الدرس 133 : تقنيات التكنولوجيا الجزيئية ( الهندسة الوراثية ) - تقنية DNA معاد الإتحاد

ثانياً : تقنية DNA معاد الإتحاد : 

♦ هى عملية إدخال قطعة أو جين من الـ DNA الخاص بكائن حى كالإنسان إلى خلايا كائن حى آخر كالبكتيريا ليتم لصقها ودمجها فى DNA هذا الأخير لتحقيق أغراض معينة حيث يزيد عدد وحدات الجزء المُدخل بنفس المعدل الذى يزيد به DNA الذى يحتويه . 

الدرس 132 : إستنساخ تتابعات الـ DNA

إستنساخ تتابعات الـ DNA : 

إنتاج العديد من نُسخْ جين معين ( كجين إنتاج الأنسولين ) أو قطعة من الـ DNA بعد الحصول على تلك القطعة بقصها من شريط DNA مباشرة بواسطة إنزيمات القصر أو بشكل غير مباشر عن طريق عزل M.Rna المنسوخ من هذا الجين أو المنسوخ من تلك القطعة فى الخلية ثم معاملته بإنزيم النسخ العكسى لإنتاج الجين منه مرة ثانية ًبطريقة عكسية ثم يُضاعف هذا الجين بجهاز PCR وإنزيم تاك بوليميريز أو بلصقه ببلازميد وإدخاله فى خلية بكتيرية ( تسمى الحامل أو المضيف ) بهدف تسخير تلك الكائنات لإنتاج مركبات وإنزيمات مرغوبة . 

الدرس 131 : إنزيمات القصر ( القَطع ) البكتيرية

( تعمل كسكين يقطع حبلاً بأطوال محددة ) 

هى إنزيمات ( عبارة عن بروتينات ) منتشرة فى بعض سلالات البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى المقاومة للفيروسات كوسيلة دفاع طبيعية ضد الفيروسات الغازية ، تم فصل مايزيد عن 250 نوع منها ،

 كل نوع له تتابع نوعى قصيرمن القواعد النيتروجينية ( من 4 إلى 7 نيوكليوتيدات ) يتعرف عليه ويقطع عنده أينما وُجِد فى شريطى الـ DNA ، حيث يبحث عن ويتعرف على تتابعات القواعد النيتروجينية لمواقع معينة على جزئ DNA للفيروس المهاجم لتلك الكائنات وتهضمه وتقصه عند ذلك الموقع أو بالقرب منه إلى قطع ( قد تصل إلى مئات أو آلاف ) عديمة القيمة والمعنى وبالتالى لا تُترجم إلى بروتين فلاتضر تلك الكائنات ولاتنتشر بها . 

الدرس 130 : إستخدامات DNA المهجن

أولاً : الكشف عن وجود جين معين ( معلوم تتابع القواعد النيتروجينية فيه ) وتحديد كميته داخل المحتوى الجينى لعينة ما : 

♦ كالبحث عن جين معين معلوم أنه مسئول عن حدوث السرطان فى المحتوى الجينى لشخص ما قبل حدوث المرض وتحديد كميته . 

♦ تمكن العلماء من تحديد مكان تتابع معين قصير من النيوكليوتيدات فى منتصف أحد صبغيات ذبابة الفاكهة ( الدروسوفيلا )هو ( A-G-A-A-G ) وتحديد عدد مرات تكراره وكانت حوالى مائة ألف مرة ( 100,000 ) . 

مثلاً :

مطلوب البحث فى هذه العينة عن الجين الذى تتابع قواعد النيوكليوتيدات فيه هو ATCGAC وكم مرة يتكرر فى تلك العينة . 

الدرس 129 : تقنيات التكنولوجيا الجزيئية ( الهندسة الوراثية ) - تقنية تهجين الحمض النووى

التكنولوجيا الجزيئية ( الهندسة الوراثية ) :

هى تكنولوجيا جديدة تتعامل مع المادة الوراثية (DNA) وتطويعها لصالح البشر

 ونشأت بسبب التقدم فى علم الجينات ومعرفة تركيبها وكيفية تخليق البروتين .

أهم إنجازات التكنولوجيا الجزيئية :

1 - عزل جين مرغوب فيه ( مثل جين إنتاج الأنسولين )

من بين عشرات الآلاف من الجينات من جينوم ما

وتكوين ملايين النسخ منه باستخدام خلية بكتيرية أو خلية فطر الخميرة .

2 - تحليل أى جين لمعرفة تتابعات القواعد النيتروجينية فى النيوكليوتيدات المكونة له .

3 - معرفة تتابع الأحماض الأمينية فى أى بروتين :

من خلال معرفة تتابع النيوكليوتيدات فى الجين المقابل الذى أنتج ذلك البروتين .

4 - إجراء مقارنة بين تركيب جينات نفس الفرد أو جينات أفراد مختلفة .

5 - نقل جينات وظيفية من خلايا إلى خلايا أخرى ( نباتية أو حيوانية ) .

6 - بناء جزيئات DNA حسب الطلب :

( أ ) فى عام 1979 م تمكن العالم خُورَانَا من إنتاج جين صناعى وإدخاله فى خلية بكتيرية .

( ب ) يمكن إستخدام DNA الصناعى

 ( DNA المبنى حسب الطلب والمحتوى على تتابع من النيوكليوتيدات نرغب فى دراسته )

 فى تجارب تخليق البروتين , فعن طريق تغيير الشفرة بإستبدال حمض أمينى بآخر

يمكن دراسة تأثير الأحماض الأمينية على وظيفة البروتين .

ومثال تغير وظيفة البروتين بتغير نوع الأحماض الأمينية : طفرة الهيموجلوبين

فوظيفة الهيموجلوبين فى كريات الدم الحمراء هى :

- حمل الأكسجين من الرئتين وتوصيله لخلايا الجسم .

- حمل ثانى أكسيد الكربون من خلايا الجسم إلى الرئتين للتخلص منه .

أما الهيموجلوبين غير الطبيعى الناتج بسبب الطفرة 

لايقدر على القيام بوظيفته فى حمل الغازات التنفسية .

( جـ ) إنتاج شرائط قصيرة من DNA تحتوى على تتابع النيوكليوتيدات الذى نرغب فى دراسته

 وذلك عن طريق برمجة النظم الجينية الموجودة فى العديد من المعامل لإنتاج تلك الشرائط .

تقنيات التكنولوجيا الجزيئية

أولاً : تهجين الحمض النووى :

هى تقنية لإنتاج جزئ من DNA مهجن

من شريطين من DNA من مصدرين مختلفين 

( نوعين مختلفين من الكائنات )

 وذلك عن طريق رفع درجة حرارتهما فتنفصل أشرطة اللوالب المزدوجة

 ( نتيجة كسر الروابط الهيدروجينية بينها )

ثم تبريدهما لتكوين روابط هيدروجينية جديدة

 ونتيجة ذلك تتكون بعض اللوالب الأصلية والبعض الآخر هجين 

ويستفاد من تلك التقنية فى :

♦ الكشف عن وجود جين معين فى عينة ما ( من الـ DNA ) وتحديد عدد مرات تكراره ( أى كميته ) .

♦ تحديد درجة القرابة بين الكائنات الحية .

الأساس العلمى لتهجين DNA ( كيف يتم التهجين ) :

نحصل على DNA ( اللولب المزدوج ) من المصدرين المختلفين

( نوعين مختلفين من الكائنات كالإنسان والشمبانزى )

 ثم نرفع درجة حرارته إلى 100° درجة مئوية . 

ماذا يحدث ؟

♦ عند رفع درجة حرارة جزئ DNA إلى 100° درجة مئوية

 تنكسر الروابط الهيدروجينية ( ضعيفة وسهلة الكسر بطبيعتها )

التى تربط بين القواعد النيتروجينية المتزاوجة فى اللوالب المزدوجة

فيتكون شريطان مفردان من DNA غير ثابتين .

♦ عند خفض درجة الحرارة للمخلوط

 تعود أشرطة DNA المفردة إلى الإلتصاق والإتحاد ببعضها

حيث تنجذب وتتزاوج قواعدها النيتروجينية المتكاملة لتكوين لولب مزدوج من جديد

حيث أنها تميل إلى الوصول لحالة الثبات .

♦ بعض الأشرطة من نوع تلتصق مع الأشرطة الأخرى من النوع الآخر

ليصبح لدينا جزيئات DNA هجينة (أى تتكون من شريطين مختلفين من مصدرين مختلفين ) .

إذن :

♦ أى شريطين مفردين من DNA أو RNA 

يمكن لقواعدهما النيتروجينية أن تتزاوج لتكوين شريط مزدوج

 إذا وجد بينهما تتابعات ولو قصيرة من القواعد المتكاملة .

بمعنى :

( شريط DNA + شريط RNA )

أو ( شريط DNA + شريط DNA )

 أو ( شريط RNA + شريط RNA كما يحدث فى تزاوج بعض القواعد النيتروجينية المتكاملة على t.rna) .

♦ يمكن إستخدام قدرة الشريط المفرد من DNA أو RNA على الإلتصاق طويلاً 

فى إنتاج لولب مزدوج هجين .

♦ تتوقف شدة الإلتصاق بين الشريطين

على درجة التكامل بين تتابعات قواعدهما النيتروجينية ( درجة التشابه )

ويمكن قياس شدة الإلتصاق بين الشريطين بمقدار الحرارة اللازمة لفصلهما عن بعضهما

فكلما كانت درجة التكامل وشدة الإلتصاق بين الشريطين كبيرة

زاد مقدار الحرارة اللازمة لفصلهما

وهذا يعنى أن هناك تكاملاً أكبر بين القواعد النيتروجينية

( بمعنى تتابعات متشابهة أطول وأكثر وقرابة أكبر بين الكائنين ) .

ملحوظة :

♦  بسبب إرتباط C و G بثلاث روابط هيدروجينية 

    وإرتباط  A و T برابطتين هيدروجينيتين :

 فإنه يلزم لفصل الشريطين فى جزيئات DNA الغنية بالقواعد C و G 

درجة حرارة أعلى من 

اللازمة لفصل الشريطين فى جزيئات DNA الغنية بالقواعد  A و T

 بمعنى أنه تتوقف درجة الحرارة اللازمة على النسبة بين A+T / C+G

 فتزيد مع زيادة تلك النسبة .

♦  عند إقتراب شريطى الـ DNA من بعضهما  :

تنشأ الروابط الهيدروجينية لأنها من أسهل الروابط فى التكوين .

♦  تفيد تقنية التهجين فى :

معرفة مصدر جزئ RNA حيث أنه لايرتبط إلا بجزئ DNA الذى أنتجه .

♦  قُدِرت درجة الحرارة 100° مئوية لفصل شريطين عن بعضهما

لو كانت درجة التكامل بين قواعدهما النيتروجينية 100 % :

 ولكن ممكن تنقص عن ذلك على حسب درجة التكامل أو التهجين فمثلاً :

درجة التكامل بين شريطين فى حاجة إلى 90 ° درجة مئوية لفصلهما

أكبر من درجة التكامل بين شريطين فى حاجة إلى 50° درجة مئوية لفصلهما .

الخلاصة :

كلما زادت درجة التكامل بين القواعد النيتروجينية للشريطين

زادت شدة الإلتصاق بين الشريطين

وزادت درجة القرابة بين الكائنين

وزادت درجة الحرارة اللازمة لفصل الشريطين عن بعضهما

كيفية تكوين DNA مهجن ( خليط ) :

DNAالمهجن :

هو لولب مزدوج يتكون من شريطين من مصدرين مختلفين

 أحدهما من كائن حى والشريط الآخر المتكامل معه من كائن حى آخر

 أى أن : كل شريط بأكمله من مصدر .

خطوات الحصول على DNA مهجن :

1 - يتم مزج الأحماض النووية من مصدرين مختلفين ( أى من نوعين من الكائنات الحية ) .

2 - ترفع درجة حرارة المزيج إلى 100° فتنفصل جزيئات DNA إلى أشرطة مفردة .

3 - يبرد الخليط فيحدث إزدواج للقواعد النيتروجينية المتكاملة بين الشرائط المختلفة فتتكون :

( أ ) لوالب مزدوجة أصلية :

( عودة الشريطين فيها لنفس شكلها قبل رفع درجة الحرارة , والشريطين من كائن واحد )

( ب ) لوالب مزدوجة هجين :

( تتكون من شريطين أحدهما من مصدر والشريط المتكامل معه من المصدر الآخر )

أهمية تهجين الحامض النووى:

يستفاد من تلك التقنية فى :

1 - الكشف عن وجود جين معين فى عينة ما وعدد مرات تكراره ( كميته ) .

2 - تحديد درجة القرابة بين الكائنات الحية .

الدرس 128 : مراحل ترجمة البروتين

خطوات الترجمة :

أولاً : مرحلة بدء وإنطلاق عملية الترجمة :

هذه المرحلة عبارة عن خطوتين يحدثان مرة واحدة طوال فترة بناء البروتين .

( أ ) تكوين معقد بدء بناء البروتين:

 ( تحت وحدة الريبوسوم الصغيرة + m-RNA + الـ t-RNA الحامل للميثونين ) :

♦ ترتبط تحت وحدة ريبوسوم صغيرة بجزئ m-RNA

 من جهة الطرف `5 ( بالتحديد عند موقع الإرتباط بالريبوسوم )

بحيث تكون القواعد النيتروجينية لأول كودون به وهو AUG متجهاً لأعلى 

وهو الوضع الصحيح للترجمة .

الدرس 127 : تخليق البروتين - مقدمة

وقت حدوثه :

♦ تلعب البروتينات أدواراً مختلفة داخل الجسم 

لذلك تقوم الخلية بتركيبها وتخليقها حسب حاجتها

فقد يكون البروتين تركيبى ( بنائى ) 

( سوف يكسب الخلية مواصفات معينة مثل الصلابة أو المرونة أو يدخل فى تركيب الجدار والعضيات )

وقد يكون البروتين وظيفى

 ( سوف يحفز أو ينظم تفاعل معين سوف يكسب الخلية قدرة معينة ) 

ومن هذا النوع الإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة . 

الدرس 126 : الشفرة الوراثية genetic code

الشفرة الوراثية

هى ترتيب وتتابع للنيوكليوتيدات فى جزئ m-RNA ( وليس على  DNA ) على شكل ثلاثيات تسمى كودونات

 حيث أن كل كودون يتكون من 3 نيوكليوتيدات متجاورة ومتتالية 

و يتم ترجمة كل كودون أثناء تخليق البروتين إلى حمض أمينى معين

وتم نسخ تلك الشفرة فى النواة فى صورة تتابع مكمل للنيوكليوتيدات

 فى جزء من أحد شريطى جزئ DNA  ( ثلاثيات شفرة DNA )

لتكوين صورة طبق الأصل من المعلومات الوراثية الموجودة فى الجين على DNA وتسمى تلك الصورة m-RNA

 ثم يخرج m-RNA من ثقوب النواة إلى الريبوسومات فى السيتوبلازم للترجمة 

حيث يترجم إلى تتابع للأحماض الأمينية فى سلسلة عديد الببتيد الذى تكون بروتين معين يظهر صفة وراثية معينة . 

الدرس 125 : حمض RNA الناقل ( t-RNA )

تعريف ووظيفة حمض  t-RNA ( Transfer Rna  ) :

نواقل متخصصة ( تقوم بدور عمال متجوله فى الخلية )

وظيفتها : تنفيذ وترجمة الشفرة المسجلة على m-RNA

 حيث تقوم بإحضار ونقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات فى السيتوبلازم أثناء تكوين البروتين

 حيث يكون لكل حمض أمينى نوع خاص مختلف من t-RNA يقوم بالتعرف عليه ثم نقله ووضعه فى مكانه الصحيح فى سلسلة عديد الببتيد النامية حسب الترتيب على m-RNA . 

الدرس 124 : حمض RNA الريبوسومى ( r-RNA )

 

حمض RNA الريبوسومى ( Ribosoma Rna ) ( r-RNA ) :

وظيفة r-RNA :

♦ هو نوع من أنواع الحمض النووى الريبوزى RNA يشكل جزء من تركيب الريبوسوم حيث :

يدخل أربعة أنواع مختلفة من حمض r-RNA مع حوالى 70 نوعاً من عديد الببتيد ( بروتينات ) فى بناء عضيات الريبوسومات  ( مقر تصنيع البروتين ) .

♦ يرتبط ويتداخل r-RNA فى الريبوسوم بشكل غير مفهوم مع m-RNA أثناء عملية تخليق البروتين .

الدرس 123 : حمض RNA الرسول (m-RNA ) - جزء ثانى

أوجه الشبه بين : 

عملية تضاعف DNA و عملية نسخ m-RNA من DNA :

1 - إنفصال شريطى DNA عن بعضهما .

2 - حركة إنزيم البلمرة فى إتجاه (  '5  البداية --> '3  النهاية ) للشريط الجديد المتكون .

الدرس 122 : حمض RNA الرسول (m-RNA ) - جزء أول

حمض RNA الرسول [ m-RNA ) [ Messenger Rna ) :

هو جزئ RNA أحادى السلسلة ( منفرد وغير ملتف ) ، يحمل وينقل تعليمات وراثية ( رسالة وراثية تشمل عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية المكونة لبروتين معين ) من جين معين على DNA فى النواة مطلوب ترجمته ، إلى الريبوسومات الموجودة فى سيتوبلازم خلايا حقيقية النواة بسبب أن الجينات على DNA غير متحركة لخارج النواة حيث : 
تعمل الريبوسومات على ترجمة تلك التعليمات إلى أحماض أمينية لبناء بروتين معين تحتاجه الخلية  . 

الدرس 121 : الأحماض النووية الريبوزية ( RNAs )

أوجه التشابه بين جزئ DNA ( الحمض النووى الديؤكسى ريبوز ) وجزئ RNA ( الحمض النووى الريبوزى ) : 

1 - كل منهما يتكون من سلسلة طويلة غير متفرعة من وحدات بنائية هى النيوكليوتيدات . 

2 -  كل نيوكليوتيدة تتكون كيميائياً من : 

( أ ) سكر خماسى .     ( ب ) قاعدة نيتروجينية .   ( جـ ) مجموعة فوسفات . 

الدرس 120 : الأحماض النووية وتخليق البروتين

أنواع البروتينات

يدخل فى تركيب أجسام الكائنات الحية آلاف الأنواع من البروتينات يمكن أن تُقسم إلى نوعين رئيسين هما : 

ملحوظة : 

♢ الإنزيمات 

♦ عبارة عن بروتينات يدخل فى تكوينها الأحماض الأمينية . 

♦ من أجل أن يحافظ الجسم على توازنه تحدث فى خلاياه تفاعلات كيميائية تنتج له الطاقة وتبنى له المواد التى هو فى حاجة إليها . 

♦ بدون وجود الإنزيمات لن تتم هذه التفاعلات لأنها لاتتم من تلقاء نفسها أو تتم بشكل بطئ جداً . 

♦ كل إنزيم له تفاعل خاص به ينشطه فقط . 

♦ الإنزيم لا يستهلك فى التفاعل ( بمعنى أنه لا ينفذ ) . 

الدرس 119 : تصنيف الطفرات تبعاً لمنشأها

خامساً : تصنف تبعاً لمنشأها إلى :

ملحوظة : 

♦ حمض النيتروز مثلاً عند معاملة الحمض النووى لكائن بهذا الحمض فإن يحول القواعد النيتروجينية من نوع لآخر بنزع مجموعة الأمين فمثلاً يحول السيتوزين إلى يوراسيل . 

♦ التضاعف الصبغى ممكن أن يحدث وحده بدون تدخل الإنسان فيكون طفرة صبغية تلقائية وممكن إستحداثه بواسطة الإنسان فيكون طفرة صبغية مستحدثة وذلك للحصول مثلاً على فاكهة ذات ثمار كبيرة حلوة المذاق وخالية من البذور .

الدرس 118 : تصنيف الطفرات تبعاً لمكان حدوثها

رابعاً : تصنف الطفرات تبعاً لمكان حدوثها إلى : 

 ملحوظة : 

♦ تعتبر الطفرة المشيجية طفرة حقيقية لأنها تظل متوارثة عبر الأجيال . 

♦ تعتبر الهيموفيليا ( نزف الدم الوراثى ) من الطفرات المشيجية .

♦ هناك طفرة مشيجية ولا تورث للأجيال التالية وهى حالة كلاينفلتر وتيرنر ، كل منهما عقيم ولا يورثان العقم للأجيال التالية ( طبيعى لأنه لا يحدث إخصاب ) . 

♦ إذا حدثت الطفرة فى خلية جسمية لا تنقسم ( مثل الخلايا العصبية ) فإن عواقبها تكون غير معتبرة . 

♦ أما إذا حدثت فى خلية جسمية تنقسم بسرعة فستشكل كتلة من الخلايا تؤدى إلى تغيير فى وظيفة العضو التى حدثت فيه . 

لماذا تورث الطفرة المشيجية ؟ 

جسم الكائن الحى ككل بدء من خلية واحدة تسمى الزيجوت حدث فيها إنقسامات ميتوزية عديدة متتالية لتكوين مليارات الخلايا المتخصصة فى وظائف معينة وتحتوى تلك المليارات من الخلايا على نفس المعلومات الوراثية الموجودة فى الخلية الزيجوت . 

- الزيجوت هو خلية نتجت من إتحاد خليتين بعملية تسمى الإخصاب  ، الخلية الأولى هى البويضة من الأم وتلقح من الخلية الثانية وهى الحيوان المنوى من الأب . 

- البويضة تنتج عن خلايا تناسلية فى المبيض ، والحيوان المنوى ينتج عن خلايا تناسلية فى الخصية . 

- لو حدثت طفرة فى الخلايا التناسلية التى نتج عنها البويضة أو التى نتج عنها الحيوان المنوى أو كليهما ، ستظهر الطفرة فى الزيجوت ثم فى الفرد الكامل الناتج عن الزيجوت وعند بدء تكوين أمشاج فى ذلك الفرد ستظهر فيها الطفرة مرة ثانية وهكذا .... فى كل الأجيال التالية .