الحمض النووي الريبوزي

مفهوم الحمض النووي الريبوزي:

اختصار للحمض النووي الريبي هو (RNA)، وهو مركب معقد ذو وزن جزيئي مرتفع يعمل في تخليق البروتين الخلوي ويحل محل (DNA) حمض الديوكسي ريبونوكلييك كحامل للرموز الجينية في بعض الفيروسات، حيث يتكون الحمض النووي الريبي من نيوكليوتيدات الريبوز (قواعد نيتروجينية ملحقة بسكر الريبوز) مرتبطة بروابط فسفودايستر، وتشكل خيوطًا ذات أطوال مختلفة، والقواعد النيتروجينية في الحمض النووي الريبي هي الأدينين والجوانين والسيتوزين واليوراسيل، والتي تحل محل الثايمين في الحمض النووي.

إن سكر الريبوز في الحمض النووي الريبي هو هيكل دوري يتكون من خمسة ذرات كربون وأكسجين واحد، حيث إن وجود مجموعة هيدروكسيل تفاعلية كيميائيًا (−OH) مرتبطة بمجموعة الكربون الثانية في جزيء سكر الريبوز يجعل الحمض النووي الريبي عرضة للتحلل المائي، كما يُعتقد أن قابلية الحمض النووي الريبي الكيميائية هذه مقارنةً بالحمض النووي التي لا تحتوي على مجموعة (−OH) تفاعلية في نفس الموضع على جزء السكر (deoxyribose)، وهي أحد أسباب تطور الحمض النووي ليكون الناقل المفضل للمعلومات الجينية في معظم الكائنات الحية، وتم وصف بنية جزيء الحمض النووي الريبي بواسطة (RW Holley) في عام 1965.

هيكل الحمض النووي الريبي:

عادة ما يكون الحمض النووي الريبي عبارة عن بوليمر حيوي أحادي الخيط ومع ذلك، فإن وجود متواليات ذاتية التكميل في حبلا (RNA) يؤدي إلى اقتران قاعدة داخل السلسلة وطي سلسلة الريبونوكليوتيد إلى أشكال هيكلية معقدة تتكون من انتفاخات وحلزونات، حيث يعد التركيب ثلاثي الأبعاد للحمض النووي الريبي أمرًا بالغ الأهمية لاستقراره ووظيفته، مما يسمح بتعديل سكر الريبوز والقواعد النيتروجينية بعدة طرق مختلفة بواسطة الإنزيمات الخلوية التي تربط المجموعات الكيميائية على سبيل المثال، مجموعات الميثيل بالسلسلة.

تمكن مثل هذه التعديلات من تكوين روابط كيميائية بين المناطق البعيدة في خيط (RNA)، مما يؤدي إلى التواءات معقدة في سلسلة (RNA) مما يزيد من استقرار بنية (RNA)، وقد يتم تدمير الجزيئات ذات التعديلات الهيكلية الضعيفة والاستقرار بسهولة على سبيل المثال، في جزيء (tRNA) الذي ينقل البادئ الذي يفتقر إلى مجموعة الميثيل (tRNAiMet) يؤدي التعديل في الموضع 58 من سلسلة (tRNA) إلى جعل الجزيء غير مستقر، وبالتالي لا يعمل إذ يتم تدمير السلسلة غير الوظيفية بواسطة آليات مراقبة جودة الحمض النووي الريبي الخلوي.

يمكن أن تشكل (NAs) أيضًا مجمعات بها جزيئات تعرف باسم (ribonucleoproteins ،RNPs)، إذ ثبت أن جزء (RNA) من (RNP) خلوي واحد على الأقل يعمل كمحفز بيولوجي، وهي وظيفة تُنسب سابقًا إلى البروتينات فقط.

أنواع ووظائف الحمض النووي الريبي:

من بين العديد من أنواع الحمض النووي الريبي فإن الأنواع الثلاثة الأكثر شهرة والأكثر شيوعًا التي تمت دراستها هي:

• الرنا المرسال (mRNA).

• الحمض النووي الريبي الناقل (الحمض النووي الريبي).

• الحمض النووي الريبوزي (الرنا الريباسي) الموجود في جميع الكائنات الحية.

تقوم هذه الأنواع وأنواع أخرى من الحمض النووي الريبي في المقام الأول بتفاعلات كيميائية حيوية تشبه الإنزيمات، ومع ذلك فإن بعضها له أيضًا وظائف تنظيمية معقدة في الخلايا، إذ نظرًا لمشاركتها في العديد من العمليات التنظيمية وبسبب وفرتها ووظائفها المتنوعة تلعب (RNA) دورًا مهمًا في كل من العمليات الخلوية الطبيعية والأمراض.

في تخليق البروتين يحمل (mRNA) الشفرات الجينية من الحمض النووي في النواة إلى الريبوسومات، وهي مواقع ترجمة البروتين في السيتوبلازم، حيث تتكون الريبوسومات من الرنا الريباسي والبروتين، ويتم ترميز الوحدات الفرعية لبروتين الريبوسوم بواسطة الرنا الريباسي ويتم تصنيعها في النواة، وبمجرد تجميعها بالكامل فإنها تنتقل إلى السيتوبلازم، حيث كمنظمين رئيسيين للترجمة “يقرأون” الكود الذي يحمله الرنا المرسال.

يحدد تسلسل ثلاث قواعد نيتروجينية في الرنا المرسال دمج حمض أميني معين في التسلسل الذي يتكون منه البروتين، جزيئات الحمض النووي الريبي تسمى أحيانًا (RNA) القابل للذوبان أو المنشط والتي تحتوي على أقل من 100 نيوكليوتيد تجلب الأحماض الأمينية المحددة إلى الريبوسومات، حيث ترتبط بتكوين البروتينات.

بالإضافة إلى (mRNA وtRNA وrRNA)، يمكن تقسيم (RNAs) على نطاق واسع إلى ترميز (cRNA) و (RNA) غير مشفر (ncRNA)، وهناك نوعان من (ncRNAs)، هما ncRNAs التدبير المنزلي (tRNA وrRNA) و(ncRNAs) التنظيمية والتي يتم تصنيفها أيضًا وفقًا لحجمها، حيث تحتوي (ncRNAs) الطويلة (lncRNA) على 200 نيوكليوتيد على الأقل بينما تحتوي (ncRNAs) الصغيرة على أقل من 200 نيوكليوتيد، كما تنقسم (ncRNAs) الصغيرة إلى الحمض النووي الريبي الصغير (ميرنا) والحمض النووي الريبي النووي الصغير (snoRNA) والحمض النووي الريبي النووي الصغير (snRNA) والحمض النووي الريبي الصغير المتداخل (سيرنا) والحمض النووي الريبي المتفاعل مع بيوي (بيرنا).

إن (miRNAs) لها أهمية خاصة، إذ يبلغ طولها حوالي 22 نيوكليوتيد، وتعمل في تنظيم الجينات في معظم حقيقيات النوى، ويمكن أن تمنع (صمت) التعبير الجيني عن طريق الارتباط بالـ(mRNA) المستهدف وتثبيط الترجمة، وبالتالي منع إنتاج البروتينات الوظيفية، كما تلعب العديد من الجزيئات المجهرية الجزيئية أدوارًا مهمة في السرطان والأمراض الأخرى، على سبيل المثال يمكن أن يقوم مثبط الورم و(miRNAs) (البادئ بالسرطان) بتنظيم الجينات المستهدفة الفريدة مما يؤدي إلى تكوين الأورام وتطور الورم.

أيضا ذات أهمية وظيفية هي (piRNA) والتي يبلغ طولها حوالي 26 إلى 31 نيوكليوتيد وتوجد في معظم الحيوانات، إذ ينظمون التعبير عن الينقولات (الجينات القافزة) عن طريق منع نسخ الجينات في الخلايا الجرثومية (الحيوانات المنوية والبويضات)، معظم (piRNA) مكملة للينقولات مختلفة، ويمكن أن تستهدف على وجه التحديد تلك الينقولات.

(RNA) الدائري:

يتم إنشاء الجزيئات الحلقية من العديد من جينات ترميز البروتين، ويمكن أن يعمل بعضها كقوالب لتخليق البروتين على غرار (mRNA)، كما يمكنهم أيضًا ربط الحمض الريبي النووي الريبوزي (miRNA) ليكونوا بمثابة “إسفنج” يمنع جزيئات ميرنا من الارتباط بأهدافها بالإضافة إلى ذلك، تلعب الجزيئات الحلقية دورًا مهمًا في تنظيم النسخ والتضفير البديل للجينات التي اشتُقت منها الجزيئات الحلقية.

(RNA) في المرض:

تم اكتشاف روابط مهمة بين (RNA) والأمراض البشرية على سبيل المثال، كما تم وصفه سابقًا فإن بعض الجزيئات الدقيقة قادرة على تنظيم الجينات المرتبطة بالسرطان بطرق تسهل تطور الورم، وبالإضافة إلى ذلك تم ربط خلل التنظيم في استقلاب ميرنا بالعديد من الأمراض العصبية التنكسية بما في ذلك مرض الزهايمر.

في حالة أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي يمكن أن ترتبط الحمض النووي الريبي بالبروتينات المتخصصة المعروفة باسم الكاسبيسات، والتي تشارك في موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج)، من خلال الارتباط ببروتينات كاسباس تمنع الحمض النووي الريبي موت الخلايا المبرمج إذ تعد قدرة الخلايا على الهروب من إشارات الموت المبرمجة سمة مميزة للسرطان.

يُشتبه أيضًا في أن الحمض النووي الريبي غير المشفر المعروف باسم الأجزاء المشتقة من الحمض النووي الريبي (tRFs) يلعب دورًا في السرطان، وأدى ظهور تقنيات مثل تسلسل الحمض النووي الريبي إلى تحديد فئات جديدة من نصوص الحمض النووي الريبي الخاصة بالورم مثل (MALAT1 )نسخة سرطانة غدية رئوية مرتبطة بالورم الخبيث 1، والتي تم العثور على مستويات متزايدة منها في العديد من الأنسجة السرطانية وترتبط مع انتشار ورم خبيث (انتشار) الخلايا السرطانية.