يُستخدم مصطلح«الترجمة» في الأحياء الجزيئية للإشارة إلي عملية حيوية تشبه الترجمة اللغوية، ألا وهي عملية قراءة المعلومات الوراثية واستخدامها لتخليق البروتينات. تتم عملية الترجمة من خلال آلية دقيقة تساعد فيها مجموعة من الجزيئات الحيوية. فعلى أي قواعد يتم قراءة تلك المعلومات والاسترشاد بها في تخليق البروتين؟ وما هي أهم الجزيئات التي تلعب دورا ً في هذه العملية؟ وإلي اي مدي تتشابه وتختلف تلك العملية بين الكائنات الحية؟

• كيف “يُعبِّر” الجين عن نفسه؟

     «التعبير الجيني gene expression» هي وظيفة  تتجلى في عمليتين متعاقبتين: النسخ والترجمة. أثناء «عملية النسخ Transcription» يتم استخدام الجينات الموجودة في «الحمض النووي DNA*» لإنتاج نسخة من المعلومات الوراثية في صورة جزيئات «حمض نووي ريبوزي RNA**». «عملية الترجمة Translation» هي الخطوة الثانية، وهي التي يتم فيها تخليق البروتين*** استرشادا ً بالمعلومات الموجودة على جزيئات الحمض النووي الريبوزي من العملية السابقة. إن التعبير عن جين ما ـ وبأبسط معنى ـ هو إنتاج البروتين المقابل له (رسم توضيحي 1).

رسم توضيحي1: يتم التعبير عن الجين من خلال عمليتي النسخ Trancription والترجمة Translation ¹

• جزيء الحمض النووي الريبوزي RNA المِرْسال (حامل الرسالة):

     أثناء عملية النسخ، يعمل الحمض النووي DNA حامل الجين كقالب لتكوين خيط مفرد مُكَمِّل من الحمض النووي الريبوزي RNA ، أي أنه يحمل نسخة من المعلومات الموجودة في الجين، في صورة تتابع مكمل من النيوكليوتيدات****. هذا الخيط يسمى «الحمض النووي الريبوزي المرسال messenger RNA or mRNA»، في إشارة إلي قدرته على حمل رسالة (بالمعلومات الموجودة على الجين) لاستخدامها لاحقا ً في تخليق جزيئات البروتين.

• الشفرة الوراثية شفرة عامة أو كونية:

     يتكون تتابع جزيء الحمض النووي الريبوزي المرسال من تراتيب محددة من النيوكليوتيدات المختلفة (تختلف فيما بينها في القاعدة النيتروجينية، ويختلف التركيب وفقا ً لكل جين). أثناء عملية الترجمة، تتم “قراءة” تتابع الحمض النووي الريبوزي المرسال وفقا ً «للشفرة الوراثية genetic code»، والتيهي مجموعة من القواعدتربط تتابع الأحماض الأمينية المكونة للبروتين بتتابع الحمض النووي الريبوزي المرسال، وبالتالي بتتابع الجين الموجود في الحمض النووي. إن كل مجموعة من ثلاث قواعد متتالية في شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال تُسمى «كودون codon»، وهذا الكودودن مخصص لاستدعاء حمض أميني معين، وعلى هذا فهي شفرة ثلاثية: تحتاج كل “معلومة/حمض أميني” إلي قراءة ثلاثة “حروف/قواعد“(رسم توضيحي 2).

رسم توضيحي2: يشير كل كودون إلي حمض أميني معين، وقد يستخدم أكثر من كودون لنفس الحمض الأميني ²

     هذه الشفرة التي من خلالها نربط بين حمض أميني وكودون ما هي الا قاعدة كونية عامة، تنطبق على كل الخلايا الحية التي يحدث فيها تخليق للبروتين، في كل الكائنات الحية، انطباقا ً تاما ً بلا استثناءات.

• الريبوسومات.. و الحمض النووي الريبوزي الناقل:

     لكل من الريبوسوم و الحمض النووي الريبوزي الناقل دور أساسي في إتمام عملية تخليق البروتين..

     «الريبوسومات ribosomes» هي العُضِّيات الخلوية المسؤولة عن تسيير آلية الترجمة في كل الخلايا. تتكون الريبوسوم من وحدتين فرعيتين: وحدة كبيرة، ووحدة صغيرة. تتركب كلٌ من الوحدتين من مجموعة من البروتينات، ونوع من جزيئات آر إن إيه يسمى « الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ribosomal RNA or rRNA ».  توجد الوحدتان منفصلتين في السيتوبلازم ولا يتحدان في إلا عند الارتباط بجزيء الحمض النووي الريبوزي المرسال عند البدء في عملية الترجمة.

     جزيئات « الحمض النووي الريبوزي الناقل Transfer RNA or tRNA» هي نوع آخر من الحمض النووي الريبوزي، ووظيفتها أن تنقل الأحماض الأمينية إلي حيث يحدث تخليق البروتين. يرتبط جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل بجزيء الحمض النووي الريبوزي المرسال من إحدي نهايتيه، ويحمل حمض أميني في النهاية الأخرى. هناك حوالي 30 إلي 40 نوع من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل في الخلية، وهي جزيئات متخصصة، بمعنى أنه لا يمكن لنوع ما منها أن يحمل إلا نوعا ً مقابلا ً معينا ً من الأحماض الأمينية، ولا يمكنه أن يرتبط إلا بموقع معين على شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال. عملية الارتباط بشريط الحمض النووي الريبوزي المرسال تحدث عن طريق ازدواج القواعد بالتكامل، كما يحدث بين زوجين من خيوط الحمض النووي.

• تخليق البروتين عبر ثلاث أطوار:

     يمكن تقسيم تخليق البروتين إلي ثلاث أطوار مختلفة: طور البدء، وطور الامتداد، وطور الإنهاء.

     يبدأ«طور البدء Initiation phase» بتكامل كلٌ من الوحدة الصغيرة للريبوسوم وإحدي جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل ثم الوحدة الكبيرة للريبوسوم، مع شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال في مركب واحد يسمي «مركب البدء Initiation complex» عند موقع «كودون البدء start codon»، وهو الكودون الذي يبدأ به تتابع الكودونات لكل شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال في كل الخلايا لكل الكائنات الحية. يتكون كودون البدء من ثلاث قواعد نيتروجينية:AUG. وعلى هذا فإن تتابع القواعد المقابلة على جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل يمكن تخمينه كالآتي: UAC. جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل هذا يسمى بالباديء Initiator tRNA، وهو يحمل حمض أميني الميثيونين methionine كأول حمض أميني في السلسلة (قد تتم إزالته فيما بعد)، (رسم توضيحي 3).

رسم توضيحي3: مركب البدء يتكون بعد تكامل القطع الريبوسومية مع شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال و الحمض النووي الريبوزي الناقل ¹

   في «طور الامتداد Elongation phase» ، تبدأ الوحدتين الريبوسومتين بالتحرك عبر شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال تجاه الكودون التالي في عملية تسمى بالانتقال Translocation وتتطلب تلك العملية مصدراً للطاقة. عند كل كودون يتم إضافة حمض أميني جديد ينضم للسلسلة بارتباطه بالحمض الأميني الذي يسبقه، وتتكرر العملية حتى الوصول إلي آخر كودون.

رسم توضيحي4: عملية الامتداد يشارك فيها بالأضافة إلي مركب البدء مجموعة من العوامل البروتينية ومصدر للطاقة ³

     وهناك ثلاثة كودونات لا يتعرف عليها أي نوع من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل، وهي : UAA, UAG, UGA. لذلك، فهذه الكودونات،  يرتبط بها نوع معين من البروتينات التي توقف عملية الامتداد وتسهل إطلاق شريط  الحمض النووي الريبوزي المرسال من الريبوسوم. تسمي هذه البروتينات عوامل الإطلاق أو الإفراج Release factors والتي تلعب دورا ً أساسيا في  الطور الأخير لعملية تخليق البروتين أو «طور الإنهاء Termination»

• اختلافات جزئية، وشفرة وراثية واحدة:

   عملية الترجمة تتشابه بشدة في كل من «أوليات النوى Prokaryotes » و «حقيقيات النوى Eukaryotes». من أهم الاختلافات أنه في أوليات النوى قد يبدأ الريبوسوم بالبدء في تخليق البروتين من على شريط الحمض النووي الريبوزي المرسال قبل أن يتم استكمال انتهاء نسخه من على شريط الحمض النووي ،  بينما في حقيقيات النوى لا يحدث ذلك إلا بعد إتمام النسخ ومغادرة الجزيء للنواة، مما يعني قدرة الخلية حقيقية النواة على تحقيق مستوى أعلى من التنظيم في التعبير الجيني. من جهة أخرى، فالشفرة الوراثية المستخدمة لترجمة الكودونات إلي بروتينات متطابقة تماماً بين كل الخلايا الحية.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

* الحمض النووي DNA: الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين Deoxyribonucleic Acid (DNA) ، يمثل المادة الوراثية للخلية، ويوجد غالبا ً في النواة، في صورة خيط مزدوج.

** الحمض النووي الريبوزي RNA: الحمض النووي الريبوزي Ribonucleic Acid، يدخل في عملية إنتاج البروتين في عدة أدوار، يتم إنتاجه في النواة، ويوجد في صورة خيط مفرد، في السيتوبلازم للقيام بوظائفه

*** البروتين: يتكون من سلسلة أو سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية.

**** النيوكليوتيدات:nucleotides وحدات بناء الحمض النووي بنوعيه: DNA, RNA. تتركب النيوكليوتيدة من: حلقة سكر خماسي، وقاعدة نيتروجينية، ومجموعة فوسفات أو أكثر.

إعداد و تصميم: Mohamed Abo-Elgheit

مراجعة علمية: Hosny Ayman

المصادر:

1. http://goo.gl/hAlQiC
2. http://goo.gl/fwtqbP
3. http://goo.gl/Rtccpe
4. Dale J W and Park S F (2011) Molecular genetics of bacteria: Wiley Blackwell. 5^th