بقلم : اسراء مصطفي
تأثيرات التعبير الجيني ووظيفة البروتين في تحديد الصفات الظاهرية للكائنات الحية
أوضحنا في المقال السابق بعنوان (الكروموسومات- الحمض النووي- الجينات) أن الجينات هي اجزاء محددة توجد ضمن سلسلة الحمض النووي، تشفر للبروتينات الهيكلية والبروتينات المسؤولة عن العمليات الحيوية داخل الخلايا والانسجة المختلفة في جسم الكائن الحي، وهي المسؤولة ايضاً عن الصفات الظاهرة والخصائص المرئية مثل المظهر الجسدي والسلوك. العلاقة بين الجينات والشكل الظاهري معقدة ومُتأثِرة بعوامل متعددة، أهمها العوامل البيئية والتفاعل بين التركيبة الوراثية وعوامل البيئة التي يتعرض لها الكائن الحي. هذا المقال يوضح الآلية التي يُعبَر بها عن الجينات في الشكل الظاهري على عدة مستويات:
مستوى التعبير الجيني Gene Expression
الخطوة الأولى هي التعبير الجيني، حيث تستخدم المعلومات المشفرة في الجين لتخليق البروتين. مبدأ ال Central Dogma
يُفسِر كيفية انتقال المعلومات الوراثية داخل الخلية وتحويلها إلى بروتينات. يشير هذا المبدأ إلى العمليات الأساسية التي تحدث في الخلية.
النسخ Transcription
عملية نقل المعلومات الوراثية المشفرة في جزيئة الحمض النووي (DNA) إلى جزيئة الحمض النووي الريبوزي (RNA). تعتبر عملية النسخ خطوة أساسية في مبدأ (Central Dogma)، حيث تمثل الخطوة الأولى في تحويل المعلومات الجينية من الـDNA إلى RNA، ومن ثم تُستخدم هذه المعلومات لترجمة إلى بروتينات.
الترجمة Translation
عملية تحويل المعلومات المشفرة في الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى سلسلة من الأحماض الأمينية التي تشكل البروتين. الترجمة تتم عن طريق الريبوسومات، وهي هياكل داخل الخلية تعمل كمصانع البروتين.
مستوى وظيفة البروتين:
البروتينات هي القوى العاملة في الخلية ومسؤولة عن تنفيذ معظم الوظائف الخلوية. يُحدد هيكل ووظيفة البروتين من قبل تسلسله من الأحماض الأمينية، والذي يتم تشفيره بواسطة الجين.
بعض الوظائف التي تقوم بها البروتينات:
وظيفة هيكلية: بعض البروتينات تعمل على بناء ودعم هياكل الخلايا والأنسجة، مثل الكيراتين الذي يشكل الشعر والأظافر والتي تعمل بشكل أساسي كبروتين هيكلي.
وظيفة انزيمية: العديد من البروتينات تكون إنزيمات، وهي بروتينات تسرع سيرالعمليات الكيميائية داخل الخلية، مثل انزيمات هضم الدهون Lipase.
وظيفة نقل: بعض البروتينات تعمل كناقلة للجزيئات الأخرى في الجسم، مثل الهيموغلوبين الذي ينقل الأكسجين في الدم.
وظيفة تحفيزية وتنظيمية: البروتينات يمكن أن تلعب دورًا هامًا في التواصل بين الخلايا وتنظيم العمليات الحيوية، مثل الهرمونات التي ترسل إشارات إلى الخلايا الأخرى لتنظيم الوظائف الجسدية.
وظيفة حماية: بعض البروتينات تلعب دورًا في نظام المناعة، حيث تساعد في محاربة الجراثيم والفيروسات وتنظيم الاستجابة المناعية.
مستوى العمليات الخلوية:
تتفاعل البروتينات مع جزيئات أخرى داخل الخلايا للأنسجة المختلفة لتنفيذ وظائف محددة. يمكن أن تشمل هذه الوظائف الأنشطة الإنزيمية والأدوار الهيكلية والإشارات وغير ذلك. على سبيل المثال، الجين الذي يشفر بروتينًا متورطًا في التصبغ سيؤثرعلى لون الجلد أو الشعر أو العيون للكائن الحي.
التأثيرات على مستوى الكائن الحي:
تجمع التأثيرات المشتركة للتعبير الجيني ووظائف البروتين على مستوى الخلية لتظهر كصفات ملموسة على مستوى الكائن الحي. تتنوع هذه الصفات بين الخصائص الفيزيائية مثل الطول او لون العيون والصفات السلوكية والعرضة للأمراض.
من الجدير بالذكر أن الصفات المظهرية لا تحدد فقط من قبل الوراثة حيث ان العوامل البيئية مثل النظام الغذائي، والتعرض للسموم، ودرجة الحرارة وحتى العادات المجتمعية يمكن أن تؤثر أيضًا على تعبير الجينات وكيفية تجسدها في المظهر الخارجي.