تدفق المعلومات الوراثية (Central Dogma of Molecular biology)

الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) يحتوي على الجينات التي تشفّر جميع المعلومات الوراثية، وتعطي الصفات الظاهرية (phenotypes)، وتساعد في وظائف الجسم المختلفة.

لكن كيف سيعبر الحمض النووي الـ(DNA) عن نفسه ‼️

وكيف يتم قراءة الشفرات الوراثية وترجمتها الى بروتين ⁉️

تابعوا معي لتتعرفوا على معنى تدفق المعلومات الوراثية.

تدفق المعلومات الوراثية (Central Dogma) 🧬⏬

هي عملية تدفق المعلومات الوراثية أو التعبير الجيني للجينات الموجودة على الـDNA. هذه العملية تتم عن طريق آلية تسمى عملية النسخ (Transcription) للـDNA إلى mRNA، وبعدها يتم ترجمة mRNA (Translation) إلى بروتينات.

DNA ➡️ mRNA ➡️ protein

📌 البروتينات هي التعبير للجينات (Gene expression)

لنتخيل أن البروتينات هي صوت الجينات عندما تعبر عن نفسها، فالبروتينات لها دور كبير ومهم، فالبروتينات أساس تكوين مختلف أنواع الأنزيمات والهرمونات، وتساعد أيضًا في عملية النقل والتواصل بين الخلايا، ولها دور مهم في حماية الجسم عن طريق تصنيع الأجسام المضادة (antibodies).

آلية انتقال المعلومات الوراثية من الحمض النووي الـDNA لإنتاج البروتينات  تتم عن طريق ثلاث مراحل:

1. تضاعف الحمض النووي Replication 
2. عملية النسخ Transcription
3.  عملية الترجمة Translation

1️⃣ تضاعف الحمض النووي (Replication) :

هي عملية تضاعف للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA). في عملية تضاعف الـDNA تتكون نسختين مكملتين ومتطابقتين لشريط الـDNA الأصلي.

💡هل من الممكن أن تنقسم الخلايا بدون تضاعف للـDNA ❗️

🔹 هنا تكمن أهمية الـ(DNA Replication) التي تحدث قبل انقسام الخلايا في مرحلة الـ(S phase) في الطور البيني، الضرورية لتجديد ونمو الخلايا.

أهم الأنزيمات المساعدة في هذه العملية:

1. DNA helicase: يساعد في انفصال شريط الـDNA عن طريق تكسير الروابط الهيدروجينية.
2. DNA polymerase: هو المساعد لبناء شريط الـDNA عن طريق إضافة نيوكليوتيدات جديدة مكملة لشريط للـDNA الأصلي.
3. DNA ligase: يساعد في إصلاح وإعادة تركيب الـDNA.

2️⃣ عملية النسخ Transcription:

المادة الوراثية موجودة داخل نواة الخلية، وبما أننا نحتاج المعلومات والشفرات الوراثية الموجودة على الـDNA لتصنيع البروتينات في السيتوبلازم، بالتالي نحتاج نقل الشفرات الوراثية خارج النواة عن طريق ترجمة الـDNA إلى mRNA.

🔹في عملية النسخ يتم استخدام شريط الـDNA كقالب لتصنيع شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) الجديد. وبمساعدة انزيم RNA polymerase يتم اضافة نيوكليوتيدات جديدة مكمّلة لشريط الـDNA template، لبناء شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال mRNA. وبعد عملية نسخ الـmRNA سيخرج من نواة الخلية للسيتوبلازم (Ribosome) محملًا بالرسالة messages أو الشفرة الوراثية اللازمة لعملية بناء البروتين.

📌 معالجة الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA processing):

 الشفرات الوراثية (Genetic code) هي التي تحتوي على المعلومات الوراثية اللازمة لتصنيع البروتين التي ترمز للاحماض الامينية.
والمناطق التي تعبر عن البروتين اسمها (exons) أما المناطق التي لا تشفر اي بروتينات اسمها (introns).

وخلال هذه المرحلة يتم معالجة الـmRNA عن طريق:

🔻تقطيع أجزاء الانترونات ✂️ 

🔻وإعادة لصق الاكسونات ببعضها لاكمال إنتاج البروتينات. 

ومن هنا تبدأ الخطوة الثانية من عملية التعبير الجيني: الترجمة (Translation).

3️⃣  عملية الترجمة Translation:

أهم العوامل المساعدة في عملية الترجمة:

🔹 الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA):  مكون من جزأين يتحدوا مع بعض لتكوين الريبوسوم (ribosome) عند بداية عملية الترجمة.

🔹 الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA):

 مكون من جزأين: 

1. جزء اسمه anticodon: عبارة عن الشفرات المكملة (complementary codon) للـmRNA.
2. وجزء مرتبط عليه الأحماض الأمينية (amino acid) التي تعبر عنه الشفرة الموجودة على شريط الـmRNA.

تبدأ عملية الترجمة في السيتوبلازم بعد خروج الـmRNA من النواة محمّل بالمعلومات الوراثية، ويرتبط على الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، ويبدأ دور الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) لاكمال عملية تصنيع البروتينات حسب القواعد النيتروجينية.

وهنا في الجدول موضح أهم الفروقات بين عملية النسخ والترجمة 

The differences between transcription and translation ✨