مفهوم إنتاج البروتين:
يُظهر هذا العمل الفني المذهل عملية تحدث في خلايا جميع الكائنات الحية، وهي إنتاج البروتينات وتسمى هذه العملية تخليق البروتين، وهي تتكون في الواقع من عمليتين هما النسخ والترجمة، وفي الخلايا حقيقية النواة يحدث النسخ في النواة في أثناء النسخ يتم استخدام (DNA) كقالب لصنع جزيء من الرنا المرسال (mRNA).
ثم يترك جزيء (mRNA) النواة ويذهب إلى الريبوسوم في السيتوبلازم، حيث تحدث الترجمة، وأثناء الترجمة تتم قراءة الشفرة الجينية في (mRNA) واستخدامها لصنع بروتين، إذ تتلخص هاتان العمليتان في العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية:( DNA → RNA → Protein).
نسخ الحمض النووي:
يقع الحمض النووي في النواة، ويتم تصنع البروتينات على الريبوسومات في السيتوبلازم، إذ أن المعلومات الموجودة في الجين يتم تحويلها إلى (mRNA) والتي تنقل المعلومات إلى الريبوسوم في النواة، كما يتم إنشاء (mRNA) باستخدام الحمض النووي في الجين كقالب، والقالب هو نموذج يتم توفيره للآخرين لنسخه.
تُعرف عملية بناء جزيء (mRNA) من الحمض النووي بالنسخ، حيث أن النسخ مشابه لتكرار الحمض النووي باستثناء النسخ، يتم إنتاج الحمض النووي الريبي المفرد الذي تقطعت به السبل بدلاً من الحمض النووي المزدوج، وفي النسخ يتم استخدام خيط واحد فقط من الحمض النووي كقالب.
أولاً ينفصل اللولب المزدوج للحمض النووي، ويقوم إنزيم (RNA Polymerase) ببناء الرنا المرسال باستخدام الحمض النووي كقالب، وتتبع النيوكليوتيدات أساسًا نفس قواعد الاقتران الموجودة في الحمض النووي؛ لتشكيل التسلسل الصحيح في الرنا المرسال، ولكن هذه المرة يتزاوج اليوراسيل (U) مع كل أدينين (أ) في الحمض النووي.
النسخ هو الجزء الأول من العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: (DNA → RNA)، حيث إنه نقل التعليمات الجينية في (DNA) إلى (mRNA)، وأثناء النسخ يتم تصنيع خيط من (mRNA) لاستكمال خيط من الحمض النووي، وخطوات النسخ ويتم النسخ في ثلاث خطوات: البدء والاستطالة والإنهاء.
البدء هو بداية النسخ، ويحدث عندما يرتبط إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي بمنطقة من الجين تسمى المحفز، وهذا يشير إلى تفكك الحمض النووي حتى يتمكن الإنزيم من “قراءة” القواعد في أحد خيوط الحمض النووي، إذ أن الإنزيم جاهز لصنع خيط من (mRNA) مع سلسلة تكميلية من القواعد، أما الاستطالة هي إضافة النيوكليوتيدات إلى خيط (RNA) المرسال، وفي الإنهاء الذي هو نهاية النسخ يكون اكتمل خيط (mRNA) المرسال وينفصل عن الحمض النووي.
معالجة (mRNA):
في حقيقيات النوى فإن(mRNA) الجديد ليس جاهزًا بعد للترجمة، حيث في هذه المرحلة يطلق عليه اسم (pre-mRNA) ويجب أن يخضع لمزيد من المعالجة قبل أن يترك النواة في صورة(mRNA) ناضجة، إذ قد تشمل المعالجة التضفير والتحرير وعديد الأدينيل، وتقوم هذه العمليات بتعديل (mRNA) بطرق مختلفة، حيث تسمح مثل هذه التعديلات باستخدام جين واحد لصنع أكثر من بروتين واحد.
يزيل الربط الإنترونات من(mRNA)، حيث أن الإنترونات هي مناطق لا ترمز للبروتين، ويتكون (mRNA) المتبقي فقط من مناطق تسمى(exons) تقوم بعمل كود للبروتين، والبروتينات النووية في المخطط هي بروتينات صغيرة في النواة تحتوي على الحمض النووي الريبي وهي ضرورية لعملية التضفير.
يغير التحرير بعض النيوكليوتيدات في(mRNA) على سبيل المثال بروتين بشري يسمى (APOB)، يساعد على نقل الدهون في الدم له شكلين مختلفين بسبب التحرير، وأحد النماذج أصغر من الآخر لأن التحرير يضيف إشارة توقف سابقة في (mRNA)، كما يضيف (Polyadenylation) “ذيلًا” إلى (mRNA)، ويتكون الذيل من سلسلة من As (قواعد الأدينين)، إذ يشير إلى نهاية (mRNA) كما أنها تشارك في تصدير (mRNA) من النواة وتحمي (mRNA) من الإنزيمات التي قد تكسرها.
ترجمة الحمض النووي:
الترجمة هي الجزء الثاني من العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية:(RNA → بروتين)، حيث إنها العملية التي يتم فيها قراءة الشفرة الجينية في (mRNA) لصنع بروتين، حيث بعد مغادرة (mRNA) النواة ينتقل إلى الريبوسوم الذي يتكون من (mRNA) الريباسي والبروتينات، يقرأ الريبوسوم تسلسل الكودونات في (mRNA) وجزيئات الحمض النووي الريبي تحمل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم بالتسلسل الصحيح.
لفهم دور الحمض الريبي النووي النقال نحتاج إلى معرفة المزيد عن هيكلها، إذ يحتوي كل جزيء (tRNA) على مضاد للأحماض الأمينية التي يحملها، حيث يعتبر (anticodon) مكملًا لكودون الحمض الأميني، وعلى سبيل المثال يحتوي الحمض الأميني ليسين على الكودون (AAG)، لذلك فإن (anticodon) هو (UUC) لذلك سيتم حمل اللايسين بواسطة جزيء الحمض النووي الريبي (tRNA) مع مضاد الكودون (UUC).
أينما يظهر الكودون (AAG) في (mRNA)، حيث يرتبط مضاد (UUC) لـ(tRNA) مؤقتًا، وأثناء ارتباطه بـ (mRNA)، يتخلى (tRNA) عن حمضه الأميني، وبمساعدة (mRNA) الريباسي، وتتشكل الروابط بين الأحماض الأمينية، حيث يتم إحضارها واحدة تلو الأخرى إلى الريبوسوم، مما يؤدي إلى تكوين سلسلة بولي ببتيد، حيث تستمر سلسلة الأحماض الأمينية في النمو حتى يتم الوصول إلى وقف كودون.
بعد تصنيع سلسلة البولي ببتيد قد تخضع لعمليات إضافية، على سبيل المثال قد يتخذ شكلًا مطويًا بسبب التفاعلات بين أحماضه الأمينية، وقد يرتبط أيضًا بعديد ببتيدات أخرى أو مع أنواع مختلفة من الجزيئات مثل الدهون أو الكربوهيدرات، إذ تنتقل العديد من البروتينات إلى جهاز جولجي داخل السيتوبلازم لتعديلها للوظيفة المحددة التي ستقوم بها.
