البروتينات (تركيب-)

بروتينات (تركيب)

-

البروتينات (تركيب-)

سعاد العقلة

تركيب البروتينات

تركيب البروتينات في حقيقيات النوى

تركيب البروتينات في بدائيات النواة

العوامل المُنَظِّمَة لتركيب البروتينات

تركيب البروتينات protein synthesis هو العملية التي تتم في الخلايا بضم الحموض الأمينية، الوحدات الأساسية «المونوميرات» monomers للبروتينات، بعضها مع بعض لتركيب هذه المواد في أجسام جميع أنواع الكائنات الحية. ويتم ذلك من خلال الحمض الريبي النووي منقوص الأكسجين (الدنا deoxyribonucleic acid (DNA الذي يحتوي على التعليمات المسؤولة عن تركيب البروتينات، وهذه التعليمات تتمثل بالجينات المحمولة على جزيئات الدنا المحمولة على الصبغيات chromosomes.

تُمَيَّزُ في الجينات - بصورة أساسية- منطقتان متميزتان وظيفياً: إحداهما المنطقة المرمِّزة؛ وتحدد تتالي الحموض الأمينية التي يجب أن ترتبط معاً كي تصنع بروتيناً معيناً، أما المنطقة الأخرى من الجين فتتصف بمهمات تنظيمية؛ إذ إنها تتحكم في السرعة التي يَنسَخ بها إنزيم بوليمراز الرنا RNA المنطقةَ المُرَمِّزَة للجين إلى رنا مرسال (mRNA) messenger RNA.

يوجد على كل صبغي عدد كبير من الجينات المسؤولة عن تركيب مختلف أنواع البروتينات. ويراوح عدد الجينات في الكائنات الحية ما بين عدة جينات، كما في الفيروسات، ونحو عشرين ألف جين في الإنسان. ويُعَيِّن الجين تسلسل الحموض الأمينية التي يجب أن يرتبط بعضها مع بعض لتشكل بروتيناً معيناً، فعندما يُفَعَّل جين ما تستجيب الخلية بصنع البروتين الذي يُرَمِزُه هذا الجين.

البروتينات جزيئات عملاقة تتألف من حموض أمينية مرتبة بتتابع خاص مميز وبكميات وتركيبات معينة،
وتُعَدُّ من المكوِّنات البناءة للخلايا الحية. ولدى قيام البروتينات بعملها كإنزيمات أو مكونات بنيوية أو آلات جزيئية، فإنها تقود فعلياً جميع الوظائف التي تؤديها الخلية. ويعود اختلاف خلايا الأجسام بعضها عن بعض إلى كونها تُفَعِّل مجموعات مختلفة من الجينات منتجة بذلك خلائط مختلفة من البروتينات تُمَيِّز الأنماط الخلوية المختلفة. ومن المعروف أن حذف حمض أميني واحد في تركيب البروتين أو إضافته أو استبداله يؤدي إلى فقدانه كامل وظيفته الخاصة أو إلى تغييرها. وانطلاقاً من أهمية هذه الجزيئات فإن من المهم الكشف عن الآليات الجزيئية المسؤولة عن تركيب البروتينات داخل الخلية.

تركيب البروتينات

تتضمن العملية الخلوية التي تؤدي إلى تركيب البروتين مرحلتين أساسيتين: تسمى الأولى الانتساخ transcription، وتسمى الثانية الترجمة translation. وتُستَعمَل خلال هذه العملية إنزيمات مختلفة تقوم بفصل شريطي حلزون الدنا المضاعف واستخلاص المعلومات التي تحويها الجينات وترجمتها، لتعطي المنتج النهائي. ويجب على البروتين حينذاك أن ينطوي ليعطي شكلاً فريداً ليقوم بوظيفته بالشكل الصحيح. ومع ذلك تبقى العديد من البروتينات غير منطوية جزئياً على الأقل، وهذه المرونة تمكنها من الارتباط بجزيئات متنوعة أو من القيام بمهام أخرى.

1- الانتساخ: تُوَجَّه عملية الانتساخ من قبل شريط الدنا الموجود في نواة الخلية، والذي لا يمكنه مغادرتها بسبب كبر حجمه النسبي. ويتم نسخ الجين على هيئة شريطة strand من الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة تدعى الرنا المرسال تعمل بعد ذلك مراصف (قوالب) templates لصنع البروتين. يبدأ انتساخ الجين بعد أن ترتبط بروتينات تسمى عوامل الانتساخ transcription factors بمناطق خاصة تسمى بالمنطقة المنظمة المعروفة باسم المحضِّض promoter الموجودة في الجين، وهذا الارتباط يسمح لإنزيم بوليمراز الرنا RNA polymerase بانتساخ نكليوتيدات الجين (الشكل 1). تهاجر جزيئات الرنا المنسوخة (الرنا المرسال) والحاملة لنسخة من المعلومات الخاصة بترتيب الحموض الأمينية إلى سيتوبلاسما الخلية، حيث يجري ترجمتها إلى بروتينات خاصة بواسطة الريبوزومات (الجسيمات الريبية).

الشكل (1) انتساخ المرسال بتوسط إنزيم RNA بوليمراز.

2- الترجمة: يُوَجِّه شريط الرنا المرسال عملية الترجمة، ويقوم الريبوزوم بتحويل التعليمات التي يحملها هذا الشريط إلى البروتينات التي تُبنى منها أجسام الكائنات الحية. إن الشريط المرسال محمي عند أطرافه بتتالٍ من النكليوتيدات لضمان حماية إشارات الابتداء والانتهاء من أي تُدَرُّك قد يصيبها في أثناء انتقالها عبر مكونات الخلية. وعند وصول الشريط المرسال إلى الريبوزومات الموجودة في السيتوبلاسما تبدأ عملية صنع البروتين في داخلها، حيث يتم صنع شريط من الحموض الأمينية، يحكم تسلسلها سَلسَلة الشيفرات (الرامزات) التي يحملها الشريط المرسال.

يتكون الريبوزوم ممّا يقرب من نحو خمسين نوعاً من البروتينات وعدد قليل من الحموض النووية الريبوزومية (ribosomal RNA (rRNA. ويتشكل الريبوزوم نتيجة ارتباط الوحدتين الكبرى والصغرى، اللتين تكونان مفصولتين بعضهما عن بعض قبل وصول الرنا المرسال الذي بمجرد وصوله تنجذب الوحدتان إلى مقدمته، ثم تطبقان عليه لتتحركا عليه كوحدة واحدة. تحتوي الوحدة الكبرى على ثلاثة تجاويف (مواقع) هي E وP وA. ويتطلب نقل الحموض الأمينية وتفعيلها وجود الرنا الناقل tRNA، وهو شريط حمض نووي قصير يلتف على نفسه ليشكل بنية تتكون من ثلاثة رؤوس، يحمل أحدهما شيفرة معاكسة خاصة بحمض أميني محدد تتعرف شيفرة محددة على الرنا المرسال تُرَمِّز هذا الحمض الأميني الذي يرتبط على الذراع المقابل لهذا الرأس، وبهذا يوجد لكل حمض أميني من الحموض الأمينية العشرين رنا ناقل خاص به. ومن المحتمل أن يساعد الشكل الخاص للرنا الناقل الريبوزوم على التحرك على شريط الرنا المرسال بشكل قفزات بحيث تساوي القفزة الواحدة ثلاثة نكليوتيدات. وإن أي إزاحة خاطئة بنكليوتيد واحد أو نكليوتيدين ستؤدي إلى تغيير كاملِ المعلومات الموجودة على هذا الشريط. تتسع كلٌ من التجاويف الثلاثة في وحدة الريبوزوم الكبرى لشريطٍ ناقلٍ واحد فقط مع ما يحمل من حمض أميني. ويستخدم تجويف (A) لإدخال شريط ناقل جديد بعد أن تتطابق شيفرته المعاكسة مع شيفرة الشريط المرسال التي تقع أسفل التجويف. وبعدها يقوم الريبوزوم بإدخال الشريط الناقل إلى التجويف الثاني (P) ليتم فصل الحمض الأميني عنه وربطه بسلسلة الحموض الأمينية التي سبق ربطها. وأخيراً يقوم الريبوزوم بدفع الشريط الناقل بعد تجريده من الحمض الأميني إلى التجويف الثالث (E) ليخرج منه إلى خارج الريبوزوم. وتتكرر هذه العملية إلى أن ينتهي الريبوزوم من ربط جميع الحموض الأمينية بحسب الترتيب الموجود على الشريط المرسال، ومن ثم يقوم بتحرير سلسلة الحموض الأمينية التي قام بربطها (الشكل 2).

الشكل (2) مراحل ترجمة الرنا المرسال داخل الريبوزوم.

أما الخطوة الأخيرة في صنع البروتين فهي أن السلاسل البروتينية أحادية البعد التي يصنعها الريبوزوم تلتف على نفسها مباشرة وبطريقة فريدة، لتنتج جزيئاتٍ ثلاثية الأبعاد بأشكال وأحجام وخصائص فيزيائية وكيميائية محددة، وذلك لكي تقوم بوظيفة محددة في جسم الكائن الحي. ويتحدد شكل البروتين الناتج من التفاف السلسلة البروتينية على نحو رئيسي بحسب أعداد الحموض الأمينية على هذه السلسلة وطريقة ترتيبها. ولقد وجد العلماء أن كثيراً من الأمراض التي تصيب الكائنات الحية مردها إلى إخفاق بعض البروتينات في الالتفاف على نفسها بسبب حصول خطأ واحد فقط في إحدى الشيفرات الوراثية التي أنتجتها.

تركيب البروتينات في حقيقيات النوى

يحدث الانتساخ في حقيقيات النواة؛ في النواة، وتُنجَز الترجمة ضمن الريبوزومات في سيتوبلاسما الخلية. وتحوي معظم جينات حقيقيات النواة والرنا المنتسخ عنها تتالياتٍ من النكليوتيدات تشكل قطعاً داخلية غير المرمِّزة تدعى بالإنترونات entrons تتوضع بين المناطق المرمِّزة التي تدعى الإكسونات exons. ويسمى الرنا المرسال عندئذ بالرنا المرسال البدئي pre-mRNA. وتقوم مجموعة من الإنزيمات الموجودة في النواة بتعديل هذا المرسال البدئي قبل خروجه إلى السيتوبلاسما، حيث تتم إزالة الإنترونات وربط الإكسونات معاً لتشكيل مرسال يحوي تسلسلات مرمِّزة مستمرة وتدعى هذه العملية التضفير splicing يتوسطها إنزيم جسيم التضفير السبلايسوزوم spliceosome (الشكل 3 –أ). يضم الرنا المرسال النهائي فقط المناطق المرمِّزة التي تترجم إلى تسلسلات من الحموض الأمينية. كما تتم إضافة قبعة إلى النهاية 5’ من شريط المرسال، وهي عبارة عن غوانين guanine معدل، وإضافة عدد كبير من نكليوتيدات الآدنين adenine (بين 50 و 250) إلى النهاية 3’ لتشكل ما يسمى بالذيل عديد الأدنين (الشكل 3-ب).

الشكل (3) مراحل نضج الرنا المرسال البدئي.

تركيب البروتينات في بدائيات النواة

يحدث الانتساخ والترجمة في بدائيات النواة في المكان والتوقيت نفسه، وذلك بسبب غياب الغشاء النووي حيث يوجد الدنا والريبوزومات في المكان نفسه، لذلك يترجم الرنا المرسال الناتج من الانتساخ مباشرة من دون أن يطرأ عليه أي تعديل. ترتبط إنزيمات بوليمراز الرنا بجزيء الدنا، وما إن تأخذ مكانها حتى تنزلق باتجاه بداية المنطقة المرمِّزة، وتسير على طول جزيء الدنا، صانعةً بذلك نسخة الرنا المرسال. وفيما عدا حالة الجينات الطويلة جداً، فإن عدد جزيئات الرنا المرسال المصنوعة في أي لحظة يعتمد بصفة أساسية على السرعة التي ترتبط بها إنزيمات بوليمراز الرنا بجزيء الدنا مُستَهِلَّةً سيرورة الانتساخ والتي تخضع لعدد من العوامل المُنَظِّمَة.

العوامل المُنَظِّمَة لتركيب البروتينات

يتم تنظيم فعاليات الجينات المرمِّزة للبروتينات بإحكام بوساطة معقَّدات بروتينية تتجمع على الدنا، ويمكن أن تؤدي الاضطرابات في التشغيل السوي لهذه التجمعات إلى حالات مَرَضِيَّةٍ. ولتتم سيرورة الانتساخ بدقة وفاعلية يجب أن يرتبط إنزيم بوليمراز الرنا بالمنطقة المنظِّمة التي تسمى المُحَضِّض، والذي يُعَدّ الموقعَ الذي يبدأ منه بوليمراز الرنا حركته على طول المنطقة المرمِّزة.

وفي البكتريا- كما في معظم بدائيات النواة- يوجد المحضِّض، في امتداد من النُكليوتيدات يقع ضمن مسافة قصيرة (غالباً ما تصل إلى نحو عشرة نكليوتيدات) أمام بداية المنطقة المرمِّزة صعوداً. ولكن في بدائيات النواة لا يقوى إنزيم بوليمراز الرنا على التمييز بين تتالي النكليوتيدات في المُحَضِّض والتتاليات الأخرى. ومن أجل توجيه الإنزيم نحو محضِّضاتِ جيناتٍ نوعية، تقوم البكتريا بتركيب مجموعة من البروتينات تعرف باسم عوامل سيغما sigma factors، ترتبط بدورها بإنزيم بوليمراز رنا. وتكون المعقَّدات الناتجة قادرة على التعرُّف والارتباط بتتاليات نكليوتيدية منتقاة في المحضِّضات. وعلى هذا النحو تبرمج عواملُ سيغما بوليمراز الرنا برمجةً تتجاوز جميع التتاليات غير المحضِّضة وتتمهل في محضِّضات مقصودة فحسب.

أما في حقيقيات النواة فتوجد ثلاثة أنواع من العناصر الجينية تتألف من تتاليات منفصلة من النُكليوتيدات هي التي تتحكم في قدرة بوليمراز الرنا على استهلال الانتساخ. وقد تبين أن أحد هذه العناصر الموجودة عادة قرب المنطقة المرمِّزة يؤدي دوراً كبير الشبه بالمُحَضِّض البكتيري. وقد أُطلِق على هذا العنصر اسم المُحَضِّض المركزي (اللب) core promoter. وتمتلك جينات عديدة في الخلية محضِّضات مركزية متشابهة. كما تبين وجود مجموعة من العناصر المنظِّمة عُرِفَت باسم المُعَزِّزَات enhancers تسهِّل سيرورة الانتساخ. ويمكن لهذه التتاليات أن توجد على بعد آلاف النُكليوتيدات صعوداً upstream أو نزولاً downstream من المُحَضِّض المركزي، أي إنها تكون بعيدة عنه. ويوجد تتاليات تساعد على تثبيط الانتساخ تسمى المُسَكِّتات (الكاتمات) silencers، وهي توجد أيضاً على مسافة بعيدة عن المُحَضِّض المركزي. ويمكن أن تتضمن جيناتِ حقيقياتِ النواة بضع مُعَزِّزات ومسكتات، كما يمكن أن تحوي جينات بعض العناصر المعزِّزة أو الكاتمة المتطابقة. ولكن لا يوجد جينان يتشابهان تماماً في تركيبة combination المعززات والكاتمات التي يحملانها. وتتحكم هذه التركيبات المتميزة من المعززات والمسكتات في انتساخ الجينات المختلفة. مع ذلك لا تستطيع المعزِّزات والمسكتات بمفردها التحكم في نشاط بوليمراز الرنا، وإنما تعمل مواقع تحميل docking sites تنتمي إلى عائلة كبيرة من البروتينات على التحكم في عملية الانتساخ.

تتكون العوامل التي تتحكم في الانتساخ لدى البشر من أربعة أنواع من المكوِّنات، حيث تستهل الانتساخ مجموعة من البروتينات تسمى العوامل الأساسية basal factors، والتي حُدِّدَ حتى الآن ما لا يقل عن ستة عوامل منها أعطيت رموز الحروف A،B،D،E،F،H. وتكون هذه العوامل ضرورية من أجل استهلال الانتساخ في جميع الجينات، لكنها لا تستطيع زيادة معدل سرعته أو إنقاصه بنفسها. وتقع تلك المهمة على عاتق مجموعة من البروتينات تعرف باسم المنشطات activators والكابحات repressors التي يمكن أن تختلف من جين إلى آخر. وترتبط هذه البروتينات بتتاليات المُعَزِّزَات والمسكتات، وتعطي رسائل تحفيزية أو كابحة بطريق مباشر أو غير مباشر إلى بوليمراز الرنا. وتتخاطب المنشطات، وربما الكابحات؛ مع العوامل الأساسية عبر مجموعة من البروتينات تعرف بتمائم المنشطات (المنشطات المساعدة co-activators)، وتسمى عادة وفقاً لأوزانها الجزيئية بالكيلو دالتون، وهي بروتينات تتصل في معقد متماسك ببروتين الربط تاتا TATA binding protein (TBP). ويعد هذا الأخير أول عامل أساسي يرسو على ما يسمى بالصندوق تاتا الذي يتكون من تتالي نكليوتيدات التيمين والآدنين، ويقع في بداية المنطقة المنظِّمة المعروفة باسم المحضِّض المركزي (الشكل 4).

الشكل (4) العوامل المُنَظِّمَة لتركيب البروتينات.

وقد يسبب ارتباط المنشطات بالمُعَزِّزَات التواء الدنا على نحوٍ يُقَرِّب المُعَزِّزَات بعضها من بعض، مثلما يُقَرِّبها كذلك من المُحَضِّض المركزي، وقد يساعد هذا الترتيب المنشطات (منفردة أو متجمعة الواحد مع الآخر) على الاصطفاف مع تمائم المنشطات ووَضع العامل D على المُحَضِّض. وستساعد هذه الخطوة بدورها على تجميع المعقَّد الأساسي بتمامه (الشكل 5). وقد يؤدي تشكل هذا المعقد إلى فتل ما يخصه من الدنا على نحوٍ يمكِّن بوليمراز الرنا من أن يبدأ تحركه على طول المنطقة المرمِّزة. ويبدو أن السرعة التي يتم بها انتساخ الجين قد يمليها النشاط الجماعي لجميع عوامل الانتساخ المرتبطة بالعناصر الجينية التنظيمية المختلفة. ولن يتم انتساخ جينٍ ما بمعدل سرعةٍ قياسي إلا في حالة وجود المنشِّطات المختلفة التي يحتاج إليها واستطاعتِها التغلب بنجاح على التأثيرات المثبطة للمسكتات. ويُعتَقَد أن المسكتات قد ترتبط كذلك بتمائم المنشِّطات أحياناً، وأن هذا الارتباط قد يثبط الانتساخ عن طريق منع ارتباط المنشِّطات بمواقعها المعتادة على تمائم المنشِّطات. وفي أحيان أخرى قد توقف المسكتات الانتساخ عن طريق منع المنشِّطات من الارتباط بالمعزِّزات. ويمكن أن تؤدي الاضطرابات في التشغيل السوي لهذه التجمعات إلى حالات مرضية.

الشكل (5) تشكل المعقد الأساسي المُنَظِّم لتركيب البروتينات.

تبدو المعقَّدات المتشكلة بوساطة المنشِّطات وتمائم المنشِّطات والماكينة الأساسية لدى حقيقيات النواة مشابهة لعوامل سيغما في البكتريا، فهي أيضاً تَجُرُّ بوليمراز الرنا إلى جينات نوعية بمعدلات سرعة نوعية. وبصورة ما يمكن عدًّ هذه المعقدات عوامل سيغما تطورت إلى عدة وحدات فرعية.

التصنيف : علم الحياة (البيولوجيا)

النوع : علم الحياة (البيولوجيا)

المجلد: المجلد الرابع

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية