الوحدة 1 — تركيب البروتين

2. التركيب الكيميائي للـ ARN

الإشكالية

ما التركيب الكيميائي لجزيئة الـ ARN التي تنقل المعلومة الوراثية؟ وبمَ تختلف عن الـ ADN؟

الإماهة الكلّية

التعريف: تفكيك كلّي للـ ARN باستعمال حمض قويّ مركّز (مثل HCl) مع التسخين، في شروط تجريبية محدَّدة.


النتائج:

| المكوّن | الصيغة أو الرمز | | :------ | :-------------- | | سكّر الريبوز | C₅H₁₀O₅ | | حمض الفوسفوريك | H₃PO₄ | | قواعد آزوتية بيورينية | الأدنين A، الغوانين G | | قواعد آزوتية بيريميدينية | اليوراسيل U، السيتوزين C |

اليوراسيل (U) قاعدة آزوتية مميّزة للأحماض الريبية النووية، وهي التي تحلّ محلّ الثايمين (T) الموجود في الـ ADN.

الإماهة الجزئية

التعريف: تفكيك جزئي للـ ARN باستعمال أنزيمات متخصّصة من نوع ARNase.


النتائج: إمّا نوكليوتيدات، وإمّا نوكليوزيدات + حمض الفوسفور.

النوكليوتيدة والنوكليوزيدة


> النوكليوزيدة = سكّر ريبوز + قاعدة آزوتية. > النوكليوتيدة = سكّر ريبوز + قاعدة آزوتية + حمض فوسفوريك = نوكليوزيدة + حمض فوسفوريك.

تسمية النوكليوزيدات حسب قاعدتها:

| القاعدة | النوكليوزيدة | | :------ | :----------- | | الأدنين A | الأدينوزين | | الغوانين G | الغوانوزين | | السيتوزين C | السيتيدين | | اليوراسيل U | اليوريدين | | الثايمين T | الثيميدين |

من النوكليوتيدة إلى السلسلة


ترتبط النوكليوتيدات فيما بينها بـروابط إستر فوسفاتية لتشكّل سلسلة متعدّدة النوكليوتيدات لها نهاية '5 ونهاية '3.

جزيئة الـ ATP


يتركّب الـ ATP من سكّر ريبوز مرتبط بقاعدة آزوتية هي الأدنين وبـثلاث جزيئات من حمض الفوسفور. وهو جزيئة ذات قدرة طاقوية عالية لأنّه يملك روابط غنيّة بالطاقة تُحرَّر بالإماهة:

> ATP + H₂O → ADP + Pi + طاقة > ADP + H₂O → AMP + Pi + طاقة

مقارنة الـ ADN بالـ ARN


| وجه المقارنة | الـ ADN | الـ ARNm | | :------------ | :------ | :------- | | التسمية | الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين | الحمض النووي الريبي | | السكّر | ريبوز منقوص الأكسجين C₅H₁₀O₄ | ريبوز كامل الأكسجين C₅H₁₀O₅ | | القواعد الآزوتية | A، T، C، G | A، U، C، G | | البنية | سلسلتان متعدّدتا النوكليوتيدات | سلسلة واحدة | | الموقع | النواة عند حقيقيات النوى | النواة والهيولى | | الوظيفة | دعامة المعلومة الوراثية | نقل المعلومة الوراثية |

الحصيلة المعرفية

• يتكوّن الـ ARN عموماً من **سلسلة واحدة** من متعدّد النوكليوتيدات.
• تتكوّن كلّ نوكليوتيدة من اتّحاد **قاعدة آزوتية + سكّر ريبوز + حمض فوسفوريك**.
• **اليوراسيل** قاعدة مميّزة للـ ARN.
• الـ **ATP** جزيئة ناقلة للطاقة، تتكوّن من أدنين + ريبوز + ثلاث مجموعات فوسفاتية.

3. الاستنساخ (Transcription)

الإشكالية

لنقل المعلومة الوراثية من النواة إلى الهيولى تحتاج الخلية إلى استنساخ المعلومات الموجودة على مستوى الـ ADN في صورة ARN. فكيف تتمّ هذه العملية؟ وأيّ سلسلة من الـ ADN تُستنسَخ؟

ملاحظة الظاهرة بالمجهر الإلكتروني


التحليل:

• تظهر جزيئة الـ ADN كخيط واحد **تتفرّع منه خيوط جانبية** مختلفة الأطوال هي جزيئات الـ ARN.
• في **بداية** الاستنساخ يكون طول جزيئات الـ ARN **قصيراً**، وفي **نهايته** يكون **طويلاً**.

> الاستنتاج: اتّجاه الاستنساخ من الـ ADN نحو الـ ARN، والاستنساخ يمسّ مناطق محدَّدة من الـ ADN تمثّل مورثات، وبينها مناطق غير مستنسَخة.

دور أنزيم الـ ARN بوليميراز

التجربة: استُعمل مركّب «ألفا ـ أمانيتين» المستخرَج من الفطر السامّ *Amanita phalloides*، وهو مثبّط نوعي لأنزيم الـ ARN بوليميراز.


| الحالة | النتيجة | | :----- | :------ | | في غياب ألفا ـ أمانيتين | نسبة الـ ARNm المركَّب = 100 % | | كلّما زاد تركيزه | نقصت نسبة الـ ARNm | | عند التركيز الأقصى | تنعدم نسبة الـ ARNm |

> الاستنتاج: أنزيم الـ ARN بوليميراز هو المسؤول عن تشكّل الـ ARNm، أي عن عملية الاستنساخ.

عناصر الاستنساخ ومراحله


العناصر الضرورية ودور كلّ منها:

| العنصر | دوره | | :----- | :--- | | نوكليوتيدات ريبية حرّة | تُستعمل في بناء سلسلة الـ ARNm | | أنزيم ARN بوليميراز | يفتح سلسلتَي الـ ADN بكسر الروابط الهيدروجينية، ويربط النوكليوتيدات | | السلسلة المستنسَخة من الـ ADN | تعمل قالباً لتشكيل الـ ARNm | | الطاقة | لازمة لحدوث العملية |


المراحل الثلاث:

• **الانطلاق:** يتعرّف الأنزيم على **منطقة بداية المورثة** ويلتصق بها، ويفتح سلسلتَي الـ ADN.
• **الاستطالة:** ينتقل الأنزيم على طول السلسلة المستنسَخة فيقرأ تتابع القواعد ويربط النوكليوتيدات الريبية الموافقة، فتستطيل سلسلة الـ ARNm.
• **النهاية:** عند بلوغ **نهاية المورثة** يتوقّف الربط، وينفصل الـ ARNm وينفصل الأنزيم، وتستعيد جزيئة الـ ADN بنيتها الحلزونية.

اتّجاه الاستنساخ: من النهاية '3 إلى النهاية '5 على السلسلة المستنسَخة.

العلاقة بين الـ ADN والـ ARNm


• الـ ARNm **نسخة** للسلسلة المستنسَخة من الـ ADN.
• تتابع القواعد في الـ ARNm **مكمِّل** لتتابع السلسلة المستنسَخة (A↔U، G↔C).
• يتشابه الـ ARNm مع السلسلة **غير المستنسَخة** عدا احتوائه على **U** بدل **T**.

الحصيلة المعرفية

> الاستنساخ هو التصنيع الحيوي لجزيئة الـ ARNm انطلاقاً من إحدى سلسلتَي الـ ADN (السلسلة المستنسَخة)، في النواة، بفضل أنزيم ARN بوليميراز، وفق ثلاث مراحل: الانطلاق، الاستطالة، النهاية.

4. نضج الـ ARNm

الإشكالية

هل ينتقل الـ ARNm إلى الهيولى كما تشكّل مباشرةً بعد الاستنساخ؟ أم يطرأ عليه تغيير؟

التهجين الجزيئي

التعريف: مقارنة سلسلة الـ ARNm الناضج المستخلَص من الهيولى بسلسلة الـ ADN التي استُنسخ منها.


الملاحظة: يكون طول الـ ARNm الناضج أقصر من طول السلسلة المستنسَخة من الـ ADN، وتظهر عند التهجين مناطق مزدوجة (متقابلة) ومناطق أحادية (حلقات لا تجد ما يقابلها).

> الاستنتاج: حُذفت من الـ ARNm أجزاءٌ كانت موجودة في الـ ADN.

القطع الدالّة وغير الدالّة


| المصطلح | المرادف | التعريف | | :------- | :------ | :------ | | قطعة دالّة | Exon | جزء مُعبِّر، يُقرأ ويبقى في الـ ARNm الناضج | | قطعة غير دالّة | Intron | جزء غير مُعبِّر، يُحذَف أثناء النضج |

آلية النضج:

• يتشكّل **ARNpm** أوّلي (طلائعي) انطلاقاً من السلسلة المستنسَخة، وله **الطول نفسه**، أي أنّ الاستنساخ كان **كلّياً**.
• **تُحذَف** القطع غير الدالّة.
• **تُربَط** القطع الدالّة ببعضها، فيتشكّل **ARNm ناضج** أقصر.

مورثة حقيقية النواة ومورثة بدائية النواة


| وجه المقارنة | مورثة حقيقية النواة | مورثة بدائية النواة | | :------------ | :------------------- | :------------------- | | البنية | قطع دالّة وقطع غير دالّة | قطع دالّة فقط | | النضج | ARNpm أوّلي ← حذف وربط ← ARNm ناضج | يُستنسَخ ARNm ناضج مباشرةً | | الموقع | في النواة | في الهيولى |

ونتائج التهجين عند بدائيات النوى مثل البكتيريا لم تُثبت وجود هذه الظاهرة، وهو ما يؤكّد الجدول أعلاه.

الحصيلة المعرفية

• يُستنسَخ عند حقيقيات النوى **ARNpm أوّلي** يحمل القطع الدالّة وغير الدالّة معاً.
• يمرّ هذا الجزيء بظاهرة **النضج**: حذف القطع غير الدالّة وربط القطع الدالّة.
• ينتقل **الـ ARNm الناضج** وحده عبر الثقب النووي إلى الهيولى ليُترجَم.
• عند بدائيات النوى لا توجد مرحلة نضج، لأنّ المورثة لا تحوي قطعاً غير دالّة.

5. الشفرة الوراثية

الإشكالية

تتكوّن اللغة النووية من أربعة أحرف (A، U، C، G)، بينما تتكوّن اللغة البروتينية من عشرين كلمة هي الأحماض الأمينية. فكم حرفاً تلزم الكلمة النووية الواحدة للتعبير عن حمض أميني؟

حساب الاحتمالات

| الاحتمال | عدد الأحرف في الكلمة | عدد الكلمات الممكنة | الحكم | | :------- | :-------------------- | :------------------- | :---- | | الأوّل | حرف واحد | 4¹ = 4 | لا يكفي لعشرين حمضاً أمينياً | | الثاني | حرفان | 4² = 16 | لا يكفي لعشرين حمضاً أمينياً | | الثالث | ثلاثة أحرف | 4³ = 64 | يفوق العشرين، فهو الصحيح |

> الاستنتاج: كلّ ثلاث نوكليوتيدات تشكّل رامزة (codon) تعبّر عن حمض أميني واحد.

تجربة نيرنبرغ

في بداية الستّينات أُضيفت عشرون نوعاً من الأحماض الأمينية إلى وسط يحتوي على المكوّنات الهيولية الضرورية لتركيب البروتين (ATP، ريبوزومات، أنزيمات) وخالٍ من كلّ معلومة وراثية. ثمّ أُضيف إليه ARNm اصطناعي من متعدّد اليوراسيل.


| الـ ARNm الاصطناعي | البروتين الناتج | | :------------------ | :-------------- | | متعدّد اليوراسيل (U) | متعدّد الفينيل ألانين Phe | | متعدّد الأدنين (A) | متعدّد الليزين Lys | | متعدّد السيتوزين (C) | متعدّد البرولين Pro | | متعدّد الغوانين (G) | متعدّد الغليسين Gly |

وبحساب عدد القواعد وعدد الأحماض الأمينية نجد أنّ عدد الأحماض الأمينية = ثلث عدد القواعد، وهو ما يؤكّد أنّ الرامزة ثلاثية.

جدول الشفرة الوراثية


خصائص الشفرة الوراثية:

| الخاصّية | البيان | | :-------- | :----- | | شفرة ثلاثية | كلّ رامزة = ثلاث قواعد | | عامّة (كونية) | الرامزة نفسها تعني الحمض الأميني نفسه في كلّ الكائنات الحيّة | | غير متراكبة | تُقرأ الرامزات واحدةً تلو الأخرى دون تداخل | | مُتَرادِفة | عدّة رامزات قد تشفّر لحمض أميني واحد | | غير ملتبسة | الرامزة الواحدة لا تشفّر إلّا لحمض أميني واحد |

عدد الرامزات لكلّ حمض أميني:

| عدد الرامزات | أمثلة من الأحماض الأمينية | | :------------ | :------------------------- | | رامزة واحدة | الميثيونين Met، التريبتوفان Trp | | رامزتان | التيروزين، الهيستيدين، الغلوتامين، الأسبارجين، الفينيل ألانين، الليزين، السيستيئين | | ثلاث رامزات | الإيزولوسين | | أربع رامزات | الألانين، الفالين، البرولين، الغليسين، الثريونين | | ستّ رامزات | اللوسين، السيرين، الأرجينين |

الرامزات الخاصّة

• **AUG**: رامزة **الانطلاق**، وتشفّر للميثيونين.
• **UAA، UAG، UGA**: **رامزات التوقّف**، لا تشفّر لأيّ حمض أميني.

تعريف الشفرة الوراثية

> الشفرة الوراثية هي تتابع القواعد الآزوتية على مستوى الـ ARNm — وهي نسخة لمورثة من الـ ADN — مقسَّماً إلى رامزات، كلّ رامزة تتابعٌ لثلاث قواعد تشفّر لحمض أميني معيَّن.

6. الترجمة (Traduction)

الإشكالية

كيف تُترجَم الشفرة الوراثية المحمولة على الـ ARNm إلى تتابع أحماض أمينية؟ وما العناصر المتدخّلة؟

أنماط الـ ARN الثلاثة


| النمط | النسبة من مجموع الـ ARN | الوظيفة | | :---- | :------------------------ | :------ | | ARNr ريبوزومي | ‏80 % | يدخل في بناء الوحدات الريبوزومية | | ARNt ناقل | ‏15 % | يربط الأحماض الأمينية وينقلها إلى الريبوزوم | | ARNm رسول | ‏5 % | يحمل المعلومة الوراثية في صورة رامزات |

والـ ARNt والـ ARNr موجودان بصفة دائمة في الهيولى لأنّهما يتدخّلان في تركيب أيّ بروتين، بينما يظهر الـ ARNm أثناء التركيب فقط ثمّ يتفكّك.

بنية الريبوزوم



• الريبوزوم **بروتينات + ARNr**.
• يتكوّن من **تحت وحدة صغرى** يتوضّع عليها الـ ARNm وتقرأ الرامزات، و**تحت وحدة كبرى** فيها **الموقع P** (الببتيدي) و**الموقع A** (موقع الحمض الأميني)، وهي التي تستقبل الـ ARNt وتربط الأحماض الأمينية.

بنية الـ ARNt


• سلسلة **واحدة** من متعدّد النوكليوتيدات تلتفّ على نفسها فتأخذ شكل **ورقة النفل**، وفي الفراغ شكل **حرف L مقلوب**.
• تحمل **موقعين** يمنحانها **تخصّصاً مزدوجاً**:
• **موقع تثبيت الحمض الأميني** في النهاية '3؛
• **الرامزة المضادّة (anticodon)** المكمِّلة لرامزة الـ ARNm.

تنشيط الأحماض الأمينية


| العنصر | دوره | | :----- | :--- | | الأنزيم (أمينو أسيل ARNt سنتيتاز) | يربط الـ ARNt بحمضه الأميني، وهو نوعي، فعدد أنواعه 20 | | الحمض الأميني | كلّ حمض يرتبط بـ ARNt خاصّ به | | الـ ATP | يوفّر الطاقة اللازمة | | الـ ARNt | يرتبط بالحمض الأميني الموافق له |

وترتبط الـ ARNt بحمضه الأميني برابطة إسترية غنيّة بالطاقة؛ وعند انفصالهما أثناء الترجمة تتحرّر هذه الطاقة فتسمح بتشكّل الرابطة الببتيدية.

مراحل الترجمة


أ. البداية

• تثبيت **تحت الوحدة الصغرى** على الـ ARNm عند الرامزة **AUG**.
• وصول **ARNt** حامل للميثيونين ورامزته المضادّة **UAC** ليتوضّع في الموقع **P**.
• تثبيت **تحت الوحدة الكبرى**، فيصبح الريبوزوم **وظيفياً**.

ب. الاستطالة


• وصول **ARNt ثانٍ** إلى الموقع **A** بتكامل بين رامزة الـ ARNm والرامزة المضادّة.
• تشكّل **رابطة ببتيدية** بين الحمضين الأمينيين.
• انفصال الـ ARNt الأوّل عن حمضه فيغادر الريبوزوم.
• **تحرّك الريبوزوم** بمقدار رامزة واحدة، وهكذا دواليك.

ج. النهاية

• وصول الريبوزوم إلى إحدى **رامزات التوقّف** (UAA، UAG، UGA).
• انفصال السلسلة الببتيدية، وقد يُنزَع منها **الميثيونين** الأوّل (ليس دائماً).
• تفكّك الريبوزوم إلى تحت وحدتين. ويمكن أن يُترجَم الـ ARNm نفسه عدّة مرّات (من طرف عدّة ريبوزومات) قبل أن يُفكَّك لاحقاً إلى نوكليوتيدات حرّة.

البوليزوم


يُترجَم الـ ARNm الواحد بواسطة عدّة ريبوزومات في الوقت نفسه، وتُسمّى المجموعة بوليزوم (polysome)، ممّا يرفع مردود تركيب البروتين.

الحصيلة المعرفية

> الترجمة هي تحويل الرسالة النووية المحمولة على الـ ARNm في صورة رامزات إلى رسالة بروتينية في صورة تتابع أحماض أمينية، وتتمّ في الهيولى على مستوى الريبوزومات، بتدخّل الـ ARNt والأحماض الأمينية والأنزيمات والطاقة، وفق ثلاث مراحل: البداية، الاستطالة، النهاية.

7. بنية الريبوزوم وتنشيط الأحماض الأمينية — قراءة وثيقتَي الملحق

الإشكالية

عرفت أنّ الريبوزوم مقرّ الترجمة وأنّ الـ ARNt ينقل الأحماض الأمينية إليه. لكن ممّ يتكوّن الريبوزوم بالضبط؟ وهل يختلف بين البكتيريا وخلايا الإنسان؟ ولماذا لا يستطيع الريبوزوم استعمال حمض أميني حرّ مباشرةً؟

الوثيقة 1 — بنية الريبوزوم عند بدائيات النوى وحقيقيات النوى

تُظهر الوثيقة نتائج تفكيك الريبوزومات إلى مكوّناتها ثمّ قياس معامل ترسيب كلّ مكوّن بالطرد المركزي الفائق. يُعبَّر عن معامل الترسيب بوحدة سفدبرغ (S)، وهو يتعلّق بكتلة الجسيم وشكله معاً.

| المكوّن | بدائيات النوى (البكتيريا) | حقيقيات النوى | | :------ | :------------------------ | :------------- | | الريبوزوم الكامل | 70S | 80S | | تحت الوحدة الكبرى | 50S = ARNr 23S + ARNr 5S + 31 بروتيناً | 60S = ARNr 28S + ARNr 5.8S + ARNr 5S + حوالي 50 بروتيناً | | تحت الوحدة الصغرى | 30S = ARNr 16S + 21 بروتيناً | 40S = ARNr 18S + حوالي 33 بروتيناً |

تحليل الوثيقة

• الريبوزوم في الحالتين **جسيم نووي بروتيني**: جزيئات ARNr مرتبطة بعدد كبير من البروتينات، منتظمة في **تحت وحدتين** غير متساويتين.
• ريبوزوم حقيقيات النوى **أكبر** وأغنى في مكوّناته: نمط إضافي من الـ ARNr (5.8S) وعدد أكبر من البروتينات.
• لاحظ أنّ 50 + 30 لا تساوي 70: معاملات الترسيب **لا تُجمع**، لأنّها لا تتعلّق بالكتلة وحدها بل بشكل الجسيم أيضاً.

> الاستنتاج: للريبوزوم بنية عامّة واحدة عند كلّ الكائنات (تحت وحدة صغرى تحمل أساساً موقع قراءة الـ ARNm، وتحت وحدة كبرى تحمل أساساً موقعين تحفيزيين)، لكنّ تركيبه يختلف بين البكتيريا وخلايا الإنسان. وهذا الاختلاف هو أساس عمل عدد من المضادّات الحيوية.

الوثيقة 2 — آلية تنشيط الأحماض الأمينية

تُمثّل الوثيقة دورة أنزيم التنشيط أمينو أسيل ARNt سنتيتاز مع حمض أميني هو الفالين (Val). نقرأ المراحل بالترتيب:

| المرحلة | ما يحدث | | :------ | :------ | | I | يتثبّت الحمض الأميني و ATP في موقعين خاصّين على الأنزيم | | II | يُماه الـ ATP ويتحرّر بيروفوسفات (PPi)، فيرتبط الحمض الأميني بـ AMP: هذا هو الحمض الأميني المنشَّط | | III | يتثبّت على الأنزيم ARNt خاصّ بهذا الحمض الأميني | | IV | يُنقل الحمض الأميني إلى النهاية '3 للـ ARNt ويتحرّر الـ AMP | | V | يتحرّر المعقّد أمينو أسيل ـ ARNt ويعود الأنزيم حرّاً لدورة جديدة |

يمكن تلخيص التنشيط في تفاعلين يحفّزهما الأنزيم نفسه (E):

$ \text{aa} + \text{ATP} \xrightarrow{\ E\ } \text{aa-AMP} + \text{PPi} $

$ \text{aa-AMP} + \text{ARNt} \xrightarrow{\ E\ } \text{aa-ARNt} + \text{AMP} $

ما الذي نستخلصه؟

• يتطلّب التنشيط **طاقة** يوفّرها الـ ATP، وتُخزَّن جزئياً في الرابطة بين الحمض الأميني والـ ARNt، ثمّ تُستعمل لاحقاً في تشكيل **الرابطة الببتيدية** على الريبوزوم.
• الأنزيم **نوعي مزدوج**: يتعرّف على حمض أميني واحد وعلى الـ ARNt الخاصّة به. لذلك توجد عشرون نوعاً من أنزيمات التنشيط.
• بعد التنشيط **لا يتحقّق الريبوزوم من الحمض الأميني**، بل يقرأ فقط التكامل بين الرامزة والرامزة المضادّة. وقد بيّن الباحثون ذلك حين حوّلوا كيميائياً السيستيئين المرتبط بالـ ARNt الخاصّ به إلى ألانين دون تغيير الـ ARNt: فأُدمج **الألانين** في مواضع رامزات السيستيئين. إذن دقّة الترجمة تتوقّف على **دقّة أنزيم التنشيط**.

وثيقة تبيّن ضرورة التنشيط (مثال مبسّط)

حُضّرت أوساط خالية من الخلايا تحتوي على ريبوزومات و ARNm و ARNt، مع أحماض أمينية مشعّة، ثمّ قيس الإشعاع المدمج في البروتينات:

| الوسط | الإشعاع في البروتينات | | :---- | :-------------------- | | وسط كامل: أحماض أمينية مشعّة + ATP + أنزيمات التنشيط | مرتفع | | الوسط نفسه دون ATP | منعدم | | الوسط نفسه دون أنزيمات التنشيط | منعدم | | أحماض أمينية مشعّة مرتبطة مسبقاً بالـ ARNt، دون أنزيمات تنشيط (مع توفّر بقية متطلّبات الريبوزوم) | مرتفع |

> الاستنتاج: لا يستعمل الريبوزوم إلّا أحماضاً أمينية منشَّطة مرتبطة بالـ ARNt، والتنشيط يتطلّب الأنزيم النوعي والـ ATP.

البوليزوم بالتصوير الإشعاعي الذاتي

حين تُحضن خلايا فترة قصيرة في وسط به أحماض أمينية مشعّة ثمّ تُعالج صورها المأخوذة بالمجهر الإلكتروني بتقنية التصوير الإشعاعي الذاتي، تتركّز الحبيبات السوداء على متعدّدات الريبوزوم: ريبوزومات مصطفّة على خيط رفيع هو الـ ARNm، يحمل كلّ منها سلسلة ببتيدية في طور النموّ. وتكون السلاسل أطول عند الريبوزومات الأقرب إلى نهاية القراءة، لأنّها بدأت الترجمة قبل غيرها.

> الاستنتاج: يُترجَم الـ ARNm الواحد في الوقت نفسه بعدّة ريبوزومات، فتُركَّب نسخ كثيرة من البروتين نفسه في مدّة قصيرة.

8. وضعية إدماجية — المضادّات الحيوية وتركيب البروتين عند البكتيريا

الوضعية

أصيب تلميذ بالتهاب في اللوزتين سبّبته بكتيريا، فوصف له الطبيب مضادّاً حيوياً لمدّة سبعة أيام. بعد ثلاثة أيام شعر بالتحسّن فأراد التوقّف عن الدواء، وسأل: كيف يقتل هذا الدواء البكتيريا دون أن يضرّ بخلايا جسمي؟ ولماذا لم يصف الطبيب مضادّاً حيوياً لأخيه المصاب بالزكام؟

السند 1 — أهداف بعض المضادّات الحيوية

| المادّة | هدفها في البكتيريا | الأثر على التعبير المورثي | | :------ | :----------------- | :------------------------ | | الريفامبيسين | أنزيم ARN بوليميراز البكتيري | يمنع الاستنساخ | | الستربتوميسين | تحت الوحدة الصغرى 30S | يُحدث أخطاء في قراءة الرامزات ويعيق البداية | | التتراسيكلين | تحت الوحدة الصغرى 30S | يمنع تثبيت أمينو أسيل ـ ARNt في الموقع A | | الكلورامفينيكول | تحت الوحدة الكبرى 50S | يثبّط تشكّل الرابطة الببتيدية | | الإريثروميسين | تحت الوحدة الكبرى 50S | يسدّ نفق خروج السلسلة الببتيدية فيوقف الاستطالة |

للمقارنة: الألفا ـ أمانيتين الذي درسته في الاستنساخ يثبّط أنزيم ARN بوليميراز حقيقيات النوى، لذلك هو سامّ للإنسان.

السند 2 — تحديد هدف مضادّ حيوي مجهول (مثال مبسّط)

تُزرع بكتيريا في وسط يحتوي على يوريدين مشعّ (يُدمج في الـ ARN) و حمض أميني مشعّ (يُدمج في البروتينات)، ويُضاف مضادّ حيوي عند الدقيقة 10:

| المضادّ الحيوي | إدماج اليوريدين بعد الإضافة | إدماج الحمض الأميني بعد الإضافة | | :------------- | :-------------------------- | :------------------------------ | | X | يستمرّ عادياً | يتوقّف فوراً | | Y | يتوقّف فوراً | يستمرّ بضع دقائق ثمّ يتوقّف |

التحليل والتفسير

• المضادّ **X** لا يمسّ تركيب الـ ARN لكنّه يوقف تركيب البروتين فوراً: هدفه **الترجمة** (الريبوزوم أو الـ ARNt).
• المضادّ **Y** يوقف تركيب الـ ARN فوراً. يستمرّ تركيب البروتين قليلاً لأنّ جزيئات الـ ARNm المتشكّلة قبل الإضافة ما تزال تُترجَم، ثمّ يتوقّف حين تتفكّك (عمر الـ ARNm البكتيري قصير). هدفه إذن **الاستنساخ**، مثل الريفامبيسين.

لماذا لا تتأثّر خلايا الإنسان؟

يعود الانتقاء في تأثير هذه المضادّات إلى اختلاف البنية الجزيئية لأهدافها:

| الهدف | عند البكتيريا | عند خلايا الإنسان | | :---- | :------------ | :---------------- | | الريبوزوم | 70S (50S + 30S) | 80S (60S + 40S) | | ARN بوليميراز | أنزيم بكتيري خاصّ | أنزيمات مختلفة البنية |

يرتبط المضادّ الحيوي بموقع له شكل مكمِّل على الريبوزوم البكتيري، ولا يجد هذا الشكل على الريبوزوم 80S. لكن الميتوكوندري تحتوي على ريبوزومات قريبة من ريبوزومات البكتيريا، لذلك قد تظهر لبعض المضادّات آثار جانبية عند الجرعات العالية أو الاستعمال الطويل.

الإرشادات المبنية على أسس علمية

• **لا تتوقّف قبل نهاية العلاج:** التحسّن يعني نقص عدد البكتيريا لا انعدامها؛ والبكتيريا الناجية هي الأقلّ تأثّراً بالدواء، فتتكاثر وتنتشر.
• **لا مضادّ حيوي ضدّ الفيروسات:** الزكام فيروسي، والفيروس لا يملك ريبوزومات خاصّة به بل يستعمل ريبوزومات الخلية المصابة، فلا هدف للمضادّ الحيوي فيه.
• **لا تداوٍ ذاتي:** الاستعمال العشوائي يُسرّع ظهور **المقاومة**؛ فطفرة في مورثة بكتيرية تغيّر حمضاً أمينياً في بروتين ريبوزومي أو نيكليوتيداً في الـ ARNr قد تمنع ارتباط الدواء بهدفه، ثمّ ينتقي الدواء هذه البكتيريا الطافرة.

9. الحصيلة العامّة والتقويم

من المورثة إلى البروتين


| المرحلة | المقرّ | العنصر الأساسي | الناتج | | :------ | :---- | :-------------- | :----- | | الاستنساخ | النواة | ARN بوليميراز | ARNpm أوّلي | | النضج | النواة | حذف القطع غير الدالّة | ARNm ناضج | | الترجمة | الهيولى | الريبوزوم والـ ARNt | سلسلة ببتيدية |


تقابل اللغات الثلاث


| المستوى | المثال | | :------ | :----- | | السلسلة غير المستنسَخة من الـ ADN | ATG — CGA — GCC — TGG — AGT | | السلسلة المستنسَخة من الـ ADN | TAC — GCT — CGG — ACC — TCA | | رامزات الـ ARNm | AUG — CGA — GCC — UGG — AGU | | الرامزات المضادّة للـ ARNt | UAC — GCU — CGG — ACC — UCA | | الأحماض الأمينية | Met — Arg — Ala — Trp — Ser |

القاعدة: الـ ARNm مكمِّل للسلسلة المستنسَخة ومطابق لغير المستنسَخة مع استبدال T بـ U؛ والرامزة المضادّة مكمِّلة لرامزة الـ ARNm.

أدوار أنماط الـ ARN

| النمط | الوظيفة | | :---- | :------ | | ARNm | عنصر وسيط يحمل المعلومة الوراثية في صورة رامزات من النواة إلى الهيولى | | ARNt | ربط الأحماض الأمينية ونقلها إلى مواقع الترجمة | | ARNr | المساهمة في بناء الوحدات الريبوزومية وضمان قراءة الرامزات |

مصطلحات يجب إتقانها

| المصطلح | التعريف | | :------- | :------ | | المورثة | تتالي عدد محدَّد من النوكليوتيدات يحمل معلومة تركيب بروتين | | النمط الظاهري | مجموع الصفات الظاهرة على مستويات العضوية والخلية والجزيء | | الرامزة | ثلاث قواعد متتالية على الـ ARNm تشفّر لحمض أميني | | الرامزة المضادّة | ثلاث قواعد على الـ ARNt مكمِّلة لرامزة الـ ARNm | | القطعة الدالّة | جزء مُعبِّر من المورثة يبقى في الـ ARNm الناضج | | القطعة غير الدالّة | جزء غير مُعبِّر يُحذَف أثناء النضج | | البوليزوم | عدّة ريبوزومات تترجم الـ ARNm نفسه في آن واحد |

أسئلة تقويمية

1. لماذا لا يغادر الـ ADN النواة؟

> لأنّه دعامة المعلومة الوراثية ويجب أن تبقى محفوظة؛ لذلك تُنسَخ المعلومة في صورة ARNm هو الذي يغادر النواة.

2. علِّل تسمية الـ ARNm بالرسول.

> لأنّه ينقل «النبأ» الخاصّ بتركيب بروتين معيَّن من النواة إلى مقرّ التركيب في الهيولى.

3. ما الحدّ الأدنى من أنواع الـ ARNt اللازمة لتركيب البروتين؟

> عشرون نوعاً، لأنّ كلّ حمض أميني يرتبط ارتباطاً نوعياً بـ ARNt خاصّ به، وعدد الأحماض الأمينية عشرون.

4. أعطِ أهمّية الرامزة AUG.

> هي رامزة بداية القراءة: تسمح بتجميع تحت وحدتَي الريبوزوم وتثبيتهما على الـ ARNm، وبتوضّع الـ ARNt الحامل للميثيونين.

5. ما العلاقة بين الرامزة المضادّة والسلسلة المستنسَخة من الـ ADN؟

> بينهما تماثل، مع استبدال الثايمين T بـ اليوراسيل U.