التخليق الحيوي او بناء البروتين Protein Synthesis

تحتوي الخلية على مجموعة من الحامض النووي الناقل tRNA وهي عبارة عن جزيئات من الاحماض النووية الرابيوسومية صغيرة الطول (70-90) نيوكليتيدة يسمح بتركيب جزئ الحامض النووي  tRNA بوجود موقعين نوعيين يمكن لاحدهما ان يتعرف على الحمض الاميني ويرتبط به بمساعدة انزيم نوعي يسمى الحامض النووي tRNA synthetase في حين يقوم الموقع الاخر وهو المحتوى على الكودون المضاد والذي يحتوي على ثلاث قواعد بالتعرف على الكودون الموجود في تتابع جزئ الحامض النووي mRNA مما يسمح للأحماض الامينية ان تصطف طبقا لهذا التتابع النوكليتيدي. ويوجد لكل حمض اميني الحامض النووي tRNA أو اكثر والذي يعد بمثابة عربة لنقل الاحماض الامينية من السيتوبلازم الى الرابيوسوم حيث يتحد الحمض الاميني والمعين مع احدى نهايتي الحمض النووي الرابيوسومي في حين يتم التزاوج الصحيح بين الكودون بالروابط الهيدروجينية، وعليه يقوم الحامض النووي tRNA بدور اساسي كوسيط في عملية الترجمة او يقوم بتحويل تتابع النيوكلتيدات الى تتابع من الاحماض الامينية وفي نفس الوقت يتم تكوين رابطة ذات طاقة عالية عند النهاية الكربوكسيلية لهذا الحمض بحيث يمكنها ان تتفاعل مع المجموعة الامينية للحامض الاميني التالي (شكل 1).

شكل1 : نباء البروتين

ويتم نسخ الحامض النووي RNA أي الرسالة التي ترسلها النواة الى الخلية بدرجة انتقائية حيث يحدث نسخي جزئي فقط لتتابعات معينة من DNA  الجين لإنتاج الحامض النووي tRNA مع بقاء نسبة صغيرة فقط يتم على التتابعات المنسوخة عمليات تجهيز تعديل وحذف لتتابعات من الحامض النووي RNA النووي قبل خروجها النهائي الى السيتوبلازم. وتنتقي النواة جينات معينة لنسخها لتقوم بوظائف محددة تبعا لنوع الخلية ومكانتها ووظيفتها في النسيج او العضو لذلك فأنزيمات بلمرة الحامض النووي RNA لابد لها من التعرف على منطقة المستبدئ او المحفز الموجودة في الجين والمعروفة باسم Promoter عن طريق ارتباط بروتينات نوعية مع تتابعات معينة من DNA القالب لتنشيط المحفز. ويطلق على تلك البروتينات النوعية اسم عوامل النسخ transcription factors كما سبق ذكره، وهي بمثابة مفتاح التشغيل لبدء التناسخ، وتبحث عوامل النسخ على تتابع معين يعرف بصندوق TATA يتم التعرف عليه باستخدام اصابع الزنك في عامل النسخ ويكون عادة على بعد 250 قاعدة من موقع بدء النسخ، فيؤدي عامل النسخ على تحفيز النشاط النسخي لأنزيمات بلمرة الحامض النووي RNA وينتج سلسلة الحامض النووي RNA من عدد من الوحدات يتراوح عددها بين 8000-20000 نيكلوتيدة وهي اطول كثيرا من طول الحامض النووي mRNA الذي يكون البروتين (1200 نيكلوتيدة تشفر لحوالي 400 حمض اميني ليكون سلسلة البروتين).

والسؤال الان كيف يتسنى لإنزيم Aminoacyl- tRNA synthetase ربط الحامض النووي tRNA بالحمض الاميني المعين والتوقيف بين الحمض الاميني الصحيح وبين الحامض النووي tRNA النوعي الخاص وخاصة للأحماض الامينية المتشابهة التركيب حيث يقوم الانزيم بالتفرقة بين الاحماض الامينية تبعا للمراكز النشطة له وكذلك التفاتة حول حامض النووي tRNA الملائم. ويدخل في بناء البروتين الرايبوسومات وهي بمثابة انوال يتكون عليها البروتين ويتكون جسم الرابيوسوم الذي يظهر كحبيبات على الشبكة الاندوبلازمية من الحامض النووي RNA الرايبوسومي من تحت وحدتين احدهما كبيرة والاخرى اصغر ويبدأ تخليق البروتين عندما ترتبط تحت وحدة رابيوسومية بجزئ الحامض النووي mRNA الذي يكون له اول كودون AUG  وهو كودون او شفرة البدأ للترجمة وتكوين سلسلة عديد الببتيد او البروتين التي ستبنى، ثم ترتبط تحت وحدة رابيوسوم كبيرة بالمركب السابق وعندئذ تبدأ تفاعلات بناء البروتين. ويوجد على الرابيوسوم موقعين يمكن ان ترتبط بهما جزيئات الحامض النووي tRNA احدهما يطلق عليه موقع الببتيديل P والثاني يطلق عليه الموقع امينو اسيل A وتبدأ سلسلة عديد الببتيد في الاستطالة في دورة تتكون من ثلاث خطوات.

يرتبط مضاد الكودون الحامض النووي tRNA بالكودون التالي على جزئ الحامض النووي mRNA وبالتالي يصبح الحمض الاميني الذي يحمله الحامض النووي tRNA الحمض الأميني التالي في السلسلة عديد الببتيد، ثم حدوث تفاعل نقل الببتيديل الذي ينتج عنه رابطة ببتيدية بعده يكون t الحامض النووي RNA الأول فراغا ويترك الرابيوسوم، اما الحامض النووي tRNA الثاني فيحمل الحمض الاميني له مع الحمض الاميني الاول (المثيونين). ويتحرك الرابيوسوم على امتداد الحامض النووي mRNA فينتقل الحامض النووي tRNA حاملا الحمض او الحمضين الامينين الى الموقع P ويدخل الى الموقع A كودون جديد وهو التالي ثم تبدا الدورة مرة اخرى مكونة الحمض الاميني الثالث وهكذا يتكرر الامر. وتقف عملية البناء عندما يصل الرابيوسوم الى كودون وقف البناء على الحامض النووي mRNA وهناك بروتين يرتبط بكودون الايقاف يسمى عامل الاطلاق Release factor حيث يحرر الرابيوسوم من الحامض النووي RNA الرسول (شكل 1).

يمكن ان يقود تسلسل الاحماض الامينية الى بروتينات ذات اشكال متشابهة ولقد وضعت حديثاً مجموعة دولية من علماء البيولوجيا التركيبية Structural Biologists برنامجا عرف بمبادرة بناء البروتين protein Structure Initiative ليحل محل البروتينات اما من خلال صنع بلورات نقية جدا من بروتين ما ثم قذف هذه البلورات بالأشعة السينية او من خلال دراسة البروتين بتحليل طيف الرنين المغناطسي النووي Nuclear Resonance Magnetic.

وعند استعمال المعلومات عن البناء ذات الصلة من اجل جمع البروتينات في عائلات تتشارك على الارجح في السمات الهندسية التركيبية ثم استهداف بروتينات ممثلة لكل عائلة لدراستها بالتقنيات الفيزيائية المجهدة Painstaking Physical Techniques. وقد يستطيعوا في المستقبل القريب وضع نماذج البروتين المدروسة في صورة برامج على اجهزة الحاسب الالي من اجل عمل برنامج حاسوبي لنمذجة البروتين وابتكار اشكال لطي البروتينات، ويتصور العلماء وجود 1000 صورة اساسية لطريقة طي البروتين.

المصادر:

عبيده ، علي ابراهيم علي و محمود ، احمد عبد الفتاح .اساسيات التقنية الحيوية . كلية الزراعة جامعة الاسكندرية .