تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو الدرس: الشفرة الوراثية الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف طبيعة الشفرة الوراثية، ونذكر كيفية انتقال المعلومات من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ إلى البروتين.

١٧:٣١

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على الشفرة الوراثية. سنتناول أولًا كيفية انتقال المعلومات من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ ثم إلى البروتين عن طريق عمليتي النسخ والترجمة. بعد ذلك، سنتناول الشفرة الوراثية وكيفية استخدام الكودونات لاشتقاق تتابع من الأحماض الأمينية من تتابع من النيوكليوتيدات. وأخيرًا، سنعرف ما المقصود بقولنا إن الشفرة الوراثية غير متداخلة ومتكررة وعالمية. لذا دعونا نبدأ هذا الفيديو.

‏‪DNA‬‏، أو الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين، يسمى عادة بأساس الحياة. فهو ينقل التعليمات اللازمة لتكوين شعر الرأس وتشكيل أصابع الأقدام. يوجد جزيء ‪DNA‬‏ داخل نواة كل خلية تقريبًا. وهو جزيء مزدوج الشريط مرتب في صورة لولب. تمتد على جزيء ‪DNA‬‏ الجينات التي تكون البروتينات التي تحتاج إليها أجسامنا، مثل الكولاجين الموجود في البشرة.

هذا الجين يتكون من تتابع محدد من النيوكليوتيدات أو القواعد التي تنقل التعليمات اللازمة لبناء تلك البروتينات المحددة. دعونا نستعرض الخطوات اللازمة لتحويل هذا الجين إلى بروتين. في الواقع، هذا التحويل يحدث على خطوتين هما النسخ والترجمة. يوجد في أجسامنا الكثير من الجينات، عشرات الآلاف منها. إذن، إذا أردنا تكوين بروتين للكولاجين وليس لأي من هذه الجينات الأخرى، فكيف يتحقق ذلك؟

لدينا هنا إحدى الخلايا مع جزيء ‪DNA‬‏ موضح باللون الأزرق، وهذا هو جين الكولاجين الموضح باللون الوردي. أول ما يحدث هو أن هذه الخلية تستقبل إشارة لتكوين الكولاجين. بعد ذلك، ينسخ جين الكولاجين وتصنع منه نسخة. هذه النسخة تسمى الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏. وعملية تكرار جزء من جزيء ‪DNA‬‏ في جزيء ‪mRNA‬‏ تسمى عملية النسخ. في هذا المثال، ينسخ أو يكرر جزء من ‪DNA‬‏ أو جين الكولاجين في جزيء ‪mRNA‬‏ مفرد الشريط.

دعونا نلق نظرة من كثب لمعرفة مزيد من التفاصيل عن كيفية حدوث ذلك. هنا، يفك التفاف جزيء ‪DNA‬‏ المراد نسخه ويفتح بواسطة إنزيم يسمى إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي. بعد ذلك، يعمل هذا الإنزيم على تخليق جزيء ‪mRNA‬‏، الموضح هنا باللون الوردي، باستخدام شريط ‪DNA‬‏ مفرد بوصفه قالبًا. بمجرد اكتمال عملية النسخ، ينفصل إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي عن جزيء ‪DNA‬‏.

دعونا نلق نظرة من كثب على تتابع ‪DNA‬‏ وتتابع ‪mRNA‬‏. هذا شريط ‪DNA‬‏ المفرد الذي يستخدم بمنزلة قالب لعملية النسخ وهو موضح باللون الأزرق، وهذه هي النسخة أو جزيء ‪mRNA‬‏ الذي سنوضحه باللون الوردي. تضاف هنا النيوكليوتيدات المتكاملة إلى النسخة. هذا يعني أن القواعد ‪G‬‏ أو الجوانين تتزاوج مع ‪C‬‏ أو السيتوزين، والقواعد ‪T‬‏ أو الثايمين تتزاوج مع ‪A‬‏ أو الأدينين. تنطبق أسس تزاوج القواعد المتكاملة لجزيء ‪DNA‬‏ نفسها على جزيء ‪mRNA‬‏ لكن مع وجود اختلاف واحد. وهو أن الأدينين يتزاوج مع ‪U‬‏ أو اليوراسيل في جزيء ‪mRNA‬‏. ومن ثم، يحل اليوراسيل محل الثايمين في جزيء ‪mRNA‬‏. وبدلًا من القواعد ‪T‬‏ الموجودة في جزيئات ‪DNA‬‏، يكون لدينا القواعد ‪U‬‏ في جزيئات ‪mRNA‬‏.

بعد انتهاء عملية النسخ وحصولنا على جزيء ‪mRNA‬‏، دعونا نر ما يحدث بعد ذلك. في الخطوة التالية، يحول تتابع النيوكليوتيدات أو يترجم إلى أحماض أمينية لتكوين البروتين. وتسمى هذه العملية الترجمة. في هذه العملية، يتكون عديد الببتيد، الذي هو سلسلة من الأحماض الأمينية الموضحة هنا على شكل دوائر ملونة، والتي ترتبط إحداها بالأخرى عن طريق الروابط الببتيدية. يوجد 20 حمضًا أمينيًّا شائعًا مختلفًا. إذن، هذه الدائرة الوردية يمكن أن تمثل الحمض الأميني الذي يسمى الألانين، في حين أن هذه الدائرة الزرقاء يمكن أن تمثل الحمض الأميني الذي يسمى الليوسين.

بسبب خواص التجاذب والتنافر الكيميائية لكل من هذه الأحماض الأمينية، يمكن لسلسلة عديد الببتيد أن تطوى لتكون الشكل المميز للبروتين. ويسهم هذا الشكل المميز في وظيفة البروتين المحددة.

إذن، كيف يمكن الانتقال من تتابع النيوكليوتيدات الموجودة في جزيء ‪mRNA‬‏ إلى الأحماض الأمينية الموجودة في سلسلة عديد الببتيد؟ تتمثل إجابة هذا السؤال في الشفرة الوراثية. لدينا هنا تتابع ‪mRNA‬‏ يلزم ترجمته إلى عديد الببتيد. ولفك شفرته، علينا تناول هذه النيوكليوتيدات في صورة مجموعات مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات. وهي تسمى بالكودون. الكودون تتابع يتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر لكل حمض أميني. لذا، يمكن ترجمة الكودون ‪AUU‬‏ إلى الحمض الأميني الأيزوليوسين، في حين يشفر الكودون ‪CAC‬‏ للحمض الأميني الهستيدين. ويشفر ‪GGA‬‏ للجلايسين، ويشفر ‪UGC‬‏ للسيستئين.

لعلنا نلاحظ أن الشفرة الوراثية غير متداخلة. هذا يعني أن النيوكليوتيدات الموجودة في كودون واحد غير موجودة في الكودون المجاور. وعليه، فإن الكودون الذي يلي الكودون الأول ‪AUU‬‏ ليس ‪UUC‬‏ ولا ‪UCA‬‏. وذلك لأنه من الممكن أن يتداخل هذان الكودونان مع الكودون الأول. وبما أن الشفرة الوراثية غير متداخلة، فإن الكودون الذي يلي ‪AUU‬‏ هو ‪CAC‬‏.

كما لاحظنا، فإن تتابع هذه الكودونات يناظر أحماضًا أمينية محددة. ولمعرفة ما يمكن ترجمة كل من هذه التتابعات إليه، يمكننا الرجوع إلى الشكل المسمى عجلة الكودونات. في الجانب الأيسر هنا، لدينا عجلة كودونات. يمكننا استخدام عجلة الكودونات هذه لترجمة أي كودون إلى الحمض الأميني المناظر له. ولفعل ذلك، علينا أن نبدأ من الطرف خمسة شرطة لجزيء ‪mRNA‬‏ المشار إليه هنا. ومن ثم، نتحرك حتى نصل إلى الطرف ثلاثة شرطة الموضح هنا.

في حالة الكودون ‪AGG‬‏، نبدأ من مركز عجلة الكودونات، ونضع دائرة حول ‪A‬‏ هنا. بعد ذلك نتحرك نحو الخارج ونضع دائرة حول ‪G‬‏ هنا. وأخيرًا، نضع دائرة حول ‪G‬‏ الأخيرة، كما هو موضح هنا. بهذا، نجد أن الكودون ‪AGG‬‏ يناظر الحمض الأميني أرجينين. دعونا نجرب مثالًا آخر ونتناول الكودون ‪CAU‬‏. يشار إلى ‪C‬‏ هنا، ويشار إلى ‪A‬‏ هنا، ثم يشار إلى ‪U‬‏ هنا. إذن، ‪CAU‬‏ يناظر الحمض الأميني هستيدين.

ما هذا؟ لقد حصلنا على كودون إضافي. ترى ما الحمض الأميني الذي يناظره؟ دعونا نمسح عجلة الكودونات هذه، وبعد ذلك يمكنك إيقاف الفيديو مؤقتًا لكي تحاول معرفة هذا الحمض المناظر. الحمض الأميني المناظر للكودون ‪GCG‬‏ هو الألانين.

الآن، دعونا نتحدث عن بعض السمات الأخرى للشفرة الوراثية. لعلك لاحظت أنه من الممكن أن يشفر أكثر من كودون واحد لنفس الحمض الأميني. على سبيل المثال، يمكن تشفير الهستيدين بواسطة ‪CAC‬‏ و‪CAU‬‏. كل من هذين الكودونين سيعطينا الحمض الأميني هستيدين. هذا يعني أن الشفرة الوراثية متكررة، أي أنه يمكن ترجمة أكثر من كودون واحد إلى نفس الحمض الأميني. في الواقع، من الممكن تشفير الحمض الأميني ألانين بأربعة كودونات مختلفة. ويستثنى من ذلك الحمض الأميني ميثيونين. يعرف الميثيونين أحيانًا بكودون البدء لأنه يبدأ عملية الترجمة. وبالمثل، فإن كودونات الوقف تنهي عملية الترجمة. هذان النوعان من الكودونات يحددان موضع بداية عملية الترجمة ونهايتها في عملية تخليق البروتينات.

والآن، دعونا نفرغ بعض المساحة على الشاشة ونتحدث عن سمة أخرى للشفرة الوراثية. الشفرة الوراثية عالمية لجميع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض. هذا يعني أن الكودون ‪CCG‬‏ يشفر للبرولين الموجود في البكتيريا والنباتات والبشر وهكذا. وقد كان لذلك تأثير كبير في التكنولوجيا الحيوية. على سبيل المثال، لنفترض أننا نريد إنتاج كمية كبيرة من الإنسولين لمعالجة مرض السكري لدى البشر. بسبب الطبيعة العالمية للشفرة الوراثية، يمكننا إدخال جين الإنسولين هذا إلى كائن حي آخر، مثل هذه البكتيريا، والذي يمكن بعد ذلك نسخه وترجمته ليعطي بروتين الإنسولين نفسه الموجود لدى البشر الذي يجمع بعد ذلك ويستخدم في علاج مرض السكري. بهذه الطريقة، يكون من الممكن صنع كميات كبيرة من الإنسولين مقابل جزء بسيط جدًّا من تكلفة استخلاصه من الجسم البشري.

والآن، دعونا نلق نظرة على سؤال تدريبي لتطبيق ما تعلمناه.

ينسخ تتابع من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ إلى تتابع من الحمض النووي الريبوزي ‪(RNA)‬‏. يقرأ هذا التتابع كالآتي: من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة ‪GCUUUCACGCAC‬‏. استخدم عجلة الكودونات الموضحة لتحديد تتابع الأحماض الأمينية. الأرجينين، السيرين، الثريونين، البرولين. السيرين، الليوسين، الألانين، الهستيدين. الألانين، الفينيل ألانين، الثريونين، الهستيدين. السيرين، الليوسين، الألانين، الجلوتامين. الألانين، الليوسين، الثريونين، الجلوتامين.

يطلب منا هذا السؤال تحديد كيفية ترجمة تتابع من الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ إلى الأحماض الأمينية المناظرة له. قبل الإجابة عن هذا السؤال، دعونا نمسح خيارات الإجابة، ونراجع بعض النقاط الرئيسية.

لنفترض أن الخلية التي لدينا هنا تحتاج إلى إنتاج الإنسولين. يوجد جين الإنسولين هنا في الجزء الموضح باللون الوردي في الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ للخلية. ولكي تنتج هذه الخلية الإنسولين أو أي بروتين آخر، لا بد أن تخضع لعمليتين وهما النسخ والترجمة. أثناء عملية النسخ، ينسخ جين البروتين لإنتاج ما يسمى بالحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏. هذا الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ هو رسالة تبلغ الخلية بضرورة تكوين البروتين، أو الإنسولين في هذا المثال.

النسخ عملية تحويل جزء من حمض نووي ‪(DNA)‬‏ مزدوج الشريط، أو جين الإنسولين الموضح هنا باللون الوردي، إلى جزيء ‪mRNA‬‏ مفرد الشريط. وكما هو الحال مع تتابع ‪DNA‬‏، يكتب تتابع ‪mRNA‬‏ في الاتجاه من خمسة شرطة إلى ثلاثة شرطة، ويحتوي على أربعة نيوكليوتيدات أو قواعد مختلفة هي: الأدينين أو ‪A‬‏ اختصارًا، والجوانين، والسيتوزين، ولكن بدلًا من الثايمين الموجود في جزيء ‪DNA‬‏، يستخدم جزيء ‪RNA‬‏ اليوراسيل أو ‪U‬‏ اختصارًا.

بعد عملية النسخ، يمكن ترجمة تتابع جزيء ‪mRNA‬‏ إلى الأحماض الأمينية المناظرة له. تسمى هذه الخطوة بعملية الترجمة، وفيها يتكون عديد الببتيد الذي هو سلسلة من أحماض أمينية مختلفة تمثلها كل من هذه الدوائر الملونة. بعد ذلك، يطوى عديد الببتيد هذا لتكوين البروتين المناظر له، أو الإنسولين في هذا المثال.

بعد أن تناولنا عمليتي النسخ والترجمة، دعونا ننتقل إلى تتابع ‪mRNA‬‏ الوارد في السؤال، ونصف كيف يمكن ترجمة هذا التتابع المحدد إلى أحماض أمينية.

يترجم تتابع الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ في صورة مجموعات مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى الكودون. الكودون تتابع يتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر لحمض أميني. وتقرأ الكودونات دائمًا بطريقة لا تتداخل فيها. إذن، في هذا التتابع، نلاحظ أن هذا هو الكودون الأول، وهذا هو الكودون الثاني، وهذا هو الكودون الثالث، وهذا هو الكودون الأخير. هذا يعني أن تتابع ‪mRNA‬‏ هذا يحتوي على أربعة كودونات.

الآن، لكي نتمكن من ترجمة تتابع النيوكليوتيدات إلى الحمض الأميني المناظر لها، علينا استخدام عجلة كودونات، كتلك التي تظهر في الجانب الأيسر. لاستخدام عجلة الكودونات، نبدأ من الداخل. أي من الطرف خمسة شرطة من الكودون. ونتحرك إلى الخارج نحو الطرف ثلاثة شرطة من الكودون. إذن، في هذا الكودون، سنبدأ من الطرف خمسة شرطة ونتحرك باتجاه الطرف ثلاثة شرطة.

في حالة الكودون ‪GCU‬‏، نبدأ من ‪G‬‏ ثم ننتقل إلى ‪C‬‏، وأخيرًا نقف عند ‪U‬‏. وبهذا، نجد أن الكودون ‪GCU‬‏ يناظر الحمض الأميني ألانين. يمكننا بعد ذلك اتباع الطريقة نفسها مع الكودون التالي ‪UUC‬‏. ومن ثم، نلاحظ أن النيوكليوتيدة الأولى لدينا هي ‪U‬‏، يليها ‪U‬‏ مرة أخرى، ثم ‪C‬‏. وهذا يناظر الحمض الأميني فينيل ألانين. أما الكودون ‪ACG‬‏، فيناظر الثريونين. وأخيرًا، الكودون ‪CAC‬‏ يناظر الحمض الأميني هستيدين. ومن ثم، فإن تتابع الأحماض الأمينية لتتابع الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ المعطى هو: الألانين، الفينيل ألانين، الثريونين، والهستيدين.

الآن، دعونا نسترجع بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. تنقل المعلومات من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ عن طريق عملية النسخ، ثم تنقل من الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ إلى البروتين عن طريق عملية الترجمة. تترجم المجموعات المكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات أو الكودونات إلى الحمض الأميني المناظر لها. ويمكن فك شفرة هذه الكودونات باستخدام عجلة الكودونات. وأخيرًا، الشفرة الوراثية غير متداخلة ومتكررة وعالمية.

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