الأحماض النووية وتركيب البروتين - الجلسة 4

لقد درسنا بالفعل أن tRNA يشارك في protein synthesis. دعونا الآن نفهم بنية جزيء tRNA لفهم عمله بشكل أفضل. تمتلك جزيئات tRNA بنية ثانوية تشبه ورقة البرسيم. ويرجع ذلك إلى تكوين روابط هيدروجينية بين أزواج القواعد التكميلية في مناطق مختلفة من الجزيء. يبدو هذا البناء من الحمض النووي الريبوزي الناقل على شكل ورقة البرسيم ويحتوي على العديد من المناطق.

حلقة الكودون المضادة هي جزء أساسي من جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل. ويحتوي على تسلسل مكون من ثلاثة نيوكليوتيدات يُعرف باسم الكودون المضاد. الكودون المضاد هو مكمل لكودون محدد على mRNA. يلعب الكودون المضاد دورًا حيويًا في التعرف على الكودون المقابل والارتباط به أثناء عملية الترجمة. هل تعرف موقع ارتباط الأحماض الأمينية في tRNA أثناء الترجمة؟.

في الطرف الثالث من جزيء tRNA، يوجد موقع حيث يتم ربط حمض أميني محدد. يُطلق على موقع ارتباط الأحماض الأمينية اسم الجذع المتقبل. الحمض الأميني الذي يرتبط بالـ tRNA خاص بتسلسل الكودون المضاد. ويضمن هذا دمج الأحماض الأمينية الصحيحة في سلسلة protein المتنامية أثناء الترجمة. غالبًا ما تحتوي جزيئات tRNA على nucleotides معدلة في مواضع محددة. تساهم هذه التعديلات في استقرار جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) وطويه بشكل صحيح.

الطفرات الجينية هي تغيرات أو تغييرات دائمة تحدث في تسلسل DNA لجينوم الكائن الحي. يمكن أن تشمل هذه الطفرات nucleotide واحدًا، أو جزءًا من DNA، أو في بعض الأحيان كروموسومات كاملة. يمكن أن تنشأ الطفرات الجينية تلقائيًا أو تكون ناجمة عن عوامل خارجية مختلفة مثل التعرض للإشعاع أو المواد الكيميائية أو فيروسات معينة. ويمكن أيضًا أن تكون موروثة من الوالدين أو تحدث أثناء عمليات تكرار DNA أو إصلاحه.

يمكن تصنيف الطفرات الجينية إلى أنواع مختلفة بناءً على تأثيراتها المحددة على تسلسل DNA. الطفرة النقطية هي نوع من الطفرات الجينية التي تنطوي على تغيير nucleotide واحد داخل تسلسل DNA. يمكن أن تؤدي الطفرات النقطية إلى تغييرات في genetic code وتأثيرات لاحقة على بنية protein ووظيفته.

الطفرة الصامتة هي نوع من الطفرات النقطية التي لا تؤدي إلى تغيير تسلسل الأحماض الأمينية في protein. تحدث الطفرات الصامتة عندما يقوم nucleotide المتغير بتشفير نفس الأحماض الأمينية مرة أخرى بسبب انحلال genetic code. وبعبارة أخرى، فإن الطفرة الصامتة لا تؤدي إلى تغيير في تسلسل protein. على سبيل المثال، تغيير nucleotide الثالث في الكودون GAAل GAGسيؤدي ذلك إلى حدوث طفرة صامتة. هذا لأن كلاهما GAAو GAGهي رموز للغلوتامات. ونتيجة لذلك، يظل protein المنتج هو نفسه,

الطفرة غير النمطية هي نوع من الطفرات النقطية التي تؤدي إلى استبدال حمض أميني بآخر في تسلسل protein. الاستبدال يعني الاستبدال. تحدث الطفرات غير الطبيعية عندما يؤدي nucleotide المتغير إلى تغيير الكودون. ويؤدي هذا إلى دمج حمض أميني مختلف في protein. على سبيل المثال، تغيير الكودون GGCالذي يشفر الجلايسين، إلى AGCالذي يشفر السيرين، هو طفرة غير ذات معنى. يمكن أن يؤثر هذا التغيير على بنية protein ووظيفته، مما يؤدي إلى عواقب مختلفة.

فقر الدم المنجلي هو اضطراب وراثي ناجم عن طفرة غير معيبة. فقر الدم المنجلي يحدث في المقام الأول بسبب استبدال nucleotide واحد في جين بيتا غلوبين. جين البيتا غلوبين هو المسؤول عن إنتاج إحدى وحدات الهيموجلوبين الفرعية. تتضمن الطفرة تغييرًا في الكودون السادس لجين بيتا غلوبين، حيث يتم استبدال الأدينين بالثايمين. يؤدي هذا التغيير إلى استبدال حمض الجلوتامات الأميني بالفالين في الموضع المقابل protein الهيموجلوبين.

ونتيجة لهذه الطفرة غير الطبيعية، يميل الهيموجلوبين غير الطبيعي إلى التبلمر. يشكل سلاسل طويلة وصلبة عندما يتم إزالة الأكسجين منه. تؤدي هذه السلاسل إلى تشوه خلايا الدم الحمراء وتحولها إلى شكل المنجل. تكون خلايا الدم الحمراء ذات الشكل المنجلي أقل مرونة ويمكن أن تسد الأوعية الدموية.

الطفرة الهراء هي نوع من الطفرات النقطية التي تقوم بإدخال كود توقف سابق لأوانه في تسلسل DNA. ويؤدي هذا إلى إنتاج protein غير وظيفي. تحدث الطفرات غير المنطقية عندما ينشئ nucleotide المتغير كودون توقف بدلاً من الكودون الذي يشفر حمضًا أمينيًا. يؤدي هذا الكودون التوقف المبكر إلى إنهاء عملية protein synthesis. ونتيجة لذلك، يتم إنتاج protein أقصر وغير وظيفي في كثير من الأحيان. على سبيل المثال، تغيير الكودون TACالذي يرمز إلى التيروزين، TAGوهو كود توقف يؤدي إلى إنتاج protein غير وظيفي.

طفرة الإطار الإطاري هي نوع من الطفرات الجينية التي تحدث عند إدراج nucleotides أو حذفها من تسلسل DNA. ويؤدي هذا إلى تحول في إطار القراءة. يؤدي هذا التحول إلى تغيير الطريقة التي يتم بها تفسير genetic code أثناء protein synthesis. تؤدي طفرة الإطار الإزاحي إلى إنتاج proteins غير وظيفية.

الإدراج هو نوع من الطفرات الإطارية التي تتضمن إضافة nucleotides واحد أو أكثر إلى تسلسل DNA. تؤدي الإدخالات إلى تحريك إطار القراءة. يؤدي nucleotide المُدرج إلى حدوث إزاحة في codons موقع الإدخال. يؤدي الإدراج إلى تغيير إطار القراءة في اتجاه مجرى النهر. ويؤدي هذا إلى تسلسل مختلف تماما للأحماض الأمينية. قد يكون protein الناتج غير وظيفي أو قد تغيرت وظيفته بشكل كبير.

الحذف هو نوع من الطفرات الإطارية التي تحدث عندما يتم إزالة nucleotides واحد أو أكثر من تسلسل DNA. وتؤدي الحذفات أيضًا إلى تغيير إطار القراءة. ويرجع ذلك إلى أن nucleotides المفقودة تسبب خللًا في codons الموجودة أسفل موقع الحذف. تؤدي هذه الطفرة الإطارية إلى تعطيل إطار القراءة الصحيح. ونتيجة لذلك يتم إنتاج protein غير وظيفي أو protein ذو وظيفة متغيرة.

تتمتع طفرات الإطار الإزاحي بتأثير كبير على protein الناتج لأنها تغير إطار القراءة بأكمله لتسلسل DNA. يؤدي إدراج أو حذف nucleotides إلى تعطيل التجميع الصحيح codons. ويؤدي هذا إلى protein synthesis بشكل غير صحيح. غالبًا ما يكون للطفرات الإطارية عواقب أكثر خطورة مقارنة بأنواع أخرى من الطفرات بسبب طبيعتها التخريبية.

طفرة الانقلاب هي نوع من الطفرات الجينية التي تنطوي على عكس أو إعادة ترتيب جزء من الكروموسوم. تحدث طفرة الانعكاس عندما ينكسر جزء داخل الكروموسوم ويعيد إدخال نفسه في الاتجاه المعاكس. على سبيل المثال، عكس التسلسل ABCسوف يؤدي إلى CBA.