|
دراسة الخبر الوراثي |
من خلال دراسة تجارب GRIFFITH تبين أن نقل ADNs إلى المكورات R اكتسبت هذه الأخيرة صفة المحفظة.
إذن هناك علاقة بين الخبر الوراثي والصفة.
الصفة هنا هي وجود أو غياب المحفظة، وهي ميزة تميز إحدى البكتيريات عن الأخرى.
هذا يعني أن
الصفات هي ميزات نوعية أو كمية تميز فردا عن باقي أفراد نوعه، فبعضها يرى
بالعين المجردة(لون الأزهار مثلا) وأخرى تظهر بواسطة اختبارات خاصة(الفصيلة
الدموية مثلا).
|
تساؤل: كبف يتحكم الخبر الوراثي في الصفة؟ |
-1 معطيات تجريبية:
نقوم بزرع بكتيرية Escherichia Coli في وسط زرع ملائم(غراء+ كليكوز+ فيتامينات+أحماض أمينية في حرارة 37C)، ثم يتم تعريض الوسط لأشعة فوق بنفسجية UV. بعد تشكل لمات بكتيرية يتم نقلها إلى وسطين: أحدهما يحتوي على Streptomycine الذي يعتبر مضادا حيويا، والأخر بدون ستربتوميسين. تمثل الوثيقة الموالية، الظروف والنتائج المحصل عليها.
1 ـ قارن نتيجة الزرع في الوسطين.
2 ـ اقترح تفسيرا للنتائج المحصل عليها.
|
1 ـ في غياب الستربتوميسين تتشكل مستعمرات بكتيرية على شكل لمات على سطح الوسط. لكن عند زرعها في وسط يحتوي على المضاد الحيوي، فإننا نحصل على بعض اللمات فقط على شكل كتل صغيرة مبعثرة على سطح الوسط. 2 ـ البكتيريات التي ماتت بوجود Streptomycine تعتبر حساسة لهذا المضاد الحيوي ويرمز إليها بـ StrepS أما التي بقيت حية تعتبر مقاومة ويرمز إليها بـ StrepR . ظهور هذه الصفة الجديدة التي انتقلت إلى الأجيال الموالية أثناء تكاثر البكتيريات تعتبر وراثية أي أن التغيير حدث على مستوى المادة الوراثية ADN . |
-2 مفاهيم الطفرة والمورثة والحليل:
|
ـ الطفرة mutation هي تغير وراثي وفجائي في انتقال المادة الوراثية على جزء من ADN الذي يحمل الخبر الوراثي المتعلق بصفة معينة. - يمكن أن تكون الطفرة تلقائية أو محدثة بعوامل فيزيائية(أشعة) أو كيميائية(مواد كيميائية) أو بيولوجية(فيروسية)، هناك عدة أنواع من الطفرات: ـ طفرة عن طريق إضافة أو ضياع نيكليوتيد. انظر الرابط ـ طفرة عن طريق استبدال نيكليوتيد بنيكليوتيد آخر. انظر الرابط ـ طفرة عن طريق تغير ترتيب النيكليوتيدات... - جزء الـ ADN الذي يحمل الخبر الوراثي المتعلق بصفة معينة يشكل ما يسمى بالمورثة gene. كل مورثة توجد بنسخة واحدة على صبغي معين،ويمكنها أن توجد على عدة أشكال تسمى الحليلات alleles . مثلا StrepR وStrepS حليلين لنفس المورثة (العلاقة مع المضاد الحيوي Streptomycine فالحليل StrepS متوحش (الأصل) والحليل StrepR طافر. |
-3 العلاقة صفة ـ بروتين:
المثال الأول: تبين الوثيقة1 سلالتين من الأرانب: سلالة متوحشة سوداء وسلالة طافرة ذات لون أمهق
|
الوثيقة1 |
|
|
|
|
|
أرنب أسود |
أرنب أمهق |
يرجع اللون الأسود للأرانب إلى صبغة الميلانين الموجودة في الزغب. يتم تركيب هذه الصبغة في عدة مراحل انطلاقا من الحمض الأميني التيروزين، ويتدخل في هذا التركيب عدة أنزيمات من بينها أنزيم التيروزيناز الضروري لتحول التيروزين إلى مركب Dopa . تبين الوثيقة 2 أصل اللون الأسود عند الأرانب.
1 ـ باستغلالك لمعطيات الوثيقتين 1 و2 ، وضح العلاقة صفة بروتين.
|
1ـ يعود اللون الأسود إلى صبغة الميلانين التي تتطلب أنزيم التيروزيناز(بروتين) الذي يمكن من تحويل التيروزين إلى دوبا. في حالة عدم فعالية هذا الأنزيم تظهر صفة المهق، إذن صفة اللون عند الأرانب مرتبطة بنشاط بروتين(أنزيم). وهذا يدل على وجود علاقة بين البروتين والصفة. |
المثال الثاني: الخضاب الدموي بروتين يوجد داخل الكريات الحمراء وله دورين، وظيفي يتجلى في نقل الغازات التنفسية وبنيوي يتجلى في إعطاء الشكل الكروي المقعر للكريات الحمراء.ينتج فقر الدم المنجلي عن تركيب خضاب دموي Hemoglobine غير عادي (تشوه الكريات الحمراء تصبح منجلية الشكل) ويرمز له بـ HbS عوض HbA.
|
|
كريات حمراء منجلية الشكل
http://www2.lifl.fr/~touzet/M1/tp2.html |
تبين الوثيقة الموالية مقارنة بين جزء من الخضاب HbA والخضاب HbS وبين جزء من المورثة HbS وجزء من المورثة HbA.
1 ـ اعتمادا على مقارنة كل من الخضاب العادي وغير العادي، استنتج العلاقة بين االبروتين والصفة.
2 ـ انطلاقا من مقارنة كل من جزء مورثة HbA و HbS ، استنتج العلاقة بين المورثة والبروتين.
|
1 ـ مقارنة: لا تختلف جزيئة HbS عن HbA إلا باستبدال الحمض الأميني 6 رقم GLU بـ VAL. إذن هناك علاقة بين الصفة والبروتين، فشكل الكريات الحمراء(الصفة) مرتبط بطبيعة الخضاب الدموي(البروتين). 2 ـ مقارنة: هناك تشابه في جميع القواعد الأزوتية باستثناء القاعدة T رقم 17 في ADN المتحكم في تركيب HbA و التي عوضت بالقاعدة A في ADN المتحكم في تركيب HbS. إذن حدثت طفرة تجلت في استبدال T بـ A على مستوى المورثة أدت إلى استبدال الحمض الأميني GLU بـ VAL على مستوى البروتين وبالتالي تحول HbA إلى HbS الذي أدى إلى تغير شكل الكريات الحمراء(الصفة) إذن هناك علاقة بين المورثة والبروتين: ترتيب النيكليوتيدات في ADN هو الذي يحدد طبيعة وترتيب الأحماض الأمينية في البروتين. |
-4 العلاقة مورثة - بروتين؟
يتم تركيب البروتينات على مستوى السيتوبلاسم تحت إشراف المورثات(ADN) الموجودة في النواة فكيف تصل الإشارات من النواة إلى السيتوبلاسم لتركيب البروتينات؟
أ ـ تجربة Paul and Goldstein:
تم وضع أميبة في وسط مشع 1 وبعد أن أصبح الإشعاع في النواة 2 وضعت هذه الأخيرة داخل أميبة عادية منزوعة النواة 3 لوحظ أن الإشعاع انتشر إلى السيتوبلاسم 4.
1 ـ ماذا تستنتج من خلال نتيجة التجربة؟
- إذا أخضعنا الأميبة المطعمة بالنواة لتأثير أنزيمات هاضمة لحمض نووي ARN تتوقف النشاطات الخلوية.
2 ـ استخلص طبيعة المواد التي تخرج من النواة الى السيتوبلاسم.
|
1 ـ هذا يوحي بخروج مواد من النواة إلى السيتوبلاسم. 2 ـ المواد التي تخرج من النواة إلى السيتوبلاسم عبارة عن حمض نووي ريبوزي ARN . |
ب ـ بنية و مكونات ARN:
تبين الوثيقة1 تمثيلا تخطيطيا لجزء من ARN ، بينما تمثل الوثيقة2 مقارنة بين جزيئتي ADN وARN.
| الوثيقة1 | الوثيقة2 | |
|
|
|
|
|
ADN |
ARN |
|
1 ـ انطلاقا من الوثيقة1 ، استخرج مكونات ARN.
2 ـ اعتمادا على الوثيقة2، قارن جزيئتي ADN وARN .
|
1 ـ يتكون ARN من متتالية من النيكليوتيدات وكل نيكليوتيد يتكون من:
2 ـ مقارنة ARN و ADN كل من الجزيئتين عبارة عن عديد نيكليوتيدات، لكن هناك عده اختلافات نوردها في الجدول التالي:
|
ج ـ علاقة ADN بــ ARN:
تظهر الوثيقة التالية صورة لملاحظة مجهرية لجزء من ADN حيث يلاحظ و جود أجزاء من ARN ملتصقة به.
تدل الملاحظة على وجود علاقة بين ADN و ARN .
ـ تبين الوثيقة التالية كيفية انتقال الطابع الوراثي من ADN إلى ARN أي النسخ الوراثي Transcription حيث ينتقل الخبر الناتج عن نسخ المورثة إلى السيتوبلاسم على شكل رسول يسمى ARNm
ـ تمثل الوثيقة التالية متحركة لآلية النسخ الوراثي.
|
|
www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/
1 ـ باستنادك للوثيقتين، بين كيف يتم النسخ الوراثي.
|
1 ـ يعمل أنزيم ARN بوليمراز على تفريق لولبي ADN في مقدمة المورثة المراد نسخها، ثم يشرف على إدماج النيكليوتيدات الحرة حسب تكامل القواعد الأزوتية، وعندما يصل إلى نهاية المورثة يتم تحرير ARN بوليمراز و ARNm. |
ملحوظة: تنتقل عدة جزيئات الأنزيم من موقع بداية الاستنساخ إلى نهايته و هكذا يتم نسخ عدة جزيئات ARNm في آن واحد.
انظر الروابط
5 ـ علاقة ARNm و تركيب البروتينات:
نحضر خلاصة بكتيريات تحتوي على كل المكونات السيتوبلاسمية لكن ينعدم فيها ADN و ARN ، بعد ذلك تضاف إليها أحماض أمينية وARN ذائب مستخلص من السيتوبلاسم.
يمثل المبيان التالي النتائج المحصل:
1ـ اعتمادا على تحليل الوثيقة، استنتج العلاقة بين ARN والأحماض الأمينية.
|
1 ـ يتبين أن بعد كل حقن لـ ARN يرتفع عدد الأحماض الأمينية المدمجة في البروتينات، بالتالي فان ARN هو المسؤول عن دمج الأحماض الأمينية في البروتينات. |
6 ـ تركيب البروتينات:
6 ـ 1ـ تجربة 1961 Nirenberg and Matthaei
1ـ ماذا تستنتج انطلاقا من تحليل نتيجة التجربة؟
|
1 ـ نلاحظ أنه عند حقن ARNm يحتوي على نيكليوتيد U فقط يتم تركيب بيبتيد يتكون من تسلسل حمض اميني واحد Phe ، ويوحي هذا بوجود علاقة بين تسلسل النيكليوتيدات وتسلسل الاحماض الامينية. |
يشير مفهوم الرمز الوراثي الى أن كل ثلاثية نيكليوتيدية ترمز إلى حمض أميني معين وتشكل بذلك وحدة رمزية.
وبما أن عدد النيكليوتيدات هو 4، فعدد التوافقات الممكنة للإشارة إلى 20 حمض أميني طبيعي هو 43= 64 وهذا يعني أن عدة وحدات رمزية ترمز لحمض أميني واحد وبعضها لا يشير لأي حمض أميني( نقول أنها بدون معنى). تكون لائحة الوحدات الرمزية والأحماض الأمينية المناسبة لها الرمز الوراثي Le code génétique
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/code.gif
|
|
|
|
www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat
انظر الروابط
| 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
ملحوظة: تتم ترجمة جزيئة ARNm عدة مرات من طرف مجموعة من الريبوزومات لكن بتأخير زمني وهذا ما يفسر تركيب عدة جزيئات من نفس البروتين. انظر الرابط
من النسخ الوراثي إلى تركيب البروتينات (برنامج للتحميل)fichier.zip
تمرين1: تمثل الوثيقة التالية جزء من الخييط غير المستنسخ لـ ADN مورثة.
ATGCCCTGTGCCATCAAGTAA
1ـ اعط متتالية الأحماض الأمينية المطابقة للبروتين الذي تتحكم في تركيبه هذه المورثة.
2ـ حدد نتيجة استبدال النيكليوتيد C رقم 10 من اللولب المستنسخ بالنيكليوتيد A.
تمرين2: انظر الرابط
تمرين3: انسخ ARNm و ركب بروتين : انظر الرابط