الفصل الرابع : علم الوراثة الجزيئي ( البيولوجيا الجزيئية )
علم الوراثة : هو العلم الذي يوضح كيفية انتقال الصفات الوراثية في الكائنات الحية من الآباء إلى الأبناء ( من جيل إلى جيل آخر ) .
فوائد علم الوراثة :
1- معرفة طبيعة الأمراض الوراثية والتغلب عليها .
2- تحسين وزيادة الإنتاج الحيواني ( لحم ـ بيض ) .
3- تحسين وزيادة الإنتاج النباتي ( ذرة ـ قمح ) .
دور العالم مندل :
أفترض أن كل صفة وراثية مسئول عنها عامل وراثي محدد يوجد في المشيج .
دور العالم مورجان :
توصل أن العوامل الوراثية موجودة في الكروموسومات وتسمى بالجينات .
علم الوراثة الجزيئي :
يتركب الكروموسوم كيميائياً = حمض نووي DNA + بروتينات ( الهيستون ) .
يتركب الجين كيميائياً = حمض نووي DNA فقط .
ـ واتسون وكريك :
توصلا أن جزئ DNA يتكون من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات .
تركيب النيوكليوتيد من :
1- مجموعة فوسفات .
2- سكر خماسي الكربون ( ديوكسي رايبوز ) .
3- قاعدة نيتروجينية . واحدة من الأربع هي ( A أدنين ، T ثايمين ، G جوانين ، C سايتوسين ) .
شكل الحمض النووي DNA :
سلم لولبي يتكون من خيطين من النيوكليوتيدات ملتفين حول بعضهما مرتبطة بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية .
الجين : هو ترتيب معين من النيوكليوتيدات ( القواعد النيتروجينية ) في السلم للحمض النووي DNA ، ويختلف هذا الترتيب من جين لجين آخر .
تختلف الجينات عن بعضها البعض في :
1- عدد النيوكليوتيدات . 2- نوع النيوكليوتيدات . 3- ترتيب النيوكليوتيدات .
علل : ترابط القواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدات متخصصاً جداً ؟
لأن قاعدة الأدنين يرتبط دائماً مع الثايمين بروابط هيدروجينية ثنائية ( T= A ) .
وقاعدة الجوانين يرتبط دائماً مع السايتوسين بروابط هيدروجينية ثلاثية ( G ≡ C ) .
مثال : إذا كان شريط ( أ ) أحد شريطي الحمض النووي DNA يحتوي على الترتيب التالي من القواعد النيتروجينية الآتية :
AAG CTA GTTAGT فما ترتيب القواعد النيتروجينية في الشريط الآخر ( ب ) المقابل ؟
الإجابة :
TTC GAT CAA TCA ( اكتب القاعدة المشابه لها حسب الترابط ( T= A ) و ( G ≡ C ) )
حقائق عن الحمض النووي DNA :
1- سلسلة طويلة جداً من جزيئات النيوكليوتيدات .
2- يحوي أربع قواعد نيتروجينية (A أدنين ، T ثايمين ، G جوانين ، C سايتوسين ) .
3- تتساوى فيه كمية القواعد النيتروجينية الجوانين مع السايتوسين .
4- تتساوى فيه كمية القواعد النيتروجينية الأدنين مع الثايمين .
الحمض النووي RNA :
سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات يوجد في النواة و السيتوبلازم و على الرايبوسومات وهو يشبه الحمض النووي DNA ماعدا انه يحتوي على سكر الرايبوز بدلاً من سكر ديوكسي رايبوز ( منقوص الأكسجين ) ، وعلى قاعدة اليوارسيل ( U ) بدلاً من الثايمين ( T ) .
أنواع الحمض النووي RNA :
1- الحمض النووي RNA العادي : يوجد في فيروسات RNA .
2- الحمض النووي (mRNA) المراسل : يحمل الرسالة الوراثية ( الشفرة الوراثية ) من الحمض النووي DNA في النواة إلى الرايبوسومات
( السيتوبلازم ) لصنع بروتين الخلية .
3- الحمض النووي (tRNA) الناقل : ينقل الأحماض الأمينية من السيتوبلازم إلى أماكن صنع البروتين ( الرايبوسومات) حسب الشفرة التي يحملها (mRNA) .
4- الحمض النووي (rRNA) الرايبوسومي : حمض يدخل في تركيب الرايبوسومات .
المقارنة بين الحمض DNA و الحمض RNA
الحمض DNA
الحمض RNA
يوجد في النواة
يوجد في النواة و السيتوبلازم
يتركب من حلزون مزدوج
يتركب من حلزون مفرد أو مزدوج ( في حالة ترابط المراسل مع الناقل )
زوج من سلاسل عديد النيوكليوتيدات
سلسلة واحدة من عديد النيوكليوتيدات
يحتوي على سكر خماسي هو ديوكسي ( ثنائي ) رايبوز
يحتوي على سكر خماسي هو الرايبوز
يحتوي على القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، T
يحتوي على القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، U
موجود دائماً في الخلية
يوجد لفترة قصيرة
ثابت كيميائياً
غير ثابت كيميائياً
استنساخ ( تضاعف ) حمض DNA :
ـ يحدث التضاعف في فترة الطور البيني وتعرف بفترة البناء ( راجع الفصل الأول دورة حياة الخلية ) .
ـ الهدف من تضاعف الحمض النووي DNA: لكيتبقى عدد الكروموسومات ثابتاً في الخلايا المنقسمة . س: لماذا يتضاعف الحمضDNA ؟
خطوات تضاعف حمض DNA :
ـ الخطوة الأولى ( التفكيك ) :
تتكسر الروابط الهيدروجينية التي تربط بين القواعد النيتروجينية بين كل شريطين في جزيء ( DNA ) بواسطة أنزيم فك الحلزون حتى ينفصل الشريطان عن بعضهما البعض .
ـ الخطوة الثانية ( إعادة البناء ) :
ترتبط القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات الحرة في البروتوبلازم مع القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات في كل شريط بواسطة أنزيم البلمرة حتى يتم إعادة تكوين النصف المفقود ، وبالتالي يتكون جزيئين من حمض DNA .
مثال : نيوكليوتيد يحمل قاعدة T يجذب نيوكليوتيد حر يحمل قاعدة A أو العكس
كذلك نيوكليوتيد يحمل قاعدة G يجذب نيوكليوتيد حر يحمل قاعدة C أو العكس
الشفرة الوراثية :
ـ هناك حوالي 20 حمض أميني في الطبيعة . و يعتمد تركيب البروتين على أنواع الأحماض الأمينية وعددها .
تعريف الشفرة الوراثية : هي ترتيب القواعد النيتروجينية في أحد شريطي الحمض DNA .
توصل العلماء أن الشفرة الوراثية هي شفرة ثلاثية ( أي تتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية) ولدينا أربع أنواع من القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، T فيصبح لدينا 64 شفرة مختلفة 4³ (4X4X4)= 64
مثال على الشفرات : حمض الأميني اللوسين يحتوي على 6 شفرات هي UUG ، CUU ، CUC ، CUG ، CUA ، UUA
صنع ( بناء ) البروتين :
يتحكم الحمض النووي DNA في إنتاج البروتين بواسطة الشفرة الوراثية .
إذن الشفرة الوراثية هي العلاقة بين تعاقب القواعد النيتروجينية في جزئ DNA وتعاقب الأحماض الأمينية في البروتين الذي يصنع .
خطوات صنع البروتين من الحمض النووي DNA :
ـ الخطوة الأولى ( عملية النسخ ) : أي صنع الحمض (mRNA) كالتالي :
1- تتكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية في جزيء ( DNA ) المتكون من شريطين.
2- يقوم أحد الشريطين بتكوين جزيء من حمض (mRNA)، حيث تقوم كل قاعدة نيتروجينية في كل شريط بجذب نيوكليوتيد يحتوي على
قاعدة مشابه لها ماعدا قاعدة ( ( T تجذب نيوكليوتيد يحمل قاعدة ( U ) .
3- ينفصل الحمض (mRNA) عن شريط DNA .
ــ الخطوة الثانية ( عملية الترجمة ) : يخرج حمض (mRNA) من النواة إلى السيتوبلازم ويستقر على أحد الرايبوسومات(مكان صنع البروتين).
1- تأتي جزيئات الحمض النووي ((tRNA إلى منطقة الرايبوسومات وكل منها يحمل حمضاً أمينيا معيناً.
2- يرتبط كل حمض ((tRNA للحمض الأميني بمكان ما على الحمض (mRNA) حسب القواعد النيتروجينية التي يحملها
( كل مجموعة ثلاثية تقابل مجموعة ثلاثية مكملة لها على الحمض (mRNA) ، فمثلاً ACA في ((tRNA يقابلها مجموعة UGU في (mRNA)
3- تتحد الأحماض الأمينية على جزيئات ((tRNA وتتكون البروتينات بواسطة أنزيمات خاصة .
س3 ص 113 : إذا كان شريط ( أ ) أحد شريطي الحمض النووي DNA يحتوي على الترتيب التالي من القواعد النيتروجينية الآتية :
AAG CTA GTTAGT فما ترتيب القواعد النيتروجينية في حامض mRNA) ) المراسل الذي يتكون؟
الإجابة :
AAGCUA GUUAGU ( نسخ القواعد ماعدا T تبدل بـ U لعدم وجود قاعدة T في الحمض mRNA) ) المراسل ) .
الجينات والأنزيمات :
ـ تصنع البروتينات المختلفة على الرايبوسومات طبقاً للشفرات الوراثية التي تحملها الجينات الموجودة على الكروموسومات.
ـ جميع الإنزيمات الموجودة في الكائن الحي هي بروتينات. وبذلك فإن الجين يتحكم في جميع التفاعلات الحيوية في الجسم عن طريق صنع الإنزيمات اللازمة.
ـ كل جين يشرف على صنع أنزيم معين داخل الخلية ، وأن كل أنزيم يساعد على حدوث تفاعلات خاصة.
س : ما هي العلاقة بين الجين والإنزيم التي اكتشفها بيدل و تاتوم ؟
قالوا ( إن كل جين يعطي أنزيماً خاصاً أي أن جين رقم 1 يعطي أنزيم رقم 1 و جين رقم 2 يعطي أنزيم رقم 2 وهكذا)
س : كيف يتحكم الجين في الصفات الوراثية مثل صفة لون الجلد في الإنسان؟.
ج : إن لون الجلد ناتج من صبغة الميلانين و الجينات تتحكم في كمية الصبغة .
ــ إذا كان يحتوي على 4 جينات سائدة أعطى الجلد لوناً أسود ــ وإذا كان يحتوي على3 جينات سائدة كان أقل سواداً
ــ جين سائد واحد فإنه يعطي لوناً أبيض نوعاً ما .
ــ أما الذي لا تحتوي خلاياه على جينات سائدة من لون الجلد فيكون لونه ابيض نقي وهو ما يسمى البينو ( Albino ).
الطفرات الجينية :
تعريفها : هي تغير مفاجئ وثابت في التركيب الكيميائي للجين ينتج عنه تكون صفة وراثية جديدة.
هل تتغير الشفرة الوراثية إذا حصل تغير لقاعدة نيتروجينية ما ؟
الجواب نعم/ فعند تغير تسلسل القواعد النيتروجينية فإنه يؤدي إلى تغير الحمض الأميني المنقول بواسطة حمض ( RNAt) الناقل.
أنواع الطفرات :
أ ـ طفرات طبيعية : تحدث بشكل تلقائي .
ب ـ طفرات صناعية : ويمكن أحداثها بإحدى الطرق التالية :
1- استعمال مواد كيميائية 2- تعريض الخلايا إلى الأشعة السنية ( أشعة X ).
[list=1][*][center]
علم الوراثة : هو العلم الذي يوضح كيفية انتقال الصفات الوراثية في الكائنات الحية من الآباء إلى الأبناء ( من جيل إلى جيل آخر ) .
فوائد علم الوراثة :
1- معرفة طبيعة الأمراض الوراثية والتغلب عليها .
2- تحسين وزيادة الإنتاج الحيواني ( لحم ـ بيض ) .
3- تحسين وزيادة الإنتاج النباتي ( ذرة ـ قمح ) .
دور العالم مندل :
أفترض أن كل صفة وراثية مسئول عنها عامل وراثي محدد يوجد في المشيج .
دور العالم مورجان :
توصل أن العوامل الوراثية موجودة في الكروموسومات وتسمى بالجينات .
علم الوراثة الجزيئي :
يتركب الكروموسوم كيميائياً = حمض نووي DNA + بروتينات ( الهيستون ) .
يتركب الجين كيميائياً = حمض نووي DNA فقط .
ـ واتسون وكريك :
توصلا أن جزئ DNA يتكون من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات .
تركيب النيوكليوتيد من :
1- مجموعة فوسفات .
2- سكر خماسي الكربون ( ديوكسي رايبوز ) .
3- قاعدة نيتروجينية . واحدة من الأربع هي ( A أدنين ، T ثايمين ، G جوانين ، C سايتوسين ) .
شكل الحمض النووي DNA :
سلم لولبي يتكون من خيطين من النيوكليوتيدات ملتفين حول بعضهما مرتبطة بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية .
الجين : هو ترتيب معين من النيوكليوتيدات ( القواعد النيتروجينية ) في السلم للحمض النووي DNA ، ويختلف هذا الترتيب من جين لجين آخر .
تختلف الجينات عن بعضها البعض في :
1- عدد النيوكليوتيدات . 2- نوع النيوكليوتيدات . 3- ترتيب النيوكليوتيدات .
علل : ترابط القواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدات متخصصاً جداً ؟
لأن قاعدة الأدنين يرتبط دائماً مع الثايمين بروابط هيدروجينية ثنائية ( T= A ) .
وقاعدة الجوانين يرتبط دائماً مع السايتوسين بروابط هيدروجينية ثلاثية ( G ≡ C ) .
مثال : إذا كان شريط ( أ ) أحد شريطي الحمض النووي DNA يحتوي على الترتيب التالي من القواعد النيتروجينية الآتية :
AAG CTA GTTAGT فما ترتيب القواعد النيتروجينية في الشريط الآخر ( ب ) المقابل ؟
الإجابة :
TTC GAT CAA TCA ( اكتب القاعدة المشابه لها حسب الترابط ( T= A ) و ( G ≡ C ) )
حقائق عن الحمض النووي DNA :
1- سلسلة طويلة جداً من جزيئات النيوكليوتيدات .
2- يحوي أربع قواعد نيتروجينية (A أدنين ، T ثايمين ، G جوانين ، C سايتوسين ) .
3- تتساوى فيه كمية القواعد النيتروجينية الجوانين مع السايتوسين .
4- تتساوى فيه كمية القواعد النيتروجينية الأدنين مع الثايمين .
الحمض النووي RNA :
سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات يوجد في النواة و السيتوبلازم و على الرايبوسومات وهو يشبه الحمض النووي DNA ماعدا انه يحتوي على سكر الرايبوز بدلاً من سكر ديوكسي رايبوز ( منقوص الأكسجين ) ، وعلى قاعدة اليوارسيل ( U ) بدلاً من الثايمين ( T ) .
أنواع الحمض النووي RNA :
1- الحمض النووي RNA العادي : يوجد في فيروسات RNA .
2- الحمض النووي (mRNA) المراسل : يحمل الرسالة الوراثية ( الشفرة الوراثية ) من الحمض النووي DNA في النواة إلى الرايبوسومات
( السيتوبلازم ) لصنع بروتين الخلية .
3- الحمض النووي (tRNA) الناقل : ينقل الأحماض الأمينية من السيتوبلازم إلى أماكن صنع البروتين ( الرايبوسومات) حسب الشفرة التي يحملها (mRNA) .
4- الحمض النووي (rRNA) الرايبوسومي : حمض يدخل في تركيب الرايبوسومات .
المقارنة بين الحمض DNA و الحمض RNA
الحمض DNA
الحمض RNA
يوجد في النواة
يوجد في النواة و السيتوبلازم
يتركب من حلزون مزدوج
يتركب من حلزون مفرد أو مزدوج ( في حالة ترابط المراسل مع الناقل )
زوج من سلاسل عديد النيوكليوتيدات
سلسلة واحدة من عديد النيوكليوتيدات
يحتوي على سكر خماسي هو ديوكسي ( ثنائي ) رايبوز
يحتوي على سكر خماسي هو الرايبوز
يحتوي على القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، T
يحتوي على القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، U
موجود دائماً في الخلية
يوجد لفترة قصيرة
ثابت كيميائياً
غير ثابت كيميائياً
استنساخ ( تضاعف ) حمض DNA :
ـ يحدث التضاعف في فترة الطور البيني وتعرف بفترة البناء ( راجع الفصل الأول دورة حياة الخلية ) .
ـ الهدف من تضاعف الحمض النووي DNA: لكيتبقى عدد الكروموسومات ثابتاً في الخلايا المنقسمة . س: لماذا يتضاعف الحمضDNA ؟
خطوات تضاعف حمض DNA :
ـ الخطوة الأولى ( التفكيك ) :
تتكسر الروابط الهيدروجينية التي تربط بين القواعد النيتروجينية بين كل شريطين في جزيء ( DNA ) بواسطة أنزيم فك الحلزون حتى ينفصل الشريطان عن بعضهما البعض .
ـ الخطوة الثانية ( إعادة البناء ) :
ترتبط القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات الحرة في البروتوبلازم مع القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات في كل شريط بواسطة أنزيم البلمرة حتى يتم إعادة تكوين النصف المفقود ، وبالتالي يتكون جزيئين من حمض DNA .
مثال : نيوكليوتيد يحمل قاعدة T يجذب نيوكليوتيد حر يحمل قاعدة A أو العكس
كذلك نيوكليوتيد يحمل قاعدة G يجذب نيوكليوتيد حر يحمل قاعدة C أو العكس
الشفرة الوراثية :
ـ هناك حوالي 20 حمض أميني في الطبيعة . و يعتمد تركيب البروتين على أنواع الأحماض الأمينية وعددها .
تعريف الشفرة الوراثية : هي ترتيب القواعد النيتروجينية في أحد شريطي الحمض DNA .
توصل العلماء أن الشفرة الوراثية هي شفرة ثلاثية ( أي تتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية) ولدينا أربع أنواع من القواعد النيتروجينية A ، C ، G ، T فيصبح لدينا 64 شفرة مختلفة 4³ (4X4X4)= 64
مثال على الشفرات : حمض الأميني اللوسين يحتوي على 6 شفرات هي UUG ، CUU ، CUC ، CUG ، CUA ، UUA
صنع ( بناء ) البروتين :
يتحكم الحمض النووي DNA في إنتاج البروتين بواسطة الشفرة الوراثية .
إذن الشفرة الوراثية هي العلاقة بين تعاقب القواعد النيتروجينية في جزئ DNA وتعاقب الأحماض الأمينية في البروتين الذي يصنع .
خطوات صنع البروتين من الحمض النووي DNA :
ـ الخطوة الأولى ( عملية النسخ ) : أي صنع الحمض (mRNA) كالتالي :
1- تتكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية في جزيء ( DNA ) المتكون من شريطين.
2- يقوم أحد الشريطين بتكوين جزيء من حمض (mRNA)، حيث تقوم كل قاعدة نيتروجينية في كل شريط بجذب نيوكليوتيد يحتوي على
قاعدة مشابه لها ماعدا قاعدة ( ( T تجذب نيوكليوتيد يحمل قاعدة ( U ) .
3- ينفصل الحمض (mRNA) عن شريط DNA .
ــ الخطوة الثانية ( عملية الترجمة ) : يخرج حمض (mRNA) من النواة إلى السيتوبلازم ويستقر على أحد الرايبوسومات(مكان صنع البروتين).
1- تأتي جزيئات الحمض النووي ((tRNA إلى منطقة الرايبوسومات وكل منها يحمل حمضاً أمينيا معيناً.
2- يرتبط كل حمض ((tRNA للحمض الأميني بمكان ما على الحمض (mRNA) حسب القواعد النيتروجينية التي يحملها
( كل مجموعة ثلاثية تقابل مجموعة ثلاثية مكملة لها على الحمض (mRNA) ، فمثلاً ACA في ((tRNA يقابلها مجموعة UGU في (mRNA)
3- تتحد الأحماض الأمينية على جزيئات ((tRNA وتتكون البروتينات بواسطة أنزيمات خاصة .
س3 ص 113 : إذا كان شريط ( أ ) أحد شريطي الحمض النووي DNA يحتوي على الترتيب التالي من القواعد النيتروجينية الآتية :
AAG CTA GTTAGT فما ترتيب القواعد النيتروجينية في حامض mRNA) ) المراسل الذي يتكون؟
الإجابة :
AAGCUA GUUAGU ( نسخ القواعد ماعدا T تبدل بـ U لعدم وجود قاعدة T في الحمض mRNA) ) المراسل ) .
الجينات والأنزيمات :
ـ تصنع البروتينات المختلفة على الرايبوسومات طبقاً للشفرات الوراثية التي تحملها الجينات الموجودة على الكروموسومات.
ـ جميع الإنزيمات الموجودة في الكائن الحي هي بروتينات. وبذلك فإن الجين يتحكم في جميع التفاعلات الحيوية في الجسم عن طريق صنع الإنزيمات اللازمة.
ـ كل جين يشرف على صنع أنزيم معين داخل الخلية ، وأن كل أنزيم يساعد على حدوث تفاعلات خاصة.
س : ما هي العلاقة بين الجين والإنزيم التي اكتشفها بيدل و تاتوم ؟
قالوا ( إن كل جين يعطي أنزيماً خاصاً أي أن جين رقم 1 يعطي أنزيم رقم 1 و جين رقم 2 يعطي أنزيم رقم 2 وهكذا)
س : كيف يتحكم الجين في الصفات الوراثية مثل صفة لون الجلد في الإنسان؟.
ج : إن لون الجلد ناتج من صبغة الميلانين و الجينات تتحكم في كمية الصبغة .
ــ إذا كان يحتوي على 4 جينات سائدة أعطى الجلد لوناً أسود ــ وإذا كان يحتوي على3 جينات سائدة كان أقل سواداً
ــ جين سائد واحد فإنه يعطي لوناً أبيض نوعاً ما .
ــ أما الذي لا تحتوي خلاياه على جينات سائدة من لون الجلد فيكون لونه ابيض نقي وهو ما يسمى البينو ( Albino ).
الطفرات الجينية :
تعريفها : هي تغير مفاجئ وثابت في التركيب الكيميائي للجين ينتج عنه تكون صفة وراثية جديدة.
هل تتغير الشفرة الوراثية إذا حصل تغير لقاعدة نيتروجينية ما ؟
الجواب نعم/ فعند تغير تسلسل القواعد النيتروجينية فإنه يؤدي إلى تغير الحمض الأميني المنقول بواسطة حمض ( RNAt) الناقل.
أنواع الطفرات :
أ ـ طفرات طبيعية : تحدث بشكل تلقائي .
ب ـ طفرات صناعية : ويمكن أحداثها بإحدى الطرق التالية :
1- استعمال مواد كيميائية 2- تعريض الخلايا إلى الأشعة السنية ( أشعة X ).
[list=1][*][center]
