معلومة

11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء

11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

  • 11.1: مقدمة
    نبدأ هذا الفصل بإلقاء نظرة على كيفية كسر الشفرة الوراثية (فك الشفرة). جاءت المصطلحات ذاتها الشفرة الجينية ، المكسورة والمفككة ، مما كان في ذلك الوقت ، التاريخ الحديث للحرب العالمية الثانية. سنلقي نظرة على التجارب الأنيقة التي فككت لأول مرة معنى الأحماض الأمينية لعدد قليل من الكودونات المكونة من 3 قواعد ، ثم جميع الكودونات الـ 64. من بين هؤلاء ، 61 من الأحماض الأمينية المشفرة وثلاثة منها عبارة عن كودونات توقف.
  • 11.2: نظرة عامة على الكود الجيني
    الشفرة الجينية هي المعلومات لربط الأحماض الأمينية بعديد ببتيدات بترتيب يعتمد على التسلسل الأساسي لكلمات الكود المكونة من 3 قواعد (الكودونات) في الجين ورسوله RNA (mRNA). مع استثناءات قليلة (بعض بدائيات النوى ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات الخضراء) ، الشفرة الجينية عالمية - إنها نفسها في جميع الكائنات الحية من الفيروسات والبكتيريا إلى البشر.
  • 11.3: العلاقة الخطية الجينية والبروتينية وكودونات ثلاثية
    بدأت الجهود الجادة لفهم كيفية تشفير البروتينات بعد أن استخدم واتسون وكريك الدليل التجريبي لموريس ويلكينز وروزاليند فرانكلين (من بين آخرين) لتحديد بنية الحمض النووي. افترضت معظم الفرضيات المتعلقة بالشفرة الجينية أن الحمض النووي (أي الجينات) وعديد الببتيدات كانا كولين.
  • 11.4: الترجمة
    مثل أي بلمرة في الخلية ، تحدث الترجمة في ثلاث خطوات: البدء يجمع الريبوسوم ، الرنا المرسال والبادئ الرنا الريباسي معًا لتشكيل معقد البدء. الاستطالة هي الإضافة المتتالية للأحماض الأمينية إلى عديد الببتيد المتنامي. يُشار إلى الإنهاء بالتسلسلات (أحد رموز التوقف) في الرنا المرسال وعوامل إنهاء البروتين التي تقطع الاستطالة وتحرر بولي ببتيد منتهي. تحدث أحداث الترجمة في مواقع محددة A و P و E على الريبوسوم.
  • 11.5: الكلمات والمصطلحات الأساسية

Thumbanil: رسم تخطيطي لترجمة RNA. (CC BY 3.0 - غير مُعلن ؛ Kelvinsong).


11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء

النسخ والترجمة والكود الجيني

مقدمة
يقوم الحمض النووي بتخزين المعلومات الجينية ، ويجب تحويل هذه المعلومات إلى "منتج" لأداء الوظيفة الخلوية. تسمى هذه العملية "العقيدة المركزية" ، يتم نسخ الحمض النووي أولاً إلى الرنا المرسال (mRNA) ، ثم يتم تصنيع البروتين وفقًا للمعلومات الموجودة على الرنا المرسال. بهذه الطريقة يتم تمرير المعلومات من DNA إلى البروتين وتكون البروتينات هي الجزيئات "التنفيذية" في الخلايا.

RNA
يحتوي RNA على 4 قواعد: A و U و G و C ، ويمكنهم الاقتران بقواعد من DNA (T و A و C و G ، بهذا الترتيب). هناك 4 فئات من RNA: mRNA ، و RNA الناقل (tRNA) ، و RNA الريبوسوم (rRNA) ، و RNAs الصغيرة بما في ذلك snRNA ، و miRNA ، و ncRNA. جزيئات mRNA هي "المرسل" من DNA إلى البروتين. يعمل كل من rRNA و tRNA في تخليق البروتين.

النسخ
النسخ هو العملية التي يتم تحويلها في DNA إلى RNA تكميلي ، يتم تحفيزها بواسطة RNA polymerase. يبدأ النسخ عندما يتجمع مجمع RNA polymerase عند المروج. يحفز بوليميراز الحمض النووي الريبي استطالة الحمض النووي الريبي أثناء فك قالب الحمض النووي وإعادة لفه. يستجيب مجمع النسخ لإشارات إنهاء وتفكيك محددة ، أي إنهاء النسخ.

معالجة الحمض النووي الريبي
تتضمن معالجة الحمض النووي الريبي ما يلي: تغطية 5 بوصات لاستقرار الحمض النووي الريبي (RNA) وربط الربط بالريبوسوم لإزالة تسلسل الإنترون و 3 بوصات متعددة الأدينيل لحماية mRNA من نوكلياز خارجي 3 ، وإطالة عمر النصف من الرنا المرسال.

الكود الجيني
من mRNA إلى البروتين ، تتم قراءة الشفرة الجينية بطريقة مستمرة ، ولا توجد فاصلة ، فهي غير متداخلة ، ولا لبس فيها ، وعالمية تقريبًا مع استثناءات قليلة. قد ترمز العديد من الرموز لنفس الحمض الأميني (التنكس). هناك كودون بدء خاص (AUG) وثلاثة أكواد توقف (UAA ، UAG و UGA). في الموضع الثالث من الكودون ، من المرجح أن يكون النيوكليوتيد مختلفًا ولكنه لا يزال يرمز لنفس الحمض الأميني (تمايل).

ترجمة
تتطلب الترجمة tRNAs ، التي تجلب الأحماض الأمينية وتصطفها وفقًا للشفرة الجينية في mRNA. تتضمن الترجمة ثلاث خطوات: البدء: ترتبط الوحدة الفرعية للريبوسوم بـ 5 'نهاية mRNA. الاستطالة: يرتبط aminoacyl-tRNA الوارد بالكودون في الموقع A ، وتتشكل رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية الجديدة وسلسلة النمو. يتحرك الببتيد في موضع كودون واحد ويستعد للوضع التالي. لا يتم التعرف على كودونات الإيقاف بواسطة أي الحمض الريبي النووي النقال.
هذا يؤدي إلى تفكيك الريبوسومات وإطلاق عديد الببتيد.

  • خريطة المفاهيم لإظهار الرسم البياني لكيفية نسخ المعلومات الجينية وترجمتها
  • أشكال ملونة ومبسطة لإظهار عملية النسخ
  • بدء النسخ متحرك وسهل الفهم.
  • كل الكود الجيني الـ 64 معطى في جدول
  • هيكل مفصل الحمض الريبي النووي النقال والاقتران مع مرنا
  • توضيح تخطيطي لخطوات الترجمة
  • يتم عرض المفهوم الأساسي في مخطط موجز
  • قالب الحمض النووي
  • العملية
  • مجمع بوليميراز الحمض النووي الريبي
  • البدء والمروج
  • استطالة وإنهاء
  • المكونات المطلوبة
  • الحمض الريبي النووي النقال
  • المبادرة
  • استطالة
  • نهاية
  • تعديل آخر ترجمة

شاهد جميع الدروس الـ 24 في علم الوراثة ، بما في ذلك دروس المفاهيم ، والتدريبات على حل المشكلات ، وأوراق الغش:
علم نفسك علم الوراثة بصريا في 24 ساعة


1. الكود القياسي (transl_table = 1)

بشكل افتراضي ، تساوي جميع ملفات Transl_table في ملفات GenBank المسطحة معرّف 1 ، وهذا هو ليس مبين. عندما تكون transl_table غير مساوية للمعرف 1 ، يتم عرضها كمؤهل في ميزة CDS.

بدء كودون:

رموز البدء البديلة:

في حالات نادرة ، يمكن بدء الترجمة في حقيقيات النوى من أكواد أخرى غير AUG. حالة موثقة جيدًا (بما في ذلك التسلسل المباشر للبروتين) هي بداية GUG لبروتين P الريبوسوم للفطر

يمكن العثور على أمثلة أخرى في المراجع التالية: Peabody 1989 Prats et al. 1989 هان وآخرون. 1992 Sugihara et al. 1990. يسمح الكود القياسي حاليًا بالبدء من UUG و CUG بالإضافة إلى AUG.
عد إلى الأعلى


الكود الجيني

ال الكود الجيني هي مجموعة التعليمات في الجين التي تخبر الخلية بكيفية صنع بروتين معين.

A و T و G و C هي "أحرف" شفرة الحمض النووي. إنهم يرمزون إلى المواد الكيميائية الأدينين ، الثايمين ، الجوانين ، والسيتوزين ، على التوالي ، التي تشكل القواعد النوكليوتيدية للحمض النووي.

يجمع رمز الحمض النووي لكل جين بين المواد الكيميائية الأربعة بطرق مختلفة لتوضيح "كلمات" مكونة من 3 أحرف (رموز) تحدد الحمض الأميني المطلوب في كل خطوة في صنع البروتين.

20 رمزًا وراثيًا في GenBank

لا ينطبق جدول الترجمة أعلاه بشكل موحد على جميع الكائنات الحية.

يستخدم GenBank / EMBL / DDBJ ، الذي يحتوي على متواليات نيوكليوتيد من أكثر من 125000 كائن حي ،

20 رمزًا وراثيًا لضمان صحة الحمض النووي -> ترجمة البروتين.

يُظهر متصفح تصنيف NCBI أي الكود (الرموز) الجينية المستخدمة لكل كائن حي. على سبيل المثال ، يُظهر إدخال التصنيف الخاص بالخميرة أن الكود الجيني القياسي يُستخدم لترجمة الجينات الموجودة على الكروموسومات ، ويتم استخدام الشفرة الوراثية للميتوكوندريا للخميرة لترجمة الجينات الموجودة في الميتوكوندريا.


11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء

وصف المحاضرة

محاضرة الفيديو هذه ، جزء من السلسلة علم الأحياء 1 أ: علم الأحياء العام (ربيع 2010) بقلم البروفيسور جينيفر أ دودنا ، ليس لديه حاليًا وصف تفصيلي وعنوان محاضرة فيديو. إذا كنت قد شاهدت هذه المحاضرة وعرفت ما تدور حوله ، ولا سيما موضوعات الأحياء التي تتم مناقشتها ، فيرجى مساعدتنا من خلال التعليق على هذا الفيديو مع اقتراحك وصف و لقب. شكرا جزيلا من ،

- فريق التعلم CosmoLearning

فهرس المقرر

  1. المحاضرة 1: مقدمة عن المقرر. مقدمة في الجزيئات الكبيرة. بنية البروتين ووظيفته
  2. المحاضرة 2: التركيب والوظيفة: الدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية
  3. المحاضرة 3: هيكل الخلية وتنظيمها - 1
  4. المحاضرة 4: هيكل الخلية وتنظيمها - 2
  5. المحاضرة 5: تركيب الأغشية البيولوجية
  6. المحاضرة 6: التمثيل الغذائي الخلوي والمحفز البيولوجي
  7. المحاضرة 7: تركيب الإنزيم
  8. المحاضرة 8: تنظيم النشاط الأنزيمي
  9. المحاضرة 9: مقدمة في الطاقة الحيوية
  10. المحاضرة 10: إنتاج الطاقة الخلوية والعمليات اللاهوائية
  11. المحاضرة 11: إنتاج الطاقة الخلوية والعمليات الهوائية
  12. المحاضرة 12: التمثيل الضوئي - تفاعلات الضوء
  13. المحاضرة 13: التركيب الضوئي - تثبيت ثاني أكسيد الكربون والعمليات ذات الصلة
  14. المحاضرة 14: I، PCR. علم الوراثة الميكروبية وتطور الكروموسومات والبلازميدات والعاثية
  15. المحاضرة 15: استنساخ الحمض النووي و PCR
  16. المحاضرة 16: دورة الخلية ، الانقسام وتكاثر الخلايا
  17. المحاضرة 17: الكروموسومات ونقاط التفتيش والسرطان
  18. المحاضرة 18: الانقسام الاختزالي ودورة الحياة الجنسية
  19. المحاضرة 19: Gregor Mendel و 2 من Biologys 3 Laws
  20. المحاضرة 20: إعادة التركيب والربط ورسم الخرائط
  21. المحاضرة 21: النسخ
  22. المحاضرة 22: الشفرة الوراثية والترجمة
  23. المحاضرة 23: تنظيم الجينات بدائية النواة
  24. المحاضرة 24: التعبير والتنظيم الجيني حقيقيات النوى
  25. المحاضرة 25: علم الوراثة البشرية وعلم التخلق
  26. المحاضرة 26: الكائنات المعدلة وراثيًا واستنساخ الكائنات الحية
  27. المحاضرة 27: تعدد الخلايا: شكل الخلية ووظيفتها ، تخصص الأنسجة ، التوازن
  28. المحاضرة 28: التواصل بين الخلايا والفسيولوجية: الهرمونات والمستقبلات وجهاز الغدد الصماء - الجزء الأول.
  29. المحاضرة 29: التواصل بين الخلايا والفسيولوجية - الهرمونات والمستقبلات وجهاز الغدد الصماء - الجزء الثاني.
  30. المحاضرة 30: الجهاز التناسلي - الجزء الأول
  31. المحاضرة 31: الجهاز التناسلي - الجزء الثاني
  32. المحاضرة 32: الإخصاب والتكوين الجنيني
  33. المحاضرة 33: الاستراتيجيات والآليات التنموية
  34. المحاضرة 34: الجهاز الهضمي
  35. المحاضرة 35: الدورة الدموية والجهاز التنفسي
  36. المحاضرة 36: جهاز المناعة
  37. المحاضرة 37: جهاز الإخراج ووظائف الكلى
  38. المحاضرة 38: خلل الخلايا والأنسجة والسرطان والاستراتيجيات التجريبية لتطوير العلاجات المضادة للسرطان.
  39. المحاضرة 39: مراجعة

وصف الدورة التدريبية

علم الأحياء 1 أ ، 001 - علم الأحياء العام

أساتذة : غاري إل فيرستون ، مايكل ميجان ، جاسبر دي رين ، جينيفر أ دودا
وصف: مقدمة عامة عن تركيب الخلية ووظيفتها ، علم الوراثة الجزيئية والكائنات الحية ، تطور الحيوان ، الشكل والوظيفة. مخصص للطلاب المتخصصين في العلوم البيولوجية ، ولكنه مفتوح لجميع الطلاب المؤهلين. يجب أن يأخذ الطلاب كلاً من علم الأحياء 1A / 1AL و 1B لإكمال التسلسل. لا يعتبر أي منهما شرطا مسبقا للآخر. يجب أخذ علم الأحياء 1A و 1AL معًا خلال نفس الفصل الدراسي لمعظم الطلاب. علم الأحياء العام 1A عبارة عن 3 وحدات فصول دراسية ، ثلاث محاضرات مدة كل منها ساعة واحدة في الأسبوع وقسم مناقشة لمدة ساعة واحدة في الأسبوع. مختبر علم الأحياء العام ، علم الأحياء 1AL عبارة عن وحدتين دراسيتين ، محاضرة واحدة مدتها 90 دقيقة في الأسبوع وقسم معمل لمدة 3 ساعات في الأسبوع.
المتطلبات المسبقة: كيمياء 1 أ و 3 أ (أو 112 أ) بحد أدنى درجة ج. يوصى بالتسجيل في الكيمياء 3 ب (أو 112 ب) مسبقًا أو التسجيل في نفس الوقت.


وظيفة الكود الجيني

تسمح الشفرة الجينية للخلايا باحتواء كمية محيرة للعقل من المعلومات.

ضع في اعتبارك أن خلية البويضة المخصبة المجهرية ، باتباع التعليمات الواردة في شفرتها الجينية ، يمكن أن تنتج إنسانًا أو فيلًا له شخصية وسلوكيات مماثلة لتلك الخاصة بوالديه. هناك الكثير من المعلومات هناك!

كان تطوير الشفرة الجينية أمرًا حيويًا لأنه سمح للكائنات الحية بإنتاج منتجات ضرورية لبقائها بشكل موثوق - وتمرير تعليمات حول كيفية فعل الشيء نفسه للجيل القادم.

عندما تسعى الخلية إلى التكاثر ، فإن أول ما تفعله هو عمل نسخة من حمضها النووي. هذه هي المرحلة "S" من دورة الخلية ، والتي تعني "توليف" نسخة جديدة من DNA الخلية & # 8217s.

يتم الحفاظ على المعلومات المشفرة في الحمض النووي من خلال الاقتران المحدد لقواعد الحمض النووي مع بعضها البعض. سوف يرتبط الأدينين فقط مع الثايمين ، والسيتوزين مع الجوانين ، إلخ.

هذا يعني أنه عندما تريد الخلية نسخ حمضها النووي ، كل ما عليها فعله هو جزء من خيطي الحلزون المزدوج وتصطف النيوكليوتيدات التي "تريد" قواعد الحمض النووي الموجودة أن تتزاوج معها.

يضمن هذا الاقتران الأساسي المحدد احتواء حبلا الشريك الجديد على نفس تسلسل الأزواج الأساسية - نفس "الكود" & # 8211 مثل حبلا الشريك القديم. يحتوي كل حلزون مزدوج ناتج على خيط واحد من الحمض النووي القديم مقترنًا بشريط واحد من الحمض النووي الجديد.

ستورث خليتان ابنتان هذه اللولب المزدوج الجديد. عندما يحين وقت تكاثر تلك الخلايا الوليدة ، تعمل كل خصلة من هذه الحلزونات المزدوجة الجديدة كقوالب للحلزون المزدوج الجديد!

عندما يحين الوقت لخلية "لقراءة" التعليمات الواردة في حمضها النووي ، فإنها تستخدم نفس مبدأ الترابط الزوجي المحدد. يشبه الحمض النووي الريبي (RNA) إلى حد بعيد الحمض النووي (DNA) ، وترتبط كل قاعدة من قواعد الحمض النووي الريبي (RNA) على وجه التحديد بقاعدة DNA واحدة. يرتبط اليوراسيل بالأدينين والسيتوزين والجوانين ، إلخ.

هذا يعني أنه ، تمامًا مثل تكرار الحمض النووي ، يتم نقل المعلومات الموجودة في الحمض النووي بدقة إلى الحمض النووي الريبي طالما أن خيط الحمض النووي الريبي الناتج يتكون من القواعد التي ترتبط تحديدًا بالقواعد الموجودة في الحمض النووي.

في بعض الأحيان ، يمكن أن تكون خيوط الحمض النووي الريبي نفسها هي المنتج النهائي. تؤدي الهياكل المصنوعة من الحمض النووي الريبي وظائف مهمة في أنفسنا ، بما في ذلك تجميع البروتينات وتنظيم التعبير الجيني وتحفيز تكوين البروتينات.

في الواقع ، يعتقد بعض العلماء أن الحياة الأولى على الأرض ربما تكونت أساسًا من الحمض النووي الريبي. وذلك لأن الحمض النووي الريبي يمكنه تخزين المعلومات في أزواجها الأساسية تمامًا مثل الحمض النووي ، ولكن يمكنه أيضًا أداء بعض الوظائف الأنزيمية والتنظيمية.

ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يتم نسخ الحمض النووي الريبي إلى بروتين. باستخدام الأحماض الأمينية "اللبنات الأساسية للحياة" ، يمكن لخلايانا بناء آلات بروتينية تقريبًا لأي غرض تقريبًا ، من ألياف العضلات إلى الناقلات العصبية إلى الإنزيمات الهاضمة.

في نسخ البروتين ، يتم "قراءة" أكواد الحمض النووي الريبي (RNA) التي تم نسخها من الحمض النووي بواسطة الريبوسوم. يجد الريبوسوم نقل RNA المناسب (tRNA) مع "الكودونات المضادة" التي تكون مكملة للكودونات في الرنا المرسال (mRNA) التي تم نسخها من الحمض النووي.

تحفز الريبوسومات تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية لأنها "تقرأ" كل كودون في الرنا المرسال. في نهاية العملية ، لديك سلسلة من الأحماض الأمينية كما هو محدد بواسطة الحمض النووي - أي بروتين.

اللبنات الأساسية الأخرى للحياة ، مثل السكريات والدهون ، يتم إنشاؤها بدورها بواسطة البروتينات. وبهذه الطريقة تتحول المعلومات الموجودة في الحمض النووي إلى جميع مواد الحياة باستخدام الشفرة الوراثية!


11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء

شكل 1. العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية.

العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية

اقترح جيمس كريك (أحد مؤسسي البنية الثانوية للحمض النووي) أن الحمض النووي هو جزيء تخزين معلوماتي قادر على تكرار نفسه. علاوة على ذلك ، اقترح أن المعلومات التي تم نقلها يجب أن "تقرأ" من قبل هيئة التصنيع داخل الخلية التي تجمع الأحماض الأمينية معًا في تسلسل محدد يصنع في النهاية بروتينًا. أصبح هذا معروفًا باسم العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية.

تتنبأ العقيدة المركزية بأن الحمض النووي يعمل كقالب للتوليف المباشر لجزيء الرنا المرسال (mRNA) ، في عملية تعرف باسم النسخ. ثانيًا ، يتم "قراءة" mRNA في الريبوسوم عن طريق نقل RNAs (tRNAs) ، والتي تعمل معًا لتجميع سلسلة محددة من الأحماض الأمينية ، والتي تتجمع معًا لتوليد بروتين ، تُعرف العملية باسم ترجمة.

الشكل 2. تمثل الفيروسات القهقرية استثناء للعقيدة المركزية.

يعد Messenger RNA واحدًا من سبعة أنواع رئيسية مختلفة من RNA. يشارك البعض أيضًا في تخليق البروتين (مثل نقل الحمض النووي الريبي). ويرمز الحمض النووي مباشرة لجزيئات الرنا هذه. لذا فإن تدفق المعلومات في هذه الحالة سيكون ببساطة DNA إلى RNA. الاستثناء الرئيسي الآخر لهذه العقيدة ، يتم عكس تدفق المعلومات. بعض الفيروسات على سبيل المثال لها جينات مكونة من الحمض النووي. عندما تصيب هذه الفيروسات خلية ، فإن الحمض النووي الريبي الفيروسي يصنع الحمض النووي. وبهذه الطريقة ، سيكون تدفق المعلومات من RNA إلى DNA. ولكن على الرغم من وجود استثناء للعقيدة ، فإن العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية تشمل أهم تدفق للمعلومات للحياة. رموز الحمض النووي لـ RNA و RNA يرمز البروتينات.

تكرار RNA هو نسخ واحد من RNA إلى آخر. تتكاثر العديد من الفيروسات بهذه الطريقة. توجد أيضًا الإنزيمات التي تنسخ الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي الريبي الجديد ، والتي تسمى بوليميرات الحمض النووي الريبي المعتمدة على الحمض النووي الريبي ، في العديد من حقيقيات النوى حيث تشارك في إسكات الحمض النووي الريبي. يمكن أيضًا اعتبار تحرير RNA ، حيث يتم تغيير تسلسل RNA بواسطة مجموعة من البروتينات و "دليل RNA" ، عملية نقل RNA إلى RNA.

بمجرد أن فهم علماء الأحياء العقيدة ، فهموا النمط العام لتدفق المعلومات في الخلية. كان التحدي التالي هو فهم كيفية تسلسل القواعد في خيط من كود RNA الرسول لتسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. ما هو الكود الجيني؟ ما هي القواعد التي تحدد العلاقة بين تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي وتسلسل الأحماض الأمينية في البروتين؟ اقترح جورج جامو رمزًا يعتمد على المنطق. اقترح أن تحتوي كل كلمة مشفرة على ثلاث قواعد. استند تفكيره إلى ملاحظة أن هناك 20 حمضًا أمينيًا.

نظرًا لوجود أربعة نيوكليوتيدات فريدة فقط في الحمض النووي و 20 من الأحماض الأمينية ، كان من الضروري وجود مزيج من أزواج القواعد لتشفير الأحماض الأمينية. إذا كان الحمض الأميني يعتمد على نوكليوتيد واحد ، فلن يكون هناك سوى أربعة أحماض أمينية. بنفس المنطق ، توقع جامو أن الكود لا يمكن تمثيله بمزيج من نيوكليوتيدات ، لأن 4x4 هو 16 ويوجد 20 حمضًا أمينيًا. يجب أن يكون الرمز رمزًا أساسيًا ثلاثي (أو رمز ثلاثي) ، لأنه أبسط رمز يسمح بـ 20 حمضًا أمينيًا معروفًا: 4 × 4 × 4 = 64. هذا يشير إلى أنه يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 64 حمض أميني فريد. ومع ذلك ، لا يوجد سوى 20 من الأحماض الأمينية.

الشكل 3. الكود الجيني. يرمز mRNA للشفرة الثلاثية مباشرة لتجميع الأحماض الأمينية التي تشكل البروتين. لتحديد الحمض الأميني المشفر بواسطة تسلسل mRNA ، حدد موقع رمز mRNA الثلاثي (كودون) ، يمثل المربع الرمادي الموجود على يمينه الحمض الأميني المقابل. على سبيل المثال ، يشير CCC إلى الحمض الأميني Proline (Pro).

هناك احتمالات أكثر بكثير من الأحماض الأمينية التي يوفرها رمز ثلاثي ، من عدد الأحماض الأمينية (20) التي نراها في الطبيعة. لذلك ، يقال أن الكود هو متكرر، مما يعني أنه يمكن ترميز الأحماض الأمينية بأكثر من رمز ثلاثي واحد. على سبيل المثال ، الرموز الثلاثية لوحدة CCU و CCC لرمز mRNA لنفس الحمض الأميني: البرولين. في الواقع ، يتم ترميز جميع الأحماض الأمينية بأكثر من رمز ثلاثي واحد باستثناء الميثيونين والتريبتوفان. أشارت التحقيقات الإضافية إلى أن رمزًا ثلاثيًا محددًا دائمًا ما يتم ترميزه لنفس الحمض الأميني. بمعنى آخر ، الرمز هو خالية من الغموض. على سبيل المثال ، فإن الكود الثلاثي لـ AUG في mRNA يرمز دائمًا للميثيونين. بشكل مثير للدهشة ، تعمل الشفرة تمامًا مع جميع الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى النباتات والحيوانات! في حين أن هناك استثناءات قليلة جدًا لهذا ، فإن اتساق الشفرة عبر الكائنات الحية المتغيرة على نطاق واسع يشير إلى أننا جميعًا نأتي من سلف واحد مشترك. الكود هو عالمي. أخيرًا ، الرمز هو تحفظا. إذا كان أول زوجان أساسيان من الرنا المرسال متماثلين لكن الثالث مختلف ، فهناك احتمال كبير (ولكن ليس يقينًا مطلقًا) ، أن رمز الإرادة لنفس الحمض الأميني.

تسمى مجموعة القواعد الثلاث التي تشكل نوعًا معينًا من الأحماض الأمينية أ كودون. ووفقًا لفرضية جامو الثلاثية ، فإن كل كودون يتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات. ويتم تعريف كل جين بواسطة كودون البداية وكودون التوقف. تم تحديد كود البداية ، وهو نفس كودون البداية لكل جين منفرد لكل كائن حي على الأرض. في المقابل ، هناك ثلاثة أكواد توقف.

الشكل 4. توقع سلاسل عديد الببتيد من الحمض النووي. في هذا المثال ، خيط القالب للحمض النووي (الخيط الذي ينتقل إلى الحمض النووي الريبي) هو: 3 '- TAC GTC TAG TCC ATC - 5'. يتم نسخ هذا إلى حبلا mRNA: 5 '- AUG CAG AUC AGG UAG- 3'. بالرجوع إلى مخطط الأحماض الأمينية (الشكل 4) ، يمكننا توقع تسلسل الأحماض الأمينية لهذا البروتين: الميثيونين (START CODON) - حمض الجلوتاميك - isoleucine - arginine - STOP.

توقع البروتينات من الحمض النووي

بمجرد فك الشفرة ، يمكن قراءة أي تسلسل من الحمض النووي لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية ، أو سلسلة البولي ببتيد (الشكل 4). في حقيقيات النوى ، يتكون الحمض النووي من العديد من الكروموسومات. يتكون كل كروموسوم من جينات متعددة (مع مناطق أخرى غير قابلة للنسخ). كل جين يصنع mRNA ، والذي يتم نسخه بعد ذلك إلى بروتين. بالنسبة لجزء من الحمض النووي الذي يتكون من الجين ، فإن خيطًا واحدًا فقط يصنع الحمض النووي الريبوزي ، المعروف باسم حامل القالب. يسمى الشريط الآخر من الحمض النووي الذي لا يصنع الرنا المرسال بـ حبلا غير قالب، أو بشكل أكثر شيوعًا حبلا الترميز. يتم تحديد بداية الجين من خلال القواعد الثلاث لخريطة القالب ، TAC ، والتي يتم نسخها إلى ابدأ الكودون، أغسطس. بقدر ما نعلم ، جميع الكائنات الحية لها نفس كودون البداية لكل بروتين تم إنشاؤه. يتم نسخ الأحماض الثلاثة التالية لنزع الأكسجين الريبي إلى الكودون التالي. في الشكل 4 ، يتم نسخ الأحماض غير المؤكسدة الريبية (GTC) في كودون الرنا المرسال (CAG) ، والذي يترجم في النهاية إلى الحمض الأميني ، حمض الجلوتاميك. كرر هذا التسلسل حتى تصل إلى أحد أكواد STOP الثلاثة التي ، كما سترى أدناه ، لا ترمز إلى حمض أميني. بل هو رمز لعامل إنهاء ينهي عملية الترجمة ، مما ينتج عنه بروتين.

الشكل 5. الطفرات النقطية. الطفرات النقطية هي تغيير في مادة ديوكسي ريبونوكليوتيد واحدة ، والتي تحدث أثناء عدم التطابق أثناء تكرار الحمض النووي. يمكن أن تؤثر الطفرات النقطية على البروتين النهائي عن طريق تغيير حمض أميني في سلسلة البولي ببتيد.

الطفرات هي تغييرات دائمة في الحمض النووي للكائن الحي ، وتعديل في أرشيف معلومات الخلية. تعتبر الطفرات مهمة في التطور ، لأنها الآلية الوحيدة المعروفة التي تخلق بالفعل أليلات جديدة. يمكن للأليلات الجديدة أن تخلق بروتينات مختلفة وبالتالي وظائف خلوية مختلفة ، وتكون بمثابة أصل التنوع البيولوجي. يمكن أن تؤثر الطفرات إما على الكائن الحي اللياقه البدنيه، قدرة الكائن الحي على البقاء والتكاثر أم لا. تسمى الطفرات زيادة اللياقة مفيد، في حين يقال أن تلك التي تقلل من اللياقة البدنية ضار. يقال إن الطفرات التي ليس لها تأثير على لياقة الكائن الحي صامتة الطفرات. معظم الطفرات محايدة أو ضارة قليلاً. يمكن تصنيف الطفرات في فئتين. الطفرات النقطية هي عندما يتغير نوكليوتيد واحد و طفرات على مستوى الكروموسوم تحدث مع إضافة أو حذف أو تعديل الكروموسوم.

الشكل 6. تحدد الأنماط الجينية الأنماط الظاهرية. يمكن أن يؤدي التغيير في نازع أوكسي ريبونوكليوتيد واحد إلى تغيير تسلسل الأحماض الأمينية ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير على النمط الظاهري للكائن الحي.

تحدث الطفرات النقطية عندما تفشل آلية تصحيح الدنا (بوليميراز الحمض النووي) في تصحيح زوج قاعدة غير متطابق قبل الانتهاء من تكرار الحمض النووي ، وهي العملية التي ينسخ فيها الحمض النووي نفسه. ينتج عن هذا تغيير قاعدة واحدة في أحد خيوط الدنا المركبة حديثًا (الشكل 5). هناك نوعان من النتائج الناتجة من الطفرات النقطية. تُعرف الطفرات النقطية التي تؤدي إلى تغيير في تسلسل الأحماض الأمينية باسم طفرات الاستبدال أو الطفرات المغلوطة (الشكل 6). يمكن للتغيير في الأحماض الأمينية (وغالبًا ما يحدث) تغيير وظيفة البروتين الذي يرمز إليه ، والذي يمكن أن يغير ملاءمة الكائنات الحية: إما إيجابًا أو سلبًا أو لا على الإطلاق. بينما، الطفرات الصامتة هي تغيرات في النقاط لا تغير تسلسل الأحماض الأمينية ، لأن الحمض النووي ينقل mRNA الذي يرمز إلى نفس الحمض الأميني مثل خيط الحمض النووي الأصلي. على سبيل المثال ، إذا كان هناك تغيير في خيط قالب الحمض النووي من TAA (تم نسخه إلى كودون AUU) إلى TAT (تم نسخه باسم AUA) ، فإن الترجمة التالية للأحماض الأمينية الناتجة ستكون isoleucine لكليهما. يكون الصمت أكثر شيوعًا عند تغيير النيوكليوتيد الثالث في الكودون ، مما يبرز تحفظا خاصية الكود.

في نوع من الفئران (الشكل 6) ، حدثت طفرة نقطية في الماضي عند زوج قاعدة واحد ، مما أدى إلى تغيير المنتج النهائي للبروتين مما أدى إلى نمط ظاهري مختلف للون الفراء ، خطأ طفره. عندما يحتوي الفأر المظلم على حمض أميني أرجينين في بروتينه في موقع معين ، يحتوي الفأر الأبيض على السيستين. هذا التغيير الفردي في جزيء الحمض النووي كافٍ لإحداث تغيير في النمط الظاهري للفأر ، وقد تسبب في أن يعيش أفراد من نفس النوع في بيئات مختلفة ، وهي خطوة أولى لتصبح أنواعًا مختلفة.

الشكل 7. الطفرات على مستوى الكروموسوم.

الطفرات على مستوى الكروموسوم هي تغييرات كبيرة في الحمض النووي لحقيقيات النوى ، مع إضافة أو حذف أو تحريك أجزاء من الكروموسومات أو حتى الكروموسومات بأكملها. تحدث كل هذه الطفرات تقريبًا كخطأ أثناء الانقسام النووي (إما أثناء الانقسام الاختزالي أو الانقسام الفتيلي) وتؤثر جميعها تقريبًا سلبًا على لياقة الكائن الحي. الانعكاس هو تغيير في بنية الكروموسوم الفردي ، عندما يتم فصل جزء من الكروموسوم وعكسه وإعادة توصيله بنفس الكروموسومات. لم تعد جميع الجينات الموجودة في القسم المقلوب تعمل كقالب للبروتينات الأصلية التي نسختها من أجلها. ويرجع ذلك إلى أن تسلسل النيوكليوتيدات هو عكس كامل للحمض النووي الأصلي ، والنسخ يحدث فقط في اتجاه واحد. النقل يحدث عند إزالة جزء من كروموسوم واحد وإعادة توصيله بصبغي آخر. من المحتمل أن الجينات المنقولة يمكن نسخها بشكل مناسب طالما لم يحدث انعكاس.

خلال دورة الخلية ، تتكاثر الكروموسومات وتنقسم إلى نوى مختلفة أثناء الانقسام. بعد الانقسام ، يتم فصل النوى المكررة إلى خليتين. في بعض الأحيان تحدث أخطاء أثناء هذه العملية. من حين لآخر ، لا تنفصل الكروموسومات المضاعفة أبدًا ، تاركة نسخة مكررة من الكروموسومات في الخلية. يُعرف هذا باسم تعدد الصبغيات، وهو نادر جدًا في الحيوانات. ومع ذلك ، فهو شائع نسبيًا في النباتات ويمكن أن يشكل أصل نوع جديد حيث يتم عزل النباتات متعددة الصبغيات بشكل تكاثر من النباتات ثنائية الصبغيات. عادةً خلال الانقسام الاختزالي ، تنقسم كل مجموعة من الكروموسومات المنسوخة إلى نصفين ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج الأمشاج. من حين لآخر ، لا يفصل أحد الكروموسومات المنسوخة بشكل صحيح أثناء الانقسام الاختزالي. بمجرد إخصاب البيضة الملقحة (والكائن الحي في نهاية المطاف) يكون لها كروموسوم إضافي في خلاياه. في البشر ، تحدث متلازمة داون بسبب وجود نسخة إضافية من الكروموسوم 21. جاء اثنان من الكروموسوم 21 من أحد الوالدين ، بينما جاء أحدهما من الآخر. لدى معظم البشر نسختان من كل كروموسوم ، واحدة من الأم والأخرى من والدهم ، والمعروفة باسم صبغيات متشابهة. تتشابه الكروموسومات المتجانسة في الحجم ولها نفس تسلسل الجينات ، ولكنها يمكن أن تختلف في الأليلات التي تحملها. لدى البشر 23 زوجًا من الكروموسومات المتجانسة ، 23 من الأم و 23 من الأب لما مجموعه 46 كروموسومًا.

النسخ

الشكل 8. يُنشئ النسخ نسخة ، أو mRNA ، وفقًا لاقتران أساسي تكميلي لقالب الحمض النووي.

في عملية النسخ ، يقوم جزء من الحمض النووي (المعروف باسم الجين) بتركيب الرنا المرسال. RNA عبارة عن بوليمرات تتكون من سلسلة من ريبونوكليوتيدات. تحتوي الريبونوكليوتيدات على السكر ريبوز بينما ديوكسي ريبونوكليوتيدات (من الحمض النووي) تحتوي على السكر ديوكسيريبوز. في حين أن الحمض النووي مزدوج الشريطة والحمض النووي الريبي أحادي الجديلة ، فإن الحمض النووي الريبي يحتوي على القاعدة النيتروجينية اليوراسيل (U) حيث سيكون الحمض النووي الثايمين (ت). بالنسبة لجين معين ، يوجد واحد فقط من خيوط الحمض النووي ، وهو ستراند قالب، يصنع بنشاط حبلا مرنا ، والمعروف باسم أ نسخة طبق الأصل. الشريط الآخر من الحمض النووي ، وهو حبلا الترميز، لا تشارك في النسخ. ومع ذلك ، فإن خيط ترميز الحمض النووي أكثر تشابهًا مع الرنا المرسال نظرًا لأن كلاً من خيط الترميز والنسخة مكملان لقالب القالب. ومع ذلك ، فإنه لا يطابقها تمامًا. تحتوي النوكليوتيدات الريبية في النص على ريبوز السكر ، وحيث يكون لخيط الترميز القاعدة النيتروجينية ، الثايمين ، فإن النسخة تحتوي على اليوراسيل.

أثناء النسخ ، ترتبط الريبونوكليوتيدات بقالب القالب بناءً على الاقتران الأساسي التكميلي عبر روابط الهيدروجين. ثم تترابط الريبونوكليوتيدات مع رابطة الفوسفوديستر تمامًا مثل ارتباط الحمض النووي.

بدء النسخ

في بدائيات النوى ، يبدأ النسخ عن طريق ربط بروتين يعرف باسم سيجما. ترتبط سيجما بشريط واحد من الحمض النووي (خيط القالب) في موقع محدد للغاية. في البكتيريا ، توجد عدة سيجما ويبدأ كل واحد في نسخ تسلسل معين من الحمض النووي (أو الجين). بمجرد أن يلتصق بروتين سيجما هذا بجزيء الحمض النووي ، فإنه يعمل على توجيه بوليميراز الحمض النووي الريبي أسفل شريط القالب. يتعرف بروتين سيجما على ما يعتبر تسلسل المحفز ويرتبط به. تسلسل المروج هو مجموعة محددة من الأزواج الأساسية. بمجرد ارتباط سيجما بالحمض النووي ، يبدأ النسخ. هناك العديد من سيغماس مختلفة. كل واحد فريد من نوعه ويبدأ تخليق جين معين ، أو في بعض الحالات عدة جينات مختلفة. في حين أن هناك العديد من سيجما ، لكل منها معقدات جينية مختلفة ، فإن RNA Polymerase هو نفس الجزيء الذي يتصل بجميع سيجما المختلفة. يضيف RNA Polymerase ريبونوكليوتيدات إلى خيط القالب بناءً على الاقتران الأساسي التكميلي ، مما يولد mRNA.

الشكل 9. خطوات النسخ في بدائيات النوى.

يفتح بروتين سيجما أولاً الحلزون المزدوج للحمض النووي في قسم المحفز في حبلا الحمض النووي. ثم يتم تمرير خيوط القالب للحمض النووي من خلال بوليميراز الحمض النووي الريبي. تأتي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي الواردة من خلال قناة في بروتين سيغما وأزواج مع القواعد التكميلية لخيط قالب الحمض النووي. في هذه المرحلة ، يعمل بوليميراز الحمض النووي الريبي ويبدأ في العمل. وبمجرد حدوث ذلك ، تنفصل سيجما عن سلسلة الحمض النووي. هذا يحدد بداية مرحلة الاستطالة في النسخ.

بمجرد إرفاق سيجما المناسب ، يرتبط RNA Polymerase ببروتين سيجما. بعد الربط الناجح ، تقوم سيجما بتوجيه الحمض النووي إلى مكانه داخل RNA Polymerase. نظرًا لأن الحمض النووي عبارة عن خيط من خلال RNA Polymerase ، يتم تقسيم روابط الهيدروجين بين جزيء DNA بواسطة سحاب. بمجرد إدخال الحمض النووي في RNA Polymerase ، تدخل الريبونوكليوتيدات بوابة دخول إلى RNA Polymerase وتتطابق مع D-nucleotides على أساس الاقتران الأساسي التكميلي. على غرار اقتران قاعدة الحمض النووي ، زوج ديوكسي ريبونوكليوتيدات المحتوية على السيتوزين (D-cytosine) مع الجوانين الذي يحتوي على ريبونوكليوتيدات (R-guanine) ، وأزواج D-guanine مع R-cytosine ، وأزواج D-thymine مع R-adenine. يختلف عن اقتران قاعدة الحمض النووي ، أزواج D-adenine مع R-uracil. من خلال بوابة أخرى في RNA Polymerase ، يظهر تطوير mRNA. بمجرد تصنيع عدد قليل من الريبونوكليوتيدات بواسطة RNA Polymerase ، تتم إزالة بروتين سيجما. بمجرد إزالة سيجما ، يمكن إعادة استخدامها لبدء النسخ.

استطالة النسخ

الاستطالة في النسخ إلى الأمام إلى حد ما. ينزلق بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول جزيء الحمض النووي المفتوح الذي يتطابق مع أزواج قاعدة الريبونوكليوتيد التكميلية من الشريط النموذجي للحمض النووي المفتوح (A-U و T-A و C-G و G-C). بعد إزالة سيجما ، يستمر RNA Polymerase في فك ضغط القالب وخيوط الترميز الخاصة بالحمض النووي ، ويتم ربط الريبونوكليوتيدات عبر روابط phosphodiester على أساس الاقتران القائم على التكميلية التي تحددها سلسلة القالب من DNA. يدخل الحمض النووي الوارد في بوابة سحب ويتم فصل الخيوط بواسطة سحاب داخلي. عندما يمر الحمض النووي السحاب ، تعيد الروابط الهيدروجينية الارتباط بين خيط الترميز والقالب ويترك اللولب المزدوج للحمض النووي من خلال بوابة الخروج. تدخل الريبونوكليوتيدات من خلال بوابة سحب أخرى ويتم دمجها عبر الاقتران الأساسي التكميلي بحبلا قالب الحمض النووي. ترتبط الريبونوكليوتيدات ببعضها البعض عن طريق روابط الفوسفوديستر ، مما يؤدي إلى ظهورها. تتم إضافة الريبونوكليوتيدات باستمرار إلى الطرف 3 من خيط الحمض النووي الريبي النامي. يترك الطرف 5 'من حبلا RNA من خلال بوابة خروج أخرى لـ RNA Polymerase.

إنهاء النسخ

في البكتيريا ، بمجرد نسخ RNA Polymerase لتسلسل معين من الريبونوكليوتيدات من حبلا قالب الحمض النووي ، ينتهي النسخ (أو ينتهي). عندما يتم تصنيع هذا التسلسل ، فإن قسمًا من الحمض النووي الريبي ينحني مرة أخرى على نفسه يشكل حلزونًا مزدوجًا قصيرًا يعتمد على الاقتران الأساسي التكميلي. هذا يشكل أ دبوس الشعر RNA. يُجبر دبوس الشعر هذا الحمض النووي الريبي (RNA) على الانفصال عن الحمض النووي وفصل RNA Polymerase وإعادة توصيل الحمض النووي المفتوح بناءً على الاقتران الأساسي التكميلي

الشكل 10. خطوات النسخ في حقيقيات النوى وربط الحمض النووي الريبي.

النسخ في حقيقيات النوى

في الأساس ، يشبه النسخ في حقيقيات النوى النسخ في بدائيات النوى مع استثناءات قليلة. في البكتيريا ، يمكن لـ RNA Polymerase تخليق أي جزيء RNA. في حقيقيات النوى ، هناك ثلاثة أنواع مختلفة من بوليميراز الحمض النووي الريبي (الأول والثاني والثالث). RNA Polymerase I مسؤول بشكل أساسي عن تخليق RNA الريبوسوم (rRNA) ، وهو الجزيء الذي يتكون من الريبوسومات. معظم بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقية النواة هي RNA Polymerase II. RNA Polymerase II مسؤول عن تصنيع mRNA ، مما يجعله RNA Polymerase الوحيد القادر على نسخ جينات ترميز البروتين. RNA Polymerase III مسؤول عن توليف نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي). أثناء الترجمة ، تقرأ الحمض الريبي النووي النقال الرسائل من الرنا المرسال وتربط تسلسل حمض أميني معين يولد البروتينات.

عندما يبدأ النسخ البكتيري بواسطة بروتين سيجما ، تتطلب بوليميراز الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى مجموعة من البروتينات تعرف باسم عوامل النسخ القاعدية. مثل سيجما في بدائيات النوى ، بمجرد أن ترتبط عوامل النسخ القاعدية بالحمض النووي ، يبدأ ربط RNA Polymerase الخاص به والنسخ. عملية الاستطالة متطابقة تقريبًا في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. ومع ذلك ، يختلف إنهاء النسخ بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى. في حقيقيات النوى ، يشير تسلسل قصير في الحمض النووي إلى ارتباط إنزيم في اتجاه النسخ النشط. يقطع هذا الإنزيم الحمض النووي الريبي الناشئ ، تاركًا RNA Polymerase.

في حقيقيات النوى ، يتكون ما قبل RNA من مناطق mRNA التي ترمز للأحماض الأمينية (المعروفة باسم exons) ومناطق mRNA التي لا ترمز للأحماض الأمينية. قبل أن يكون mRNA وظيفيًا ، يجب إزالة الإنترونات في عملية تُعرف باسم RNA splicing ، أو تعديل ما بعد النسخ.

تعديل ما بعد النسخ من mRNA في حقيقيات النوى

في البكتيريا ، يعتبر النسخ من DNA إلى mRNA مسارًا مباشرًا. ومع ذلك ، في حقيقيات النوى ، بمجرد تصنيع mRNA بواسطة RNA Polymerase II ، يمر mRNA بتعديل إضافي (الشكل 11). يُعرف النسخ التالي للمنتج بأنه نسخة أولية (أو pre-mRNA). قبل أن ينتقل mRNA خارج النواة ، يتم تقصير mRNA عن طريق الاستغناء عن أقسام معينة من mRNA وإعادة ربط الأقسام المتبقية معًا مرة أخرى. تُعرف هذه العملية باسم RNA splicing ويعرف mRNA الناتج المعدل باسم mRNA الناضج. تُعرف أجزاء mRNA التي يتم إعادة تجميعها معًا باسم exons (لأنها تخرج من النواة) بينما تُعرف أجزاء mRNA التي تمت إزالتها من pre-mRNA باسم introns. تترك الإكسونات (التي تشكل مجتمعة الرنا المرسال الناضج) النواة من خلال مسام نووي وتنتقل إلى الريبوسوم في العصارة الخلوية وتبدأ عملية الترجمة.

تتم معالجة تضفير الحمض النووي الريبي (RNA) بواسطة مركبات هجينة من البروتين- RNA تُعرف باسم البروتينات النووية الريبية الصغيرة (أو snRNPs). يبدأ تضفير الحمض النووي الريبي عندما يرتبط snRNP الأولي بجوانين R-nucleotide (G) المجاور لـ uracil R-nucleotide (U) في نهاية 5 'من pre-mRNA. هذا يمثل حدود exon-intron. يقرأ snRNP ثانوي آخر من 5 'إلى 3' أسفل mRNA وعندما يتلامس مع الأدينين (A) ، ويتم إرفاقه في تلك المرحلة. تمثل هذه النقطة حدود intron-exon. بمجرد إرفاق snRNPs الأولية والثانوية ، يتم إرفاق snRNPS الأخرى بتلك ، في مجمع يعرف باسم spliceosome. بشكل جماعي ، يكسر الجسيم الوراثي رابطة G-U الخاصة بـ snRNP الأساسي والرابطة بين الأدينين (A) من snRNP الثانوي والنيوكليوتيد R المجاور. نظرًا لأن U و A هما قاعدتان مكملتان ، فإن spliceosomes تضعهما على اتصال وثيق مع بعضهما البعض ، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة intron. يتم تفكيك نيوكليوتيدات حلقة intron في مونومراتها ، الريبونوكليوتيدات ، ويتم إعادة تدويرها من أجل أحداث النسخ المستقبلية. يتم تقطيع exons مرة أخرى معًا لتوليد mRNA ناضج.

الترجمة في بدائيات النوى

الشكل 11. تباين النسخ والترجمة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

النسخ هو عملية إنشاء mRNA من ترجمة الحمض النووي وهي عملية تحويل المعلومات الجينية للـ mRNA إلى بروتينات. نظرًا لأن الحمض النووي بدائيات النواة لا يحده نواة ، فإن الترجمة في بدائيات النوى (أي البكتيريا) تحدث قبل اكتمال النسخ. تحدث الترجمة والنسخ في وقت واحد. الريبوسومات مجاورة لنسخ الحمض النووي ، مما يسمح للريبوسومات ببدء الترجمة قبل إنهاء النسخ. هذا يسمح لترجمة البروتينات لتكون أكثر كفاءة في بدائيات النوى من حقيقيات النوى.

الترجمة في حقيقيات النوى

في حقيقيات النوى ، يحدث نسخ وتعديل الرنا المرسال حصريًا في النواة. بعد معالجة الرنا المرسال ، ينتقل الرنا المرسال الناضج من النواة عبر مسام نووي. في ال العصارة الخلوية، وهو جسم الخلية خارج النواة ، يرتبط الرنا المرسال الناضج بالريبوسوم ويمر عبر الترجمة ، وينتج في النهاية بروتينًا. ترتبط معظم الريبوسومات بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة. ومع ذلك ، هناك العديد من الريبوسومات داخل العصارة الخلوية نفسها أيضًا.

يوفر هذا الفصل بين النسخ والترجمة تحكمًا أكبر في تنظيم الجينات ، وتحديدًا عن طريق إزالة الإنترونات من pre-mRNA. يُفترض أن إزالة الإنترونات هو دفاع ضد التعبير عن جينات الفيروسات القهقرية القديمة ، وهو مجال رئيسي للدراسة في أبحاث فيروس نقص المناعة البشرية. يُفترض أيضًا أن الحمض النووي حقيقي النواة أقل عرضة للطفرات من بدائيات النوى ، بسبب الحاجز المادي للمغلف النووي بين الحمض النووي والعصارة الخلوية.

بالإضافة إلى mRNA ، هناك جزيء مهم آخر من جزيء RNA وهو نقل RNA ، والمعروف باسم tRNA ، وهو الجزيء الذي يربط الكود الجيني ببروتين معين. يرتبط كل جزيء نقل بحمض أميني معين. ولكل حمض أميني ثلاثة أزواج قاعدية متصلة بالطرف المقابل منه. في الريبوسوم ، تتحد أزواج القاعدة الثلاثة من الحمض الريبي النووي النقال مع تكملة أزواج القواعد الثلاثة من الرنا المرسال. لذلك ، تُعرف الأزواج الأساسية الثلاثة التكميلية من الحمض النووي الريبي الناقل باسم anticodon بينما يُعرف الرمز الثلاثي للرسول RNA باسم الكودون. يتم دمج كل مضاد من الحمض الريبي النووي الريبي مع حمض أميني محدد مع كودون مكمل من الرنا المرسال في الريبوسوم. ثم ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض عن طريق روابط الببتيد في سلسلة ببتيد متنامية.

الشكل 12. خطوات الترجمة.

يتكون المركب الريبوزومي من RNA آخر (RNA الريبوسومي) والبروتينات. هذه تشكل هيكلين. تحافظ الوحدة الفرعية الصغيرة على mRNA في مكانها أثناء الترجمة بينما تكون الوحدة الفرعية الكبيرة حيث تتشكل روابط الببتيد. وتحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على ثلاث حجرات متميزة: A و P و E. بشكل عام ، فإن وظيفة الريبوسوم هي تخليق البروتينات. أولاً ، يدخل الحمض الأميني المتصل بـ tRNA الريبوسوم في الموقع A. عندما يأتي جزيء tRNA آخر إلى الموقع A ، يتحرك جزيء tRNA الآخر على ثلاثة أزواج قاعدية وتتشكل رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية. مع دخول جزيء tRNA آخر إلى مجمع الريبوسوم ، يتحرك الحمضان الريبايان الريبيون الآخران 3 قواعد ، ويخرج أقدم الحمض النووي الريبي الريباسي الريبوسوم في الموقع E. فقط تذكر APE.

بدء الترجمة

دعونا نلقي نظرة فاحصة على عملية الترجمة (الشكل 12). يحتوي mRNA على قسم خاص منه قبل كودون البدء الذي يتعرف عليه الريبوسوم ، والمعروف باسم موقع ربط الريبوسوم. تبدأ الترجمة بكودون البداية على الرنا المرسال. يرتبط الحمض النووي الريبي (tRNA) الخاص بكودون البدء بحمض أميني يسمى f-Met. بمجرد ارتباط f-Met tRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم ، ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم بالوحدة الصغيرة ، وتكون الترجمة جاهزة للبدء.

تبدأ الترجمة عندما يتصل mRNA بـ وحدة فرعية صغيرة الريبوسوم. تتكون الريبوسومات من بروتينات ونوع آخر من الحمض النووي الريبي ، RNA الريبوسوم (أو الرنا الريباسي). يبدأ بدء الترجمة عندما يرتبط الرنا الريباسي بتسلسل معين من الرنا المرسال ، والمعروف باسم موقع ربط الريبوسوم. يعتمد هذا الاتصال على الاقتران الأساسي التكميلي للنيوكليوتيدات المجاورة للـ rRNA و mRNA ، والتي يتم توجيهها إلى مكانها بواسطة بروتينات خاصة تعرف باسم عوامل البدء. يعمل أحد عوامل البدء أيضًا كمحطة إرساء لأول tRNA للاتصال بـ ابدأ الكودون من mRNA ، وهو AUG لتخليق جميع البروتينات. تمتلك tRNAs رمزًا ثلاثيًا مكملاً يتصل بكودون mRNA ، والمعروف باسم أنتيكودون (الشكل 12). إن anticodon من الحمض الريبي النووي النقال الأولي هو UAC. يرتبط الحمض الأميني الميثيونين (methionine) بالحمض الأميني tRNA الأولي. بمجرد ربط الحمض النووي الريبي (tRNA) بالوحدة الفرعية الصغيرة ، ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم بها ويبدأ استطالة الترجمة.

استطالة الترجمة

يدخل الحمض الريبي النووي النقال التالي الموقع A بسبب الاقتران الأساسي التكميلي لكودون mRNA و anticodon من الحمض الريبي النووي النقال. بمجرد نجاح الاقتران بين الكودون والمضاد للكودون ، يتم وضع الحمض الريبي النووي النقال الجديد في الموقع A بحيث يكون الحمض الأميني الذي يحمله مجاورًا للحمض الأميني الموجود بالفعل في موقع P. هذا القرب يشجع أ السندات الببتيد لتشكيل بين اثنين من الأحماض الأمينية المجاورة ، بداية سلسلة بولي ببتيد.

تعلق على كودونها التكميلي في موقع A للوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم.

ثانيًا ، تتشكل روابط الببتيد في موقع P. بعد ذلك ، يتحرك مجمع الريبوسوم بأكمله إلى أسفل ثلاثة أزواج أساسية. ينتقل الحمض الريبي النووي النقال الموجود في الموقع A إلى موقع P وينتقل الحمض الريبي النووي النقال للموقع P إلى موقع E ، ويترك الحمض الريبي النووي النقال في الموقع E مجمع الريبوسوم. تُعرف هذه العملية باسم الانتقال.

إنهاء الترجمة

يتم إنهاء الترجمة بواحد من أكواد الإيقاف الثلاثة. بمجرد أن يواجه الريبوسوم أحد أكواد التوقف هذه ، فإنه يتسبب في دخول بروتين معين ، يُعرف باسم عامل الإطلاق ، إلى الريبوسوم ويسبب إطلاق إطلاق سلسلة البولي ببتيد. في هذا الوقت أيضًا ، ينفصل الريبوسوم الكبير عن الوحدة الفرعية الصغيرة.


11: الشفرة الوراثية والترجمة - علم الأحياء

بالنظر إلى الأرقام المختلفة & # 8220letters & # 8221 في mRNA والبروتين & # 8220alphabets ، & # 8221 افترض العلماء أن مجموعات النيوكليوتيدات تتوافق مع الأحماض الأمينية الفردية. افترض العلماء أن الأحماض الأمينية تم ترميزها بواسطة النوكليوتيدات الثلاثية وأن الشيفرة الجينية كانت تتدهور. بعبارة أخرى ، يمكن ترميز حمض أميني معين بأكثر من ثلاثي نيوكليوتيد واحد. تسمى هذه النوكليوتيدات الثلاثية الكودونات. العلماء حلوا بشق الأنفس الكود الجيني عن طريق ترجمة mRNAs الاصطناعية في المختبر وتسلسل البروتينات التي حددوها (الشكل 1).

الشكل 1. يوضح هذا الشكل الكود الجيني لترجمة كل ثلاثي نيوكليوتيد في mRNA إلى حمض أميني أو إشارة إنهاء في بروتين ناشئ. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة)

بالإضافة إلى توجيه إضافة حمض أميني معين إلى سلسلة بولي ببتيد ، ثلاثة (UAA ، UAG ، UGA) من 64 كودونًا تنهي تخليق البروتين وتحرر البولي ببتيد من آلية الترجمة. هذه الثلاثة توائم تسمى وقف الكودونات ، أو الكودونات غير المنطقية. كودون آخر ، أغسطس، ولها أيضًا وظيفة خاصة. بالإضافة إلى تحديد ميثيونين الأحماض الأمينية ، فإنه يعمل أيضًا بمثابة ابدأ الكودون لبدء الترجمة. تم تعيين إطار القراءة للترجمة بواسطة كودون AUG في البداية بالقرب من 5 & # 8242 نهاية mRNA.

الشفرة الجينية عالمي. مع استثناءات قليلة ، تستخدم جميع الأنواع تقريبًا نفس الكود الجيني لتخليق البروتين. يعني حفظ الكودونات أنه يمكن نقل mRNA المنقى الذي يشفر بروتين الغلوبين في الخيول إلى خلية خزامى ، وسيقوم الخزامى بتصنيع غلوبين الحصان. إن وجود رمز جيني واحد فقط هو دليل قوي على أن كل أشكال الحياة على الأرض تشترك في أصل مشترك ، خاصة إذا أخذنا في الاعتبار أن هناك حوالي 1084 توليفة محتملة من 20 حمضًا أمينيًا و 64 كودونًا ثلاثيًا.

يُعتقد أن الانحلال هو آلية خلوية لتقليل التأثير السلبي للطفرات العشوائية. عادةً ما تختلف الكودونات التي تحدد نفس الحمض الأميني بنوكليوتيد واحد فقط. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترميز الأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية المتشابهة كيميائيًا بواسطة أكواد مماثلة. يضمن هذا الفارق الدقيق في الشفرة الجينية أن طفرة استبدال النوكليوتيدات المفردة قد تحدد إما نفس الحمض الأميني ولكن ليس لها تأثير أو تحدد حمض أميني مشابه ، مما يمنع البروتين من أن يصبح غير فعال تمامًا.


الكود الجيني: الجوانب والآليات | علم الوراثة البشرية

سنناقش في هذه المقالة الجوانب الوظيفية وآليات الشفرة الوراثية.

الجوانب الوظيفية للوراثة جأودون:

يتم تحديد جميع الأحماض الأمينية باستثناء الميثيونين والتربتوفان بأكثر من كودون واحد. يتم تحديد ثلاثة أحماض أمينية - ليسين وسيرين وأورجينين - بستة أكواد مختلفة وخجولة. يحتوي Isoleucine على ثلاثة أكواد ، ويحتوي كل من الأحماض الأمينية الأخرى إما على اثنين أو أربعة أكواد. يسمى حدوث أكثر من كودون واحد لكل حمض أميني degenera & shycy of the codon. لكن هذا الانحلال في الكودون ليس عشوائياً ، بل إنه مرتب للغاية.

يتكون الانحطاط في المقام الأول من نوعين:

أ) الانحلال الجزئي ، أي عندما تكون القاعدة الثالثة من الكودون - إما أحد البيريميدين (U أو C) أو أحد البيورينات (A و G).

ب) انحلال كامل ، أي عند وجود أي من القواعد الأربعة في الموضع الثالث من الكودون وسيظل يحدد ويخجل نفس الحمض الأميني (يرجى اتباع قاموس Codon في نهاية هذا الفصل والخطأ).

الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الرموز الجينية عالمية ، أي أن كودون واحد يحدد نفس الأحماض الأمينية في جميع الكائنات الحية في 64 كودون ، ثلاثة منها فقط غير وظيفية ، أي أن هذه الكودونات الثلاثة لا يمكنها تحديد أي حمض أميني خلال وقت الترجمة. هذه الكودونات الثلاثة هي UAA و UAG و UGA وتُعرف باسم كودون لا معنى له أو كودون فاصل.

يوفر الكود الجيني أيضًا إمكانية قطع المعلومات الوراثية وإزالتها على مستوى الترجمة. يعمل اثنان من الكودونات ، AUG أو GUG ، عندما يكون أي منهما موجودًا في الجزء الرئيسي من mRNA ، بمثابة كودون بادئ لبداية تخليق البروتين. الكودونات الجينية موجودة على mRNA بطريقة خطية.

آلية الكودون الجيني:

يتم التعرف على الكودون خلال فترة الترجمة بواسطة موقع anticodon لـ t-RNA الذي يحمل الأحماض الأمينية. يعني الكودون المضاد مزيجًا من ثلاث قواعد مكملة فقط للكودون وموجودة على t- RNA.

لا يتبع الاقتران الأساسي بين القاعدة الثالثة (3 & # 8242) من الكودون والقاعدة 5 & # 8242 لمضاد & shycodon قواعد الاقتران القاعدية الصارمة العادية ، بدلاً من ذلك هناك & # 8220wobble & # 8221 في هذا الموقع ، مما يسمح بتكوين أزواج أساسية بخلاف أزواج القواعد الأربعة المعتادة. وبالتالي ، قد يتعرف الكودون المضاد لـ t-RNA واحد على واحد أو اثنين أو ثلاثة كودونات مختلفة. يرجع هذا التذبذب إلى تكوين روابط هيدروجينية بديلة.

بعد كل تسلسل أو أكواد نيوكليوتيد ثلاثية يشير إلى تسلسل النوكليوتيدات في mRNA (وليس في DNA) الذي يحدد الأحماض الأمينية المشار إليها (الجدول 5.1).


تعليقات المراجعين

تقرير المراجع 1

يوجين ف. كونين ، المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، المكتبة الوطنية للطب ، المعاهد الوطنية للصحة ، بيثيسدا ، الولايات المتحدة الأمريكية

تعليقات المراجع

يمكن القول إن هذه المخطوطة تتناول المشكلة الأساسية والأكثر صعوبة في دراسة أصل الخلايا: الخطوات التي أدت إلى ظهور نظام الترجمة. أي مناقشة مستنيرة لهذا اللغز الأساسي هي موضع اهتمام ، وهذا ينطبق بشكل خاص على هذه المخطوطة المكتوبة بشكل جيد للغاية والمرجعية بدقة. أجد أنه من الواضح أيضًا أن الاختراق الحاسم لا يزال بعيد المنال ، وحتى الاتجاه الذي ينبغي للمرء أن يمضي فيه لإيجاده ليس واضحًا. فهل يأخذنا هذا التحليل خطوة أقرب إلى الحل؟

في مناقشتهم ، Rodin et al. ننطلق من الاستنتاج الذي لا يمكن الاستدلال عليه وهو أن p-aaRS يجب أن يسبقه r-aaRS في المرحلة المبكرة من التطور إلى تحليل البيانات المعروفة جيدًا حول التعرف على aptamer للأحماض الأمينية ، على أمل توضيح بقايا الكود البدائي. هنا يقدمون ملاحظة جيدة للغاية تشرح التمثيل المحير ظاهريًا لكل من الكودونات ومضادات الشفرات في الأبتاميرات المختارة لربط Arg و Ile و Tyr: الكودونات لهذه الأحماض الأمينية هي متجانسات ذاتية التكميل في المواضع 1-2 (على سبيل المثال ، CGN بالنسبة لـ Arg) ، لذلك فليس من المستغرب أنه طالما (على سبيل المثال) يتم تمثيل الكودون بشكل مفرط في aptamer ، فسيكون كذلك anticodon. أعتقد أن هذا يحل "اللغز الزائف" في بيانات aptamer. ثم يواصلون مناقشة النوع الآخر من العلاقة المتناظرة بين الكودونات والمضادات: مواضع الكودون 2-3 مقابل المواضع 1-2. استنتاج Arg هو أن "عندما نجد نفس الحمض الأميني ، الأرجينين ، في مواقع ربط الحمض النووي الريبي ، ثلاثيًا متشابهًا ، ولكن لا يحتوي على CG ، يبدو أنه مضاد الكودون ، وليس الكودون ". وبشكل عام: "Anticodons ، وليس الكودونات ، غالبًا ما يتم تمثيلها بشكل مفرط في مواقع ربط aa لأبتامرات RNA". هناك أيضًا نمط آخر أكثر دقة يأتي من تحليل aptamer:"بالنسبة للأحماض الأمينية المشفرة بواسطة ثلاثة توائم تحتوي على ثنائي النوكليوتيد المتناظر ، فإن مواقع الارتباط الخاصة بها في أبتاميرات الحمض النووي الريبي "تفضل" الكودون (1-2) / مضادات الكودون (2-3) على الكودون (2-3) / المضاد (1-2) ) على الرغم من تناسقها المثالي ظاهريًا". والاستنتاج الأساسي ، بالطبع ، هو أن القاعدة الثالثة للثلاثية الممثَّلة بشكل زائد في الأبتاميرات هي أكثر أهمية في التعرف على الأحماض الأمينية ، وبالتالي فإن التعرف يعتمد على مضادات الكودون وليس على أساس الكودون. الاستنتاج التلوي هو أن هذا الاعتراف هو من بقايا الكود البدائي المفترض قبل الترجمة.

أخشى أنني متشكك إلى حد ما في هذا الخط الكامل من التفكير - قبل كل شيء ، لأن بيانات aptamer ضعيفة ، مع استثناء محتمل لاثنين فقط من الأحماض الأمينية ، وهذه الأحماض الأمينية (Arg and Ile) ليست أبسطها أو تلك. التي يُعتقد عمومًا أنها بدائية. أنا فقط لست مقتنعًا بأن بيانات aptamer ذات صلة على الإطلاق. علاوة على ذلك ، بافتراض وجود بعض الإشارات هناك ، لست متأكدًا من أن لها أي علاقة بأي من الكودونات والمضادات. يؤكد المؤلفون أنفسهم بشدة على العبارات التي تفيد بأن الكود البدائي لا علاقة له بالترجمة ، وفي الواقع ، تشير النتائج الكلاسيكية بشأن aminoacylation المحدد لأذرع CCA (المراجع. [25 ، 26]) إلى وجود الكود التشغيلي الذي قد لا يكون له علاقة بالبرنامج الحالي.

ما تبقى من الورقة عبارة عن مناقشة متضمنة إلى حد ما للآثار المحتملة لمراحل ما قبل الترجمة في هياكل الحمض النووي الريبي ، جزئيًا ، تلخيصًا للمنشورات السابقة للمؤلفين. إن فكرة العملية التكرارية الشبيهة بفيبوناتشي لتطور الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) هي بالطبع أنيقة جدًا وجذابة عدديًا ولكن المخطط بأكمله هو تخميني تمامًا.

فهل تشير هذه الورقة البحثية إلى تقدم في فهمنا لأصل وتطور الترجمة والكود؟ من الصعب الإجابة بـ "نعم" أو "لا". تنتهي الورقة بالنتيجة العامة التي مفادها أن "الترجمة بدون رمز لا معنى لها ، لكن الكود بدون ترجمة (وقبلها) لا معنى له ". أعتقد أن هذا منطق جيد. كما أنني أحيي نهج المؤلفين في الجمع بين العديد من خطوط الأدلة المختلفة في التعامل مع هذا اللغز التطوري الهائل. ومع ذلك ، فإن موقفي العام هو أننا ما زلنا لم نطور الطريقة الصحيحة للتعامل مع هذه المشكلة ، لذلك من المحتمل أن تكون جميع السيناريوهات الحالية خاطئة في معظم التفاصيل. في هذه الحالة ، ما يهم هو جودة الخطاب ، وفي هذا الصدد ، ستكون الورقة الحالية مفيدة لأي باحث مهتم بالمشكلة.

رد المؤلفين

لقد قدرنا بشدة تعليقات المراجع ونقد ردنا على الأقسام الثلاثة التالية:

I. حول الصلة العامة لبيانات aptamers RNA الملزمة لـ aa بمشكلة أصل الكود الجيني

تمامًا مثل نقطة التفرد في أصل الكون وتطوره ، فإن البداية الفعلية للحياة ثنائية اللغة (مع الأحماض النووية والبروتينات والشفرة الجينية بينهما) كانت ، وربما ستظل دائمًا غامضة. في مثل هذا الوضع "اللاأدري" (في معنى هكسلي) ، فإن إحدى المساعي الفكرية القليلة جدًا التي يمكن للمنظر قبولها على أنها ليست مضاربة ميؤوس منها هي فحصها ، بكل الوسائل التي يمكن تصورها (بما في ذلك في المختبر تجارب مع أptتامرات الحمض النووي الريبي الخاصة بـ aa) ، البديل الحاسم "قفل المفتاح مقابل الحوادث المجمدة". بطبيعة الحال، في المختبر إن اختيار أptتامرات الحمض النووي الريبي (الذي يهدف إلى التعرف بشكل أكثر تحديدًا على حمض أميني معين) له القليل من القواسم المشتركة ، إن وجدت ، مع تشكيل الشفرة الجينية التي حدثت بالفعل في التطور المبكر. على ما يبدو ، تم تطوير الكود الحقيقي تدريجيًا باتباع المخطط الكلاسيكي لتكرار الجينات مع المواصفات اللاحقة ، بغض النظر عما إذا كان قد بدأ بـ "قفل مفتاح" ستيريو كيميائي محدد ، أو "حادث متجمد" حقيقي ، أو ربما شيء بينهما - - أ "مجمدة ستيريو كيميائي حادث "([16] انظر أيضًا [10]). في المقابل ، تبدأ تجارب SELEX من نوع Yarus دائمًا بـ تسلسل RNA عشوائي تمامًا. ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فإن التجاوزات التي يلاحظها المرء في مواقع الحمض النووي الريبي المرتبطة بـ aa - فائض من anticodons المتعارف عليه بشكل عام ، وفائض anticodon (2-3) / codon (1-2) على وجه الخصوص - كلها الأكثر إثارة للإعجاب.

II. المزيد عن الفائض من مضادات الكودونات في مواقع ارتباط aa لأبتامر الحمض النووي الريبي

منطقيًا ، إذا قبلنا أن p-aaRSs يجب أن تكون مسبوقة بـ r-aaRSs ، إذن علينا مواجهة مشكلة التفاعل بين aa معين و r-aaRS المتعارف عليه ، وهذه ، باختصار ، هي مشكلة يضرب بها المثل في أصل الشفرة الجينية. على وجه التحديد ، تظهر مجموعة كاملة من الأسئلة المترابطة ، أهمها (في تقديرنا) هي: (1) هل كان هذا التفاعل عشوائيًا تمامًا ، أو انتقائيًا كيميائيًا مجسمًا (على الأقل ضعيفًا) ، و (2) هل كان لهذا التفاعل أي شيء مشترك مع الترميز الجيني الحقيقي؟

إن التشابه بين مواقع ربط aa في أبتاميرات RNA المختارة بشكل مستقل لحمض أميني معين يلقي بظلال من الشك على العشوائية. علاوة على ذلك ، فإن الزيادة الكبيرة في مضادات الكودونات المماثلة داخل هذه المواقع تقوي فرضية التفضيل الكيميائي المجسم الأساسي. تعتبر بيانات RNA aptamer مقنعة إحصائيًا في هذا الصدد (انظر أيضًا التحليل التفصيلي في [12]) ، والسؤال الذي قد يطرحه المرء هو بالأحرى كيف يمكن تفسير هذا المستوى اللافت من الأهمية بأي وسيلة أخرى؟

في السابق ، صاغ أحدنا (ES) هذا على وجه التحديد: المنطق يملي فرضية التفاعلات المباشرة بين RNA والأحماض الأمينية في حياة RNP الناشئة ، لكن مواقع الربط المقابلة قد لا يكون لها أي علاقة مع الثلاثة توائم المتشابهين الحاليين [9]. في هذه الحالة ، كان من الممكن أن تكون ثلاثة توائم كودون / أنتيكودون رمزًا تشغيليًا مبكرًا من نوع ما (بمعنى أنها كانت ستكون رمزية / تقليدية ، وليست أيقونية). بعد ذلك ، بالطبع ، يجب أن نكون قادرين على إثبات أن بعض التسلسلات الأخرى هي روابط محددة. التجارب ، التي تم اقتراحها لأول مرة في [90] ، تُعرف الآن باسم تجارب SELEX من نوع Yarus ، كشفت تحليلاتنا لها عن "غلبة" مضادة للأكودون ، ولذا استنتجنا مبدئيًا أن الترميز المبكر كان ، إذا جاز التعبير ، رمزًا ومضادًا للعصر.

قام اثنان منا (SNR و ASR) ، تمامًا مثل المراجع 1 (ولأسباب مماثلة) ، في البداية أيضًا بإلقاء الضوء على الفرضية الكيميائية المجسمة حتى (1) الكشف عن الكود الفرعي لوضعين من التعرف على الحمض الريبي النووي النقال بواسطة aaRS (الشكل 1B) ، و (2) ملاحظة أن التواجد المتزامن المحير والمعرض للارتباك للكودونات في مواقع ربط aa لأبتاميرات RNA المنفصلة ربما كان مجرد منتج ثانوي للتجول في التحديد الموجه لمضادات الكودون (تمت مناقشته في هذه الورقة) . نشعر أن هذه الملاحظة هي في الواقع أكثر أهمية من مجرد حل اللغز المستمر ولكن السطحي - وهي بالتأكيد تزيد من أهمية بيانات RNA aptamer في سياق مشكلة أصل الشفرة الجينية. من حيث المبدأ ، فإن تكامل الكودونات والمضادات الكودونات يعني أنه لا يوجد فرق سواء كان الأول أو الأخير هو الذي سيسود في مواقع ربط aa لـ RNAs. ومع ذلك ، فإن حقيقة أنه في الواقع الأخير (ونحن لا نقدم دليلاً واحداً بل العديد من الأدلة المستقلة لدعم انتشار anticodon) يخبرنا الكثير عن اتساق أسبقية anticodons (حسب الأصل) مع الأولوية المنطقية الضرورية لـ الترميز. في واقع الأمر ، من المثير للسخرية أن يطلق على ثلاثة توائم aa-cognate في mRNAs اسم "codons" (مما يضمن تسمية مكملاتها في tRNAs بـ "anticodons").بالمعنى الدقيق للكلمة ، سيكون من المنطقي قلب المصطلحات - إذا ظهرت مضادات الكودونات أولاً ، مثل التوائم الثلاثة الخاصة بـ aa في ريبوزيمات حياة RNA البدائية (ربما قبل فترة طويلة من تجنيد الأحماض الأمينية للترجمة) ، فهي تستحق أن تكون المسماة "codons". وبالتالي ، فإن ثلاثة توائم في mRNAs ستصبح "anticodons" (وبالتالي تعكس أصلها كنسخ مكملة من ثلاثة توائم محددة aa).

ثالثا. على الأحماض الأمينية البدائية ، الكود التشغيلي والرمز الفرعي لطريقتين من التعرف على الحمض الريبي النووي النقال بواسطة r-aaRSs المفترضة

من المفترض أن تكون Aminoacylation لجزيء tRNA من جانبين ، كبير وصغير من البستان (الشكل 1C) سمة قديمة جدًا للحياة. من خلال التحويل التكميلي لجدول الشفرة الجينية (الشكل 1 ب) ، كشفنا عن نمط "يين-يانغ" الداخلي (رمز فرعي من الأنواع) الذي يقلل من أخطاء التعرف على الحمض النووي الريبي بواسطة r-aaRS المفترضة للأحماض الأمينية المشفرة التكميلية [19 ، 36]. تشير هذه الشفرة الفرعية إلى أسبقية مضادات الكودونات في أصل الشفرة الجينية ، ولكن بالنسبة لأبسط الأحماض الأمينية ("البدائية"؟) مثل Ala و Gly ، فإن التعرف على الحمض النووي الريبي الأولي الخاص بها بواسطة r-aRSs المفترض قد يكون أكثر قبولًا من anticodon -مستهدف ، أي مرتبط بالكود التشغيلي القديم بدلاً من الرمز الكلاسيكي (انظر [20] للحصول على تفاصيل هذا "التناقض" الظاهري). الأهم من ذلك ، أننا نؤكد أنه في الواقع لا يوجد "تناقض" هنا ، وأنه بشكل عام ، من المرجح أن الشيفرة البدائية لم يكن لها علاقة بالترجمة ، إن وجدت (ولكن ، بالطبع ، ليس بالترميز في حد ذاته). على العكس تمامًا ، في سلسلة من الأوراق [18-20 ، 35 ، 36] تابعنا الفكرة (وقمنا بتوحيد البيانات لدعم إظهار) أن (1) الكود الأولي كان يعمل بالفعل (ويعمل فقط) ، ولكن مع ذلك (2) هذان الرمزان - الكود التشغيلي للـ tRNA aminoacylation الذي يتجسد في الغالب في الجذع المستقبِل [25 ، 26] والرمز الكلاسيكي المرتبط بمضادات الشفرات التي تقرأ الخلايا من خلالها mRNAs أثناء الترجمة - ربما كان لهما سلف مشترك تم تنفيذه بواسطة الريبوزيمات. –20 ، 35 ، 36]. إذا كان الأمر كذلك ، فإن النتائج التجريبية الكلاسيكية للأمينات المحددة المناسبة للـ tRNAs مقطوعة إلى حلزون صغير أو حتى ميكرو [25 ، 26] و في المختبر إن اختيار أبتامرات الحمض النووي الريبي الخاصة بـ aa [12] يكمل بعضها البعض بدلاً من استبعادها - والتي تعد واحدة من الأفكار المهيمنة في هذه الورقة.

بقدر ما يتعلق الأمر بـ Ala أو Gly أو أي أحماض أمينية بدائية أخرى (يُفترض) ، في هذا الوقت لسنا على علم بأي تقارير تؤكد عدم وجود فائض (أو نقص) في مضادات الكودونات (الكودونات) المتعارف عليها في مواقع ربط aa للحمض النووي الريبي aptamers ، بل بالأحرى الاختيار الناجح لمثل هذه aptamers RNA على الإطلاق. وبالتالي ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان هذا الفائض موجودًا في الواقع أكثر من المحاولات التجريبية الأكثر دقة مع اختيار أبتاميرات RNA لمثل هذه الأحماض الأمينية سيكون موضع ترحيب كبير.

تقرير المراجع 2

وينتاو ما ، كلية علوم الحياة ، جامعة ووهان ، جمهورية الصين الشعبية ، رشحه يورجن بروسيوس.

تعليقات المراجع

أصل الشفرة الجينية ونظام الترجمة مشكلة (أو مشكلتان مرتبطتان) مليئة بالخلافات. والسبب هو أن نظام الترجمة معقد للغاية ومبدأ الترميز غير واضح (على سبيل المثال ، ليس واضحًا لأن آلية الاقتران الأساسي تطورت في تكرار الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، أو توليفهما المترابط). وفقًا لمبدأ الاستمرارية الداروينية (أي "التطور ليس له بعد نظر") [7] ، فإن ظهور النظام المعقد ، بما في ذلك مكوناته بالإضافة إلى مبدأ الترميز ، يجب أن يتضمن عددًا لا بأس به من الخطوات الوسيطة. هذه المخطوطة ، باتباع فكرة فرضية سابقة (CCH، Coding Coenzyme Handles [9]) ، أكدت (بدليل جديد) أن مبدأ الترميز كان يجب أن يظهر قبل الترجمة. هذه الفكرة لها ميزتها الجوهرية لشرح أصل مبدأ الترميز مع الأخذ في الاعتبار أن "التطور ليس له بعد نظر". جاء الدليل بشكل أساسي من تحليل مفصل للبيانات المحدثة في تجارب RNA aa-aptamers [12]. بشكل عام ، الحجة معقولة ، ولكن ، في رأيي ، تحتاج بعض الاستنتاجات أو التأكيدات التفصيلية إلى فحص أكثر حذراً.

استنادًا إلى تحليل بيانات الأبتامر لثلاثة أحماض أمينية تحتوي على كل من مضادات الكودونات والكودونات الخاصة بها ، أكد المؤلفون بشكل معقول أن مثل هذه الحالات يجب أن ترتبط بالنيوكليوتيدات المتناظرة. جنبًا إلى جنب مع بيانات الأحماض الأمينية الأخرى في [12] وأيضًا الأدلة الحديثة في [31 ، 33] ، من المعقول أيضًا استنتاج أن مضادات الكودونات ، وليس الكودونات ، غالبًا ما يتم تمثيلها بشكل مفرط في مواقع ربط aa ، وذلك في في بعض الحالات ، "قد تتبع الكودونات ببساطة anticodons (مثل hitch hikers)" هذا الاستنتاج "مرحب به" من قبل النظرية الفراغية الكيميائية حول أصل الكود الجيني ، مع الأخذ في الاعتبار العبارة السابقة ، "يتم تمثيل كل من anticodons والكودونات بشكل مفرط في a- مواقع التجليد "غامضة ويصعب شرحها [7].

"بالنسبة للأحماض الأمينية المشفرة بواسطة ثلاثة توائم تحتوي على ثنائي النوكليوتيد-المتناظر ، فإن مواقع الارتباط الخاصة بها في أبتاميرات RNA" تفضل "نماذج الكودون (1-2) / anticodon (2-3) على الكودون (2-3) / anticodon (1- 2) تلك على الرغم من تناسقها المثالي ظاهريًا ". يبدو أيضًا أن هذا الاستنتاج تدعمه البيانات الواردة في [12]. في الواقع ، يمكن تفسير الموقف لأن النيوكليوتيدات 1-2 من الكودون تساهم بشكل أكبر في خصوصية التفاعل ، أو أن النيوكليوتيدات 2-3 من anticodon تساهم بشكل أكبر في خصوصية التفاعل. بعد ذلك ، يمكن قبول التفسير الأخير مع الأخذ في الاعتبار الاستنتاج أعلاه بأنه قد يكون anticodons هو الذي يرتبط فعليًا بالأحماض الأمينية المتشابهة. وبالتالي ، يمكن صياغة تأكيد جديد ومثير للاهتمام ، أقوى من ذلك في فرضية CCH ، على أنه "انحلال المركز الأول في anticodons (الموضع الثالث في الكودونات" المستقبلية ") يبدو أيضًا أنه نشأ قبل الترجمة". في هذا السياق ، من الجذاب أيضًا أن نعزو "حقيقة أن الكودون الثالث أكثر تدهورًا من الترميز الأول لمضاد الشفرات" إلى سبب ظهور مضادات الكودونات قبل الكودونات ، والتي ستُستخدم فقط في نظام الترجمة "المستقبلي".

"الشكل 5'-CGCG-3 'له أهمية خاصة (الشكل 2) ، لأنه يمكن للمرء رؤيته بطريقتين: CGC هو كودون (1-2) لـ CG palindrome ، وفي الوقت نفسه ، هو أيضًا كودون (2-3) بالنسبة لـ GC المتناظرة. يمكن اعتبار أنتيكودون GCG المتداخل ، بدوره ، يمكن اعتباره (2-3) أو (1-2) واحد لـ CG و GC ، على التوالي. "

أعتقد أن هذا الوصف به بعض المشاكل. يجب أن يكون الشكل المقابل 5'-GCGC-3 'عندما يكون CGC رمزًا (1-2) و GCG مضاد كودون (2-3) لـ CG palindrome ، بينما يجب أن يكون الشكل المقابل 5'-CGCG-3' عند CGC هو كودون (2-3) و GCG مضاد كودون (1-2) للكروم المتناظر GC.

"هذا الغموض محفوف بالارتباك فيما يتعلق بالترميز. لذلك ، فإن حقيقة أن مواقع ربط Arg لا تحتوي على نموذج 5'-CGCG-3 'على الإطلاق ، على عكس الأشكال الثلاثة المذكورة أعلاه للكودون (1). -2) / نوع anticodon (2-3). تصبح هذه الحقيقة أكثر وضوحًا إذا أخذنا في الاعتبار وجود 5'-CGCG-3 'خارج مواقع ربط aa ([12]: انظر ، في قائمة Arg ، الحالات 17 و F2e و F2f و F2U) ".

الآن بما أن aptamers ليس لها علاقة بالترجمة ، فكيف يأتي الغموض في الترميز؟ من الصعب فهم المنطق. قد يكون الشيء الحقيقي هو أن الشكل 5'-CGCG-3 'هو تمثيل للكودون (2-3) / anticodon (1-2) ، وبالتالي لا يظهر. إذا كان الأمر كذلك ، فيجب أن يكون الشكل المعاكس بشكل مباشر 5'-GCGC-3 '(كما ذكرت أعلاه) ، والذي يجب أن يكون وفيرًا. ومع ذلك ، لا يظهر التحليل أو التعليق على 5'-GCGC-3 'في المخطوطة.

رد المؤلفين

وجدنا تعليقات المراجع ونقده قاطعة بشكل خاص ، تتم مناقشة المسألتين الرئيسيتين أدناه.

بادئ ذي بدء ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار أنه بالنسبة للأرجينين ، فإن هذه الكتل الرباعية ، 5'-CGCG-3 'و 5'-GCGC-3' ، كلاهما كودون (2-3) / anticodon (1-2) نسبة إلى GC متناظرة و ، في وقت واحد ، كلاهما كودون (1-2) / أنتيكودون (2-3) بالنسبة إلى متناظرة CG ، والفرق الوحيد هو ثنائي النوكليوتيد الذي يتداخل معه anticodon GCG و codon CGC - GC في 5'-CGCG -3 'حالة ، و CG في علبة 5'-GCGC-3'. وفقًا لذلك ، إذا كان anticodon GCG عبارة عن محرك ، وكان GC palindrome قيد الدراسة ، فإن رباعي الكود المقابل الذي يحتوي على كودون Arg هو 5'-CGCG-3 '(و 5'-CGCG-3' فقط). على العكس من ذلك ، إذا كان anticodon GCG هو سائق مرة أخرى ، ولكن CG متناظر هو قيد الدراسة ، فإن الكتل الرباعية المقابلة هي 5'-GCGN-3 '، بما فيها 5'-GCGC-3 '.

الأهم من ذلك ، أن CG في موضعين أو اثنين من الكودون (2-3 مواضع من anticodon) هو الذي يحدد بالفعل Arg ، في حين أن GC في 2-3 مواضع من الكودون (موضعان أو اثنان من anticodon) غير ذي صلة (تحديد Ala) . وبالتالي يبدو أن كودون CGC قد يكون مصحوبًا "رسميًا" (كمتجول عقبة) مضاد GCG في 5'-CGCG-3 'عبر ثنائي النوكليوتيد GC غير المرتبط بـ Arg ، ولهذا السبب تحديدًا اخترنا عن عمد ركز وصفنا على 5'-CGCG-3 '. النتيجة - غياب هذا النموذج في مواقع ربط Arg - تتحدث عن نفسها. بشكل ملحوظ ، في مواقع ربط Ile التي تم تحديدها بشكل مستقل ، لا نرى أيضًا (وربما للسبب نفسه بالضبط) الرباعي 5'-AUAU-3 'الذي من المفترض أن يدفع anticodon UAU الكودون AUA كمتجول عقبة ولكن عبر Ile المركزي - متناظر UA ذي صلة (في المخطوطة ، نؤكد هذه الحقيقة بعد وصف حالة الأرجينين).

وغني عن القول ، لقد قمنا منذ البداية بفحص جميع رباعي الأرجل ذات الصلة بـ Arg بما في ذلك تلك ، التي كان من المفترض أن يكون anticodon GCG سائقًا. كانت النتائج (1) زائدة عن 5'-GCGG-3 'و (2) الغياب التام من بين جميع الآخرين ، بما في ذلك 5'-GCGC-3 '. مرة أخرى ، يمكن للمرء أن يرى نفس النمط تمامًا في مواقع الربط Ile مع anticodon UAU كسائق: زيادة كبيرة في 5'-UAUU-3 'وغياب كامل لجميع الآخرين ، بما في ذلك 5'-UAUA-3' ( الشكل 9).

مقارنة بين رباعيات الترميز ذات التمثيل الزائد والغائبة في مواقع الربط Arg- و Ile- و Tyr لأبتامرات RNA "selexed". يعد 3'-CGCC-5 'مشكوكًا فيه باعتباره نموذجًا ترميزًا محتملاً لموقع ربط Ala المفترض. تم تسطير Anticodons. لا يمكن الخلط بين الكواكب الرباعية "الصفراء" و "الخضراء" التكميلية (على عكس تلك "الزرقاء" المكملة ذاتيًا).

علاوة على ذلك ، فإن UAU anticodon من Ile هو كودون لـ Tyr. ومع ذلك ، فإن هذا الأخير لا يتم تمثيله بشكل كبير في مواقع محددة Tyr من أبتامرات الحمض النووي الريبي. بشكل متماثل ، فإن AUA عبارة عن مجموعة ثلاثية ممثلة بشكل كبير ، مثل anticodon ، في مواقع ربط Tyr ولكن ليس ، ككودون ، في مواقع Ile الملزمة. وهكذا ، يبدو أن يمنع ترميز ثلاثة توائم في مواقع ربط Ile الالتباس مع Tyr (و والعكس صحيح) كما لو أن الحمض النووي الريبي (RNAs) الذي تم اختياره لتقارب مباشر مع حمض أميني معين قد تمت حمايته بالفعل من الارتباك مع شريكه المشفر التكميلي. هذا أمر مثير للدهشة ، لأنه لم يتم اختيار أptتامرات الحمض النووي الريبي على وجه التحديد لتجنب الأحماض الأمينية غير المتشابهة. لقد قررنا معالجة هذه المشكلة بطريقة أكثر دقة في مكان آخر (Szathmáry و Rodin ، قيد الإعداد) ومع ذلك ، أدت ملاحظات المراجع إلى استعادة الفقرة الأصلية من المخطوطة هنا ، في المناقشة الحالية.

تُظهر مواقع ربط Tyr تمثيلاً زائداً لخصائص 5'-RAUA-3 'المميزة (مع AUA anticodon): 5'-GAUA-3' و 5'-AAUA-3 '، وهو مكمل دقيق للخاصية 5'- شكل UAUU-3 '(مع UAU anticodon) الذي يحدث تمثيلا زائدا في مواقع ربط Ile (انظر الشكل 3 و [12]). تتفق هذه الحقيقة مع فرضيتنا الخاصة ببدائل r-aaRS الأقدم التي كانت مكملة لبعضها البعض [18-20]. الأهم ، لا يمكن الخلط بين رباعيات الترميز هذه ، 5'-UAUU-3 'و 5'-AAUA-3'. على النقيض من ذلك ، فإن الكودات الرباعية الترميزية (في r-aaRSs المفترضة) المكونة من anticodon و codon التكميليين ، هي في الواقع عرضة للارتباك لمجرد أن أي رباعي مثل هذا هو متناظر متكامل ذاتيًا مثاليًا. على سبيل المثال ، تشكل Ile's anticodon UAU و AUA المكمل لها متناظر 5'-UAUA-3 '، الصورة التكميلية لها ، مرة أخرى ، 5'-UAUA-3'. ينطبق الشيء نفسه على التيروزين وكذلك أرجينين وألانين المشفرة بشكل مكمل. في مثل هذه الحالات ، قد يكون لدى r-aaRSs التكميليان نفس مواقع الترميز aa تقريبًا ، مما يؤدي إلى مخاطر عالية من aminoacylation الخطأ - وفقًا لذلك ، كان من الممكن اختيارهما ضدهما.

من الواضح أن التدفق المنطقي الصحيح يجب أن يكون معكوسًا: اختيار التقارب المجسم لحمض أميني معين (على سبيل المثال ، Ile) إلى قليل النيوكليوتيدات التي تحتوي على هذا aa-cognate anticodon UAU ضمن 5'-UAUU-3 'tetramer يستلزم تلقائيًا الاختيار لوجود AUA ضمن 5'-AAUA-3 'في التسلسل التكميلي الذي يفضله Tyr - الشريك التكميلي لـ Ile في الكود الجيني الحقيقي. بالطبع ، من غير المحتمل أن يكون للتشكيل الفعلي للشفرة الجينية الكثير من القواسم المشتركة مع هذا في المختبر اختيار متعدد الخطوات لأبتامرات الحمض النووي الريبي في كل مرة يبدأ بتسلسل عشوائي (انظر استجابتنا للمراجع 1). لذلك ، فإن اكتشاف هذه الكتل الرباعية التكميلية و "غير القابلة للخلط" ، 5'-UAUU-3 'و 5'-AAUA-3' (وعلى العكس من ذلك ، الغياب التام لـ "المربك" 5'-UAUA-3 'و 5'-AUAU-3') داخل مواقع ربط Ile و Tyr لـ تم اختياره بشكل مستقل الحمض النووي الريبي هو أكثر أهمية. في هذا الوقت ، لا نقترح أي تفسير ميكانيكي لهذه النتيجة المفاجئة إلى حد ما ، لكنه يوضح لنا أنه ربما كانت هناك بالفعل متطلبات هيكلية معينة لطريقتين تكميليتين للتعرف على الحمض النووي الريبي بواسطة aaRSs ، أولاً الريبوزيمات ثم الإنزيمات. علاوة على ذلك ، تدعم هذه النتيجة بشكل غير مباشر ، في رأينا ، فرضيتين أساسيتين: (1) أن التقارب المجسم الأساسي لعب دورًا أساسيًا في أصل الكود الجيني ، و (2) أن حتى قبل الترجمة قد تكون الأحماض الأمينية قد شاركت في الترميز بواسطة أزواج مكملة بدلاً من واحد تلو الآخر. يقترح ما ورد أعلاه على الفور فكرة بسيطة نسبيًا للتحكم في تجربة selex - لاستخدام كل من تسلسل RNA الموجب والناقص في اختيار aptamers RNA الملزمة لـ aa ، بحيث يسهل اختيار موقع ربط aa واحد شروط البدء لاختيار شركائه التكميليين .

على حد علمنا ، لم تكن هناك تقارير عن اختيار ناجح لـ RNA aptamers لـ Ala ، الشريك التكميلي لـ Arg (لأسباب محتملة انظر [20] ، النص الرئيسي وردنا على المراجع 1) ، في حين أن البيانات المتاحة عن Ile- و تتوافق مواقع ربط Tyr مع هذه الفرضية. علاوة على ذلك ، كما يمكن للمرء أن يرى في الشكل 9 ، من خلال استبدال C لـ A و G لـ U ، فإننا ننتقل (1) من CG المتناظر ثنائي النوكليوتيد CG المشفر إلى Ile-coding AU المتناظر ثنائي النوكليوتيد ، (2) من 5 شكل '-GCGG-3' ، تم تمثيله بشكل كبير في مواقع ربط Arg ، إلى الشكل 5'-UAUU-3 '، والموجود بشكل كبير في مواقع ربط Ile ، و (3) من 5'-GCGC-3' ، وهو غائب تمامًا في مواقع ربط Arg بـ 5'-UAUA-3 '، وهي غائبة تمامًا في مواقع ربط Ile. يمكن الحصول على نفس النتيجة بالانتقال من Ile إلى Arg ، أي باستبدال A لـ C و U لـ G. نعتقد أن هذا التوازي المذهل بين أشكال الترميز للأحماض الأمينية المختلفة مثل Arg و Ile يرسل لنا رسالة مهمة حول الأصول من الشفرة الجينية. على وجه الخصوص ، إذا أثبتت التجارب من نوع Yarus في المستقبل للألانين نجاحها ، فلن نتفاجأ بشكل خاص بالعثور على نموذج 5'-CCGC-3 '(مع anticodon CGC) في Ala- مواقع الربط لأبتاميرات الحمض النووي الريبي.

أخيرًا ، يجب أن نعترف بأننا بدورنا لا نفهم تمامًا حيرة المراجع المعبر عنها في "الآن بما أن aptamers ليس لها علاقة بالترجمة ، فكيف يأتي الغموض في الترميز؟" يتمثل جوهر تقريرنا في أن أصل نظام الترميز ليس بالضرورة أن يكون مرتبطًا بالترجمة. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الترميز سبق الترجمة ، فإننا لا نحتاج (وبالتالي نتجنب الوقوع في الفخ الضمني لـ) تطور البصيرة. كما أن خطر التخصيص الغامض لـ anticodon-to-aa ، رغم أنه كان في الأصل ذو أهمية حاسمة للتشفير البدائي في عالم RNA ، كان أقل أهمية ، إن وجد ، للترجمة التي تطورت على الأرجح لاحقًا. في عالم RNA ، قد تكون أخطاء aminoacylation RNA خطيرة بما يكفي ليتم اختيارها ضدها. في الختام ، تظل هذه مهمة ذات أولوية عالية في جدول أعمالنا - لمعرفة أي مكون من غموض الترميز الجيني تم تقليله قبل (وخارج) ، وأي - بعد (وبالتعاون مع) تطوير آلات الترجمة.

تعليقات المراجع

"حرفياً: 3 + 4 = 7 ، 4 + 7 = 11 ، 7 + 11 = 18 ، 11 + 18 = 29 ، 18 + 29 = 47 ، وأخيراً 29 + 47 = 76!" يبدو أن هذه مصادفة. لا تستند العملية التكرارية التي تشبه فيبوناتشي في نموذج نمو الحمض الريبي النووي النقال (الشكل 5) إلى شرح لعلاقة الهيكل والوظيفة. على سبيل المثال ، لماذا يجب أن تنمو الحمض النووي الريبي بهذه الطريقة؟ أو ما هي القوة الدافعة للنمو؟ بدون شرح تفصيلي لهذه الخطوات الوسيطة ، لن يتم تقديم النموذج بطريقة تتفق مع مبدأ الاستمرارية الداروينية.

في الواقع ، هناك الكثير من التفسيرات الأخرى التي تستند إلى أعمال المؤلفين السابقة والتي تبدو إشكالية لأنه لا يوجد اعتبار لتلك الخطوات الوسيطة التي تتضمن أصل نظام الترجمة ، على سبيل المثال ، تلك المتعلقة بـ r-aaRSs والتشغيلية. الشفرة. يجب أن تكون r-aaRSs ("المنفذون") عبارة عن مجموعة من جزيئات RNA الوظيفية بالإضافة إلى مجموعة tRNAs ("المحولات"). إذا كان يجب أن تكون موجودة ، فما هو المصدر الأصلي لجزيئات الحمض النووي الريبي هذه قبل تجنيدها في نظام الترجمة؟ بالإضافة إلى ذلك ، كيف ينبغي أن يكون هيكلها لتنفيذ وظيفتها؟ وبالمثل ، فإن تلك التفسيرات المتعلقة بالكود التشغيلي غامضة أيضًا. إذا كان يجب أن يعمل الكود التشغيلي بالفعل في عالم الحمض النووي الريبي ، وحدث قبل ظهور الحلقة المضادة للشفرات ، فما هي الميزة التي ستدفع إلى الظهور اللاحق للحلقة المضادة للشفرات؟ حول هذه النقاط ، لا أقصد أن الأحداث المعنية مستحيلة ، بل أميل إلى الموافقة على وجهة نظر كونين ونوفوزيلوف ("أصل وتطور الشفرة الوراثية: اللغز الأحادي" Iubmb Life 2009 ، 61: 99-111 ) ، وبالتحديد ، "من المحتمل أن يكون الفهم الحقيقي لأصل الكود وتطوره ممكنًا فقط بالاقتران مع سيناريو موثوق لتطور مبدأ الترميز نفسه ونظام الترجمة". يبدو أن المناقشة الموسعة في المخطوطة الحالية حول هذه الأحداث تعطي القراء انطباعًا بأن هناك الكثير من الافتراضات دون تفسير مفصل يعتمد بقوة على سيناريو وفقًا لمبدأ الاستمرارية الداروينية. ربما يكون الخيار الأفضل للمخطوطة هو تركيز مناقشتها على مخططاتها الرسمية المذكورة أعلاه ، وتوسيع المناقشة قليلاً فقط للقضايا المتعلقة بعمل المؤلفين السابق على r-aaRSs ، والكود التشغيلي وغيرها.

رد المؤلفين

نحن بالتأكيد على دراية بمشكلة الترجمة ، ونحن لا (في هذا الوقت ، على أي حال) ندعي المطالبة بالحل الكامل والشامل - بدلاً من ذلك ، نقترح عددًا من الأدلة لهذا الغرض.

بقدر ما يتعلق الأمر بالمزايا الوسيطة الممكنة في تطور الكود التشغيلي ، و r-aaRSs المفترضة ، و tRNAs ، نشعر أن المراجع ، من الناحية المجازية ، قد يطلب الكثير - وليس فقط من السيناريو المقترح ، ولكن من مجال البحث عن أصل الكود الجيني بشكل عام. بالانتقال إلى تفاصيل مصادفة التكرار الشبيه بفيبوناتشي ، نود أن نتطرق بإيجاز إلى الجانبين التاليين:

أولاً ، تشير الدورية الداخلية لتسلسلات الحمض النووي الريبي (tRNA) وبعض الاعتبارات الأخرى للعديد من الباحثين إلى أن سلائف الحمض النووي الريبي كانت في البداية أقصر كثيرًا (لماذا قد تكون أطول؟) ، لكنها نمت بعد ذلك. إذا كان الأمر كذلك ، فإن الأسئلة المهمة التالية تثار: (1) كيف يمكن تحقيق نفس البنية في الجزيئات النامية في نفس الوقت؟ و (2) كيف يمكن لهذا النمو أن يعكس مبدأ الاستمرارية التطورية ، حيث ترث المرحلة التالية الوظائف المفيدة المكتسبة في المرحلة السابقة؟ بالنسبة إلى (1) ، نوضح كيف يمكن أن يكون هذا ممكنًا تمامًا ، وبالنسبة (2) نثبت أن عملية النمو التكراري الشبيه بفيبوناتشي تناسب مبدأ الاستمرارية (على الأقل ظاهريًا). لقول الحقيقة ، لم يكن المثال الآخر لتطبيق النسبة الذهبية في الطبيعة هو الذي جذب انتباهنا بشكل خاص ، بل فكرة النمو المنتظم والمنسق للترميز الأولي ثلاثي ورباعي النيوكليوتيدات "نحو" واحد ونفس ورقة البرسيم الأخيرة ، وهي عملية جذابة تتفق مع مبدأ الاستمرارية.

ثانيًا ، عند دراسة التطور ab simpleecioribus ad complexiora، وغني عن القول ، من أجل جعل أي سيناريو تطوري متدرج عمليًا ، يجب على المرء أن يفكر في الدافع "الدارويني" لكل خطوة. التشكيل التدريجي لمهايئات الشفرة في ورقة البرسيم tRNA النهائية ليس استثناءً ، ومع ذلك ، يمكننا فقط تخمين العوامل المحددة في عالم RNA "المتأخر" (مع ظهور الترجمة بالفعل) التي يمكن أن تقود هذه العملية. ومع ذلك ، فإن جزيء الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) هو حقًا جزيء "لجميع الفصول" [91] - كان من الممكن أن يكون لديه العديد من الفرص للقيام بذلك. نحن نعتبر هذه المسألة جديرة بمعالجة شاملة ، وستتم مناقشتها في مكان آخر (Szathmáry و Rodin ، قيد الإعداد).

تقرير المراجع 3

أنتوني بول ، جامعة ستوكهولم ، ستوكهولم ، السويد

تعليقات المراجع

هذه الورقة عبارة عن قطعة رائعة من العمل الاستقصائي الذي يجمع في نفس الوقت العديد من الملاحظات والنظريات المنفصلة حول أصل الشفرة الوراثية و tRNAs. لم أجد شيئًا هنا يتطلب تعليقًا أو توضيحًا جوهريًا ، بخلاف القول إنها قراءة ممتعة تمامًا - غذاء حقيقي للفكر. يعد تحليل نتائج مواقع ارتباط الأحماض الأمينية في أبتاميرات الحمض النووي الريبي المختبر دقيقًا ، والنموذج المستوحى من عملية فيبوناتشي لتطور الحمض النووي الريبي (tRNAs) هو حقًا ثاقب ومثير للتفكير. ربما تكون إحدى النقاط الأكثر إثارة للاهتمام في هذه العملية هي أنها تنتج نموذجًا متدرجًا دقيقًا للغاية حيث يمكن أن تتقارب الحمض الريبي النووي النقال بشكل مستقل عن أبتامرات الحمض النووي الريبي القصيرة غير ذات الصلة التي تربط الأحماض الأمينية بطول مشترك (وهيكل) ، وتحتوي في النهاية على كل من الرموز التشغيلية والجينية.

رد المؤلفين

نحن ممتنون جدًا للمراجع 3 على هذه الصياغة المشجعة والموجزة والدقيقة في الوقت نفسه لما شرعنا بالفعل في تحقيقه عند كتابة المخطوطة.


شاهد الفيديو: الترجمة (أغسطس 2022).