تركيب وتنظيم الجين Gene Structure and Regulation

قسم الباحثون الجينات من حيث الوظيفة الى ثلاثة انواع وهي :

1.  Regulator genes وهي الجنيات المنظمة لعمل عديد من الجينات الاخرى والتي يطلق عليها اسم الجينات العاملة او الفاعلة.
2.  Operator genes وهي الجينات العاملة التي تقوم بدور عامل التليفون عليها الجينات التركيبية Structural genes.
3. Structural genes  وهي الجينات المسؤولة عن التركيب الخاص بالبروتينات او بروتين الانزيم.

ولقد افترض ان تنظيم نشاط الجين يكون عن طريق الجينات العاملة او الفاعلة Regulator genes  حيث يتحكم بفتح وقفل عدد من الجينات التركيبية structural genes والمسئولة عن افراز انزيمات معينة تؤدي تفاعلات بايوكيميائية معينة في سلسلة من التفاعلات ينتج عنها في النهاية ظاهرة فسيولوجية معينة . ويتم ذلك بان يقوم الجين المنظم لعمل عديد من الجينات الاخرى بإفراز مثبط لعمل Operator genes ويطلق على هذا المثبط اسم القامع او الكابح. ويفترض ان هذا المثبط Repressor عبارة عن بروتينيات تقوم بمنع الجين العامل او الفاعل من اتاحة الفرصة لا نزيم بلمرة الحامض النووي RNA من العمل وبالتالي لا يؤدي وظيفته. واقتراح ان ذلك يتم بطريقتين؛ الاولى هي ان المثبط ينتج دون قدرة على التثبيط الا في وجود منشط Effector وعند وجوده يقوم بالالتصاق بمنطقة Operator فيمنع انزيم بلمرة الحامض النووي RNA من نسخ DNA وبالتالي  لا تتم الرسالة. وان الالية الثانية للكابح تتم عن طريق تثبيطه بمادة ذات وزن جزيء منخفض Effector والتي تلغى قدرة الكابح على العمل وبالتالي يصبح Operator genes حر تاركا الجينات التركيبية Structural genes قادرة على العمل من خلال اصدارها الاوامر الخاصة بتكوين البروتين وهي الحامض النووي mRNA وبالتالي لإنتاج انزيمات متخصصة لإتمام تفاعلات معينة وظهور ظاهرة فسيولوجية او صفة او تميز خلوي او تكشف خلايا او انسجة معينة (شكل 1).

شكل 1 : تنظيم عمل الجين

وهناك نظرية تفترض ان البروتين القاعدي المعروف بالهستون والذي يحتوي على نسبة كبيرة في تركيبه على الحمضين الامينين الارجنين والليسين والموجود بالكروموسومات يعمل كمادة مثبطة لفصل المادة الوراثية إذا ما اتحد بها وبذلك ينظم فعلها من المراحل الجنينية وحتى الموت. ويسبق منطقة العامل Operator منطقة تسمى بمنطقة المستبدئ او المحفز Promoter وهي التي تحدد لأنزيم بلمرة الحامض النووي mRNA من أين يبدأ العمل؟

إذن الجين Gene هو جزء من DNA وهي بمثابة الحبات في المسبحة، وللجينات لغة تخاطب بها الخلية حيث تنقل اليها رسائل تقرأها الخلية فتفذ ما فيها من تعليمات واوامر في بدقة متناهية، فلغة الجينات تتألف من اربع حروف هي A،C،T،G السابق ذكرها، اما كلماتها فتتألف من ثلاث حروف فقط من تلك الحروف الاربعة ولتلك اللغة شفرات لكي تفهمها الخلية كعلامات الترقيم والفواصل بمعنى ابدا من هنا، توقف هنا. كما ان بعض الشفرات تعمل كأقواس بين الجمل ليست لها اهمية تسمى الانترونات Introns. وبعض اجزاء من DNA تعمل كمنظم لعمل الجين تعرف بالجينات المنظمة كما سبق ذكره. وتلك هي السيمفونية الربانية التي تعزفها الخلية لتقوم بوظائفها التي حددها الله في صورة هذا التسلسل والتتابع الدقيق للنيوكليتيدات فيما يعرف بالحامض النووي DNA. وترسل النواة رسالة الى الخلية تسمى رسالة الحامض النووي RNA ليتم ترجمتها على المصنع الصغير المسمى بالرايبوسوم Ribosome فيتكون بذلك بروتيناً معينا. يتكون هذا البروتين من تتابع للأحماض الامينية حيث تتباين كيميائيا تباينا واسعا نتيجة تكونها من عشرين حمض اميني يجعل هذا التباين ممكنا ويتم بناء العدد الهائل من البروتينات داخل الخلية بأوامرها التي ترسلها مع الرسول وبذلك يتكون الحمض الاميني الصحيح في المكان الصحيح لينتهي الامر بصناعة البروتين الذي يقوم بعضة بدور بنائي في الخلية والبعض الاخر له دور تنظيمي أي يقوم بتنظيم سير التفاعلات الحيوية داخل الخلية. والبروتينات هي الوحدات المكونة للأنزيمات والتي تشبه الكمشة حيث تستطيع ربط المركبات الكيميائية معا او تجدلها معا او تفككها من بعضها ويتم ذلك بدقة متناهية. والبروتينات هي التي تصنع الغشاء المحيط بالخلية كما تصنع الابواب التي تسمح بدخول المركبات اليها او خروجها منها من خلال اتحادها مع المركبات الداخلة او الخارجة وتحور فيها حتى يمكنها الدخول او الخروج حتى الكائنات الممرضة كالبكتيريا فان الانزيمات التي اسنانها التي تقوم بتمزيق مكونات الخلية وتحليلها الى مواد ابسط لامتصاصها والتغذية عليها. ومن هنا يمكن القول ان الشفرة الوراثية هي ترتيب النيوكليوتيدات Nucleotides (والتي سوف يتم التطرق اليها فيما بعد) في جزئ الحامض الامينية في سلسلة عديد الببتيد الذي يكون بروتينا ما. وكان معروف في بداية تفكير العلماء عن الشفرة الوراثية ان عدد الاحماض الامينية الموجودة في الطبيعة عشرون حمضا وعدد القواعد النيتروجينية الداخلة في تركيب جميع النيوكليوتيدات اربعة هم ادينين (A)، جوانين (G) سيتوسين (C)، ثامين (T)، وللحصول على لغة وراثية سليمة لابد من ان تشكل حروف هذه اللغة (القواعد النيتروجينية الأربعة) عشرين كلمة (الاحماض الامينية)، وبالتالي الكلمة الوراثية (الحمض الأميني) أما ان يتكون من حرف او حرفين او ثلاثة احرف او اكثر ومنطقي استحالة تكون الكلمة الوراثية من حرف واحد (قاعدة نيتروجينية واحدة) لان معنى ذلك ان عدد الاحماض الامينية هو اربعة فقط وهذا مناف للقواعد حيث ان عددهم هو عشرون ولو كانت اللغة ثنائية الحروف 4² =16 حمض اميني وهو اقل من العدد المطلوب (شكل 2). اذن الشفرة الوراثية تتكون من ثلاثة حروف 4³ =64 حمض اميني أي اكثر من العدد الموجود فعلا من الاحماض الامينية، وبالرغم من ذلك فان هذا العدد رغم انه يزيد عن العدد الفعلي للأحماض الامينية الا انه يعتبر اصغر مجال نظري لكلمة شفرة.

شكل 2 : الأحماض الامينية الموجودة في الطبيعة

ففي عام 1965م عندما تم التوصل الى الشفرة الخاصة بكل حمض اميني والتي يطلق عليها اسم كودونات Codons تأكد بعد ذلك ان هناك اكثر من شفرة لكل حمض اميني. ايضا هناك كودونات توقف الية بناء البروتين. كما ان هناك كودون بداية، أي يعطي الاشارة للنقطة التي يبدأ عندها بداية الية جديدة لصنع بروتين جديد. ومما اظهرته الدراسات على الشفرة الوراثية انها عامة او كونية بمعنى ان الاحماض الامينية في الكائنات الحية لها نفس الشفرة فمثلا الحامض الاميني الكليسين في جميع الكائنات الحية يتواجد بشفرته المعروفة GGU, GGC, GGA. ويتم توزيع الجينات على الكروموسوم بشكل مقنن وليس عشوائياً وهذا التحديد يتم بواسطة المسافات الفاصلة بين الجينات على الكروموسوم.

المصادر:

عبيده ، علي ابراهيم علي و محمود ، احمد عبد الفتاح .اساسيات التقنية الحيوية . كلية الزراعة جامعة الاسكندرية .