فيديو الدرس: أنواع الحمض النووي الريبوزي ‪(RNA)‬‏ الأحياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف المكونات التي تكون جزيئات الحمض النووي الريبوزي ‪(RNA)‬‏، ونفرق بين ثلاثة أنواع من ‪RNA‬‏: الحمض النووي الريبوزي الناقل ‪(tRNA)‬‏، والحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏، والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ‪(rRNA)‬‏.

خلال دراسة علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية، غالبًا ما يسلط الضوء على الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. لكن ‪DNA‬‏ لا يعمل بمفرده. ومثلما لا يمكن أن يتألق نجم سينمائي بدون طاقم الفيلم، فلن يتمكن ‪DNA‬‏ من أن يؤدي دوره من دون ‪RNA‬‏. لذا دعونا نسلط الضوء على ‪RNA‬‏ ونمنحه التقدير الذي يستحقه. كما سنرى، يشترك ‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏ في بعض أوجه التشابه والاختلاف. لنلق نظرة عليها بمزيد من التفصيل؛ حيث ترتبط بتكوين هذين الجزيئين وتركيبهما. لدينا هنا جزيء من ‪RNA‬‏ على اليسار وجزيء من ‪DNA‬‏ على اليمين. عادة ما يكون ‪RNA‬‏ مفرد الشريط، في حين يكون ‪DNA‬‏ مزدوج الشريط. لنكبر كلًّا من هذين الجزيئين لكي نتعرف على التركيب الكيميائي لكليهما.

‏‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏ حمضان نوويان يتكونان من وحدات فرعية متكررة تسمى النيوكليوتيدات. وتتكون كل نيوكليوتيدة من ثلاثة أجزاء مختلفة: مجموعة الفوسفات كما هو موضح هنا وهنا، والسكر الخماسي كما هو موضح هنا وهنا، ثم القاعدة النيتروجينية. لعلنا لاحظنا أن الفرق الوحيد بين هذه النيوكليوتيدات يتمثل في القاعدة النيتروجينية. حيث توجد أنواع مختلفة من هذه القواعد التي سنتحدث عنها بعد قليل. في كلا الجزيئين، تلعب مجموعة الفوسفات دورًا في تكوين رابطة فوسفاتية ثنائية الإستر بين نيوكليوتيدتين متتاليتين. تكون الروابط الفوسفاتية الثنائية الإستر هذه هيكلًا لكل من ‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏، وهو ما نطلق عليه اسم هيكل السكر والفوسفات. وهو ما يمكننا ملاحظته داخل هذه المربعات الوردية.

نلاحظ أن ‪RNA‬‏ يحتوي على هيكل واحد من السكر والفوسفات؛ لأنه مفرد الشريط، ويحتوي ‪DNA‬‏ على هيكلين؛ لأنه مزدوج الشريط. كما يمكننا ملاحظة أن هيكل السكر والفوسفات موضح باللون الأسود في كل من مخططي ‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏، وتشير الخطوط الملونة المختلفة إلى القواعد النيتروجينية. والآن بعد أن فهمنا التركيب العام لكل من ‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏، لنلق نظرة على بعض الاختلافات.

يتعلق أحد الاختلافات بالسكر الخماسي. سنبدأ بالسكر الخماسي الموجود في ‪RNA‬‏. ترقم ذرات الكربون حول السكر الخماسي بواحد شرطة، وهي ذرة الكربون التي ترتبط بالقاعدة النيتروجينية، ثم اثنين شرطة، ثم ثلاثة شرطة، ثم أربعة شرطة، ثم خمسة شرطة؛ حيث ترتبط ذرة الكربون خمسة شرطة بمجموعة الفوسفات. والآن لنلق نظرة على السكر الخماسي في ‪DNA‬‏. ترقم ذرات الكربون من واحد شرطة إلى خمسة شرطة، كما هو الحال في ‪RNA‬‏. لم لا نوقف الفيديو مؤقتًا ونرى إذا كان بإمكاننا ملاحظة الفرق بين الاثنين؟ يكمن الاختلاف في المجموعة المرتبطة بذرة الكربون الثانية للسكر الخماسي.

مجموعة الهيدروكسيل في ‪RNA‬‏ هي ما يجعل هذا السكر سكر ريبوز. ولهذا السبب نسميه الحمض النووي الريبوزي، وفي ‪DNA‬‏ ينقصنا الأكسجين، ويوجد هيدروجين بدلًا منه. ولهذا السبب نسميه الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين. كما أن مجموعة الهيدروكسيل الموجودة في ‪RNA‬‏ تجعله أكثر تفاعلية من الناحية الكيميائية. ولهذا السبب، يكون ‪RNA‬‏ أقل استقرارًا أو أكثر هشاشة من ‪DNA‬‏. وهذا هو السبب وراء تفضيل الكائنات الحية ‪DNA‬‏ باعتباره داعمًا للمعلومات الوراثية، ويفضل ‪RNA‬‏ قصير الأجل في نقل الرسائل المؤقتة داخل الخلية.

والآن، دعونا نقارن بين القواعد النيتروجينية لكل من ‪RNA‬‏ و‪DNA‬‏. لعلنا نتذكر أنه توجد أربع قواعد نيتروجينية مختلفة في ‪DNA‬‏ كما هو موضح هنا: الأدينين الموضح باللون الأخضر، والثايمين الموضح باللون الوردي، والجوانين الموضح باللون الأزرق، والسيتوزين الموضح باللون البرتقالي. ومن بين هذه القواعد، ينتمي الأدينين والجوانين إلى البيورينات، ولكل منهما تركيب حلقي مزدوج، في حين ينتمي الثايمين والسيتوزين إلى البيريميدينات، ويتكون كل منهما من حلقة مفردة. ولعلنا نتذكر أيضًا أن النيوكليوتيدات يمكنها تكوين روابط هيدروجينية مع القواعد النيتروجينية الأخرى. وفقًا لمبادئ ازدواج القواعد المتكاملة، يرتبط الأدينين بالثايمين بواسطة رابطتين هيدروجينيتين، في حين يرتبط الجوانين بالسيتوزين بواسطة ثلاث روابط هيدروجينية. وهذا ما يشكل هذين الزوجين من القواعد كما هو موضح هنا.

يرتبط شريطا ‪DNA‬‏ معًا بواسطة هذه الروابط الهيدروجينية التي تكون ضعيفة في حالتها المنفردة، ولكنها قوية بشكل جماعي. ويمكن لجزيء ‪DNA‬‏ المزدوج الشريط هذا أن يلتف ويكون الشكل اللولبي المزدوج المألوف لدينا. والآن، لنلق نظرة على القواعد النيتروجينية الموجودة في ‪RNA‬‏. كما نرى، تكون القواعد النيتروجينية في جزيء ‪RNA‬‏ مماثلة جدًّا للقواعد النيتروجينية في جزيء ‪DNA‬‏ مع وجود اختلاف رئيسي واحد فقط. في ‪RNA‬‏، نلاحظ وجود اليوراسيل بدلًا من الثايمين. ينتمي اليوراسيل أيضًا إلى البيريميدينات، ويرتبط بالأدينين بواسطة رابطتين هيدروجينيتين تمامًا مثل الثايمين. ويمكننا أن نلاحظ ذلك هنا. على الرغم من أن القواعد النيتروجينية في جزيء ‪RNA‬‏ يمكن أن تكون أزواجًا من القواعد تمامًا مثل القواعد النيتروجينية في جزيء ‪DNA‬‏، إلا أن ‪RNA‬‏ لا يكون عادة جزيئًا مزدوج الشريط مثل ‪DNA‬‏. ومع ذلك، فإن قدرة ‪RNA‬‏ على تكوين أزواج من القواعد المتكاملة مع ‪DNA‬‏ مهمة للغاية أثناء تكوين أي نوع من ‪RNA‬‏ خلال عملية النسخ. قبل أن نتطرق إلى ذلك، دعونا نراجع أولًا كيف يمكن أن ينقل ‪RNA‬‏ المعلومات الوراثية الموجودة في ‪DNA‬‏ إلى بقية الخلية.

هذه عملية عامة تحدث في جميع الكائنات الحية. وقد لخصت فيما يسمى بالفكرة المحورية لعلم البيولوجيا الجزيئية. لدينا هنا جزء من ‪DNA‬‏، ويحتوي هذا الـ ‪DNA‬‏ على جين. الجين هو مقطع من ‪DNA‬‏ يشفر لإنتاج وحدة وظيفية مثل البروتين أو نوع ما من جزيئات ‪RNA‬‏ الوظيفية مثل ‪rRNA‬‏ أو ‪tRNA‬‏ اللذين سنناقشهما لاحقًا. ينسخ هذا الجين في عملية تسمى النسخ. والنسخ هو عملية تحويل ‪DNA‬‏ إلى ‪RNA‬‏. يمكن إنتاج أي نوع من ‪RNA‬‏ من خلال عملية النسخ. لكن في هذا المثال، سنناقش نوعًا خاصًّا من ‪RNA‬‏ يسمى ‪RNA‬‏ الرسول، أو ‪mRNA‬‏. الجينات التي تشفر لإنتاج البروتينات تنتج ‪mRNA‬‏ بعد عملية النسخ. ويمكن تحويل تتابع ‪mRNA‬‏ هذا إلى تتابع من الأحماض الأمينية خلال عملية تسمى الترجمة. بعد ذلك، يمكن أن تطوى هذه الأحماض الأمينية لتكوين بروتين يؤدي وظيفة محددة.

والآن سنلقي نظرة على عملية النسخ هذه بمزيد من التفصيل باستخدام ‪mRNA‬‏ مثالًا. بعد ذلك، سنرى كيف يمكن ترجمة ‪mRNA‬‏. أثناء عملية الترجمة، سنلقي نظرة على نوعين آخرين من ‪RNA‬‏. وهما ‪rRNA‬‏ و‪tRNA‬‏. سنتناول أولًا آلية عمل النسخ لإنتاج ‪mRNA‬‏ كمثال. لكن تذكر أنه ينتج عن عملية النسخ أي نوع من ‪RNA‬‏، بما في ذلك ‪rRNA‬‏ و‪tRNA‬‏ اللذان سنناقشهما بعد قليل. أولًا: يرتبط إنزيم يسمى إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏ بـ ‪DNA‬‏. بعد ذلك، يفك اللولب المزدوج عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية. وهذا يكشف النيوكليوتيدات المختلفة التي تعمل فيما بعد بمثابة قالب لتخليق ‪mRNA‬‏. إذن، يمكننا هنا ملاحظة جزيء ‪mRNA‬‏ الذي جرى تخليقه بواسطة إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏.

تزدوج نيوكليوتيدات ‪RNA‬‏ المختلفة مع نيوكليوتيدات ‪DNA‬‏ المكملة لها، والتي تضاف بعد ذلك إلى جزيء ‪mRNA‬‏ المتنامي بواسطة إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏. ويتحرك إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏ قدمًا مع استطالة جزيء ‪mRNA‬‏ هذا. يمكننا ملاحظة جزيء ‪mRNA‬‏ الذي ينتج من إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏ هنا. تستمر عملية النسخ حتى يصل إنزيم بلمرة ‪RNA‬‏ إلى نهاية الجين. والآن بعد أن أصبح لدينا جزيء ‪mRNA‬‏، يجب أن تترجم النيوكليوتيدات الموجودة بداخله إلى تتابع من الأحماض الأمينية لتكوين بروتين. وتسمى هذه العملية بالترجمة؛ حيث تتضمن نوعين آخرين من ‪RNA‬‏ اللذين سنناقشهما لاحقًا، وهما: ‪rRNA‬‏ و‪tRNA‬‏. تجرى عملية الترجمة بواسطة عضية تسمى الريبوسوم. يتكون الريبوسوم من تركيبين منفصلين نسميهما الوحدة الفرعية الكبيرة والوحدة الفرعية الصغيرة. تتحد هاتان الوحدتان الفرعيتان معًا لتكوين الريبوسوم. ويتكون الريبوسوم من مزيج من البروتينات و‪RNA‬‏ الريبوسومي، أو ‪rRNA‬‏.

لا يشفر ‪rRNA‬‏ لإنتاج البروتينات مثل ‪mRNA‬‏. وبدلًا من ذلك، فإنه يستخدم باعتباره مكونًا تركيبيًّا ووظيفيًّا للريبوسوم. يتحد الريبوسوم مع ‪mRNA‬‏ ويبدأ عملية الترجمة. والآن بعد أن أصبح الريبوسوم مرتبطًا بـ ‪mRNA‬‏، يجب إدخال أحماض أمينية محددة تتطابق مع النيوكليوتيدات المناظرة لها في ‪mRNA‬‏. ويحدث ذلك عن طريق نوع آخر من ‪RNA‬‏ يسمى ‪RNA‬‏ الناقل، أو ‪tRNA‬‏. على غرار ‪rRNA‬‏، فإن ‪tRNA‬‏ لا يتحول إلى بروتين مثل ‪mRNA‬‏. وبدلًا من ذلك، تصبح نيوكليوتيدات جزيء ‪RNA‬‏ مطوية على نفسها لتكوين روابط هيدروجينية كما هو موضح بهذه النقاط السوداء. وهذا ما يعطي جزيء ‪tRNA‬‏ شكله المميز الذي يشبه ورقة البرسيم.

في أحد أطراف جزيء ‪tRNA‬‏ يوجد حمض أميني. والحمض الأميني المرتبط بجزيء ‪tRNA‬‏ لا يحدد عشوائيًّا. بل في الواقع، يوجد تتابع مكون من ثلاثة نيوكليوتيدات في الطرف الآخر من جزيء ‪tRNA‬‏ يحدد الحمض الأميني المرتبط به. وهذا التتابع يسمى موقع مضاد الكودون. يمكن للنيوكليوتيدات الثلاث الموجودة في موقع مضاد الكودون أن تزدوج مع القواعد مع ثلاثة من النيوكليوتيدات المكملة في ‪mRNA‬‏، والتي نسميها الكودون. وكل كودون في ‪mRNA‬‏ يحمل شفرة حمض أميني معين. لذا، عندما ترتبط جزيئات ‪tRNA‬‏ هذه بجزيئات ‪mRNA‬‏، فإنها تجلب معها الحمض الأميني المناظر لها، والذي يمكن بعد ذلك ربطه معها كما نرى هنا. يمكن للريبوسوم أن يتحرك على امتداد تتابع ‪mRNA‬‏ لإدخال جزيء ‪tRNA‬‏ التالي؛ لكي يرتبط بالحمض الأميني التالي، في حين يخرج جزيء ‪tRNA‬‏ السابق.

وتستمر هذه العملية، كودونًا تلو الآخر، حتى الوصول إلى كودون خاص يسمى كودون الوقف. وهذا يتسبب في انفصال الريبوسوم وإطلاق سلسلة من الأحماض الأمينية أو عديد الببتيد. تجدر الإشارة إلى أنه في الواقع، يمكن أن تكون عديدات الببتيد أطول بكثير مما هو موضح هنا. وإذا نظرنا إلى مخطط الأجزاء المختلفة من جزيء ‪mRNA‬‏، فسنلاحظ كودون الوقف مشارًا إليه هنا. في الواقع، يرتبط الريبوسوم ببداية الجزيء، لكنه لا يبدأ في عملية الترجمة حتى يصل إلى كودون البدء. والمنطقة الواقعة بينهما هي التتابع الحامل للشفرة، وهو ما يترجم بالفعل إلى تتابع من الأحماض الأمينية.

«ذيل عديد الأدينين» هو تركيب آخر يتكون من حوالي 200 نيوكليوتيدة من الأدينين. ويساعد على استقرار جزيء ‪mRNA‬‏ لمنع تحلله حتى يمكن ترجمته. والآن، بعد أن فهمنا المزيد عن الأنواع المختلفة من ‪RNA‬‏، لنتناول سؤالًا تدريبيًّا.

تتكون الريبوسومات من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ‪(rRNA)‬‏ وعديدات الببتيد. ما الدور الذي تلعبه الريبوسومات في الخلية؟ (أ) تتحكم فيما يدخل الخلية وما يخرج منها، (ب) توفر موقعًا للتنفس الهوائي، (ج) تنقل الإنزيمات إلى أنحاء الخلية، (د) ترسل الإشارات داخل الخلايا، (هـ) توفر موقعًا لتخليق البروتين.

في كل خلية حية، يحمل ‪DNA‬‏ المعلومات الوراثية التي تعطي التعليمات اللازمة لكي تعمل الخلية بشكل صحيح. وتأتي هذه التعليمات في صورة جينات، وهي مقاطع من الحمض النووي يمكن تحويلها إلى وحدات وظيفية، مثل البروتينات. عندما يتطلب الأمر تحويل جين إلى بروتين، فلا بد أولًا من تحويل تتابع الحمض النووي إلى جزيء ‪mRNA‬‏ عن طريق عملية النسخ. بعد ذلك، يجري تحويل تتابع ‪mRNA‬‏ إلى تتابع من الأحماض الأمينية أو عديد الببتيد في عملية تسمى الترجمة. ثم يطوى عديد الببتيد هذا لتكوين بروتين يؤدي وظيفة محددة.

تجرى عملية الترجمة بواسطة عضية تسمى الريبوسوم، الذي يتكون من نوع خاص من ‪RNA‬‏ يسمى ‪rRNA‬‏ وعديدات الببتيد، كما هو موضح في السؤال. يمكن لهذا الريبوسوم أن يرتبط بجزيء ‪mRNA‬‏ ويحول تتابعه إلى تتابع من الأحماض الأمينية. وهذا يكون عديد الببتيد، الذي يمكن أن يطوى بعد ذلك لتكوين البروتين. ومن ثم، يتمثل دور الريبوسوم في الخلية في توفير موقع لتخليق البروتين.

لنستعرض الآن النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. على غرار ‪DNA‬‏، يتكون ‪RNA‬‏ من وحدات فرعية متكررة تسمى النيوكليوتيدات. يحتوي ‪RNA‬‏ على القواعد النيتروجينية: الأدينين، واليوراسيل، والجوانين، والسيتوزين. وعلى عكس ‪DNA‬‏، عادة ما يكون ‪RNA‬‏ مفرد الشريط بدلًا من مزدوج الشريط، ويحتوي على سكر الريبوز بدلًا من سكر الريبوز المنقوص الأكسجين، كما يحتوي على اليوراسيل بدلًا من الثايمين. لتكوين البروتينات، تتدفق المعلومات الوراثية من ‪DNA‬‏ إلى ‪mRNA‬‏ عن طريق عملية النسخ، ثم تترجم بعد ذلك إلى بروتين. يمكن أن ينتج عن عملية النسخ أي نوع من ‪RNA‬‏، بما في ذلك ‪rRNA‬‏ و‪tRNA‬‏. تتكون الريبوسومات، وهي العضية التي تؤدي عملية الترجمة، من ‪rRNA‬‏ وعديدات الببتيد. أثناء عملية الترجمة، ينقل ‪tRNA‬‏ الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم لكي ترتبط مع تتابع ‪mRNA‬‏.