همه صفات و ویژگی های یک موجود زنده، برآمده از DNA آن موجود است. اما چطور یک مولکول DNA می تواند باعث بروز صفات شود؟ آیا تنها مولکول DNA برای این کار کافی است؟

برای بررسی صفات یک موجود و پاسخ به این سوال که این صفت از کجا آمده باید به درون هسته سلول رفت. واحدهایی به نام نوکلئوتید وجود دارند که شامل یک قند پنج کربنه که در DNA از نوع ریبوز و در RNA، دئوکسی ربیوز است، یک گروه فسفات و یکی از پنج باز آلی تیمین (T)، سیتوزین (C)، گوانین(G)، آدنین(A) و یوراسیل(U) می باشد. باز تیمین در DNA و یوراسیل در RNA دیده می شود. بقیه بازها در این دو مولکول مشترک اند.

در این دو مولکول وراثتی یعنی RNA و DNA، توالی هایی از نوکئوتیدها کنار هم قرار می گیرند و واحدهایی به نام ژن تشکیل می شوند. این ژن ها، هر کدام به تنهایی باعث بروز صفتی خاص در موجودات زنده می شوند. اما چگونه؟

سلول، دارای نظمی شگفت انگیز است. هر کدام از اجزای یک سلول، از یک مولکول اکسیژن تا اندامکی مانند میتوکندری در تعاملی پایدار در کنار هم قرار گرفته اند و در نتیجه این تعامل و میانکنش ها، سلول ها به عنوان کوچکترین واحد حیات عمل می کنند. در اکثر سلول ها، ماده وراثتی، از نوع DNA است و ژن ها در کنار هم این مولکول را می سازند. اما DNA در هسته سلول وجود دارد و از طرفی وظیفه ایفای نقش های عملکردی مستقیم به عهده پروتئین هاست؛ پس چگونه ژنی که در DNA وجود دارد می تواند باعث بروز صفات شود؟

دو فرایند رونویسی و ترجمه، DNA را به پروتئین تبدیل می کنند. در رونویسی DNA به RNA تبدیل می شود. در این مرحله آنزیم های رونویسی کننده دو رشته DNA را از هم جدا می کنند و از روی هر کدام یک رشته RNA تشکیل می شود. در سلول سه نوع اصلی RNA وجود دارد. RNA که از روی DNA رونویسی می شود، mRNA یا messenger RNA می گویند. این mRNA در هسته شکل می گیرد و از منافذ پوشش هسته به سیتوپلاسم می رود. در آن جا ساختارهایی به نام ریبوزوم که از نوعی دیگر RNA ها یعنی rRNA یا ribosomal RNA و پروتئین های ریبوزومی تشکیل شده اند، mRNA را وارد فرایندی به نام ترجمه می کنند چرا که در این مرحله زبان نوکلئوتیدی RNA به زبان آمینواسیدی یک زنجیره آمینواسیدی تبدیل می شود.

در قسمت بعد به فرایند ترجمه و مراحل پروتئین سازی می پردازیم.

یک ریبوزوم از دو قسمت تشکیل شده؛ قسمت بزرگ و کوچک. هر کدام از این زیرواحدها از یک یا دو rRNA و تعدادی پروتئین ریبوزومی تشکیل شده است. علاوه بر mRNA و rRNA،‌ نوعی دیگر از RNA ها به نام tRNA وجود دارد که در فرایند ترجمه دخیل است.

یک mRNA از تعداد زیادی نوکلئوتید تشکیل شده است. هر سه نوکلئوتید در کنار هم یک کدون را ایجاد می کنند. کدون ها همان زبان نوکلئوتیدی هستند که قرار است به زبان آمینواسیدی یک پروتئین ترجمه شود. در مجموع ۶۴ کدون وجود دارد که در فرایند ترجمه، باعث ساخت ۲۰ آمینواسید می شوند.

وقتی فرایند ترجمه هنوز آغاز نشده، زیرواحد کوچک و زیرواحد بزرگ ریبوزوم از هم جدا هستند. هنگامی که mRNA به سیتوپلاسم وارد می¬شود، قسمت کوچک به mRNA و سپس به زیرواحد بزرگ متصل می¬شود و به این ترتیب ساختار mRNA و ریبوزوم برای آغاز فرایند ترجمه کامل می شود. در کنار این سه ساختار، tRNA هم با اتصال به آمینواسیدهای آزاد موجود در سیتوسل و انتقال آن ها به ریبوزوم، فرایند ترجمه را آغاز می کند. هر tRNA حاوی یک آنتی کدون است که از لحاظ ساختاری به کدون مربوط در mRNA متصل می شود. در هر مرحله از ترجمه یک آمینواسید توسط tRNA به ریبوزوم آورده می شود و طی فرایندهایی زنجیره آمینواسیدی پروتئین کامل شده و فرایند ترجمه خاتمه می یابد. زنجیره پلی پپتیدی که توسط فرایند ترجمه شکل می گیرد، ساختار نهایی پروتئین نیست، بلکه این زنجیره باید شکل فضایی خاصی پیدا کند تا بتواند وظیفه و عملکرد خود را انجام دهد. به فرایندی که در آن پروتئین، شکل فضایی خود را پیدا می کند، تاخوردگی پروتئین یا protein folding می گویند. تاخوردگی پروتئین ها همزمان با با فرایند ترجمه صورت می پذیرد؛ یعنی به محض این که بخشی از زنجیره پلی پپتیدی از ریبوزوم بیرون آمد، عواملی که باعث تاخوردن پروتئین می شوند، این فرایند را انجام می دهند. البته پس از پایان ترجمه هم تغییراتی بر روی پروتئین ها شکل می گیرد که به آن تغییرات پس از ترجمه یا post translational modifications گویند و به این ترتیب راهی که با رونویسی از روی DNA آغاز شده بود با تشکیل کامل ساختار سه بعدی پروتئین به پایان می رسد.

هر پروتئین در یک ارگانیسم مسئول انجام کاری است. از بال زدن پروانه تا دویدن یوزپلنگ به دنبال شکار و حتی زنده ماندن برخی آرکی باکترها در دمای ۸۰ درجه به لطف عملکرد مطلوب پروتئین هاست. اما اگر به هر دلیلی یک پروتئین، دچار اشکال در عملکرد شود هم مشکلات فراوانی را می تواند به دنبال داشته باشد که منشا همان بیماری های ژنتیکی است!
در هفته های آتی به بررسی اجمالی بیماری¬هایی می پردازیم که نقص در عملکرد یک ژن و به تبع آن پروتئین مربوطه اش، چه مشکلات و دردهایی را می تواند برای ما ایجاد کند.