RNA

عمومية

الحمض النووي الريبي ، أو الحمض النووي الريبي ، هو الحمض النووي الذي يشارك في عمليات ترميز الجينات وفك تشفيرها وتنظيمها والتعبير عنها. الجينات عبارة عن أجزاء طويلة من الحمض النووي إلى حد ما ، والتي تحتوي على المعلومات الأساسية لتخليق البروتينات.

الشكل: قواعد النيتروجين في جزيء RNA. من wikipedia.org

بعبارات بسيطة للغاية ، يُشتق الحمض النووي الريبي من الحمض النووي ويمثل جزيء الانتقال بين الحمض النووي والبروتينات. يسميها بعض الباحثين "قاموس ترجمة لغة الحمض النووي إلى لغة البروتينات".
تشتق جزيئات الحمض النووي الريبي من اتحاد عدد متغير من الريبونوكليوتيدات في سلاسل ، وتشارك مجموعة الفوسفات ، والقاعدة النيتروجينية ، والسكر المكون من 5 كربون ، ويسمى الريبوز ، في تكوين كل ريبونوكليوتيد منفرد.

ما هو الـ RNA؟

الحمض النووي الريبي ، أو الحمض النووي الريبي ، هو جزيء بيولوجي كبير ينتمي إلى فئة الأحماض النووية ، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في توليد البروتينات من الحمض النووي.
يتضمن توليد البروتينات (أيضًا الجزيئات البيولوجية الكبيرة) سلسلة من العمليات الخلوية التي تسمى ، مجتمعة ، تخليق البروتين.
الحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتينات ضرورية لضمان بقاء خلايا الكائنات الحية وتطورها وعملها بشكل صحيح.

ما هو الحمض النووي؟
الحمض النووي ، أو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، هو الحمض النووي الآخر الذي يحدث بشكل طبيعي ، إلى جانب الحمض النووي الريبي.
يشبه حمض الريبونوكلييك من الناحية الهيكلية ، الميراث الجيني ، أي "مخزن الجينات" ، الموجود في خلايا الكائنات الحية. يعتمد تكوين الحمض النووي الريبي ، وبشكل غير مباشر ، على تكوين البروتينات على الحمض النووي.

تاريخ الحمض النووي الريبي

الشكل: ريبوز و ديوكسيريبوز

بدأ البحث على الحمض النووي الريبي بعد عام 1868 ، وهو العام الذي اكتشف فيه فريدريش ميشر الأحماض النووية.
الاكتشافات الأولى المستوردة في هذا الصدد مؤرخة بين الجزء الثاني من "خمسينيات القرن العشرين والجزء الأول من الستينيات. من بين العلماء الذين شاركوا في هذه الاكتشافات ، يستحق ما يلي ذكرًا خاصًا: سيفيرو أوتشوا ، وأليكس ريتش ، وديفيد ديفيز ، وروبرت هولي.
في عام 1977 ، قامت مجموعة من الباحثين بقيادة فيليب شارب وريتشارد روبرتس بفك شفرة عملية الربط من ال introns.
في عام 1980 ، حدد توماس تشيك وسيدني التمان الريبوزيمات.

* ملاحظة: لمعرفة ما هي الربط من الإنترونات والريبوزيمات ، راجع الفصول المخصصة لتركيب الشبكات العصبية الاصطناعية والوظائف.

بنية

من وجهة نظر كيميائية-بيولوجية ، الحمض النووي الريبي عبارة عن بوليمر حيوي ، البوليمرات الحيوية عبارة عن جزيئات طبيعية كبيرة ، نتيجة الاتحاد ، في سلاسل أو خيوط ، للعديد من الوحدات الجزيئية الأصغر ، والتي تسمى المونومرات.
المونومرات التي تتكون منها الحمض النووي الريبي هي النيوكليوتيدات.

آن هي عادة سلسلة واحدة

تتكون جزيئات الحمض النووي الريبي عادةً من سلاسل مفردة من النيوكليوتيدات (خيوط عديد النوكليوتيدات).
يختلف طول الحمض النووي الريبي الخلوي من أقل من مائة إلى عدة آلاف من النيوكليوتيدات.
يعتمد عدد النيوكليوتيدات المكونة على الدور الذي يلعبه الجزيء المعني.

مقارنة مع الحمض النووي
على عكس الحمض النووي الريبي ، فإن الحمض النووي عبارة عن بوليمر حيوي يتكون بشكل عام من خيطين من النيوكليوتيدات.
متحدًا معًا ، يكون لهذين الخيوط المتعددة النوكليوتيد اتجاهات معاكسة ، ويلتفان أحدهما في الآخر ، ويشكلان حلزونيًا مزدوجًا يُعرف باسم "الحلزون المزدوج".
يمكن أن يحتوي جزيء الحمض النووي البشري العام على ما يقرب من 3.3 مليار نيوكليوتيد لكل خيط.

الهيكل العام للنيوكليوتيد

بحكم التعريف ، النيوكليوتيدات هي الوحدات الجزيئية التي تتكون منها الأحماض النووية RNA و DNA.
من وجهة النظر الهيكلية ، ينتج النيوكليوتيدات العامة من اتحاد ثلاثة عناصر ، وهي:

• مجموعة الفوسفات ، وهي مشتق من حامض الفوسفوريك ؛
• بنتوز ، أي سكر به 5 ذرات كربون ؛
• قاعدة نيتروجينية ، وهي جزيء عطري حلقي غير متجانس.

يمثل البنتوز العنصر المركزي للنيوكليوتيدات ، حيث ترتبط به مجموعة الفوسفات والقاعدة النيتروجينية.

الشكل: العناصر التي تشكل نوكليوتيد عام للحمض النووي. كما يتضح ، ترتبط مجموعة الفوسفات وقاعدة النيتروجين بالسكر.

الرابطة الكيميائية التي تربط البنتوز ومجموعة الفوسفات معًا هي رابطة فوسفوديستر ، في حين أن الرابطة الكيميائية التي تربط البنتوز والقاعدة النيتروجينية هي رابطة N-glycosidic.

ما هو البنتوز من الحمض النووي الريبي؟

فرضية: فكر الكيميائيون في ترقيم ذرات الكربون التي تتكون منها الجزيئات العضوية ، بطريقة تسهل دراستها ووصفها. هنا ، إذن ، تصبح الكربونات الخمسة للبنتوز هي: الكربون 1 ، والكربون 2 ، والكربون 3 ، والكربون 4 ، والكربون 5. إن معيار تعيين الأرقام معقد للغاية ، وبالتالي فإننا نعتبر أنه من المناسب استبعاد التفسير.
السكر المكون من 5 كربون ، الذي يميز البنية النوكليوتيدية للحمض النووي الريبي ، هو الريبوز.
من بين 5 ذرات كربون من الريبوز ، فإنها تستحق ذكرًا خاصًا:

• ال الكربون 1، لأنه ما يرتبط بقاعدة النيتروجين ، من خلال رابطة N-glycosidic.
• ال الكربون 2لأنه ما يميز بينتوز نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي من بنتوز نيوكليوتيدات الحمض النووي. ترتبط ذرة الأكسجين وذرة الهيدروجين مع الكربون 2 من الحمض النووي الريبي ، والتي تشكل معًا مجموعة هيدروكسيل OH.
• ال الكربون 3، لأنه هو الذي يشارك في الرابطة بين نيوكليوتيدات متتالية.
• ال الكربون 5، لأنه ما ينضم إلى مجموعة الفوسفات ، من خلال رابطة فوسفوديستر.

نظرًا لوجود ريبوز السكر ، تأخذ نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي اسمًا محددًا للنيوكليوتيدات.

مقارنة مع الحمض النووي
البنتوز الذي يتكون من نيوكليوتيدات الحمض النووي هو ديوكسيريبوز.
يختلف Deoxyribose عن الريبوز بسبب نقص ذرات الأكسجين على الكربون 2.
وبالتالي ، فإنه يفتقر إلى مجموعة الهيدروكسيل OH التي تميز سكر 5-كربون من الحمض النووي الريبي.
نظرًا لوجود سكر ديوكسيريبوز ، تُعرف نيوكليوتيدات الحمض النووي أيضًا باسم ديوكسي ريبونوكليوتيدات.

أنواع النيوكليوتيدات وقواعد النيتروجين

يحتوي RNA على 4 أنواع مختلفة من النيوكليوتيدات.
لتمييز هذه الأنواع الأربعة المختلفة من النيوكليوتيدات هو فقط القاعدة النيتروجينية.
ولأسباب واضحة ، فإن القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي هي 4 ، على وجه التحديد: الأدينين (يُختصر إلى A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) ، واليوراسيل (U).
ينتمي الأدينين والجوانين إلى فئة البيورينات ، وهي مركبات عطرية الحلقية غير المتجانسة.
من ناحية أخرى ، يندرج السيتوزين واليوراسيل في فئة البيريميدين ، وهي مركبات عطرية غير متجانسة أحادية الحلقة.

مقارنة مع الحمض النووي
القواعد النيتروجينية التي تميز نيوكليوتيدات الحمض النووي هي نفسها تلك الموجودة في الحمض النووي الريبي ، باستثناء اليوراسيل. بدلاً من "c" الأخير ، توجد قاعدة نيتروجينية تسمى الثايمين (T) ، والتي تنتمي إلى فئة البيريميدين.

الارتباط بين النيوكليوتيدات

يرتبط كل نيوكليوتيد يشكل أي حبلا من الحمض النووي الريبي بالنيوكليوتيدات التالية عن طريق رابطة فسفودايستر بين الكربون 3 من البنتوز ومجموعة الفوسفات للنيوكليوتيدات التالية مباشرة.

نهايات جزيء الحمض النووي الريبي

أي خيط متعدد النوكليوتيد من الحمض النووي الريبي له طرفان ، يُعرفان باسم 5 "نهاية (اقرأ" نهاية خمسة أعداد أساسية ") والنهاية 3" (اقرأ "نهاية ثلاثة أجزاء رئيسية").
وفقًا للاتفاقية ، توصل علماء الأحياء وعلماء الوراثة إلى أن "النهاية 5" تمثل رأس خيط RNA ، بينما تمثل "النهاية 3" ذيلها.
من وجهة النظر الكيميائية ، تتطابق "النهاية الخمسة" مع مجموعة الفوسفات الخاصة بأول نيوكليوتيد في سلسلة عديد النوكليوتيدات ، بينما تتطابق "النهاية الثالثة" مع مجموعة الهيدروكسيل الموضوعة على الكربون 3 من آخر نيوكليوتيد من نفس السلسلة.
على أساس هذه المنظمة ، في كتب علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية ، توصف خيوط عديد النوكليوتيد لأي حمض نووي على النحو التالي: P-5 "→ 3" -OH (* ملاحظة: يشير الحرف P إلى " ذرة الفوسفور من مجموعة الفوسفات).

بتطبيق مفاهيم 5 "طرف و 3" نهاية على نيوكليوتيد واحد ، فإن "الطرف الخامس" للأخير هو مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 5 ، في حين أن نهايته 3 هي مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بالكربون 3.
في كلتا الحالتين ، يدعو s "القارئ إلى الانتباه إلى التكرار العددي: النهاية 5" - مجموعة الفوسفات على الكربون 5 والنهاية 3 "- مجموعة الهيدروكسيل على الكربون 3.

موقع

في الخلايا المنواة (أي النواة) للكائن الحي ، يمكن العثور على جزيئات الحمض النووي الريبي في كل من النواة وفي السيتوبلازم.
يعتمد هذا التوطين الواسع على حقيقة أن بعض العمليات الخلوية ، التي يكون لها RNA كبطل ، تقع في النواة ، بينما تحدث عمليات أخرى في السيتوبلازم.

مقارنة مع الحمض النووي
يقع الحمض النووي للكائنات حقيقية النواة (وبالتالي الحمض النووي البشري أيضًا) فقط داخل نواة الخلية.
جدول ملخص للاختلافات بين RNA و DNA:

• الحمض النووي الريبي هو جزيء بيولوجي أصغر من الحمض النووي ، وعادة ما يتكون من خيط واحد من النيوكليوتيدات.

• البنتوز الذي يشكل النيوكليوتيدات للحمض النووي الريبي هو الريبوز.

• تُعرف نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي أيضًا باسم الريبونوكليوتيدات.

• يشترك الحمض النووي RNA في 3 من أصل 4 قواعد نيتروجينية مع الدنا ، في الواقع ، بدلاً من الثايمين ، يحتوي على اليوراسيل ذو القاعدة النيتروجينية.

• يمكن أن يقيم الحمض النووي الريبي في أجزاء مختلفة من الخلية ، من النواة إلى السيتوبلازم.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

إن عملية تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) لها بطلها إنزيم داخل الخلايا (أي موجود داخل الخلية) ، يسمى RNA polymerase (ملحوظة: الإنزيم عبارة عن بروتين).
يستخدم بوليميراز RNA للخلية الحمض النووي الموجود داخل نواة نفس الخلية ، كما لو كان قالبًا ، لإنشاء الحمض النووي الريبي.
بعبارة أخرى ، إنه نوع من الناسخين يقوم بنسخ ما يذكره الحمض النووي بلغة مختلفة ، وهي لغة "RNA".
علاوة على ذلك ، فإن عملية تخليق RNA ، من خلال عمل RNA polymerase ، تأخذ الاسم العلمي للنسخ.
تمتلك الكائنات حقيقية النواة ، مثل البشر ، 3 فئات مختلفة من بوليميريز RNA: RNA polymerase I و RNA polymerase II و RNA polymerase III.
تخلق كل فئة من RNA polymerase أنواعًا معينة من RNA ، والتي ، كما سيتمكن القارئ من التأكد في الفصول التالية ، من أدوار بيولوجية مختلفة في سياق الحياة الخلوية.

كيف يعمل بوليمر الحمض النووي الريبي

إن "بوليميراز RNA قادر على:

• التعرف ، على الحمض النووي ، على الموقع الذي تبدأ منه عملية النسخ ،
• ربط الحمض النووي ،
• افصل بين خيوط الدنا متعددة النوكليوتيدات (التي ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية) ، وذلك للعمل على خيط واحد فقط ، و
• ابدأ بتوليف نسخة RNA.

تتم كل خطوة من هذه الخطوات عندما يكون "بوليميريز الحمض النووي الريبي على وشك تنفيذ عملية النسخ. لذلك ، فهي كلها خطوات إلزامية."
يصنع بوليميراز الحمض النووي الريبي جزيئات الحمض النووي الريبي في اتجاه 5 "→ 3" ، حيث يضيف ريبونوكليوتيدات إلى جزيء الحمض النووي الريبي الناشئ ، ينتقل إلى قالب الحمض النووي في اتجاه 3 "→ 5".

تعديلات على نصوص الحمض النووي الريبي

بعد النسخ ، يخضع الحمض النووي الريبي لبعض التعديلات ، بما في ذلك: إضافة بعض متواليات النيوكليوتيدات في كلا الطرفين ، وفقدان ما يسمى الإنترونات (عملية تعرف باسم الربط) إلخ.
لذلك ، مقارنة بجزء الحمض النووي الأصلي ، فإن الحمض النووي الريبي الناتج له بعض الاختلافات في طول سلسلة عديد النوكليوتيدات (وهي أقصر بشكل عام).

أنواع

هناك أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي.
أشهرها ودراستها هي: "نقل RNA (أو نقل RNA أو tRNA) ، و" messenger RNA (أو messenger RNA أو mRNA) ، و "RNA ribosomal (أو RNA RNA أو rRNA) و RNA نووي صغير (أو RNA نووي صغير أو snRNA).
على الرغم من أنها تلعب أدوارًا محددة مختلفة ، فإن الحمض النووي الريبي (tRNA) ، و mRNA ، و rRNA ، و snRNA كلها تساهم في تحقيق هدف مشترك: تخليق البروتينات ، بدءًا من تسلسل النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي.

بوليميراز RNA وأنواع RNA بوليميراز الحمض النووي الريبي أنا
الرنا الريباسي بوليميراز الحمض النووي الريبي II مرنا و snRNA بوليميراز الحمض النووي الريبي الثالث الحمض الريبي النووي النقال ، نوع معين من الرنا الريباسي والميرنا

لا تزال أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي

في خلايا الكائنات حقيقية النواة ، وجد الباحثون أنواعًا أخرى من الحمض النووي الريبي ، بالإضافة إلى الأنواع الأربعة المذكورة أعلاه. على سبيل المثال:

• الحمض النووي الريبي الصغير (أو miRNAs) ، وهو عبارة عن خيوط يزيد طولها عن 20 نيوكليوتيد بقليل ، e
• RNA الذي يصنع الريبوزيمات الريبوزيمات هي جزيئات RNA ذات نشاط تحفيزي ، مثل الإنزيمات.

تشارك MiRNAs و ribozymes أيضًا في عملية تخليق البروتين ، تمامًا مثل tRNA و mRNA وما إلى ذلك.

وظيفة

يمثل RNA الجزيء البيولوجي الكبير للمرور بين DNA والبروتينات ، وهي بوليمرات حيوية طويلة تكون وحداتها الجزيئية عبارة عن أحماض أمينية.
يمكن مقارنة الحمض النووي الريبي بقاموس المعلومات الجينية ، حيث يسمح بترجمة الأجزاء النوكليوتيدية من الحمض النووي (والتي تُعرف بعد ذلك بالجينات) إلى الأحماض الأمينية للبروتينات.
أحد الأوصاف الأكثر شيوعًا للدور الوظيفي الذي يلعبه "RNA" هو: "RNA هو" الحمض النووي المتضمن في تشفير الجينات وفك تشفيرها وتنظيمها والتعبير عنها ".
"الحمض النووي الريبي هو أحد العناصر الرئيسية الثلاثة لما يسمى بالعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية ، والتي تنص على:" من الحمض النووي يشتق "الحمض النووي الريبي" ، والذي بدوره تُشتق البروتينات "(DNA → RNA → البروتينات).

النسخ والترجمة

باختصار ، النسخ هو سلسلة من التفاعلات الخلوية التي تؤدي إلى تكوين جزيئات الحمض النووي الريبي ، بدءًا من الحمض النووي.
الترجمة ، من ناحية أخرى ، هي مجموعة العمليات الخلوية التي تنتهي بإنتاج البروتينات ، بدءًا من جزيئات الحمض النووي الريبي المنتجة أثناء عملية النسخ.
صاغ علماء الأحياء وعلماء الوراثة مصطلح "ترجمة" ، لأنه من لغة النيوكليوتيدات ننتقل إلى لغة الأحماض الأمينية.

الأنواع والوظائف

ترى عمليات النسخ والترجمة جميع أنواع الحمض النووي الريبي المذكورة أعلاه كأبطال (الحمض النووي الريبي ، مرنا ، وما إلى ذلك):

• mRNA هو جزيء RNA يشفر بروتينًا. بمعنى آخر ، mRNAs هي البروتينات التي تسبق عملية ترجمة النيوكليوتيدات إلى الأحماض الأمينية للبروتينات.
  تخضع mRNAs لعدة تعديلات بعد نسخها.
• TRNAs هي جزيئات RNA غير مشفرة ، ولكنها مع ذلك ضرورية لتكوين البروتينات. في الواقع ، يلعبون دورًا رئيسيًا في فك رموز ما تقدمه جزيئات الرنا المرسال.
  اسم "نقل الحمض النووي الريبي" مشتق من حقيقة أن هذه الرنا تحمل حمضًا أمينيًا عليها. لنكون أكثر دقة ، كل حمض أميني يتوافق مع الحمض الريبي النووي النقال معين.
  تتفاعل TRNAs مع mRNA من خلال ثلاثة نيوكليوتيدات معينة في تسلسلها.
• RRNAs هي جزيئات RNA التي تشكل الريبوسومات. الريبوسومات هي هياكل خلوية معقدة تتحرك على طول الرنا المرسال تجمع الأحماض الأمينية للبروتين.
  يحتوي الريبوسوم العام ، بداخله ، على بعض المواقع ، حيث يكون قادرًا على إيواء الحمض النووي الريبي (tRNAs) وجعلها تلتقي مع الحمض النووي الريبي ، وهنا تتفاعل النيوكليوتيدات الثلاثة المحددة المذكورة أعلاه مع الحمض النووي الريبي المرسال.
• SnRNAs هي جزيئات RNA التي تشارك في عملية الربط من الإنترونات الموجودة على الرنا المرسال الإنترونات عبارة عن أجزاء قصيرة من الرنا المرسال غير المشفر ، وهي عديمة الفائدة لأغراض تخليق البروتين.
• الريبوزيمات هي جزيئات الحمض النووي الريبي التي تحفز قطع خيوط الريبونوكليوتيد ، عند الضرورة.

الشكل: ترجمة mRNA.