أحياء – الأحماض النووية وتخليق البروتين للصف الثالث الثانوى 2016

 الأحماض النوويـــة وتخليــق البروتين

(1) أنواع البروتينات:

* يوجد فى تركيب أجسام الكائنات الحية آلاف الأنواع من البروتينات والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين رئيسين هما:

( 2 ) خطة بناء البروتين :

1-   هناك خطة مشتركة لبناء آلاف الأنواع من البروتينات التي توجد فى أجسام الكائنات الحية. 

2-   يدخل فى تركيب البروتينات (عشرين) نوع من الأحماض الأمينية والتي لها تركيب أساسي واحد. وهو :

* يتكون الحمض الأمينى من (1) ذرة الكربون  ( C)  . (2) ذرة الهيدروجين (H)

(3) مجموعة الكروبوكسيل (COOH). (4) مجموعة الأمين (NH₂). (5) مجموعة الكيل (R)  وهى تختلف باختلاف الحمض الأميني.

3-ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض (بروابط بيتيدية) فى وجود انزيمات خاصة فى تفاعل نازع للماء لتكوين (بوليمر  عديد الببتيد) الذي يكون البروتين.

4-   الفروق بين البروتينات المختلفة ترجع إلى :

(1)           اختلاف أنواع وترتيب وأعداد الأحماض الأمينية فى البوليمرات.

(2)           عدد البوليمرات التي تدخل فى بناء البروتين.

(3)           الروابط الهيدروجينية الضعيفة التي تعطي الجزيء شكله المميز.

(1)           الحمض الأمينى ß الوحدة البنائية الأساسية للبروتين.

(2)     الحمض الأمينى (الجلايسين) هو الحمض الأمينى الوحيد الذي يحتوي على ذرة هيدروجين بدلاً من الألكيل.

(3)           تركيب الحمض الأمينى:

(4)           تركيب الجلايسين

 (1)           جزىء DNA ثابت لا يتحلل ß لأنه يحمل المادة الوراثية للخلية.

(2)           جزىء RNA يتحلل ß لأنه يستخدم فى تخليق البروتين.

(3)           DNAß يحتوي على القاعدة النيتروجينية (ثايمين T).

(4)           RNAß يحتوي على القاعدة النيتروجينية (يوراسيل u).

الأحماض النووية الريبوزية (RNAs)

( 1 ) قارن بين جزىء DNA وجزىء RNA ؟

 ( 2 ) أنواع الأحماض النووية الريبوزية (RNAs) :

- هناك ثلاث أنواع تسهم فى بناء البروتين وهي :

(1) حمض RNA الرسول (m-RNA).

(2) حمض RNA الريبوسومي (r-RNA).

(3) حمض RNA الناقل (t-RNA).

- كل منهم له دور معين فى عملية بناء البروتين.

أولاً: حمض RNA الرسول (m-RNA):

* ( أ ) نسخ حمض m-RNA الرسول.

        (يتم نسخ  m-RNA  من   DNA).

(1)     يتم نسخ m-RNA من أحد شريطي DNA بارتباط إنزيم (بلمرة RNA) بتتابع للنيوكليوتيدات على DNA يسمى (المحفز).

(2)     ينفصل شريطى DNA عن بعضهما حيث يعمل أحدهما كقالب لبناء شريط متكامل من (m-RNA). ويكون القالب فى اتجاه (5^-ß 3^-)  فيقوم الانزيم  (انزيم بلمرة RNA )   ببناء (m-RNA) فى اتجاه    ( ¯5 ـــــ>¯3  ).

(3)     يتحرك الإنزيم على امتداد جزىء DNA حيث يتم ربط النيوكليوتيدات المتكاملة إلى شريط (m-RNA) النامي واحداً بعد الآخر فى اتجاه( ¯5 ـــــ>¯3  ) على قالب DNA مجمعاً     (m-RNA) فى اتجاه ( ¯5 ـــــ>¯3  )

* (ب) عملية نسخ RNA  m-تشبه عملية تضاعف DNA فيما عدا:

(1)  عملية (تضاعف) نسخ (DNA) تتم فى كل (DNA) فى الخلية بينما (m-RNA) فيتم نسخه فى جزء محدد من (DNA) يمثل (جين).

(2)  تضاعف DNA يتم لكل من شريتي DNA. بينما نسخ m-RNA يتم من خلال شريط DNA واحد فقط يقوم بنسخ قطعة منه حيث يدل توجيه (المحفز) على الشريط الذي سينسخ.

       ( 3 )   نسخ m-RNA فى أوليات و حقيقيات النواة :

(جـ) تركيب جزيء m-RNA :

(1)     فى بداية جزيء m-RNA يوجد موقع الارتباط بالريبوسوم ــــ> وهذا الموقع هو تتابع للنيوكليوتيدات يرتبط بالريبوسوم حيث يصبح أول كودون (AUG) متجهاً لأعلى وهو الوضع الصحيح للترجمة.

(2)     فى نهاية جزىء m-RNA يوجد ذيل عديد الأدينين ß   وهذا الذيل هو عبارة عن ذيل يتكون من حوالي (200) أدينوزين ووظيفته هي حمايةm-RNA من التحلل فى السيتوبلازم بواسطة الانزيمات الموجودة فيه.

ثانياً: حمض RNA الريبوسومى (r-RNA):

(1)     الوظيفة:

 يدخل أربعة أنواع من حمض (r-RNA) مع حوالي 70 نوعاً من عديد الببتيد فى تكوين الريبوسومات أماكن بناء البروتين فى الخلية.

 أي يدخل حمض (r-RNA) الريبوسومي فى بناء الريبوسومات (وهي عضيات بناء البروتين).

(2)           بناء الريبوسومات :

(1) يدخل فى بناء الريبوسومات أربعة أنواع مختلفة من r-RNA وحوالي 70 نوعاً من عديد الببتيد (بروتينات).

(2) يتم بناء الريبوسومات فى حقيقيات النواة فى منطقة من النواة تسمى (النوية).

(3) تبنى آلاف من الريبوسومات فى الساعة أي بمعدل سريع وذلك لأن DNA فى خلايا حقيقيات النواة يحتوي على أكثر من (600) نسخة من جيناتRNA الريبوسومي الذي يشترك فى بناء الريبوسومات.

(4) تركيب الريبوسوم الوظيفي (الريبوسومات).

     يتكون الريبوسوم الوظيفي من تحت وحدتين هما:

(1)           تحت وحدة الريبوسوم الكبرى وهي تتكون من تحتوى على  موقعين:

(2)           تحت وحدة الريبوسوم الصغرى.

 وهي ترتبط بجزيء m-RNA فى بداية تخليق البروتين.

(5) عندما لا يكون الريبوسوم قائماً بعملة فى إنتاج البروتين تنفصل تحت الوحدتين عن بعضهما ويتحرك كل منهما بحرية. وقد يرتبط كل منهما بتحت وحدة أخرى من النوع المقابل عندما تبدأ عملية بناء البروتين.

(6) يتم بناء البروتينات التي تدخل فى تركيب الريبوسومات فى السيتوبلازم ثم تنتقل عبر الغشاء النووي إلى النواة حيث يكون كل من  (r-RNA)وعديدات الببتيد وتحت وحدتا الريبوسوم.

(7) أثناء عملية بناء البروتين يحدث تداخل بين m-RNA و r-RNA وإن كانت طبيعة هذا التداخل غير مفهومة حتى الآن.

 لاحـــــظ أن:

(1)     موقع الببتيديل ( P )  يرتبط به كودون البدء الخاص ب    m-RNA  كما أنه يحتوي على انزيمات لازمة لتكوين الروابط الببتيدية التي تربط الأحماض الأمينة مع بعضها ويوجد فى تحت وحدة الريبوسوم الكبرى.

(2)     موقع الأمينو أسيل (A) وهو الموقع الذي تتم فيه عملية الربط للأحماض الأمينية ويوجد فى تحت وحدة الريبوسوم الكبرى.

ثالثاً: حمض RNA الناقل (t-RNA) :

وظيفة حمض tRNA :

يقوم حمض tRNA  بنقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات أثناء تكوين البروتين حيث يكون لكل حمض أمينى نوع خاص من tRNA  يقوم بالتعرف عليه ثم نقله

- يوجد موقعان على  tRNA لهما دور فى تخليق البروتين :

الأول : موقع إتصال الجزئ بالحمض الأمينى الخاص به ويتكون من ثلاث قواعد CCA  عند الطرف َ3 من الجزئ

الثانى : موقع مقابل  ( مضاد ) الكودون الذى تتزاوج قواعده مع كودوناتن mRNA المناسبة عند مركب mRNA

والريبوسوم حيث يحدث إرتباط مؤقت بين tRNA  و mRNA مما يسمح للحمض الأمينى المحمول على tRNA أن يدخل فى المكان المحدد فى سلسلة عديد الببتيد

*  نسخ tRNA :

- ينسخ tRNA من جينات tRNA الموجودة على شكل تجمعات من ( 7 – 8 ) جينات على نفس الجزء من جزئ DNA

* الشكل العام لجزئ tRNA :

- تلتف أجزاء من الجزئ لتكون حلقات تحتفظ بشكلها بإذدواج القواعد فى مناطق مختلفة من الجزئ

الشفرة الوراثية

* عدد النيوكليوتيدات التى تكون شفرة الحمض الأمينى

1.  عدد الأحماض الامينية 20 نوعا

2.  عدد النيوكليوتيدات التى تدخل فى بناء DNA , RNA  هما 4 أنواع . ولأن النيكليوتيدات هى التى تشكل شفرات الأحماض الأمينية لذا يجب أن تشكل على الأقل 20 شفرة مختلفة ( تدل على العشرين نوعا من الأحماض الأمينية )

فإذا أعتبرنا أن الشفرة الوراثية

1-  أحادية : أى أن كل نيوكليوتيدة تمثل شفرة حمض أمينى معين فتكون عدد الشفرات 4 وبالتالى فهى تشكل 4 أحماض أمينية فقط ( وهذا لا يصلح )

2- ثنائية : أى أن كل نيوكليوتيدين تمثل شفرة حمض أمينى معين فتكون عدد الشفرات ²4= 16 شفرة وبالتالى فهى تشكل 16 حمض أمينى فقط ( وهذا لايصلح )

3 – ثلاثية : أى أن كل ثلاث نيوكليوتيدات تمثل شفرة جمضأمينى معين فتكون عدد الشفرات ³4= 64 شفرة وبالتالى يصبح لكل حمض أمينى أكثر من شفرة ( ما عدا الميثيونين ) ( وهذا يصلح )

◄ أصغر حجم نظرى لكلمة شفرة DNA هو ثلاث نيوكليوتيدات

◄ الشفرة الوراثية ثلاثية

* تسمى شفرة الحمض الأمينى بالكودون Codon

- يوجد كودون واحد لبدء بناء البروتين يسمى كودون البدء وهو (AUG)
- يوجد ثلاثة كودونات توقف بناء البروتين تسمى كودونات الوقف وهى (UGA ,UAA , UAG ) وتعطى هذه الكودونات إشارة عند النقطة التى تقف عندها ألية بناء البروتين وتنتهى سلسلة عديد الببتيد

* الشفرة الوراثية عالمية أو عامة وذلك لان نفس الكودونات تمثل شفرات نفس الحماض المينية فى جميع أنواع الكائنات الحية (الفيروسات – البكتريا -الفطريات –النباتات- الحيوانات) وهذا دليل قوى على أن جميع الكائنات الحية الموجودة على سطح الأرض نشأت عن أسلاف مشتركة

ملحوظة: الكودونات الموجودة فى الجدول السابق هى التى توجد فى mRNA أما كودونات DNA(ثلاثية الشفرة ) فهى النيوكليوتيدات التى تتكامل قواعدها مع الكودونات الموجودة بالجدول

تخليق البروتين

عملية تخليق البروتين عملية معقدة تتضمن تداخل العديد من الانواع المختلفة من الجزئيات

* يتم تخليق البروتين على ثلاث مراحل رئيسية كالتالى :

أولا : بدء عملية الترجمة

1 – ترتبط تحت وحدة الريبوسوم الصغرى بجزئ mRNA   من جهة الطرف 5 بحيث يكون أول كودون به AUG متجها إلى اعلى

2 – تتزاوج قواعد مضاد الكودون لجزئ tRNA الخاص بالميثيونين مع كودون AUG  وبذلك يصبح حمض الميثيونين أول حمض أمينى فى سلسلة عديد الببتيد التى ستبنى

3 – ترتبط تحت وحدة الريبوسوم الكبرى بالمركب السابق
( تحت وحدة الريبوسوم الصغرى + tRNA + mRNA  ) وعندئذ تبدأ تفاعلات بناء البروتين.

ملاحظات :

1-يوجد على الريبوسوم موقعان ( موقع الببتديل (P) وموقع أمينو أسيل (A) يمكن أن ترتبط بهما جزئيات tRNA
2 – الميثيونين هو اول حمض أمينى فى سلسلة عديد الببتيد لأن أول كودون على mRNA  هو AUG ويمثل شفرة الحمض الأمينى الميثيونين.

ثانيا : استطالة سلسلة عديد الببتيد

* تبدأ سلسلة عديد الببتيد فى الإستطالة فى دورة تتكون من ثلاث خطوات :

1 – يرتبط مضاد كودون tRNA  آخر بالكودون التالى على جزئ mRNA فى موقع الأمينوأسيل (A) حاملا الحمض الأمينى الثانى فى سلسلة عديد الببتيد

2 –  * يحدث تفاعل نقل الببتيديل الذى ينتج عنه تكوين رابطة ببتيدية بين الحمض الأمينى الأول والثانى بمساعدة إنزيم منشط عبارة جزء من تحت وحدة الريبوسوم الكبرى

       * يصبح tRNA الأول فارغا ويترك الريبوسوم ليلتقط ميثيونينا أخر

       * tRNA الأخر يحمل الحمضين الأمينيين معا

3 – * يتحرك الريبوسوم على إمتداد mRNA  بحيث يصبح الموقع (A) خالى ويصبح الحمض الأمينى الثانى أمام الموقع (P) على الريبوسوم.

   * تبدأ الدورة مرة أخرى حيث يرتبط مضاد كودون على tRNA مناسب بكودون mRNA جالبا الحمض الأمينى الثالث إلى الموضع المناسب على الموقع (A)

   * ترتبط سلسلة عديد الببتيد النامية بالحمض الأمينى الجديد القادم على جزئ tRNA الثالث ثم يتكرر التتابع

ثالثا : توقف عملية بناء البروتين

1 – تقف عملية بناء البروتين عندما يصل الريبوسوم إلى كودون الوقف على mRNA حيث يرتبط عامل الإطلاق بكودون الوقف مما يجعل الريبوسوم يترك mRNA  وتنفصل تحت وحدتا الريبوسوم عن بعضها البعض

2 – بمجرد أن يبرز الطرف 5  لجزئ mRNA حتى يرتيط به تحت وحدة ريبوسوم صغرى لتبدأ دورة اخرى فى بناء البروتين.

ملحوظة : قد تتم عملية ترجمة mRNA إلى البروتين المقابل من خلال عدد من الريبوسومات ( قد يصل إلى 100 ريبوسوم ) حيث يترجم كل منها الرسالة بمروره على mRNA فيسمى عندئذ عديد الريبوسوم

عديد الريبوسوم : اتصال جزئ mRNA واحد بعدد من الريبوسومات قد يصل إلى المائة ريبوسوم يترجم كل منهما الرسالة بمروره على mRNA