نادي ربطات العنق RNA

في عام ١٩٥٣، استنتج عالم الفيزياء الحيوية الإنجليزي فرانسيس كريك وعالم الأحياء الأمريكي جيمس واتسون ، اللذان كانا يعملان معًا في مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج، بنية الحمض النووي (DNA) ، المادة الوراثية الرئيسية للكائنات الحية، ^{[ ٣ ]} والذي يُعتقد أنه يربط المعلومات الوراثية في الحمض النووي بالبروتينات. ^{[ ٤ ]} وبحلول عام ١٩٥٤، أصبح من المفهوم أن مسار المعلومات الوراثية يشمل الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتينات. ومع ذلك، ظلت بنية الحمض النووي الريبوزي (RNA) وطبيعته لغزًا (لم تكن جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المحددة معروفة حتى عام ١٩٦٠ ^{[ ٥ ]} )، وخاصة كيفية مشاركة الحمض النووي الريبوزي (RNA) في تخليق البروتين. ^{[ ٦ ]} وقد أطلق واتسون على هذه المشكلة اسم "لغز الحياة" في رسالته إلى كريك. ^{[ ٥ ]}

اقترح الفيزيائي السوفيتي الأمريكي جورج غاموف، من جامعة جورج واشنطن، أول مخطط لتخليق البروتين من الحمض النووي (DNA). ^{[ 7 ] [ 8 ]} في أوائل عام 1954، أمضى عدة أيام في وودز هول في كيب كود مع كريك وواتسون وسيدني برينر ، يناقشون علم الوراثة. ^{[ 2 ]} استنادًا إلى نموذج واتسون-كريك ، اقترح "فرضية قالب الحمض النووي المباشر" التي تنص على أن البروتينات تُصنّع مباشرةً من الأخاديد المزدوجة للحمض النووي. ^{[ 9 ]} وافترض أن القواعد الأربع للحمض النووي تُصنّع 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا على شكل ثلاثيات ذات تسلسلات نيوكليوتيدية متداخلة. ^{[ 10 ]} نشر غاموف هذه الفرضية في عدد 13 فبراير 1954 من مجلة Nature ، موضحًا ما يلي:

يبدو لي أنه يمكن إرساء عملية الترجمة هذه بسهولة من خلال النظر في علاقة " المفتاح والقفل " بين الأحماض الأمينية المختلفة، و"الثقوب" المعينية الشكل التي تشكلها النيوكليوتيدات المختلفة في سلسلة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين... يمكن التكهن بأن الأحماض الأمينية الحرة من الوسط المحيط تُعلق في "ثقوب" جزيئات الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين، وبالتالي تتحد لتكوين سلاسل الببتيد المقابلة. ^{[ 11 ]}

في مايو 1954، زار واتسون غاموف، الذي كان في إجازة تفرغ علمي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي . أثناء مناقشة فرضية غاموف، اقترح تشكيل نادٍ من 20 عضوًا لفك شفرة الجينات. ^{[ 2 ]} وعلى الفور، ابتكر غاموف نادي ربط الحمض النووي الريبوزي (RNA Tie Club) "لحل لغز بنية الحمض النووي الريبوزي وفهم كيفية بناء البروتينات"، مضيفًا شعار "إما أن تنجح أو تموت؛ أو لا تحاول". ^{[ 12 ]}

وهكذا تألف النادي من 20 عالماً بارزاً، كل منهم يمثل حمضاً أمينياً، بالإضافة إلى أربعة أعضاء فخريين (إس. برينر، وفال. إف. ليبمان، وأ. سينت-جيورجي ، وشخص آخر)، واحد لكل نيوكليوتيد . ^{[ 12 ]}

حصل كل عضو على ربطة عنق صوفية مطرزة بنمط حلزوني، ومن هنا جاء اسم "نادي ربطات عنق الحمض النووي الريبي". ^{[ 12 ]}

باستخدام الرياضيات، افترض غاموف أن شفرة نيوكليوتيدية مكونة من ثلاثة أحرف (ثلاثيات) تكفي لتحديد جميع الأحماض الأمينية العشرين. ^{[ 11 ]} هذا المفهوم هو أساس " الكودونات "، ويحدد حدًا أعلى وحدًا أدنى لحجمها. ببساطة، قدّر غاموف أن عدد القواعد وأزواجها المتكاملة في شريط الحمض النووي يمكن أن يُنشئ 20 تجويفًا للأحماض الأمينية، مما يعني أن 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا يمكن أن تشارك في تخليق البروتين. ^{[ 15 ]} أطلق على هذا التفاعل بين الحمض النووي والبروتين اسم "الشفرة الماسية". ^{[ 16 ]} على الرغم من أن فرضية غاموف القائلة بأن الحمض النووي يُصنّع البروتينات مباشرةً قد ثبت خطأها، ^{[ 10 ]} أصبحت الشفرة الثلاثية أساس الشفرة الوراثية. ^{[ 16 ]}

اقترح سيدني برينر مفهوم الكودون، وهي فكرة مفادها أن ثلاثة نيوكليوتيدات غير متداخلة يمكن أن تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا. ^{[ 17 ]} وقد تضمن برهانه إحصاءات وأدلة تجريبية من تسلسلات بروتينات الأحماض الأمينية.

اقترح فرانسيس كريك " فرضية المحول " (وهو اسم أطلقه برينر ^{[ 18 ]} )، والتي تفترض أن جزيئًا ما ينقل الأحماض الأمينية ويرتبها بالترتيب الصحيح وفقًا لتسلسل الحمض النووي. ^{[ 19 ]} تتعارض هذه الفرضية مع فرضية قالب الحمض النووي المباشر لغاموف، التي تفترض أن الحمض النووي لا يستطيع تخليق البروتينات مباشرةً، بل يحتاج إلى جزيئات أخرى، تُسمى المحولات، لتحويل تسلسلات الحمض النووي إلى تسلسلات الأحماض الأمينية. كما أشار إلى وجود 20 جزيئًا محولًا منفصلًا. ^{[ 20 ] [ 21 ]} وقد أكد روبرت هولي هذا لاحقًا ، وسُميت جزيئات المحول هذه بالحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA). ^{[ 22 ]}

وُصفت الورقة المطبوعة التي وُزعت على أعضاء نادي RNA Tie في يناير 1955 بعنوان "حول القوالب المتدهورة وفرضية المُهايئ: مذكرة لنادي RNA Tie" بأنها "إحدى أهم المقالات غير المنشورة في تاريخ العلوم"، ^{[ 23 ] [ 24 ]} و"أشهر ورقة بحثية غير منشورة في سجلات البيولوجيا الجزيئية". ^{[ 24 ]} ويتذكر واتسون قائلاً: "إن أشهر هذه المذكرات [غير المنشورة]، التي كتبها فرانسيس، ستغير مع مرور الوقت طريقة تفكيرنا في تخليق البروتين تمامًا". ^{[ 2 ]}

حصل ستة أعضاء من نادي ربط الحمض النووي الريبوزي (RNA Tie Club) على جائزة نوبل: ريتشارد فاينمان، وميلفين كالفن، وجيمس واتسون، وماكس ديلبروك، وفرانسيس كريك، وسيدني برينر. مع ذلك، فإن الهدف الأسمى المتمثل في فهم وفك شفرة الربط بين الأحماض النووية والأحماض الأمينية تحقق على يد مارشال نيرنبرغ ، الذي لم يكن عضوًا في نادي ربط الحمض النووي الريبوزي (RNA Tie Club)، ^{[ 25 ]} وحصل على جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 1968 مع هولي وهار غوبيند خورانا . ^{[ 26 ]}