من الجين إلى البروتين

يتم التعبير عن المعلومات المخزنة في الجين على خطوتين: النسخ ينسخ الحمض النووي (DNA) إلى حمض نووي ريبوزي (RNA)، والترجمة تقرأ الحمض النووي الريبوزي (RNA) في كودونات ثلاثية القواعد لتجميع البروتين.

Definition

التعبير الجيني هو العملية التي يتم من خلالها نسخ تسلسل النيوكليوتيدات للجين إلى حمض نووي ريبوزي (RNA)، وبالنسبة للجينات المشفرة للبروتين، تتم ترجمته إلى عديد ببتيد يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية الخاص به بواسطة الكودونات في الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA).

Scope

يغطي هذا الموضوع النسخ وتخليق الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA)، ومعالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA) في حقيقيات النوى بما في ذلك التوصيل (splicing)، والتغطية (capping)، وإضافة ذيل عديد الأدينين (polyadenylation)، وبنية الشفرة الوراثية وشبه عالميتها مع كودوناتها الثلاثية، ودور الحمض النووي الريبوزي الناقل (transfer RNA) والريبوسوم في الترجمة، ومراحل تخليق عديد الببتيد. يتتبع هذا الموضوع المسار الكنسي للتعبير الجيني؛ ويتم تناول تنظيم متى وكم يتم التعبير عن الجين في تنظيم الجينات.

Core questions

• كيف ينسخ بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) جينًا، وكيف تتم معالجة النسخة في حقيقيات النوى؟
• ما هي خصائص الشفرة الوراثية التي تسمح لأربعة وستين كودونًا بتحديد عشرين حمضًا أمينيًا وإشارات التوقف؟
• كيف تترجم الحمض النووي الريبوزي الناقل (transfer RNAs) والريبوسوم تسلسل الكودونات إلى بروتين؟
• لماذا توصف الشفرة الوراثية بأنها متدهورة وشبه عالمية؟

Key concepts

• النسخ والحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA)
• معالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA): التوصيل، التغطية، إضافة ذيل عديد الأدينين
• الشفرة الوراثية الثلاثية واقتران الكودون-المضاد للكودون
• الحمض النووي الريبوزي الناقل (transfer RNA)، الريبوسومات، والترجمة
• تدهور الشفرة وشبه عالميتها

Mechanisms

تقوم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) بتخليق نسخة مكملة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) للشريط القالب؛ في حقيقيات النوى، يتم تغطية النسخة الأولية، وتوصيلها لإزالة الإنترونات (introns)، وإضافة ذيل عديد الأدينين (polyadenylated)؛ ثم يتم قراءة الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger RNA) الناضج كودونًا بكودون في الريبوسوم، حيث تقوم الحمض النووي الريبوزي الناقل (transfer RNAs) بتوصيل الأحماض الأمينية المطابقة لكل كودون عن طريق الاقتران المضاد للكودون (anticodon pairing)، مما يبني عديد الببتيد من كودون البدء إلى كودون التوقف.

Clinical relevance

يُفسر فهم التعبير كيف تسبب الطفرات في مواقع الترميز والتوصيل الأمراض، ويُعد أساسًا للقاحات الحمض النووي الريبوزي الرسول (messenger-RNA) والعلاجات المضادة للحس (antisense therapeutics)، ويُشكل قاعدة لتفسير كيفية تغيير تسلسل معين لمنتج بروتيني.

History

صاغ كريك فرضية المهايئ (adaptor hypothesis) والعقيدة المركزية (central dogma) في أواخر الخمسينيات، وفك نيرنبرغ وخورانا الشفرة الوراثية في أوائل الستينيات من خلال تعيين الكودونات للأحماض الأمينية، وأضاف اكتشاف الجينات المنقسمة وتوصيل الحمض النووي الريبوزي (RNA splicing) في عام 1977 خطوة معالجة فريدة لحقيقيات النوى.

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Sydney Brenner

Seminal works

• crick1958

Frequently asked questions

ماذا يعني أن الشفرة الوراثية متدهورة؟

يعني ذلك أن معظم الأحماض الأمينية يتم تحديدها بواسطة أكثر من كودون واحد، لذا يمكن لعدة ثلاثيات مختلفة أن تشفر نفس الحمض الأميني؛ هذه الزيادة تحمي العديد من التغيرات أحادية القاعدة من تغيير البروتين.

ما الفرق بين النسخ والترجمة؟

النسخ ينسخ الحمض النووي (DNA) للجين إلى جزيء حمض نووي ريبوزي (RNA) مكمل، بينما تستخدم الترجمة هذا الحمض النووي الريبوزي (RNA) كقالب لتجميع بروتين، حيث تقرأ التسلسل في كودونات ثلاثية النيوكليوتيدات في الريبوسوم.