ما هو حمض الريبونوكليك؟

الحمض النووي الريبي ، أو RNA ، هو أحد نوعي الأحماض النووية الموجودة في الحياة على الأرض. الآخر ، وهو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، يفترض منذ فترة طويلة مكانة أعلى من الحمض النووي الريبي في الثقافة الشعبية ، في أذهان المراقبين العاديين وفي أماكن أخرى. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو الحمض النووي الأكثر تنوعًا. يأخذ التعليمات التي يتلقاها من الحمض النووي ويحولها إلى مجموعة متنوعة من الأنشطة المنسقة المشاركة في تخليق البروتين. عند النظر إلى الحمض النووي بهذه الطريقة ، قد يُنظر إلى الحمض النووي على أنه الرئيس أو المستشار الذي تحدد مساهماته في النهاية ما يحدث على مستوى الأحداث اليومية ، في حين أن الجيش الملكي النيبالي هو جيش من جنود المشاة المخلصين والعمال الساخرين الذين ينجزون المهام الفعلية ويعرضون مجموعة واسعة من المهارات الرائعة في عملية.

الحمض النووي الريبي ، مثل الحمض النووي ، هو جزيء ضخم (بمعنى آخر ، جزيء به عدد كبير نسبيًا من الذرات الفردية ، على سبيل المثال ، CO₂ أو H.₂O) تتكون من بوليمر ، أو سلسلة من العناصر الكيميائية المتكررة. تسمى "الروابط" في هذه السلسلة ، أو بشكل أكثر رسمية المونومرات التي تتكون منها البوليمر ، بالنيوكليوتيدات. يتكون النوكليوتيد الفردي بدوره من ثلاث مناطق كيميائية مميزة ، أو شقوق: سكر بنتوز ، ومجموعة فوسفاتية ، وقاعدة نيتروجينية. قد تكون القواعد النيتروجينية واحدة من أربع قواعد مختلفة: الأدينين (A) والسيتوزين (C) والجوانين (G) واليوراسيل (U).

يتم تصنيف الأدينين والجوانين كيميائيا على أنها البيورينات، في حين ينتمي السيتوزين واليوراسيل إلى فئة المواد المسماة بيريميدين. تتكون البيورينات أساسًا من حلقة من خمسة أعضاء مرتبطة بحلقات من ستة أعضاء ، في حين أن البيريميدينات أصغر بكثير ولديها حلقة من ستة كربون فقط. يتشابه كل من الأدينين والجوانين في التركيب مع بعضهما البعض ، مثل السيتوزين واليوراسيل.

سكر البنتوز في الحمض النووي الريبي هو ريبوز، والتي تتضمن حلقة بها خمس ذرات كربون وذرة أكسجين واحدة. ترتبط مجموعة الفوسفات بذرة كربون في الحلقة على جانب واحد من ذرة الأكسجين ، وترتبط القاعدة النيتروجينية بذرة الكربون على الجانب الآخر من الأكسجين. ترتبط مجموعة الفوسفات أيضًا بالريبوز الموجود على النيوكليوتيدات المجاورة ، لذا فإن جزء الريبوز والفوسفات من النيوكليوتيد معًا يشكلان "العمود الفقري" للحمض النووي الريبي.

يمكن اعتبار القواعد النيتروجينية الجزء الأكثر أهمية في الحمض النووي الريبي ، لأنها في مجموعات من ثلاثة في النيوكليوتيدات المجاورة ، لها أهمية وظيفية قصوى. مجموعات من ثلاث قواعد متجاورة تشكل وحدات تسمى رموز ثلاثية، أو الكودونات ، التي تحمل إشارات خاصة إلى الآلية التي تجمع البروتينات معًا باستخدام المعلومات الموصلة في الحمض النووي الأول ثم الحمض النووي الريبي. بدون تفسير هذا الرمز كما هو ، فإن ترتيب النيوكليوتيدات لن يكون ذا صلة ، كما سيتم وصفه قريبًا.

عندما يسمع الأشخاص الذين لديهم خلفية صغيرة في علم الأحياء مصطلح "DNA" ، فمن المحتمل أن يكون أحد أول الأشياء التي تتبادر إلى الذهن هو "الحلزون المزدوج". المميز أوضح واتسون وكريك وفرانكلين وآخرون بنية جزيء الحمض النووي في عام 1953 ، ومن بين النتائج التي توصل إليها الفريق أن الحمض النووي مزدوج الشريطة وحلزوني في شكله. الشكل المعتاد. على النقيض من ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي (RNA) دائمًا ما يكون وحيدًا تقطعت به السبل.

أيضًا ، كما تشير أسماء هذه الجزيئات الكبيرة ، يحتوي الحمض النووي على سكر ريبوز مختلف. بدلاً من الريبوز ، يحتوي على deoxyribose ، وهو مركب مماثل للريبوز باستثناء وجود ذرة هيدروجين بدلاً من إحدى مجموعات الهيدروكسيل (-OH) الخاصة به.

أخيرًا ، في حين أن البيريميدينات الموجودة في الحمض النووي الريبي هي السيتوزين واليوراسيل ، فإنهما في الحمض النووي هما السيتوزين والثايمين. في "درجات" "سلم" الحمض النووي المزدوج الشريطة ، يرتبط الأدينين بالثيمين وفقط معه ، بينما يرتبط السيتوزين بالجوانين فقط. (هل يمكنك التفكير في سبب معماري مفاده أن قواعد البيورين ترتبط فقط بقواعد بيريميدين عبر مركز الحمض النووي؟ تلميح: يجب أن تبقى "جوانب" السلم على مسافة ثابتة متباعدة.) عندما يتم نسخ الحمض النووي و a يتم إنشاء حبلا مكمل من الحمض النووي الريبي ، والنيوكليوتيدات المتولدة عبر الأدينين في الحمض النووي هي اليوراسيل ، لا الثايمين. يساعد هذا التمييز الطبيعة على تجنب الخلط بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي في البيئات الخلوية التي تكون غير مرغوب فيها أشياء قد تنجم عن سلوك غير مرغوب فيه إذا كانت الإنزيمات التي تعمل على كل منها الجزيئات.

في حين أن الحمض النووي فقط مزدوج الشريطة ، فإن الحمض النووي الريبي أكثر مهارة في تكوين هياكل ثلاثية الأبعاد متقنة. سمح هذا لثلاثة أشكال أساسية من الحمض النووي الريبي بالتطور في الخلايا.

يأتي الحمض النووي الريبي في ثلاثة أنواع أساسية ، على الرغم من وجود أنواع إضافية غامضة جدًا أيضًا.

رسول RNA (مرنا): تحتوي جزيئات الرنا المرسال على تسلسل الترميز للبروتينات. تختلف جزيئات الرنا المرسال اختلافًا كبيرًا في الطول ، مع حقيقيات النوى (معظم الكائنات الحية التي ليست بكتيريا بشكل أساسي) بما في ذلك أكبر الحمض النووي الريبي الذي تم اكتشافه حتى الآن. يتجاوز طول العديد من النصوص 100000 قاعدة (100 كيلو قاعدة أو كيلو بايت).

نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي): الحمض الريبي النووي النقال جزيء قصير (حوالي 75 قاعدة) ينقل الأحماض الأمينية وينقلها إلى البروتين النامي أثناء الترجمة. يُعتقد أن الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs) له ترتيب ثلاثي الأبعاد مشترك يشبه ورقة البرسيم في تحليل الأشعة السينية. يحدث هذا من خلال ربط القواعد التكميلية عندما تنثني حبلا tRNA مرة أخرى على نفسها ، مثل الكثير من الشريط اللاصق الذي يلتصق بنفسه عندما تجمع جانبي شريط منه عن طريق الخطأ.

RNA الريبوسوم (الرنا الريباسي): تشكل جزيئات الرنا الريباسي 65 إلى 70 بالمائة من كتلة العضية المسماة الريبوسوم، الهيكل الذي يستضيف الترجمة مباشرة ، أو تخليق البروتين. الريبوسومات كبيرة جدًا وفقًا لمعايير الخلية. تمتلك الريبوسومات البكتيرية أوزانًا جزيئية تبلغ حوالي 2.5 مليون ، بينما تمتلك الريبوسومات حقيقية النواة أوزانًا جزيئية حوالي مرة ونصف. (كمرجع ، الوزن الجزيئي للكربون هو 12 ؛ لا يوجد عنصر واحد يتصدر 300.)

يحتوي أحد الريبوسوم حقيقيات النواة ، المسمى 40S ، على واحد من الرنا الريباسي بالإضافة إلى حوالي 35 بروتينًا مختلفًا. يحتوي الريبوسوم 60S على ثلاثة من الرنا الريباسي وحوالي 50 بروتينًا. وبالتالي ، فإن الريبوسومات عبارة عن مزيج من الأحماض النووية (الرنا الريباسي) ومنتجات البروتين التي تحمل الأحماض النووية الأخرى (مرنا) الشفرة لتكوينها.

حتى وقت قريب ، افترض علماء الأحياء الجزيئية أن الرنا الريباسي يؤدي دورًا هيكليًا في الغالب. ومع ذلك ، تشير المعلومات الحديثة إلى أن الرنا الريباسي في الريبوسومات يعمل كإنزيم ، بينما تعمل البروتينات المحيطة به كسقالات.

النسخ هو عملية تصنيع الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي. نظرًا لأن الحمض النووي مزدوج الشريطة والحمض النووي الريبي أحادي السلسلة ، يجب فصل خيوط الحمض النووي قبل حدوث النسخ.

بعض المصطلحات مفيدة في هذه المرحلة. الجين ، الذي سمع عنه الجميع ولكن قلة من الخبراء غير المتخصصين في علم الأحياء يمكنهم تعريفه رسميًا ، هو مجرد امتداد من الحمض النووي يحتوي على كلا الجينين. نموذج لتخليق الحمض النووي الريبي وتسلسلات النيوكليوتيدات التي تسمح بتنظيم إنتاج الحمض النووي الريبي والتحكم فيه من القالب منطقة. عندما تم وصف آليات تخليق البروتين بدقة لأول مرة ، افترض العلماء أن كل جين يتوافق مع منتج بروتين واحد. بقدر ما سيكون هذا مناسبًا (وبقدر ما يبدو منطقيًا على السطح) ، فقد ثبت أن الفكرة غير صحيحة. بعض الجينات لا ترمز للبروتينات على الإطلاق ، وفي بعض الحيوانات ، "التضفير البديل" الذي فيه يمكن تحفيز الجين نفسه لإنتاج بروتينات مختلفة في ظل ظروف مختلفة ، على ما يبدو مشترك.

ينتج عن نسخ الحمض النووي الريبي منتجًا مكمل إلى قالب الحمض النووي. هذا يعني أنها صورة معكوسة من نوع ما ، ومن الطبيعي أن تقترن بأي تسلسل مطابق للقالب بفضل قواعد الاقتران الأساسية-الأساسية المحددة التي لوحظت سابقًا. على سبيل المثال ، يعد تسلسل الحمض النووي TACTGGT مكملاً لتسلسل الحمض النووي الريبي AUGACCA ، حيث أن كل قاعدة في التسلسل الأول يمكن إقران الزوج بالقاعدة المقابلة في التسلسل الثاني (لاحظ أن U يظهر في RNA حيث يظهر T فيه الحمض النووي).

بدء النسخ عملية معقدة ولكنها منظمة. تشمل الخطوات ما يلي:

1. ترتبط بروتينات عامل النسخ بالمحفز "المنبع" للتسلسل المراد نسخه.
2. بوليميراز الحمض النووي الريبي (الإنزيم الذي يجمع الحمض النووي الريبي الجديد) يرتبط بمركب البروتين المعزز للحمض النووي ، والذي يشبه إلى حد ما مفتاح الإشعال في السيارة.
3. يفصل مجمع RNA polymerase / المروج البروتين المشكل حديثًا بين خيوط DNA التكميلية.
4. يبدأ RNA polymerase في تصنيع RNA ، وهو نيوكليوتيد واحد في كل مرة.

على عكس بوليميريز الحمض النووي ، لا يحتاج بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى "تحضير" بواسطة إنزيم ثانٍ. يتطلب النسخ فقط ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمنطقة المروج.

تقوم الجينات الموجودة في الحمض النووي بتشفير جزيئات البروتين. هؤلاء هم "جنود المشاة" في الخلية ، ويقومون بالواجبات اللازمة للحفاظ على الحياة. قد تفكر في اللحوم أو العضلات أو مخفوق صحي عندما تفكر في البروتين ، لكن معظم البروتينات تطير تحت رادار حياتك اليومية. الإنزيمات عبارة عن بروتينات - جزيئات تساعد في تكسير العناصر الغذائية ، وبناء مكونات خلوية جديدة ، وتجميع الأحماض النووية (على سبيل المثال ، بوليميريز الحمض النووي) وعمل نسخ من الحمض النووي أثناء انقسام الخلية.

"التعبير الجيني" يعني تصنيع البروتين المقابل للجين ، إن وجد ، وهذه العملية المعقدة لها خطوتان أساسيتان. الأول هو النسخ المفصل مسبقًا. في الترجمة ، تخرج جزيئات mRNA المصنوعة حديثًا من النواة وتهاجر إلى السيتوبلازم ، حيث توجد الريبوسومات. (في الكائنات بدائية النواة ، يمكن أن ترتبط الريبوسومات بـ mRNA بينما لا يزال النسخ قيد التنفيذ.)

تتكون الريبوسومات من جزأين متميزين: الوحدة الفرعية الكبيرة والوحدة الفرعية الصغيرة. عادة ما يتم فصل كل وحدة فرعية في السيتوبلازم ، لكنهم يجتمعون معًا على جزيء mRNA. تحتوي الوحدات الفرعية على القليل من كل ما سبق ذكره تقريبًا: البروتينات و rRNA و tRNA. جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) هي جزيئات محول: يمكن لأحد الطرفين قراءة الكود الثلاثي في ​​mRNA (على سبيل المثال ، UAG أو CGC) عبر الاقتران الأساسي التكميلي ، والطرف الآخر يرتبط بحمض أميني معين. كل رمز ثلاثي مسؤول عن واحد من حوالي 20 من الأحماض الأمينية التي تشكل جميع البروتينات ؛ يتم ترميز بعض الأحماض الأمينية بواسطة ثلاثة توائم متعددة (وهذا ليس مفاجئًا ، حيث أنه من الممكن وجود 64 ثلاثة توائم - أربعة قواعد مرفوعة إلى القوة الثالثة لأن كل ثلاثية لها ثلاث قواعد - و 20 حمضًا أمينيًا فقط بحاجة). في الريبوسوم ، تُعقد مجمعات mRNA و aminoacyl-tRNA (قطع من الحمض النووي الريبي تنقل الحمض الأميني) بالقرب من بعضها البعض ، مما يسهل الاقتران الأساسي. يحفز الرنا الريباسي ارتباط كل حمض أميني إضافي بسلسلة النمو ، والتي تصبح بولي ببتيد وأخيراً بروتين.

نتيجة لقدرته على ترتيب نفسه في أشكال معقدة ، يمكن أن يعمل الحمض النووي الريبي بشكل ضعيف باعتباره إنزيمًا. نظرًا لأن RNA يمكنه تخزين المعلومات الجينية وتحفيز التفاعلات ، فقد اقترح بعض العلماء دورًا رئيسيًا لـ RNA في أصل الحياة ، يسمى "عالم RNA". تؤكد هذه الفرضية أنه ، منذ زمن بعيد في تاريخ الأرض ، لعبت جزيئات الحمض النووي الريبي كل من تلعب اليوم جزيئات البروتين والحمض النووي نفس الأدوار ، وهو ما سيكون مستحيلًا الآن ولكن ربما كان ممكنًا في a عالم ما قبل الحيوي. إذا كان الحمض النووي الريبي يعمل كهيكل لتخزين المعلومات وكمصدر للنشاط التحفيزي اللازم للتفاعلات الأيضية الأساسية ، فقد يكون له يسبق الحمض النووي في أشكاله الأولى (على الرغم من أنه يصنع الآن بواسطة الحمض النووي) ويعمل كمنصة لإطلاق "الكائنات الحية" التي هي حقًا التكرار الذاتي.