وظيفة البروتينات والأحماض النووية

وظائف البروتينات

الحياة مستحيلة بدون البروتينات، لأنها تلعب دورا أساسيا في جميع الكائنات الحية، حيث تقوم بإنشاء وتكوين كل إنزيم ورسول كيميائي وجسم مضاد، وتساعد في توفير وإصلاح وصيانة الهيكل التشريحي .

يتم استخدام البروتينات كجزيئات حاملة وجزيئات ربط لتخزين ونقل الجزيئات والذرات في جميع أنحاء الجسم، من المستوى الخلوي حتى المستوى الجهاز العضلي الهيكلي .

تقوم البروتينات بتحليل جميع المركبات الكبيرة إلى نفايات، وتلعب دورًا في تنظيم التمثيل الغذائي والحفاظ على التوازن ومكونات الإنجاب وتوفير التوازن الحمضي القاعدي والمساعدة في توفير الطاقة .

البروتين هو مزيج من الأحماض الأمينية المتصلة في سلسلة محددة، وتكون هذه السلسلة مبنية بناءً على المخطط الذي يوجد في الحمض النووي، ويتعين استخراج هذا المخطط وفك تشفيره ونقله إلى وحدات الخلية المسؤولة عن تصنيع البروتين الخلوي .

تُعرف بالريبوسومات وتتكون من أشكال مختلفة من حمض الريبونوكليك.

دور الاحماض النووية في تكوين البروتينات

بعد إنتهاء خطوات تصنيع البروتين في الخلية، تتم عملية تكوين البروتينات من خلال الأحماض النووية عن طريق العملية الجينية المعروفة بالترجمة والنسخ، حيث توفر سلسلة من الشفرات الخاصة بالحمض النووي .

هي المعلومات اللازمة لبناء جزء جديد من البروتين من المواد الخلوية المتوفرة، ويتم النسخ من خلال ثلاث مراحل وهي:

1. الخطوة الأولي: يتم ربط إنزيم RNA polymerase بتلك السلسلة المحفزة ويتم التشديد في البداية بجزء الجين الذي يقوم بنسخه، ويكون مرتبطا بالمحرك حيث يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي بكسر الروابط الهيدروجينية الضعيفة بين كل زوج من القواعد النيتروجينية، ويعمل أساسا على فك حبل الحمض النووي المزدوج .
2. الخطوة التالية: هي الاستطالة فيتم فيها توفير نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي لأزواج القاعدة النيتروجينية اللازمة ، ومثال على ذلك في حالة كان الحمض النووي تسلسله يحتوي على قواعد الأدينين ، الثايمين ، الجوانين ، الأدينين ، السيتوزين ، الثايمين TGACT ، فإن عملية نسخ الحمض النووي الريبي من تلك التسلسل سيكون الأدينين ، السيتوزين ، اليوراسيل ، الجوانين ، الأدينين او أكوجا.
3. آخر مرحلة: نهاية العملية هي النسخ، حيث يتم فضل الحمض النووي لخيط RNA الذي تم صناعته حديثا، ويتم توجيه الحمض النووي بتسلسل فاصل .

يسمى الخيط النووي المرسل RNA الذي تم نسخه، ويحتوي هذا الخيط على جزئين مميزين هما النهاية الذيلية والغطائية، ويتم التعرف عليه من خلال مجمعات المسام داخل النواة.

يمكن للحمض النووي الريبوزي (RNA) أن يخرج من النواة ويدخل إلى السيتوبلازم، ويمكن أن يتواجد في السيتوبلازم أو في RNA messenger (mRNA) أو في RNA transfer (tRNA) الذي ينقله.

“يتم تنظيم كل حمض أميني وفقًا لتسلسل القواعد الثلاثة النيتروجينية لكل حمض نووي ريبوزي، والتي تُسمى الكودون، ويتم الارتباط بين الحمض الأميني والكودون عندما يتواجد الحمض الأميني الذي لا يحتوي على الأحماض، وتتم عملية الارتباط بين وحدات الريبوسوم وبداية سلسلة RNA المرسلة .

توفر الريبوسومات الإطار الذي يتم مطابقته مع أكواد الحمض النووي الريبي tRNA، والذي يحتوي على كل القواعد الثلاثة النيتروجينية على RNA المرسال، وتساعد في ترتيب سلسلة من الأحماض الأمينية .

البروتين هو مادة تتكون بواسطة وصفة محددة، حيث يتم توفيرها عن طريق الـ DNA، وعندما يتم وقف الكودون يتم إشارته إلى نهاية عملية النسخ والترجمة، ويتم ترجمة الشفرة الوراثية للبروتين .

وظائف الاحماض النووية

• تعمل الأحماض النووية على تخزين المعلومات بشكل يشبه ترميز حاسوبي

لفترةٍ طويلةٍ، كانت وظيفة الأحماض النووية الأبرز هي نقل المعلومات، ولذلك فإن الأحماض النووية تنشئ أربعة قواعدٍ .

تسمح القواعد الأساسية للاقتران بترجم الإرسال والاستقبال للمعلومات عن طريق خيط واحد يتألف من الأحماض النووية، مثل القالب الخاص بإنشاء نسخة جديدة من الحمض النووي، وبالتالي فإن هذه الجزيئات لديها القدرة على حمل ونسخ المعلومات .

لفهم هذه العملية، يتم مقارنة شفرة الحوض النووي بتلك الشفرة الثنائية المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر. وتختلف الرموز في التفاصيل .

لدى الخلايا نفس المبدأ الذي يحدث في أجهزة الكمبيوتر، حيث تقوم بإنشاء حقائق افتراضية مبسطة وكاملة من خلال قراءة سلاسل من الأصفار والواحدات. كما تقوم الخلايا بإنشاء كائنات حية كاملة من خلالقراءة سلاسل من أزواج قواعد الحمض النووي الذي يتكون من أربعة عناصر .

عندما تتخيل عدم وجود رموز ثنائية، يصبح من الواضح أن الكائنات الحية بحاجة إلى وجود جهاز كمبيوتر وبرامج كمبيوتر لتنفيذ عمليات النسخ والترجمة الصحيحة للشفرة الجينية التي تشكل مصدر الحمض النووي الخاص بالكائنات الحية لتعمل بشكل صحيح .

هناك تشابه بين الشفرة الثنائية والشفرة الجينية، وهذا يدفع بعض العلماء للاقتراح بإنشاء حواسيب جينية، حيث يمكنها تخزين المعلومات بكفاءة أكبر من محركات الأقراص الصلبة التي تعتمد على السيليكون .

وعلى الرغم من ذلك، تعتبر قدرة الجهاز الكمبيوتري الجيني على تسجيل المعلومات أقل من قدرة السيليكون على تسجيل المعلومات، ولم يتمإيلاء الكثير من الاهتمام للبحث في هذا المجال .

• حماية المعلومات

يؤدي كود مصدر الحمض النووي دورًا هامًا في الخلية، مثل نظام تشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك، ويجب حماية الحمض النووي من أي تلف محتمل .

يتم نقل تعليمات الحمض النووي إلى أجزاء أخرى داخل الخلية من خلال عملية النسخ والترجمة للمعلومات الحمضية باستخدام نوع آخر من الحمض النووي المعروف RNA .

تعتبر نسخ وترجمة RNA للمعلومات الجينية عملية تحدث في الخلية، وتتمثل في إرسال البيانات الوراثية من النواة حول الخلية، لاستخدامها في توجيه الآليات الخلوية وتوجيهها بشكل صحيح .

الخلايا تستخدم الأحماض النووية في العديد من الأغراض الأخرى، والآلات الخلوية هي الريبوسومات التي تستخدم في إنتاج البروتين، بالإضافة إلى الإنزيمات التي يتم إنتاجها من الحمض النووي الريبي .

يتم استخدام الحمض النووي الريبوزي RNA كآلية للحماية، ويتم فصل الحمض النووي عن البيئة الفوضوية الخاصة بالسيتوبلازم، لذلك يستخدم في بعض الحالات بدلاً من الحمض النووي

يتم حماية الحمض النووي داخل النواة، ومن السهل جدًاإتلاف خيوط الحمض النووي المعقدة والطويلة من خلال حركات الحويصلات والعضيات والمكونات الخلوية الأخرى في الخارج من النواة .

يمكن للحمض النووي الريبي العمل كإنزيم ومادة وراثية، ويمكن أن يساعد في تحسين فكرة حول أولى أشكال الحياة، والتي قد تكون كانت جزيءًا من RNA ذاتي الاستنساخ والتحفيز.

أمثلة على الأحماض النووية

تعد RNA و DNA أكثر الأحماض النووية انتشارًا في الطبيعة، وتشكل هذه الجزيئات أغلب أشكال الحياة على سطح الأرض بشكل أساسي، وتقوم بتخزين المعلومات اللازمة لعملية إنتاج البروتينات .

الخلايا تحتاج إلى حمض نووي ريبوزي لتكمل وظائفها الأساسية والبقاء على قيد الحياة والتكاثر، ورغم ذلك، فإن الحمض النووي الريبوزي والحوض النووي ليسوا الأحماض النووية الوحيدة .

وعلى الرغم من ذلك، قام العلماء بإنشاء أحماض نووية اصطناعية تقوم بنفس عمل الأحماض النووية الطبيعية، ولكنها تؤدي وظيفة مشابهة. في الواقع ، يستخدم العلماء تلك الجزيئات في بناء أشكال حياة اصطناعية .

يستطيع الكائن الحي القيام بالحفاظ على الحمض النووي الاصطناعي واستخدام المعلومات الموجودة فيه لبناء بروتينات جديدة والبقاء على قيد الحياة .

بشكل عام، تختلف الأحماض النووية في كل كائن حي بناءً على تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي، ويتم قراءة هذا التسلسل بواسطة آلات الخلايا لربط الأحماض الأمينية عن طريق التسلسل الصحيح .