اصطناع البروتين الحيوي Protein biosynthesis

تخليق البروتين الحيوي

تخليق البروتين الحيوي (أو اصطناع البروتين الحيوي ) Protein biosynthesis (Synthesis) هي العملية الحيوية التي تقوم بها الخلية بتصنيع السلاسل الببتيدية و وصلها مع بعضها لتشكيل البروتينات اعتبارا من الحموض الأمينية . يستخدم المصطلح احيانا للإشارة فقط إلى عملية ترجمةالبروتينات لكنها غالبا تستخدم للإشارة لكامل عملية تصنيع البروتينات بدءا من تخليق الحموض الأمينية و النسخ من ثم الترجمة الجينيةللرنا المرسال إلى عملية تشكيل الببتيدات و ربطها . و بالرغم من التشابهات في عملية تخليق البروتين بين كافة الكائنات إلا أننا نجد بعض الفوارق و الاختلافات بين حقيقيات النوى و طلائعيات النوى .

ولمعرفه عمليه التخليق الحيوي للبروتين يجب معرفه بعض اهم المواد او الموكونات الرئيسيه في هذه العلمليه البايولوجيه الصرفه

السلاسل الببتيديه

حمض أميني

اصطناع البروتين الحيوي Protein biosynthesis 300px-AminoAcidball.svg

اصطناع البروتين الحيوي Protein biosynthesis Magnify-clip

البنية الكيميائية لحمض أميني في الكربون ألفا، لاحظ جذر الأمين [size=9]NH2 إلى اليسار و جذر الكربوكسيل COOH إلى اليمين.

الحمض الأميني أو الحمض النشادري (بالإنجليزية: Amino Acid). الاحماض الامينيه هي "لبنات البناء" الرئيسية لبناء البروتين و الببتبد في الجسم. يمكن ملاحظتها بسهولة بعد هضم البروتين. ثمانيه أساسية مهمة جدا (لا يمكن للجسم البشري أن يصنعها بنفسه) و الباقي غير اساسية (يمكن صنعها داخل الجسم البشري، بشرط التغذية السليمة). بالرغم من قدرة الجسم على تصنيع الأحماض غير الأساسية ، إلا أنه و في بعض الأحيان يتوجب أخذ مكملات للأحماض غير الأساسية لضمان توفر الكميه المثلى في الجسم. البعض يضيف قسما ثالثا هو شبه-أساسية ، حيث يقوم الجسم بتصنيع عذه الأحماض و لكن بكميات محدودة.
اضافة إلى بناء الخلايا واصلاح الانسجه ، الاحماض الامينيه تشكل مادة البناء الرئيسية للاجسام المضاده لمكافحة غزو البكتريا والفيروسات، و هي تشكل جزءا أساسيا من نظام الانزيمات و الهرمونات؛ وهي تبني البروتينات النووية ، رنا (الحَمْضُ النَّوَوِيِّ الرِّيبِي) و دنا (الحَمْضُ الرِّيْبِيُّ النَّوَوِي المَنْزُوع الأوكسِجين) . كما تقوم الأحماض الأمينية بدور رئيسي بحمل الاوكسجين إلى انحاء الجسم المختلفة ، وهي مكون أساسي للنشاط العضلي .
نظريا يوجد 64 نوع منها، فالدنا تبنى من 4 روامز هي A ، C ، G ، T و تبنى الأحماض عادة بتركيب عدة روامز ، مثل GCA, GCC, GCG . لكن المتوفر في إجسام الكائنات الحية هي أقل من ذلك، ما بين 20 إلى 26 نوع من الأحماض الأمينية. مع ملاحظة أن الكثير منها يتشكل باكثر من ثلاث روامز و قد تصل إلى 6 و البعض منها مكون فقط من رامز واحد.
الحمض الأميني هو أحد مركبات عضوية تحمل نوعين من الجذور الكيميائية، وهي جذر أميني (نشادري) [1] NH2 − و جذر هيدروكسيل COOH متحدتين مع ذرة كربون مرتبطة بدورها بسلسلة عضوية جانبية Side chain R تكون مختلفة من حمض أميني إلى آخر. تعتبر الحموض الأمينية وحدة التركيب الأساسية للبروتينات في الكائنات الحية.
ترقم ذرات الكربون عادة بالأحرف الإغريقية، و تنتمي الحموض الأمينية المكونة للبروتينات إلى فئة ألفا α-Amino Acids وذلك لأن جذري الأمين و الهيدروكسيل يرتبطان بذرة الكربون الأولى في السلسلة. وتوجد كذلك حموض أمينية أحيائية من فئة بيتا مثل البيتا-ألانين β-Alanine و أخرى من فئة جاما مثل حمض الجاما-بيتيريك γ-Aminobutyric acid أو GABA. و رغم وجود عدد كبير من الحموض الألفا-الأمينية في الطبيعة إلا أن السلاسل البروتينية لا تحتوي سوى 20 نوعا منها فقط. وتضطلع الحموض الأمينية بمهام أخرى كلعبها دور نواقل عصبية و مواد أولية لبعض الهرمونات أو كمصدر للطاقة. و تتوفر أيضا مجموعة من الحموض الأمينية المخلقة(المصطنعة) كيميائيا و لها عديد الاستعملات في مجال الصناعة الكيميائية و الصيدلية و الغذائية.

البروتين

البروتين أو الهَيُولِين أو الآحين مركب عضوي معقّد التركيب ذو وزن جزيئي عالٍ يتكون من حموض أمينية مرتبطة مع بعضها بواسطة رابطة ببتيدية. البروتين ضروري في تركيب ووظيفة كلّ الخلايا الحية وحتى الفيروسات.

اصطناع البروتين الحيوي Protein biosynthesis 250px-Arginase-1CEV

العديد من البروتينات تشكل الانزيمات أَو وحدات بروتينية تدخل في تركيب الإنزيماتِ. كما يقوم البروتين بأدوار أخرى الهيكليةِ أَو الميكانيكيةِ، مثل تلك تشكيل الدعامات و المفاصل ضمن الهيكل الخلوي. تلعب البروتينات مهام حيوية اخرى فهي عضو مهم في الإستجابة المناعية و في تخزين و نقل الجزيئات الحيوية كما تشكل مصدرا للحموض الأمينية بالنسبة للكائنات التي لا تستطيع تشكيل هذه الحموض الأمينية بنفسها .
البروتينات أيضا واحدة من الجزيئات الضخمة الحيوية إلى جانب عديدات السكريدات و الدسم و الأحماض النووية، وهذه الجريئات الضخمة الحيوية تشكل بمجموعها مكونات المادة الحية الأساسية .

علميه الترجمة

في علم الوراثة : الترجمة هي المرحلة الثانية في عملية الاصطناع الحيوي للبروتين (و التي تشكل جزءا من عملية التعبير الجيني ) . في هذه المرحلة يتم فك تشفير المعلومات الواردة عن طريق الرنا المرسال لإنتاج السلسلة الببتيدية المطلوبة حسب قواعد الشفرة الجينية genetic code (و هي التي تحدد مقابل كل ثلاثية نيكليوتيدية في الدنا أو الرنا من الحموض الأمينية العشرين التي تدخل في تركيب البروتينات). مرحلة الترجمة تعقب مرحلة النسخ الوراثي و تتالي هاتين العمليتين يؤمن نقل المعلومات الوراثية الموجودة في مورثات دنا النواة لتشكيل البروتينات و السلاسل الببتيدية حسب هذه المعلومات بوساطة الرنا المرسال

حقيقيات النوى

حقيقيات النوى Eukaryote هي مجموعة الكائنات الحية ذات بنية خلوية معقدة ، تتميز بأن المادة الجينية (genetic material) فيها تكون محصورة ضمن النواة المغلفة بغشاء. تضم حقيقيات النوى : النباتات و الحيوانات و الفطور - وهي بشكل عام متعددة الخلايا - إضافة إلى بعض الأنواع المصنفة كالأوليات protista (العديد منها يكون وحيد الخلية).
شفرة جينية

الشفرة الجينية أو الشفرة الوراثية عبارة عن مجموعة قواعد تمكننا من تحويل التسلسل الدناوي DNA sequences إلى بروتينات عن طريق مقابلة كل ثلاثية نيكليوتيدية (كودون) بحمض أميني من الحموض العشرين التي تشكل بروتينات الخلايا الحية . تقريبا جميع الخلايا الحية لجميع الأنواع الحية تستخدم الشفرة الجينية ذاتها مما يدعو لتسميتها بالشفرة الجينية القياسية standard genetic code مع أن بعض الأنواع القليلة تقوم شفرة جينية ذات اختلافات طفيفية جدا .

كودون

الكودون (بالإنجليزية: Codon) هو عبارة عن الشيفرة الثلاثية التي يتم بواسطتها بناء سلسلة من الببتيدات (وحدة البناء الأساسية في البروتينات). تتكون وحدة الكودون من تسلل لثلاثة قواعد نيتروجينية لحمض الرايبوز النووي المرسال أو (الرنا المرسال). أي تسلسل معين يؤدي إلى تشفير حمض أميني محددة. و بما أنه توجد أربعة قواعد نيتروجينية في الرنا و أي كودون يتكون من 3 قواعد، فعدد الكودونات المحتملة هو 4 مرفوع للقوة 3 = 64 كودون.

الكودونات المشفرة للأحماض الأمينية. يبين الجدول التسلسل الخاص لتشفير جميع الأحماض النووية.القاعدة الثانيةUCAGالقاعدة الأولىUUUU (Phe/F)Phenylalanine
UUC (Phe/F)Phenylalanine
UUA (Leu/L)Leucine
UUG (Leu/L)Leucine

UCU (Ser/S)Serine
UCC (Ser/S)Serine
UCA (Ser/S)Serine
UCG (Ser/S)Serine

UAU (Tyr/Y)Tyrosine
UAC (Tyr/Y)Tyrosine
UAA Ochre (Stop)
UAG Amber (Stop)

UGU (Cys/C)Cysteine
UGC (Cys/C)Cysteine
UGA Opal (Stop)
UGG (Trp/W)Tryptophan

CCUU (Leu/L)Leucine
CUC (Leu/L)Leucine
CUA (Leu/L)Leucine
CUG (Leu/L)Leucine

CCU (Pro/P)Proline
CCC (Pro/P)Proline
CCA (Pro/P)Proline
CCG (Pro/P)Proline

CAU (His/H)Histidine
CAC (His/H)Histidine
CAA (Gln/Q)Glutamine
CAG (Gln/Q)Glutamine

CGU (Arg/R)Arginine
CGC (Arg/R)Arginine
CGA (Arg/R)Arginine
CGG (Arg/R)Arginine

AAUU (Ile/I)Isoleucine
AUC (Ile/I)Isoleucine
AUA (Ile/I)Isoleucine
AUG (Met/M)Methionine

ACU (Thr/T)Threonine
ACC (Thr/T)Threonine
ACA (Thr/T)Threonine
ACG (Thr/T)Threonine

AAU (Asn/N)Asparagine
AAC (Asn/N)Asparagine
AAA (Lys/K)Lysine
AAG (Lys/K)Lysine

AGU (Ser/S)Serine
AGC (Ser/S)Serine
AGA (Arg/R)Arginine
AGG (Arg/R)Arginine

GGUU (Val/V)Valine
GUC (Val/V)Valine
GUA (Val/V)Valine
GUG (Val/V)Valine

GCU (Ala/A)Alanine
GCC (Ala/A)Alanine
GCA (Ala/A)Alanine
GCG (Ala/A)Alanine

GAU (Asp/D)Aspartic acid
GAC (Asp/D)Aspartic acid
GAA (Glu/E)Glutamic acid
GAG (Glu/E)Glutamic acid

GGU (Gly/G)Glycine
GGC (Gly/G)Glycine
GGA (Gly/G)Glycine
GGG (Gly/G)Glycine