مفهوم الصفة المورثة الحليل والطفرة

بعض المفاهيم الوراثية الأساسية

إن الخبر الوراثي المتموضع على الصبغيات يعبر عنه خارجيا بإنتاج مجموعة من الصفات التي يمكن ملاحظتها (كلون العيون عند الانسان) أو قياسها (مثل السكري الوراثي). تساؤلات:

ماهي العلاقة بين الخبر الوراثي والصفات؟
ما هي آلية تحقيق هذه العلاقة؟

مفاهيم أساسية.

1- الصفة والمظهر الخارجي

يتوفر جميع أفراد الكائن البشري على نفس المميزات الخارجية كلون العيون مثلا، وهي صفة متوارثة بين الأجيال المتعاقبة كما يحدث في بعض الحالات أن تنتقل صفات أخرى لا يمكن ملاحظتها خارج الجسم ولكن يجب قياسها مثل داء السكري في حالة كونه وراثيا. وتكون الصفة بالتالي هي كل خاصية يمكن ملاحظتها أو قياسها عند الكائن الحي. إن توفر جميع العيون على لون (نفس الصفة) يعارضه توفر عيون كل شخص على لون مخالف ونسمي هذه الألوان المختلفة لنفس الصفة بالصفات المتعارضة أو المظاهر الخارجية ويكون المظهر الخارجي إذن هو أحد أشكال الصفة.

2- الطفرة

أ- معطيات تجريبية

قصد تجديد مفهوم أولي للطفرة نقوم بزرع بكتريا Echerichia Coli الحساسة للمضاد الحيوي الستربتوميسين (غير المقاومة للستربتوميسين) نرمز لها Strep S، داخل وسطين مقيتين Mm يتوفر أحدهما على الستربتوميسين والثاني بدون ستربتوميسين، فنحصل على النتائج المبينة بالوثيقة التالية: مفهوم اللمة: هي مجموعة من الخلايا المتماثلة الناتجة عن أصل مشترك

ب- تحليل

عند نقل البكتريا الى الوسط غير المتوفر على الستربتوميسين جيدا وهي نتيجة طبيعية بالنظر إلى غياب المضاد الحيوي.
عند نقل البكتريا إلى الوسط المتوفر على الستربتوميسين كانت النتيجة المفترضة هي موت جميع البكتريات، لكننا نلاحظ بقاء بعض المستعمرات البكتيرية التي تستطيع التكاثر داخل هذا الوسط الغني بالستربتوميسين فتشكل لمات

ج- استنتاج

إن بقاء بعض المستعمرات البكتيرية داخل الوسط المتوفر على الستربتوميسين دليل على ان الخلايا اكتسبت صفة جديدة وهي صفة مقاومة الستربتوميسين فتحولت إلى بكتريات مقاومة للستربتوميسين نرمز لها Strep R ، وهذا الاكتساب للصفة الجديدة تم بشكل فجائي وغير متوقع كما انه يتم توارثه عند تكاثر الخلايا وتشكيل لمات داخل نفس الوسط، نسمي هذا التغير في طبيعة الصفة طفرة. بما أن الصفة الجديدة وراثية فإنها ستكون بالضرورة مراقبة من طرف جزيئة الADN (الخبر الوراثي). وبالتالي فإن الطفرة ذات أصل وراثي أي من المفروض أن تكون طبيعتها مرتبطة بتغير يلحق نيكليوتيدات جزيئة AD والمتمثل فس تغيير عددها أو طبيعتها أو ترتيبها.

3- المورثة والحليل

أ- معطيات تجريبية

بغرض التعرف عن العلاقة بين الطفرة وجزيئة ADN نقوم بالبحث عن التغير الذي يمكن أن يلحق المادة الوراثية عند حدوث الطفرة، ويمثل الشكل التالي النتيجة المحصل عليها:

ب- تحليل واستنتاج

إن المسؤول عن مراقبة الصفات عبارة عن مقاطع من جزيئة الADN، حيث يراقب مقطع من هذه الجزيئة الحساسية لدى الشكل Strep S بينما يراقب مقطع جديد وفي نفس موقع المقطع السابق صفة المقاومة للستربتوميسين عند الشكل الطافر، نسمي هذا المقطع بالمورثة. تتواجد الصفة "القدرة على مقاومة الستربتوميسن" في الطبيعة إذن بشكلين أي مظهرين خارجيين مختلفين هما:

مقاوم للسترتوميسين
غير مقاوم للستربتوميسين

بما ان كل صفة هي مراقبة من طرف مورثة واحدة وأن الصفة متوفرة بشكلين فإن المورثة "القدرة على مقاومة الستربتوميسين" متوفرة أيضا بشكلين:

شكل يراقب المظهر الخارجي "مقاوم للستربتوميسين"
شكل يراقب المظهر الخارجي "غير مقاوم للستربتوميسين"

نسمي الأشكال المختلفة لنفس المورثة حليلات.

العلاقة مورثة بروتين صفة

العلاقة بروتين- صفة ومورثة-بروتين

لتحديد العلاقة مورثة بروتين نقترح دراسة بعض المعطيات حول مرض فقر الدم المنجلي .

المعطى الأول

ينتج فقر الدم المنجلي عن توفر كريات حمراء مشوهة داخل دم الشخص المصاب، حيث تظهر منجلية الشكل وهو ما يؤدي إلى مضاعفات صحية ناتجة عن نقصان سيولة هذه الخلايا داخل الشعيرات والعروق الدموية وتكدسها.

استنتاج

وبالتالي فإن تغير شكل الصفة (شكل الكريات الحمراء) هو المسؤول عن الإصابة بالمرض

المعطى الثاني

تتشكل الكريات الحمراء لدى الانسان من بروتين الخضاب الدموي، حيث:

الخضاب الدموي للكريات الحمراء العادية: HbA
الخضاب الدموي للكريات الحمراء منجلية الشكل: HbS

في محاولة للكشف عن سبب تغير شكل الخضاب الدموي نبحث على مستوى جزيئة الَADN على اعتبار أن جميع الصفات الوراثية هي مراقبة من طرف الخبر الوراثي، تعطي الوثيقة التالية مطابقة بين نهاية السلسلة البيبتيدية β لبروتين الخضاب الدموي بشكليه العادي والمغير.

تحليل

تتشابه السلسلتان البيبتيديتين في عدد الأحماض الأمينية وطبيعتها باستثناء الحمض الأميني رقم 6 وتتشابه متتالية النيكليوتيدات المطابقة للسلسلة البيبتيدية في عدد الثلاثيات وطبيعة النيكليوتيدات باستثناء الثلاثي النيكليوتيدي المقابل للحمض الأميني رقم 6، لكن هذا التغير لا يهم كل الثلاثي بل تم استبدال القاعدة الآزوتية T بالقاعدة A.

استنتاج

تتحكم المورثة في تركيب البروتين حيث يراقب كل ثلاثي نيكليوتدي أحد الأحماض الأمينية ودمجها داخل البروتين

خلاصة

تتحكم المورثة في البروتين حيث يراقب كل ثلاثي نيكليوتدي على مستوى المورثة دمج أحد الأحماض الأمينية داخل السلسلة البيبتيدية وبالتالي فهي تراقب تركيب البروتين الذي تتدخل طبيعته في شكل الصفة وبالتالي فإن المورثة تراقب البروتين الذي يراقب الصفة.

تركيب البروتينات: مرحلة النسخ

مرحلة النسخ: من ADN إلى ARN

في الفقرة السابقة استنتجنا العلاقة التي تربط بين المورثة والبروتين من جهة، وبين البروتين والصفة من جهة أخرى ، حيث تراقب المورثة تركيب البرويتن الذي يراقب الصفة. بما أن المادة الوراثية ممثلة بجزيئة ad محصورة داخل النواة ولا تغادرها إلا في حالة الانقسام غير المباشر، فإن مراقبة المورثة (الموجودة داخل النواة للبروتين 'الذي يركب على مستو السيتوبلازم تقتضي نسخ جزئية ADN (المورثة) إلى جزيئة جديدة قادرة على الخروج نحو السيتوبلازم لمراقبة مباشرة لتركيب البروتين: إنها جزيئة ARNm التي تلعب دور الوسيط بين المورثة والبروتين. يعبر تركيب البروتينات عن الظاهرة التي تمكن المورثة من مراقبة البروتين (والتي نسميها تعبير الخبر الوراثي) وتتم هذه المراقبة عبر مجموعة من المراحل وتدخل عدة عناصر.

المرحلة الأولى: نسخ الخبر الوراثي

تتم هذه المرحلة داخل النواة حيث ينسخ أحد لولبي جزيئة ADN (والذي نسميه اللولب المنسوخ) إلى جزيئة ARNm والتي تتمكن من الخروج من النواة بفعل تشكلها من لولب واحد، تعطي الوثيقة التالية آلية نسخ الخبر الوراثي:

تحليل

يتدخل أنزيم ARN بوليميراز على فصل لولبي جزيئة ADN عبر فصل الروابط بين القواعد الآزوتية المتكاملة.
تعمل على ARN بوليمراز على بلمرة النيكليوتيدات الخاصة بARNm، وذلك بتحقيق مبأ التكامل بين القواعد الآزوتية حيث ترتبط A ب U (اورسيل) و C ب G ، إن تركيب جزيئة ARNm يخضع لتوجيه محدد دائما من النهاية 3’ نحو 5’ بالنسبة للوبلب المنسوخ ل ADN.
يتوقف تركيب ARNm عند وصول أنزيم ARN بوليميراز إلى الثلاثي النيكليوتيدي على مستوى ADN المسؤول عن توقيف البلمرة.
بعد تركيب جزيئة ARNm فإنها تغادر النواة في اتجاه السيتوبلازم حيث تحدث المرحلة الثانية من تعبير الخبر الوراثي.

استنتاج

جزيئة ARNm هي الوسيط بين جزيئة ADN وموقع تركيب البروتين عل مستوى السيتوبلازم، وهي جزيئة تحمل نسخة من الخبر الوراثي لأنها ناتجة عن نسخ اللولب المراقب للمورثة الأصلية، كما أن خصائصها المتمثلة أساسا في كونها عبارة عن خييط واحد تمكنها من الخروج من النواة حيث موقع النسخ نحو السيتوبلازم حيث موقع دمج الأحماض الأمينية قصد تشكيل البروتين المرغوب.

الرمز الوراثي

العلاقة بين الوحدات الرمزية والأحماض الأمينية

نقصد بالوحدة الرمزية كل ثلاثي نيكليوتيدي على مستوى جزيئة ARNm، وتنتج كل وحدة رمزية عن نسخ ثلاثي نيكليوتيدي لجزيئة ADN. إذا كان كل ثلاثي نيكليوتيدي على مستوى المورثة يرمز لأحد الأحماض الأمينية فإن ذلك يعني أن كل وحدة رمزية (نسخة الثلاثي الأصلي) سترمز بدورها لأحد الأحماض الأمينية وهو ما نسميه الرمز الوراثي. يعبر الرمز الوراثي إذن عن نظام الترميز بين الوحدات الرمزية والأحماض الأمينية الموافقة لها. تجدر الاشارة إلى أن عدد الوحدات الرمزية المختلفة يقدر ب 64 وحدة رمزية مختلفة، بينما لا تتوفر في الطبيعة سوى 21 حمض أميني فقط، وهذا يعني:

أن كل وحدة رمزية لا تشير إلا إلى لحمض أميني وحيد وخاص.
أن كل حمض أميني قد تشير إليه أكثر من وحدة رمزية واحدة (وهو الغالب في نظام الرمز الوراثي).

بدراسة جدول الرمز الوراثي يمكن ملاحظة:

الحمضان الأمينيان التريبتوفان والميثيونين لا ترمز لكل منهما سوى وحدة رمزية واحدة (عل عكس باقي الأحماض الأمينية).
تواجد ثلاث وحدات رمزية لا يوافقها في الطبيعة أي حمض أميني، نسميها وحدات رمزية بدون معن أو وحدات "قف".

تركيب البروتينات: مرحلة الترجمة

ترجمة الخبر الوراثي: دمج الأحماض الأمينية على مستوى السيتوبلازم

I- لوازم ترجمة الخبر الوراثي.

تتم الترجمة داخل السيتوبلازم وتتطلب توفر مجموعة من العناصر: 1- جزيئة ARNm : الخبر الوراثي المنسوخ الذي ستتم ترجمته. تتكون هذه الجزيئة من نسخ الثلاثيات النيكليوتيدية (للولب ADN القابل للنسخ) ونسمي كل ثلاثي نيكليوتيدي على مستوى جزيئة ARNm بالوحدة الرمزية. تشير كل وحدة رمزية إلى ؛مض أميني خاص، ونسمي نظام التقابل بين الوحدات الرمزية والأحماض الأمينية بالرمز الوراثي .يحدد الجدول التالي نظام الرمز الوراثي 2- جزيئات ARNt: وهي جزيئات ARN خاصة، تتوفر في قاعدتها على مضاد الوحدة الرمزية المكمل للوحدات الرمزية لARNm ، بينما يتوفر في أحد طرفيه على موقع تثبيت أحد الأحماض الأمينية لتشكيل المركب ARNt-حمض أميني. 3- جزيئات ARNr (الجسيمات الريبية): وهي عبارة عن جزيئات ARN تشكل وحدتين: الصغرى والكبرى واللتان لا ترتبطان إلا عند الترجمة.

II- شروط الترجمة:

أ- لا تبدأ الترجمة إلا انطلاقا من الوحدة الرمزية AUG عل مستو جززيئة ARNm. ب- الترجمة ظاهرة خاضعة للتوجيه: لا تتم إلا من النهاية 5' لجزيئة ARNm في التجاه النهاية 3'.

III- مراحل الترجمة.

عند توفر المستلزمات والشروط السابقة تبدأ الترجمة وتتم عبر ثلاث مراحل:

أ- مرحلة البداية:

تلتحق وحدتا الريبوزوم ب َARNm على مستوى الوحدة الرمزية التب تمثل بداية الترجمة وهي الوحدة AUG التي يقابلها الحمض الأميني الميثيونين والمرتبط بARNt الحامل في قاعدته لمضاد الوحدة الرمزية UAC ويحتل المركب ARNt-ميتيونين الموقع P من الريبوزوم.

ب- مرحلة الاستطالة:

يلتحق مركب ثان ARNt-حمض أميني2 بالريبوزوم ويحتل الموقع A الفارغ وذلك وفق نظام الرمز الوراثي والتقابل بين الوحدة الرمزية على ARNm ومضادها على قاعدة ARNt . إن الترجمة عملية موجهة وتتم دائما من النهاية 5’ لجزيئة ARNm نحو النهاية 3’ ، وهو نفس المنحى الذي تأخذه حركة الريبوزوم، فيتم على التوالي إفراغ الموقع A ومرور المركب ARNt- حمض أميني الذي يحتله إلى الموقع P الذي تم إفراغه عبر إزاحة الريبوزوم وترتبط السلسلة البيبتيدية التي كانت متصلة بالARNt السابق بالمركب ARNt الجديد. تستمر هذه الازاحة والافراغ المتوالي للموقع A واضافة الأحماض الأمينية للسلسلة البيبتيدية مما يمكن من استطالة السلسلة البيبتيدية.

ج- مرحلة النهاية:

تنتهي الترجمة عند وصول الموقع A للجسيم الريبي إلى وحدة رمزية لا تجد لها أي حمض أميني مناسب وفق جدول الرمز الوراثي والتي نسميها وحدة رمزية بدون معنى أو الوحدة قف، فتنفصل وحدتا الريبوزوم ويتم تحرير السلسلة البيبتيدية المركبة بعد فصل طرفيها المتمثلين في الحمض الأميني الأول وهو الميثيونين وآخر جزيئة ARNt.

مفهوم الصفة المورثة الحليل والطفرة

بعض المفاهيم الوراثية الأساسية

مفاهيم أساسية.

1- الصفة والمظهر الخارجي

2- الطفرة

أ- معطيات تجريبية

ب- تحليل

ج- استنتاج

3- المورثة والحليل

أ- معطيات تجريبية

ب- تحليل واستنتاج

العلاقة مورثة بروتين صفة

العلاقة بروتين- صفة ومورثة-بروتين

المعطى الأول

استنتاج

المعطى الثاني

تحليل

استنتاج

خلاصة

تركيب البروتينات: مرحلة النسخ

مرحلة النسخ: من ADN إلى ARN

المرحلة الأولى: نسخ الخبر الوراثي

تحليل

استنتاج

الرمز الوراثي

العلاقة بين الوحدات الرمزية والأحماض الأمينية

تركيب البروتينات: مرحلة الترجمة

ترجمة الخبر الوراثي: دمج الأحماض الأمينية على مستوى السيتوبلازم

I- لوازم ترجمة الخبر الوراثي.

II- شروط الترجمة:

III- مراحل الترجمة.

أ- مرحلة البداية:

ب- مرحلة الاستطالة:

ج- مرحلة النهاية:

مراجعة تعبير الخبر الوراثي

تمرين 1: تعبير الخبر الوراثي

تمرين 2: تركيب البروتينات والوراثة البشرية

بعض الأخطاء الشائعة