فيديو الدرس: عملية الترجمة الأحياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف أكثر على عملية الترجمة التي تحدث لإنتاج عديد الببتيد من نسخة من الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏. وسوف نتعرف أيضًا على المكونات الرئيسية لعملية الترجمة، التي تتضمن الريبوسوم والحمض النووي الريبوزي الناقل ‪(tRNA)‬‏، ونرى كيف يعملان جنبًا إلى جنب مع نسخة ‪mRNA‬‏ لتكوين عديد الببتيد.

قبل التحدث عن عملية الترجمة، دعونا أولًا نستعرض كيف يمكن تحويل الجين إلى بروتين. أمامنا هنا خلية حقيقية النواة بداخلها النواة والحمض النووي ‪(DNA)‬‏. لنفترض أن هذا الجين الموضح باللون الأزرق يجب التعبير عنه في صورة بروتين. هذا يحدث في الواقع على خطوتين. الخطوة الأولى تسمى عملية النسخ. وفيها ينسخ الجين الموجود في الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ المزدوج الشريط لإنتاج جزيء مفرد الشريط من ‪mRNA‬‏ أو الحمض النووي الريبوزي الرسول.

في حقيقيات النوى، تحدث هذه العملية في النواة، أما في بدائيات النوى، التي لا توجد بها نواة، تحدث هذه العملية في السيتوبلازم. يمكن بعد ذلك تحويل هذا الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ إلى بروتين في عملية تسمى الترجمة. أثناء عملية الترجمة، يتحول تتابع النيوكليوتيدات في جزيء ‪mRNA‬‏ إلى تتابع من الأحماض الأمينية. وهذا التتابع يسمى عديد الببتيد، ويمكن أن يطوى لتكوين بروتين.

الآن دعونا نستعرض كيفية ترجمة تتابع النيوكليوتيدات في جزيء ‪mRNA‬‏ إلى تتابع من الأحماض الأمينية باستخدام الشفرة الوراثية. هذا تتابع ‪mRNA‬‏ الذي سنتناوله. لعلك تتذكر أن جزيء ‪mRNA‬‏ يحتوي على اليوراسيل بدلًا من الثايمين الموجود في جزيء ‪DNA‬‏، وأنه يكتب في الاتجاه من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة. أثناء عملية الترجمة، تترجم مجموعات مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات، تسمى الكودونات، إلى أحماض أمينية محددة باستخدام الشفرة الوراثية. يمكننا استخدام عجلة الكودونات، مثل هذه الموضحة هنا، لنر كيف يمكن ترجمة كل كودون إلى حمض أميني. دعونا نستعرض كيفية إجراء ذلك باستخدام الكودون ‪ACA‬‏ الموضوع تحته خط في الطرف الأيسر.

سنبدأ من المركز، الذي يشير إلى الطرف خمسة شرطة من الكودون، ونتحرك إلى الخارج نحو الطرف ثلاثة شرطة. إذن في حالة الكودون ‪ACA‬‏، سنبدأ أولًا بـ ‪A‬‏ ثم ‪C‬‏ ثم ‪A‬‏. وهذا يناظر الحمض الأميني ثريونين. لنجرب الكودون التالي، وهو ‪UCA‬‏. إذن سنبدأ بـ ‪U‬‏ ثم ‪C‬‏ ثم ‪A‬‏. وهذا يناظر الحمض الأميني سيرين. فيما يخص هذا الكودون الأخير، ‪GGA‬‏، ما رأيك أن توقف الفيديو مؤقتًا وترى إذا ما كان بإمكانك حله بنفسك؟ الكودون ‪GGA‬‏ يناظر الجلايسين. والآن دعونا نلق نظرة أشمل لنرى ما تبدو عليه هذه النسخة على نطاق أوسع. هذا هو جزيء ‪mRNA‬‏ موضحًا باللون الأزرق. بعد إنتاج جزيء ‪mRNA‬‏ أثناء عملية النسخ، لا تترجم النسخة بأكملها إلى بروتين، وإنما جزء منها فقط.

توجد إشارة بدء عملية الترجمة، وإشارة وقف عملية الترجمة. أثناء عملية الترجمة، تحدد هاتان الإشارتان بداية عديد الببتيد ونهايته. وكما نرى في عجلة الكودونات الموجودة على اليمين، يشير الكودون الذي يشفر الحمض الأميني ميثيونين إلى إشارة البدء. إذن يبدأ كل بروتين في الأساس بالحمض الأميني ميثيونين. على الجانب الآخر، توجد عدة كودونات وقف يمكن استخدامها. ولا تشفر هذه الكودونات أية أحماض أمينية. بدلًا من ذلك، نجد أنها تجذب بروتينات خاصة لإبلاغ الريبوسوم بوقف عملية الترجمة.

الآن بعد أن تناولنا كيفية استخدام الشفرة الوراثية لترجمة النيوكليوتيدات في جزيء ‪mRNA‬‏ إلى الأحماض الأمينية في عديد الببتيد، حان الوقت للحديث عن كيفية حدوث هذه العملية على المستوى الجزيئي. يوجد بعض المكونات الأساسية لهذه العملية. المكون الأول هو ما تناولناه بالفعل، وهو جزيء ‪mRNA‬‏ ذاته الذي يحمل الرسالة المطلوب ترجمتها. المكون الثاني هو الريبوسوم وهو عضية صغيرة مكونة من بروتينات خاصة تجري مسحًا لجزيء ‪mRNA‬‏ وتطابق الأحماض الأمينية المناظرة مع الكودونات، أما المكون الآخر فهو نوع خاص من جزيئات ‪RNA‬‏ يسمى ‪tRNA‬‏ أو الحمض النووي الريبوزي الناقل الذي يحمل الأحماض الأمينية اللازمة إلى الريبوسوم. تعمل هذه المكونات معًا لترجمة تتابع من النيوكليوتيدات إلى أحماض أمينية.

لنلق نظرة من كثب على هذه المكونات، بداية من ‪tRNA‬‏. ‏‪tRNA‬‏ جزيء محول متخصص، ما يعني أنه يحمل الحمض الأميني الذي يناظر تتابع كودون بعينه في جزيء ‪mRNA‬‏. يوجد لكل كودون جزيء ‪tRNA‬‏ مناظرًا له. وكل جزيئات ‪tRNA‬‏ تتكون من شريط ‪RNA‬‏ مفرد يطوى على نفسه لتكوين هذا التركيب المشابه لورقة البرسيم. يمكنك رؤية الطرفين خمسة شرطة وثلاثة شرطة هنا. أما ما لا يظهر هنا، فهو نيوكليوتيدات ‪RNA‬‏ المفردة التي تجعل الجزيء متماسكًا، لذا هيا نلق نظرة فاحصة. هنا يمكنك ملاحظة كيف يمكن للنيوكليوتيدات المفردة الموجودة في جزيء ‪tRNA‬‏ أن ترتبط معًا بواسطة روابط هيدروجينية كما هو موضح بالخطوط السوداء. وهذا ما يجعل جزيء ‪tRNA‬‏ يأخذ هذا الشكل الفريد.

توجد منطقتان مهمتان في جزيء ‪tRNA‬‏. عند أحد الطرفين يوجد موقع ارتباط الحمض الأميني. وإذا أمعنا في النظر، يمكننا ملاحظة الحمض الأميني أسباراجين متصلًا بالطرف ثلاثة شرطة لجزيء ‪tRNA‬‏. أما عند الطرف الآخر من جزيء ‪tRNA‬‏، توجد منطقة تسمى مضاد الكودون. مضاد الكودون تتابع من نيوكليوتيدات ‪RNA‬‏ يوجد في ‪tRNA‬‏، أو ‪UUA‬‏ في هذا المثال، وهو تتابع مكمل يمكنه تكوين روابط هيدروجينية مع الكودون في ‪mRNA‬‏، أو ‪AAU‬‏ كما هو موضح هنا. إذا استخدمنا عجلة الكودونات مرة أخرى، يمكننا ملاحظة أن الكودون ‪AAU‬‏ يناظر الحمض الأميني أسباراجين. وهو الحمض الأميني المتصل بالطرف ثلاثة شرطة لجزيء ‪tRNA‬‏.

الآن بعد أن أصبحنا أكثر دراية بالحمض النووي الريبوزي الناقل ‪(tRNA)‬‏، دعونا نحول اهتمامنا إلى الموقع الذي تحدث فيه عملية الترجمة فعليًّا، وهو الريبوسوم. يتكون الريبوسوم من وحدتين فرعيتين. في الأعلى، توجد وحدة فرعية كبيرة، وفي الأسفل توجد وحدة فرعية صغيرة. تتكون هاتان الوحدتان الفرعيتان من البروتين ونوع خاص من جزيئات ‪RNA‬‏ يسمى الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي. تتحد هاتان الوحدتان الفرعيتان مع شريط ‪mRNA‬‏ أثناء عملية الترجمة. يمكن لجزيء ‪tRNA‬‏، الذي يحمل حمضًا أمينيًّا، أن يصل إلى هذا المركب ويتطابق مع الكودون المناظر له على جزيء ‪mRNA‬‏، في الوقت الذي يبني فيه الريبوسوم سلسلة عديد الببتيد. حسنًا، دعونا نتعرف على كيفية حدوث عملية الترجمة بأكملها من البداية.

تبدأ عملية الترجمة بارتباط الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم بتتابع خاص على شريط ‪mRNA‬‏ يسمى موقع ارتباط الريبوسوم. وتتحرك بعد ذلك على امتداد جزيء ‪mRNA‬‏ لمسحه بهدف تحديد موقع كودون البدء. هذا الكودون هو تتابع النيوكليوتيدات ‪AUG‬‏، ويناظر الحمض الأميني ميثيونين. بعد ذلك، ‪tRNA‬‏ الحامل للميثيونين، الذي يحتوي على مضاد الكودون المكمل لـ ‪AUG‬‏ وهو ‪UAC‬‏، يرتبط بكودون البدء. ثم ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة بجزيء ‪mRNA‬‏ والوحدة الفرعية الصغيرة لتكوين الريبوسوم. تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على ثلاثة مواقع تسمى ‪E‬‏ و‪P‬‏ و‪A‬‏. يشار إلى الموقع ‪A‬‏ بموقع الأمينو أسيل، وهو الموقع الذي يستقبل فيه الريبوسوم جزيئًا جديدًا من ‪tRNA‬‏ للكودون التالي. يحتفظ موقع الببتيديل ‪(P)‬‏ بسلسلة عديد الببتيد المتنامية، أما موقع الخروج ‪(E)‬‏ فهو الذي يخرج منه جزيء ‪tRNA‬‏ السابق.

عندما ترتبط وحدة فرعية كبيرة في البداية بالمركب المتكون من شريط ‪mRNA‬‏ والوحدة الفرعية الصغيرة، يكون جزيء ‪tRNA‬‏ الحامل للميثيونين في الموقع ‪P‬‏. بعد ذلك، يدخل جزيء ‪tRNA‬‏ التالي الذي يحمل مضاد الكودون المناظر إلى الريبوسوم في الموقع ‪A‬‏. هذا الكودون ‪CUG‬‏ يناظر الحمض الأميني ليوسين الذي يمكننا رؤيته هنا. والآن، يمكن للريبوسوم ربط هذين الحمضين الأمينيين لتكوين رابطة ببتيدية. ويمكنه فعل ذلك لأن الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم يمكنها أن تعمل بمنزلة إنزيم، وذلك بفعل نشاط إنزيم ببتيديل ترانسفيريز بها. وهنا يمكنك ملاحظة الحمضين الأمينيين مرتبطين.

بعد ذلك، يتحرك الريبوسوم على شريط ‪mRNA‬‏ في الاتجاه من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة إلى الكودون التالي. لا تتحرك جزيئات ‪tRNA‬‏ الموجودة بالداخل، وتنقل إلى الموقع المجاور. إذن جزيء ‪tRNA‬‏ الذي يحتوي على عديد الببتيد يوجد الآن في الموقع ‪P‬‏، وجزيء ‪tRNA‬‏ الذي فقد للتو حمضه الأميني يوجد في الموقع ‪E‬‏. بعد ذلك، يخرج جزيء ‪tRNA‬‏ هذا من الريبوسوم، في حين يمكن لجزيء ‪tRNA‬‏ التالي ومضاد الكودون المطابق له الدخول إلى الريبوسوم عند الموقع ‪A‬‏. تتكرر هذه العملية لحين الوصول إلى كودون وقف وعنده تحفز بروتينات خاصة، تسمى عوامل الإطلاق، الريبوسوم لإطلاق عديد الببتيد وشريط ‪mRNA‬‏. عندئذ يمكن لعديد الببتيد الناتج أن يطوى لتكوين بروتين له شكل محدد يناسب وظيفته.

في المجمل، يمكن أن تحدث عملية الترجمة بمعدل سريع بما يكفي يقدر بنحو 10 أحماض أمينية لكل ثانية. لذا، فيما يخص بروتين الإنسولين، الذي يبلغ طوله 50 حمضًا أمينيًّا، قد يستغرق الريبوسوم نحو خمس ثوان ليخلق هذا البروتين من جزيء ‪mRNA‬‏. يوجد بعض المركبات التي يمكنها تثبيط عملية الترجمة، مثل الريسين الذي يوجد في البذور الزيتية لنبات الخروع.

يمكن للريسين أن يشطر مكونًا بعينه من مكونات الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم. وهذا قد يمنعه من الارتباط بعوامل خاصة تسمى عوامل الاستطالة. تشترك إحدى هذه العوامل في نقل جزيئات ‪tRNA‬‏ الجديدة إلى الموقع ‪A‬‏ على الريبوسوم. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى التسمم عن طريق تثبيط تخليق البروتين، وهو ما يمكن أن يكون قاتلًا. ونظرًا لأن الجرعات الصغيرة منه تكفي لحدوث ذلك، استخدم الريسين على مدار التاريخ في العديد من محاولات الاغتيال. ويمكن استخدامه كذلك لعلاج السرطان؛ إذ يمكنه قتل الخلايا السرطانية.

والآن بعد أن تعرفنا على المزيد عن عملية الترجمة، هيا نتناول سؤالًا تدريبيًّا.

ما وظيفة الحمض النووي الريبوزي الناقل ‪(tRNA)‬‏ في عملية الترجمة؟ (أ) توفير موقع لحدوث عملية الترجمة داخل الخلية الحقيقية النواة. (ب) حمل الأحماض الأمينية إلى جزيء الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ الذي يترجم لتكوين سلسلة عديد الببتيد. (ج) تحفيز تكوين الروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد. (د) توفير تتابع النيوكليوتيدات الذي يحدد تسلسل الأحماض الأمينية.

يطلب منا هذا السؤال تحديد وظيفة الحمض النووي الريبوزي الناقل ‪(tRNA)‬‏ أثناء عملية الترجمة. للإجابة عن هذا السؤال، دعونا أولًا نمسح خيارات الإجابة لنوفر مساحة أكبر للحل. لكي يعبر عن الجين في الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ للبشر ويتكون البروتين، يجب نسخه أولًا لتكوين الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏. تعرف هذه العملية بالنسخ. يمكن بعد ذلك ترجمة جزيء ‪mRNA‬‏ هذا لتكوين البروتين. تعرف هذه العملية بالترجمة، وتتضمن بعض المكونات الأساسية هي ‪mRNA‬‏، وعضية خاصة تسمى الريبوسوم، و‪tRNA‬‏. دعونا نتحدث عن هذه المكونات بمزيد من التفصيل.

‏‪mRNA‬‏ هو نسخة من الجين الذي يعبر عنه. ويحتوي على تتابع من النيوكليوتيدات يتضمن المعلومات اللازمة لتكوين البروتين. ويمكن فك تشفير أو ترجمة مجموعات مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى الكودونات إلى الأحماض الأمينية المناظرة لها. إذن الكودون ‪CGG‬‏ يناظر الحمض الأميني أرجينين. عند ترتيب هذه النيوكليوتيدات في كودونات، يمكنها أن تشفر لأي حمض أميني في البروتين. ترتبط هذه الأحماض الأمينية معًا بواسطة الروابط الببتيدية. يمكن لعديد الببتيد الناتج أن يطوى بعد ذلك لتكوين البروتين.

يمكن ترجمة شريط ‪mRNA‬‏ إلى مركب خاص يسمى الريبوسوم. هذه الآلة الجزيئية قادرة على مطابقة تتابع نيوكليوتيدات ‪mRNA‬‏ مع الحمض الأميني المناظر. يمكن للريبوسوم بعد ذلك إنشاء روابط ببتيدية بين هذه الأحماض الأمينية وتكوين عديد الببتيد. وأخيرًا، الحمض النووي الريبوزي الناقل أو ‪tRNA‬‏ هو جزيء محول ينقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم. وهنا تتطابق هذه الأحماض مع تتابع النيوكليوتيدات المناظر لها.

إذن تتمثل وظيفة جزيئات ‪tRNA‬‏ في عملية الترجمة في حمل الأحماض الأمينية إلى جزيء ‪mRNA‬‏ الذي يترجم لتكوين سلسلة عديد الببتيد.

والآن لنلق نظرة على بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. تتدفق المعلومات الوراثية من ‪DNA‬‏ إلى ‪mRNA‬‏ ثم إلى البروتينات. الترجمة عملية يتحول فيها تتابع النيوكليوتيدات في ‪mRNA‬‏ إلى أحماض أمينية في البروتينات. توجد عدة مكونات أساسية في عملية الترجمة، وهي تتضمن ‪mRNA‬‏ نفسه، و‪tRNA‬‏، وعضية صغيرة تسمى الريبوسوم. ‏‪tRNA‬‏ هو الجزيء المسئول عن نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم. الريبوسوم هو الموقع الذي تحدث فيه عملية الترجمة، ويتكون من وحدتين فرعيتين: الكبيرة والصغيرة. ولكل منهما دور محدد أثناء عملية الترجمة.