ما هو الكود الجيني وكيف يعمل؟

بغض النظر عن مقدار التنوع المورفولوجي الذي نعيشه ككائنات ، فنحن جميعًا متحدون تحت نفس المظلة: وحدتنا الوظيفية الأساسية هي الخلية. إذا كان للكائن الحي خلية يقوم عليها هيكله المورفولوجي بالكامل ، فإنه يُعرف باسم أحادي الخلية (حالة البروتوزوا أو البكتيريا) ، في حين أن أولئك منا الذين لديهم عدة (من بضع مئات إلى مئات المليارات) هم كائنات متعددة الخلايا.

وهكذا ، يبدأ كل كائن حي من الخلية ، وبالتالي ، فإن بعض الكيانات الجزيئية مثل الفيروسات لا تعتبر "حية" تمامًا من وجهة نظر بيولوجية. بدورها ، أظهرت الدراسات أن كل خلية تحتوي على 42 مليون جزيء بروتين. لذلك ، ليس من المستغرب أن 50٪ من وزن الأنسجة الحية الجافة يُقدر أنها تتكون فقط من البروتينات.

لماذا نقدم كل هذه البيانات التي تبدو غير مرتبطة؟ نأتي اليوم لكشف سر الحياة: الشفرة الجينية. بقدر ما قد يبدو غامضًا للوهلة الأولى ، نؤكد لك أنك ستفهم هذا المفهوم على الفور. الأمر يتعلق بالخلايا والبروتينات والحمض النووي. ابق لتكتشف.

مقالات لها صلة: "الاختلافات بين DNA و RNA"

ما هو الكود الجيني؟

لنبدأ بشكل واضح ودقيق: الشيفرة الجينية ليست أكثر من مجموعة التعليمات التي تخبر الخلية بكيفية صنع بروتين معين

instagram story viewer

. لقد قلنا بالفعل في الأسطر السابقة أن البروتينات هي الوحدة الهيكلية الأساسية للأنسجة على قيد الحياة ، وهذا هو السبب في أننا لا نواجه سؤالًا قصصيًا: بدون البروتينات لا توجد حياة ، هكذا بسيط.

تم إنشاء خصائص الشفرة الجينية في عام 1961 من قبل فرانسيس كريك وسيدني برينر وغيرهما من علماء الأحياء الجزيئية المتعاونين. يعتمد هذا المصطلح على سلسلة من المقدمات ، ولكن يجب أولاً توضيح بعض المصطلحات لفهمها. أذهب خلفها:

DNA: حمض نووي يحتوي على التعليمات الجينية المستخدمة في تطوير وعمل جميع الكائنات الحية الموجودة.
الحمض النووي الريبي: حمض نووي يؤدي وظائف مختلفة ، بما في ذلك توجيه المراحل الوسيطة لتخليق البروتين.
النيوكليوتيدات: الجزيئات العضوية التي تؤدي معًا إلى ظهور سلاسل DNA و RNA للكائنات الحية.
كودون أو ثلاثي: كل 3 أحماض أمينية تشكل الحمض النووي الريبي تشكل كودونًا ، أي ثلاثة توائم من المعلومات الجينية.
الأحماض الأمينية: جزيئات عضوية تنتج البروتينات بترتيب معين. 20 من الأحماض الأمينية مشفرة في الشفرة الوراثية.

أسس الكود الجيني

بمجرد أن نكون واضحين بشأن هذه المصطلحات الأساسية للغاية ، فقد حان الوقت لاستكشافها الملامح الرئيسية للشفرة الجينية التي وضعها كريك وزملاؤه. هذه هي:

يتم تنظيم الكود في ثلاثة توائم أو أكواد: كل ثلاثة نيوكليوتيدات (كودون أو ثلاثي) يشفر حمض أميني.
الشيفرة الجينية متدهورة: يوجد ثلاثة توائم أو أكواد أكثر من الأحماض الأمينية. هذا يعني أن الحمض الأميني عادة ما يتم ترميزه بأكثر من ثلاثة توائم.
الشفرة الجينية ليست متداخلة: النوكليوتيدات ينتمي فقط إلى ثلاثة توائم واحدة. أي أن نوكليوتيد معين ليس في كودونين في نفس الوقت.
القراءة "بدون فاصلات": لا نريد تحمل مصطلحات معقدة للغاية ، لذلك سنقول إنه لا توجد "مسافات" بين الكودونات.
الشفرة الوراثية النووية عالمية: نفس الثلاثي في أكواد الأنواع المختلفة لنفس الأحماض الأمينية.

فك الشفرة الجينية

لدينا بالفعل الأسس الاصطلاحية والأركان النظرية. حان الوقت الآن لتطبيقها. بادئ ذي بدء ، سنخبرك بذلك يتلقى كل نوكليوتيد اسمًا يعتمد على حرف ، مشروط بالقاعدة النيتروجينية التي يقدمها. القواعد النيتروجينية هي التالية: الأدينين (A) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G) ، الثايمين (T) واليوراسيل (U). الأدينين والسيتوزين والجوانين عالمية ، في حين أن الثايمين فريد من نوعه في الحمض النووي والوراسيل فريد من نوعه في الحمض النووي الريبي. إذا رأيت هذا ، فماذا تعتقد أنه يعني؟:

CCT

CCU

حان الوقت لاستعادة الشروط المذكورة أعلاه. CCT هو جزء من سلسلة DNA ، أي 3 نيوكليوتيدات مختلفة: واحدة مع قاعدة السيتوزين ، والأخرى مع قاعدة السيتوزين والأخرى مع قاعدة الثايمين. في الحالة الثانية من الأحرف الغامقة ، نكون أمام كودون ، لأنه المعلومات الجينية "المدببة" للحمض النووي (ومن ثم يوجد اليوراسيل حيث كان يوجد ثايمين) في سلسلة RNA.

وبالتالي ، يمكننا أن نؤكد ذلك CCU هو كودون يرمز إلى برولين الأحماض الأمينية. كما قلنا من قبل ، فإن الشفرة الجينية تتدهور. وبالتالي ، يتم أيضًا ترميز برولين الأحماض الأمينية بواسطة أكواد أخرى مع نيوكليوتيدات مختلفة: CCC ، CCA ، CCG. لذلك ، يتم ترميز برولين الأحماض الأمينية بما مجموعه 4 أكواد أو ثلاثة توائم.

وتجدر الإشارة إلى أنه ليس هناك حاجة إلى الأكواد الأربعة لتشفير الحمض الأميني ، ولكن أيًا منها صالح. بشكل عام، يتم ترميز الأحماض الأمينية الأساسية بواسطة 2،3،4 أو 6 أكواد مختلفة ، باستثناء الميثيونين والتربتوفان التي لا تستجيب إلا لواحد لكل منهما.

قد تكون مهتمًا بـ: "التربتوفان: خصائص ووظائف هذا الحمض الأميني"

لماذا كل هذا التعقيد؟

لنقم بالحسابات. إذا تم ترميز كل كودون بواسطة نيوكليوتيد واحد فقط ، فيمكن تكوين 4 أحماض أمينية مختلفة فقط. هذا من شأنه أن يجعل تخليق البروتين عملية مستحيلة ، لأن كل بروتين بشكل عام يتكون من حوالي 100-300 من الأحماض الأمينية. لا يوجد سوى 20 من الأحماض الأمينية المدرجة في الكود الجيني، ولكن يمكن ترتيبها بطرق مختلفة على طول "خط التجميع" لإنتاج البروتينات المختلفة الموجودة في أنسجتنا.

من ناحية أخرى ، إذا كان كل كودون مكونًا من نيوكليوتيدات ، فسيكون العدد الإجمالي "للدبلومات" الممكنة 16. ما زلنا بعيدين عن الهدف. الآن ، إذا كان كل كودون يتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات (كما هو الحال) ، فإن عدد التبديلات الممكنة سيرتفع إلى 64. مع الأخذ في الاعتبار أن هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية الأساسية ، مع 64 كودونًا تقدمه لتشفير كل واحد منهم ، وقبل كل شيء ، تقدم اختلافات مختلفة في كل حالة.

نظرة تطبيقية

لقد نفدت المساحة لدينا ، ولكن من المعقد حقًا تركيز الكثير من المعلومات في بضعة أسطر. تابعنا في الرسم البياني التالي ، لأننا نعد بأن إغلاق كل هذا التكتل المصطلحي أسهل بكثير مما يبدو:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → Proline (الريبوسوم)

يعبر هذا الرسم التخطيطي الصغير عما يلي: يحتوي الحمض النووي الخلوي على 3 نيوكليوتيدات CCT ، لكنه لا يستطيع "التعبير" عن المعلومات الجينية ، لأنه معزول عن الآلية الخلوية في نواته. لذلك ، فإن إنزيم بوليميريز الحمض النووي الريبي مسؤول عن نقل (عملية تعرف باسم النسخ) نيوكليوتيدات الحمض النووي إلى نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي ، والتي ستشكل الحمض النووي الريبي المرسال.

الآن لدينا كودون CCU في الرنا المرسال ، والذي سينتقل من النواة عبر مسامها إلى العصارة الخلوية ، حيث توجد الريبوسومات. باختصار ، يمكننا أن نقول ذلك يعطي الرسول RNA هذه المعلومات إلى الريبوسوم، الذي "يتفهم" أنه يجب إضافة برولين الأحماض الأمينية إلى تسلسل الأحماض الأمينية الذي تم إنشاؤه بالفعل لإحداث بروتين معين.

كما قلنا من قبل ، يتكون البروتين من حوالي 100-300 من الأحماض الأمينية. وبالتالي ، فإن أي بروتين يتكون من 300 حمض أميني سيتم ترميزه بإجمالي 900 ثلاثة توائم (300 × 3) أو ، إذا كنت تفضل ذلك ، بواسطة 2700 نيوكليوتيد (300 × 3 × 3). الآن ، تخيل كل حرف من الحروف في كل من 2700 نيوكليوتيد ، شيء مثل: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) إنه هذا الترتيب ، هذا التجمع من الحروف ، الذي هو حقًا الكود الجيني. أسهل مما بدا في البداية ، أليس كذلك؟

سيرة ذاتية

إذا سألت أي عالم أحياء مهتم بالبيولوجيا الجزيئية عن الشفرة الجينية ، فمن المؤكد أنك ستجري محادثة لمدة 4-5 ساعات. إنه لأمر مدهش حقًا معرفة أن سر الحياة ، على الرغم من كونه غير واقعي ، موجود في سلسلة محددة من "الحروف".

لهذا السبب، يمكن تعيين جينوم أي كائن حي باستخدام هذه الأحرف الأربعة. على سبيل المثال ، وفقًا لمشروع الجينوم البشري ، تتكون جميع المعلومات الجينية الخاصة بنوعنا من 3000 مليون أزواج القاعدة (النيوكليوتيدات) ، والتي توجد في 23 زوجًا من الكروموسومات داخل نواة كل ما لدينا الخلايا. بالطبع ، بغض النظر عن مدى اختلاف الكائنات الحية ، لدينا جميعًا "لغة" مشتركة.

المراجع الببليوغرافية:

ما هو الكود الجيني؟ genotipia.com. تعافى من: https://genotipia.com/codigo-genetico/
أسيموف ، آي ، ودي لا فوينتي ، أ. م. (1982). الكود الجيني (رقم سيرسي) i9789688561034). بلازا وجانيس.
الكود الجيني ، المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري. تعافى من: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
الكود الجيني: الخصائص وفك الشفرة ، جامعة كومبلوتنسي بمدريد (UCM). تعافى من: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
الكود الجيني ، Khanacademy.org. تعافى من: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
إنه رسمي: هناك 42 مليون جزيء بروتين في كل خلية ، europapress.com. تعافى من: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
لي ، ت. F. (1994). مشروع الجينوم البشري: كسر الكود الجيني للحياة (رقم Sirsi) i9788474325072).