القائمة الرئيسية

الصفحات

درس الخبر الوراثي : تعبیر الخبر الوراثي

تعبیر الخبر الوراثي


تمھید : من خلال دراسة تجارب GRIFFITH تبین أن ھناك علاقة بین المادة الوراثیة (ADN ،(وظھور أو غیاب صفة معینة. فما ھي ھذه العلاقة؟ وكیف یتحكم ADN في ظھور صفات وراثیة قابلة للملاحظة والقیاس؟ 

Ι – مفھوم الصفة، المورثة، الحلیل، والطفرة. 

1 - مفھوم الصفة الوراثیة.

الصفة الوراثیة ھي میزة نوعیة (مثل اللون) أو كمیة (مثل الطول)، تمیز فردا عن باقي أفراد نفس النوع، وتنقل من جیل لأخر، لذلك تسمى صفات وراثیة. بعض الصفات تلاحظ بالعین المجردة (لون الأزھار مثلا)، في حین لا تبرز أخرى إلا بواسطة اختبارات أو تحالیل خاصة (الفصیلة الدمویة مثلا).

2 - العلاقة بین الخبر الوراثي والصفة

 أ – تجارب . أنظر الوثیقة 1

1- انطلاقا من معطیات ھذه التجربة، أعط تعریفا للمة. 

2 - صف ھذه التجربة، ثم حدد ما ھو المشكل الذي تطرحھ ھذه النتائج؟ 

3 - اقترح تفسیرا لنتائج ھذه التجربة.

 التجربة الثانیة: نضع بكتریا  Strep S غیر قادرة على العیش في وسط لا یحتوي على اللاكتوز Lactose .وتتطلب ھذه البكتریا ھذا الأخیر للعیش ولھذا یرمز إلیھا ب -Lac  ادن ھذه البكتریا سیرمز إلیھا ب   , (-Strep s , Lac) إذا تتبعنا ھذه التجارب فإننا نحصل بالإضافة للبكتریا المذكورة سابقا على أنواع أخرى والتي ھي : (-Strep r , Lac) و (+Strep r , Lac) و (+Strep s , Lac)

4 - ماذا تستنتج من تحلیل معطیات التجربة الثانیة؟ 

5 - اربط بین نتائج التجربتین وبنیة جزیئة ADN ثم استخلص مفھوم المورثة Le gène  ومفھوم الحلیل.

 ب – تحلیل واستنتاج

1 - اللمة ھي مجموعة من الأفراد لھم نفس الخبر الوراثي، ومن تم نفس الصفات. 

2 - نلاحظ أن البكتیریا لا تتكاثر عند وجود الستریبتومیسین ( Strep s) ،لكن تظھر تلقائیا بكتیریات أخرى في ھذا الوسط، مقاومة للستریبتومیسین، نصطلح على تسمیتھا ( Strep R) المشكل المطروح ھو كیف أصبحت البكتیریا  Strep S بكتیریا Strep R ؟ 

3 - بما أن الصفة  Strep S وراثیة، والصفة Strep R  بدورھا وراثیة، فان المتحكم فیھما ھو ADN. لا یمكن ادن تفسیر تحول البكتیریا Strep S  إلى بكتیریا Strep R  إلا بحدوث تغیر فجائي على مستوى ADN . وقد بینت دراسات أن قطعة من جزیئة الـ ADN ،ھي التي تتعرض للتغیر عند ھذه البكتیریا. ونسمي ھذا التغیر بالطفرة Mutation ،فنقول أن البكتیریا Strep R  بكتیریا طافرة أما البكتیریا Strep S فھي بكتیریا متوحشة.

4 - نلاحظ في ھذه التجربة صفتین: 

  •  العلاقة بالستریبتومیسین : وتظھر شكلین، الشكل المتوحش  Strep S ،والشكل الطافر Strep R  
  • العلاقة باللاكتوز: وتظھر شكلین، الشكل المتوحش -Lac  والشكل الطافر +Lac

 وھكذا فالسلالة المتوحشة بالنسبة للصفتین ھي:  (-Strep S , Lac) والسلالة الطافرة بالنسبة للصفتین ھي: (+Strep R , Lac)

نلاحظ أن ظھور طفرة في صفة ما غیر مرتبط بالضرورة بظھور طفرة في الصفة الأخرى، ویمكنتفسیر ذلك بأن قطعتي ADN المتحكمتین في الصفتین مختلفتان.

5 - بما أن التغیر على مستوى المادة الوراثیة ADN أدى إلى تغیر على مستوى الصفة، فھذا یعني أن كل صفة یقابلھا جزء خاص من ADN ،یسمى مورثة Gène .وأن كل مورثة تظھر عدة أشكال تسمى حلیلات Les allèles 

3 - العلاقة مورثة – بروتین / بروتین - صفة.

أ – مثال أول : تجربة Tatum et Beadle : أنظر الوثیقة 2 

1 - نلاحظ أن السلالة الطافرة غیر قادرة على تركیب التریبتوفان في وسط أدنى یتكون من أملاح الأمونیوم فقط. لذا نرمز لھذه السلالة ب -Try ونقول أنھا سلالة غیر ذاتیة التركیب للتریبتوفان Auxotrophe pour la tryptophane .

بینما السلالة المتوحشة +Try فھي ذاتیة التركیب للتریبتوفان Auxotrophe pour la tryptophane .

 نستنتج من ھذه الملاحظة أن الصفة مرتبطة بالقدرة على تركیب بروتیني معین.

2 - إن السلالة الطافرة -Try غیر قادرة على تحدید التحول أملاح الأمونیوم --> حمض الأنترانیلیك، لغیاب الأنزیم E1 

نستخلص ادن أن كل صفة مرتبطة بتركیب بروتیني معین، والذي یرتبط بدوره بتركیب أنزیمي معین.

ب  –  مثال ثاني : فقر الدم المنجلي  L'anémie falciforme  أنظر الوثیقة 3.

1 - یكمن الاختلاف الوحید بین السلسلة β للخضاب الدموي HbA والخضاب الدموي HbS ،في تعویض الحمض الأمیني رقم 6 (Glu)  في HbA بالحمض الأمیني Val في HbS. وأن متتالیة القواعد الأزوتیة لجزء المورثة HbA تختلف عن متتالیة القواعد الازوتیة لجزء المورثة HbS ،إذ استبدل الزوج النیكلیوتیدي رقم 17 ،حیث تم استبدال T – A في HbS بـ A – T في HbA

2 - إن استبدال متتالیة القواعد الازوتیة في المورثة، ترتب عنھ تغییر في متتالیة الأحماض الأمینیة في البروتین. نستنتج أن ھناك علاقة بین المورثة والبروتین. إن كل تغییر في بنیة البروتین، یؤدي إلى تغییر في المظھر الخارجي لصفة معینة (تغیر بنیة الخضاب تغیر شكل الكریات الحمراء)، ھذا یدل على وجود علاقة بین الصفة والبروتین.  

 ج – خلاصة.

إن كل صفة تترجم وجود بروتین بنیوي، أو نشاط بروتیني مختص، وأن كل تغیر في تعاقب القواعد الازوتیة (النیكلیوتیدات) داخل جزیئة ADN ،ینتج عنھ تغیر في تعاقب الأحماض الأمینیة داخل السلسلة البروتینیة. وھذا یعني أن ترتیب النیكلیوتیدات في جزیئة ADN ،ھو الذي یحدد طبیعة وترتیب الأحماض الأمینیة في البروتینات. تسمى كل قطعة من ADN تتحكم في صفة وراثیة معینة مورثة، وبما أن الصفة لھا عدة أشكال، فان للمورثة المتحكمة فیھا عدة أشكال كذلك، وكل شكل یسمى حلیلا Allèle.

مثال : صفة العلاقة بالستریبتومیسین لدى البكتیریا E.coli : الحلیل المتوحش StrepS ،الحلیل الطافر StrepR 

ΙΙ – آلیة تعبیر الخبر الوراثي: من المورثة إلى البروتین.

المورثات قطع من ADN ،وموقعھا النواة، أما تركیب البروتینات فیتم على مستوى السیتوبلازم. فما الذي یلعب دور الوسیط بین النواة والسیتوبلازم؟

1- الوسیط بین النواة والسیتوبلازم. 

 أ – معطیات تجریبیة . أنظر الوثیقة 4

ب – تحلیل واستنتاج .

 انطلاقا من الشكل أ من الوثیقة یتبین أن اللون الأزرق یتركز في النواة، بینما السیتوبلازم یظھر ملونا بالوردي. نستنتج من ھذا أن ADN یتواجد بالنواة، بینما جزیئة ARN تتواجد بالسیتوبلازم.

انطلاقا من الشكل ب من الوثیقة نلاحظ في المرحلة الأولى من التجربة تركیز الإشعاع في نواة الخلیة، وفي المرحلة الثانیة من التجربة انتقل الإشعاع نحو السیتوبلازم. 

نستنتج من ھذا أن ARN یركب داخل النواة، وینتقل بعد ذلك إلى السیتوبلازم. انطلاقا مما سبق یمكن افتراض أن الوسیط بین المورثات في النواة، والبروتینات في السیتوبلازم، ھو ARN ،لذلك سمي ARN الرسول، ونرمز لھ ب ARNm . 

ج – التحقق من الفرضیة . أنظر الوثیقة 5.

نلاحظ أنھ بعد كل حقن لـ ARNm والأحماض الأمینیة، ترتفع كمیة الأحماض الأمینیة المدمجة في البروتینات، مع انخفاض في كمیة ARNm.

 نستنتج من ھذه التجربة أن ھناك علاقة مباشرة بین تركیب البروتین ووجود ARNm ،أي أن ARNm ھو فعلا الوسیط بین المادة الوراثیة على مستوى النواة، وتركیب البروتینات على مستوى السیتوبلازم.

2 - بنیة جزیئة ARN . أنظر الوثیقة 6 والوثیقة 7


N ھو الحمض النووي الریبوزي Acide ribonucléique ، یتكون من سلسلة من النیكلیوتیدات على شكل لولب واحد من النیكلیوتیدات (شریط واحد)، وكل نیكلیوتید یتكون من حمض فوسفوري + سكر الریبوز + قاعدة ازوتیة تكون إما الأدنین A ،أو الغوانین G ،أو السیتوزین C ،أو الأوراسیل U.

3 - مراحل تعبیر المورثة.

 أ – مرحلة نسخ ARN : من المورثة إلى ARNm . أنظر الوثیقة 8

إن تركیب ARNm یتم داخل النواة، ثم ینتقل إلى السیتوبلازم حاملا الخبر الوراثي، أو الشفرة الضروریة لتركیب البروتین. إن ARNm ھو نسخة لأحد شریطي ADN ،وتسمى عملیة تركیب ARNm بالاستنساخ والتي تتم كما یلي: 

• یتعرف أنزیم ARN polymérase على الإشارات الوراثیة المسؤولة عن انطلاق تركیب ARNm ویلتصق بھا. 

•  یعمل ARN polymérase على تفریق لولبي جزیئة ADN على اثر انفصام الروابط الكیمیائیة التي تجمع القواعد الازوتیة المتاكملة فیما بینھا. 

• تعمل ARN polymérase على بلمرة النیكلیوتیدات الخاصة بـ ARNm ،وذلك حسب تكامل القواعد الازوتیة لـ ARNm حيث G  أمام C و U أمام A . ویبدأ تركیب ARNm من طرفھ ‘5 ویتشكل حسب المنحى ‘3  –> ’ 5 بالنسبة لشریط ADN المنسوخ. 

• تتعرف ARN polymérase على الوحدات الرمزیة المسؤولة عن نھایة الاستنساخ، فتتوقف عن البلمرة، وتستعید جزیئة ADN حالتھا الأصلیة.

ھكذا یعمل ARNm على نقل الرسالة الوراثیة المتواجدة على مستوى جزیئة ADN ،من النواة باتجاه السیتوبلازم حاملة معھا الخبر الوراثي، لتتم ترجمتھ إلى بروتینات.

ب – مرحلة الترجمة في السیتوبلازم: من ARNm إلى البروتین. 

 a – معطیات حول الطفرات : أنظر الوثیقة 9 

تبین ھذه المعطیات ما یلي: 

  •  ھناك علاقة بین النیكلیوتیدات المكونة لـ ARNm والأحماض الأمینیة للبروتین. 
  •  إن الإشارة لحمض أمیني واحد في البروتین، یتم بواسطة ثلاثة نیكلیوتیدات في ARNm

b – تجارب Nirenberg و Matthaei أنظر الوثیقة 10 

1 - یتبین من ھذه المعطیات أن الطابع الوراثي الأساسي یوجد على شكل ثلاثي من النیكلیوتیدات، حیث أن الثلاثي UUU یرمز للحمض الأمیني الفینیلالانین.

2 - الوحدة الرمزیة CCC ترمز للحمض الأمیني البرولین. والوحدة الرمزیة AAA ترمز للحمض الأمیني اللیزین. والوحدة الرمزیة GUG ترمز للحمض الأمیني الفالین، والوحدة الرمزیة UGU ترمز للحمض الأمیني السیستین.

نستخلص من ھذه التجارب أن كل ثلاثي نیكلیوتیدي یشكل وحدة رمزیة Codon ،ویرمز لأحد الأحماض الأمینیة. وباستعمال نفس التقنیة التجریبیة السابقة، تمكن الباحثون من تحدید الوحدات الرمزیة التي تشیر إلى 20 نوعا من الأحماض الأمینیة المكونة للبروتینات، فتم تجمیع النتائج المحصل علیھا في جدول الرمز الوراثي الممثل على الوثیقة 11.

تبین من ھذه المعطیات التجریبیة أن الرمز الوراثي یتكون من 64 وحدة رمزیة تتكون من ثلاثیات من النیكلیوتیدات، حیث أن عدة ثلاثیات ترمز لنفس الحمض الأمیني، وبعض الثلاثیات لا ترمز لأي حمض أمیني نقول أنھا بدون معنى Non Sens أو قف Stop ،لكونھا تدل على نھایة أو توقف تركیب البروتین. وھذه الثلاثیات ھي: (UAA, UAG, UGA) .

c – مراحل الترجمة:

العناصر اللازمة للترجمة : أنظر الوثیقة 12


یحتاج تركیب البروتینات بالإضافة إلى ARNm والمورثة إلى: 

ریبوزومات (شكل أ)، وھي عضیات سیتوبلازمیة صغیرة یتشكل كل واحد منھا من وحدة صغیرة ووحدة كبیرة، (شكل ب)، وتتكون كل وحدة من ARN ریبوزومي (ARNr (ومن بروتینات. وتتشكل الریبوزومات داخل النویة.

ARN ناقل (ARNt ) الموجود بالسیتوبلازم (شكل ج)، ویختص بنقل الأحماض الأمینیة الحرة المطابقة للوحدة الرمزیة. وتتكون جزیئة ARNt من نیكلیوتیدات وتتضمن موقعین: 

  • موقع یحتوي على ثلاث نیكلیوتیدات مكملة للوحدة الرمزیة المشیرة لحمض أمیني معین، ویسمى ھذا الثلاثي النیكلیوتیدي مضاد الوحدة الرمزیة Anticodon. 
  •  موقع لتثبیت الحمض الأمیني المناسب للوحدة الرمزیة.

أحماض أمینیة وھي 20 حمض أمیني طبیعي. 

 طاقة لمختلف مراحل التركیب، مصدرھا الاستقلاب الطاقي. 

 عوامل منشطة. 

مراحل الترجمة: أنظر الوثیقة 13 

یمكن تلخیص ظاھرة تركیب البروتینات في ثلاثة مراحل أساسیة وھي:

المرحلة الأولى: البدایة L'initiation خلال ھذه المرحة تلتصق وحدتي الریبوزومات بـ ARNm ،على مستوى الوحدة الرمزیة AUG ،التي تمثل إشارة البدء، وترمز للحمض الأمیني المیثیونین الذي یرتبط بـ ARNt خاص یسمى ARNt المبتديء، والحامل لمضاد الوحدة الرمزیة .UAC 

المرحلة الثانیة: الاستطالة L'élongation  وصول ARNt آخر حاملا معھ حمض أمیني ثاني مطابق للوحدة الرمزیة الموالیة على ARNm . تتشكل رابطة بیبتیدیة بین المیثیونین (Met ) والحمض الأمیني الموالي، فتنفصل الرابطة بین Met وARNt المبتدئ الذي یغادر الریبوزوم. یتحرك الریبوزوم بوحدة رمزیة واحدة (حسب المنحى ‘5’ ← 3 لشریط الـ ARNm المقروء)، لیصل ARNt ثالث، وھكذا تتضاعف الأحماض الأمینیة في السلسلة البیبتیدیة. 

المرحلة الثالثة: النھایة La terminaison عندما یصل الریبوزوم إلى الوحدة الرمزیة قف (UAA أوUAG أوUGA ) لا یدمج أي حامض أمیني، إذ لا یوجد أي ARNt متكامل مع ھذه الوحدات الرمزیة. فتفترق وحدتي الریبوزوم عن بعضھما البعض و عن ARNm و یتم تحریر السلسلة البیبتیدیة. كما ینفصل الحمض الأمیني Met عن باقي السلسلة البیبتیدیة. 

 ملحوظة: إن جزیئة واحدة من ARNm تتم ترجمتھا في نفس الوقت بواسطة عدة جسیمات ریبیة، تنتقل على طول خییط ARNm ، مما یسمح بتكون عدة بروتینات في نفس الوقت. (أنظر الشكل أ الوثیقة 12) .


reaction:

تعليقات