الرئيسية
السلام عليكم و رحمة الله تعالى و
بركاته
يحتوي كل جزيء من الحمض النووي الديوكسي ريبوزي على العديد
من حاملات الصفات الوراثية التي تعرف بالجينات، والجين عبارة عن تتابع معين للقواعد
النيتروجينية، وهذا التتابع يحمل رسالة توضح التعليمات المطلوبة لتخليق البروتينات
المختلفة التي تكون أنسجه الجسم في الكائن الحي، وكذلك الإنزيمات المطلوبة لوظائف
الجسم الحيوية والتفاعلات البيوكيمائية.
ومجموعة العوامل
الوراثية في الإنسان تحتوي على حوالي من 80 ألفًا إلى 100 ألف جين ومن الجدير
بالذكر أن 10% فقط من (human genones) هي التي تحتوي على تتابعات ترمز لبروتينات
معينة أو ما يعرف بـ (exons) ويفصلها عن بعضها البعض تتابعات أخرى لا ترمز
لبروتينات معينة وتسمى (introns) ويرجح أن وظيفتها تنظيم ومتابعة عمل
(exons).
لا تستطيع الكروموسومات أن تنتقل من النواة
إلى السيتوبلازم بسبب كبر حجمها، فكيف إذن تستطيع هذه الكروموسومات أن تسيطر على
إنتاج البروتينات الذي يحصل في مكان آخر؟
الجواب على
هذا السؤال هو أنّ “نسخاً” من المعلومات الوراثية تنتقل من النواة إلى السيتوبلازم
على شكل مادة أخرى هي الـ RNA . لا يتم نسخ كل الكروموسومات و إنما الجينات الفعالة
في كل خلية. الجينات هي قطاعات صغيرة نسبياً و لذلك الجزيئات المنسوخة عنها صغيرة
هي الأخرى و بإمكانها الانتقال من النواة إلى السيتوبلازم.
النوع السابق من الـ RNA يدعى RNA الرسول (messenger-RNA ) لأنه يحمل
المعلومات الوراثية من الكروموسومات إلى السيتوبلازم .
إضافة إلى ذلك فإن الـ DNA مرتبط ببروتينات في الكروموسوم لذا فإن هذا
الكروموسوم أكبر من أن يمر عبر الثقوب النووية .
كيف
يتم تفعيل الجينات أي تشغيلها لإنتاج بروتين معين في وقت محدد وليس في أي وقت كان ؟
فليس من المفيد نقل جين ثم لا ندري كيف نشغله . تتوزع الجينات على طول جزيئة DNA ،
ولكن يسبق كل جين منطقة محددة مكونة من سلسلة تطول أو تقصر من القواعد النيتروجينية
، تختلف فيما بينها باختلاف الجينات و بين الأحياء ، هذه السلسلة تسمى بالمثير
Promotor (المحفّز) ، و لنسمه افتراضا “برج المراقبة” لأن عمله يكاد يشبه عمل أبراج
المراقبة في بوابات القواعد العسكرية . عندما تتدنى كمية بروتين معين في خلية ما
وتتطلب الحاجة مزيداً من هذا البروتين فأن الخلية ترسل إشارة إلى داخل النواة على
شكل جزيئات كيميائية لتخبرها بتلك الحاجة ، تمر تلك الشفرة على أبراج المراقبة
المنتشرة أمام مواقع الجينات إلى أن يتعرف عليها واحد منهم ، و الذي سيكون المعني
بتلك الرسالة ، بعد التعرف على الرسالة فأن المثير يفتح البوابة مشرعة نحو الجين كي
تستطيع الإنزيمات من الوصول إليه و نسخه إلى حامض RNA المناسب و الذي يرحل سريعاً
نحو الرايبوسومات حيث يصنع البروتين .
_ لأنه يختلف عن
الـ RNA في إحدى القواعد النيتروجينية ، و كلا القاعدتين تقرأهما أنظمة الخلية كرمز
واحد
إن mRNA هو صورة طبق الأصل من DNA فيما عدا أن
الثيمين الموجود في DNA يستبدل باليوراسيل في mRNA ، و أن السكر دي أوكسي ريبوز في
DNA يحل محله سكر ريبوز في mRNA . و في الحقيقة فإنه عندما يتناسخ جزيء DNA ليكون
صورة مطابقة له ، فإن الثيمينات تربط نفسها عند مواضع الأدينين ، و لكن عندما يكون
نفس هذا الجزيء من DNA جزئياً من mRNA فإن اليوراسلات هي التي تربط نفسها بتلك
المواضع ، و يبدو أنه من السهل على DNA أن يسلك أي السبيلين . و لعل وجود اليوراسيل
بدلاً من الثيمين هو الذي أتاح لهذا النوع من الحمض النووي بالخروج من النواة إلى
السيتوبلازم نظراً لأنه أصبح متميزاً عن الـ DNA .
نسخ
الـ RNA عن الجين المعيّن يتم على النحو التالي:
إنزيم
DNAase يفك سلسلتي الـ DNA المؤلفتين للجين. و إنزيم RNA بوليميراز يقوم بربط
نوكليوتيدات حرة إلى النوكليوتيدات الموجودة في إحدى السلسلتين ، بحيث أنّ C يتحد
مع G وأنّ U يتحد مع A . يقوم هذا الإنزيم بنسخ الجين من بدايته وحتى نهايته مكوناً
جزيئات RNA فيها تسلسل من النوكليوتيدات شبيه بالتسلسل الموجود في الجين مع اختلاف
واحد هو أنّ القاعدة النيتروجينية U تأتي بدل القاعدة النيتروجينية T . هذا
الاختلاف لا يغيّر من المعلومات الوراثية لأن أنظمة الخلية “تقرأ” هذين الرمزين و
كأنهما رمز واحد . ثم تنفصل جزيئات الـ RNA عن الـ DNA و تنتقل إلى
السيتوبلازم.
_ لأن كميته و درجة تركيزه داخل النواة
ثابتة و لا تتعرض للنقص مهما كانت الظروف بخلاف الـ RNA
لقد وجد أن درجة تركيز DNA تكون ثابتة في الخلايا المختلفة للكائن الواحد ،
و أن كل خلية منها تحتوي على نفس الكمية من هذا الحمض سواء أكانت في حالة نمو أو
كانت مكتملة التكوين ، و سواء أكانت مستمرة في إفراز بعض المواد أو لم تكن كذلك . و
ليس هذا بمستغرب ، إذ أن لكل خلية نفس الطاقم من الكروموسومات . و الكروموسومات هي
التي يوجد بها DNA . و لا يستثنى من ذلك في الواقع سوى الخلايا البيضية و الخلايا
المنوية فبكل من هذه الخلايا فرد واحد من كل زوج من أزواج الكروموسومات أي أنها
تحتوي على نصف طاقم من الكروموسومات فقط ، و لذا فلن ندهش إذا علمنا أنها لا تحتوي
إلا على نصف كمية DNA الموجودة في الخلية العادية ، و عند الإخصاب يكتمل طاقم
الكروموسومات .
أما درجة تركيز RNA فقد وجد أنها تختلف
اختلافاً بيناً من خلية إلى أخرى من خلايا الكائن الحي . و هي تزداد بازدياد معدل
تخليق البروتين ، الذي إما أن يبقى داخل الخلية ، أو يخرج إلى سوائل الجسم ، لذلك
فالخلايا النامية تكون أغنى في محتواها البروتيني كخلايا البنكرياس و الكبد تحتوي
هي الأخرى على كمية كبيرة من RNA ، و قد اتضح علاوة على ذلك أن إضافة بعض الإنزيمات
التي من شأنها أن تحطم الـ RNA يؤدي ذلك إلى توقف إنتاج البروتين تماماً
.
_ لأنه حمض أساسي و ليس ناتج
ثانوي
تخيل أن حاسوبك هو النواة و أن العالم هو باقي
مكونات الخلية ، فإذا كتبت رواية و حفظتها على القرص الصلب ، فإنك لن تخرج القرص
الصلب بأكمله من الحاسوب _بما فيه من معلومات ضرورية و برامج و ألعاب و صور_ لتنقل
الرواية إلى دار النشر ، بل ستنسخ هذه الرواية على قرص مرن أو CD و من ثم تنقله إلى
دار النشر ، هكذا الأمر فيما يخص الـ DNA و الـ RNA .
لقد أوضح العلماء أن DNA هو الحمض الأساسي و أن mRNA هو ناتج ثانوي ، و
يتكون على نموذج من DNA و مما يؤيد هذا الرأي أن RNA الموجود في الكروموسومات تقل
نسبته عن 10% من الكمية الكلية لللحمض النووي فيها . و لكن يوجد في النواة جسيم
صغير يعرف بالنوية Nucleolus يتركب معظمه أو بأكمله من RNA و لعله من المعقول أن
نفترض أن RNA يتكون باستمرار عند أماكن وجود DNA في الكروموسومات ، ثم يختزن بعد
ذلك في النوية .
هذا و يمكن القول أن كل جينة من
الجينات الموجودة على الكروموسوم تكون نوعاً خاصاً من الـ mRNA ، و هذا النوع من
الأحماض النووية يحمل صفات الجين المكون له و هو الذي يرحل تاركاً النواة إلى
السيتوبلازم حيث يعمل على تخليق بروتين ( إنزيم ) طبقاً للشفرة التي حمله و إياه
الجين الذي تسبب في تكوينه .
و بناءً عليه نذكر أنه لما
كانت عملية تخليق البروتين تجري أساساً في داخل السيتوبلازم ، كما ذكرنا فلابد أن
يرحل mRNA إلى هناك ، و هذا هو الواقع فعلاً و هذا يفسر النسبة العالمية من RNA في
السيتوبلازم ، هذا على الرغم من عدم وجود DNA على الإطلاق و هذا يعني أن mRNA لابد
قد قذف به من داخل النواة إلى السيتوبلازم عند تكوينه .
و هكذا يلتقط mRNA شفرة الوراثة من DNA الموجود في الكروموسومات ( الجينات )
و ينطلق حاملاً تلك الرسالة إلى السيتوبلازم حيث يقوم بالإشراف على تخليق
البروتينات و يطلق على تتابع هذه الأحداث البيولوجية الهامة اسم المبدأ الرئيسي
Central Dogma .
DNA ــــــ نسخ ــــــ > mRNA
ــــــ ترجمة ــــــ > Protein
Replication
ـــــــــــــ > T r a n s c r i p t i o n ـــــــــــــ >
Translation
_ لأنه نموذج نووي لا يعوض و لا يمكن
المخاطرة به في الوسط السيتوبلازمي المضطرب
يمكن تشبيه
الـ DNA بنموذج نووي لا يعوض لهذا يحافظ على سلامته بعناية داخل النواة بعيداً عن
الوسط السيتوبلازمي المضطرب و المعرض للتقلبات أما جزيئات الـ mRNA فهي قوالب منه ،
يمكن المخاطرة بها في المهمة الشاقة لتخليق البروتين .
_ لأنه يمتاز بثبات عالي
يرجع الثبات العالي
للحلزون المزدوج لجزيء DNA جزئياً إلى العدد الكبير من الروابط الهيدروجينية بين
أزواج القواعد و من جهة أخرى إلى الروابط غير المحبة للماء ( أو قوى التراص ) بين
أزواج القواعد المتراصة و تكون المستويات الجانبية لأزواج القواعد غير قطبية نسبياً
و بذلك تميل لأن تكون غير قابلة للذوبان في الماء مما يعطي ثباتاً لجزيء DNA في
البروتوبلازم المائي للخلايا الحية .
أيضاً يرجع هذا
الثبات لكونه يحتوي على القاعدة النيتروجنية الثيمين بدلاً من القاعدة النيتروجينية
اليوراسيل الموجودة في الـ RNA . و الفرق بين هاتين القاعدتين هو وجود مجموعة مثيل
( CH3 ) في الثيمين بينما لا توجد في اليوراسيل و هذه المجموعة تزيد من
الكهروسالبية للـ DNA مما يجعله أكثر ثباتاً .
_ لأن الخلية لا تستطيع إكمال
دورة حياتها بدون وجوده داخل النواة
إن الـ DNA متصل
ببروتينات في الكروموسوم ، و هذه الكروموسومات في الخلايا حقيقية النواة نظمت بدقة
لتوجيه تخليق البروتينات _ كما ذكرنا _ و لتكون قادرة على الازدواج التام قبل كل
انقسام للخلية ، و تتفادى التعثر أثناء انقسام الخلية .
بركاته
يحتوي كل جزيء من الحمض النووي الديوكسي ريبوزي على العديد
من حاملات الصفات الوراثية التي تعرف بالجينات، والجين عبارة عن تتابع معين للقواعد
النيتروجينية، وهذا التتابع يحمل رسالة توضح التعليمات المطلوبة لتخليق البروتينات
المختلفة التي تكون أنسجه الجسم في الكائن الحي، وكذلك الإنزيمات المطلوبة لوظائف
الجسم الحيوية والتفاعلات البيوكيمائية.
ومجموعة العوامل
الوراثية في الإنسان تحتوي على حوالي من 80 ألفًا إلى 100 ألف جين ومن الجدير
بالذكر أن 10% فقط من (human genones) هي التي تحتوي على تتابعات ترمز لبروتينات
معينة أو ما يعرف بـ (exons) ويفصلها عن بعضها البعض تتابعات أخرى لا ترمز
لبروتينات معينة وتسمى (introns) ويرجح أن وظيفتها تنظيم ومتابعة عمل
(exons).
لا تستطيع الكروموسومات أن تنتقل من النواة
إلى السيتوبلازم بسبب كبر حجمها، فكيف إذن تستطيع هذه الكروموسومات أن تسيطر على
إنتاج البروتينات الذي يحصل في مكان آخر؟
الجواب على
هذا السؤال هو أنّ “نسخاً” من المعلومات الوراثية تنتقل من النواة إلى السيتوبلازم
على شكل مادة أخرى هي الـ RNA . لا يتم نسخ كل الكروموسومات و إنما الجينات الفعالة
في كل خلية. الجينات هي قطاعات صغيرة نسبياً و لذلك الجزيئات المنسوخة عنها صغيرة
هي الأخرى و بإمكانها الانتقال من النواة إلى السيتوبلازم.
النوع السابق من الـ RNA يدعى RNA الرسول (messenger-RNA ) لأنه يحمل
المعلومات الوراثية من الكروموسومات إلى السيتوبلازم .
إضافة إلى ذلك فإن الـ DNA مرتبط ببروتينات في الكروموسوم لذا فإن هذا
الكروموسوم أكبر من أن يمر عبر الثقوب النووية .
كيف
يتم تفعيل الجينات أي تشغيلها لإنتاج بروتين معين في وقت محدد وليس في أي وقت كان ؟
فليس من المفيد نقل جين ثم لا ندري كيف نشغله . تتوزع الجينات على طول جزيئة DNA ،
ولكن يسبق كل جين منطقة محددة مكونة من سلسلة تطول أو تقصر من القواعد النيتروجينية
، تختلف فيما بينها باختلاف الجينات و بين الأحياء ، هذه السلسلة تسمى بالمثير
Promotor (المحفّز) ، و لنسمه افتراضا “برج المراقبة” لأن عمله يكاد يشبه عمل أبراج
المراقبة في بوابات القواعد العسكرية . عندما تتدنى كمية بروتين معين في خلية ما
وتتطلب الحاجة مزيداً من هذا البروتين فأن الخلية ترسل إشارة إلى داخل النواة على
شكل جزيئات كيميائية لتخبرها بتلك الحاجة ، تمر تلك الشفرة على أبراج المراقبة
المنتشرة أمام مواقع الجينات إلى أن يتعرف عليها واحد منهم ، و الذي سيكون المعني
بتلك الرسالة ، بعد التعرف على الرسالة فأن المثير يفتح البوابة مشرعة نحو الجين كي
تستطيع الإنزيمات من الوصول إليه و نسخه إلى حامض RNA المناسب و الذي يرحل سريعاً
نحو الرايبوسومات حيث يصنع البروتين .
_ لأنه يختلف عن
الـ RNA في إحدى القواعد النيتروجينية ، و كلا القاعدتين تقرأهما أنظمة الخلية كرمز
واحد
إن mRNA هو صورة طبق الأصل من DNA فيما عدا أن
الثيمين الموجود في DNA يستبدل باليوراسيل في mRNA ، و أن السكر دي أوكسي ريبوز في
DNA يحل محله سكر ريبوز في mRNA . و في الحقيقة فإنه عندما يتناسخ جزيء DNA ليكون
صورة مطابقة له ، فإن الثيمينات تربط نفسها عند مواضع الأدينين ، و لكن عندما يكون
نفس هذا الجزيء من DNA جزئياً من mRNA فإن اليوراسلات هي التي تربط نفسها بتلك
المواضع ، و يبدو أنه من السهل على DNA أن يسلك أي السبيلين . و لعل وجود اليوراسيل
بدلاً من الثيمين هو الذي أتاح لهذا النوع من الحمض النووي بالخروج من النواة إلى
السيتوبلازم نظراً لأنه أصبح متميزاً عن الـ DNA .
نسخ
الـ RNA عن الجين المعيّن يتم على النحو التالي:
إنزيم
DNAase يفك سلسلتي الـ DNA المؤلفتين للجين. و إنزيم RNA بوليميراز يقوم بربط
نوكليوتيدات حرة إلى النوكليوتيدات الموجودة في إحدى السلسلتين ، بحيث أنّ C يتحد
مع G وأنّ U يتحد مع A . يقوم هذا الإنزيم بنسخ الجين من بدايته وحتى نهايته مكوناً
جزيئات RNA فيها تسلسل من النوكليوتيدات شبيه بالتسلسل الموجود في الجين مع اختلاف
واحد هو أنّ القاعدة النيتروجينية U تأتي بدل القاعدة النيتروجينية T . هذا
الاختلاف لا يغيّر من المعلومات الوراثية لأن أنظمة الخلية “تقرأ” هذين الرمزين و
كأنهما رمز واحد . ثم تنفصل جزيئات الـ RNA عن الـ DNA و تنتقل إلى
السيتوبلازم.
_ لأن كميته و درجة تركيزه داخل النواة
ثابتة و لا تتعرض للنقص مهما كانت الظروف بخلاف الـ RNA
لقد وجد أن درجة تركيز DNA تكون ثابتة في الخلايا المختلفة للكائن الواحد ،
و أن كل خلية منها تحتوي على نفس الكمية من هذا الحمض سواء أكانت في حالة نمو أو
كانت مكتملة التكوين ، و سواء أكانت مستمرة في إفراز بعض المواد أو لم تكن كذلك . و
ليس هذا بمستغرب ، إذ أن لكل خلية نفس الطاقم من الكروموسومات . و الكروموسومات هي
التي يوجد بها DNA . و لا يستثنى من ذلك في الواقع سوى الخلايا البيضية و الخلايا
المنوية فبكل من هذه الخلايا فرد واحد من كل زوج من أزواج الكروموسومات أي أنها
تحتوي على نصف طاقم من الكروموسومات فقط ، و لذا فلن ندهش إذا علمنا أنها لا تحتوي
إلا على نصف كمية DNA الموجودة في الخلية العادية ، و عند الإخصاب يكتمل طاقم
الكروموسومات .
أما درجة تركيز RNA فقد وجد أنها تختلف
اختلافاً بيناً من خلية إلى أخرى من خلايا الكائن الحي . و هي تزداد بازدياد معدل
تخليق البروتين ، الذي إما أن يبقى داخل الخلية ، أو يخرج إلى سوائل الجسم ، لذلك
فالخلايا النامية تكون أغنى في محتواها البروتيني كخلايا البنكرياس و الكبد تحتوي
هي الأخرى على كمية كبيرة من RNA ، و قد اتضح علاوة على ذلك أن إضافة بعض الإنزيمات
التي من شأنها أن تحطم الـ RNA يؤدي ذلك إلى توقف إنتاج البروتين تماماً
.
_ لأنه حمض أساسي و ليس ناتج
ثانوي
تخيل أن حاسوبك هو النواة و أن العالم هو باقي
مكونات الخلية ، فإذا كتبت رواية و حفظتها على القرص الصلب ، فإنك لن تخرج القرص
الصلب بأكمله من الحاسوب _بما فيه من معلومات ضرورية و برامج و ألعاب و صور_ لتنقل
الرواية إلى دار النشر ، بل ستنسخ هذه الرواية على قرص مرن أو CD و من ثم تنقله إلى
دار النشر ، هكذا الأمر فيما يخص الـ DNA و الـ RNA .
لقد أوضح العلماء أن DNA هو الحمض الأساسي و أن mRNA هو ناتج ثانوي ، و
يتكون على نموذج من DNA و مما يؤيد هذا الرأي أن RNA الموجود في الكروموسومات تقل
نسبته عن 10% من الكمية الكلية لللحمض النووي فيها . و لكن يوجد في النواة جسيم
صغير يعرف بالنوية Nucleolus يتركب معظمه أو بأكمله من RNA و لعله من المعقول أن
نفترض أن RNA يتكون باستمرار عند أماكن وجود DNA في الكروموسومات ، ثم يختزن بعد
ذلك في النوية .
هذا و يمكن القول أن كل جينة من
الجينات الموجودة على الكروموسوم تكون نوعاً خاصاً من الـ mRNA ، و هذا النوع من
الأحماض النووية يحمل صفات الجين المكون له و هو الذي يرحل تاركاً النواة إلى
السيتوبلازم حيث يعمل على تخليق بروتين ( إنزيم ) طبقاً للشفرة التي حمله و إياه
الجين الذي تسبب في تكوينه .
و بناءً عليه نذكر أنه لما
كانت عملية تخليق البروتين تجري أساساً في داخل السيتوبلازم ، كما ذكرنا فلابد أن
يرحل mRNA إلى هناك ، و هذا هو الواقع فعلاً و هذا يفسر النسبة العالمية من RNA في
السيتوبلازم ، هذا على الرغم من عدم وجود DNA على الإطلاق و هذا يعني أن mRNA لابد
قد قذف به من داخل النواة إلى السيتوبلازم عند تكوينه .
و هكذا يلتقط mRNA شفرة الوراثة من DNA الموجود في الكروموسومات ( الجينات )
و ينطلق حاملاً تلك الرسالة إلى السيتوبلازم حيث يقوم بالإشراف على تخليق
البروتينات و يطلق على تتابع هذه الأحداث البيولوجية الهامة اسم المبدأ الرئيسي
Central Dogma .
DNA ــــــ نسخ ــــــ > mRNA
ــــــ ترجمة ــــــ > Protein
Replication
ـــــــــــــ > T r a n s c r i p t i o n ـــــــــــــ >
Translation
_ لأنه نموذج نووي لا يعوض و لا يمكن
المخاطرة به في الوسط السيتوبلازمي المضطرب
يمكن تشبيه
الـ DNA بنموذج نووي لا يعوض لهذا يحافظ على سلامته بعناية داخل النواة بعيداً عن
الوسط السيتوبلازمي المضطرب و المعرض للتقلبات أما جزيئات الـ mRNA فهي قوالب منه ،
يمكن المخاطرة بها في المهمة الشاقة لتخليق البروتين .
_ لأنه يمتاز بثبات عالي
يرجع الثبات العالي
للحلزون المزدوج لجزيء DNA جزئياً إلى العدد الكبير من الروابط الهيدروجينية بين
أزواج القواعد و من جهة أخرى إلى الروابط غير المحبة للماء ( أو قوى التراص ) بين
أزواج القواعد المتراصة و تكون المستويات الجانبية لأزواج القواعد غير قطبية نسبياً
و بذلك تميل لأن تكون غير قابلة للذوبان في الماء مما يعطي ثباتاً لجزيء DNA في
البروتوبلازم المائي للخلايا الحية .
أيضاً يرجع هذا
الثبات لكونه يحتوي على القاعدة النيتروجنية الثيمين بدلاً من القاعدة النيتروجينية
اليوراسيل الموجودة في الـ RNA . و الفرق بين هاتين القاعدتين هو وجود مجموعة مثيل
( CH3 ) في الثيمين بينما لا توجد في اليوراسيل و هذه المجموعة تزيد من
الكهروسالبية للـ DNA مما يجعله أكثر ثباتاً .
_ لأن الخلية لا تستطيع إكمال
دورة حياتها بدون وجوده داخل النواة
إن الـ DNA متصل
ببروتينات في الكروموسوم ، و هذه الكروموسومات في الخلايا حقيقية النواة نظمت بدقة
لتوجيه تخليق البروتينات _ كما ذكرنا _ و لتكون قادرة على الازدواج التام قبل كل
انقسام للخلية ، و تتفادى التعثر أثناء انقسام الخلية .
لذا
لن تستطيع الخلية إكمال دورة حياتها فيما لو غادر ال الاديان النواة
لن تستطيع الخلية إكمال دورة حياتها فيما لو غادر ال الاديان النواة
