Proteins 2

‫‪ DNA‬زلليات وصفات‬ ‫تعتبرالزلليات (البروتينات) من أهم المواد التي تقوم بتشكيل صفات الكائن الحي‪ .‬فيما يلي بعض‬ ‫من الوظائف التي تقوم بها الزلليات والتي تلقي الضوء على أهميتها العظمى للحياة‪:‬‬ ‫‪-1‬إنزيمات‪ .‬فالخليفا الحيّة تحتوي على آلف النزيمات المختلففة‪ ،‬وكفل إنزيفم يحففز‬ ‫تفاعلً واحدًا خاص فاً‪ .‬هذه التفاعلت هففي التففي تسففيطر على مختلف عمليات الحياة‬ ‫التي تحصل في الكائن الحي‪ ،‬مثل استخلص الطاقة وبناء المواد الضرورية وانقسام‬ ‫الخليا واستيعاب أو إخراج مواد وغيرها‪.‬‬ ‫‪-2‬زلليات حركة والتي تساهم في توليد حركة في الخليا والنسجة‪ .‬أمثلة‪ :‬الميوزين‬ ‫ففي العضلت هفو الذي يجعلهفا قادرة على النقباض والرتخاء أي قادرة على توليفد‬ ‫حركة‪ .‬أما الكينيزين فهو الزلل الذي يجعل العضيّات تتحرك داخل الخليا‪.‬‬ ‫‪-3‬مسفتقبلت (‪ .) receptors‬وهفي تلك البروتينات التفي تشخفص الشارات الضوئيفة‬ ‫(مثلما يحصل بواسطة الرودوبسين في شبكية العين) أو تشخص الشارات الكيماوية‬ ‫(مثفل المسفتقبلت الموجودة ففي أغشيفة الخليفا والحسفاسة للهورمونات أو للفرازات‬ ‫العصبية ) أو تشخص التغيرات الحرارية الخ‪...‬‬ ‫‪-4‬زلليات بنائيفة تسفاهم ففي توفيفر الدعفم الميكانيكفي للخليفا والنسفجة مثفل الزلليات‬ ‫التفي تشكفل هيكفل الخليفة وبالتالي تقرر شكلهفا ووظيفتهفا والزلليات الموجودة بيفن‬ ‫الخليفا وخاصفة الكولجيفن واللسفتين والتفي تسفاعد ففي تلصفق الخليفا وعملهفا‬ ‫سوية‪.‬‬ ‫‪-5‬زلليات خزن مثفل ألبوميفن البيضفة والذي يعتفبر مخزنًا غذائياً لجنيفن الصفوص أثناء‬ ‫نموه وزلل الكازئين الذي يوجد في حليب الثدييات ويستفسد منه المواليد الرضّع‪.‬‬ ‫‪-6‬زلليات ناقلة مثففل الزلليات التففي توجففد فففي أغشيففة الخليففا وتقوم بنقففل الجزيئات‬ ‫الصففغيرة مففن وإلى الخليففة وكذلك الزلليات الموجودة فففي تيار الدم مثففل اللبوميففن‬

‫‪1‬‬

‫الذي يقوم بنقففففل الليففففبيدات (الدهنيات) والهيموجلوبيففففن الذي ينقففففل الكسففففجين‬ ‫والترانسفيرين الذي ينقل الحديد‪.‬‬ ‫‪-7‬زلليات مؤثرة‪ ،‬فهنالك الكثير من الهورمونات التي تتألف من زلليات‪ .‬النسولين‬ ‫مثلً‪ ،‬وهففو الهورمون الذي ينظففم مسففتوى السفكّر فففي الجسففم‪ ،‬عبارة عففن زلل ذي‬ ‫جزيئات صغيرة نسبياً‪.‬‬ ‫ما ذكر هو جزء فقط من الوظائف التي تقوم بها الزلليات في الجسم الحي بل يمكن القول إنّ كل‬ ‫صفاتنا تتشكل بطريق أو بأخرى بواسطة الزلليات‪.‬‬

‫ممّ تتركب الزلليات؟‬ ‫تتألف الزلليات مففن وحدات بناء أسففاسية تدعففى الحوامففض المينيففة‪ .‬هنالك ‪ 20‬حامضاً أمينياً‬ ‫مختلفاً تتألف منهففم كففل أنواع الزلليات الموجودة فففي العالم الحففي إن كان ذلك فففي الفيروسففات‬ ‫ل منهفا‬ ‫والبكتيريفا أو ففي الثدييات وعلى رأسفها النسفان‪ .‬تتشابفه هذه الحوامفض المينيفة بأن ك ً‬ ‫يحتوي على مجموعة كاربوكسيلية ‪ COOH‬ومجموعة أمينية ‪ NH2‬مرتبطتين إلى نفس ذرة‬ ‫الكربون بالضاففة إلى سفلسلة كربونيفة تتفاوت مفن حامفض أمينفي إلى آخفر‪ .‬تختلف الحوامفض‬ ‫المينيففة باختلف سففلسلها الكربونيففة‪ ،‬فهنالك بعففض الحوامففض المينيففة التففي تمتاز سففلسلها‬ ‫الكربونية بأنها قاعدية وأخرى حامضية وأخرى غير قطبية وهكذا‪...‬‬ ‫تستطيع الحوامض المينية أن تتحد معا بواسطة أربطة كيماوية تسمى أربطة ببتيدية‪ ،‬والسلسلة‬ ‫الناتجة من هذا التحاد تسمى "ببتيد" وقد يكون الببتيد مكوناً من حامضين أمينيين فيدعى عندها‬ ‫"ببتيد ثنائي" أو مكوناً من عدد من الحوامض المينية وعندها يدعى "عديد الببتيد" (بولي ببتيد)‪.‬‬ ‫الببتيدات هي عمليًا سلسل زللية (سلسل بروتينية)‪.‬‬

‫بولي ببتيد‬ ‫‪2‬‬

‫تختلف السلسل الزللية عن بعضها بثلثة أمور‪:‬‬ ‫‪-1‬عدد جزيئات الحوامففض المينيففة المكونففة لهففا (على سففبيل المثال يتألف جزيففء‬ ‫النسولين من ‪ 51‬جزيء حامض أميني بينما يتألف جزيء الهيموجلوبين من ‪300‬‬ ‫جزيء حامض أميني)‪.‬‬ ‫‪-2‬أنواع الحوامض المينية المؤلفة لها‪.‬‬ ‫‪-3‬تسلسل الحوامض المينية داخل الجزيء‪.‬‬ ‫ألمورالسفابقة هفي التفي تقرر الطريقفة التفي يتشكفل بواسفطتها الزلل‪ .‬فالسفلسل الزلليفة تصفنع‬ ‫إلتفافات وإنثناءات وطيّات فيمفا بينهفا هفي التفي تقرر مبناهفا المجسفّم‪ .‬الربطفة التفي تربفط بيفن‬ ‫الطيّات المختلفة هي أربطة هيدروجينية وأربطة ثنائية الكبريت‪ .‬المبنى المجسّم للزلل هو الذي‬ ‫يقرر وظيفته‪.‬‬ ‫خلصة‪:‬‬ ‫عدد ونوع وتسففلسل الحوامففض المينيففة داخففل سففلسلة الزلل هففو الذي يقرر صفففاتها الكيماويففة‬ ‫والفيزيائيفة وبالتالي يقرر وظيفتهفا ففي الجسفم الحفي‪ .‬الوظائف المختلففة التفي تقوم بهفا الزلليات‬ ‫هي التي تشكل صفاتنا‪ .‬إ نّ أي ضرر أو تغيير في الزلليات التي يتركب منها جسمنا‪ ،‬من شأنه‬ ‫أن يؤدي إلى ضرر في الجسم كله‪.‬‬ ‫ما الذي يقرر كيف تترتب الحوامض المينية داخل جزيء الزلل وككم يكون عددها وأية أنواع‬ ‫تشترك في بنائه؟‬ ‫ألجواب على هذا السؤال هو تسلسل وعدد النوكلئوتيدات في أل ‪. DNA‬‬

‫‪3‬‬

‫توجد مادة ال ‪ DNA‬داخل عضيات في نواة الخلية تدعى كروموسومات‪ .‬في كل خلية من خليا‬ ‫النسفان يوجفد ‪ 23‬زوجًا مفن الكروموسفومات (مفا عدا ففي الخليفا التناسفلية التفي تحتوي كفل منهفا‬ ‫على ‪ 23‬كروموسومًا فقط)‪.‬‬

‫‪ DNA‬النسفان يتألف مفن ‪ 3‬مليار نوكلئوتيفد تقريباً‪ %10 ،‬منهفا تقريبًا تشترك ففي بناء الزلليات‬ ‫المختلفة في الجسم أما أل ‪ %90‬الباقية فل تعرف وظائفها على وجه التحديد‪.‬‬ ‫كففل قطاع مففن أل ‪ DNA‬والذي يحدد بناء سففلسلة زلليففة معينففة يسففمى "جيففن" أو "موروثففة"‬ ‫(‪ .) Gene‬يتألف كل كروموسوم من جينات يترواح عددها بين مئات وآلف‪.‬‬

‫نموذج يبين المبنى ثنائي الجديلة لل ‪ DNA‬وفيه تفصيل للذرات التي يتألف منها‬

‫فففي خليففا الحيوان والنبات والنسففان توجففد الكروموسففومات داخففل مبنففى محدّد ومحاط بغشاء‬ ‫هوالنواة‪ ،‬بينمفا يتفم إنتاج الزلليات ففي السفيتوبلزما‪ .‬ل تسفتطيع الكروموسفومات أن تنتقفل مفن‬ ‫النواة إلى السفيتوبلزما بسفبب كفبر حجمهفا‪ ،‬فكيفف إذن تسفتطيع هذه الكروموسفومات أن تسفيطر‬ ‫على إنتاج الزلليات الذي يحصل في مكان آخر؟‬ ‫ن "نسخاً" من المعلومات الوراثية تنتقل من النواة إلى السيتوبلزما‬ ‫ألجواب على هذا السؤال هو أ ّ‬ ‫على شكفل مادة أخرى هفي أل ‪ .RNA‬ل يتفم نسفخ كفل الكروموسفومات وإنمفا الجينات الفعالة ففي‬ ‫كففل خليففة‪ .‬الجينات هففي قطاعات صففغيرة نسففبياً ولذلك الجزيئات المنسففوخة عنهففا صففغيرة هففي‬ ‫الخرى وبامكانها النتقال من النواة إلى السيتوبلزما‪.‬‬

‫‪4‬‬

‫ألنوع السفففا بفففق مفففن ال ‪ RNA‬يدعفففى ‪ RNA‬رسفففول (‪ ) messenger-RNA‬لنفففه يحمفففل‬ ‫المعلومات الوراثية من الكروموسومات إلى السيتوبلزما‪.‬‬

‫أل ‪ RNA‬هو أيضاً حامض نووي ولكنه يختلف عن أل ‪ DNA‬بثلثة أمور‪:‬‬ ‫‪-1‬يحتوي على ريبوز وليس دي أكسي ريبوز‪.‬‬ ‫‪-2‬يحتوي على القاعدة النيتروجينية يوراسيل (‪ ) U‬بدل الثيمين (‪.) T‬‬ ‫‪-3‬أحادي الجديلة‪.‬‬

‫نسخ أل ‪ RNA‬عن الجين المعيّن يتم على النحو التالي‪:‬‬ ‫‪-1‬إنزيم ‪ DNAase‬يفك سلسلتي أل ‪ DNA‬المؤلفتين للجين‪.‬‬ ‫‪-2‬إنزيم ‪ RNA‬بوليميراز يقوم بربط نوكلئوتيدات حرة إلى النوكلئوتيدات الموجودة في‬ ‫إحدى السفلسلتين ‪ ،‬بحيفث أنّف ‪ C‬يتحفد مفع ‪ G‬وأنّف ‪ U‬يتحفد مفع ‪ . A‬يقوم هذا النزيفم‬ ‫بنسففخ الجيففن مففن بدايتففه وحتففى نهايتففه مكونًا جزيئات ‪ RNA‬فيهففا تسففلسل مففن‬ ‫النوكلئوتيدات شفبيه بالتسفلسل الموجود ففي الجيفن مفع اختلف واحفد هفو أنّف القاعدة‬ ‫النيتروجينيفففة ‪ U‬تأتفففي بدل القاعدة النيتروجينيفففة ‪ . T‬هذا الختلف ل يغيّففر مفففن‬ ‫المعلومات الوراثية لن أنظمة الخلية "تقرأ" هذين الرمزين وكانهما رمز واحد‪.‬‬ ‫‪-3‬تنفصل جزيئات ال ‪ RNA‬عن ال ‪ DNA‬وتنتقل إلى السيتوبلزما‪.‬‬

‫تسمى العملية السابقة "نسخ " (תעתוק‪.) translation -‬‬

‫جديلة غير منسوخة‬

‫‪5‬‬

‫فك جديلتي ال ‪DNA‬‬

‫موقع بداية‬

‫جديلة القالب التي ينسخ عليها ال‬ ‫‪RNA‬‬

‫‪ RNA‬بوليمراز‬

‫نسخة ‪RNA‬‬ ‫اتجاه النسخ‬

‫النزيفم الذي ينسفخ الجيفن يعرف أن يبدأ وايفن يُنهفي! فهنالك ثلثيات مفن النوكلئوتيدات تشكفل‬ ‫للنزيفم موقكع بدايكة لعمليكة النسكخ (‪ ) promotor‬وهنالك ثلثيات تشكفل للنزيفم موقكع نهايكة‬ ‫لعملية النسخ (‪.) stop‬‬ ‫تحصل عمليةالنسخ على إحدى جديلتي ال ‪ DNA‬فقط‪.‬‬

‫"ترجمة" ال ‪ RNA‬إلى سلسل زللية‬ ‫اتضفح مفن البحاث أن كفل ثلثيفة متتاليفة مفن النوكلئوتيدات ففي ال ‪ RNA‬الرسفول تترجفم إلى‬ ‫حامففض أمينففي معيّفن‪ .‬وبمففا أن فّ عدد انواع النوكلئوتيدات هففو أربعففة (‪ ) A,U,C,G‬فإن فّ عدد‬ ‫الثلثيات المختلفففة التففي يمكففن تكوينهففا هففو ‪ . 64‬عدد أنواع الحوامففض المينيففة هففو ‪ 20‬نوعاً‬ ‫ولذلك فمفن الواضفح أنّف هنالك حوامفض أمينيفة تحددهفا أكثفر مفن ثلثيفة واحدة‪ .‬كمفا أنّف هنالك‬ ‫ثلثيات تشكفل إشارة إلى النزيفم لبدء عمليفة النسفخ وهنالك ثلثيات تشكفل إشارة للنزيفم لنهاء‬ ‫عملية النسخ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫ترجمفة تسفلسل النوكلئوتيدات ففي ال ‪ RNA‬الرسفول يحصفل على الريبوزومات وهفي جسفيمات‬ ‫دقيقفة توجفد ففي السفيتوبلزما‪ .‬وتشترك ففي عمليفة الترجمفة جزيئات أخرى مفن ال ‪ RNA‬يسفمى‬ ‫‪ RNA‬الناقفل (‪ ) tRNA‬لنفه هفو الذي يحمفل وينقفل الحوامفض المينيفة إلى مواقفع البناء أي إلى‬ ‫الريبوزومات‪ .‬فيمفا يلي جدول يفبيّن الشيفرة الوراثيفة التفي تشكفل كفل ثلثيفة رمزاً مفن رموزهفا‬ ‫ووظيفة كل رمز (كودون) من هذه الرموز‪.‬‬

‫القاعدة النيتروجينية الثانية‬

‫القاعدة النيتروجينية الثالثة‬

‫القاعدة النيتروجينية الولى‬

‫عندما يصل ال ‪ RNA‬الرسول الى السيتوبلزم‪ ،‬ترتربط به الريبوزومات‪ .‬والريبوزوم الذي‬ ‫يرتبط به ال ‪ RNA‬الرسول‪ ،‬يبدأ في قراءته وتبعاً لتسلسل القواعد في ال ‪ RNA‬الرسول يتم‬ ‫بناء سلسلة من الحوامض المينية‪.‬‬

‫كيف تتم إضافة مزيد من الحوامض المينية إلى السلسلة؟‬

‫‪7‬‬

‫على عرض الريبوزوم يوجد ما يشبه ُثقب (ممر) والذي يلئم جزيئات ‪ RNA‬الرسول‪ ،‬وكذلك‬ ‫يوجد أيضا ًموضعان متجاوران ملئمان لجزيئي ‪ RNA‬ناقل‪.‬‬ ‫أنظر الشكل التخطيطي التالي لمراحل إضافة الحوامض المينية للسلسلة‪:‬‬

‫ترجمة‬ ‫‪ RNA‬الرسول‬ ‫ريبوزوم‬

‫أنتي كودون‬

‫جزيء‬ ‫‪tRNA‬‬

‫تمعّن في الشكل واقرأ ما يلي (كل فقرة تمثّل أحد الشكال)‪.‬‬ ‫‪-1‬على عرض الريبوزوم يلتصق جزيء ‪RNA‬‬ ‫الرسول واثنان من جزيئات ‪ RNA‬الناقل (كل‬ ‫منهما تحمل حامضاً أمينياً واحداُ)‪ ،‬بحيث أنّ‬ ‫النتي كودونات (أي الثلثيات من‬ ‫النوكليئوتيدات المكملة للثلثيات الموجودة في‬ ‫ال ‪ RNA‬الرسول مثلُ ‪ UAC‬هو أنتي‬ ‫كودون للثلثية ‪ ) AUG‬الموجودة في هذه‬ ‫الجزيئات تكون مرتبطة بالكودونات الموجودة‬ ‫في ال ‪ RNA‬الرسول‪ .‬وقد أصبح الحامض‬ ‫الميني ‪ Pro‬مربوطاً الى السلسلة البوليببتيدية‬ ‫‪8‬‬

‫التي يتم بناؤها‪ .‬السهم يبين اتجاه قراءة ال‬ ‫‪. RNA‬‬ ‫‪-2‬يرتبط الحامض الميني ‪ Met‬بمساعدة إنزيم‬ ‫مناسب الى السلسلة البوليببتيدية في حين أن‬ ‫الحامض الميني ‪ Pro‬ينفصل عن ال ‪RNA‬‬ ‫الناقل لها‪.‬‬ ‫ج‪ -‬ينفصل ال ‪ RNA‬الناقل للحامض الميني ‪ Pro‬عن الريبوزوم‬ ‫ويكون حراً بحيث يمكنه الرتباط مع جزيء آخر من الحامض الميني‬ ‫‪. Pro‬‬ ‫د‪ -‬يتحرك الريبوزوم على ال ‪ RNA‬الرسول إلى الكودون الذي يليه في‬ ‫عملية تتطلب طاقة‪ ،‬بحيث يفرغ مكانًا لجزيء ‪ RNA‬ناقل جديد ملئم‪.‬‬ ‫وهكذا تستمر قراءة التسلسل الموجود في جزيء ال ‪ RNA‬الرسول‬ ‫و"ترجمتها" إلى تسلسل من الحوامض المينية‪...‬‬ ‫إنّ الزمن اللزم لقراءة كودون واحد هو ‪ 1/20‬من الثانية‪ ،‬وهذا يعني أنّ الزمن اللزم لبناء‬ ‫جزيء بروتين يتألف من ‪ 400‬حامض أميني يستمر ‪ 20‬ثانية فقط!‬

‫‪9‬‬