الهدف
بنهاية هذا الدرس، يكون الطالب قادرًا على المقارنة بين تركيب RNA و DNA، وتحديد أنواع RNA الثلاثة ووظيفة كل منها، وشرح مفهوم الشفرة الوراثية.
شرح الدرس
بعد التعرف على DNA بوصفه المادة الوراثية (المدروس في الدروس السابقة من هذا الباب)، يتناول هذا الدرس الحمض النووي RNA، الذي يعمل كوسيط ضروري بين المعلومة المخزنة في DNA وعملية تصنيع البروتين الفعلية (موضوع الدرس التالي).
يختلف RNA عن DNA في ثلاث نقاط جوهرية: يتكون RNA من شريط واحد فقط (وليس حلزونًا مزدوجًا)، ويحتوي على سكر الريبوز (وليس ديوكسي ريبوز)، ويحتوي على قاعدة اليوراسيل (U) بدلًا من الثايمين (T) — وترتبط اليوراسيل مع الأدينين بنفس منطق الاقتران التكاملي المدروس سابقًا.
يوجد ثلاثة أنواع رئيسية من RNA، كل منها بدور متخصص في عملية تخليق البروتين: الرنا الرسول (mRNA) (ينقل نسخة من المعلومة الوراثية من DNA في النواة إلى موقع تخليق البروتين، ويحمل الشفرة الفعلية)، الرنا الناقل (tRNA) (ينقل الأحماض الأمينية الحرة إلى موقع التخليق ويضيفها بالترتيب الصحيح)، والرنا الريبوسومي (rRNA) (يدخل في تركيب الريبوسومات نفسها، موقع تخليق البروتين).
تُقرأ المعلومة على mRNA في وحدات مكونة من ثلاث قواعد نيتروجينية متتالية، تسمى كل منها كودون، ويُشفّر كل كودون لحمض أميني واحد محدد (أو لإشارة بدء أو إنهاء التخليق) — وهذا النظام يُعرف بـالشفرة الوراثية. الشفرة الوراثية عالمية تقريبًا، أي أن نفس الكودون يشفّر لنفس الحمض الأميني في جميع الكائنات الحية تقريبًا، من البكتيريا إلى الإنسان — وهو دليل قوي على وحدة الأصل التطوري لجميع الكائنات الحية.
أسئلة تدريبية
1. باحث يفحص جزيء RNA ويحاول تحديد نوعه بناءً على وظيفته: ينقل نسخة من المعلومة الوراثية من DNA في النواة إلى موقع تخليق البروتين. أي نوع من RNA هذا؟
عرض الإجابة
الرنا الرسول (mRNA).
2. باحثة تفحص جزيء RNA يحمل حمضًا أمينيًا معينًا وينقله إلى موقع تخليق البروتين ليضيفه بالترتيب الصحيح. أي نوع من RNA هذا؟
عرض الإجابة
الرنا الناقل (tRNA).
3. طالب يقارن بين DNA وRNA من ناحية عدد الشرائط. ما الفرق بينهما؟
عرض الإجابة
RNA يتكون من شريط واحد فقط، بينما DNA يتكون من شريطين (حلزون مزدوج).
4. باحث يحلل تسلسل RNA ويجد قاعدة نيتروجينية غير موجودة في DNA على الإطلاق. ما اسم هذه القاعدة، وأي قاعدة في DNA تحل محلها؟
عرض الإجابة
اليوراسيل (U)، وهي تحل محل الثايمين (T) الموجود في DNA.
5. باحثة تفحص كودونًا معينًا على mRNA وتجد أنه يتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية متتالية تُشفّر لحمض أميني واحد محدد. ما اسم النظام الذي يربط بين هذا الكودون والحمض الأميني؟
عرض الإجابة
الشفرة الوراثية.
6. باحث يحلل خلايا من كائن بكتيري وكائن بشري، ويجد أن نفس الكودون يُشفّر لنفس الحمض الأميني في كليهما. ماذا يدل هذا التشابه على مستوى الكائنات المختلفة تمامًا؟
عرض الإجابة
يدل على أن الشفرة الوراثية عالمية تقريبًا، وهو دليل قوي على وحدة الأصل التطوري لجميع الكائنات الحية.
7. طالب يسأل: “لماذا لا يمكن أن يدخل الرنا الريبوسومي (rRNA) في تركيب الميتوكوندريا بدلًا من الريبوسومات؟” (بافتراض خطأ في الافتراض) – ما الوظيفة الصحيحة لـ rRNA؟
عرض الإجابة
يدخل rRNA في تركيب الريبوسومات نفسها، موقع تخليق البروتين، وليس في تركيب الميتوكوندريا؛ الافتراض في السؤال غير صحيح وظيفيًا.
8. باحثة تفحص خلية تعاني من نقص شديد في الرنا الناقل (tRNA) بسبب طفرة معينة. ما التأثير المتوقع على عملية تخليق البروتين في هذه الخلية؟
عرض الإجابة
تعطل أو ضعف شديد في تخليق البروتين، لأن tRNA هو المسؤول عن نقل الأحماض الأمينية إلى موقع التخليق وإضافتها بالترتيب الصحيح.
9. باحث يدرس سكرًا موجودًا في جزيء RNA، ويقارنه بالسكر الموجود في DNA. ما الفرق بين نوعي السكر في الجزيئين؟
عرض الإجابة
RNA يحتوي على سكر الريبوز، بينما DNA يحتوي على سكر ديوكسي ريبوز.
10. طالب يفحص كودونًا معينًا ويجد أنه لا يُشفّر لأي حمض أميني، بل يُشير إلى نهاية عملية التخليق. ما نوع هذا الكودون؟
عرض الإجابة
كودون إنهاء (إشارة لإنهاء التخليق).
11. باحثة تقارن بين نوعين من الكائنات: أحدهما بكتيريا وحيدة الخلية، والآخر إنسان معقد. تسأل: “هل تختلف قواعد الشفرة الوراثية الأساسية بين هذين الكائنين المختلفين تمامًا؟” ما الإجابة الصحيحة؟
عرض الإجابة
لا، الشفرة الوراثية عالمية تقريبًا، فنفس الكودون يُشفّر لنفس الحمض الأميني في جميع الكائنات الحية تقريبًا، من البكتيريا إلى الإنسان.
12. باحث يفحص جزيء RNA يتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية متتالية بالضبط في كل وحدة قراءة. ما اسم هذه الوحدة، وما الأنواع الثلاثة من RNA التي قد تشارك في العملية المرتبطة بها (تخليق البروتين)؟
عرض الإجابة
الكودون؛ والأنواع الثلاثة المشاركة في تخليق البروتين هي mRNA (يحمل الشفرة)، tRNA (ينقل الأحماض الأمينية)، وrRNA (يدخل في تركيب الريبوسوم).