الاستنساخ والترجمة: مراحل تركيب البروتين ودور الريبوزوم وARNt والرامزة المضادة وتعدد الريبوزومات - السنة الثالثة ثانوي علوم تجريبية

تعلمنا في دروس وحدة تركيب البروتين أن المعلومة الوراثية محفوظة في ADN داخل النواة، وأن البروتين يصنع في الهيولى من تتابع أحماض أمينية. وبقي سؤال أخير يختم الوحدة: ما آلية تحويل الرسالة المنسوخة إلى بروتين؟ وأين يتم ذلك بالضبط؟ وهو موضوع الفيديو الخامس والأخير من وحدة تركيب البروتين، وهو آلية الترجمة. تعرض هذه الصفحة تلخيص الاستنساخ، ثم مقر الترجمة، ثم الأطراف المشاركة فيها، ثم مراحلها، ثم تعدد الريبوزومات، وتنتهي بأخطاء شائعة وتمارين محلولة.

تذكير: الاستنساخ

الاستنساخ هو تركيب جزيء ARNm انطلاقًا من مقطع من ADN هو المورثة، ويتم في النواة.

1. ينفصل شريطا ADN عند المورثة جزئيًا، بفعل أنزيم ARN بوليميراز.
2. يتخذ الأنزيم أحد الشريطين، وهو الشريط المستنسخ، قالبًا.
3. تتزاوج النوكليوتيدات الحرة (الريبية) مع القواعد المتممة في الشريط المستنسخ: القاعدة ⁦A⁩ في الشريط يقابلها ⁦U⁩، و ⁦T⁩ يقابلها ⁦A⁩، و ⁦G⁩ يقابلها ⁦C⁩، و ⁦C⁩ يقابلها ⁦G⁩.
4. ينفصل ARNm المتكون عن ADN ويخرج من النواة عبر الثقوب النووية إلى الهيولى.

مقر الترجمة

يعتمد الدرس على وثائق منها تقنية التصوير الإشعاعي الذاتي، وفيها تقدم للخلايا أحماض أمينية موسومة بعناصر مشعة، ثم تلتقط صور بالمجهر الإلكتروني فتبين أين يتركز الإشعاع، وهو مكان تركيب البروتين. والنتيجة أن مقر تركيب البروتين هو الريبوزومات (الجسيمات الريبية)، الموجودة حرة في الهيولى أو ملتصقة بالشبكة الهيولية الداخلية الفعالة (الخشنة).

الريبوزوم عضية صغيرة تتألف من تحت وحدتين: كبيرة وصغيرة، وتتكون من ARN ريبوزومي وبروتينات. وهي التي تقرأ ARNm وتبني السلسلة البروتينية.

الأطراف المشاركة في الترجمة

1. ARNm: يحمل الرسالة في شكل رامزات.
2. الريبوزومات: مقر الترجمة، وفي الريبوزوم موضعان يستقبلان الرامزات.
3. الأحماض الأمينية: لبنات البروتين الحرة في الهيولى.
4. ARNt (الناقل): جزيء ARN صغير، له طرفان: طرف يحمل حمضًا أمينيًا محددًا، وطرف آخر يحمل ثلاث قواعد هي الرامزة المضادة، تكمل رامزة معينة في ARNm.
5. الطاقة: مصدرها ⁦ATP⁩.
6. أنزيمات التنشيط: تربط كل حمض أميني بـARNt المناسب له.

تنشيط الأحماض الأمينية

قبل الترجمة، يرتبط كل حمض أميني بـARNt الخاص به بمساعدة أنزيم متخصص وبوجود ⁦ATP⁩. فنحصل على ARNt محمل بحمضه الأميني، وفيه الرامزة المضادة التي تحدد أي رامزة يقرأ.

مراحل الترجمة

1. البدء

• ترتبط تحت الوحدة الصغيرة للريبوزوم بـARNm عند طرفه.
• تبحث عن رامزة البداية ⁦AUG⁩.
• يرتبط ARNt الخاص بالميثيونين، ورامزته المضادة ⁦UAC⁩، برامزة البداية.
• ترتبط تحت الوحدة الكبيرة بالصغيرة فيكتمل الريبوزوم.

2. الاستطالة

• يدخل ARNt جديد محمل بحمضه الأميني، رامزته المضادة تكمل الرامزة التالية في ARNm.
• يتكون رباط ببتيدي بين الحمض الأميني الجديد والسلسلة التي سبقته.
• ينتقل الريبوزوم على ARNm مسافة رامزة واحدة (انتقال)، ويتحرر ARNt الذي أفرغ حمضه.
• تتكرر الدورة، فتطول السلسلة البروتينية حمضًا أمينيًا بعد حمض أميني.

3. التوقف

• عندما يصل الريبوزوم إلى رامزة توقف (⁦UAA⁩ أو ⁦UAG⁩ أو ⁦UGA⁩) لا يوجد ARNt لها.
• تتحرر السلسلة البروتينية المكتملة، وتنفصل تحت الوحدتان عن ARNm.

تعدد الريبوزومات

يمر على ARNm الواحد عدة ريبوزومات في آن واحد، كل منها في مرحلة مختلفة من الترجمة. ويسمى هذا التجمع البوليزوم (متعدد الريبوزومات). والفائدة: صنع عدد كبير من نسخ البروتين نفسه في وقت قصير من ARNm واحد، فتزيد كفاءة التركيب.

ملخص مسار المعلومة

⁦ADN⁩ ينسخ في النواة إلى ⁦ARNm⁩ الذي ينتقل إلى الهيولى فيترجم في الريبوزومات إلى بروتين.

ويوضح هذا أن المعلومة الوراثية في ADN تحدد تتابع القواعد في ARNm، وهذا يحدد تتابع الأحماض الأمينية في البروتين، ومنه يتحدد النمط الظاهري على المستوى الجزيئي.

أخطاء شائعة

• الخلط بين الاستنساخ (ADN إلى ARNm في النواة) والترجمة (ARNm إلى بروتين في الهيولى).
• القول إن الرامزة المضادة موجودة في ARNm. موجودة في ARNt.
• نسيان أن رامزات التوقف لا يقابلها ARNt.
• القول إن الريبوزوم يتحرك على ADN.
• الخلط بين الرامزة والرامزة المضادة في كتابة التقابل: ⁦AUG⁩ يقابلها ⁦UAC⁩.
• نسيان دور الطاقة ⁦ATP⁩ وأنزيمات التنشيط.

تمارين للتدرب

1. أين تتم الترجمة؟ وكيف عرفنا ذلك؟
2. ما الرامزة المضادة التي تقابل الرامزة ⁦GCU⁩؟
3. ما فائدة البوليزوم؟
4. اذكر مراحل الترجمة.

الحلول:

1. في الريبوزومات، عرفنا ذلك بتقنية التصوير الإشعاعي الذاتي بأحماض أمينية مشعة.
2. ⁦CGA⁩.
3. تركيب عدة نسخ من البروتين في الوقت نفسه من ARNm واحد.
4. البدء، والاستطالة، والتوقف.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ معمري عطاء الله في فيديو «درس الترجمة، الاستنساخ والترجمة، 3 ثانوي» هذا الدرس في نحو عشرين دقيقة، وهو الفيديو الخامس والأخير من وحدة تركيب البروتين، ويعتمد فيه على خمس وثائق، أولها صورة بالتصوير الإشعاعي الذاتي، لاستخراج متطلبات الترجمة.