المحتوى
- نسخ الحمض النووي يأخذ مكانه في النواة
- يحتوي الرنا المرسال على نسخة من الكود للبروتين
- يتم إنتاج البروتينات بواسطة الريبوسومات
- تجمع الترجمة بروتينًا محددًا وفقًا لرمز mRNA
- الربط البديل وآثار الإنترونات
العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية تشرح أن تدفق المعلومات للجينات هو من الحمض النووي الكود الجيني إلى نسخة الحمض النووي الريبي الوسيطة ثم إلى البروتينات توليفها من التعليمات البرمجية. تم اقتراح الأفكار الأساسية الكامنة وراء العقيدة من قبل عالم الأحياء الجزيئي البريطاني فرانسيس كريك في عام 1958.
وبحلول عام 1970 ، أصبح من المقبول بشكل شائع أن يكون الحمض النووي الريبي قد صنع نسخًا من جينات معينة من الحلزون المزدوج للحمض النووي الأصلي ، ثم شكل الأساس لإنتاج البروتينات من الكود المنسوخ.
تسمى عملية نسخ الجينات عن طريق نسخ الشفرة الوراثية وإنتاج البروتينات من خلال ترجمة الشفرة إلى سلاسل الأحماض الأمينية التعبير الجيني. اعتمادًا على الخلية وبعض العوامل البيئية ، يتم التعبير عن بعض الجينات في حين أن البعض الآخر لا يزال نائماً. يخضع التعبير الجيني للإشارات الكيميائية بين خلايا وأعضاء الكائنات الحية.
اكتشاف الربط البديل ودراسة أجزاء غير مشفرة من الحمض النووي تسمى إنترونات تشير إلى أن العملية التي وصفتها العقيدة المركزية لعلم الأحياء أكثر تعقيدًا مما كان مفترضًا في البداية. البسيط الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي إلى تسلسل البروتين لديها فروع والتغيرات التي تساعد الكائنات الحية على التكيف مع البيئة المتغيرة. المبدأ الأساسي الذي تنتقل به المعلومات الوراثية في اتجاه واحد فقط ، من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي إلى البروتينات ، لا يزال دون تحدٍ.
المعلومات المشفرة في البروتينات لا يمكن أن تؤثر على كود الحمض النووي الأصلي.
نسخ الحمض النووي يأخذ مكانه في النواة
يوجد حلزون الدنا الذي يشفر المعلومات الوراثية للكائن في نواة الخلايا حقيقية النواة. الخلايا بدائية النواة هي خلايا لا تحتوي على نواة ، لذا فإن نسخ الحمض النووي وترجمته وتوليف البروتين كلها تحدث في الخلايا السيتوبلازم عبر تشابه (ولكن أكثر بساطة) النسخ / عملية الترجمة.
في خلايا حقيقية النواة ، لا يمكن لجزيئات الحمض النووي ترك النواة ، لذلك يتعين على الخلايا نسخ الشفرة الوراثية لتوليف البروتينات في الخلية خارج النواة. تبدأ عملية نسخ النسخ بواسطة إنزيم يسمى بوليميريز الحمض النووي الريبي ولها المراحل التالية:
يحتوي تسلسل الحمض النووي الذي تم نسخه في المرحلة الثانية على الإكسونات والإنترونات وهو مقدمة لسلسلة الحمض النووي الريبي.
لإزالة الإنترونات ، و قبل مرنا يتم قطع حبلا في واجهة intron / إكسون. يشكل الجزء الداخلي من الحافة بنية دائرية ويترك الشريط ، مما يسمح للكسرين من كلا جانبي الإنترون بالانضمام معًا. عند اكتمال إزالة الإنترونات ، تكون حبلا mRNA الجديد مرنا ناضجة، وهي مستعدة لترك النواة.
يحتوي الرنا المرسال على نسخة من الكود للبروتين
البروتينات هي سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية المرتبطة بصلات الببتيد. يتحملون مسؤولية التأثير على شكل الخلية وما تقوم به. أنها تشكل هياكل الخلية وتلعب دورا رئيسيا في عملية التمثيل الغذائي. وهي تعمل كأنزيمات وهرمونات ، وهي جزء لا يتجزأ من أغشية الخلايا لتسهيل انتقال الجزيئات الكبيرة.
يتم تشفير تسلسل سلسلة الأحماض الأمينية لبروتين في حلزون الحمض النووي. يتكون الكود من الأربعة التالية القواعد النيتروجينية:
هذه قواعد النيتروجين ، وكل رابط في سلسلة DNA يتكون من زوج أساسي. تشكل قوانيين زوجًا من السيتوزين ، بينما يشكل الأدينين زوجًا من الثيمين. يتم إعطاء الروابط بأحرف مكونة من حرف واحد بناءً على أي قاعدة تأتي أولاً في كل رابط. تسمى أزواج القاعدة بالروابط G و C و A و T للارتباطات الجوانيين - السيتوزين والسيتوزين - الجوانين - الأدينين - الثيمين - ثيمين - الأدينين.
ثلاثة أزواج قاعدة تمثل رمزًا للحمض الأميني المعين وتسمى أ كودون. قد يسمى الكودون النموذجي GGA أو ATC. نظرًا لأن كل من أماكن الكودون الثلاثة لزوج أساسي يمكن أن تحتوي على أربعة تكوينات مختلفة ، فإن العدد الإجمالي للكودونات هو 43 أو 64.
يوجد حوالي 20 من الأحماض الأمينية التي يتم استخدامها في تخليق البروتين ، وهناك أيضًا رموز لإشارات البدء والإيقاف. نتيجة لذلك ، هناك ما يكفي من الكودونات لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية لكل بروتين مع بعض التكرار.
مرنا هو نسخة من رمز لبروتين واحد.
يتم إنتاج البروتينات بواسطة الريبوسومات
عندما يترك مرنا النواة ، فإنه يبحث عن الريبوسوم لتركيب البروتين الذي لديه تعليمات مشفرة.
الريبوسومات هي مصانع الخلية التي تنتج بروتينات الخلية. وهي تتكون من جزء صغير يقرأ الرنا المرسال وجزء أكبر يجمع الأحماض الأمينية بالتسلسل الصحيح. يتكون الريبوسوم من الحمض النووي الريبي الريباسي والبروتينات المرتبطة به.
توجد الريبوسومات إما عائمة في الخلية العصارة الخلوية أو تعلق على الخلية الشبكة الأندوبلازمية (ER) ، سلسلة من الأكياس المغلقة الغشاء وجدت بالقرب من النواة. عندما تنتج الريبوسومات العائمة البروتينات ، يتم إطلاق البروتينات في العصارة الخلوية.
إذا كانت الريبوسومات المرتبطة بـ ER تنتج البروتين ، يتم إرسال البروتين خارج غشاء الخلية ليتم استخدامه في أي مكان آخر. تحتوي الخلايا التي تفرز الهرمونات والإنزيمات عادةً على العديد من الريبوسومات المرتبطة بـ ER وتنتج بروتينات للاستخدام الخارجي.
يرتبط mRNA بالريبوسوم ، ويمكن أن تبدأ ترجمة الشفرة في البروتين المقابل.
تجمع الترجمة بروتينًا محددًا وفقًا لرمز mRNA
تطفو في العصارة الخلوية هي الأحماض الأمينية وجزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة تسمى نقل الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي. هناك جزيء الحمض النووي الريبي لكل نوع من الأحماض الأمينية المستخدمة لتخليق البروتين.
عندما يقرأ الريبوسوم رمز مرنا ، فإنه يختار جزيء الحمض الريبي النووي النقال لنقل الحمض الأميني المقابل إلى الريبوسوم. يقوم الحمض الريبي النووي النقال بإحضار جزيء من الحمض الأميني المحدد إلى الريبوسوم ، والذي يربط الجزيء بالتسلسل الصحيح لسلسلة الأحماض الأمينية.
تسلسل الأحداث على النحو التالي:
يتم إنتاج بعض البروتينات على دفعات بينما يتم تصنيعها بشكل مستمر لتلبية الاحتياجات المستمرة للخلية. عندما ينتج الريبوسوم البروتين ، يكون تدفق معلومات العقيدة المركزية من الحمض النووي إلى البروتين كاملاً.
الربط البديل وآثار الإنترونات
تمت دراسة بدائل لتدفق المعلومات المباشر المتوخى في العقيدة المركزية. في الربط البديل ، يتم قطع ما قبل الرنا المرسال لإزالة الإنترونات ، ولكن يتم تغيير تسلسل الإكسونات في سلسلة الحمض النووي المنسوخة.
هذا يعني أن تسلسل كود DNA واحد يمكن أن يؤدي إلى بروتينين مختلفين. بينما يتم تجاهل الإنترونات كتسلسلات وراثية غير مشفرة ، فإنها قد تؤثر على تشفير exon وقد تكون مصدرًا لجينات إضافية في ظروف معينة.
في حين أن العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية تظل صالحة فيما يتعلق بتدفق المعلومات ، فإن تفاصيل كيفية تدفق المعلومات من الحمض النووي إلى البروتينات بالضبط أقل خطية مما كان يعتقد في البداية.