الدرس 98 : جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى - مقدمة | مدونة أحمد النادى لأحياء الثانوية العامة

الدرس 98 : جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى - مقدمة

>
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية - الحمض النووى ديؤكسى ريبوز dna

البيولوجيا الجزيئية : 

أحد مجالات العلم الحديث الذى يهتم بدراسة الأساس الجزيئى للوراثة ( مادة الوراثة الـ DNA التى تحمل المعلومات الوراثية وتنقلها من جيل إلى جيل وكل مايتعلق بها من RNA وتخليق بروتين ), وهو يتقدم بسرعة كبيرة جداً . 

الصبغيات ( الكروموسومات ) : 

♧ وجد علماء البيولوجى أن : 
1 - نواة الخلية هى التى تحتوى على الصبغيات , وأن الصبغيات تحمل الجينات , وأن الجينات حاملة للصفات والمعلومات الوراثية , لذلك فإن : 
نواة الخلية هى المسئولة عن إنتقال الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء , فلو تم نزع نواة من خلية ستموت الخلية لأنها بمثابة العقل المفكر والمدبر لأمور الخلية . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات - بروتينات - الجينات

الجينات : 

في كل خلية من خلايا جسمنا نسختين من كل جين ، واحدة منها موجود على الكروموسوم الذي ورثناه من الأم والجين الآخر موجود على الكروموسوم الذي ورثناه من الأب . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات - بروتينات - الجينات
 الجينات هى مقاطع من الـ DNA تمثل وحدات المعلومات الوراثية التى تتحكم فى الصفات الوراثية ( يعنى الموروثة ) فهى المسئولة عن  تحديد خصائص وصفات الفرد وجعله متميزاً عن غيره من البشر ومشابهاً لأفراد جنسه ( يعنى كل البشر لهم صفات تميزهم عن باقى الأنواع الحية الأخرى ) .
الجينات لايمكن تجزئتها بعملية العبور أثناء الإنقسام الميوزى لتكوين الأمشاج كما أن الجين يتكون من تتابع من النيوكليوتيدات التى تشفر لبناء سلسلة خاصة من الأحماض الأمينية لتكوين بروتين معين يُظهر صفة معينة أو تحتاجه الخلية لأداء وظيفة ما .
إذن الـ DNA : 
عبارةعن عدد كبير من الجينات , وكل جين يتكون من مجموعة من النيوكليوتيدات , وكل ثلاث نيوكليوتيدات متجاورة من هذا الجين ترمز إلى حمض أمينى معين , ومجموعة الأحماض الأمينية مع بعضها تعطى بروتين سيؤدى وظيفة معينة أو سيُظهر صفة معينة . 
2 - أنه أثناء إنقسام الخلية ميتوزياً تنفصل الصبغيات عن بعضها إلى مجموعتين متماثلتين بحيث يصبح لكل خلية ناشئة عن الإنقسام نفس عدد الصبغيات الموجودة فى الخلية الأم الأصلية بما عليها من جينات وهذا دليل على أن : 
الصبغيات هى التى تحمل المعلومات الوراثية والمسئولة عن نقلها بدقة دون تغيير . 
ملحوظة : 

♦ يحدث أثناء الإنقسام الميتوزى الآتى : 

1 - تنسخ المادة الوراثية فى الطور البينى وتتضاعف الكروموسومات ليصبح كل كروموسوم كروماتيدان يتصلان بسنترومير, وكل كروماتيد منهما يحمل نسخة من DNA والنسختان متطابقتان . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات - جينات
2 -  ينفصل الكروماتيدان الشقيقان لكل كروموسوم عن بعضهما . 
3 -  تنقسم الخلية لخليتين , وتستقبل كل خلية نصف الكروموسومات . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات - بروتينات - الجينات
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – صبغيات
إذن : 
- بعد الميوزى الأول يتكون الكروموسوم البنوى الناتج  من كروماتيدين كل واحد به جزئ DNA 
- بعد الميوزى الثانى يتكون الكروموسوم البنوى الناتج من كروماتيد واحد به جزئ DNA واحد . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات - جينات
الصبغيات تظهر أثناء إنقسام الخلية ثم سرعان ماتختفى بين الإنقسامات , حيث تظهر بسبب تكاثف وتحلزن الـ DNA مع البروتينات وتختفى عندما يزول التحلزن وتصبح الصبغيات عبارة عن خيوط طويلة ورقيقة حره وتسمى وقتها الشبكة الكروماتينية . 

 الشبكة الكروماتينية 

هى مجموعة الصبغيات عندما تكون فى حالة شبه مفككة وتملأ معظم نواة الخلية وتكون فى شكل شبكة من خيوط طويلة حره مكثفة مع البروتينات الهستونية لتكوين كروماتين مفرد وغير مكثفة مع البروتينات غير الهستونية ولاتسمى وقتها صبغيات لأنها لاتأخذ شكل الصبغيات إلا بعد التكثيف مع البروتينات غير الهستونية لتكوين الكروماتين المكثف الذى يكون الصبغى  ولاتسمى DNA لأنها ليست مفككه بشكل كامل فتسمى بإسم وسط بين التفكك الكامل فى DNA والتعقيد الكامل فى شكل الصبغيات . 
إذن : البروتينات هى سبب تكثيف الـ DNA لتقليل المساحة التى يشغلها ولتقصير طوله , وكذلك هى السبب فى إمكانية رؤية الـ DNA لذلك يكون الـ DNA خيط حر غير ملتف مع البروتينات وغير مرئى عندما لاتكون الخلية فى حالة إنقسام . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات - بروتينات - الجينات
♦ سميت الصبغيات بذلك الإسم بسبب أنها محبة للصبغة وقابلة للتلوين بسهولة وتسمى كروموسوم حيث أنها تتكون من مقطعين , المقطع الأول kroma وهى كلمة إغريقية معناها لون والمقطع الثانى soma وتعنى جسم . 
♦ الكروموسومات فى كل نوع ثابتة فى أفراد هذا النوع فمثلاً فى الإنسان عدد الكروموسومات هى 22 زوج من الكروموسومات الجسدية التى توجد وتشترك فى الذكر والأنثى ( والمسئولة عن تحديد الصفات الجسدية كلون وطول الشعر مثلاً ولون العين وتكوين الهرمونات والإنزيمات وغيرها ) بالإضافة إلى زوج آخر جنسى X و Y ( مسئول عن تحديد الجنس ما إذا كان ذكر أو أنثى ). 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات
X – مسئول عن تحديد جنس الأنثى حيث يحتوى على جينات مسئولة عن هرمونات الأنثى وتكوين الأعضاء التناسلية الأنثوية . 
Y – مسئول عن تحديد جنس الذكر حيث يحتوى على جينات مسئولة عن هرمونات الذكر وتكوين الأعضاء التناسلية الذكرية . 

♦ يحدث الآتى أثناء الإنقسام الميوزى ( الإختزالى ) لتكوين الأمشاج ( الحيوان المنوى والبويضة ) : 

♦ ينقسم كل صبغى من صبغيات الأب الـ 46 ( 44 + xy ) الموجودة فى الخلية الجرثومية الأمية 2ن الموجودة فى جدار الأنيبيبة المنوية فى الخصية والتى تنقسم لتكوين الأمشاج المذكرة إلى جزئين بشكل عشوائى فمن الممكن أن يستقبل الحيوان المنوى المتكون سواء كان ( 22 + x ) أو ( 22+ y ) أى جزء من الجزئين بحيث يتلقى كل حيوان منوى بالصدفة صبغى واحد من الصبغين المتماثلين . 
♦ ينقسم كل صبغى من صبغيات الأم الـ 46 ( 44 + xx ) الموجودة فى الخلية الجرثومية الأمية 2ن الموجودة فى جدار المبيض والتى تنقسم لتكوين الأمشاج المؤنثة إلى جزئين بشكل عشوائى فمن الممكن أن تستقبل البويضة المتكونة ( 33 + x ) أى جزء من الجزئين بحيث تتلقى كل بويضة بالصدفة صبغى واحد من الصبغين المتماثلين . 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات
♦ وعند حدوث الإخصاب وهو إندماج المشيجين المذكر والمؤنث لتكوين البويضة المخصبة وتسمى الزيجوت ( 46 + xy ) أو ( 46 + xx ) ( وهو أول خلية فى الجنين ) يشارك أى صبغى من الذكر وأى صبغى من الأنثى فى إظهار صفة معينة فمن المعروف أن كل زوج من أزواج الصبغيات المتماثلة فى خلايا الفرد ( أحدهما ورثه من الأب والآخر من الأم ) تحمل نفس الجينات لنفس الصفات فى نفس المواضع ولكن السائد من الإثنين تظهر صفته فى الإبن حامل تلك الجينات وكلا شكلى الجين يسمى بديل أو حليل للآخر .
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات - جينات

جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات
♦ ولأن أزواج الكروموسومات المتماثلة 23 فى الذكر ولكل زوج منهما إحتمالان فبتطبيق الإحتمالات يمكن تكوين 2  مرفوع لأس 23  نوع محتمل من الأمشاج الذكرية ( الحيوانات المنوية ) أى مايساوى 8.3 مليون ، وبالمثل فإن أزواج الكروموسومات المتماثلة 23 فى الأنثى ولكل زوج منهما إحتمالان فبتطبيق الإحتمالات يمكن تكوين 2  مرفوع لأس 23 نوع محتمل من الأمشاج الأنثوية ( البويضات ) أى مايساوى 8.3 مليون أيضاً وبعد الإخصاب يكون مجموع الإحتمالات 2 مرفوع لأس 46 نوع من البويضات الملقحة أى مايساوى 70 ألف مليار إحتمال مما يعنى أن هناك فرص للتنوع فى الصفات كثيرة جداً وهذا يعنى أيضاً أن كل 70 ألف مليار إنسان من الممكن إيجاد نفس تركيب الصبغيات تكرر فى شخص آخر مما يجعل هذا الكائن فريد من نوعه . 
فمثلاً : فى المثال التالى لو أن عدد كروموسومات خلية ما ستنتج حيوان منوى أو بويضة بالإنقسام الميوزى هو 2 فإن عدد الأمشاج المحتمل تكوينه هو 2 مرفوع لأس 2 أى مايساوى 4 إحتمالات .
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات - الإنقسام الميوزى
وبالمثل : 
لو أن هناك 23 قلم وكل قلم له لون معين وهناك أيضاً 23 كراس وكل كراس له شكل معين وأريد أن أقسم الأقلام والكراريس مجموعتين كل مجموعة بها 23 قلم مع 23 كراس فإن الإحتمالات كثيرة جداً تصل لحوالى 8.3 مليون إحتمال . 
♦ كذلك ممكن أن يحدث تبادل بين قطع كروماتيدية بين أزواج الصبغيات المتماثلة بعملية العبور مما يؤدى إلى حدوث توليفات مختلفة وتنوع فى الصفات الوراثية فى أمشاج الفرد . 
الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – الميوزى – صبغيات  العبور الوراثى
♧ توصل العلماء إلى أن الصبغيات ( الكروموسومات ) يدخل فى تركيبها مركبان كيميائيان عضويان أساسيان هما : 
1- DNA . 
2- البروتينات . 
إذن فالإثنين هما المرشحان للمادة الوراثية . 
فأى منهما هو مادة الوراثة التى تحمل المعلومات الوراثية ؟ 
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات
بدأت سلسلة الأحداث للإجابة عن هذا السؤال فى الأربعينات من القرن الماضى حيث : 
إعتقد العلماء فى بادئ الأمر أن البروتينات هى مادة الوراثة التى تحمل المعلومات الوراثية ( أى أن البروتينات هى المادة الوراثية وليس الـDNA ) وذلك بسبب : 
مشاركة ودخول 20 حمض أمينى مختلف فى تركيب وبناء جزيئات البروتينات المتنوعة وتجميع هذه الأحماض الأمينية بطرق متباينة لتعطى عدد لاحصر له وإحتمالات أكثر من المركبات البروتينية المختلفة ( بسبب إختلاف عدد ونوع وترتيب تلك الأحماض الأمينية وعدد سلاسل الببتيد الداخلة فى تكوين البروتين ) بما يتناسب مع التنوع الهائل والرهيب فى الصفات الوراثية , بينما يدخل فى تركيب الـ DNA 4 نيوكليوتيدات فقط تعطى تنوع أقل , ولكن إتضح بعد ذلك أن هذا الإعتقاد خاطئ وأن الـ DNA هو الذى يحمل المعلومات الوراثية ( بإثبات الأدلة ) 
فمثلاً الشكل التالى يوضح الصور المختلفة المحتملة للبروتينات المكونة من 4 أحماض أمينية فقط وبعدد 4 أحماض فقط وتساوى 16 شكل مختلف ( 4 X 4 ) ، فتخيل العدد المحتمل لو أن عدد أنواع الأحماض الداخلة فى تكوين البروتينات هى 20 حمض أمينى وأن عدد وترتيب الأحماض الأمينية المشاركة مختلفة فى كل بروتين عن الآخر .
جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحى – الحمض النووى ديؤكسى ريبوز – DNA – نواة – صبغيات – بروتينات – جينات
ملحوظة : 
 تتشابه الكروموسومات بما تحمله من جزيئات DNA بداخل نواة أى خلية فى جسم الكائن فكلها نتجت بالإنقسام الميتوزى ولكن كل كروموسوم يحمل جزئ DNA يختلف فى تركيبه عن أى كروموسوم آخر معه فى النواة وبالتالى فى ترتيب النيوكليوتيدات به وبالتالى يحمل جينات مختلفة .