راسپینا

پس از وقفه‌ای طولانی بعد از این پست، می‌خوام برم سراغ یکی دیگر از بخش‌های به شدت جذاب ژنتیک که وقتی اولین بار باهاش مواجه شدم، به شدت تعجبم رو برانگیخت!

خب قبلش دوباره این توضیح رو بدم که اینا از مباحث اولیه‌ی ژنتیکه و حتی احتمالا برای بچه‌های رشته‌ی تجربی تو سوم دبیرستان هم خیلی مباحث معمولی باشه. اما من به عنوان کسی که چند ساله بود فقط با ریاضی و الگوریتم سر و کله زده‌بودم، وقتی متوجه شدم یه رفتار الگوریتم مانند، هر لحظه توی تک‌تک سلولام داره اتفاق میفته، بسی شگفت‌زده شدم!

حالا بریم سراغ اصل مطلب!

عرضم به خدمت‌تون که فکر می‌کنید چرا یه موجود زنده زنده‌س؟

واکنش‌های شیمیایی، تو خیلی از محیط‌ها رخ میدن. از جمله توی سلول‌های ما. اما تفاوت ما با موجوات غیر زنده اینه که توی سول‌های ما، اکثر این واکنش‌ها حالت برگشت‌پذیر دارن و این باعث میشه یه سری اتفاق به صورت پیوسته داخل سلول‌های ما بیفته و ما زنده باشیم! در واقع برخلاف باقی سیستم‌ها که واکنش‌های شیمیایی باعث ایجاد بی‌نظمی در اون‌ها میشه، توی موجودات زنده،سلسله  واکنش‌هایی رخ میده که نظم رو به هم نمی‌زنه و این باعث میشه سلول‌ها به عنوان کوچکترین واحد‌های حیات، پایدار باقی بمونن. بخش خوبی از کنترل این واکنش‌ها به عهده‌ی پروتئین‌هاست.

پروتئین‌ها البته نقش‌های خیلی زیاد دیگه‌ای هم توی بدن ما دارن. مثلا پروتئین‌های ساختاری، یا پروتئین‌هایی که داخل خون اکسیژن حمل می‌کنن، یا پروتئین‌هایی که تو خودشون انرژی ذخیره می‌کنن و ...

حالا که با نقش پروتئین‌ها در بدن آشنا شدید، حالا بیاید ببینیم پروتئین‌ها اصلا از کجا میان؟ بله، شامپو تخم‌مرغ صحت هم پروتئین داره، درسته. ولی دو دیقه صبر کنید ببینید من چی می‌خوام بگم!

به غیر از پروتئین‌هایی که از خودن انواع مختلف گوشت و حبوبات و شامپو تخم‌مرغ صحت(!) و ... دریافت می‌کنیم، یه تعداد خوبی از پروتئین‌ها توی بدن خود ما ساخته میشن. چطوری؟ این طوری که طی یه فرایندهایی، DNA ما خونده میشه و تبدیل به RNA میشه. بعد از روی این RNA، پروتئین‌ها ساخته میشن. هدف اصلی من تو این پست همینه که به طور خلاصه این فرایند رو توضیح بدم.

فکر نکنید زمان‌هایی که سلول داره تقسیم نمیشه (!)، بی‌کاره! دقیقا توی اون زمان‌هاست که واکنش‌های پیچیده‌ای که گفتم توش اتفاق میفته. یکی از کلیدی‌ترین این واکنش‌ها هم تولید پروتئینه.

همون طور که قبلا هم گفتم و احتمالا خودتون هم می‌دونید، ما توی هر کدوم از سلول‌هامون، یه مولکول بزرگ به اسم DNA داریم که از به هم پیوستن تعداد خیلی زیادی از ۴ نوع مولکول مختلف ایجاد شده. این ۴ نوع مولکول اسامی‌شون هست A, C,G و T.

DNA شامل تمامی اطلاعات ژنتیکی ما هست. یعنی DNA هست که تعیین می‌کنه استعداد چاقی داریم یا نه، قدمون کوتاهه یا بلند، چشم‌هامون چه رنگیه، در مقابل انواع بیماری مقاوم هستیم یا نه، اگه کرونا بگیریم، خفیف می‌گیریم یا شدید و ... چطور این کار رو می‌کنه؟ با کمک پروتئین‌ها! DNA در واقع تعیین می‌کنه که داخل هر سلول چه پروتئینی و به چه میزان تولید بشه و همین تفاوت پروتئین‌ها هر سلوله که سلول‌ها رو از هم متفاوت می‌کنه و مثلا یکی میشه سلول قلب و یکی دیگه میشه سلول پوست و .... اینم یه تصویر از DNA :

اما فرایند ساخته‌شدن پروتئین از روی DNA این‌ جوریه که اول از روی بخش‌هایی از DNA مولکول‌هایی به اسم RNA ساخته میشه (البته نوع خاصی از RNA به اسم mRNA). دقت کنید که ما نمی‌خوایم DNA مون طی واکنش آسیبی ببینه یا تغییری بکنه. بنابراین خودش رو مستقیم واردهیچ واکنشی نمی‌کنیم. اول از روش RNA می‌سازیم، بعد هر بلایی که لازمه رو سر RNA میاریم.

مثلا همین پروتئین‌هایی که قراره بسازیم، از روی یه جاهای خاصی از DNA ساخته میشن. موقع ساختن mRNA از روی DNA ، ما یه سری بخش‌ها رو حذف می‌کنیم و در نتیجه طول mRNA از DNA کوتاه‌تره و فقط شامل بخش‌هایی میشه که قراره پروتئین رو تولید کنن و خب بعد از تولید mRNA ، تا دفعه‌ی بعدی که بخوایم پروتئین تولید کنیم، دیگه کاری با خود DNA نداریم.

از نظر مولکول‌های تشکیل‌دهنده هم این دو تا خیلی مشابه هم هستن. DNA از ۴ نوع مولکول A،C،G،T ساخته میشه و RNA از ۴ نوع مولکول .U،C،G،A انگار که mRNA همون DNA هست که علاوه بر این که یه بخشاییش حذف شده، حرف T ش هم تبدیل شده به U

خب! این عکس در واقع یه جورایی نشون میده که من تا الان چی گفتم:

بالای تصویر DNA هست که طی فرایند‌هایی یه بخشایی ازش حذف میشه و پایین تصویر هم نوع خاصی از RNA (یا همون mRNA) رو می‌بینید که قرار از روش پروتئین تولید کنیم.

RNA  انواع مختلفی داره که کارهای متفاوتی انجام میدن. اما از روی یک نوع خاصش پرتئین ساخته میشه.یه فرق دیگه‌ای که RNA با DNA داره هم اینه که RNA بر خلاف DNA تک‌رشته‌ای هست و اون حالت نردبون مانند رو نداره.

خب... حالا می‌رسیم به اون بخش جذاب ماجرا!

انواع مختلفی از پروتئین در طبیعت وجود داره که این پروتئین‌ها از به هم چسبیدن واحدهایی به اسم آمینواسید درست میشن وما قادریم ۲۰ نوع آمینواسید رو توی بدن خودمون بسازیم. حالا می‌خوایم با این ۲۰ نوع آمینواسید، انواع مختلف پروتئین رو تولید کنیم. یه جورایی انگار آمینواسید‌ها حروف الفبا هستن و هر پروتئین هم یه کلمه یا جمله‌س.

این که این کلمات رو چطور بسازیم، در واقع همون چیزیه که DNA یا تو این مرحله RNA، به ما میگه. اصلا به این مرحله میگن ترجمه! می‌خوایم اون RNA ای که ساختیم رو ترجمه کنیم به پروتئین. اگه بخوام ساده‌تر بگم، یه دستگاه داریم که روی این رشته‌ی RNA جلو میره و اونو می‌خونه و مطابق چیزی که خونده، میگه چه کلمه‌ای رو به جمله‌مون اضافه کنیم. یا در واقع چه آمینواسیدی رو بچسبونیم به پروتئین‌مون. حالا چطور این کارو بکنیم؟

یه رشته‌ی تشکیل شده از ۴ نوع مختلف مولکول داریم و می‌خوایم رشته‌های پروتئینی درست کنیم که از ۲۰ نوع مختلف مولکول یا در واقع ۲۰ نوع آمینواسید درست شده باشن. یا در واقع می‌خوایم از زبونی که ۴ تا حرف بیشتر نداره، یه جمله رو به زبونی ترجمه کنیم که ۲۰ تا حرف داره. اگه به ازای هر حرف تو زبون اول، یه حرف تو زبون دوم در نظر بگیریم، ترجمه‌مون درست نیست. چون از ۱۶ تا حرف زبون دوم استفاده نکردیم. چه راه حلی براش پیشنهاد میدید؟

بیاید به جای این که RNA مون رو یه حرف یه حرف بخونیم، اونو سه تا سه تا بخونیم و بریم جلو. با یه محاسبه‌ی ساده‌ی ترکیبیاتی متوجه میشید که این‌طوری ۶۴ تا حالت مختلف پیش میاد. یه عبارت ۳ حرفی داریم که هر حرفش ۴ تا حالت می‌تونه داشته‌باشه و ۴ به توان ۳ میشه ۶۴.

سلول‌‌های ما هم همین کارو انجام میدن! RNA رو سه‌ حرف سه حرف می‌خونن و به ازای هر ۳ حرف، یه آمینواسید به پروتئینی که داره تولید میشه، می‌چسبونن. شاید بگید که خب این‌جوری داریم یه زبونی که ۶۴ تا حرف داره رو به یه زبونی که ۲۰ تا حرف داره ترجمه می‌کنیم! که خب باید بگم بله، اما بعضی از این ۶۴ تا حرف، به آمینواسید‌های یکسانی ترجمه میشن.

این جدول رو ببینید:

این جدول نشون میده که هر سه حرفی از RNA به چه پروتئینی ترجمه میشن.

شاید اون ۴ تا سه حرفی‌ای که جلوشون Met و stop نوشته‌شده، توجه‌تون رو جلب کرده باشه. خب، باید بگم که اونا مشخص می‌کنن که فرایند ترجمه از کجا شروع بشه و به کجا ختم بشه.

این شکل رو ببینید:

این دقیقا اون دستگاهی هست که بهتون گفتم کار ترجمه رو انجام میده. این دستگاه به RNA متصل میشه و حروف RNA رو سه‌تا سه تا می‌خونه و روی اون جلو میره و رشته‌های پروتئینی رو تولید می‌کنه. این دستگاه به RNA متصل میشه، حروف RNA رو سه تا سه تا می‌خونه تا به AUG برسه. وقتی به AUG رسید، یه اسیدآمینه‌ی Met یا «متیونین» برمی‌داره و شروع می‌کنه به تولید پروتئین. یعنی تا AUG رو نبینه، چیزی تولید نمی‌کنه. بعد از دیدن AUG هم اون قدر جلو میره تا به یکی از اون سه حرفی‌های stop برسه. اونجا دیگه فرایند ترجمه رو تموم می‌کنه. و تادا! پروتئین ما تولید شد!

و این جوری از RNA رسیدیم به رشته‌ی پروتئینی که هم زمان با تولید، بر اساس ساختارش یه جاهاییش تا میشه و می‌پیچه تو هم و ...

+ امیدوارم تونسته باشم یه چیزایی بگم:)) فرایند تولید پروتئین فرایند پیچیده‌ای و به شدت کلیدی‌ای محسوب میشه که تلاش کردم تا حد امکان اونو ساده توضیح بدم.

+ توی پست بعدی از این سری پست‌ها(!) انشاالله میرم سراغ جهش و تاثیری که روی تولید پروتئین‌ها داره. و البته نوع خاصی از جهش که برای پروژه‌ی خودم مهمه:))