شرح الأحماض النووية وتخليق البروتين بالصوت والصورة (أحياء ثالثة ثانوى)

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

22032014

مُساهمة 

. شرح الأحماض النووية وتخليق البروتين بالصوت والصورة (أحياء ثالثة ثانوى)




  شرح الأحماض النووية وتخليق البروتين بالصوت والصورة (أحياء ثالثة ثانوى)
تخليق البروتين
• بعد أن درسنا في الفصل الأول الأدلة على أن DNA هو مادة الوراثة ، تركيب DNA نحتاج إلي دراسة كيفية تأثير DNA على الخلايا لإظهار الصفات الوراثية ويحدث ذلك كما يلي :
1. تقوم إنزيمات الخلية بنسخ الجينات العاملة في جزئ DNA .
2. تتم ترجمة هذه النسخ بتخليق بروتين يعبر عن الجين .
3. يقوم هذا البروتين بإظهار الصفة الوراثية حسب نوعه كما يلي :
‌أ- إذا كان بروتين تركيبي يكسب الخلية مواصفات معينه كالصلابة أو المرونة .
‌ب- إذا كان بروتين تنظيمي " إنزيم أو هرمون أو جسم مضاد " ؛ يحفز تفاعل معين يكسب الخلية قدرة معينه .
• البروتين : هو بوليمر يتكون من عدد كبير من المونوميرات وهي الأحماض الأمينية المتصلة معاً بروابط ببتيدية ، و يوجد في الأنظمة الحية ألاف الأنواع من المركبات البروتينية التي تصنف إلى نوعين رئيسيين هما :
البروتينات التركيبية البروتينات التنظيمية
• هي بروتينات تدخل في تراكيب محددة في الكائن الحي مثل :
o الأكتين و الميوسين يدخلا في تركيب العضلات و أعضاء الحركة .
o الكولاجين يوجد في الأنسجة الضامة .
o الكيراتين في الأغطية الواقية ( الجلد ، الشعر ، الحوافر ، الأظافر ... ) .
o البروتينات الهستونية البروتينات غير الهستونية التركيبية تدخل في تركيب الصبغيات .
o الألبيومين يدخل في تركيب بلازما الدم .
o الفبرين ضمن مكونات الجلطة الدموية . • هي بروتيانات تنظم العديد من عمليات و أنشطة الكائن الحي مثل :
o الإنزيمات : التي تنشط التفاعلات الكيميائية بالكائنات الحية و تشمل ( كل إنزيمات المنهج ) .
o الهرمونات : و تشمل ( كل هرمونات المنهج ) .
o الأجسام المضادة :التي تعطي الجسم مناعة ضد الأجسام الغريبة مثل { الأجسام المضادة للأمراض في بلازما الدم ، المضادة A ، المضادة B ، المضادة Rh+ لفصائل الدم } .
o المواد التي تمكن الكائن الحي من الاستجابة للتغير المستمر في البيئة الداخلية و الخارجية : مثل ( الأسيتيل كولين ، الهيبارين ، الثرومبوبلاستين ، البروثرومبين ، الثرومبين ، الفبرينوجين ، البروتينات غير الهستونية التنظيمية ) .

• تركيب البروتين : الخطة العامة لبناء آلاف الأنواع من البروتينات مشتركة في أنها { تتكون جميعاً من أحماض أمينية ( و هي عشرون نوع من الأحماض الأمينية ) ، و ترتبط الأحماض الأمينية معاً بواسطة روابط ببتيدية لتكون سلاسل من عديدات الببتيد ، و ترتبط سلاسل عديدات الببتيد معاً بروابط هيدروجينية لتكون البروتين و تكسبه شكله النهائي } . ولكن ؛ ما هو تركيب الحمض الأميني ؟
• الحمض الأميني : هو جزئ يتكون من ذرة كربون مركزية محاطة بـ 4 روابط تتصل بـ :
1. مجموعة كربوكسيل COOH .
2. مجموعة أمينو NH2 .
3. ذرة هيدروجين H .
4. مجموعة ألكيل R . { تختلف مجموعة الألكيل من حمض أميني لآخر في 19 حمض أميني و تكون في الحمض الأميني جلايسين H بدلاً من R }.
• و لكن كيف يتكون البروتين ؟
‌أ- بتكوين رابطة ببتيدية بين كل حمضين أمينيين بنزع جزئ ماء بحيث ينزع ذرة هيدروجين H من مجموعة أمينو في حمض أميني و مجموعة هيدروكسيل OH من مجموعة الكربوكسيل COOH من الحمض الأميني المجاور بواسطة الإنزيمات الخاصة بالتفاعل النازع للماء لتكوين بوليمر عديد الببتيد ( سلسلة عديد الببتيد ) .
‌ب- مجموعة سلاسل عديدات الببتيد تتصل معاً بروابط هيدروجينة ، كل سلسلة هي مجموعة من الأحماض الأمينية المتصلة بروابط ببتيدية ، لتكون البروتين في شكله النهائي .
• { تختلف البروتينات عن بعضها } ، فماهي العوامل التي تؤدي إلى اختلاف البروتينات عن بعضها ؟
‌أ- اختلاف عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية .
‌ب- اختلاف عدد ونوع سلاسل عديدات الببتيد .
‌ج- اختلاف نوع الروابط الهيدورجينية الضعيفة بين سلاسل عديدات الببتيد والمسئولة عن إكساب البروتين شكله الفراغي .
تخليق البروتين
• قبل دراسة عملية تخليق البروتين يلزم معرفة المركبات التي تشارك في العملية .
المركبات المشاركة في عملية تخليق البروتين
1. DNA الحمض النووي الديؤكسي الريبوزي : مخزن عليه مواصفات البروتينات التي يمكن للخلية أن تكونها والتي تكسب الخلية صفاتها الوراثية .
2. RNA الحمض النووي الريبوزي : دوره سنذكره فيما بعد بالتفصيل .
3. الريبوسومات : هي المصنع الذي يقوم بتصنيع سلاسل عديدات الببتيد .
4. الإنزيمات : تلعب دوراً في نسخ المعلومات الموجودة على DNA في النواة ، بالإضافة إلى دورها في تكوين الروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية بنزع جزيء الماء لتكوين سلاسل عديدات الببتيد .
• و لكن ما هي أهم الفروق بين نوعي الأحماض النووية ( الديؤكسي ريبوزي ، الريبوزي ) ؟
DNA RNA
• الحمض النووي الديؤكسي الريبوزي .
• يتميز بثبات تركيبه في الخلية .
• هو مادة الوراثة في معظم الكائنات الحية .
• وحدة بناءه النيوكليوتيدة .
• السكر ديؤكسي ريبوزي خماسي الكربون منزوع منه ذرة أكسجين من على ذرة الكربون رقم 2
• على ذرة الكربون رقم 1 قواعد نيتروجينية قد تكون بيورينية { أدينين A أو جوانين G } أو بيرميدينية { ثايمين T أو سيتوسين C } .
• يوجد في النواة فقط غالباً أو في الميتوكوندريا أو البلاستيدات .
• على شكل شريط مزدوج .

• وظيفته الأساسية أنه مخزن للمعلومات الوراثية " مادة وراثة " .
• إذا وجد في الخلية يلزم وجود RNA معه .

• نوع واحد . • الحمض النووي الريبوزي .
• يتعرض للهدم والبناء باستمرار .
• هو مادة الوراثة في بعض الفيروسات مثل الإنفلونزا ، شلل الاطفال ، الإيدز .
• وحدة بناءه الريبونيوكليوتيدة .
• السكر ريبوزي خماسي الكربون به ذرة أكسجين زائدة عن الديؤكسي الريبوزي علي ذرة الكربون رقم 2
• على ذرة الكربون رقم 1 قواعد نيتروجينية قد تكون بيورينية { أدينين A أو جوانين G } أو بيرميدينية { سيتوسين C أو يوراسيل U } .
• يوجد في النواة والسيتوبلازم .
• على شكل شريط مفرد غالباً فيما عدا إزدواج بعض المواقع علي جزئ tRNA .
• وظيفتة الأساسية أنه يساهم في تخليق البروتين ، وقد يكون مادة وراثة في بعض الكائنات .
• إذا كان مادة الوراثة في خلية كائن لايوجد معه DNA .
• 3 أنواع هي rRNA ، tRNA ، mRNA .

مخطط يوضح مراحل تخليق البروتين { المخطط للعلم }

• عملية تخليق البروتين تحدث على مرحليتن كبيرتين هما :
النسخ الترجمه
• هو عملية بناء جزئ mRNA باستخدام DNA كقالب .
• يتم في النواة . • هي عملية بناء سلسلة عديد ببتيد باستخدام mRNA كقالب .
• تتم في السيتوبلازم .
في أوليات النواة في حقيقيات النواة في أوليات النواة في حقيقيات النواة
• يوجد إنزيم RNA بوليميريز واحد ينسخ كل أنواع RNA .
• لكل RNA إنزيم ناسخ خاص به . • الترجمة تبدأ أثناء النسخ حيث ترتبط الريبوسومات ببداية mRNA و تبدأ في ترجمته إلى بروتين بينما الطرف الآخر للجزيء ما زال في مرحلة البناء على قالب DNA .
• الترجمة لا تبدأ إلا بعد إنتهاء النسخ ومعاملة mRNA معاملة خاصة { حيث تقوم الإنزيمات بإزالة الأجزاء التي لا تمثل شفرة و التي تم نسخها من DNA قبل خروج mRNA عبر ثقوب الغشاء النووي إلى السيتوبلازم ، و معنى ذلك أنه ليس من الضروري أن تتم ترجمة كل الشفرات التي توجد على mRNA و هو داخل النواة عندما يخرج لأنها قد تزال قبل الخروج لأنها لا تمثل شفرة } .

• ولكن ؛ ما الفرق بين النسخ والتضاعف ؟
النسخ التضاعف
• هو نسخ جزء من DNA الموجود في الخلية أثناء دورة نموها . { أي أنه يتوقف بعد نسخ جزء معين من DNA }.
• يتم بواسطة انزيم RNA بوليميريز بالإشتراك مع إنزيم اللولب والربط .
• ناتج النسخ هو بناء جزئ RNA مفرد . • هو نسخ كل DNA الموجود في الخلية أثناء الطور البيني قبل الانقسام . { لا يتوقف إلا بعد نسخ كل DNA الموجود في الخلية } .
• يتم بواسطة إنزيم DNA بوليميريز بالإشتراك مع إنزيم اللولب والربط .
• ناتج التضاعف هو بناء جزئ DNA مزدوج .

• و قبل التعرف على مراحل تخليق البروتين و ماهية الشفرة الوراثية التي تحدد نوع البروتين الناتج في الخلية يلزم التعرف على الأحماض النووية الريبوزية RNA ؛ فما هو الفرق بين أنواع الأحماض النووية الريبوزية الثلاثة بشكل عام ؟
mRNA tRNA rRNA
هو الذي يحمل الشفرة الوارثية من DNA في النواة إلى الريبوسومات في السيتوبلازم وتركيبة يحدد ترتيب ونوع الأحماض الأمينية في البروتين ، و هو الجزيء الذي يعرف لغة كل من القواعد النيتروجينية على النيوكليوتيدات في DNA ، الأحماض الأمينية على سلاسل عديدات الببتيد في البروتين . هو الناقل الذي ينقل الأحماض الأمينية من السيتوبلازم للريبوسوم ويضعها في مكانها الصحيح في سلسلة عديد الببتيد حسب الترتيب على mRNA . هو جزء من تركيب الريبوسوم وله دور غير معروف طبيعته حيث يرتبط إرتباط غير مفهوم مع tRNA أثناء تخليق البروتين .
الأحماض النووية الريبوزية
أولاً :RNA الرسول { mRNA }:
• هو الجزئ المسئول عن نقل شفرة الوراثة .
• تركيبه :

1. الطرف \5 : بداية mRNA وهو موقع بداية الارتباط بالريبوسوم .
2. كودون البدء : هو التتابع AUG الذي يوجد في بداية أي mRNA وهو الذي يستدعي الحمض الأميني الميثيونين وهو أول حمض أميني في بداية أي سلسلة عديد ببتيد .
3. كودون الوقف : هو أحد التتابعات التالية ( UGA أو UAG أو UAA ) و يوجد في نهاية كل جزيء mRNA تتابع واحد فقط من الثلاثة السابقة . و يعرف كودون الوقف بأنه { كودون ينهي عملية بناء سلسلة عديد الببتيد حيث لا يستدعي حمض أميني و لكن يستدعي بروتين كامل يسمي عامل الإطلاق و هو "الجزيء المسئول عن فك الإرتباط بين الريبوسوم ، mRNA ، tRNA الحامل لآخر حمض أميني ، سلسلة عديد الببتيد المتكونة " عند إنتهاء ترجمة الشفرة الوراثية الخاصة بالجين .
4. ذيل عديد الأدنين ( الأدينوزين ) : هو حوالي 200 قاعدة نيتروجينية أدينين متتالية مسئول عن حماية mRNA من التحلل بفعل إنزيمات السيتوبلازم .
• نسخ mRNA :
1. يقوم إنزيم اللولب بفصل شريطي DNA عن بعضهما عن منطقة الجين المراد نسخه .
2. يقوم إنزيم بلمرة RNA " RNA بوليميريز " بنسخ الجين من بداية شريط القالب 3\ التي يوجد قبلها المحفز أي أنه يتحرك على قالب DNA من 3\ إلى 5\ .
3. دور المحفز : من الناحية النظرية طالما أن هناك شريطين من ال DNA فإنه يمكن للإنزيمات أن تنسخ أي شريط منهما و لكن الواقع أن شريط واحد فقط من الشريطين هو الذي يحمل شفرة الجين و الشريط الآخر كما ذكرنا في الباب الأول هو الضامن للحفاظ على ثبات الصفات الوراثية { عد لإصلاح عيوب DNA } ؛ ما هو دور المحفز في عملية النسخ ؟ يقوم المحفز بتوجيه الإنزيمات إلى الشريط الذي يحمل الشفرة الوراثية لنسخه .

4. تبني الإنزيمات جزيء mRNA بدايتة من الطرف 5\ و في اتجاه النهاية 3\ .
5. تقوم إنزيمات الربط بربط الريبونيوكليوتدات معاً لتكوين mRNA .
6. يخرج mRNA إلى السيتوبلازم عبر ثقوب الغشاء النووي لتتم ترجمته .
• علل : تتم ترجمه mRNA في أوليات النواة أثناء النسخ .
• لأن mRNA في خلية أوليات النواة يوجد في السيتوبلازم ولا يحاط أثناء النسخ بغشاء نووي لذلك يترجم كل ما ينسخ أولاً بأول حتي لا تحلله إنزيمات السيتوبلازم .
ثانياً : الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ( rRNA ) :
• هو الحمض النووي الذي يدخل في تركيب الريبوسوم .
• وظيفته : غير معروف بالتحديد الدور الذي يلعبه في عملية بناء البروتين حيث يحدث إرتباط مجهول طبيعته بينه وبين mRNA أثناء عملية تخليق البروتين ، و لكنه يدخل ضمن مكونات الريبوسوم .
• نسخه :
1. ينسخ من جينات rRNA الموجوده على DNA في النواة .
2. يوجد 4 أنواع من جينات rRNA يوجد من كل جين 600 نسخه تقريباً مكررة على DNA ، علل ، حتي تتمكن الخلية من إنتاج عدد كبير من جزيئات rRNA لتسخدمها في بناء الريبوسومات بمعدل عدة آلاف من الريبوسومات/ ساعة في الخلية الواحدة .
3. وينسخ بنفس طريقة mRNA :
1) إنزيمات اللولب تعمل على فك إرتباط شريطي DNA عند منطقة الجين الخاص بـ rRNA بداية من المحفز الخاص بالجين .
2) يعمل إنزيم RNA بوليميريز في أوليات النواة ، rRNA بوليميريز في حقيقيات النواة على بناء شريط مفرد هو أحد أنواع rRNA باستخدام أحد شريطي DNA كقالب .
3) تعمل إنزيمات الربط على ربط الريبونيوكليوتيدات معاً لتكوين جزئ rRNA .
• الريبوسومات : جزيئات " عضيات " دقيقة في الخلية لها دور هام في تكوين البروتين .
• التركيب المورفولوجي { و الوظيفي أيضاً } للريبوسوم : يتكون من جزئين هما { تحت الوحدة الكبرى ، تحت الوحدة الصغرى } .
1) تحت وحدة الريبوسوم الصغري : هي بادئة تكوين البروتين .
2) تحت وحدة الريبوسوم الكبري : يوجد عليها موقعان لهما أهمية كبيرة في بناء البروتين هما :
1. الأمينو أسيل A .
2. الببتيديل P .
• التركيب الكيميائي : يدخل في تركيب الريبوسوم نوعين من البوليمرات هما :
1) rRNA : و يوجد منه 4 أنواع .
2) البروتين : و يوجد منه 70 نوع .
• كيف ؟ وأين ؟ يتم بناء الريبوسوم
1. تقوم الريبوسومات الموجودة أصلاً في الخلية ببناء 70 نوع من البروتينات في السيتوبلازم .
2. تقوم إنزيمات بلمرة rRNA ببناء 4 أنواع من rRNA في النواة .
3. تدخل البروتينات إلى النواة لتلتقي مع جزيئات rRNA في النوية ، لتقوم النوية ببناء وحدات الريبوسوم {تحت الوحدة الكبرى ، تحت الوحدة الصغرى } .
4. تخرج وحدات الريبوسوم من النواة إلى السيتوبلازم منفردة .
5. لا تلتقي تحت الوحدة الصغرى والكبرى إلا أثناء بناء البروتين فقط .
• النوية : هي جزئ صغير داخل نواة خلايا حقيقيات النواة تختفي أثناء إنقسام الخلية وتظهر عقب الإنقسام .
o وظيفتها : تربط جزيئات rRNA ( 4 أنواع ) ، وجزيئات البروتين ( 70 نوع ) معاً لتكون وحدات الريبوسوم " تحت الوحدة الكبرى و الصغرى " .
ثالثاً : الحمض النووي الريبوزي الناقل {tRNA }:
• هو الجزئ المسئول عن نقل الاحماض الأمينية من السيتوبلازم السائل إلى الريبوسوم ، حسب شفرة الأحماض الأمينية الموجودة على mRNA ثم يضع هذه الأحماض في مكانها الصحيح في سلسلة عديد الببتيد .
• وظيفته : نقل الأحماض الأمينية .
• نسخه :
1. ينسخ من جينات tRNA الموجودة على DNA في النواة .
2. يوجد منه 61 نوع من الجزيئات لها 61 جين على DNA .
3. كل جين يوجد منه ، من { 7 إلى 8 } نسخ أي أن جيناته " DNAمتكرر " .
4. في أوليات النواة ينسخه إنزيم RNA بوليميريز .
5. في حقيقيات النواة ينسخه إنزيم tRNA بوليميريز .
6. تتم باقي خطوات النسخ العادية كما يلي :
1) الفصل : بإنزيم اللولب .
2) النسخ : بإنزيم البلمرة { الذي يختلف من أوليات النواة إلى حقيقيات النواة } .
3) الربط : بإنزيم الربط .
• تركيبه :
1. لكل جزيئات tRNA نفس الشكل العام ، حيث ، تلتف أجزاء من الجزيء لتكون حلقات تستطيع الإحتفاظ بشكلها العام ، فسر ؛ بإزدواج القواعد في مناطق مختلفة من الجزيء .
2. يتكون من شريط مفرد ، و إزدوج الشريط في بعض المواقع ليكون دوائر تكسبه شكل فراغي مميز ؛ علل ؛ لحمايته من التحلل بفعل إنزيمات السيتوبلازم .
3. أي أن : جميع جزيئات tRNA تتشابه في الشكل الخارجي و لكن ، ما الفرق بين أنواع tRNA الــ ( 61 ) ؟
4. يوجد عليه موقعان لهما أهمية كبيرة في بناء البروتين وهما :
1) موقع الارتباط بالحمض الأميني : و هو الطرف 3/ الذي يمثل نهاية الشريط عند التتابع {CCA } ، هو الموقع الذي يرتبط عنده الحمض الأميني المناسب لشفرة tRNA مع جزئ tRNA .
2) مضاد الكودون { Anticodon } : هو موقع من 3 ريبونيوكليوتيدات قواعدها النيتروجينية تتكامل مع القواعد النيتروجينية التي تمثل شفرة الحمض الأميني على mRNA
o أهميته : حتي يتمكن tRNA من الإرتباط بشكل مؤقت مع شفرة الحمض الأميني على mRNA ، لحين التحقق من الحمض الأميني و أنه المطلوب و لحين إدخال الحمض الأميني إلى مكانه الصحيح في سلسلة عديد الببتيد و تكوين الرابطة الببتيدية .
• ما الفرق بين أنواع tRNA الــ ( 61 ) ؟
• تختلف أنواع tRNA الــ ( 61 ) في موقع مضاد الكودون ؛ حيث أن لكل حمض أميني tRNA خاص به ، و لكل حمض أميني أكثر من إسم .

الشفرة الوراثية
• هي ترتيب النيوكليوتيدات على DNA و التي يتم نسخها في صورة تتابع مقابل ( معكوس ) في جزيء mRNA الذي يذهب إلى الربوسوم حيث يترجم إلى تتابع الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد الذي يكون بروتين معين يظهر صفة وراثية معينه .
• و لكن ؛ ما سندرسه هو صورة الشفرة الوراثية التي يتم تسجيلها على جزيء mRNA المنسوخ من DNA .
• خصائص الشفرة الوراثية :
• مكونة من 4 حروف هي ( C – G – U – A ) ، و تمثل أنواع القواعد النيتروجينية التي تعبر عن أنواع الريبونيوكليوتيدات التي تدخل في تركيب RNA .
• تتكون الشفرة من كلمات تسمي الكودونات .
• كل كودون يعبر عن حمض أميني من ( 20 نوع ) .
• كل كودون مكون من 3 حروف أي أن الشفرة الوراثية ثلاثية ، توافرت الأدلة على أن الشفرة الوراثية ثلاثية ( 1960 ) ، و توصل العلماء إلى الشفرة الخاصة بكل حمض أميني أي الكودونات ( 1965 ) .
• فسر : الشفرة الوراثية ثلاثية و ليست ثنائية أو أحادية
• لا يمكن أن تكون أحادية ؛ حيث يصبح لدينا 4 كودونات فقط لا تكفي لإستدعاء الأحماض الأمينية ( 20 نوع ) .
• و لا يمكن أن تكون ثنائية حيث سيصبح لدينا ( 24 ) كودون أي 16 كودون وهي لا تكفي لإستدعاء 20 حمض أميني .
• لذلك الشفرة ثلاثية ليصبح لدينا ( 34 ) كودون أي 64 كودون تكفي لإستدعاء ال 20 حمض أميني خاصة إذا علمنا أن لكل حمض أكثر من إسم ، و هو أصغر حجم نظري لكل شفرة .

5. يوجد كودون يسمى كودون البدء { هو أول كودون في أي جزيء mRNA } ، و هو (AUG ) ، يستدعي الحمض الأميني المثيونين ، و هو { أول حمض أميني في أي سلسلة عديد ببتيد } .
6. توجد 3 كودونات لا تستدعي أي أحماض أمينية ، و هي كودونات الوقف و هي { UAA أو UGA أو UAG } ، و يستدعي أحدهم عامل الإطلاق و هو { المادة البروتينية التي توقف عملية بناء البروتين } .
7. عدد الكودونات الفعلية التي تستدعي ال 20 حمض أميني هي 61 كودون بخصم كودونات الوقف من 64 كودون المعروفة
8. لكل tRNA شفرة على موقع مضاد الكودون تتكامل مع شفرة الحمض الأميني المحمول عليه الموجود على mRNA ، إذن يوجد لدينا 61 نوع من tRNA .
9. الشفرة الوراثية عالمية عامة ؛ فسر ؛ أي أن أي كودون يستدعي نفس الحمض الأميني المناسب في أي نوع من خلايا الكائنات الحية ، مما يثبت أن جميع الكائنات الحية من أصل واحد " بداية من الفيروسات وحتي الإنسان " .
10. الشفرة الوراثية نشأت في بداية الخليقة ولم يطرأ عليها أي تغيرات تذكر .
• ما هي أنواع tRNA التي يستحيل وجودها في الخلية ؟ ولماذا ؟
• يستحيل وجود tRNA مضاد كودونه هو : AUU, ACU , AUC .
• لأن هذه المضادات تقابل الشفرات الخاصة بكودونات الوقف التي لا تستدعي أحماض أمينية ولكنها تستدعي بروتين كامل هو عامل الإطلاق لوقف بناء البروتين .
• علل : يمكن نقل tRNA من خلية أاي كائن حي إلى أي خلية أخري في أي كائن آخر من أي نوع آخر .
• لأن الشفرة الوراثية عالمية عامة ، و نفس الكودونات تمثل نفس الشفرات لنفس الأحماض الأمينية في كل الكائنات الحية التي تمت دراستها حتى الآن من الفيروسات إلى الإنسان .

مراحل تخليق البروتين
• التخليق يتم على مرحلتين كبيرتين هما :
1. النسخ : خلالها ينسخ جزئ mRNA الحامل لشفرة البروتين باستخدام أحد أشرطة DNA عند موقع الجين كقالب .
2. الترجمة : خلالها يتم البناء الفعلي لجزئ البروتين و تنقسم إلى 3 مراحل هي :
1) بدء بناء البروتين :
• تكوين معقد بدء بناء البروتين
o ويتكون من :
o إرتباط تحت وحدة الريبوسوم الصغرى مع جزئ mRNA عند الطرف 5/ و تكون القواعد النيتروجينية لــ mRNA متجهه لأعلى { و هو الوضع الصحيح للترجمة } ، و يرتبط معهم جزئ tRNA الحامل للحمض الأميني مثيونين .
• دخول تحت وحدة الريبوسوم الكبرى : بحيث يصبح tRNA الحامل للمثيونين على الموقع ( p ) الببتيديل .
2) استطالة سلسلة عديد الببتيد :
• يقرأ الريبوسوم الكودون التالي ويطلب tRNA الذي يحمل الحمض الأميني المناسب .
• يقف tRNA الحامل للحمض الأميني الثاني عند موقع الأمينو أسيل ( A ) .
• تتكون رابطة ببتدية بنزع جزئ الماء من الحمضين الأمينين المتجاورين بواسطة إنزيمات توجد علي موقع A تسمى الأمينو أسيليز .
• يتحرك الريبوسوم على mRNA من 5/ إلى 3/ ، ليقرأ الكودون الثالث فينتقل tRNA الحامل للحمض الأميني الثاني إلى الموقع p) ( ويصبح A فارغاً .
• يطرد tRNA الذي كان يحمل المثيونين ؛ لأن الميثونين أصبح مرتبطاً بالحمض الأميني الثاني .
• تستمر عملية الاستطالة بنفس الطرقة حتى يصل الريبوسوم إلى كودون الوقف .
3) إنهاء عملية بناء البروتين :
• كيف تتوقف عملية بناء البروتين ؟
• بمجرد إنتهاء الريبوسوم من ترجمة شفرة mRNA يظهر أحد كودونات الوقف { UAA أو UGA أو UAG } ، فستدعي بروتين كامل يسمى عامل الإطلاق يؤدي ظهوره إلى :
o توقف بناء البروتين .
o فك الإرتباط بين وحدات الريبوسوم الكبرى والصغرى و mRNA و آخر tRNA وسلسلة عديد البتيد .
• عامل الإطلاق : هو بروتين يوجد في السيتوبلازم يستدعى عند ظهور أحد كودونات الوقف { UAA أو UGA أو UAG } ويؤدي إلى
o توقف بناء البروتين .
o فك الإرتباط بين مكونات بناء البروتين { تحت وحدتي الريبوسوم ، mRNA ، tRNA ، سلسلة عديد الببتيد } .
• ملحوظة : تستمر الريبوسومات في قراءة mRNA الواحد حوالي 100 ريبوسوم في نفس التوقيت ، حيث يتصل ريبوسوم جديد بالطرف 5/ بمجرد بروزه من الريبوسوم السابق في الترجمة ، و يسمى mRNA و الريبوسومات المتصلة به بإسم عديد الريبوسوم ( البولي ريبوسوم = البولي سوم ) .
• عديدات الريبوسوم ( البولي سومات = البولي ريبوسومات )
o هي المركب الذي يظهر أثناء بناء البروتين ويتكون من عدد من الريبوسومات تصل إلى حوالي 100 ، مرتبطه كلها بجزئ mRNA واحد ، و تتصل سلسلة عديد ببتيد بكل ريبوسوم حيث ينتج كل ريبوسوم من الــ 100 نسخه من عديد الببتيد مشابهه للآخر .
• ما هو مصير كل مما ياتي بعد بناء البروتين ؟
1) الريبوسوم : ينفك الإرتباط بين وحدتي الريبوسوم { تحت الوحدة الكبرى ، تحت الوحدة الصغرى }، ولا يرتبطا مرة أخرى إلا إذا إشتركا في بناء بروتين جديد في السيتوبلازم .
2) tRNA : يعود إلى الستوبلازم ليشترك في عمليات بناء بروتين أخرى جديدة أو يتحلل .
3) mRNA : يتم ترجمة شفرته عدة مرات وقد تصل إلى 100 مرة أو أكثر ثم يتحلل وتستخدم مكوناته بعد دخولها من السيتوبلازم إلى النواة في بناء جزيئات RNA جديدة { tRNA أو rRNA أو mRNA } ، لأنه ينحل إلى ريبونيوكليوتيدات يمكن أن تبني أي نوع من جزيئات RNA .
4) سلسلة عديد الببتيد : تستخدم مع سلاسل أخرى في بناء :
• بروتينات تركيبية .
• بروتينات تنظيمية .
• تظهر الصفات الوراثية المميزة للخلية .
التكنولوجيا الجزيئية
{ الهندسة الوراثية }
• المقصود بها :
o عزل جين مرغوب فيه و إنتاج ملايين النسخ منه في خلايا بكتيرية .
o تحليل تركيب الجين لمعرفة تتابع النيوكليوتيدات في الجين .
o مقارنة تركيب جينات فرد مع جينات أفراد آخرين .
o معرفة تركيب النيوكليوتيدات في الجين لتحديد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين المقابل .
o نقل جينات وظيفية إلى خلايا نباتية أو حيوانية حسب الطلب .
o بناء جزيئات DNA حسب الطلب .
o مثال : تمكن خورانا سنة 1979 من إنتاج أول جين صناعي و أدخله إلى داخل خلية بكتيرية .
• كيف يتمكن علماء الكيمياء الحيوية من دراسة تأثير الأحماض الأمينية على وظيفة البروتين ؟
o باستخدام النظم الجينية في المعامل التي تتم برمجتها لإنتاج أشرطة قصيرة من DNA بشرط أن يحتوي DNA على تتابع من النيوكليوتيدات نرغب في دراستة .
o يستخدم DNA المبني حسب الطلب في تجارب تخليق البروتين .
o و بتغيير الشفرة يمكن دراسة تأثير الأحماض الأمينية على وظائف البروتين .

تقنيات التكنولوجيا الجزيئية
أولاً : تهجين الحمض النووي
• هو إنتاج جزئ من DNA مهجن من شريطين من DNA من مصدرين مختلفين " نوعين مختلفين من الكائنات " .
• كيف يتم التهجين ؟
1) بالحصول على DNA من المصدرين المختلفين و نرفع درجة حرارته إلى 100 م ، ماذا يحدث ؟
2) تعمل الحرارة على فصل شريطي DNA في اللوالب المزدوجة وتصبح لدينا أشرطة مفردة من DNA .
3) نخفض درجة الحرارة تدريجياً فتعود أشرطة DNA إلى الإلتصاق ، كل شريط مع المكمل له .
4) بعض الأشرطة من نوع تلتصق مع الأشرطة الأخرى من النوع الآخر ليصبح لدينا جزيئات DNA مزدوجة هجينة كل جزئ من شريطين مختلفين من مصدرين مختلفين .
• هل يمكن إعادة فصل الأشرطة في الجزيئات الهجينة ؟ وكيف ؟
o نقوم برفع درجة الحرارة تدريجياً حتى ينفصل الشريطين في اللولب الهجين .
• ملاحظات هامة :
1. أي نوعين من الكائنات بينهما جينات مشتركة لذلك يحدث إلتصاق بين أي شريطين DNA من أي مصدرين مختلفين مهما كان نوعي الكائنات .
2. تتوقف درجة التكامل وشدة الإلتصاق بين الشريطين على درجة التشابة " عدد الجينات المشتركة "
3. كلما ذادت الجينات المشتركة تزيد درجة التكامل وشدة الإلتصاق و يمكن معرفة ذلك عن طريق تحديد درجة الحرارة اللازمة لفصل الشريطين في اللولب الهجين .
4. اللولب الأصلي يحتاج إلى درجة حرارة 100 م .
5. كلما ذارت درجة الحرارة اللازمة لفصل شريطي DNA في لولب هجين كلما دل ذلك على ذيادة التكامل والتشابة والقرابة بين الكائنين .
6. العلاقة بين درجة الحرارة اللازمة لفصل أشرطة DNA الهجينة وبين درجة التكامل بين هذه الأشرطة هي علاقة طردية .

• أهمية تهجين الحمض النووي :
1. تحديد درجة القرابة بين نوعين من الكائنات .
• أفادت هذه التجارب في وضع الأرنبيات والقوارض في رتبتين منفصليتن .
• نتعرف على درجة القرابة عن طريق تحديد درجة الحرارة اللازمة لفصل شريطي DNA في الجزئ الهجين ، المكون من شريطين من الكائنين المطلوب تحديد درجة القرابة بينهما .
2. الكشف عن وجود جين معين وتحديد عدد نسخه { كميته } .
• عن طريق بناء أشرطة DNA مشعة عليها شفرة الجين المراد الكشف عنه .
• يتم رفع درجة حرارة DNA و الأشرطة المشعة إلى 100 م ، ثم خفضها تدريجياً .
• إذا إرتبط الشريط المشع بــ DNA المراد الكشف عن الجين به دل ذلك على وجود الجين .
• الكشف عن كمية { عدد نسخ الجين } : عن طريق تحديد ، سرعة إلتصاق الجين الصناعي المشع مع DNA المفحوص ، تتناسب السرعة طردياً مع عدد نسخ جين .
ثانياً : إنزيمات القصر { القطع } البكتيرية :
• هي إنزيمات توجد في بعض أنواع البكتريا ، مثل بكتريا E.Coli ، تكسب البكتريا القدرة على مقاومة الفيروسات ؛ { تعمل على تقطيع DNA الفيروسي المهاجم إلى قطع عديمة القيمة عند مواقع معينة أو بالقرب منها و تسمى هذه المواقع بإسم مواقع التعرف } .
• أنواع إنزيمات القصر : وجد العلماء أن هناك 250 نوع تقريباً من إنزيمات القصر ، و لكل نوع موقع تعرف خاص به .
o مثال : إنزيم القصر الذي يقطع التتابع { 5/ GAATTC 3/ } . يقطع DNA يكسر الرابطة التساهمية بين ( A-G ) كما هو موضح بالشكل :
بالنسبه لإنزيم القصر : الأجزاء المظللة هى الأطراف اللاصقة


GAATTC 3/ 5/ القطعة الأولى AATTC القطعة الثانية G
CTTAAG 5/ 3/ G CTTAA

• آلية عمل إنزيم القصر :
1. يقطع إنزيم القصر DNA عند أو بالقرب من موقع التعرف كما هو موضح بالمخطط السابق .
2. ينتج من القطع أطراف لاصقة { هي الأطراف المائلة التي تتكون عند موقع التعرف على DNA بعد قطعة ، و تتكامل معاً ، ويمكن إعادة ربطها معاً أو ربط طرف لاصق من DNA مع طرف لاصق من DNA آخر قطعا بنفس إنزيم القصر } .
3. ويتم ربط الأطراف اللاصقة بواسطة إنزيمات الربط ليتمكن الباحث من لصق قطعة معينة من جزيء DNA بقطعة أخرى من جزيء آخر .
• ملحوظة : وجد أن التتابعات التي تسمى مواقع التعرف توجد على أي DNA { أيً كان مصدره } ، في جميع الكائنات ،
• أي أن : أي إنزيم قصر يستطيع قطع أي DNA مهما كان مصدره طلما وجد موقع التعرف الخاص بالإنزيم .
• موقع التعرف : تتابع من أزواج القواعد النيتروجينية على DNA ، يتكون من 4 – 7 أزواج من القواعد بشرط أن يكون ترتيبها في الإتجاه { من 3/ إلى 5/ } لشريط هو نفس الترتيب { من 5/ إلى 3/ } للشريط المكمل .
• بما تفسر : لا يقوم إنزيم القصر البكتيري بقطع DNA الخاص بخلية البكتريا رغم وجود مواقع التعرف .
o لأن البكتريا التي تفرز إنزيمات القصر تفرز معها إنزيمات تسمى الإنزيمات المعدلة {و هي إنزيمات تضيف مجموعة ميثيل CH3 على مواقع التعرف التي توجد على DNA البكتيري لتخفيها عن إنزيمات القصر .

• أهمية إنزيمات القصر البكتيرية : تستخدم على نطاق واسع في تقنيات الهندسة الوراثية .

ثالثاً : إستنساخ تتابعات DNA :
• هي عملية إنتاج عدد كبير من النسخ من جين معين أو جزء معين من أجزاء DNA مشابهة له تماماً .
• أهمية استنساخ تتابعات DNA :
1. الحصول على عدد كبير من النسخ من جين معين بهدف دراسة تتابع النيوكليوتيدات لهذا الجين .
2. الحصول على عدد كبير من النسخ من جين معين لإدخالها إلى خلايا البكتريا أو الفاجات أو فطر الخميرة لتسخير هذه الكائنات لإنتاج مركبات و إنزيمات مرغوبة .
• طرق الإستنساخ :
الطريقة الأولى : باستخدام إنزيمات القصر " هي الطريقة الأعقد و الأصعب " .
1. يقطع الجين المراد إستنساخه من مصدره بواسطة إنزيم قصر معين .
2. نقطع بلازميد مستخرج من بكتريا بنفس إنزيم القصر لتتكون نفس الأطراف اللاصقة في كل من الجين و البلازميد .
3. يتم ربط الجين و البلازميد بإنزيم الربط .
4. يتم إدخال البلازميد الحامل للجين إلى مزرعة بكتريا { أو خلايا الخميرة } بعد معاملتها بكلوريد الكالسيوم " لزيادة نفاذية البلازميد " .
5. كلما نمت خلية البكتريا و تضاعفت يتضاعف معها البلازميد وبالتالي الجين .
6. بعد وصول البكتريا إلى عدد معقول تحطم خلايا البكتريا و تفصل منها البلازميدات بالطرد المركزي .
7. تعامل البلازميدات بنفس إنزيم القصر المستخدم في البداية فتنفصل عنها الجينات .
8. نفصل الجينات بالطرد المركزي و نستخدم آلاف النسخ الناتجه في تجارب الهندسة الوراثية .
• ملحوظة : يمكن تسخير البكتريا لإنتاج الأنسولين أو الهيموجلوبين أو أي مادة أخري بعد الخطوه الرابعة .
• الصعوبات التي تواجه الطريقة الأولى :
‌أ) صعوبة الحصول على الجين من مصدره .
‌ب) زيادة عدد خطوات الإستنساخ .
الطريقة الثانية : باستخدام إنزيم النسخ العكسي .
• إنزيم النسخ العكسي : هو { إنزيم يوجد في الفيروسات التي تكون شفرتها الوراثية RNA و ليس DNA ، له القدرة على إستخدام RNA الفيروسي أو أي RNA كقالب لبناء DNA شريط مفرد } ، طريقة عمله و إتجاه عمله على RNA كقالب هي نفس طرقة عمل و إتجاه عمل إنزيم بلمرة DNA ، إنزيم بلمرة RNA .
• بما تفسر : الفيروسات التي تكون مادتها الوراثية RNA تحتوي على شفرة إنزيم النسخ العكسي الذي ينسخ شريط مفرد من DNA
• باستخدام RNA كقالب .
o لأن RNA الفيروسي لا يستطيع الإرتباط ب DNA الذي يتحكم في خلية العائل لذلك يقوم إنزيم النسخ العكسي بتحويل المادة الوراثية وقت الهجوم إلى DNA .
• خطوات الإستنساخ بإنزيم النسخ العسكي :
• لا توجد صعوبة في الحصول على الجين لأننا نعتمد على ما يلي :
1. نحصل على mRNA الذي يحمل شفرة الجين المراد نسخه و الموجود بوفرة في الخلايا التي ينشط بها الجين
2. مثل : mRNA الحامل لشفرة جين إنتاج الانسولين نحصل عليه من خلايا بيتا في جزر لانجرهانز في البنكرياس .
3. mRNA الحامل لشفرة جين إنتاج الهيموجلوبين نحصل عليه من خلايا نخاع العظام المولدة لكرات الدم الحمراء .
4. يعامل mRNA بإنزيم النسخ العكسي لتكوين شريط مفرد من DNA الأصلي .
5. يعامل الشريط المفرد بإنزيم بلمرة DNA ، و الربط لتكوين لوالب مزدوجة من DNA
6. نحصل على آلاف النسخ من DNA بسهولة لدراستها .
الطريقة الثالثة : بإستخدام جهاز { PCR } هي الطرقة المستخدمة حالياً .
• يستخدم الجهاز إنزيم تاج بوليمريز { و هو إنزيم يمكنه مضاعفة قطع DNA آلاف المرات خلال دقائق معدودة عند درجات حرارة مرتفعة } .






















عدل سابقا من قبل العلم والايمان في 29/03/15, 09:59 pm عدل 1 مرات

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

مُشاطرة هذه المقالة على: diggdeliciousredditstumbleuponslashdotyahoogooglelive

 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى