ملخص درس تركيب البروتين

الوحدة التعليمية الأولى آلية تركيب البروتين هذا ملخص للوحدة ككل وان لديك اي استفسار يمكنك السؤال لكن الدروس الاولى الى غاية الترجمة البقية مازال ما درناهاش
* الأحماض النووية:تتكون الكروموزومات (الصبغيات)للكائنات الحية من بروتين نووي وهذا يعني اتحاد الأحماض النووية حيث تتواجد بصورة عالية في نواة الخلية ومن بين بعض البروتينات الهستونات أو البروتامينات أو كلاهما معا .
-الأحماض النووية هي فقط التي تحمل المعلومات الوراثية :
أما المكونات البروتينية فهي تشكل الدعامة .والحمض النووي الذي يؤدي مهام حامل المعلومة الوراثية في كل الكائنات الحية عدا بعض الفيروسات . هو الحمض النووي منقوص الأكسجين (ADN ) والتركيب الحلزوني المزدوج لهذا الجزيء الطويل وهو الذي يمكنه من إعطاء بنية فراغية منتظمة دقيقة تشرح ظاهرة التضاعف وهو يتكون من سلسلتين من وحدات تعرف النيوكليوتيدات وتكون الروابط في إحدى السلسلتين في اتجاه 3 5 بينما في السلسلة الأخرى بالتركيب العكسي 5 3
ترتبط فيما بينها بقواعد أزوتية (A=T) .(G=C) وتقسم هذه القواعد إلى مجموعتين
البيورينات AG و البريميدينات TC حيت تتقابل –البيورينات مع البريميدينات مشكلة حلزون مزدوج متناسق حيث أن المسافة بين زوجين من القواعد الأزوتية ثابتة 0.14 نانومتر .
ويوجد قسم أخر من الأحماض النووية يعرف ب (ARN) وهو يختلف قليلا عن (ADN) فيما يلي :
1/ ARNسلسلة مفردة بينما ADNسلسلة مزدوجة
2/ يحتوي ARNعلى سكر ريبوز بينما ADNيحتوي على سكر ريبوز منقوص أكسجين
3/ يحتوي ARNعلى اليوراسيل U و هو قاعدة بريميدينية وذلك بدلا من التايمين T (تقابل A=U)
4/ جزيئة ARNتكون اقصر من جزيئات ADN عند حقيقيات النوى
يؤدي ARN وظائف أساسية أثناء تركيب البروتين وإحدى وظائفه أنه يعمل كرسول (ARNm) حيت يحمل التعليمات من المعلومة المشفرة في ADN إلى المواقع الربوزومية الخاصة بتركيب البروتين في الخلية وتحتوي الريبوزومات على نوع خاص من ARN يعرف ب ARNr وهو الذي يمثل الجزء الأكبر من كمية ARN في الخلية كما يوجد نوع ثالث هو ARNt الناقل ينقل الأحماض الأمنية الخاصة.
يتم تركيب ARN الرسول في النواة ليهجر إلى الهيولة ليساهم في نقل المعلومة الوراثية من النواة إلى مقر تركيب البروتين في الهيولة .
يتم تركيب البروتين عند حقيقيات النوى في الهيولة انطلاقا من الأحماض الأمينية الناتجة عن الهضم .
- ما هو التركيب الكيميائي لجزيئية ARN؟

- الإماهة الكلية نيوكليوتيدات .
-الإماهة الجزيئية سكر ريبوز +قواعد أزوتية AGCU + فسفور P.
صفحة -1-
الخلاصة : إن ARNm الرسول يعتبر وسيطا ينقل المعلومة الوراثية ما بين الرسالة النووية (اللغة النووية) المتواجدة في النواة والرسالة البروتينية. (اللغة البروتينية)المتواجدة في الهيولة . بمعنى أخر هو حامل النبأ الوراثي إلى مقر تصنيع البروتين
استنساخ المعلومة الوراثية :بفضل استعمال ME لوحظ ظهورتفرعات خاصة في مواقع محددة لـADN ناتجة عن تدخل أنزيم ARN بوليمراز على طول السلسلة المعبرة ونشير هنا أن النسخ يتطلب طاقة ATP
*كل استطالة تمثل ARNm الناتج عن نسخ المورثة ADN إذن دور الأنزيم ARNp
يعتبر حيويا اذ يقوم بفتح سلسلتيADN ثم ينتقل على طول السلسلة المعبرة للمورثة لينسخ نيوكليوتيدات القالب ومشكلا بذالك ARNm الوثيقة 1
الترجمة: الشفرة الوراثية :
*كيف تترجم اللغة النووية إلى اللغة البروتينية ؟
تمضي التفاعلات البيوكيماوية تحت سيطرة لأنزيمات
وكل الأنزيمات عبارة عن بروتينات المتكونة من وحدات
تعرف بالأحماض الأمنية ولكل حمض أمني مجموعة
أمنية NH2 في إحدى طرفيه ومجموعة
كربوكسيل COOH في الطرف الأخر ويعرف عشرون
نوعا مختلفا من الأحماض الأمنية .
ويتكون كل أنزيم من عدد معين من الأحماض الأمنية
بترتيب محدد ودقيق وذلك حسب البرمجة الوراثية لتركيب البروتين المشفر في ترتيب النيوكليوتيدات .
السؤال المطروح: ما عدد النيوكليوتيدات التي تشفر الحمض الأمني ؟
الجواب : يوجد 20 حمض أمني شائعا فيما توجد أربع أنواع من النيوكليوتيدات .
من الواضح أن الشفرة الأحادية (تعني نيوكليوتيدة واحدة تشفر حمض أمني واحد) ومن خلاله يمكن أن تشفر 4 أحماض أمنية فقط 14= 4 أحماض أمنية .
والشفرة الثنائية (تعني نيوكليوتيدتين تشفر حمض أمني واحد) حيت تسمح فقط بستة عشر نوعا 24= 16
وعاد ذلك فانه رياضيا تعتبر الشفرة الثلاثية( تعني ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر حمض امني واحد) وهي اصغر وحدة تعرف بالكودون يمكنها أن تجهز 20 حمضا امنيا 34=64/3=20حمض امني .


صفحة -2-
إثبات تجريبي : الذي يدعم فكرة الشفرة الثلاثية بدراسة إضافة قاعدة أزوتية :حيث
5 TCA GGC TAA AGT CGG TCG 3 المورثة
إضافة قاعدة ازوتية واحدة G على سبيل المثال(السهم) في نهاية الكودون الثاني يمكن أن يبدل نيوكليوتيدة واحدة من الترتيب المسجل لكل الكودونات الأخرى وبالتالي يمنع القراءة الصحيحة لكل الكودونات التي تقع إلى يمين القاعدة المضافة 5 TCA GGC GTA AAG TCG CTC G 3
حمض أمني ثلاثية (كودون) إذن بالإضافة المتعاقبة في المناطق المجاورة فان إمكانية استعادة قراءة الكودونات بترتيبها المسجل تصبح أمرا محتوما .ووجد نفس الشيء صحيح بإنقاص قاعدة ازوتية واحدة.
مثال: عديد الأدنين A و اليوراسيل U خليط تركيزه 2-1 على الترتيب من المتوقع ان يكون AAA بأعلى تكرار بينما يمكن أن تكون الثلاثيات AAUأو AUA أو UAA وهي التالية من حيث التكرار
وبما أن لكل ثلاثية حمض أمني خاص بها و منه يمكن استخلاص جدول الشفرة الوراثية لتتابع الأحماض الأمنية .
• ملاحظة: خصائص المعجم
1/ من بين 64 عبارة يوجد ثلاثة عبارات لا ترمز
إلى حمض أميني وهي تشير إلى توقف عملية
الترجمة وهي UAA-UAG-UGA
2/ مرادفات المعجم: مثلا هناك أربع عبارات
مختلفة تشير إلى حمض أمني واحد (برولين)
3/ وحدة المعجم: يطبق عند جميع الكائنات
الحية (حقيقيات النواة –كاذبة النواة)
4/ الطفرات : وهي التغير في ترتيب القواعد الأزوتية
داخل المورثة ومدى تأثيرها على نوع البروتين المركب
بعد عملية الترجمة وهي نوعان
- طفرة لا معنى لها :عندما يحصل استبدال القاعدة الأزوتية بقاعدة أخرى وتكون العبارة الجديدة من نوع عبارة التوقف : UUA(لوسين) UAA (عبارة توقف)
- طفرة خاطئة :عندما يحصل استبدال حمض أمني بحمض أمني أخر. مثلا: CCG(برولين) ACG(تريونين) وتحدث داخل محل فعال حيث تصبح طفرة وراثية.
سؤال : كم من ثلاثيات لـ ـ 64 حالة تبادلية التي تتكون من أربع قواعد أزوتية ؟
تكون :1/ عديمة اليوراسيل.
2 /تحتوي على يوراسيل أو أكثر.
صفحة-3-
* المراحل الأساسية لترجمة:
تتم هذه المراحل الأساسية في الهيولة بوجود
الريبوزومات وARNm وأحماض أمنية منشطة
وARNt في وجود طاقةATP ويمكن تلخيص كما يلي:
* بداية التركيب :
1/ تبدأ الشفرة الوراثية دائما برامزة الانطلاق
(AUG) (بسملة) والتي تنشط ارتباط تحت
وحدتي الريبوزوم حيث كانتا منفصلتين
(ريبوزوم غير وظيفي)
2/ يثبت(ARNt) الحامل للحمض الأمني
(مثيونين Met) على الموقع P للريبوزوم
بحيث تتقابل رامزته المضادة(ضد الرامزة UAC)
مع رامزته الموافقة AUG المحمولة
على ARNm الرسول
* تطاول السلسلة: يتوضع ARNt ثاني حامل لحمض
أمني في الموقع Aفينتج عن ذلك :
3/ تحرر ARNt المثبت على الموقع P و الذي
ينفصل عن حمضه الأمني محررا طاقة
4/ تتشكل رابطة ببتيدية بين الحمضين الأمنيين
المثبتين على الريبوزوم بفضل الطاقة الناتجة عن
انفصال ARNt عن الحمض الأمني.
5/ ينتقل الريبوزوم على ARNm برامزة واحدة
مما يسمح بتحرر الموقع A هذا يؤدي إلى تثبت
ARNt أخر حاملا للحمض الأمني المقابل لرامزة
ARNm الشاغرة المقابلة للموقع A الحر حيث تتقابل
الرامزة ضد الرامزة.
* نهاية التركيب: عند وصول الريبوزوم إلى رامزة
التوقف يتوقف التطاول حيث يتفكك المعقد
(ARNm- ARNr- ARNt- متعدد البيبتيد)
6/ تنفصل تحت وحدتي الريبوزوم وتتحرر السلسلة
البيبتيدية وينفصل الحمض الأمني الأول (مثيونين ) عن السلسلة.
ملاحظة:
1*//يتكون الريبوزوم من تحت وحدتين تحت وحدة كبرى(50s) وتحت وحدة صغرى(30s)
S=وحدات سفيدبرج وهي معامل ترسيبا لجزيئات في جهاز الطرد المركزي العالي السرعة يعتقد أن هناك ثلاث مواقع فعالة في الريبوزوم:
1/ موقع ترجمة الشفرة :هو الذي يربط بين ARNt النشط الحامل للحمض الأمني بـARNm من خلال
تقابل القواعد الأزوتية .
2/موقع التكثيف :وهو الذي يصل ما بين الحمض الأمني والعديد البيبتيد النامي.
3/ موقع الخروج :في هذا الموقع يصبحARNt على غير اتصال بكل من عديد البيبتيد وARNmو ARNt.
*//الحمض الأميني لا يدخل في تركيب البيبتيد إلا إذا كان نشطا ويقصد بالتنشيط :ارتباط الحمض الأميني مع ARNt النوعي له برابطة غنية بالطاقة الناتجة عن إماهة ATP وذلك بتدخل أنزيم نوعي حيث الطاقة المتحررة من انفصال ARNt عن الحمض الأميني تسمح بتشكيل رابطة ببتيدية بين حمضين أمنيين في الموقع PوA


الهدف التعليمي 2:
السؤال : من يتحكم في تحديد البنية الفراغية النوعية للبروتين
الجواب: عدد وترتيب ونوع الأحماض الأمنية.
تعيين الوظائف المميزة والمشتركة بين الأحماض الأمنية انطلاقا من الصيغ المفصلة للأحماض الأمنية والتي عددها 20.
تصنيف الأحماض الأمنية:
تصنف الأحماض الأمينية حسب السلسلة الجانبية إلى:
1/ الأحماض الأمينية القاعدية( ليزين – أرجنين .....الخ)
2/ الأحماض الأمينية الحمضية(حمض غلوتاميك- حمض أسبترتيك....الخ)
3/ الأحماض الأمينية المتعادلة (سيرين- غلايسين ......الخ)
سلوك وخواص الأحماض الأمنيةالخاصية الأمفوتيرية):
تحليل نتائج الرحلان الشاردي:
الحموض الأمنية قابلة للتبلور،شديدة الإنحلال في الماء ،الا أنها قليلة الذوبان جدا في المحاليل العضوية.
تتمتع هذه المواد بخواص الحموض العضوية والأمينات في ان واحد وذلك أن وجود وظيفة حمضية ووظيفة قاعدية تحدد الخواص الفيزائية الكيميائية الأكثر أهمية للحموض الأمنية(أي طبيعة ازدواجية caractère amphotère ) أو ما يسمى (حمقلي) أي حمض و قاعدة ففي وسط سائل فان الوظيفة الحمضية تتحلل إلى H+و Coo- أي:
R-COOH R-COO- +H+
وهكذا تتحرر شوارد الـ H+ من الجدر الكربوكسيل لتؤستر من قبل الأمين:
R-NH2+H+ R-NH3
وعندما يتشرد جزيء الحمض الأمني أو جزيء البروتين في الماء المقطر فان الجزيء يحمل شحنات موجبة وشحنات أخرى سالبة ويسمى مثل هدا الايون (Dipolaires) أي ثنائي الأقطاب .
*أما في وسط حمضي فالشاردة تظهر بصيغة كاتيون فنتحصل على شاردة موجبة:
*إما في وسط قاعدي نحصل على الشاردة السالبة:
إذن تعتبر الحموض الأمنية شوارد مشحونة كهربائيا وقادرة على الانتقال من المجال الكهربائي أي: -
إما إلى المهبط في حالة الشاردة الموجبة إما إلى المصعد في حالة الشاردة السالب
أما الايونات المزدوجة ثنائية الأقطاب والتي لها شحنتين متعادلتين وإشارات مختلفة فهي لا تنتقل بالقوة الكهربائية
ويعتبر الأيون في حالة التعادل الكهربائي وتسمى هذه الحالة (نقطة التعادل الكهربائي ) نشير إلى درجة الحموضة التي تقابل وجود هذه الأيونات المزدوجة بشكل أعظمي بالرمزPHi وهي التي تقابل نقطة التعادل الكهربائي
تختلف درجة الحموضة لنقطة التعادل الكهربائي باختلاف الحموض الأمنية اذا تساوي 5.5 من أجل الغلايسين وPHi=6في حالة الألانين و2.8لحمض الأسبارتيو3.22 لحمض الغلوتامي.

كيفية تشكيل الرابطة البيبتيدية بين حمضين أمنيين متتاليين انطلاقا من قطعة لسلسلة ببتيدية: C ـــــCONH ـــــC
*العلاقة بين بنية ثلاثية الأبعاد و التخصص الوظيفي للبروتينات:
يتم تشكيل البروتين في مرحلة الأولى على شكل بنية أولية ومن المرجح أيضا على شكل بنية ثانوية.فالترتيب الطولي للأحماض الأمنية تتشكل البنية الأولية ولكثير من البروتينات البنية الثانوية في بعض أجزائها على الأقل وذلك على صورة حلزون ويمكن لسلسلة البروتين ان تنثني على نفسها إلى الخلف مكونة روابط داخلية (متضمنة روابط ثنائي الكبريت القوية ) مما يعطي ثباتا للبنية الثالثية في مظهر مثن وعادة ما يكون معقد ويمكن أن يتحد اثنان أو أكثر من البنيات الثلاثية في تركيب بنية رباعية على سبيل المثال هيموغلوبين. HB







صفحة-5-
البنية الاولية : هي البنية الناتجة عن ارتباط الأحماض الأمنية المختلفة مع بعضها البعض في تسلسل معين بواسطة الروابط البيبتيدية.CONH







البنية الثانوية: هي البنية الناتجة عن تشكل الروابط الهدروجينية لا تكافئية بين مجاميع ( ) تغلق بقايا ثلاثة أحماض أمنية أي تنشىء بين كل 5 أحماض أمنية متتالية بنفس السلسلة البيبتيدية وهذا ما يعطيها بنية ثانوية حلزونية أو بين المجاميع ( ) لسلاسل ببتيدية مختلفة ومتوازية تعطي البنية الثانوية بشكل وريقة مطوية










البنية الثالثية: تنتج هذه البنية عن التفاف وانثناء الحلزون
في ترتيب تستقر فيه الزمر الكارهة للماء ( الهيدروفوبية)
بقدر المستطاع في الداخل بعيدة عن الماء بينما تستقر الزمر
المحبة للماء (الهدروفيلية) على سطح البنية.
هذا التشكل الخاص للبنية يسمح بنشوء مواقع نشطة ذات تأثير فعال.

البنية الر ابعية: هي التوضع الفراغي لجزيئة البروتين الحاوي
على عدة سلاسل متعددة البيبتيد (كل سلسلة لها بنيتها الخاصة
الأولية ،الثانوية، الثالثية) فالسلسلة ذات البنية الثالثية يطلق عليها
اسم تحت الوحدة .التوضع الفراغي المتبادل لتحث الوحدة يعطي
البنية الرابعية فيكتسب البروتين وظيفته الحيوية.
تثبت البنية الرباعية بواسطة جسور كبريتية أو روابط شاردية.
*ملاحظة:
*الهيموغلوبين : جزيئة تتكون من 4 تحت الوحدات كل اثنتين منها
متماثلة1 ،2 ،1 ،2 ، تحت الوحدة عبارة عن سلسلة ببتيدية
وهي ذات بنية ثلاثية تحتوي سلسلة 141حمض أميني وسلسلة
على 146 حمض أميني وتظم كل واحدة منها جزيئة هيم مركزية حاملة لـFe2+ .
* البنية الرباعية للهموغلوبين ليست تنظيما ثابتا ومستقرا
أنها حالة اتزان بين عملتي الضم والفصل الجزيئي للبروتينات.
- البنية الرباعية يمكنها التحول في حالتين:
* الحالة الأولى وتسمى بالبنية المشدودة T والحالة الثانية تسمى بالبنية المتراخية R وهذا التحول عكوس.
*في حالة نقل الأكسجين يتحول من الحالة المشدودة إلى الحالة المتراخية في الأسناخ الرئوية لوجود الهواء الغني بـ O2 وهذا التحول يسمح بظهور المركز الفعال المتمثل بجزيئات الهيم التي تثبث الـ O2 أما في مستوى الأنسجة يتحرر الـO2 (وتعود البنية إلى الحالة المشدودة )وهذا ما يعرف بعمل الشكل المتباين.
* فقدان البنية الوظيفية يتم بتخريب البنية الثانوية ، الثالثية ،أو الرابعية بدون تحطيم الروابط البيبتيدية.