علاقة البروتين بالـ DNA

الحمض النووي هو جزيء طويل للغاية يمثل المكون الرئيسي للكروموسومات، وهو المادة التي تنقل الخصائص الوراثية في جميع أشكال الحياة، وهي مكونة من خيطين من النوكليوتيدات ملفوفين حول بعضهما البعض في ترتيب سلمي مع القطع الجانبية المكونة من وحدات الفوسفات والديوكسيريبوز المتناوبة والدرجات المكونة من قواعد البيورين والبيريميدين: الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين، ويتم ترميز المعلومات الجينية للحمض النووي في تسلسل القواعد ويتم نسخها أثناء فك الخيوط وتكرارها.

اكتشاف العلاقة بين الـ DNA والبروتين

في عام 1902 نشر أرشيبالد جارود ملاحظاته بشأن المرضى الذين تحول بولهم إلى اللون الأسود، ففي المرضى الذين يعانون من هذه الحالة، المعروفة باسم (alkaptonuria)، هناك تراكم لمادة كيميائية تسمى (homogentisate)، والتي تسبب سواد البول.

يمكن أن يؤدي تراكم حمض الهوموجنتيزيك إلى آلام شديدة في المفاصل وتدهور شديد لدرجة أن استبدال المفصل يحتاج عادةً إلى سن الخمسين في البيئة السريرية الحديثة، حيث ساعدته معرفة (Garrod) بالكيمياء الحيوية، وتحديد المسار الكيميائي الحيوي الذي ينتج (homogentisate)، في اقتراح فرضية مهمة تشرح السبب الكامن وراء حالة البول الأسود.

عادة يتم استقلاب الكميات الزائدة من الحمض الأميني فينيل ألانين بواسطة جسم الإنسان من خلال تفاعل كيميائي حيوي من أربع خطوات ينتج عنه مالييل أسيتو أسيتات، وقد أدى وجود المستقلب الوسيط (homogentisate) في بول المريض المصاب إلى تخمين Garrod أن الإنزيم المسؤول عن تحلله في مسارالتمثيل الغذائي للفينيل ألانين، أوكسيديز (homogentisate)، يجب أن يكون معيبًا في هؤلاء المرضى.

علاوة على ذلك، نظرًا لأن النمط الظاهري للبول الأسود يتبع نمط الوراثة المتنحية المندلية، استنتج جارود أن الجين يجب أن يكون مسؤولاً عن إنتاج الإنزيم المعيب، يشير مكان (Homogentisate) في مسار التمثيل الغذائي للفينيل ألانين إلى أن الحالة يمكن أن تكون مرتبطة بالاضطرابات الوراثية الأخرى، مثل بيلة الفينيل كيتون (PKU) والتيروزينوسيس.

وقد كان اقتراح جارود، الذي عزا إنزيمًا معيبًا إلى جين معيب، أول اقتراح على الإطلاق يشير إلى وجود صلة مباشرة بين الجيناتوالبروتينات، وبالنظر إلى أن النواة كانت معروفة باحتوائها على المادة الوراثية، والتي تم تحديدها بالفعل على أنها حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA).

الرابط المفقود بين البروتينات والحمض النووي

• يرتبط تركيز الحمض النووي الريبي بإنتاج البروتين.

• الخلايا التي تنتج كميات كبيرة من البروتين لها صبغة هيولي ومناطق ماصة للإشعاع تدل على وجود الأحماض النووية.

•  معالجة الخلايا باستخدام الريبونوكلياز (إنزيم يكسر الحمض النووي الريبي) يقلل من صبغ الخلايا ومناطق امتصاص الإشعاع.

العلاقة بين البروتين والـ DNA

تم تأكيد تحديد الحمض النووي الريبي باعتباره الحلقة المفقودة الحاسمة بين الحمض النووي والبروتين من خلال تجارب تجزئة الخلايا، حيث تم فصل الأجزاء المختلفة من الخلايا وفحصها، في هذه التجارب يتم تفكيك الخلايا أو فتحها باستخدام المنظفات ثم غزلها بالطرد المركزي عالي السرعة، والذي يفصل بين المكونات الخلوية المختلفة بخصائص فيزيائية مميزة، وبهذه الطريقة حصل الباحثون على سلسلة من الكسور المتميزة،

كان أثقلها يشمل نواة الخلايا، يليها جزء من الميتوكوندريا، ثم جزء يتضمن عضيات غشائية أخرى (مثل الشبكة الإندوبلازمية)، وأخيرًا جزء ميكروسومي من الجسيمات الأصغر، عندما تم فحص هذه الأجزاء المختلفة من أجل نشاط إنتاج البروتين، وجد أن معظم تخليق البروتين الجديد لم يكن مرتبطًا بكسور العضية، بل بالجزء الميكروسومي.

تحديد مصدر تخليق البروتين

يتطلب تحديد مصدر تخليق البروتين داخل الجزء الميكروسومي نظرة فاحصة للغاية على مكونات هذا الجزء، عندما تم فحص الجزء المجهري بواسطة المجهر الإلكتروني قبل وبعد العلاج باستخدام (RNAse)، فقد لاحظ الباحثون أن معظم الحمض النووي الريبي في الكسر كان مرتبطًا بالعضيات الصغيرة المثقوبة المعروفة الآن باسم الريبوسومات.

ومنذ ذلك الحين تم التاكد على أن الريبوسومات هي “طاولات العمل” لتكوين البروتين، وقد أظهر الفحص المجهري الإلكتروني لاحقًا أن الريبوسومات تتوزع على طول خيوط الرنا المرسال (mRNA) مثل اللآلئ الموجودة على الخيط، مما يتيح تصنيع نسخ متعددة من البروتين في وقت واحد تسمى مجموعة الريبوسومات المرتبطة بالـ (mRNA) بـ (polyribosome)، أو (polysome) باختصار.

اقترح العمل الذي قام به برينر وجاكوب وميسيلسون (1961) أن الحمض النووي الريبي المرتبط بالريبوزومات قد تم تشكيله كنوع من نسخة يمكن التخلص منها من الحمض النووي، تهدف إلى خدمة دور المرسل بين الحمض النووي في النواة والريبوزومات في السيتوبلازم.

وفي الواقع فإن جزيئات الرنا المرسال تنشأ بالفعل في النواة، حيث يتم بناؤها على أساس تسلسلات الحمض النووي التي تعمل كقوالب في تركيبها، ومن ثم تنتشر جزيئات الرنا المرسال من النواة إلى السيتوبلازم، حيث ترتبط بالريبوسومات وتُترجم رسائلها الجينية إلى بروتينات، أصبحت هذه السلسلة الحيوية من العمليات التي تنقل الشفرة الجينية من الحمض النووي عبر الحمض النووي الريبي إلى البروتينات النهائية الأساس للمركزية وللبيولوجيا الجزيئية الحديثة.