كم عدد التركيبات الممكنة من البروتينات الممكنة مع 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة؟

تعد البروتينات من أهم المواد الكيميائية لجميع أشكال الحياة على هذا الكوكب. يمكن أن تختلف بنية البروتينات بشكل كبير. ومع ذلك ، يتكون كل بروتين من العديد من الأحماض الأمينية العشرين المختلفة. على غرار الحروف الأبجدية ، يلعب ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين دورًا مهمًا في كيفية عمل الهيكل النهائي. يمكن أن يصل طول البروتينات إلى مئات الأحماض الأمينية ، لذا فإن الاحتمالات لا حصر لها تقريبًا كما سنبحث في الداخل.

قد يكون لديك فكرة عامة أن الحمض النووي هو الأساس الجيني لكل ما أنت عليه. ما قد لا تدركه هو أن الوظيفة الوحيدة للحمض النووي هي في النهاية تحديد ترتيب الأحماض الأمينية التي تدخل في جميع البروتينات التي تجعلك من أنت. الحمض النووي هو ببساطة خيوط طويلة من أربعة نيوكليوتيدات تتكرر مرارًا وتكرارًا. هذه النيوكليوتيدات الأربعة هي الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين وعادة ما يتم تمثيلها بأحرف ATGC. بغض النظر عن المدة التي يستغرقها الحمض النووي الخاص بك ، فإن جسمك "يقرأ" هذه النيوكليوتيدات في مجموعات من ثلاثة وكل ثلاثة رموز نيوكليوتيدات لحمض أميني محدد. لذا فإن سلسلة من 300 نيوكليوتيد سترمز في النهاية إلى بروتين بطول 100 حمض أميني.

في النهاية ، يطلق الحمض النووي نسخًا أصغر من نفسه ، تعرف باسم messenger RNA أو mRNA ، والتي تذهب إلى الريبوسومات في خلاياك حيث تصنع البروتينات. يستخدم الحمض النووي الريبي نفس الأدينين والجوانين والسيتوزين مثل الحمض النووي ولكنه يستخدم مادة كيميائية تسمى اليوراسيل بدلاً من الثايمين. إذا لعبت بالأحرف A و U و G و C وأعدت ترتيبها في مجموعات من ثلاثة ، ستجد أن هناك 64 مجموعة ممكنة بترتيب مختلف. تُعرف كل مجموعة مكونة من ثلاثة أفراد باسم كودون. طور العلماء مخططًا يسمح لك بمعرفة ما هو الحمض الأميني الذي ترمز له رموز كودون معينة. يعرف جسمك أنه إذا كان mRNA يقرأ "CCU" ، فيجب إضافة حمض أميني يسمى البرولين في تلك البقعة ، ولكن إذا كان يقرأ "CUC" ، فيجب إضافة حمض أميني لوسين. لعرض مخطط كودون بالكامل ، راجع قسم المرجع في أسفل الصفحة.

يمكن أن يكون البروتين ببساطة خيطًا واحدًا من الأحماض الأمينية ، لكن بعض البروتينات المعقدة هي في الواقع خيوط متعددة من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البروتينات ذات أطوال مختلفة ، فبعضها يتكون من عدد قليل من الأحماض الأمينية والبعض الآخر يزيد طوله عن 100 حمض أميني. علاوة على ذلك ، لا يستخدم كل بروتين جميع الأحماض الأمينية العشرين. يمكن أن يكون طول البروتين مائة من الأحماض الأمينية ولكنه يستخدم فقط ثمانية أو عشرة أحماض أمينية مختلفة. بسبب كل هذه الاحتمالات ، يوجد حرفياً عدد لا حصر له من التباديل الممكنة التي يمكن أن تكون بروتينًا. في الطبيعة ، قد يكون هناك عدد محدود من البروتينات ؛ ومع ذلك ، فإن عدد البروتينات الحقيقية الموجودة هو بالمليارات ، إن لم يكن أكثر.

تحتوي جميع الكائنات الحية على الحمض النووي وجميعها تستخدم نفس الأحماض الأمينية العشرين لإنتاج البروتينات الضرورية للحياة. لذلك يمكن القول أن البكتيريا والنباتات والذباب والبشر يشتركون جميعًا في نفس اللبنات الأساسية للحياة. الفرق الوحيد بين الذبابة والإنسان هو ترتيب الحمض النووي وبالتالي ترتيب البروتينات. حتى داخل البشر ، تختلف البروتينات بشكل كبير. يُكوِّن البروتين شعرنا وأظافرنا ، لكنه يُكوِّن أيضًا الإنزيمات في لعابنا. تشكل البروتينات قلبنا وكذلك الكبد. تعد مجموعة الاستخدامات الهيكلية والوظيفية للبروتين غير محدودة تقريبًا.

إن ترتيب الأحماض الأمينية مهم للبروتينات بقدر أهمية ترتيب الحروف للكلمات. ضع في اعتبارك مصطلح "سانتا" وكل ما يرتبط به. إن إعادة ترتيب الحروف ببساطة يمكن أن ينتج عنه مصطلح "الشيطان" ، والذي له دلالة مختلفة اختلافًا جذريًا. لا يختلف عن الأحماض الأمينية. لكل حمض أميني طريقة مختلفة للتفاعل مع الآخرين. البعض يحب الماء ، والبعض الآخر يكره الماء ، ويمكن أن تتفاعل الأحماض الأمينية المختلفة مثل الأقطاب على المغناطيس حيث يجتذب البعض والبعض الآخر يتنافر. على المستوى الجزيئي ، تتكثف الأحماض الأمينية إلى أسفل في شكل حلزوني أو يشبه الصفيحة. إذا كانت الأحماض الأمينية لا تحب أن تكون جنبًا إلى جنب ، فقد يؤدي ذلك إلى تغيير شكل الجزيء بشكل كبير. في النهاية ، شكل الجزيء هو الذي ينمو في الواقع. يمكن أن يبدأ بروتين الأميليز الموجود في لعابك في تكسير الكربوهيدرات في طعامك ، لكنه لا يستطيع لمس الدهون. البيبسين ، وهو بروتين موجود في عصائر المعدة ، يمكنه تكسير البروتينات ، لكنه لا يستطيع تكسير الكربوهيدرات. يعطي ترتيب الأحماض الأمينية البروتين هيكله وتعطي التركيبة للبروتين وظيفته.