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 .

• شارك هذه المقالة