نسخة الفيديو النصية
في تتابعات الحمض النووي الريبوزي RNA، تشفر كل ثلاث قواعد لحمض أميني. يوجد 64 تركيبًا ممكنًا من الشفرات. مع ذلك، يوجد 20 حمضًا أمينيًّا قياسيًّا فقط في البشر. ما سبب ذلك؟ أ: لم نكتشف 44 حمضًا أمينيًّا بعد. ب: يمكن أن يشفر لنفس الحمض الأميني بأكثر من كودون واحد. ج: يمكن تحديد نفس الكودون بأكثر من حمض أميني واحد. د: لم نكتشف 44 كودونًا بعد.
يختبر هذا السؤال معرفتنا بالشفرة الوراثية. هل تتذكر ما المقصود بالشفرة الوراثية؟ لنسترجع ذلك معًا.
كما نعلم بالفعل، يحتوي الحمض النووي DNA لخلايا الجسم على الجينوم، الذي يشكل كامل المادة الوراثية المسئولة عن تشفير جميع المعلومات اللازمة لتكويننا. الجينات هي مناطق من DNA تحمل شفرة RNA معين أو بروتينات معينة. خلال عملية النسخ، ينسخ الجين بواسطة إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول mRNA. كما نرى في الصورة، فإن نسخة mRNA للجين عبارة عن شريط واحد موضح باللون الأرجواني، على عكس DNA مزدوج الشريط الموضح باللون الأزرق أعلاه. يتكون تتابع RNA من نيوكليوتيدات تحمل أربعة أنواع من القواعد: الأدينين، والجوانين، والسيتوزين، واليوراسيل.
بعد ذلك، أثناء عملية الترجمة، يترجم mRNA إلى بروتينات عن طريق مجموعة من الريبوسومات وجزيئات من الحمض النووي الريبوزي الناقل tRNA. الشفرة الوراثية هي مجموعة التعليمات أو القواعد التي تستخدمها جميع الخلايا الحية لترجمة تتابع معين من RNA إلى سلسلة محددة من الأحماض الأمينية. لنلق نظرة على كيفية عمل هذه الشفرة الوراثية بمزيد من التفصيل.
لإنتاج البروتين من نسخة mRNA، يفحص الريبوسوم جزيء mRNA في الاتجاه خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة. يقرأ mRNA في مجموعات من ثلاث نيوكليوتيدات، انتقالًا من تتابع مكون من ثلاث نيوكليوتيدات إلى التتابع التالي المكون من ثلاث نيوكليوتيدات، وهكذا. كل مجموعة مكونة من ثلاث نيوكليوتيدات من RNA تسمى الكودون، وتشفر لحمض أميني محدد. ينقل كل حمض أميني إلى الريبوسوم عن طريق tRNA، وهو حمض نووي ريبوزي متخصص يحمل حمضًا أمينيًّا واحدًا. يحمل tRNA هذا تتابعًا من ثلاث نيوكليوتيدات، يسمى مضاد الكودون، وهو مكمل لكودون mRNA. يقرأ الريبوسوم كل كودون، ويعمل tRNA مع مضاد الكودون المكمل على نقل الحمض الأميني المناظر إلى الريبوسوم.
ترتبط الأحماض الأمينية التي تجلبها جزيئات tRNA معًا بواسطة الريبوسوم لتكوين سلسلة عديد الببتيد. بمجرد اكتمال سلسلة عديد الببتيد، تطوى وقد تنضم إلى سلاسل أخرى من عديد الببتيد لتكوين الناتج النهائي من البروتين.
الآن بعد أن ألقينا نظرة عامة على عملية الترجمة، قد تسأل نفسك كيف تبين أن الكودونات تتكون من تتابعات من ثلاث نيوكليوتيدات. لماذا ليس اثنين أو أربعة؟ يمكننا استخدام بعض العمليات الحسابية لمساعدتنا في الإجابة عن هذا السؤال. إذا كان الكودون مكونًا من نيوكليوتيدة واحدة فقط، فلن يمكن تشفير سوى أربعة أحماض أمينية ممكنة؛ نظرًا لوجود أربع نيوكليوتيدات مختلفة فقط. يوجد 20 حمضًا أمينيًّا، إذن هذا لا يسمح بالتنوع بالقدر الذي نحتاجه. إذا كانت الكودونات عبارة عن نيوكليوتيدتين، فمن خلال تربيع العدد أربعة، يمكننا أن نلاحظ أن هذا من شأنه أن يسمح بوجود 16 حمضًا أمينيًّا، وهو ما لا يزال غير كاف. وأخيرًا، إذا كانت الكودونات مكونة من ثلاث نيوكليوتيدات، فسنجد أنه من خلال تكعيب العدد أربعة أن الناتج يسمح بتشفير 64 حمضًا أمينيًّا محتملًا.
لكن أشكال الحياة على الأرض لا تستخدم 64 حمضًا أمينيًّا. توجد المئات من الأحماض الأمينية المتوافرة في الطبيعة، لكن كل أشكال الحياة على الأرض تستخدم 20 حمضًا أمينيًّا فقط. وبما أن لدينا عددًا أكبر من الكودونات مقارنة بالأحماض الأمينية، فهذا يعني أن بعض الكودونات تشفر للأحماض الأمينية نفسها. لذلك نقول إن الشفرة الوراثية متكررة.
يظهر الشكل عجلة كودونات، وهي أداة مفيدة نستخدمها لمعرفة أي من الأحماض الأمينية يناظر كل كودون محتمل في جزيء mRNA. لكي نستخدمها، نبدأ من مركز العجلة ونقرأ في اتجاه الخارج لمعرفة الحمض الأميني المشفر بواسطة الكودون. إذا نظرنا إلى عجلة الكودونات هذه عن قرب، فسنلاحظ، على سبيل المثال، أن الكودونين GUU وGUC كلاهما يشفر للحمض الأميني الفالين. لاحظ أيضًا أن بعض الكودونات لا تشفر لشيء. وتسمى كودونات الوقف، لأنها تنهي عملية الترجمة.
لنعد إلى السؤال. نعلم الآن أن الإجابة هي ب. يمكن أن يشفر لنفس الحمض الأميني بأكثر من كودون واحد.
