بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ملخص درس التنظيم الجيني والطفرة - الوراثة الجزيئية

نبدأ على بركة الله ...

 

-       التنظيم الجيني:

 

1-  النتظيم الجيني في الخلايا بدائية النوى: 

 

التنظيم الجيني:

قدرة المخلوق الحي على التحكم في اختيار أي الجينات تنسخ استجابة للبيئة. 

 

المنطقة الفعالة:

·      تعريفها: (قطعة من DNA تحتوي على جينات تشفر بروتينات ضرورية لعملية أيض محددة).

·      أهميتها: تتحكم في نسخ الجينات استجابة للتغيرات البيئية في بدائيات النوى.

·      أجزاؤها: المشغل، المحفز، جيناً منظماً، الجينات التي تشفر البروتينات.

 

المشغل:

قطعة من DNA تعمل عمل مفتاح لبدء النسخ وإيقافه.

 

المحفز:

قطعة DNA تقع حيث يرتبط إنزيم بلمرة RNA مع بداية جزيء DNA.

 

فائدة:

تستجيب بكتيريا E.coli إلى التريتوفان (حمض أميني) وسكر اللاكتوز من خلال منطقتين فعالتين اثنتين هما: منطقة تربتوفان الفعالة، منطقة اللاكتوز. 

 

2-   التنظيم الجيني في الخلايا حقيقية النوى:

 

أهميته:

التحكم في الجينات التي سيتم التعبير عنها في أوقات محددة من حياة المخلوق الحي.

 

متطلباته:

يتطلب توافر أكثر من مجرد محفز واحد ومشغل واحد لمجموعة من الجينات (علل) لأن العديد من الجينات يتفاعل بعضها مع بعض في الخلايا حقيقية النوى.

 

فائدة:

تنظيم الخلايا حقيقية النوى وتركيبها أكثر تعقيداً من خلايا بدائية النوى مما يزيد من تعقيد نظام التحكم.

 

3-  التحكم في عملية النسخ:

 

المقصود بها:

إحدى الطرائق التي تتحكم فيها الخلايا حقيقية النوى بالتعبير الجيني.

 

كيفية حدوثها:

تحدث من خلال بروتينات تسمى عوامل النسخ.

 

عوامل النسخ:

أهميتها	·      تضمن استعمال الجين في الوقت المناسب. ·      إنتاج البروتينات بالكميات الصحيحة.
مجموعتاها الرئيستان	1)  عوامل النسخ التي تكون مركبات معقدة تنظم إنزيم بلمرة RNA وتوجه ارتباطه بالمنظم. 2)  عوامل النسخ التي تشمل بروتينات منظمة تساعد على التحكم بسرعة النسخ.

 

أمثلة توضيحية على البروتينات:

·      البروتينات النشطة: تقوم بطي جزيء DNA، حيث تجعل مواقع المحفزات قريبة من المركب المعقد فتزيد بذلك من سرعة نسخ الجين.

·      البروتينات المثبطة: ترتبط مع مواقع محددة على DNA تمنع ارتباط المحفزات.

أهمية التركيب المعقد لـ DNA الخلايا حقيقية النوى:

·      يعد تعقيد تركيب DNA الخلايا حقيقية النوى منظماً أيضاً لعملية النسخ حيث يوفر بعض التثبيط لعملية النسخ.

·      على الرغم من ذلك فإن البروتينات المنظمة وإنزيم بلمرة RNA ما زالا يستطيعان تنشيط جينات محددة حتى لو كانت مطوية داخل الجسيم النووي.

 

تذكر:

DNA الخلايا حقيقية النوى ملتف حول الهستونات ليكون جسيمات نووية.

 

4-  تداخل RNA:

 

وصفه:

الطريقة الأخرى لتنظيم جينات الخلايا حقيقية النوى. 

 

 

كيفية حدوثه: 

 

 

·      تقطع قطع صغيرة من RNA ثنائي السلسلة في سيتوبلازم الخلية بواسطة إنزيم يسمى المقطع.

·      القطع الناتجة من RNA ثنائي السلسلة تسمى جزيئات RNA المتداخلة الصغيرة.

·      ترتبط هذه الجزيئات بدورها ببروتين معقد يقوم بدوره بتكسير سلسلة واحدة من RNA.

·      ترتبط السلسلة المفردة الصغيرة (الناتجة عن جزيء RNA المتداخل الصغير معقد البروتين) مع مقاطع محددة ومتسلسلة على mRNA في السيتوبلازم، فتؤدي إلى تقطيع mRNA وبهذا تمنع ترجمته.

-       الطفرات: 

 

1-  أساسيات عن الطفرة:

 

تعريفها:

تغير دائم في DNA الخلية يتراوح بين تغيير في القواعد النيتروجينية وإزالة مقاطع كبيرة من الكروموسومات.

 

من أمثلتها:

الطراز الشكلي المجعد لبذور البازلاء مرتبط مع غياب إنزيم يؤثر في شكل جزيئات النشا في البذور (علل) بسبب حدوث طفرة في الجين تسبب تغيراً في البروتين المصنع للإنزيم يجعله غير نشط.

 

أنواعها:

الطفرات النقطية (الجينية)، طفرات الإزاحة.

 

2-  الطفرات النقطية (الجينية):

 

وصفها:

طفرات تتضمن تغيراً كيميائياً في زوج واحد من القواعد، مما قد يكون كافياً لإحداث خلل وراثي.

 

طفرات الاستبدال:

·      تعريفها: الطفرة النقطية التي يستبدل فيها زوج قواعد بآخر.

·      أنواعها: الحساسة (المؤثرة)، غير الحساسة.

 

طفرات الاستبدال الحساسة:

تتغير الشفرة الوراثية فتصبح لحمض أميني آخر نتيجة لخلل ما.

 

طفرات الاستبدال غير الحساسة:

يتغير كودون الحمض الأميني إلى كودون توقف فيؤدي ذلك إلى..

·      توقف الترجمة مبكراً.

·      بروتينات لا تعمل بشكل طبيعي.

 

3-  طفرات الإزاحة:

 

وصفها:

تتضمن كسب نيوكليوتيد واحد أو خسارته ضمن تسلسل القواعد النيتروجينية على جزيء DNA.

 

أنواعها:

·      طفرات الإضافة: عملية إضافة نيوكليوتيد إلى تسلسل القواعد على DNA.

·      طفرات الحذف: عملية فقدان نيوكلوتيد من تسلسل القواعد على DNA.

حذف قطعة من كروموسوم:

·      يمكن أن تحذف قطعة من كروسوم تحوي جيناً واحداً أو أكثر من الجينات أو تنتقل إلى موقع مختلف على الكروموسوم أو إلى كروموسوم آخر.

·      تؤدي إعادة ترتيب الكروموسوم غالباً إلى تأثيرات شديدة في التعبير عن هذه الجينات.

 

تعليل:

كلا نوعي طفرات الإزاحة من الطفرات التي تغير مضاعفات الكودونات الثلاثية سواء من نقطة الإضافة أو الحذف (علل) لأنها تغير ترتيب الأحماض الأمينية.

 

4-  مرض الكابتونيوريا: 

 

وصفه:

مرض ينجم عن طفرة في DNA المسؤول عن إنزيم يدخل في هضم الحمض الأميني فينيل الأنين.

 

أثره:

هذه الطفرة تؤدي إلى وجود حمض هوموجنتسيك ذي اللون الأسود الذي يغير لون البول.

 

فائدة:

قد أظهرت الدراسات أن مرضى الكابتونيوريا مصابون بنسب عالية من طفرات الإزاحة والطفرات الحساسة في منطقة محددة من جزيء DNA الخاص بهم. 

 

5-  جدول يوضح الأنواع المختلفة من الطفرات وتأثيرها في تسلسل DNA:

نوع الطفرة	جملة للمحاكاة (للتوضيح)	مثال على مرض بالطفرة
طبيعي	THE BIG FAT CAT ATE THE WET RAT	جملة المحاكاة تعني (القطة الكبيرة السمينة أكلت الفأر المبلل)
الحساسة (استبدال)	THE BIZ FAT CAT ATE THE WET RAT	عدم نمو الغضروف: تكون غير طبيعي للغضروف على أطراف العظام الطويلة للأذرع والأرجل، مما يؤدي إلى نوع من القزمة.
غير الحساسة (استبدال)	THE BIG RAT	ضمور العضلات: خلل عضلي شديد يزداد بتقدم السن، ويتميز بضعف عدد من عضلات.
الحذف (تسبب طفرة إزاحة)	THE IGF ATC ATA TET HEW ETR AT	التليف الكيسي: يتميز بمخاط غير طبيعي كثيف في الرئتين والأمعاء والبنكرياس.
الإضافة (تسبب طفرة إزاحة)	THE BIG ZFA TCA TAT ETH EWE TRA	مرض كرون: التهاب حاد في الجهاز الهضمي، مما يؤدي إلى إسهال متكرر، ألم في البطن، دوار، حمى، فقدان وزن.
تضاعف	THE BIG FAT FAT CAT ATE THE WET RAT	مرض شاركوت – ماري – توث (النوع A1): تلف الأعصاب الطرفية مما يؤدي إلى ضعف وتآكل في عضلات اليدين والأطراف السفلى.
توسيع الطفرة (تكرارات متتابعة) الجيل 1 الجيل 2 الجيل 3	THE BIG FAT CAT ATE THE WET RAT THE BIG FAT CAT CAT CAT ATB THE WET RAT THE BIG FAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT ATE THE WET RAT	مرض هنتنتون: مرض شديد يزداد مع تقدم السن، تتناقص فيه خلايا الدماغ، مسبباً حركات غير مسيطر عليها، وتقلبات عاطفية، وتلفاً عقليا.

 

 

-       أسباب الطفرة.. وطفرة الخلايا الجسمية والجنسية:

 

1-  أساسيات عن أسباب الطفرة: 

 

أسباب الحدوث:

·      بعض الطفرات – وخصوصاً الطفرات النقطية – يمكن أن تحدث بصورة تلقائية.

·      بعض العوامل المسببة للطفرات يمكن أن تتلف الـ DNA أيضاً. 

 

مثال:

من أمثلة الطفرات بصورة تلقائية إضافية إنزيم بلمرة DNA للقاعدة الخطأ خلال التضاعف. 

 

تعليل:

نسبة الخطأ في إضافة النيوكليوتيد غير المطلوب هي 100,000:1 قاعدة نيتروجينية، ويفلت من عملية التصحيح ما نسبته 1: بليون (علل) لأن إنزيم بلمرة DNA قادر على تصحيح الأخطاء.

 

2-  العوامل المسببة للطفرات: 

 

أمثلتها:

المواد الكيميائية، الأشعة. 

 

أثر المواد الكيميائية:

تؤثر في DNA عن طريق تغير التركيب الكيميائي للقواعد مما يؤدي غالباً إلى عدم ارتباط القواعد في أزواج أو ارتباط قاعدة بقاعدة أخرى عن طريق الخطأ.

 

أثر المطفرات الكيميائية:

·      بعض المطفرات الكيميائية تراكيبها الكيميائية تشبه النيوكليوتيدات حتى أنها يمكن أن تحل محلها.

·      عند دخول القواعد الزائفة إلى DNA، لا يستطيع التضاعف بالصورة الصحيحة.

·      أصبحت المطفرات الكيميائية مهمة من الناحية الطبية، خاصة في معالجة فيروس HIV (المسبب للإيدز)، فعندها يتحد الدواء بـ DNA الفيروس لا يمكن لـ DNA نسخ نفسه بصورة صحيحة.

 

3-  الأشعة:

 

من أمثلتها:

أشعة – X، جاما.

 

أثرها:

الأشعة عالية الطاقة من العوامل القوية المسببة للطفرات، فعندها تصل الأشعة إلى DNA تمتص الإلكترونات طاقة الأشعة فيهرب بعضها من ذراته تاركاً خلفه جذوراً حرة.

 

الجذور الحرة:

ذرات مشحونة بإلكترونات منفردة تتفاعل بعنف مع الجزيئات الأخرى ومنها DNA.

 

أضرار أشعة الشمس فوق البنفسجية (UV):

 

أشعة الشمس فوق البنفسجية (UV) تحوي طاقة أقل من أشعة -X ولا تحرر الإلكترونات من الذرات، لكنها تربط قواعد الثايمين المتجاورة معاً متلفة تركيب DNA فيصبح DNA مختلاً أو منحنياً مما يجعله غير قادر على التضاعف بصورة صحيحة إلا إذا تم إصلاحه.

 

 

4-  طفرة الخلايا الجسمية:

 

أثرها:

عندما لا تستجيب لآلية التصحيح أو تتجنبها تصبح جزءاً من الترتيب الوراثي في الخلية، ومن ثم في الخلايا الجديدة المستقبلية.

 

خصائصها:

·      الطفرات في الخلايا الجسمية لا تنتقل إلى الجيل الثاني، وأحياناً لا تسبب مشكلات في الخلية.

·      تسمى الطفرات متعادلة إذا كانت ترتيباتها غير مستعملة في الخلية البالغة وقت حدوث الطفرة أو إذا لم تغير تشفير (الكودون) الحمض الأميني.

·      إذا تسببت الطفرات إنتاج بروتين غير طبيعي فقد تعجز الخلية من أداء عملها الطبيعي، وقد تموت.

·      تبقى آثار الطفرات داخل خلايا المخلوق الحي ما دامت الخلايا الجسدية هي المتأثرة.

 

السرطان:

طفرات في الخلايا الجسمية تجعل دورة الخلية غير منضبطة.

 

5-  طفرة الخلايا الجنسية (الخلايا التكاثرية):

 

تواجدها:

تنتقل إلى أبناء المخلوق الحي، وتوجد في كل خلية من خلايا من خلايا أبنائه.

 

أثرها:

لا تؤثر في وظيفة الخلايا في المخلوق الحي بل تؤثر في أبنائه على نحو مأساوي.

-       الهندسة الوراثية:

 

1-  أساسيات عن الهندسة الوراثية: 

 

المقصود بها:

تقنية تتضمن التحكم في جزيء DNA لأحد المخلوقات الحية بواسطة إضافة DNA خارجي (من مخلوق حي آخر).

 

من أمثلتها:

·      حقن الباحثون جين بروتين للإضاءة الحيوية يسمى بروتين الإضاءة الخضراء (مادة توجد طبيعياً في قناديل البحر التي تعيش في شمال المحيط الهادئ) في مخلوقات حية مختلفة.

·      بروتين الإضاءة الخضراء يشع ضوءاً أخضر عندما يتعرض لضوء فوق بنفسجي.

·      الأحياء التي عدلت وراثياً تحوي DNA المسؤول عن تكوين بروتين الإضاءة الخضراء – ومنها يرقات البعوضة – يمكن تمييزها بسهولة بوجود ضوء فوق بنفسجي.

 

أهمية المخلوقات المعدلة وراثياً:

·      دراسة التعبير عن جين محدد.

·      دراسة عمليات خلوية.

·      دراسة تطور مرض معين.

·      اختيار صفات ذات فائدة للبشر.

 

2-  طرق دراسة الهندسة الوراثية:

العملية/الأداة	الوظيفة	التطبيق
إنزيمات القطع مثال EcoRl	تقطع سلاسل DNA إلى قطع.	يستعمل لإنتاج قطع DNA بنهايات عريضة يمكنها أن ترتبط بقطع DNA أخرى.
الفصل الكهربائي الهلامي	يفصل قطع DNA حسب الحجم	يستعمل لدراسة قطع DNA حسب أحجامها.
نسخ الجين	ينتج كميات كبيرة من جزيئات DNA هجينة متطابقة	يستعمل لدراسة قطع DNA حسب أحجامها.
تسلسل القواعد النيتروجينية (DNA)	تعرف تسلسل القواعد في جزيء DNA الهجين لدراسته بشكل مفصل	يستعمل لتعرف الأخطاء في تسلسل القواعد، تحديد وظيفة جين معين، المقارنة بين جينات ذات تسلسلات متشابهة من مخلوقات حية مختلفة.
تفاعل المبلمر المتسلسل (PCR)	إنتاج نسخ من مناطق محددة من DNA الذي يجري تحديد ترتيب قواعد	يستعمل لنسخ DNA من أجل لأي بحث علمي، مثل: التحليل الجنائي، والاختبارات الطبية.

 

3-  التقنيات الحيوية:

 

المقصود بها:

استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة.

 

أهميتها:

جعلت عملية استخلاص جينات من مخلوق حي ممكنة.

 

المخلوقات المعدلة وراثياً:

مخلوقات معدلة بواسطة إدخال جين من مخلوق حي آخر.

 

فائدة:

لا تستعمل الحيوانات والنباتات والبكتيريا المعدلة وراثياً في الأبحاث فقط، وإنما تستعمل أيضاً في النواحي الطبية والزراعية.

 

4-  الحيوانات المعدلة وراثياً:

 

أماكن إنتاجها:

ينتج العلماء حالياً معظم الحيوانات المعدلة وراثياً في المختبرات من أجل الأبحاث الحيوية.

 

أهميتها الطبية:

·      الفئران وذبابة الفاكهة والدودة الأسطوانية تستعمل على نحو واسع في مختبرات البحث حول العالم لدراسة الأمراض وتطوير طرائق لمعالجتها.

·      الماعز المعدل وراثياً استعمل لإنتاج بروتين يسمى مضاد ثروميين III (الذي يستعمل لمنع تخثر دم الإنسان أثناء العمليات الجراحية).

·      يعمل الباحثون حالياً على إنتاج ديك رومي معدل وراثياً مقاوم للأمراض. 

 

أهميتها الاقتصادية:

·      بعض المخلوقات المعدلة وراثياً – ومنها المواشي – أنتجت لتحسين المصادر الغذائية وتحسين معيشة البشر.

·      العديد من أنواع الأسماك تم تعديلها وراثياً لتنمو سريعاً. 

 

فائدة:

قد تصبح المخلوقات المعدلة وراثياً في المستقبل مصدراً يستخدم في مجال زراعة الأعضاء.

 

5-  النباتات المعدلة وراثياً:

 

أهميتها:

·      تم إنتاج العديد منها لكي تكون أكثر مقاومة للحشرات والآفات الفيروسية والمبيدات.

·      ينتج العلماء قطناً معدلاً وراثياً يقاوم هجوم الحشرات على محافظ أوراقه.

·      يطور الباحثون أيضاً نباتات فستق وفول صويا لا تسبب تفاعلات حساسية لمستهلكيها.

 

من أمثلتها:

الذرة، فول الصويا، القطن.

 

6-  البكتيريا المعدلة وراثياً:

 

أهميتها الطبية:

إنتاج الأنسولين، هرمونات النمو، مواد تذيب خثرات الدم.

 

أهميتها الاقتصادية:

تبطئ من تكون بلورات الثلج على المحاصيل الزراعية لحمايتها من التلف في الصقيع، تزيل بقع النفط، تحلل القمامة.

 

7-  مشروع الجينوم (المحتوى الجيني) البشري:

 

الجينوم:

المعلومات الوراثية الكاملة في الخلية. 

 

هدف المشروع:

تحديد وترتيب تسلسل نيوكليوتيدات DNA البشري، تحديد جميع الجينات البشرية.

 

دور الباحثين:

درسوا المحتوى الجيني لـ ذبابة الفاكهة، الفأر، بكتيريا E.coli (في أمعاء الإنسان).

 

أهمية تلك الدراسات:

·      أدت لتطوير تقنيات للتعامل مع كم البيانات الكبير الناتج عن المشروع.

·      ساعدت على معرفة وظائف الجينات البشرية المكتشفة حديثا.

 

 

 

 

 

 

 

 

تم بحمد الله

 

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

"نرد على جميع التعليقات"

 

 

                             بالتوفيق للجميع...^-^