النسخ والترجمة للحمض النووي الريبي

 التعبير البروتيني:

يشير تعبير البروتين إلى الطريقة التي يتم بها تصنيع البروتينات وتعديلها وتنظيمها في الكائنات الحية، حيث في أبحاث البروتين يمكن أن ينطبق المصطلح على موضوع الدراسة أو التقنيات المختبرية المطلوبة لتصنيع البروتينات، ويعتمد إنتاج البروتين المؤتلف على استخدام الآلات الخلوية.

يتم تصنيع البروتينات وتنظيمها حسب الحاجة الوظيفية في الخلية، إذ يتم تخزين المخططات الخاصة بالبروتينات في الحمض النووي وفك تشفيرها عن طريق عمليات نسخ منظمة للغاية لإنتاج مرسال الحمض النووي الريبي (مرنا)، ثم تُترجم الرسالة المشفرة بواسطة (mRNA) إلى بروتين، إن النسخ هو نقل المعلومات من (DNA) إلى (mRNA) والترجمة هي تخليق البروتين بناءً على تسلسل محدد بواسطة (mRNA).

في بدائيات النوى تحدث عملية النسخ والترجمة في وقت واحد، إذ تبدأ ترجمة الرنا المرسال حتى قبل أن يتم تصنيع نسخة كاملة من الرنا المرسال الناضج، ويسمى هذا النسخ والترجمة المتزامنة للجين بالنسخ المقترن والترجمة، أما في حقيقيات النوى يتم فصل العمليات مكانيًا وتحدث بالتتابع مع حدوث النسخ في النواة والترجمة أو تخليق البروتين الذي يحدث في السيتوبلازم.

النسخ والترجمة:

يحدث النسخ في ثلاث خطوات في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى، البدء والاستطالة والإنهاء، إذ يبدأ النسخ عندما يتم فك الحمض النووي مزدوج الشريطة للسماح بربط بوليميراز الحمض النووي الريبي، وبمجرد بدء النسخ يتم تحرير بوليميراز الحمض النووي الريبي من الحمض النووي.

يتم تنظيم النسخ على مستويات مختلفة بواسطة المنشطات والمثبطات وأيضًا عن طريق بنية الكروماتين في حقيقيات النوى، وفي بدائيات النوى لا يلزم إجراء تعديل خاص على (mRNA) وتبدأ ترجمة الرسالة حتى قبل اكتمال النسخ ومع ذلك، في حقيقيات النوى تتم معالجة الرنا المرسال بشكل أكبر لإزالة الإنترونات الربط، وإضافة غطاء في نهاية أدينينات متعددة في نهاية (mRNA 3) لتوليد ذيل بولي أ، ثم يتم تصدير (mRNA) المعدل إلى السيتوبلازم حيث يتم ترجمته.

الترجمة أو تخليق البروتين هي عملية متعددة الخطوات تتطلب جزيئات كبيرة مثل الريبوسومات ونقل الحمض النووي الريبي وعوامل الرنا المرسال والبروتين، بالإضافة إلى الجزيئات الصغيرة مثل الأحماض الأمينية و(ATP وGTP) والعوامل المساعدة الأخرى، وهناك عوامل بروتينية محددة لكل خطوة من خطوات الترجمة، العملية الكلية متشابهة في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى على الرغم من وجود اختلافات معينة.

أثناء البدء تقوم الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم المرتبط بالبادئ (t-RNA) بمسح الحمض النووي الريبي الذي يبدأ في الخامس من أجل تحديد وربط كودون البدء (AUG)، حيث تنضم الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم إلى الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة لتوليد مجمع البدء في كودون البدء.

تشارك عوامل البروتين وكذلك التسلسلات في (mRNA) في التعرف على كودون البدء وتشكيل مجمع البدء، وأثناء الاستطالة ترتبط الحمض النووي الريبي بالأحماض الأمينية المحددة المعروفة باسم شحن الحمض الريبي النووي النقال، وتنقلها إلى الريبوسوم، حيث يتم بلمرتها لتشكيل ببتيد.

يعتمد تسلسل الأحماض الأمينية المضافة إلى الببتيد المتنامي على تسلسل الرنا المرسال للنسخة أخيرًا، يتم تحرير البولي ببتيد الناشئ في خطوة الإنهاء عندما يصل الريبوسوم إلى كود الإنهاء، في هذه المرحلة يتم تحرير الريبوسوم من الرنا المرسال ويكون جاهزًا لبدء جولة أخرى من الترجمة.

تعديل آخر ترجمة:

بعد الترجمة يتم تعديل البولي ببتيدات بطرق مختلفة لإكمال هيكلها أو تحديد موقعها أو تنظيم نشاطها داخل الخلية، تعديلات ما بعد الترجمة (PTMs) هي إضافات أو تعديلات مختلفة على التركيب الكيميائي، وهي سمات مهمة لبيولوجيا الخلية الشاملة.

تشمل أنواع التعديلات اللاحقة للترجمة ما يلي:

• طي البولي ببتيد إلى بروتين كروي بمساعدة بروتينات المرافقة للوصول إلى أدنى حالة طاقة.

• تعديلات الأحماض الأمينية الموجودة، مثل إزالة بقايا الميثيونين الأولى.

• تشكيل جسر ثاني كبريتيد أو اختزاله.

تعديلات البروتين التي تسهل وظائف الربط:

• الارتباط بالجليكوزيل.

• (Prenylation) البروتينات لتوطين الغشاء.

• أستلة الهيستونات لتعديل تفاعلات الدنا هيستون

إضافة المجموعات الوظيفية التي تنظم نشاط البروتين:

• الفسفرة.

• النتروزيل.

• ربط (GTP).

طرق التعبير عن البروتين المؤتلف:

بشكل عام تتضمن أبحاث البروتينات التحقيق في أي جانب من جوانب البروتين مثل البنية أو الوظيفة أو التعديلات أو التوطين أو تفاعلات البروتين، وللتحقيق في كيفية تنظيم بروتينات معينة لعلم الأحياء يحتاج الباحثون عادةً إلى وسيلة لإنتاج (تصنيع) بروتينات وظيفية ذات أهمية.

نظرًا لحجم وتعقيد البروتينات فإن التخليق الكيميائي ليس خيارًا قابلاً للتطبيق لهذا المسعى وبدلاً من ذلك عادةً ما تُسخر الخلايا الحية وآليتها الخلوية كمصانع لبناء البروتينات بناءً على القوالب الجينية المتوفرة، على عكس البروتينات فإن الحمض النووي سهل التركيب صناعياً أو في المختبر باستخدام تقنيات الحمض النووي المؤتلف الراسخة لذلك، يمكن إنشاء قوالب الحمض النووي لجينات معينة مع أو بدون مراسل إضافي أو تسلسل علامات التقارب كقوالب للتعبير عن البروتين، وتسمى البروتينات المنتجة من قوالب الحمض النووي هذه بالبروتينات المؤتلفة.