاج إليها الخلية ومن ثَمَّ الكائن الحي للبقاء على قيد الحياة وأداء وظائفهما. أثناء عملية النسخ يُحوَّل جزء من DNA إلى RNA؛ وذلك لنقل المعلومات الوراثية من DNA الخلية إلى العضية المسئولة عن تخليق البروتين أو الريبوسوم.

دعونا نلقِ نظرة على الخيارات المعطاة في السؤال. يذكر كل خيار نوعًا من الحمض النووي الريبوزي، ويبدأ كل نوع بحرف صغير. دعونا نبحث في الأسماء الكاملة لجميع أنواع الحمض النووي الريبوزي المذكورة. هذا من شأنه أن يمنحنا دلائل عن الوظائف التي تؤدِّيها هذه الجزيئات. يمكننا أن نربط الاسم بالدور الذي يؤدِّيه الحمض النووي الريبوزي أثناء عملية النسخ كما تعلَّمنا.

يشير الاختصار rRNA إلى الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي. هذا النوع من الحمض النووي الريبوزي هو أحد مكوِّنات الريبوسومات، وهي الوحدات المسئولة عن تخليق البروتين في الخلية. لكننا لا نبحث عن هذا النوع من الحمض النووي الريبوزي، ولذا يمكننا استبعاده.

أما tRNA، أو الحمض النووي الريبوزي الناقل، فهو نوع يعمل باعتباره جزيئًا محوِّلًا أثناء عملية تخليق البروتين. إنه ينقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات لتخليق البروتين. وبما أن هذا النوع من الحمض النووي الريبوزي لا يلعب أيَّ دور في عملية النسخ فإنه لا يمثِّل الإجابة الصحيحة.

يشير siRNA إلى الحمض النووي الريبوزي المُتداخِل الصغير. هذا النوع من الحمض النووي الريبوزي مُتخصِّص للغاية؛ حيث يمكنه تنظيم عملية تخليق البروتينات في الخلية عن طريق الارتباط بأجزاء من الحمض النووي الريبوزي وتثبيطها. ومع ذلك، فهذا لا يتطابق مع وصف الحمض النووي الريبوزي المُشارِك في عملية النسخ.

يعمل mRNA، أو الحمض النووي الريبوزي الرسول، باعتباره وسيلة لنقل المعلومات من DNA في النواة إلى الريبوسومات في السيتوبلازم؛ حيث تُخلَّق البروتينات. تُحوَّل أجزاء من DNA إلى mRNA من خلال عملية النسخ. هذا مُطابِق تمامًا للوصف الذي تعلَّمناه.

دعونا نلقِ نظرة على الخيار الأخير ncRNA. يشير هذا الاختصار إلى الحمض النووي الريبوزي غير المُشفَّر، وهو أحد أنواع الحمض النووي الريبوزي التي لا تتحوَّل إلى بروتينات. لكنَّ الغرض من عملية النسخ هو تخليق امتداد من الحمض النووي الريبوزي يمكن تحويله إلى بروتينات، وهو ما يعني أن هذا الخيار غير صحيح أيضًا.

إذن، الإجابة الصحيحة هي الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).

لقد ذكرنا مصطلح «الريبوسومات» كثيرًا في هذا الشارح، ونحن نعلم أن الريبوسومات هي العضيات المسئولة عن تخليق البروتين. لكن ممَّ تتكوَّن الريبوسومات بالتحديد؟

الريبوسومات عضيات صغيرة غير غشائية توجد في سيتوبلازم كل خلية حية. يتكوَّن كل ريبوسوم من وحدة فرعية كبيرة ووحدة فرعية صغيرة كما هو موضَّح في الشكل 9. توجد هاتان الوحدتان الفرعيتان منفصلتين في سيتوبلازم الخلية وتتَّحدان معًا عند الحاجة إلى ترجمة تَتَابُعٍ من الحمض النووي الريبوزي الرسول. يتكوَّن كل ريبوسوم مفرد من حوالي 70 نوعًا مختلفًا من عديدات الببتيد إلى جانب نوع آخَر من الحمض النووي الريبوزي؛ وهو الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA). ونظرًا للأهمية البالغة التي يمثِّلها الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي في إنتاج جميع البروتينات التي يحتاج إليها الكائن الحي فإنه في الحقيقة أكثر أنواع الحمض النووي الريبوزي وفرة في الخلية.

مصطلح رئيسي: الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)

الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) هو أحد أنواع الحمض النووي الريبوزي غير المُشفَّر، وهو أحد المكوِّنات الرئيسية للريبوسومات.

في حقيقيات النوى تَنتُج الريبوسومات عن طريق تركيب صغير يوجد داخل النواة يُسمَّى «النوية». تُخلَّق جزيئات rRNA تمامًا مثل جزيئات mRNA من DNA عن طريق عملية النسخ. وعلى عكس المعلومات التي يحملها mRNA فإن rRNA نفسه لا يُترجَم إلى بروتينات. يمكن أن يصل معدَّل إنتاج جزيئات rRNA في النواة إلى مئات الآلاف لكل ساعة. يرجع ذلك إلى أن الحمض النووي في الخلايا الحقيقية النوى يحمل عادة حوالي 600 نسخة من الجينات اللازمة لإنتاج rRNA. تُخلَّق عديدات الببتيد الريبوسومية في السيتوبلازم ثم تنتقل عبر الغلاف النووي إلى النواة. وهنا تتَّحد عديدات الببتيد الريبوسومية مع جزيئات rRNA لتكوين الريبوسومات.

مثال ٣: فَهْم وظيفة الريبوسومات

تتكوَّن الريبوسومات من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) وعديدات الببتيد. ما الدور الذي تلعبه الريبوسومات في الخلية؟

  1. تتحكَّم فيما يدخل الخلية وما يخرج منها
  2. توفِّر موقعًا للتنفُّس الهوائي
  3. تنقل الإنزيمات إلى أنحاء الخلية
  4. تُرسِل الإشارات داخل الخلايا
  5. توفِّر موقعًا لتخليق البروتين

الحل

تحمل كل خلية حية معلوماتها الوراثية في صورة DNA. تُشفِّر هذه المعلومات التي يحملها DNA التعليمات اللازمة لتخليق البروتينات. هذا يتطلَّب وجود عدة مستويات من الاتصال داخل الخلية.

عندما تحتاج الخلية إلى تحويل مقطع من DNA إلى بروتينات فلا بد أولًا من تحويل هذا المقطع إلى جزيء mRNA عن طريق عملية النسخ. هذا يتيح نقل المعلومات من DNA إلى العضية المسئولة عن تخليق البروتين في الخلية.

في هذا السؤال مطلوب منَّا تحديد الدور الذي تلعبه الريبوسومات في الخلية. يخبرنا السؤال أن الريبوسومات تتكوَّن من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي وعديدات الببتيد. بعد عملية النسخ يرتبط الريبوسوم بجزيء mRNA لتحويل هذا الجزيء إلى بروتين عن طريق عملية الترجمة. وهنا تحمل جزيئات tRNA المُحوِّلة الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم بالترتيب المُشفَّر بواسطة جزيئات mRNA، وهو ما يؤدِّي إلى تكوُّن سلسلة عديد الببتيد التي تتحوَّل إلى بروتين وظيفي.

إذن، الخيار الصحيح هو الذي ينصُّ على أن الريبوسومات توفِّر موقعًا لتخليق البروتين.

حتى الآن، تعرَّفنا على مكوِّنين رئيسيين تحتاج إليهما الخلية لتحويل معلوماتها الوراثية إلى بروتينات هما: الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الذي يحمل التعليمات اللازمة لتخليق البروتين، والريبوسومات التي تتكوَّن من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) وتمثِّل العضيات المسئولة عن تخليق البروتين. هذا يتركنا مع المكوِّن الوحيد المتبقي وهو جزيء مُحوِّل يمكنه قراءة الكودونات من جزيء mRNA، ونقل الأحماض الأمينية المقابلة إلى الريبوسوم؛ وهو ما يؤدِّي إلى ارتباطها معًا لتشكيل سلسلة تتحوَّل في النهاية إلى بروتين وظيفي. هذا هو دور tRNA أو الحمض النووي الريبوزي الناقل.

تعريف: الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)

الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) جزيء محوِّل ينقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم لإتمام عملية الترجمة.

تُخلَّق جزيئات tRNA تمامًا مثل جزيئات rRNA عن طريق نسخ جزء من DNA، لكنَّ هذه الجزيئات بحدِّ ذاتها لا تُترجَم إلى بروتينات. وتأخذ جزيئات tRNA شكلًا مميزًا يشبه ورقة البرسيم كما هو موضَّح في الشكل 10. دعونا نلقِ نظرة فاحصة على تركيب هذا الجزيء.

كما نرى فإن بعض المقاطع من جزيء tRNA مطويَّة على نفسها وتكوِّن أزواجًا من القواعد. هذا يكوِّن بدوره شكل حلقات أو أذرع، وهو ما يعطي الجزيء شكل ورقة البرسيم. يوجد في هذا التركيب موقعان مهمَّان لعملية الترجمة هما: موقع مضاد الكودون، وموقع ارتباط الحمض الأميني، كما هو موضَّح في الشكل 10.

كما ذكرنا سابقًا فإن جزيء tRNA مسئول عن ترجمة الكودونات الموجودة على شريط mRNA. في حين يتحرَّك الريبوسوم على امتداد جزيء mRNA أثناء عملية الترجمة، يتطابق كل كودون على جزيء mRNA مع جزيء tRNA الذي يحمل تتابعًا مُكمِّلًا يتكوَّن من ثلاث نيوكليوتيدات، أو مضاد كودون، عند موقع مضاد الكودون، كما هو موضَّح في الشكل 10.

تعريف: مضاد الكودون

مضاد الكودون هو التتابع الذي يحمله الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والمُكمِّل لأحد الكودونات التي يحملها الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).

عند النهاية المفتوحة لجزيء tRNA، التي تقابل موقع مضاد الكودون مباشرة، يوجد تَتَابُعٌ يتكوَّن من ثلاث نيوكليوتيدات هي CCA، يليه موقع ارتباط الحمض الأميني. كل جزيء من جزيئات tRNA له مضاد كودون ثابت يقابل حمضًا أمينيًّا معينًا يتصل بالطرف 3 في جزيء tRNA.

باستطاعتنا الآن فَهْم آلية عملية الترجمة. عندما يتطابق مضاد الكودون الذي يحمله جزيء tRNA مع الكودون الذي يحمله جزيء mRNA فإنه يحمل الحمض الأميني إلى الريبوسوم ويرتبط بالكودون المُكمِّل له على شريط mRNA. بعد ذلك ينفصل الحمض الأميني عن جزيء tRNA ويرتبط بسلسلة الببتيد المتنامية التي تكوِّن البروتين في النهاية.

يُقرَأ كلُّ كودون يحمله mRNA، أما جزيء tRNA الذي يحمل مضاد الكودون المُكمِّل فينقل الحمض الأميني المقابل ثم يخرج من الريبوسوم. عندما يتحرَّك الريبوسوم على امتداد شريط mRNA من الطرف 5 إلى الطرف 3 يرتبط كل حمض أميني جديد بالسلسلة المتنامية بواسطة رابطة ببتيدية، وهو ما يؤدِّي إلى تكوُّن سلسلة من عديد الببتيد. هذا ما يوضِّحه الشكل 11. تستمر هذه العملية حتى يصل الريبوسوم إلى كودون الوقف الذي يحمله شريط mRNA، وهنا تتوقَّف عملية تخليق البروتين.

في الشكل 12 نلخِّص من خلال الصور الأنواع المختلفة للحمض النووي الريبوزي التي تناولناها في هذا الشارح، بالإضافة إلى المراحل الرئيسية لعمليتَي النسخ والترجمة التي تشارك فيها هذه الأنواع.

دعونا نلخِّص سريعًا ما تعلَّمناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • في كل خلية حية يحمل الحمض النووي (DNA) المادة الوراثية التي تُحوَّل إلى بروتينات.يدعم الحمض النووي الريبوزي (RNA) بأنواعه المختلفة هذه العملية ويساعد في حدوثها.
  • في الحمض النووي الريبوزي (RNA) السكر الخماسي هو الريبوز، بخلاف الحمض النووي (DNA) الذي يحتوي على الريبوز المنقوص الأكسجين.
  • يحتوي الحمض النووي الريبوزي على اليوراسيل بدلًا من الثايمين.
  • يوجد الحمض النووي الريبوزي بوجه عام في صورة شريط مفرد لا شريط مزدوج.
  • توجد ثلاثة أنواع رئيسية للحمض النووي الريبوزي (RNA) هي: الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA).
  • أثناء عملية النسخ يُحوَّل جزء من DNA إلى mRNA لنقل المعلومات الوراثية إلى الريبوسومات.
  • الريبوسومات هي العضيات المسئولة عن تخليق البروتين، وتتكوَّن من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) وعديدات الببتيد.
  • في الريبوسومات تعمل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) بمثابة جزيئات مُحوِّلة؛ فهي تنقل الأحماض الأمينية بالترتيب المحدَّد بواسطة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). تُسمَّى هذه العملية «الترجمة».

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.