الأحياء للثانوية العامة الدرس الأول الدعامة في النبات المنهج الجديد

الهندسة الوراثية    آمال...وتحفظات ...الهندسة الوراثية الأمل القادم لحل  كل المشكلات  Genetic Engineering

تعريف علم الهندسة الوراثية 

هي عملية استخدام تقنية التعديل فى الحمض النووي (DNA) لتغيير التركيب الجيني للكائن الحي. و حديثا غير البشر الجينات وقام العلماء بالتعديل عليها مما مكنهم بشكل غير مباشر من التحكم في التكاثر وادخال الصفات المرغوبة التى قد تكون زيادة فى الحجم أو زيادة فى الانتاجية. في أغلب الأحيان تتضمن الهندسة الوراثية المعالجة المباشرة لجين واحد أو أكثر. أو يُضاف جين من نوع آخر إلى جينوم الكائن الحي لمنحه الصفة المرغوبة التى يسعى خلفها الانسان. ولا يمكن التطرق الى موضوع الهندسة الوراثية و تركيب الجينات داخل الكائن الحى أو داخل الانسان بدون التطرق الى تركيب الحمض النووى RNA ودوىه الهام فى بناء البروتينات داخل الخلية.

الحمض النووى RNA

أثبتت التجارب أن RNA هو المادة الوراثية فى بعض الفيروسات وكان أول اكتشاف لفيروس من هذا النوع هو فيروس Tobacco Mosaic Virus(TMV), حيث يتكون هذا الفيروس من غلاف بروتينى يحيط بجزئ RNA.

وقد كان الفضل الأول للعالمان Frankel Conratو Singer فى عزل الغلاف البروتينى للفيروس عن الحمض النووى RNA كما قاما بعزل غلاف بروتينى من السلالة HRعن المادة الوراثية له وقاما بتهجين الاثتين معا لانتاج فيروس هجين. 

من الناحية الهيكلية والتركيبية، يشبه الحمض النووي الريبوزى (RNA) تمامًا الحمض النووي DNA. ومع ذلك، فهناك بعض التغييرات والاختلاف فى التركيب بين هذين الحمضين ففي حين أن جزيئات الحمض النووي DNA عادة ما تكون طويلة ومزدوجة ، نجد أن جزيئات الحمض النووي الريبوزى RNA عادة ما تكون أقصر بكثير و مفردة. 

تؤدي جزيئات الحمض النووي الريبوزى RNA مجموعة متنوعة من الأدوار والمهام داخل الخلية ولكن المهمة الأساسية تكون فى عملية تخليق البروتين (الترجمة) وتنظيمه وبجانب ذلك لها وظيفة هامة جدا فى  (نسخ الحمض النووى DNA) وهو ما يسمى DNA replication. يحتوى RNA أيضا على جزئيات تعمل على اظهار الفعل الجينى وبعضها يعمل كانزيمات.

التركيب الدقيق ل RNA

يعتمد تركيب RNA على تركيب النيوكليوتيدة, والتى تسمى فى حالة RNA باسم ribonucleotides  وغالبا ما يكون الحمض النووي الريبوزى RNA منفردًا، وهو يتركب من ريبونوكليوتيدات مرتبطة بروابط الفوسفوديستر (phosphodiester bonds). يحتوي الريبونوكليوتيد في سلسلة الحمض النووي RNA على ريبوز (سكر البنتوز)، وأحد القواعد النيتروجينية الأربعة (A ، U ، G ، C) ومجموعة الفوسفات

 1. سكر مكون من خمسة كربون يسمى سكر الريبوز Ribose

 2. قاعدة نيتروجينية  (A ، U ، G ، C)

 3. مجموعة فوسفات 

تركيب النيوكليوتيدة فى جزئ RNA

 1. سكر مكون من خمسة كربون يسمى ريبوز(Ribose)

ان كلا من نيوكليوتيدات الحمض النووي dna والحمض النووي rna تحتويان على سكرين مختلفين قليلاً. حيث يُطلق على السكر المكون من خمسة كربون في الحمض النووي dna اسم deoxyribose (سكر منقوص ذرة الأكسجين)، بينما في RNA يطلق على السكر اسم سكر ريبوز. هذان النوعان من السكر متشابهان للغاية في الهيكل العام لهما مع وجود اختلاف واحد فقط وهى أن ذرة الكربون الثانية من الريبوز تحمل مجموعة الهيدروكسيل، بينما ذرة الكربون الثانىة من الديوكسي ريبوز تحتوي على الهيدروجين بدلاً من ذلك. كما فى الصورة.
في النوكليوتيدات يكون السكر هو أساس التركيب مع إرتباط القاعدة النيتروجينية بـذرة الكربون رقم 1 ومجموعة الفوسفات ترتبط بذرة الكربون رقم 5.

 2. قاعدة نيتروجينية  (A ، U ، G ، C)

وتشمل القواعد النيتروجينية نوعان من القواعد علي حسب عدد الحلقات بها أ-البريميدينات : جزيئات حلقية مفردة وهي الثايمينT، السيتوسين C، اليوراسيل U فى (RNA) ب-  البيورينات : جزيئات ذات حلقتين وتشمل الأدينينA  ،الجوانين   G 

الصيغ الكيميائية للقواعد النيتروجينية

• الصيغة الكيميائية للأدينين هي C ₅ H ₅ N _5. ترتبط الأدينين (A) وهذه القاعدة مهمة لأنها لا تدخل فقط في تركيب نيوكليوتيدة الحمض النووي ال DNA، ولكنها أيضًا  تدخل فى تركيب جزيء ATP الحامل للطاقة ، والعامل المساعد الفلافين الأدينين النوكليوتيد ، والعامل المساعد لعقار nicotinamide adenine dincucleotide (NAD). 
  

• الصيغة الكيميائية ل الثايمين (T)  هي C ₅ H ₆ N ₂ O ₂ .
  
• الصيغة الكيميائية ل الجوانين (G) هي C ₅ H ₅ N ₅ O.
• الصيغة الكيميائية ل السيتوزين (C) هي C ₄ H ₅ N ₃ O. 
• الصيغة الكيميائية ل اليوراسيل (U) هى C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ . يرتبط Uracil (U) في الحمض النووي RNA مع الأدينين (A).( هذه القاعدة توجد فى الحمض النووى RNA ولا توجد فى الحمض النووى DNA.

ترتبط القاعدة النيتروجينية الأدينين مع القاعدة النيتروجينية اليوراسيل برابطتين هيدروجينية بينما ترتبط القاعدة الجوانين مع السيتوزين برابطة هيدروجينية ثلاثية.

3. مجموعة فوسفات 

تربط مجموعة الفوسفات بين مجموعات السكر الخماسية في سلاسل كل من الحمضين (DNA) وRNA) ). وهى ترتبط مع ذرة الكربون رقم 5 فى السكرالريبوز ribose فى الحمض النووى RNA.

وظيفة الحمض النووى RNA

- يعتبر الحمض النووى RNA هو المادة الوراثية فى بعض الكائنات الحية وخصوصا فى الفيروسات.

- يعتبر الحمض النووى RNA هو المسئول الأساسى فى عملية تخليق البروتين داخل الخلية من خلال استخدام جزيئات DNA.

- يحتوى RNA أيضا على جزئيات تعمل على اظهار الفعل الجينى وبعضها يعمل كانزيمات.

أنواع الحمض النووى RNA

 - RNA messenger

في عام 1961، افترض العالمان الفرنسيان فرانسوا جاكوب وجاك مونود وجود وسيط بين الحمض النووي DNA و المواد البروتينية المخلقة فى الخلية، والتي أطلقوا عليها اسم messenger RNA. وافترضا العالمان أن المعلومات الوراثية الموجودة فى DNA تنتقل الى الريبوسوم لتخليق البروتين عن طريق messenger RNA.

Messenger RNA (mRNA) يقوم بحمل الكودونات من الحمض النووي DNA من النواة إلى مواقع تخليق البروتين في السيتوبلازم (الريبوسومات). يعتبر العالمان إليوت فولكين ولعازر أستراشان (Elliot Volkin and Lazarus Astrachan) أول من قدما وصفا لتركيب mRNA وكان ذلك في عام 1956. بالإضافة إلى mRNA ، هناك نوعان آخران من RNA هما RNA الريبوسومي (rRNA) و RNA الناقل (tRNA).
عند بداية كل جزئ من mRNA يوجد موقع الارتباط بالريبوسوم : وهو تتابع للنيوكليوتيدات يرتبط بالريبوسوم بحيث يصبح أول كودون AUG متجها إلى أعلى وهو الوضع الصحيح للترجمة وآخر كودون يسمى كودون وقف ويكون واحد من ثلاثة كودونات هي   .UAA – UAG – UGA

يمثل mRNA حوالى 5% فقط من إجمالي RNA في الخلية. ويتكون mRNA من أكثر من 3 أنواع غير متجانسة من الحمض النووي RNA من حيث كل من تسلسل القاعدة والحجم. وهو يقوم أثناء نسخ DNA بحمل كودونات فى شكل أو على هيئة 3 تتابعات من النيوكليوتيدات والتى يتم نقلها بواسطة جزيئات m RNA عبر الغلاف النووي إلى السيتوبلازم والتى سوف يتم ترجمتها فيما بعد بواسطة rRNA.

يحدد كل كودون حمضًا أمينيًا معينًا على الرغم من أنه يمكن ظهور حمض أميني واحد بواسطة العديد من الكودونات المختلفة. على الرغم من وجود 64 كودون أو قواعد ثلاثية ، إلا أن 20 منها فقط تمثل الأحماض الأمينية.

و هناك أيضًا ما يطلق عليه كودونات الوقف وهى عباره عن 3 كودونات توقف ، والتي تشير إلى أن الريبوسومات يجب أن تتوقف عن بناء البروتين، ينتهى m RNA.

 أما عند الطرف الآخر من جزئ mRNA فيوجد نهاية من عديد الأدينين وهو عبارة عن ذيل مكوّن من حوالي 200 أدينوزين وظيفة هذا الذيل هي حماية mRNA من الانحلال بواسطة الإنزيمات الموجودة في السيتوبلازم). 

- Ribosomal RNA (rRNA)

يوجد rRNA في الريبوسومات ويمثل 80٪ من إجمالي الحمض النووي RNA الموجود في الخلية. 

الوزن الجزيئى له يقدر بالالاف وهو لا يترجم بل يدخل فى تكوين الريبوسومات التى توجد فى سيتوبلازم الخلية, حيث يتكون الريبوسوم من 60-65% rRNA بينما يشكل البروتين حوالى 35-40% منه, يعمل rRNA على ربط الأحماض الأمينية ببعضها البعض أثناء بناء وتكوين البروتين.

يتم استنساخ جزيئات rRNA داخل النوية من تتابعات نيوكليوتيدية متكررة ومتعاقبة لكن قبل خروجه من النواة يحدث له عدة تحورات حيث يتجزأ الى ثلاث وحدات:

1. rRNA 28S يبلغ طوله حوالى 4800 نيوكليوتيدة.

2. rRNA 18S يبلغ طوله حوالى 1900 نيوكليوتيدة.

3. rRNA 5.8S يبلغ طوله حوالى 160 نيوكليوتيدة. 

4. rRNA 5S يبلغ طوله حوالى 120 نيوكليوتيدة.

يتكون الريبوسوم الوظيفي من تحت وحدتين هما :

( أ ) تحت وحدة ريبوسوم كبيرة تحتوي على موقعين هامين :

الأول هو موقع الببتيديل (P) وبه يرتبط كودون البدء الخاص بجزئ mRNA كما أنه يحتوي على إنزيمات لازمة لتكوين الروابط الببتيدية التي تربط الأحماض الأمينية مع بعضها .

الثاني هو موقع الأمينو أسيل (A) وهو الموقع الذي تتم فيه عملية الربط للأحماض الأمينية .

( ب ) تحت وحدة ريبوسوم صغيرة : وهي التي ترتبط بجزئ mRNA في بداية تخليق البروتين. 

عندما لا يكون الريبوسوم قائما بعمله في إنتاج البروتين فإن تحت الوحدتين تنفصلان عن بعضهما وتتحرك كل منهما بحرية وقد يرتبط كل منهما بتحت وحدة أخرى من النوع المقابل (أي ترتبط أي تحت وحدة صغيرة مع أي تحت وحدة كبيرة) عندما تبدأ عملية بناء البروتين مرة أخرى. 

 

 

- RNA Transfer (t RNA)

جزئ قصير يقدر طوله بحوالى 75-90 نيوكليوتيدة, ووزنه الجزيئى حوالى 25 كيلو دالتون, ويشكل حوالى 15% من كمية RNA الموجودة فى الخلية. يشبه الى حد كبير ورقة البرسيم وله ثلاث ثنيات تتفرع من ساق مركزية, التى تتميز بنهايتين طرفيتين 3و5 احدهما ترتبط بالحمض الأمينى وتنتهى بتتابع ثابت دائما هو التتابع CCA ومجموعة OH عند النهاية 3, أما النهاية 5 فتنتهى بمجموعة فوسفات.

وظيفة حمض tRNA : يشارك في بناء البروتين عن طريق حمل الأحماض الأمينية ونقلها إلى الريبوسومات. ويوجد لكل حمض أميني نوع خاص من (tRNA) يتعرّف على الحمض الأميني وينقله الى مكانه على mRNA فإذا كان للحمض الأميني أكثر من شفرة يكون له أكثر من tRNA يحمله ويُنسخ tRNA من جينات DNA الخاصة بنسخ tRNA والتي توجد عادة على شكل تجمعات من 7-8 جينات على نفس الجزء من جزئ DNA.

يوجد موقعان هامان على جزئ tRNA لهما علاقة ببناء البروتين 

الموقع الأول : هو الموقع الذي يتحد فيه t RNA بالحمض الأميني الخاص به ويتكون هذا الموقع من ثلاث قواعد نيتروجينية هي CCA عند الطرف 3 من الجزئ .

والموقع الآخـر: هو مقابل أو مضاد الكودون (Anticodon) ويمثل ثلاثيات القواعد على t RNA والتي يرتبط (يتزاوج) من خلالها بكودونات الأحماض الأمينية المناسبة بمركب mRNA والريبوسوم حيث يحدث ارتباط مؤقت بين t RNA و m RNAفيسمح للحمض الأميني المحمول على t RNA أن يدخل في سلسلة عديد الببتيد في المكان المحدد.

- يتم تصنيع أشرطة الحمض النووي RNA باستمرار وتفكيكها وإعادة استخدامها مرة أخرى.
- الحمض النووي RNA أكثر مقاومة للتلف من الأشعة فوق البنفسجية من الحمض النووي.
- ان معدل حدوث الطفرات فى شريط RNA أكثر بكثير من معدل حدوثها فى DNA.
- يختلف عدد الحمض النووي RNA من خلية إلى أخرى لكن بالنسبة للحمض النووى DNA فان عدده ثابت فى الخلايا الجسدية والجنسية داخل الكائن الحى.
- ان الحمض النووي يتميز بأنه أكثر تنوعًا من الحمض النووي DNA، فهو قادر على أداء العديد من العمليات والوظائف المتنوعة في الكائن الحي.

***********************

***********************