أغسطس 2018 | مدونة أحمد النادى لأحياء الثانوية العامة

الدرس 111 : الطفرات - أسباب حدوثها

الطفرات - أسباب حدوث الطفرات - الثالث الثانوى
قد حدث لك يوماً وأنت تجلس أمام الكمبيوتر تكتب نص معين على برنامج تحرير نصوص أن كتبت بطريق الخطأ حرف مكان حرف بضغطك على مفتاح خاطئ من لوحة المفاتيح فتغير معنى الكلمة التى ينتمى إليها هذا الحرف , بالمثل قد يحدث خطأ وخلل أثناء تضاعف DNA ( نسخه من نفسه ) وإن كان ذلك نادر الحدوث لأن أى خطأ يتم إصلاحه مباشرة وسريعاً فور حدوثه بواسطة إنزيمات الإصلاح لكن لو دام الخطأ فى DNA يسبب طفرة . 

الطفرة : 

تغير مفاجئ فى طبيعة بعض العوامل الوراثية ( الجينات ) المتحكمة والمتسببة فى ظهور صفات معينة مما قد ينتج عنه تغيير هذه الصفات فى الكائن الحى ، 
ومن التغير فى طبيعة العوامل الوراثية ( إضافة أو إستبدال أو فقد نيوكليوتيدة أو أكثر أو قلب مجموعة من النيوكليوتيدات) 
حيث ينتج عن ذلك تغير فى تسلسل النيوكليوتيدات فى الجين وبالتالى تغير فى المعلومات الوراثية فينتج عن ذلك بروتين غير طبيعى فلا يؤدى هذا البروتين فى الخلية عمله الطبيعى . 

الدرس 110 : تركيب المحتوى الجينى

تركيب المحتوى الجينى - dna

المحتوى الجينى لفرد ما : 

هو كل الجينات (أو DNA ) الموجودة فى خلية هذا الفرد . 
توصل العلماء الباحثون عام 1977م إلى معرفة ترتيب الجينات على DNA فى الخلية بعد أن تمكنوا من تحديد تتابعات النيوكليوتيدات فى جزيئات DNA و RNA
يحتوى DNA على جينات تحمل التعليمات اللازمة لبناء : 
المركبات البروتينية بأنواعها ( كالإنزيمات والهرمونات ) وتنسخ بوسيط هو M-RNA . 
♢ تتابع النيوكليوتيدات التى ينسخ منها جزيئات r-RNA ( الريبوسومى ) الذى يدخل فى بناء الريبوسومات ( تنسخ بدون وسيط M-RAN) . 
♢ تتابع النيوكليوتيدات التى ينسخ منها جزيئات t.-RNA ( الناقل ) ( تنسخ بدون وسيط M-RNA ) . 
أنواع تلك الجينات الثلاثة تسمى المحتوى الجينى

الدرس 109 : تكثيف الـ DNA (ضم جزيئات الـ DNA الطويلة )

تكثيف الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna -
بعد تمام تضاعف DNA فى نواة الخلية تمهيداً وإستعداداً للإنقسام تتكون شبكة ضخمة داخل النواة فلابد أن تنتظم تلك الشبكة فى صورة صبغيات بحيث أن كل DNA ونسخته الناتجة عن التضاعف يصنعوا كروموسوم ثنائى الكروماتيد ويتصل الإثنين بسنترومير لتنقسم بإنتظام إلى نصفين بحيث يحتوى كل نصف على نسخة من DNA كل كروموسوم لتدخل تلك النسخة خلية من الخلايا الجديدة الناتجة عن الإنقسام , لذلك يأتى دور تكثيف DNA لتقصير طوله ويأخذ شكل الكروموسوم ويسهل فصله بخيوط المغزل . 
تضاعف الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna - تكثيف dna
1 -  كل صبغى يحتوى على جزئ واحد فقط من الـ DNA . 
2 - مجموع أطوال كل جزيئات DNA على كل الصبغيات فى النواة يصل 2 متر , إذن لابد من تكثيف هذه الجزيئات لتقع فى حيز النواة التى قطرها من 2 إلى 3 ميكرون . 
3 -  لا بد أن يقصر جزئ DAN حوالى 100,000 ( مائة ألف مرة ) لتستوعبه نواة الخلية . 
= أوضح التحليل البيوكيميائى وصور المجهر الإلكترونى أن DNA يتكاثف ليستوعبه الصبغى كالآتى : 

الدرس 108 : DNA فى حقيقيات النواة

الحمض النووى الريبوزى منقوص الأكسجين dna فى حقيقيات النواة

حقيقيات النواة : 

هى كائنات حية متطورة توجد مادتها الوراثية فى نواة تحاط بغشاء نووى يفصل محتوياتها ( السائل النووى + النَوِيَّة ) عن السيتوبلازم وينتظم DNA فيها فى صوة صبغيات

الصبغيات فى حقيقيات النواة : 

عدد الكروموسومات ( الصبغيات ) فى نواة كل خلية جسدية فى جسم الإنسان هو 46 صبغى ( كروموسوم ) ويختلف عدد الصبغيات من كائن حى لآخر فكل نوع من الأحياء له عدد ثابت من الكروموسومات
الحمض النووى الريبوزى منقوص الأكسجين dna فى حقيقيات النواة - الصبغيات – الشبكة الكروماتينية
أما عدد الكروموسومات ( الصبغيات ) فى أمشاج أى نوع من الكائنات ( الحيوان المنوى أو البويضة أو حبوب اللقاح أو ..... ) فهو نصف عدد الكرموسومات الموجودة فى الخلايا الجسدية للنوع ففى حالة الإنسان تكون عدد الكروموسومات فى الأمشاج هى 23 كروموسوم . 

الدرس 107 : DNA فى أوليات النواة ( مثل البكتيريا – والطحالب الخضراء المزرقة )

dna الحمض النووى الريبوزى منقوص الأكسجين فى أوليات النواة
الصورة التاليةلخلية بكتيرية إنفجرت بسبب معاملتها ومعالجتها بطرق خاصة ، حيث تحتوى على صبغى واحد لايتحلزن أثناء الإنقسام ويتكون من DNA فقط غير معقد بالبروتين .
الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna فى أوليات النواة
النواة : 
هى العقل المدبر لشئون الخلية . 

أوليات النواة : 

كائنات حية بدائية الشكل والتركيب ( ليست متطورة ) , لاتحتوى على نواة حقيقية ( بمعنى أنه لاتوجد فيها نواة واضحة الحدود والمعالم ) فلا تحاط المادة الوراثية فيها بغشاء نووى بل تسبح تلك المادة حرة فى السيتوبلازم ولاتوجد فى خلاياها عضيات خلوية ( بمعنى أنه لاتوجد ميتوكوندريا ولا شبكة إندوبلازمية ولا أجسام جولجى ولا بلاستيدات  ولا أجسام هاضمة ولا فجوات )
♢ DNA فى أوليات النواة من النوع الدائرى ولايوجد بها كروموسومات لأن الـ DNA بها غير معقد بالبروتين ( بمعنى أنه  على درجة عالية من النقاء فليس معه بروتين كما فى حقيقيات النواة ) وبالتالى لاينتظم فى صورة صبغيات . 
الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna فى أوليات النواة

الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna فى أوليات النواة
DNA فى بكتيريا إيشيريشيا كولاى E.COLI ( التى تعيش فى أمعاء الفقاريات ) كمثال لأوليات النواة
الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna فى أوليات النواة - إيشير يشيا كولاى
1 - المحتوى الجينى لتلك البكتيريا عبارة عن جزئ DNA واحد فقط يوجد فى السيتوبلازم بلا غشاء نووى . 
2 - يوجد جزئ DAN البكتيرى الرئيسى على شكل لولب مزدوج تلتحم نهايتاه معاً ( بمعنى أنه يلتف حول نفسه ولا يتحلزن لتكوين صبغى كما فى حقيقات النواة سواء أثناء إنقسام الخلية أو فى غير وقت إنقسامها ) . 
3 - يصل طول DNA فى إيشيريشيا كولاى - بعد فرده ووجوده فى خط مستقيم إن أمكن ذلك – إلى 1,4مم ( يساوى 1400 ميكرون ) يفترض أن يشغل مساحة نووية تساوى عشر حجم الخلية بينما يصل طول الخلية البكتيرية نفسها إلى 2 ميكرون لذلك يلتف حول نفسه . 
إذن : يلتف ويطوى جزئ DNA حول نفسه عدة مرات ( وهذا معنى التكثيف فى أوليات النواة وهو أبسط من تكثيف DNA فى حقيقات النواة ) وذلك ليحتل منطقة نووية مساحتها ( 0.2 ميكرون ) وهى 0.1 من حجم الخلية البكتيرية الذى يساوى 2 ميكرون . 
وحدات القياس فى علم الأحياء - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز فى أوليات النواة
ملحوظة : 
تكثيف DNA يسهل إحتواء تلك الخلية الصغيرة الحجم لهذا الطول من الـ DNA وإلا كان الأمر سيصبح بصعوبة إدخال فيل داخل زجاجة . 
تكثيف dna - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز فى أوليات النواة
4 - يتصل DNA بالغشاء البلازمى للخلية فى موقع أو أكثر يبدأ عندها تضاعفه . 
5 - توجد الريبوسومات " مصانع إنتاج البروتين " منتشرة فى السيتوبلازم . 
6 - تحتوى بعض البكتيريا على بلازميد أو أكثر . 

البلازميدات : 

البلازميدات - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز فى أوليات النواة
♢ واحد أو أكثر من جزيئات DNA التى توجد فى بعض أنواع البكتيريا وقد لا توجد فى البعض الآخر .
♢  يمكن نقلها من بكتيريا لأخرى أو لكائنات أخرى مثل الخميرة والفطريات والحشرات حيث تستخدم فى الهندسة الوراثية . 
♢ أصغر من DNA الرئيسى وتتكون من لولب مزدوج وتأخذ شكل دائرى ( حلقى ) ولا تلتف حول نفسها . 
♢ توجد بلازميدات فى خلايا فطر الخميرة كوجودها فى أوليات النواة رغم أن فطر الخميرة من حقيقات النواة ( بمعنى أن مادتها الوراثية توجد فى نواة ومحاطة بغشائها النووى ) لذا تعتبر الخميرة من حقيقات النواة بها صفة من أوليات النواة . 
أهميتها : 
♢ مهمة للإنسان حيث : تستخدم على نطاق واسع فى الهندسة الوراثية حيث تتضاعف أثناء تضاعف DNA الرئيسى بالبكتيريا ويمكن من خلال هذه البكتيريا تضاعف بلازميدات صناعية للحصول على نسخ عديدة منها . 
البلازميدات - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز فى أوليات النواة - الهندسة الوراثية - الإستنساخ
♢ مهمة للكائن نفسه حيث : تحمل جينات إضافية مهمة للبكتيريا كجين مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية ولا تتعقد تلك الجزيئات بوجود بروتين معها . 
ملاحظات : 
♢ البلازميدات عبارة عن DNA ولذلك هى تتكون من جينات ولكن تلك الجينات غير مهمة للحياة اليومية للبكتيريا أى ليس لها علاقة بالوظائف الأساسية مثل النمو والتكاثر ولكن تلك الجينات تعمل فى الظروف الإستثنائية مثل أن تكسب الخلية صفات مثل
♦ مقاومة الأدوية وخاصة المضادات الحيوية مثل التتراسيكلين و البنسلين و الأمبيسيلين التى تعمل على قتل أو وقف نمو البكتيريا كإنزيم penicillinase الذى يوقف عمل البنسلين . 
البلازميدات - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز فى أوليات النواة - مقاومة المضادات الحيوية - البنسيلين
♦ تساعد البكتيريا فى هضم مواد معينة . 
♦ تساعدها فى قتل أنواع أخرى من البكتيريا . 
فمثلاً : 
من ضمن جينات البلازميد الموجود فى بكتيريا E.COLI جين مسئول عن تكوين المادة التى تقتل بها تلك البكتيريا الأنواع الأخرى من البكتيريا الضارة فى أمعاء الفقاريات ولايوجد ذلك الجين على DNA الرئيسى بتلك البكتيريا , فممكن عن طريق إستخدام الهندسة الوراثية تكثير ذلك البلازميد لإنتاج مضاد حيوى من تلك المادة . 
♢ توجد جزيئات DNA فى البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا ( وهما عضيتان توجد فى سيتوبلازم حقيقات النواة ) تشبه جزيئات DNA فى أوليات النواة .
dna فى أوليات النواة – dna فى  الميتوكوندريا والبلاستيدات – أوليات متطفلة على حقيقيات النواة


dna فى أوليات النواة – dna فى  الميتوكوندريا والبلاستيدات – أوليات متطفلة على حقيقيات النواة
أى أن : DNA لاينتظم فى صورة صبغيات فى كل من أوليات النواة + البلاستيدات + الميتوكوندريا .
لذا : يعتقد أن البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا كانت فى الأصل أوليات نواة متطفلة داخل خلايا حقيقية النواة واستقرت بها بعد ذلك . 
dna فى أوليات النواة – الميتوكوندريا والبلاستيدات – أوليات متطفلة على حقيقيات النواة
بسبب وجود DNA بالبلاستيدات والميتوكوندريا خاص بهما يمكن إعتبارهما عضيات شبه مستقلة تتضاعف وحدها ويزيد عددها وبتلك العُضِيَّاتْ ريبوسومات لبناء البروتينات الخاصة بهما بالإضافة لوجود ريبوسومات حرة فى السيتوبلازم الذى يحوى تلك العضيات .

وظيفة DNA الموجود فى البلاستيدات والميتوكوندريا : 

يتكون من جينات تستخدم فى إنتاج إنزيمات خاصة تدخل فى أداء الميتوكوندريا والبلاستيدات لوظائفهما . 
لاحظ أن : 

الميتوكوندريا 

♢  تعتبر محطات لتوليد الطاقة فى الخلية على شكل جزيئات ATP التى تحتاجها الخلية فى عملياتها الحيوية المختلفة . 
♢ وظيفتها الأساسية هى التنفس الخلوى حيث يدخل سكر الجلوكوز للخلية أو تدخل مواد عضوية أصلها من سكر الجلوكوز للخلية وفى وجود غاز الأكسجين O2 تتفاعل مع الإنزيمات وتنتج ( H2O ماء + CO2 غاز ثانى أكسيد الكربون + طاقة على شكل ATP ) . 

البلاستيدات الخضراء 

♢ وظيفتها الأساسية هى عملية البناء الضوئى حيث تحول طاقة الضوء إلى غذاء وذلك بسبب إحتواء تلك البلاستيدات على صبغات الكلوروفيل أو اليخضور تقتنص وتمتص الطاقة الشمسية من أشعة الشمس وتحتوى أيضا على إنزيمات تستطيع تكوين الكربوهيدرات . 
 سبب إطلاق تسمية العُضيَّات على تلك المكونات هو كونها أعضاء صغيرة جداً توجد داخل النواة التى تشكل جزء صغير جداً بالنسبة للعضو التى توجد فيه حيث أنها لاترى إلا بالميكروسكوب الإلكترونى , فعضية تصغير عضو كما أن عبيد تصغير عبد وكتيب تصغير كتاب .

الدرس 106 : إصلاح عيوب الـ DNA

إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الإصلاح - إنزيمات الربط
العمليات التى يقوم بها الـ DNA لتصحيح ضرر معين قد يضر فى عمليتى النسخ والترجمة وبالتالى إنتاج بروتين غير طبيعى . 
كل المركبات البيولوجية التى توجد فى الخلية على شكل بوليمرات معرضة للتلف . 

البوليمرات : 

مركبات بيولوجية طويلة توجد فى خلايا الكائنات الحية تتكون من وحدات بنائية متكررة تسمى مونيمرات . 
مثل : 
النشايتكون من وحدات متكررة من الجلوكوز . 
البروتينيتكون من وحدات متكررة من الأحماض الأمينية (AA). 
الأحماض النووية ( RNA + DNA ) تتكون من وحدات متكررة من النيوكليوتيدات . 
جزئ الـ DNA له تسلسل محدد من الممكن أن تطرأ عليه تغييرات يتم تصحيح معظمها لكن بعضها يبقى ويسبب طفرة . 

أسباب تلف DNA ( أو أى بوليمر داخل الخلايا ) : 

1 - البيئة المائية داخل الخلية . 
2 - المركبات الكيميائية ، فهناك بعض المركبات الكيميائية التى تسبب تحول القاعدة النيتروجينية إلى شكل أو مركب آخر مثل أملاح المعادن الثقيلة كالزئبق والرصاص والمبيدات الحشرية وبعض العقاقير التى يؤدى تناولها فى شهور الحمل الأولى إلى حدوث تشوهات فى الأجنة والصبغات التى تضاف إلى الأطعمة . 
فمثلاً : 
مركب أكسيد النيتروس NITROUS OXIDE المعروف بغاز الضحك والمستخدم فى التخدير فى عيادات الأسنان وغرف العمليات الجراحية يعمل على نزع مجموعة الأمين وبالتالى
تحويل السيتوزين C إلى يوراسيل U
♢ تحويل الأدينين A إلى هايبوزانثين Hypothanthine وهو قاعدة بيورينية من نفس العائلة . 
♢ تحويل الجوانين G إلى زانثين Thanthine وهو قاعدة بيورينية أيضاً . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الإصلاح - إنزيمات الربط – أسباب تلف dna
  وبالتالى لابد من إزالة تلك القواعد الخطأ التى لاتوجد فى DNA وإستبدالها بالصحيح . 
3 - الإشعاع . 
كالأشعة فوق البنفسجية الضارة الآتية من الشمس ( أحد مكونات ضوء الشمس ) التى من الممكن أن تتسبب فى تكوين رابطة بين قاعدتى ثايمين متجاورتين ( بدل من الإرتباط بالقواعد المكملة والمتممة لهم ) فتحدث طفرة فى الجينات المسئولة عن تنظيم الإنقسام الميتوزى فيحدث سرطان فى الجلد وظهور بقع داكنة على الجلد . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الإصلاح - إنزيمات الربط – أسباب تلف dna
4 - حرارة الجسم التى تعمل على
♢ كسر الروابط التساهمية التى تربط السكريات الخماسية . 
♢ كسر الروابط التساهمية التى تربط القاعدة النيتروجينية بالسكريات الخماسية . 
♢ كسر الروابط الهيدروجينية التى تربط بين الشريطين . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الإصلاح - إنزيمات الربط – أسباب تلف dna
5 - الأخطاء أثناء تضاعف الـ DNA كإضافة نيوكليوتيدة بطريق الخطأ مكان أخرى 
فمثلاً : فى المثال التالى تم إضافة نيوكليوتيدة بها قاعدة جوانين بدلاً من قاعدة ثايمين بطريق الخطأ وتم التصحيح بواسطة إنزيم بلمرة DNA وحده وقت حدوث الخطأ وقبل إضافة النيوكليوتيدة التالية . 
أما لو تم تخطى الخطأ وفشل إنزيم بلمرة DNA فى تصحيحه فستتدخل إنزيمات الربط لإتمام تلك المهمة : 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الإصلاح - إنزيمات الربط – أسباب تلف dna

 إنزيمات الربط :

♢ تكتشف المنطقة التالفة وتتعرف عليها وتزيلها
♢ ثم تملأ الفراغ بنيوكليوتيدات صحيحة بناء على النيوكليوتيدات المقابلة على الشريط السليم وتربط كل نيوكليوتيدة بما قبلها . 
♢ ثم تلصق وتربط المنطقة السليمة . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الربط - فكرة عمل إنزيمات الإصلاح
5- بشكل تلقائى وبدون سبب 
حيث : يقدر عدد القواعد النيتروجينية التى تتلف يومياً من DNA الموجود بالخلية البشرية الواحدة بحوالى 5000 قاعدة بيورينية ( أدينين + جوانين ) , ولكن يتم إصلاحها أو تعويضها بفضل إنزيمات الإصلاح . 
ملحوظة : 
لولا تصحيح أخطاء الـ DNA لأدت تلك الأخطاء إلى موت الكثير من الكائنات الحية . 
تأثير تلف الـDNA : 
♢ أى تلف فى قاعدة نيتروجينية فى جزئ الـ DNA ( بمعنى فقدان نيوكليوتيدة أو أكثر لقاعدة نيتروجينية) ينتج عنه تغيير فى المعلومات الوراثية ( الموجودة فى هذا الجزء ) مما ينتج عنه تغيرات خطيرة فى بروتينات الخلية . 
♢ رغم أن هناك آلاف التغيرات التى تحدث لجزئ DNA يومياً إلا أنه لايستمر منها فى الخلية إلا تغيران أو ثلاثة كل عام يكون لها صفة الدوام وذلك لأن : 
الغالبية العظمى من التغيرات تُزال بكفاءة عالية بسبب وجود

إنزيمات الربط ( أو الإصلاح ) : 

هى إنزيمات عددها 20 إنزيم تعمل فى تناغم لتتعرف على المنطقة التالفة من جزئ DNA وتصلحها حتى لايُورَث ذلك الخطأ , حيث تستبدل النيوكليوتيدات التى تحمل القواعد النيتروجينية التالفة بأخرى سليمة من نفس النوع وذلك بناءً على القواعد النيتروجينية المتكاملة معها والموجودة على الشريط السليم المقابل للجزء التالف ثم تتزاوج القواعد النيتروجينية الجديدة مع القديمة السليمة بروابط هيدروجينية . 
ملحوظة : 
عملية تضاعف DNA عملية دقيقة بحيث أن نسبة الخطأ فى إضافة نيوكليوتيدة بشكل خطأ أثناء التضاعف ( وهى غير مطلوبة ) هى واحدة فى كل مائة ألف نيوكليوتيدة صحيحة ( 1 : 100.000 ) , ويفلت من تلك النيوكليوتيدات الخاطئة أثناء عملية التصحيح مانسبته ( 1 : بليون ) , وذلك بسبب إنزيمات الربط ( الإصلاح ) التى تدقق فى قراءة DNA كمراجعة شخص لورقة مهمة لمرة أخيرة قبل تسليمها لشخص مهم وذلك بحثاً عن أخطاء فى التهجئة مثلاً ،
فمثلاً : إذا تزاوج أدينين مع سيتوزين بدلاً من ثايمين فإن إنزيمات الإصلاح تصلح هذا الخطأ بإضافة ثايمين بدل السيتوزين المضاف بشكل خطأ . 

فكرة عمل إنزيمات الربط ( ميكانيكية الإصلاح ) : 

كل تلف فى الـ DNA يمكن إصلاحه إلا إذا حدث فى الشريطين فى نفس الموقع وفى نفس الوقت ، حيث يعتمد إصلاح عيوب DNA على شرطين يجب توافرهما : 
1- وجود شريطين ( يحمل كل منهما نفس المعلومات الوراثية ) . 
2 - وجود شريط من الشريطين سليم دون تلف ليتم إستخدامه كقالب . 
لذا يعمل كل من الشريطين ( إذا بقى دون تلف ) كقالب تستخدمه إنزيمات الربط لإصلاح القواعد التالفة على الشريط المقابل , ثم تتزاوج النيوكليوتيدة الجديدة التى حلت مكان التالفة مع المقابلة لها على الشريط القالب السليم بروابط هيدروجينية , فيظل تركيب DNA ثابت عند إنتقاله للأجيال التالية , لذلك تعتبر إنزيمات الربط وكذلك اللولب المزدوج حيويان للثبات الوراثى للكائنات التى يوجد بها وكذلك بالرغم من وجود الجين المسئول عن تكوين بروتين يظهر صفة ما على شريط واحد فقط . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الربط - فكرة عمل إنزيمات الإصلاح
♢ تحدث الطفرات عندما يحدث تلف لقاعدتين نيتروجينيتين متقابلتين على شريطى DNA فى وقت واحد فلا يتم إصلاحهما (التغيران أو الثلاثة المستمرة بدون إصلاح كل عام ) وذلك بسبب : 
عدم وجود نسخة أخرى تستخدمها الإنزيمات كقالب لإصلاح التلف وتكون النتيجة إستمرار التلف مما يحدث تغييراً فى المعلومات الوراثية فى هذا الجزء من الـ DNA . 
إصلاح عيوب الـحمض النووى dna - إنزيمات الربط - فكرة عمل إنزيمات الإصلاح
لكن لو حدث الخطأ بين نيوكليوتيديتين متقابلتين فى وقتين مختلفين ( بينهما يوم مثلاً ) فيتم إصلاح كليهما . 
♢ بعض الفيروسات تكون سريعة الطفرات ( عدم الثبات الوراثى أى حدوث تغير فى الصفات الوراثية بإستمرار) حيث يزداد معدل حدوث التغير الوراثى فيها بسبب وجود المادة الوراثية ( المحتوى الجينى ) فى تلك الفيروسات فى صورة RNA وهو شريط مفرد أو فى صورة شريط مفرد من DNA فإذا حدث أى تلف فى هذا الشريط المفرد لايمكن إصلاحه بواسطة إنزيمات الربط لأن الإصلاح يعتمد على وجود نسختين من المعلومات الوراثية على شريطى اللولب المزدوج وفى الفيروسات لايوجد شريط مقابل يعمل كقالب لإصلاح التلف , فممكن أن يحدث طفرة فى الجين المسئول عن تكوين بروتين الأنتيجين على سطح الفيروس الذى يتعرف عليه جهاز المناعة فيتغير من شكل لآخر لذلك تتحور تلك الفيروسات لتصبح شكل جديد من الفيروس يحتاج لمعاملة أخرى فمقاومتها صعبة بعض الشيئ . 
إذن : 
الخطأ الذى لايمكن إصلاحه ويؤدى إلى طفرات 
♢ فى الفيروسات إذا لم يتم الإصلاح بشكل تلقائى وبدون تدخل إنزيمات الإصلاح فستحدث طفرة . 
♢ إذا حدث فى قاعدتين متقابلتين فى نفس الوقت يؤدى أيضاً إلى طفرة ولاتتعامل إنزيمات الإصلاح مع الخطأ . 
ملحوظة : 
لايمكن إصلاح التلف فى نيوكليوتيدة فى RNA الفيروس بواسطة إنزيمات الربط ولكن هناك إصلاح حيث يمكن إصلاحها بالإستبدال المباشر بدون تلك الإنزيمات فإذا تلفت قاعدة نيتروجينية فى شريط RNA لفيروس فإن نسبة إصلاحها وإستبدالها بالقاعدة الصحيحة هو 25 % ونسبة إستبدالها بقاعدة غير صحيحة هو 75 % بسبب دخول 4 قواعد فى تركيب RNA هى الأدينين والجوانين والسيتوزين واليوراسيل . 
إذن : 

خطوات الإصلاح هى : 

1- التعرف على وإكتشاف التلف أو مكان الخطأ . 
2 - إزالة وحذف الجزء التالف من النيوكليوتيدات . 
3 - إستبدال النيوكليوتيدات الخطأ بأخرى صحيحة بناء على تتابع النيوكليوتيدات على الشريط السليم المقابل . 

أهمية إنزيمات الربط هى : 

1- ربط القطع التى كونها إنزيم البلمرة لتكوين شريط جديد ( 3' ---- < 5' ) وذلك فى تضاعف الـ DNA " وذلك بشكل طبيعى "
2 - إصلاح عيوب الـ DNA بإستخدام أحد شريطى DNA كقالب لإصلاح القواعد التالفة على الشريط المقابل وإستبدالها بأخرى سليمة وصحيحة " وذلك بشكل طبيعى "
3 - لصق الأطراف اللاصقة للجين والبلازميد ( فى الإستنساخ ) والتى تكونت بفعل إنزيمات القصر حيث تربط إنزيمات الربط بين القواعد المتكاملة والمتممة لبعضها البعض " وذلك بشكل صناعى و بتدخل الإنسان "
ملحوظة : 
♣ مما سبق يمكن القول بأن خاصية تكامل القواعد النيتروجينية هام جداً فى : 
♢ عملية تضاعف DNA
♢ وكذلك نسخ mRna
♢ وكذلك إصلاح عيوب DNA
♢ وكذلك فى التعبير الجينى إلى بروتينات ( التكامل بين tRna و mRna ) . 
♣ يعمل إنزيم الربط على الروابط الهيدروجينية والتساهمية ففى حالة إستبدال نيوكليوتيدة تالفة بأخرى سليمة يحتاج لربط السليمة التى أضافها برابطة تساهمية مع ماقبلها وما بعدها وكذلك يحتاج لربطها برابطة هيدروجينية مع المكملة لها على الشريط المقابل . 
♣ النسخ هو تكوين شريط الـ RNA ( وخصوصاً m.rna من جزء من الـ DNA يسمى جين ), أما الإستنساخ فهو تكوين نسخ عديدة من جزء من الـ DNA أو جين .

الدرس 105 : تضاعف الـ DNA

تضاعف الحمض النووى dna
مقدمة : 
 لماذا تنقسم الخلايا ؟ 
♢ الحاجة إلى الإنقسام الميتوزى : 
فى المراحل الأولى من عمر الكائن الحى يحتاج للإنقسام الميتوزى
حيث يحتاج للنمو لذلك يزداد عدد الخلايا بالإنقسام الميتوزى من خلية الزيجوت ( البويضة المخصبة ) إلى خليتين ثم إلى أربعة ثم إلى ثمانية وهكذا حتى تصل خلاياه لتريليونات الخلايا المتخصصة فى وظائف مختلفة , وينتج عن ذلك إنتقال المادة الوراثية الموجودة فى خلية الزيجوت إلى كل خلايا الجسم الناتجة عنها نتيجة تضاعف الـ DNA فى الخلية المنقسمة إلى نسختين متشابهتين قبل بدء الإنقسام لتستقبل كل خلية ناتجة عن الإنقسام لنسخة منها . 
إذا تلفت خلية أو تقدم عمرها يحتاج الجسم للإنقسام الميتوزى لتعويضها وإستبدالها بأخرى
مثال : 
♣ إذا تلفت خلايا من طبقة الجلد الخارجية بسبب الإحتكاك . 
♣ عند حدوث جرح تنقسم الخلايا التى تلامس الجرح ميتوزياً لإنتاج خلايا تسد الجرح لتحل محل التى تلفت وفقدت . 
ملحوظة : 
♦ الخلايا الجديدة الناتجة عن إنقسام أى خلية كخلية جلد ميتوزياً مثلاً ستشبه الخلية الأم وستؤدى نفس وظيفتها .
♢ الحاجة إلى الإنقسام الميوزى : 
أهميته فى تكوين الأمشاج
حيث يعطى خلايا تناسلية ( حيوان منوى وبويضة ) بها نصف عدد الصبغيات الموجودة فى الخلية المنقسمة فى المناسل ( الخصى والمبايض ) , لأنه عندما تتلاقى الأمشاج بالإخصاب تعود الصبغيات أزواج فى خلية الزيجوت التى تنقسم ميتوزى لتكوين الجنين . 
ملحوظة :
♦ عملية إنقسام الخلية
يتحكم فيها جينات موجودة فى نواتها تُعْلِمْ الخلية متى تنقسم فإذا أصيبت تلك الجينات بطفرة ستنقسم تلك الخلايا بلاعقل وبطريقة جنونية فتتكون كتلة خلايا غير طبيعية لها نفس المحتوى الجينى المعطوب تسمى ورم سرطانى .
♦  المرحلة الثانية من الإنقسام الميوزى لا تتضاعف فيها الصبغيات . 

تضاعف DNA ( يعيد إنتاج ذاته ) : 

ينفرد جزئ الـ DNA من بين باقى جزيئات الطبيعة بقدرتها على تضاعف نفسها . 
وهو العملية التى تُنسخ أو تتضاعف فيها كل جزيئات DNA فى نواة الخلية قبل أن تبدأ تلك الخلية فى الإنقسام الخلوى ( وليس أثناءه ) ليتكون جزيئان منفصلان من DNA يماثل كل منهما جزئ DNA الأصلى , حتى تحصل كل خلية جديدة ناتجة عن الإنقسام على نسخة طبق الأصل من المعلومات الوراثية الخاصة بالخلية الأم ( 2 ن ) , ففى الإنسان مثلاً  وقبل إنقسام الخلية لابد من تضاعف 46 جزئ DNA بها محموله على 46 صبغى أحادى الكروماتيد ( 23 زوج من الصبغيات , وكل زوج يتكون من كروموسومين أحدهما موروث من الأب ومعه نظيره الموروث من الأم وكلاهما يحمل الجينات بنفس الترتيب ) . 
تضاعف الحمض النووى dna - من كروموسوم أحادى الكروماتيد إلى ثنائى الكروماتيد
مبدأ التضاعف
أشار واقترح كلاً من واطسن وكريك فى نموذج تركيب DNA الآلية الممكنة لتضاعف DNA وتوصلا إلى أن
كل شريط من شريطى DNA يحتوى على قواعد نيتروجينية متكاملة ومتممة للقواعد النيتروجينية على الشريط الآخر بمعنى أنه
لو تم فصل شريطى DNA عن بعضهما فإن كل شريط قديم منفرد منهما يعمل كقالب لإنتاج وبناء شريط جديد مقابل له ومتكامل معه حيث أن تتابع النيوكليوتيدات فى كل شريط يوفر المعلومات اللازمة لبناء الشريط المقابل له والمتكامل معه , 
فمثلاً
إذا كان تتابع القواعد النيتروجينية فى جزء من أحد الشريطين هو         
[ 5' …… A – A – T – C – C – G …… 3']
فإن قطعة الشريط التى تتكامل معه يكون ترتيب قواعدها النيتروجينية هى
[ 3' …… T – T – A – G – G – C …… 5'] .

دور الإنزيمات فى تضاعف الـ DNA : 

يتطلب نسخ الـ DNA تكامل نشاط عدد من الإنزيمات والبروتينات فى الخلية وهى
تضاعف الحمض النووى dna - إنزيمات اللولب - إنزيمات البلمرة - إنزيمات الربط

خطوات تضاعف الـ DNA : 

1 - فك إلتواء وإلتفاف اللولب الحلزونى المزدوج ( رجوعه لشكل السلم ) . 
2 - فصل الشريطين عن بعضهما بفعل إنزيمات اللولب . 

إنزيمات اللولب Helicase ( تفُك ) : 

تتحرك على إمتداد اللولب المزدوج , فتقوم بكسر وفك الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية المتزاوجة فى كلا الشريطين , فتفصل وتبعد الشريطين عن بعضهما لتكوين سلسلتين منفردتين تمهيداً لعمل إنزيم البلمرة لتتمكن القواعد من تكوين روابط هيدروجينية مع نيوكليوتيدات جديدة . 
ملحوظة : 
يعمل إنزيم بلمرة DNA مباشرة خلف إنزيم اللولب بمعنى أن كل قطعة من اللولب يتم فكها يتم نسخها ثم تنفك قطعة أخرى ويتم تضاعفها وهكذا ولا ينتظر إنزيم البلمرة حتى تمام الإنفصال بين الشريطين ثم بعد ذلك تبدأ عملية التضاعف حتى لا تزدوج الروابط مع مركبات أخرى . 
♢ يوجد بروتين يرتبط بالقاعدة النيتروجينية التى تم كسر الرابطة بينها وبين القاعدة المكملة لها فى الشريط المقابل لمنع إتصالهما حتى لايُعاد إرتباطهما مرة أخرى قبل أن يتم إستخدامهما كقالب . 
تضاعف الحمض النووى dna - إنزيمات اللولب - إنزيمات البلمرة - إنزيمات الربط

تضاعف الحمض النووى dna - إنزيمات اللولب - إنزيمات البلمرة - إنزيمات الربط
إتجاه عمل إنزيمات اللولب : 
♢ يعمل فى إتجاه النهاية 3' فى أحد الشريطين والنهاية 5' للشريط الآخر . 
♢ التضاعف يتم فى السلسلتين فى نفس الوقت ولكن فى إتجاهين متعاكسين وبسرعة مختلفة . 
ملحوظة : 
♢ لوغاب إنزيم اللولب من خلية فلن يحدث إنفصال لشريطى الـDNA عن بعضهما وبالتالى لن يحدث تضاعف لـ DNA وبالتالى لن تنقسم الخلية .
♢ 
تستمر عملية فك إلتفاف الشريطين الأصليين عن بعضهما طالما إستمرت عملية البناء . 
3- بناء أشرطة DNA جديدة ( بفعل إنزيمات البلمرة ) : 
يعمل كل شريط من شريطى DNA الأصلى المفصولين عن بعضهما كقالب لبناء شريط DNA جديد يتكامل معه ويتمم له .
♢ الشريط الأصلى القالب  ( 3'  ---<  5' ) يكّوِنْ شريط جديد ( 5'  ---<  3' ) يتكامل معه .
♢ والشريط الأصلى القالب ( 5'  ---<  3' ) يكّوِنْ شريط جديد ( 3'  ---<  5' ) يتكامل معه .

 إنزيمات البلمرة ( تبنى ) : 

♦ تعمل خلف " تَتْبَعْ " إنزيمات اللولب مباشرة فتقوم ببناء شريط DNA جديد بإضافة نيوكليوتيدات إلى شريط DNA الجديد الواحدة تلو الأخرى ( من البداية 5' إلى النهاية 3' ) بحيث تتزاوج القاعدة النيتروجينية فى النيوكليوتيدة الجديدة على السلسلة الجديدة مع القاعدة النيتروجينية الموجودة على الشريط القالب والمتممة لها فقط , حيث
يقوم هذا الإنزيم بإدخال نيوكليوتيدة تحتوى على الثايمين فى الشريط الجديد أينما وُجد الأدينين فى نيوكليوتيدة فى الشريط الأصلى وبالعكس . 
♦ ويقوم بإدخال نيوكليوتيدة تحتوى على السيتوزين فى الشريط الجديد أينما وُجد الجوانين فى نيوكليوتيدة فى الشريط الأصلى وبالعكس . 
♢ ثم تتكون بين القاعدتين النيتروجينيتين ( القديمة والجديدة ) رابطة هيدروجينية
♢ ثم تتكون رابطة تساهمية بين سكر ديؤكسى ريبوز للنيوكليوتيدة وبين مجموعة الفوسفات على النيوكليوتيدة التالية على السلسلة النامية . 
ونتيجة ذلك يزداد طول الشريط الجديد تدريجياً فى إتجاه 3' . 
ملحوظة : 
♠ إنزيم بلمرة DNA لاينتظر إنزيم اللولب حتى يتم فك كامل شريطى اللولب المزدوج ولكن يتبعه ليبنى على جزء القالب الذى تم فكه بواسطة إنزيم اللولب قطعة تتكامل معه فى إتجاه 5'  --- 3' ) ثم يفك إنزيم اللولب جزء آخر وهكذا وذلك أسهل وأنجز
♠ أول نيوكليوتيدة يضيفها إنزيم بلمرة DNA تكون مجموعات الفوسفات بها حرة ومتصلة بذرة الكربون رقم 5 فى سكر ديؤكسى ريبوز . 
♠ النيوكليوتيدات الداخلة فى بناء شريط DNA الجديد موجودة بشكل حر فى النواة . 
إتجاه عمل إنزيمات البلمرة : 
♢  يعمل فى إتجاه واحد فقط وهو من الطرف 5' إلى الطرف 3' لشريط DNA الجديد الذى يجرى بناؤه مهما كان إتجاه القالب . 
لأنه هو المسئول عن تكوين الرابطة التساهمية بين OH فى ذرة الكربون رقم 3 فى سكر نيوكليوتيدة ومجموعة الفوسفات المتصلة بذرة الكربون رقم 5 فى سكر نيوكليوتيدة تالية ويكرر العملية ........ 
تضاعف الحمض النووى dna -  إنزيمات البلمرة
♢ بسبب أن DNA يتكون من سلسلتين ملتفتان حول نفس المحور ومتوازيتين لكن فى إتجاهين متعاكسين فإن
DNA يبنى فى إتجاه مختلف فى كل سلسلة ونتيجة ذلك : 
تعمل إنزيمات البلمرة فى إتجاه واحد فقط من الطرف 5' إلى الطرف 3' لشريط DNA الجديد
لذلك
- تصُلح هذه الإنزيمات لبناء شريط DNA جديد 5'  --- 3' ) يصنع بشكل متواصل من البداية إلى النهاية و يتكامل مع شريط DNA الأصلى القالب 3'  --- 5' )  ولاتحتاج لإنزيمات الربط . 
ولاتعمل فى إتجاه 3'  --- 5' )  بالنسبة للشريط الجديد النامى المعاكس
لذلك
- لاتصلح وحدها لبناء شريط DNA جديد 3'  --- 5' )  يتكامل مع شريط DNA الأصلى القالب 5'  --- 3' ) إلا بمساعدة إنزيمات الربط حيث
يتم بناء الشريط الجديد 3'  --- 5' ) النامى المعاكس بواسطة إنزيم البلمرة على هيئة قطع صغيرة بشكل غير متواصل فى إتجاه 5'  --- 3' ) لشريط DNA القالب القديم تاركة ثغرات فى الشريط الجديد ولايربطها إنزيم البلمرة , فبعد أن يفْرُغ إنزيم بلمرة DNA من بناء قطعة يكون إنزيم اللولب قد فك جزء آخر من اللولب فيقوم إنزيم البلمرة بالرجوع لبناء قطعة أخرى وهكذا ... ( بمعنى أنه يبنى من الداخل للخارج وليس العكس كما يفعل فى بناء الشريط الجديد 3'  --- 5' ) ) . 
ملحوظة : 
من المستحيل ان يتم بناء الشريط الجديد 3'  --- 5' )  بإستمرار وقطعة واحدة لأن إنزيم البلمرة لايعمل إلا فى الإتجاه 5'  --- 3' ) للشريط الجديد وفك الشريطين مستمر . 

إنزيمات الربط

♢ تعمل على ربط أو لحام وإتصال القطع الصغيرة ( كل قطعة طولها من 100 إلى 200 نيوكليوتيدة ) فى إتجاه 5'  --- 3' ) للشريط المعاكس الجديد وضد إتجاه إنزيم اللولب وذلك لأن إنزيم البلمرة لايعمل فى إتجاه 3'  --- 5' )  لشريط DNA الجديد الجارى بناؤه . 
♢ تعمل تلك الإنزيمات على تكوين رابطة تساهمية لتوصيل النهاية - 3 للقطعة الجديدة بالنهاية – 5 للقطعة السابقة لها للحصول على شريط كامل متصل . 
تضاعف الحمض النووى dna - dna replication
ملحوظة : 
الطريقة التى يتضاعف بها DNA تبين كيف أن الكروموسوم يحافظ على صفاته على مر العصور . 
♧ أول خطوة فى التضاعف ينفك إلتفاف اللولب المزدوج ( بمعنى رجوعه سلم ) وليس ينفصل الشريطان . 
♧ بناء شريط DNA الجديد المستمر 5'  --- 3' ) يتم بشكل أسرع من بناء شريط DNA الجديد المتقطع 3'  --- 5' )  وبسبب هذا الفرق فى سرعة البناء يسمى الشريط 5'  --- 3' ) بالقائد ويسمى الشريط 3'  --- 5' ) بالتابع . 
♧ يوجد من إنزيم اللولب وإنزيم بلمرة DNA كميات كبيرة فى الخلايا وليس نسخة واحده منهما تقوم بكل الدور . 
البلمرة : هى عملية تحويل وربط الوحدات الصغيرة والتى تسمى مونيمرات لتكوين بوليمر كبير وبذلك فإن إنزيم بلمرة DNA يكون بوليمر الـ DNA من وحدات تسمى نيوكليوتيدات . 
♧ يسمى التضاعف بتلك الطريقة بالتضاعف نصف المحافظ لأن كل لولب مزدوج تم إنتاجه من اللولبين الجديدين يحتوى على سلسلة مأخوذة من الجزئ الأصلى ( تم الحفاظ عليها ) والسلسلة الأخرى جديدة تم تكوينها
♧ فى كلا الشريطين الجديدين يعمل إنزيم البلمرة فى إتجاه 5'  --- 3' ) ولكن يختلف الإتجاه حيث
تضاعف الحمض النووى dna - dna replication
♧ لكى يضيف إنزيم البلمرة نيوكليوتيدة تلو أخرى على الشريط النامى الجديد أثناء البناء لابد من وجود نيوكليوتيدة سابقة قبل الجديدة المضافة ( يربط الإنزيم بينهما برابطة تساهمية ) ولأن النيوكليوتيدة الأولى ليس قبلها نيوكليوتيدة فإن هناك إنزيم آخر يضيف مجموعة من النيوكليوتيدات فى أول الشريط الجديد 5'  --- 3' ) وكذلك فى أول كل القطع التى سيتم بنائها بواسطة إنزيم بلمرة DNA فى الشريط الجديد 3'  --- 5' )  ليبدأ إنزيم البلمرة عمله ثم تزال تلك النيوكليوتيدات وتُقص عند إكتمال عملية البناء ويتم إستبدالها بأخرى صحيحة بإستخدام آخر نيوكليوتيدة فى القطعة السابقة , ولكن ذلك لايحدث مع إنزيم بلمرة RNA أثناء نسخ RNA حيث يمكن أن يبدأ بناء الشريط الجديد بدون نيوكليوتيدة سابقة . 
تضاعف الحمض النووى dna - dna replication

تضاعف الحمض النووى dna - dna replication
♧ يتم تضاعف DNA فى نقاط عديدة فى الإتجاهين ولكن المذكور فى الكتاب هو إتجاه واحد فى نقطة واحدة وذلك لسهولة الدراسة . 
تضاعف الحمض النووى dna - dna replication
إذن : 
♦  يحدث تضاعف DNA فى الطور البينى للإنقسامين الميتوزى ( ومنه الإنشطار الثنائى ) والميوزى وذلك للحفاظ على المعلومات الوراثية كاملة فى الخلية وغير ناقصة عبر الأجيال المتعاقبة . 
 ♦  يحدث التضاعف للشريط كله وليس لجزء منه . 

تضاعف DNA فى أوليات النواة : 

يوجد جزئ DNAواحد فى أوليات النواة فى السيتوبلازم على شكل لولب مزدوج يلتحم طرفيه معاً ويتصل مع الغشاء السيتوبلازمى للخلية عند نقطة ما يبدأ عندها نسخ وتضاعف جزئ DNA فى الإتجاهين , ولايلزم أن يتحول الجزئ الحلقى إلى جزئ خطى ( مستقيم ) . 
تضاعف الحمض النووى dna فى أوليات النواة

تضاعف الحمض النووى dna فى أوليات النواة

تضاعف DNA فى حقيقيات النواة : 

ينتظم DNA فى صورة صبغيات فى النواة وكل صبغى يحتوى على جزئ واحد فقط من DNA يمتد من أحد طرفيه إلى الطرف الآخر ويبدأ نسخ وتضاعف DNA من عند أى نقطة على إمتداد الـ DNA .