ملخص الدرس / الثآنية ثانوي/علوم الطبيعة و الحياة/أسس التنوع البيولوجي/آليات تركيب البروتين

- تركب الخلية أنماطا مختلفة من البروتينات المتخصصة وظيفيا، يخضع هذا التركيب لمعلومات وراثية موجودة على مستوى المورثات.

- يترجم التعبير المورثي على المستوى الجزيء، بتركيب بروتين مصدر النمط الظاهري للفرد على مختلف المستويات: العضوية، الخلية و الجزيئي.

- يتموضع الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (ADN) في النواة.

- يعتبر الـ ADN دعامة الصفات الوراثية.

- تكون الصفات الوراثية على شكل مورثات في جزيئة الـ ADN.

- المورثة عبارة عن تتالي محدد من النيكليوتيدات.

- يتم تركيب البروتين عند حقيقيات النوى في هيولى الخلايا انطلاقا من الأحماض الأمينية الناتجة عن الهضم.

- يؤمن انتقال المعلومة الوراثية من النواة إلى مواقع تركيب البروتينات، نمط آخر من الأحماض النووية يدعى الحمض الريبي النووي الرسول (ARNm).

المكونات الكيميائية لجزيء الـ ARN:

- الحمض الريبي النووي (ARNm) عبارة عن جزيئة قصيرة، تتكون من خيط مفرد واحد، متشكل من:

*تتالي نيكليوتيدات ريبية تختلف عن بعضها حسب القواعد الآزوتية الداخلة في تركيبها (الأدنين، الغوانين، السيتوزين، البوراسيل) ترتبط النيكليوتيدات مع بعضها البعض بروابط إستر فوسفاتية.

* النكليوتيد الريبي هو النيكليوتيد الذي يدخل في بناءه الريبوز ، سكر خماسي الكربون.

* البوراسيل قاعدة آزوتية مميزة للأحماض الريبية النووية.

يلعب الـ ARNm دور الوسيط الكيميائي بين النواة و الهيولى، فهو يعمل على نقل المعلومة الوراثية من الـADN في النواة إلى مستوى الهيولى مما يطرح التساؤل التالي:

كيف يتم بناء هذا الوسيط أي كيف يمكن له أن يكون وسيطا بين المعلومة الوراثية الموجودة في جزيئة ADN والبروتين؟

أ/ مقارنة بين الـ ADN و الـARN

- تظهر الصورة عددا كبيرا من سلاسل ARNm تخرج من الـADN على طول امتداد المورثة.

- كل سلسلة من هذه السلاسل هي نسخة من مورثة، يتم نسخها أثناء تركيب البروتين.

- عملية استنساخ الـARNm  من ADN يتطلب تدخل إنزيم نوعي هو ARN بوليمراز (انزيم بلمرة ARN).

- اتجاه الاستنساخ يتم من بداية المورثة اتجاه نهاية المورثة، حيث سلسلة الـARN الناتجة يزداد طولها كلما اتجهنا نحو نهاية المورثة.

أ/ العناصر الضرورية لحدوث عملية الاستنساخ:

- المورثة (المعلومات الوراثية الأصلية على جزيئة ADN).

- إنزيم ARN بوليميراز.

- 4 أنواع من النيوكليوتيدات الداخلة في تركيب الـ ARN .

ب/ دور إنزيم ARN بوليميراز (إنزيم بلمرة ARN):

هو عبارة عن معقد إنزيمي (بروتين كبير ذو بنية رابعية) يتمثل دوره في:

- يتعرف إنزيم ARN بوليميراز على بداية المورثة المسؤولة عن انطلاق تركيب ARNm و يلتصق بها.

- يعمل إنزيم  ARN يوليميراز على إزالة الالتفاف الحلزوني لجزيئة ADN بتكسير الروابط الكيميائية (الهيدروجينية) بين القواعد الآزوتية.

- يعمل إنزيم ARN يوليميراز على ربط (بلمرة) نيكليوتيدات ARNm .

- يتعرف إنزيم ARN يوليميراز على نهاية المورثة (نهاية الاستنساخ)، فيتوقف عن ربط النيكليوتيدات و تستعيد جزيئة ADN حالتها الأصلية.

جـ / مراحل حدوث عملية الاستنساخ:

تمر عملية الاستنساخ بالخطوات التالية:

الانطلاق: * يرتبط إنزيم ARNm يوليميراز بمنطقة بداية المورثة ويقوم بفتح سلسلتي الـ ADN بعد كسر الروابط الهيدروجينية ثم قراءة تتابع القواعد الآزوتية على إحدى سلسلتي الـADN و ربط النيوكليوتيدات الموافقة لها لتركيب سلسلة من ARN.

الاستطالة: *ينتقل الإنزيم على طول سلسلة الـADN لتستمر القراءة بنفس الآلية و تتطاول سلسلة الـARN.

النهاية: *عند وصول الإنزيم إلى نهاية المورثة تتوقف استطالة الـARN الذي ينفصل عن الـADN و ينفصل الإنزيم و تلتحم سلسلتي الـADN.

أ/ اتجاه الاستنساخ:

* تصنيع ARNيكون في الإتجاه 3' أي من 5'←3' عكس اتجاه سلسلة ADN القالب (السلسلة الغير ناسخة).

* يستعمل إنزيم البلمرة (ARN يوليميراز) نيوكليوتيدة ثلاثية الفسفات و يضيفها في صورة أحادية الفسفات بعد نزع مجموعتي فسفات لتتكون رابطة إستر فوسفاتية جديدة.

يتم التعبير عن المعلومة الوراثية التي توجد في الـADN على مرحلتين هما الاستنساخ و الترجمة.

- مرحلة الإستنساخ: تتم في النواة ويتم خلالها التصنيع الحيوي لجزيئة الـARNm انطلاقا من إحدى سلسلتي الـADN (السلسلة الناسخة) في وجود إنزيم الـARN بوليميراز ، وتخضع لتكامل النكليوتيدات بين سلسلة الـARNm و السلسلة الناسخة.

- بواسطة عدة إنزيمات ARNm بوليميراز تستنسخ مورثة واحدة في آن واحد مما يسرع عملية الإستنساخ.

مرحلة الترجمة توافق التعبير عن المعلومة الوراثية التي يحملها ARNm إلى متتالية أحماض أمينية في الهيولى الخلوية:

أ/ الشفرة الوراثية:

- تنسخ المعلومة الوراثية بشفرة خاصة تدى الشفرة الوراثية.

- يتركب البروتين من 20 نوع من وحدة بنلئية هب الأحماض الأمينية المتوضعة بشكل مختلف حسب البروتين، وأن 20 نوع من الأحماض الأمينية يوافق 4 أنواع من النيكليوتيدات.

- الاحتمال الأكثر وجاهة هو الاحتمال الثالث لأنه عدد كافي اتشفير 20 نوع من الأحماض الأمينية.

- إن وحدة الشفرة الوراثية هي ثلاثية من القواعد تدعى الرامزة تشفر لحمض أميني معين في البروتين.

- تشفر عادة لنفس الحمض الأميني عدة رامزات ماعدا الرامزات التالية: UAA;UAG;UGA التي لا تشفر لأي حمض أميني و تمثل رامزات توقف القراءة.

- تشفر الرامزة AUG لحمض أميني واحد هو الميثونين

- تشفر الرامزة UGG لحمض أميني واحد هو التربتوفان.

تمر الترجمة بعدة مراحل منها:

يتم ربط الأحماض الأمينية في متتالية محددة على مستوى ريبوزومات متجمعة في وحدة متمايزة تدعى متعدد الريبوزوم

تعريف لمتعدد الريبوزوم:(البوليزوم polysome): 

- ارتباط عدد من الريبوزومات بجزيء واحد من الـARNm ، حيث يقوم كل ريبوزوم بإنتاج سلسلة بيبتيدية في آن واحد

دور متعدد الريبوزوم:

- متعدد الريبوزوم هو طريقة فعالة لتركيب البروتين بسرعة، لإنتاج كمية معتبرة من نفس البروتين في وقت أقل حيث القراءة المتزامنة للـ ARNm نفسه من طرف عدد من الريبوزومات بزيادة كمية البروتينات المصنعة

- عدد الريبوزومات المرتبطة هو وسيلة للتحكم في سرعة و كمية تركيب البروتين حسب حاجة الخلية

- يتكون الريبوزوم في أوليات النواة مثل البكتيريا من تحث وحدتين:

- تحث وحدة صغيرة: تتكون من نوع واحد من ARN الريبوزومي (ARNr(16s 

+21 نوع من البروتينات.

- تحث وحدة كبيرة: تتكون من نوعين من ARN الريبوزومي (ARNr(23s و (ARNr(5s 

+31 نوع من البروتينات.

- وصف بنية الريبوزوم:

- تتكون كل جزيئة ريبوزوم من تحت وحدتين: تحت وحدة كبيرة و تحت وحدة صغيرة.

- يحتوي الريبوزوم على موقعين لتثبيت ARNt (موقعين تحفيزيين): موقع الحمض الأميني (الموقع  Aminoacyl-ARNt :A)و موقع البيبتيد (الموقع P).

- كما يحتوي الريبوزوم على نفق في تحت الوحدة الكبرى لخروج السلسلة البيبتيدية ونفق تحت الوحدتين لتوضع جزيء الـ ARNm يسمح بإنزلاق و تنقل الريبوزوم على خيط ARNm.

معلومات مفيدة:

- الموقع Aو الموقع P تقع في معظمها في تحت الوحدة البنائية الكبرى لكنها تستكمل بشكل متمم في تحت الوحدة البنائية الصغرى.

- عملية تركيب ARNr مشابهة للـARNm وهذا انطلاقا من مورثات خاصة (ADN)

- يتشكل الريبوزوم من تحت وحدتين: تحت وحدة صغيرة وأخرى كبيرة:

*60s 40s عند حقيقيات النواة.

* 30sو 50s عند بدائيات النواة.

- كل وحدة مكونة من مزيج من ARN الريبوزومي ARNr و بروتينات (60% ARNr و 40% بروتينات )

- تحت الوحدات يتم تركيبها داخل النوية.

- يتكون ARNt الناقل من سلاسل صغيرة تحتوي من 70إلى80 نيكليوتيدة. له بنية فراغية كروية على العكس من (ARNm) ذو بنية أولية (خطية).

- تتميز بنية الـ ARNt بخواص تركيبية نظرا لوجود موقعين للإرتباط نوعين مستقلين:

* موقع التعرف على الحمض الأميني: يتعرف و يرتبط بالحمض الأميني بمساعدة إنزيم نوعي.

* الموقع الرامزة المضادة: الموجود في الطرف الآخر من الجزيء يسمح بالتعرف على الرامزة الموجودة في تتابع القواعد الأزوتية على جزيء الـARNm.

- يتمثل دور جزيئات الحمض الريبي النووي الناقل (ARNt) في تثبيت ، نقل و تقديم الأحماض الأمينية الموافقة على مستوى الريبوزوم.

معلومات مفيدة:

- الطاقة المتحررة من انفصال ARNtعن الحمض الأميني تسمح بتشكيل رابطة بيبتيدية بين الحمض الأميني الموجود في الموقع البيبتيدي (P) مع الآخر الموجود في موقع الحمض الأميني (A) للريبوزوم. وهذا يعلل ضرورة وجود موقعين لحمضين أمينيين في الريبوزوم (الموقع P و الموقع A).

- ARNt= سلسلة ARN تلتف حول نفسها لتشكيل بنية ثلاثية الأبعاد.

- كل ARNt يركب مثل الـARNm وهذا انطلاقا من مورثات خاصة في الـADN (وهي مورثات لا تشفر للبروتينات).

- الحمض الأميني لا يدخل في تركيب متعدد البيبتيد إلا إذا كان منشطا.

- يقصد بالتنشيط: ارتباط الحمض الأميني مع ARNt النوعي له برابطة غنية بالطاقة.

أ/ العناصر اللازمة لتنشيط الأحماض الأمينية و دور كل منها:

* إنزيم الربط النوعي (Aminoacyl-ARNt SYNTHETASE):

- مسؤول عن تشكيل المعقد (حمض أميني-ARNt)

- يملك موقعين نوعيين هما:

    *موقع خاص بتثبيت الحمض الأميني.

    * موقع خاص بتثبيت الـARNt.

*طاقة (ATP):

- لربط الحمض الأميني مع الـARNt نوعي له برابطة غنية بالطاقة و الناتجة عن إماهة ATP.

ب/ وصف مراحل تنشيط الحمض الأميني:

المرحلة1:

توفر عناصر تشكيل المعقد وهي:

-إنزيم التنشيط (Aminoacyl-ARNtSYNTHETASE).

- ARNt.

- طاقة (ATP).

المرحلة2:

تشكل المعقد أنزيم-مادة التفاعل:

- ترتبط عناصر التفاعل ARNt، حمض أميني، ATP بالموقع الفعال للإنزيم ليتشكل معقد إنزيم-مادة التفاعل.

المرحلة3:

حدوث التفاعل و تحرير النواتج:

- يحدث التفاعل بإماهة الـATP للحصول على طاقة تستعمل في ارتباط الحمض الأميني بالـARNt ثم تحرير النواتج (معقد ARNt-حمض أميني= Aminoacyl-ARNt).

معلومات مفيدة:

* إنزيم (Aminoacyl-ARNt SYNTHETASE) يمتلك:

-3 موقع فعال

- له 3 مواد متفاعلة

- ينتج 3 نواتج

وفق التفاعل التالي:

ARNt+Ala+ATP→ARNt-Ala+AMP+PPi

* الهدف من التفاعل هو ربط الحمض الأميني بـ ARNt الخاص به.

* التفاعل يتم في مرحلتين:

- ربط الحمض الأميني بـAMP

- فصل AMP و ربط الحمض الأميني بـARNt.

تتضمن الترجمة 3 خطوات هي:

ا- الانطلاق:

- تبدأ الترجمة دائما في مستوى الرامزة AUG للـARNm تدعى الرامزة البادئة للتركيب بوضع أول حمض أميني هو الميثيونين يحمله ARNt خاص بهذه الرامزة حيث يتثبت على الريبوزوم (يتعرف كل ARNt على الرامزة الموافقة على ARNm عن طريق ثلاثة نيكليوتيدات تشكل الرامزة المضادة و المكملة لها).

ب- الاستطالة:

- يتنقل الريبوزوم بعد ذلك من رامزة إلى أخرى، وهكذا تتشكل تدريجيا سلسلة بيبتيدية بتكوين رابطة بيبتيدية بين الحمض الأميني المحمول على ARNt الخاص به في موقع القراءة وآخر حمض أميني في السلسلة المتموضعة في الموقع المحفز. إن ترتيب الأحماض الأمينية في السلسلة يفرضه تتالي رامزات الـARNm.

جـ/ النهاية:

- تنتهي الترجمة بوصول موقع القراءة للريبوزوم إلى إحدى رامزات التوقف

-ينفصل ARNt لآخر حمض أميني ليصبح عديد البيبتيد المتشكل حر.

معلومات مكملة:

1- العناصر الضرورية لتشكيل معقد الانطلاق (انطلاق عملية الترجمة):

- الـARNm.

- تحت وحدتي الريبوزوم الكبرى و الصغرى.

- الـARNt الخاص بالمثيونين.

- الـARNt الناقل للحمض الأميني الثاني

- إنزيمات و طاقة.

2- الظواهر التي ترافق نهاية الترجمة:

- انفصال السلسلة البيبتيدية المتشكلة، وفصل أول حمض أميني (المثيونين) بتخل إنزيم نوعي.

- انفصال الـ ARNt الأخير.

- انفصال و تفكيك الـARNm إلى نيوكليوتيدات ريبية.

- انفصال نحث وحدتي الريبوزوم الصغرى و الكبرى.

يتم تركيب البروتين على مستوى الشبكة الهيولية الفعالة (الريبوزومات) ثم ينتقل إلى جهاز كولجي عن طريق حويصلات انتقالية، وأخيرا من جهاز غولجي إلى حويصلات عن طريق التبرعم على مستوى كييسات جهاز غولجي.

- يتم تركيب البروتين على مستوى الريبوزومات.

- على مستوى جهاز غولجي يكتمل نضج البروتين و تغليفه في شكل حويصلات.

- الحويصلات الإفرازية هي وسيلة لنقل البروتين إلى خارج الخلية عن طريق الإطراح الخلوي (نقل حويصلي).