ملخص أحياء ثاني ثانوي الفصل الثالث
الفصل الأول
( تركيب الخلية ووظائفها )
( التراكيب الخلوية و العضيات )
انواع الخلية
الخلايا هي الوحدات الأساسية لجميع المخلوقات الحية.
للخلايا احجام و اشكال مختلفة على حسب الوظيفة التي تؤديها.
تشترك جميع الخلايا في صفات مشتركه مثل الغشاء البلازمي- المادة الوراثية تحليل الجزيئات لإنتاج الطاقة).
تنقسم الخلايا إلى قسمين هما: أنظر شكل 1-1 صفحة 12
1- خلايا حقيقية النواة: أكبر حجما وتحتوي على نواة بداخلها مادة وراثية ( DNA) و عضيات محاطة باغشية الكل عضي وظيفة محددة).
2- خلايا بدائية النواة ليس لها نواة أو عضيات محاطة بأغشية.
معظم المخلوقات الحية خلايا حقيقية النواة وبعضها بدائية النواة مثل بعض المخلوقات الحية وحيدة الخلية مثل البكتريا البدائية.
وظيفة الغشاء البلازمي نظر شكل 12 صفحة 14
الغشاء البلازمي: هو حاجز رقيق مرن فاصل بين الخلية وبيئتها. ذو نفاذية اختيارية لتنظيم مرور المواد من وإلى الخلية
النفاذية الاختيارية: صفة مهمة في تركيب الغشاء البلازمي ينظم كمية ونوعية ووقت المواد التي تدخل إلى الخلية وتخرج منها. تركيب الغشاء البلازمي أندر شال 13 صفحة 14 جزيء الدهن الواحد يتكون من ( سلسلة جلسرول وثلاث سلاسل من الأحماض الدهنية). الدهون المفسفرة تتكون من ( سلسلة جلسرول وسلسلتين من الأحماض الدهنية ومجموعة فوسفات).
يتركب الغشاء البلازمي من طبقتين من الدهون المفسفرة المزدوجة التي تشكل ما يشبه الشطيرة ( بحيث تكون الرؤوس القطبية يفعل مجموعة الفوسفات إلى الخارج وإلى الداخل منجدية إلى الماء وذيول الأحماض الدهنية غير القطبية في الجزء الأوسط نافرة من الماء) تجمع الجزيئات الدهنية بهذه الطريقة يشكل حاجزاً سطحه قطبي وأوسطه غير قطبي الذلك لا تمر المواد الذائبة في الماء بسهولة لأن وسط الغشاء غير القطبي يعيقها).
مكونات الغشاء البلازمي الأخرى: أنظر شكل 15 صفحة 14
- يوجد على الغشاء البلازمي بروتينات بعضها:
1- على السطح الخارجي وتسمى ( المستقبلات) ترسل إشارات إلى داخل الخلية.
2- على السطح الداخلي تقوم بربطه مع تراكيب الدعم الداخلية لإعطاء الخلية شكلها المحدد
3- يخترق الغشاء كله وتسمى ( البروتينات الناقلة ( بحيث تشكل قنوات تنتقل عبرها المواد مثل ( الكولسترول والبروتينات والكربوهيدرات) وبالتالي تساهم في النفاذية الإختيارية
.- يوجد على الغشاء البلازمي كولسترول غير قطبي ينفر من الماء بين الدهون المفسفرة ويساعد على منع التصاق ذيول الأحماض الدهنية ببعضها وبالتالي يساهم في سيولة الغشاء البلازمي.- يوجد على الغشاء البلازمي كربوهيدرات تساعد على معرفة الإشارات الكيميائية مثلا ( تساعد الخلايا المقاومة للمرض على تمييز الخلايا الضارة وتهاجمها).
ملاحظة:
النموذج الفسيفسائي المانع: انظر شكل 14 صفحة 16
يسبب تكون الغشاء البلازمي من طبقتين مزدوجة من الدهون المفسفرة فإن الغشاء البلازمي وما يحتويه من مكونات تتحرك بشكل ثابت وينزلق بعضها فوق بعض داخل طبقة الدهون المزدوجة.
السيتوبلازم والهيكل الخلوي { أنظر شكل 15 صفحة 17
العضيات داخل الخلية ليست سابحة في السيتوبلازم بل تدعمها شبكة من الخيوط البروتينية تسمى الهيكل الخلوي ( الذي يساعد على حركة الخلية وانشطتها الأخرى)
يتركب الهيكل الخلوي من :
1- الأنيبيبات الدقيقة: وهي اسطوانية طويلة مجوفة من البروتين تكون هيكلاً صلباً للخلية وتساعد في حركة المواد داخل الخلية.
2- الخيوط الدقيقة: وهي خيوط بروتينية رفيعة تساعد على إعطاء الخلية شكلها وتمكن الخلية أو جزء منها على الحركة.
تراكيب الخلية انقر شكل 16 صفحة 18
تحتوي الخلية حقيقية النواة على عضيات مختلفة لكل منها دور ووظيفة محددة منها:
النواة: انتر شكل 17 صفحة 19.
وظيفتها تنظم عمليات الخلية
وتحتوي بداخلها على نوية ومادة وراثية على شكل) DNA تخزن فيها المعلومات الوراثية)
وتحاط بغشاء نووي مزدوج عليه تقوب يسمح بمرور المواد عبره من وإلى النواة.
الرابيو سومات: انظر شال 108 صفحة 20
وظيفتها : إنتاج البروتين الذي يستخدم داخل الخلية أو ينتقل إلى خلايا أخرى.. وهي عضيبات غير محاطة بأغشية تصنع في النوية داخل النواة وتوجد إما سابحة في السيتوبلازم أو ملتصقة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة.
الشبكة الاندوبلازمية: انظر شكل 8-1 صفحة 20
عبارة عن قنوات وأكياس متصلة ومتداخلة محاطة بغشاء مزدوج وهي كثيرة الإنثناءات لتعطيها مساحة سطح أكبر لإنجاز عمل أكثر
ولها نوعان هما:
1- الشبكة الأندوبلازمية الخشنة: وهي تنتج عندما ترتبط بها الرائبوسومات وهي تعد مواقع الإنتاج البروتينات والدهون.
2- الشبكة الأندوبلازمية الملساء: وهي الشبكة بدون أن ترتبط بها الرائبوسومات وظيفتها إنتاج الكربوهيدرات والدهون المعقدة مثل ( الدهون المفسفرة) كما تعمل في خلايا الكبد على إزالة السموم الضارة من الجسم
جهاز جولجي : انظر شكل 9-1 صفحة 21
عبارة عن اغشية متراصة
وظيفتها : بعدأن ينتقل إليها البروتين المصنع في الرابيوسومات تغلفه داخل اكياس تسمى الحويصلات التي تلتصق بالغشاء البلازمي لنقله خارج الخلية
الفجوات: أنظر شكل 10 10 صفحة 22
عبارة عن حويصلات محاطة بغشاء
في الخلية النباتية كبيرة لتخزين ( الماء- الغذاء- الفضلات. ومواد أخرى).
في الخلية الحيوانية إن وجدت فهي صغيرة جداً.
الأجسام المحللة ( الليسوسومات:) انظر شكل 1011 صفحة 22
في الخلية الحيوانية فقط وهي عبارة عن حويصلات محاطة بأغشية تحتوي على انزيمات الهضم الغذاء والبكتيريا والفيروسات التي تدخل الخلية.
وقد تلتحم بالفجوة العصارية وتطرح فيها أنزيمات لهضم الفضلات التي بداخلها ويمنع الغشاء المحيط بها الأنزيمات من تحليل الخلية.
المريكزات ( السنتربول): انظر شكل 12-1 صفحة 23
في الخلايا الحيوانية وخلايا الأوليات وهي عبارة عن مجموعة من الأنيبيبات الدقيقة على شكل أزواج تلعب دوراً في إنقسام الخلية.
الميتوكندريا: أنظر شكل 113 صفحة 23
عضي له غشاء خارجي أملس وغشاء داخلي كثير الطيات والأنثناءات ليعطيها مساحة سطح أكبر
وظيفة الميتوكندريون هو تكسير الروابط بين جزيئات السكر لإنتاج الطاقة.
البلاستيدات: انظر شكل 1014 صفحة 24
في الخلية النباتية فقط ولها عدة أنواع و هي
1- البلاستيدات الخضراء: تحتوي على صبغة الكلوروفيل بداخل الثايلاكويدات التي تتكون من أقراص الجرانا التي تمتص الطاقة الضوئية وتحولها إلى طاقة كيميائية بعملية البناء الضوئي.
2- البلاستيدات الملونة: تحتوي على أصباغ حمراء أو صفراء أو برتقالية لإعطاء الأوراق والأزهار والفواكه ألوانها 3
3- البلاستيدات عديمة اللون: لتخزين النشا والدهون والبروتين.
الجدار الخلوي: أنظر شكل 15-1 صفحة 25
في الخلايا النباتية والفطريات وبعض الخلايا بدائية النواة.
عبارة عن شبكة من الألياف السميكة تحيط بالغشاء البلازمي من الخارج لحماية الخلية وتوفير الدعامة والقوة.
في النباتات الجدار الخلوي يحتوي على مادة كربوهيدراتيه معقدة تسمى ( السليلوز) يعطي الذبات الدعامة للوصول إلى ارتفاعات مختلفة.
الأهداب والأسواط: انظر شال 116 صفحة 25 و جدول 101 صفحة 26
تتكون من اليبيبات دقيقة تمتد خارج الغشاء والبلازمي مرتبة في نمط ( 2+ 9) في محيط دائري مع تسع مجموعات مزدوجة تحيط بأنيبييتين منفردتين في المركز تستخدم للحركة والتغذية.
الأهداب: زوائد قصيرة كثيرة العدد. الأسواط: اطول من الأهداب وأقل عدداً.
ملاحظة: قد توجد الأهداب في خلايا ثابتة غير متحركة مثل الخلايا المبطنة للجهاز التنفسي للإنسان
لتلخيص تراكيب الخلية انظر 1-1 صفحة 26
| الجدول 1-1 | خلاصة تراكيب الخلية |
| تركيب الخلية | مثال | الوظيفة | نوع الخلية |
| الجدار الخلوي |  | حاجز غير مرن يعطي الدعامة والحماية للخلية النباتية | الخلايا النباتية وخلايا الفطريات وبعض الخلايا البدائية النواة. |
| المريكزات |  | عضيبات تظهر على شكل أزواج وتؤدي دورا في انقسام الخلية. | الخلايا الحيوانية ومعظم خلايا الأوليات. |
| البلاستيدات الخضراء |  | عضيات ما نشاء مزدوج ولا يلاكوينات وتحوي. المادة الخضراء ، ويتم فيها عملية البناء الضوئي | الخلايا النباتية فقط |
| الاهداب |  | امتدادات من مسطح الخلية الساهم في الحركة. والتغذية ، وصحب المراد نحو سطح الخلية. | بعض الخلايا الحيوانية وخلايا الأوليات والخلايا البدائية النواة. |
| الهيكل الخلوي |  | إطار هيكلي للخلية داخل السيتوبلازم. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| الشبكة الإندوبلازمية |  | غشاء كثير الطيات وهو موقع تصنيع البروتين. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| الاسواط |  | امتدادات تساهم في الحركة والتغذية. | بعض الخلايا الحيوانية والخلايا البدائية النواة وبعض الخلايا النباتية. |
| جهاز جولجي |  | أغشية انبوبية متراصة ومسطحة تقوم بتصنيع البرولين وتغليفه لتقله خارج الخلية. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| الأجسام المحللة |  | حويصلة المحتوي على الزبيات هاضة المحلل المواد الخلوية الزائدة. | الخلايا الحيوانية فقط. |
| الميتوكندريون |  | عضية المحاطة بغشاء يوفر الطاقة للخلية. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| النواة |  | مركز السيطرة في الخلية ، وتحتوي على تعليمات مشفرة لإنتاج البروتينات وانقسام الخلية. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| الغشاء البلازمي |  | حاجز مرن ينظم حركة المواد من الخلية وإليها. | جميع الخلايا الحقيقية النواة |
| الرايبوسومات |  | عضيات تعد موقعا لبناء البروتينات. | جميع الخلايا |
| الفجوات |  | حويصلة محاطة بغشاء التخزين مؤقت للمواد. | الخلايا النباتية تحوي فجوة كبيرة أما الخلايا الحيوانية فتحوي القليل من الحجم |
( العضيات عندما تعمل أنظر صفحة 27 )
فكرة الموضوع أن العضيات في الخلية كل عضي يؤدي دور محدد وأن هذه العضيات تعمل معاً وتتكامل أدوارها للقيام بالوظائف الخلوية.
( كيمياء الخلية )
تتكون خلايا المخلوقات الحية من مركبات عضوية يدخل في تركيبها الكربون كعنصر أساسي.
الكيمياء العضوية نطر شكل 1-17 صفحة 29
-لأهمية عنصر الكربون خصص لمركباته فرع في الكيمياء يسمى بـ ( الكيمياء العضوية).
-لذرة الكربون في مدارها الخارجي 4 الكترونات تكون من خلالها 4 روابط تمكنها من الارتباط معاً على صورة سلاسل مستقيمة أو متفرعة أو على صورة مركبات حلقية.
الجزيئات الكبيرة نظر جدول 2-1 صفحة 30
الجزيئات الكبيرة ( الميلمرات):
في جزيئات كبيرة مكونة من مجموعة من الوحدات الأساسية ( مونومرات) والتي ترتبط معاً بسلسلة من الروابط المشتركة ( التساهمية)
. تنقسم المركبات الحيوية الكبيرة إلى أربع مجموعات هي ( الكربوهيدرات. الدهون. البروتينات. الأحماض النووية)
الكربوهيدرات { منظر شكل 1-18 و 1-19 صفحة 31 تتركب كيميائياً من (O-H-C ) بنسبة ( 1:2:1)
صيغتها العامة هي ( n) CH2O) حيث هي عند وحدات CH2O في السلسلة ويتراوح عدد n من 7-3 وحدات
. وهي مصدرا أساسي للطاقة.
وتنقسم إلى 3 أقسام هي:
أ- سكريات احادية: تتكون من جزيء واحد فقط من السكر الأحادي.
مثل: 1- الجلكوز 2- الفركتوز 3- الجالكتوز
ب- سكريات ثنائية: تتكون من ارتباط جزيئين من السكر الأحادي.
مثل: 1- السكروز ( سكر المائدة). 2- اللاكتوز ( سكر الحليب). 3- المالتوز ( سكر الشعير).
ج- سكريات عديدة: تتكون من ارتباط عدد كبير من الجزيئات من السكر الأحادي.
مثل:
1- الجلايكوجين: على الكبد والعضلات كمخزن للطاقة.
2- السليلوز: في جدار الخلية النباتية على شكل الياف ليعطيها الدعم..
ملاحظة: الكابتين هو سكر عديد يحتوي على النيتروجين ويوجد في صدفة الروبيان وسرطان البحر وبعض الحشرات والجدار الخلوي للفطريات.
الدهون انظر شكل 20 -1 صفحة 33
تتكون من وحدات أساسية تسمى ( الأحماض الدهنية و الجلسرول).
تتركب هذه الوحدات كيميائيا من ( C-H-O).. تعتبر كمخزن للطاقة.
- أمثلة:
1- الشحوم.
2- الزيوت
3- الشمع: ( الذي يوجد في خلايا النحل وعلى أوراق النباتات لمنع فقدان الماء)
للدهون نوعان هما:
أ- الدهون المشبعة: غالباً صلبة في درجة الحرارة العادية مثل الدهون الحيوانية وفيها ترتبط سلسلة ذرات الكربون ببعضها بروابط أحادية.
ب- الدهون غير المشبعة: غالباً سائلة في درجة الحرارة العادية مثل الزيوت النباتية وهي نوعان:
1- دهون غير مشبعة: تحتوي على رابطة ثنائية واحده بين ذرات الكربون.
2- دهون غير مشبعة عديدة: تحتوي على أكثر من رابطة ثنائية بين ذرات الكربون.
الدهون المفسفرة: تدخل في تركيب الغشاء البلازمي للخلية وبما أنها لاتذوب في الماء ( كارهه للماء ) فهي تعمل كحاجز في الأغشية الخلوية.
السيترويدات: مثل
1- الهرمونات
2- الكولسترول: الذي يدخل في إنتاج دهون ضرورية أخرى وفيتامين D و هرمونات الأستروجين و التستوستيرون.
البروتينات { أنظر شكل 1-21 صفحة 33
تتكون من وحدات أساسية تسمى ( الأحماض الأمينية)
تتركب هذه الوحدات كيميائياً من ( N-O-H-C) وأحياناً ( S)..
هنالك حوالي 20 حمض أميني مختلفة ( تختلف باختلاف المجموعة الوظيفية المتغيرة).
ترتبط الأحماض الامينية معاً بروابط يبتيدية ( بين مجموعة الأمين ومجموعة الكاربوكسيل) لتكون البروتينات..
ملاحظة و أنظر شكل 1021 صفحة 33
يتكون الحمض الأميني من ذرة كربون مركزية تتصل بها ذرة هدروجين ( -H ) ومجموعة كاربوكسيل ( COOH-) ومجموعة أمين ( NH2-) ومجموعة متغيرة ( R-)
وظيفة البروتين: يشكل 15% من كتلة الجسم ويساهم في معظم وظائفه ويوجد قرابة 10000 نوع من البروتين في الجسم حيث:
1- يدخل في تركيب الشعر والأظافر والجلد والعضلات.
2- تساهم في الدعم.
3- تساهم في النقل ( نقل المواد داخل الخلية أو بين الخلايا).
4- توصيل الإشارات داخل الخلية وبين الخلايا.
5-تعمل كعوامل مساعدة ( محفزة) تزيد من سرعة التفاعلات الكيميائية ( مثل الأنزيمات).
الأنزيمات { نظر شکل 1-23 صفحة 35
الأنزيمات: هي نوع من البروتينات تعمل كعوامل مساعدة ( محفزة).
المحفز: هو مادة تقتل طاقة التنشيط التي يتطلبها بدء التفاعل الكيميائي وتعمل على تسريع التفاعل ولا تستهلك فيه ولا تزيد من كمية نواتج التفاعل.
الأنزيمات تختلف عن العوامل المساعدة في كونها متخصصة بنوع واحد أو عدد قليل من التفاعلات ولا ينتج عنها تفاعلات غير مرغوب فيها.
تساهم الأنزيمات بربط المواد المتفاعلة بيعضها بعد ارتباط المواد المتفاعلة بالأنزيم في ( الموقع النشط) وبعد أن يتم التفاعل فيما بينها تتحرر المواد الناتجة عن الأنزيم. ( أنظر شكل 24- 1 صفحة 34)..
يتأثر عمل الأنزيمات بعوامل أخرى مثل ( الرقم الهيدروجيني PH ودرجة الحرارة).
فالحرارة المثلى لإنزيمات الإنسان عقد 37 م.
الأحماض النووية { أنظر شكل 24-1 صفحة 36
تعتبر كمخزن للمعلومات الوراثية.
تتكون من وحدات أساسية تسمى ( النيوكليوتيدات) وهي سنة أنواع.
تتركب هذه الوحدات كيميائياً من (P-N-O--H-C )
يتركب النيوكليوتيد الواحد من ( مجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية وسكر رايبوز).
للأحماض النووية نوعان هما:
1- الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين ( DNA).
2 الحمض النووي الرايبوزي ( RNA).
ويتكون الحمض النووي DNA او RNA نتيجة إتحاد سلسلة من النيوكليوتيدات بحيث يرتبط سكر الرايبوز في نيوكليوتيد بمجموعة الفوسفات في نيوكليوتيد أخرى وتبقى القاعدة النيتروجينية خارج السلسلة لتكوين روابط هيدروجينيه مع قواعد نيتروجينية أخرى في نيوكليوتيدات في سلسلة أخرى.
ملاحظة:
ادنيوسين ثلاثي الفوسفات ( ATP): هو نيوكليوتيد يحتوي على ثلاث مجموعات من الفوسفات. وهو المخزن للطاقة التي تستخدمها الخلايا.
حيث تتحر الطاقة عندما تتكسر الروابط بين مجاميع الفوسفات الثانية والثالثة.
الفصل الثاني ( الطاقة الخلوية )
كيف تحصل المخلوقات الحية على الطاقة
تستخدم المخلوقات الحية الطاقة للقيام بوظائفها الحيوية ولكن كيف تحصل عليها ؟
تحولات الطاقة.
قوانين الديناميكا الحرارية:
( 1) القانون الأول ( قانون حفظ الطاقة):
أن الطاقة لا تغنى ولا تستحدث بل تتحول من شكل الآخر.
( 2) القانون الثاني:
انه عند تحول الطاقة من شكل لآخر فإنه يفقد ( يتحول) جزء منها إلى طاقة حرارية. ( وعلى ذلك فكمية الطاقة القابلة للاستخدام تتناقص تدريجيا في السلسلة الغذائية).
ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية: أنظر شكل 2-2 صفحة 51 )
أ) المخلوقات ذاتية التغذية: هي التي تصنع غذائها بنفسها وهي إما بـ
1) البناء الضوئي: مثل الديانات التي تحول الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كيميائية.
2) البناء الكيميائي: مثل بعض المخلوقات التي تستخدم مركبات غير عضوية مثل ( كبريتيد الهيدروجين) مصدراً للطاقة
ب) المخلوقات غير ذاتية التغذية: مثل معظم المخلوقات الحية التي تحتاج إلى ابتلاع الطعام و هضمه للحصول على الطاقة
عملية الأيض ( نظر شكل 3 - 2 صفحة 52 )
عملية الأيض: هي التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية الحية.
مسار الأيض: هي سلسلة التفاعلات الكيميائية التي تعد المواد الناتجة فيها مواد متفاعلة في التفاعل التالي.
أنواع مسارات الأيض: نوعان هما:
أ-مسارات بناء ( مثل عملية البناء الضوئي): تحتاج إلى طاقة ويتم فيها تحويل الجزيئات الصغيرة إلى جزيئات كبيرة) حيث تستخدم الطاقة الضوئية في تحويل H2O و CO2 إلى سكر جلكوز و O2
ب- مسارات هدم: ( مثل التنفس الخلوي) يتحرر ( ينتج) عنها طاقة ويتم تحويل الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات صغيرة. ( حيث يستخدم الـ O2 في تحليل المواد العضوية ( الجلكوز مثلاً إلى H2O و CO2 وينتج عن ذلك طاقة).
ATP ( وحدة الطاقة الخلوية: )
للطاقة أشكال مختلفة ( ضوئية- ميكانيكية- حرارية- كيميائية.... الخ) ويتم تخزين الطاقة في المخلوقات الحية على شكل طاقة كيميائية في مركب الـ ( ATP) التي تستخدم في التفاعلات المتنوعة.
تركيب جزيء الطاقة ATP) أدينوسين ثلاثي الفوسفات): انظر شكل 4-2 صفحة 53
'هو عبارة عن ينوكليوتيد يتكون من ( قاعدة نيتروجينية ( ادنين ) وسكر رايبوز و 3 مجموعات فوسفات).
وظيفة جزيء الطاقة ATP: انظر شال 2.4 صفحة 53
عندما تنكسر الرابطة في جزيء ATP بين مجموعة الفوسفات الثالثة والثانية يتحرر جزء كبيره من الطاقة وينتج جزيء يسمى ( ADP) أدينوسين ثنائي الفوسفات ومجموعة فوسفات حرة وعندما تتكسر الرابطة في جزيء ADP بين مجموعة الفوسفات الثانية والأولى يتحرر جزء قليل من الطاقة وينتج جزيء يسمى ( AMP ) أو أدينوسين أحادي الفوسفات ومجموعة فوسفات حرة أخرى ونظراً لأن الطاقة الناتجة من هذا التفاعل قليلة فإن معظم التفاعلات الخلوية تتضمن جزيئات ADP ATP
عملية البناء الضوئي
تحدث في المخلوقات ذاتية التغذية وفيها يتم صنع مركبات عضوية مثل السكر وتتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية في البلاستيدات الخضراء حسب المعادلة التالية:
تتم عملية البناء الضوئي في مرحلتين هما:
1-التفاعلات الضوئية: تعتمد على الضوء ويتم فيها امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية على شكل ( NADPH و ATP)
2- التفاعلات اللاضوئية: لا تعتمد على الضوء بل تستخدم مركبات ( ATP و NADPH) التي نتجت من التفاعلات الضوئية في إتمام باقي التفاعلات وصنع سكر الجلكوز ومنه يتكون النشا والبروتينات والدهون والأحماض النووية.
المرحلة الأولى: التفاعلات الضوئية
*{ البلاستيدات الخضراء: انظر شكل 2-5 صفحة 56
عضيات كبيرة تشبه القرص وتحتوي على جزيتين هما:
1- الجزء الأول: التايلاكويدات وهي مجموعة من الأغشية على شكل أكياس متراصة في رزم تسمى الجرانا ( فيها تحدث التفاعلات الضوئية)
2- الجزء الثاني: اللحمه ( الحشوة) وهي سائل يملأ الفراغات المحيطة بالجرانا ( فيها تحدث التفاعلات اللا ضوئية)
*الأصباغ: هي جزيئات ملونة تمتص الضوء وتوجد في أغشية التايلاكويدات في البلاستيدات الخضراء
يوجد أنواع مختلفة من الأصباغ كل نوع يمتص أطوالأ موجية محددة.
1- الكلوروفيل بنوعيه ( A و B): يزداد إمتصاصه للطيف الضوئي المحصور بين الأزرق والبنفسجي. ويعكس الطيف الأخضر لذلك نشاهد الجزء المحتوى من النباتات على الكلوروفيل باللون الأخضر.
2- مجموعة الكاروتينات مثل ( صيغة بيتا كاروتين): تمتص الطيف في المناطق الخضراء والزرقاء وتعكسه في المناطق الصفراء والبرتقالية والحمراء ( مثل الموجوده في الجزر والبطاطا الحلوة).
ملاحظة: انظر شكل 2-7 صفحة 57
يمكن أن يظهر اللون الأصفر والأحمر والبرتقالي في الأوراق في فصل الخريف عندما يتحلل الكلورفيل فتصبح الأصباغ الأخرى أكثر وضوحاً.
نقل الالكترون
ويتم ذلك على غشاء التايلاكويد الذي يمتاز بمساحة سطح كبيرة توفر مساحة لازمة للاحتفاظ بأعداد كبيرة من الجزيئات الناقلة للإلكترون.
خطوات نقل الإلكترون: انظر شكل 2-18 صفحة 59- 1
1- يوجد نظامان ضوئيان هما ( 1 و II).
2- الطاقة الضوئية في النظام الضوئي II تحفز الإلكترونات.
3- الطاقة الضوئية في النظام الضوئي II تحلل الماء إلى ( إلكترون+ أيون هيدروجين H ( بروتون)+ اكسجينO2 كناتج غير مستخدم).
4- تنتقل الإلكترونات المحفزة من النظام الضوئي II إلى جزيء مستقبل للإلكترون على عشاء التايلاكويد.
5- ينتقل الجزيء المستقبل للالكترونات عبر سلسلة من النواقل إلى النظام الضوئي.
6- بوجود الضوء يقوم النظام الضوئي بنقل الإلكترونات إلى بروتين يسمى فيرودوكسين
( يتم تعويض الإلكترونات المفقودة في النظام الضوئي بالكترونات من النظام الضوئي II).
7- ينقل بروتين الغيرودوكسين الإلكترونات إلى ناقل الإلكترون+ NADP مكونا الجزيء المخزن للطاقة NADPH.
الأسموزية الكيميائية:
يتم إنتاج جزيء ATP بالتزامن مع نقل الإلكترون بعملية تسمى الأسموزية الكيميائية.
خطواتها:
1- عند تحلل الماء تتراكم أبونات الهيدروجين. في الجانب الداخلي للثايلاكويد
2- نظراً لإرتفاع تركيز أيونات. داخل التايلاكويد وانخفاض تركيزها في اللحمه.
3-تنتقل أيونات H+إلى اللحمه عبر قنوات أبونية في الغشاء تسمى ( أنزيمات بناء الطاقة).
4- تقوم أنزيمات بناء الطاقة بمساعدة أيونات- بتكوين جزيء ATP من جزيء ADP
المرحلة الثانية: التفاعلات اللا ضوئية ( حلقة كالفن)
خطواتها: انظر شال 9--2 صفحة 61
1- الخطوة الأولى: ( عملية تثبيت الكربون): 6+6CO2 جزيئات من سكر الرائيولوز ثنائي
الفوسفات ( خماسي الكربون) 6 جزيئات من مركب سداسي الكربون غير مستقر يتحلل إلى 12 جزيء ( ثلاثي الكربون) يسمى-3- حمض جلسرين أحادي الفوسفات ( PGA-3
2- الخطوة الثانية:
يتحول ( PGA -3) بانتقال الطاقة إليه من ATP و NADPh إلى جزيء عالي الطاقة. يسمى جليسر الدهيد 3- الفوسفات ( G3P).
3- الخطوة الثالثة: يخرج جزيئان من ( G3P) من الحلقة ويتحدان معاً لتكون الجلكوز ومنه تتكون مركبات عضوية أخرى مثل النشا والبروتينات وغيرها.
4. الخطوة الرابعة:
تتحول العشرة المتبقية من ( G3P) بواسطة أنزيم يسمى روبيسكو إلى سحت جزيئات من سكر الرايبولوز- 5- أحادي الفوسفات الذي يتحول إلى سعت جزيئات من سكر الرايبولوز- 1.5- ثنائي الفوسفات والتي تدخل في دور جديدة من حلقة كالفن حيث تتحد مع ست جزيئات من Co2 مره أخرى
مسارات بديلة
في البيئة التي لا يوجد فيها كمية كافية من الماء أو Co2 نقل قدرة النبات الذي يقوم بعملية البناء الضوئي على تحويل الطاقة الضوئية إلى كيميائية فيلجأ النبات إلى مسارات بديلة في عملية البناء الضوئي منها:
نباتات C4:
لها مسار يسمى مسار C4 مثل ( نبات قصب السكر والذرة) وفيه يتم تثبيت Co2 وربطه مع مركبات رباعية الكربون بدلاً من ثلاثية الكربون وتعلق ثغورها في الأيام الحارة حيث يسمح هذا المسار باستهلاك كمية كافية من Co2 وتقليل فقدان الماء.
نباتات CAM:
لها مسار يسمى أيض حمض كروسيلي ( CAM) ويحدث في النباتات التي تختزن الماء و ء وتعيش في الصحراء أو المستنقعات المالحة ومنها ( الصبار- السحلب- الأناناس) وفيه يتم السماح لـ Co2 بالدخول إلى الأوراق ليلا فقط في الجو البارد الرطب ثم تثبته في مركبات عضوية وفي النهار يتحرر ويدخل حلقة كالفن حيث يسمح هذا المسار باستهلاك كمية كافية من Co2 وتقليل فقدان الماء
التنفس الخلوي
ومنه تحصل المخلوقات الحية على الطاقة وفيه تتحلل المركبات الكربونية مثل الجلكوز إلى Co2 و H20 وطاقة ( على شكل ( ATP) حسب المعادلة التالية: ( عكس البناء الضوئي).
يمر التنفس الخلوي بمرحلتين هما: أنظر 11-2 صفحة 63- 1
1- التنفس اللاهوائي ( التحلل السكري): يحدث في السيتوبلازم و لا يتطلب وجود O2
2- التنفس الهوائي: يحدث في حشوة الميتوكندريا ويتطلب وجود 02 ويشمل ( حلقة كريس ونقل الإلكترون).
التحلل السكري
يتم في السيتوبلازم بمعزل عن O2 حيث يتحلل جزيء الجلكوز إلى جزيئين من بيروفيت ويتكون جزيئان من ATP وجزينان من NADH
خطوات التحلل السكري: انظر شكل 12-2 صفحة 64 -
1- تنفصل مجموعتان من الفوسفات من جزيئين من ATP وترتبط مع الجلكوز ( السداسي الكربون) الذي يتحلل إلى مركبين كل منهما ثلاثي الكربون.
2- بعد إضافة مجموعنا الفوسفات تتحد الإلكترونات وأيونات+ مع جزيئين من NAD فيتحول إلى جزيئات من NADH
3-تتحول المركبات ثلاثية الكربون إلى جزئين من بيروفيت وينتج عن ذلك أربع جزيئات ATP
ملاحظات:
1- جزيء+ NAD يشبه+ NADP) الذي يستخدم في البناء الضوئي) فكلاهما ناقل للإلكترون.
2- لازالت معظم الطاقة مخزنه في البيروفيت.}
التنفس الهوائي
حلقة كريس دوره TCA حلقة حمض الستريك
تحدث في حشوة الميتوكندريا بوجود 02 حيث يتحول البيروفيت عبر سلسلة من التفاعلات إلى CO2
خطوات حلقة كريس: أنظر شكل 13-2 صفحة 65
1- قبل أن تبدأ حلقة كربس يتفاعل البيروفيت مع مرافق إنزيم-) ( CO- A) وينتج مركب وسطي ثنائي الكربون يسمى اسيتيل مرافق الإنزيم- أ ويتحرر غاز Co2 ويتحول NAD إلى NADh ثم يدخل اسيتيل مرافق الإنزيم- أ إلى الميتوكندريا.
2- تبدأ حلقة كريس بارتباط اسيتيل مرافق الإنزيم- أ مع مركب رباعي الكربون وينتج عن ذلك مرکب سداسي الكربون يسمى ( حمض الستريك)
3- يتحلل حمض الستريك في سلسلة الخطوات اللاحقة من التفاعل إلى ( جزيئين من Co2+ جزيء واحد 3+ ATP جزيئات NADH+ جزيء واحد FADH2) ثم يعاد تكوين حمض الستريك ليدخل في حلقة جديدة.
ملاحظات:
1- جزيء FAD يشبه جزيء+ NAD+ وجزيء NADP فجميعها ناقلة للإلكترون.
2- الناتج النهائي من جزيء واحد سكر ( 2 بيرو فيت) هو: 6 جزيئات Co2+ جزینان ATP+ 8 جزيئات NADH+ جزيئان FADH2
سلسلة نقل الإلكترون
تعد الخطوة النهائية في التنفس الهوائي وفيها يتم إنتاج معظم جزيئات ATP
خطواتها: انظر شكل 14-2 صفحة 66
1- تتحرر الإلكترونات من نواقل الإلكترون NADH و FADH2 التي تتحول إلى NAD و FAD وتنتقل من بروتين لآخر على طول غشاء الميتوكندريا.
2 وتحرر أيونات الهيدوجين ( H+) ويتم ضخها من الحشوة إلى الحيز بين الغشاء الداخلي للميتوكندريا.
3- وبالأسموزية الكيميائية ( المشابهة للأسموزية في البناء الضوئي) تعود أبونات H+ من الحيز بين الغشائي ( الأكثر تركيزاً من H+ إلى الحشوة ( الأقل تركيزاً من H+ ) مروراً بجزيئات أنزيم بناء ATP.
4- يعد الأكسجين O2 المستقبل النهائي للإلكترون حيث تنتقل الإلكترونات والبروتونات إلى O2 لإنتاج الماء.
5- أخيراً ينتج عن عملية نقل الإلكترون 24 جزيء من ATP ( كل جزيء NADH يعطي 3 جزيئات ATP وكل جزيء FADH2 يعطي جزيئين ( ATP).
وإجمالاً في المخلوقات حقيقية النواة كل جزيء جلكوز يعطي 36 جزيء ATP.
التنفس اللاهوائي
او ما يسمى ( التحليل السكر) أو ( التخمر) يحدث في السيتوبلازم بمعزل عن الأكسجين وينتج عنه فقط جزيئان ATP ويستهلك في ذلك جزيئات NAD ، لذلك بانتهاء جزيئات NAD يتوقف التفاعل
وللتخمير نوعان هما:
تخمر حمض اللاكتيك ( حمض اللبن): انظر شكل 15-2 صفحة 67
يحدث في العضلات وفي بعض المخلوقات الدقيقة ( في تخمير اللين والجين والقشطة).
في العضلات الهيكلية وعند القيام بمجهود إضافي يتم تحويل البيروفيت إلى حمض لاكتيك بمعزل عن الأكسجين فيتجمع حمض اللاكتيك في العضلة مسبباً إجهادها
التخمر الكحولي: انظر شكل 15-2 صفحة 67
يحدث في فطر الخميرة وبعض أنواع البكتيريا وهو نفس تخمر حمض اللاكتيك ولكن النتائج هنا هو كحولي ايثيلي بدلاً من حمض اللاكتيك.
عملية البناء الضوئي والتنفس الخلوي
أهم المسارات الأيضية وهي عمليتان متعاكستان فالمواد الناتجة من عملية البناء الضوئي هي مواد متفاعلة في عملية التنفس الخلوي والعكس بالعكس حسب المعادلة التالية: اخر شكل 2.16 صفحة 69
الفصل الثالث.
التكاثر الخلوي
النمو الخلوي
تنمو الخلايا إلى أقصى حجم لها ثم تتوقف عن النمو ثم تنقسم.
حدود حجم الخلية
يبلغ قطر معظم الخلايا أقل من 100 ( 100 ميكرومتر) = 1 ميكرومتر)
السؤال : فلماذا حجمها صغير ؟؟
* نسبة مساحة السطح إلى الحجم: انظر شكل 1-3 صفحة 82
الذي يحدد حجم الخلية هو نسبة مساحة سطحها ( الذي يغطيه الغشاء البلازمي) إلى حجمها. كلما كبر حجم الخلية قلت مساحة سطحها إلى حجمها وبالتالي وجدت صعوبة في الحصول على الغذاء والتخلص من الفضلات وكلما صغر حجم الخلية زادت مساحة سطحها إلى حجمها وبالتالي تستطيع البقاء بسهولة.
الإتصال الخلوي
وهو حاجة بروتينات التواصل الخلوي للحركة بداخل الخلية فكلما كبر حجم الخلية قد تقل سرعة غيصال الإشارات و حركة المواد المرسلة للعضيات المختلفة للقيام بوظائفها على أتم وجه
دورة الخلية
عندما تصل الخلية إلى أقصى حجم لها فإنها تنقسم) تتكاثر ( عبر دورة نمو وانقسام تسمى دورة الخلية
دورة الخلية تمر بثلاث مراحل هي: انظر شكال 2-3 صفحة 84
1- الطور البيئي: يتضمن نمو الخلية وتضاعف مادتها الوراثية DNA)) وينقسم إلى ثلاث مراحل فرعية.
2- الانقسام المتساوي: فيه تنقسم نواة الخلية ومادتها الوراثية وينقسم إلى أربع مراحل فرعية.
3- انقسام السيتوبلازم: فيه ينقسم السيتوبلازم مكوناً خلية جديدة حيث يبدأ قبل نهاية الانقسام المتساوي.
تختلف فترة دورة الخلية على حسب نوع الخلايا فبعضها يستغرق 8 دقائق وبعضها يوم واحد وبعضها عام كامل) ولكن الغالبية مابين 12- 24 ساعة تقريباً).
ملاحظة: الخلايا حقيقية النواة تمر بدورة الخلية للتكاثر إما بدائية النواة فتتكاثر بطريقة تسمى ( الانشطار الثنائي).
مراحل الطور البيئي
يتضمن ثلاث مراحل فرعية هي:
أ. مرحلة النمو الأول( G1): هي الفترة ما بعد انقسام الخلية مباشرة وفيها تنمو الخلية وتتهيأ ( تستعد) لتضاعف DNA. بعض الخلايا مثل الخلايا العضلية والعصبية تتوقف عند هذه المرحلة.
ب- مرحلة بناء وتضاعف DNAS: هي الفترة التي يتم فيها نسخ المادة الوراثية.
الكروموسوم: هو تراكيب تحتوي على المادة الوراثية DNA التي تنتقل من جيل لآخر من الخلايا
الكروماتين: هي المادة الوراثية DNA الممتدة على شكل خيوط رفيعة داخل النواة والتي تظهر عند صبغ الخلية. انظر شكل 3- 3 صفحة 83
ج- مرحلة النمو الثاني ( G2: وفيها تستعد الخلية للانقسام المتساوي لانقسام نواتها حيث يبدأ بناء البروتين لإنتاج الأنيبيبات الدقيقة اللازمة لعملية الإنقسام).
الانقسام المتساوي و انقسام السيتوبلازم ( الإنقسام المتساوي )
يحدث في الخلايا الجسمية ويتضمن 4 مراحل فرعية هي:
أ- المرحلة الأولى ( الطور التمهيدي): أننار شكال 3-4 صفحة 87 و 3-5 صفحة 88
ويحدث فيها الآتي:
1- ترتبط الكروماتيدات مع بعضها وتتكتف إلى كروموسومات.
الكرومايتد الشقيق: هو كل نصف من الكروموسوم والذي يحمل نسخة متطابقة من DNA
السنترومير: هو التركيب الذي في منتصف الكروموسوم والذي يجمع بين الكروماتيدان الشقيقان
2 ثم تختفي النوية.
3- ثم تتكون الخيوط المغزلية ( وهي انيبيبات دقيقة)
4-ثم تتكون المريكزات التي تنتقل إلى قطبي الخلية) عبارة عن أتيبيبات توجد الخلية الحيوانية
5- ثم يختفي الغلاف النووي.
6- ثم ترتبط الخيوط المغزلية في طرف مع الكرومتيدات الشقيقة عند السنتروميرات وفي الطرف الآخر بالمريكزات عند قطبي الخلية) وبالتالي تضمن كل خلية الحصول على نسخة من المادة الوراثية ( DNA)
ب- المرحلة الثانية ( الطور الاستوائي): أنظر شكل 7- 3 صفحة 89
وفيه يتم سحب الكروميتدات الشقيقة بواسطة الخيوط المغزلية ( للجهاز المغزلي) إلى مركز الخلية ثم ترتيبها واصطفافها على خط استواء الخلية.
ج- المرحلة الثالثة ( الطور الإنفصالي):
تنباعد الكروماتيدات وتسحب إلى اقطاب الخلية. وذلك بسبب أن الخيوط المغزلية تقصر فتسحب الكروميتدات الشقيقة من منطقة السنترومير مما يؤدي إلى انفصالها إلى كروموسومين متطابقين ثم تسحب الكروموسومات إلى أقطاب الخلية بواسطة الخيوط المغزلية والبروتينات الحركية
د- المرحلة الرابعة والنهائية ( الطور النهائي): أنظر شكل 8-3 صفحة 91
يحدث فيها الآتي
1- تصل الكروموسومات إلى أقطاب الخلية ونقل كثافتها.
2- ثم يبدأ تكون غشائين نوويين.
3- ثم تبدأ النويات في الظهور
4-ثم يتحلل الجهاز المغزلي ( حيث يستخدم لبناء أجزاء متنوعة من الهيكل الخلوي).
انقسام السيتوبلازم نظر شكل 9- 3 صفحة 91
وفيه ينقسم السيتوبلازم وينتج عن ذلك خلينان تحتويان على نواتين متطابقتين.
في الخلية الحيوانية: يحدث ذلك بالتخصر وهو بسبب ضغط الأنيبيبات الدقيقة على السيتوبلازم
في الخلية النباتية: لأن عشائها البلازمي مغطى بجدار صلب فيحدث ذلك بتكوين ( الصفيحة الوسطى) ثم تتكون الجدر الخلوية على جانبي الصفيحة الوسطى
تنظيم دورة الخلية
تنظم البروتينات الحلقية ( السايكلينات) دورة الخلية الطبيعية.
دورة الخلية الطبيعية
يتحكم في دورة الخلية آلية تتضمن بروتينات وأنزيمات خاصة.
* دور البروتينات الحلقية ( السايكلينات): نظر شكل 10- 3 صفحة 93-
توجد بروتينات تسمى البروتينات الحلقية وأنزيم يسمى الأنزيم المفسفر المعتمد على البروتين الحلقي ( أنزيم CDK).
ارتباط البروتين الحلقي مع أنزيم CDK يرسل إشارات.
هذه الإشارات تنظم بدء وانتهاء مراحل دورة الخلية المختلفة) حيث يرتبطان معاً لإرسال إشارة لبدء طور النمو الأول G1 مثلاً ويرتبطان لإرسال إشارة لبدء تضاعف DNA وهكذا يشكلان نظام نقاط فحص لضبط النوعية في دورة الخلية).
دورة الخلية غير الطبيعية { نظر شكل 11- 3 صفحة 94 )
عندما يفشل نظام نقاط الفحص في دورة الخلية في تنظيم دورة الخلية عندها لا تستجيب الخلايا لآليات التنظيم وتنتج حالة تسمى ( السرطان).
السرطان هو انقسام الخلية بشكل غير منظم هذا يؤدي إلي تكاثرها ومزاحمتها و ضغطها على خلايا النسيج و بالتالي توقف النسيج عن العمل
أسباب مرض السرطان:
يسبب ذلك الطفرات أو التغيرات في جينات الـ DNA الذي يسيطر على إنتاج البروتينات
( عادة يتم إصلاح التغيرات الجينية أو التلف بأنظمة إصلاح ولكن إذا فشل نظام الإصلاح تكون النتيجة هي تكون الخلايا السرطانية)..
هنالك مواد و عوامل تسبب السرطان تسمى المواد المسرطنة ( المسرطنات).
يساعدنا على التقليل من خطر الإصابة بالسرطان هو تجنب التعرض للمسرطنات.
أمثلة:
1- المواد الكيميائية مثلاً الاسبست حيث يتم إزالتها من المباني وأماكن العمل
2- التدخين بالامتناع عنه.
3- الإشعاعات فوق البنفسجية من الشمس باستخدام مستحضرات طبية.
4- الأشعة السينية ( X- Ray): بلبس معطف الرصاص لعامل الأشعة.
وراثة السرطان:
يتطلب تحول الخلايا غير الطبيعية إلى خلايا سرطانية حدوث تغير واحد في المادة الوراثية DNA
يتقدم السن يزداد حدوث هذه التغيرات..
والفرد الذي يرث تغيراً واحداً أو أكثر من أحد والديه يكون معرضا للإصابة بالسرطان بنسبة أعلى من الشخص الذي لا يرث هذه التغيرات.
موت الخلية المبرمج
هو موت الخلية وفق نظام محدد. وتتم في جميع الخلايا الحيوانية.
أمثلة:
1- في الإنسان أثناء نمو يد الإنسان أو قدمه تحتل الخلايا الفراغات بين الأصابع ويمر هذا النسيج بعملية الموت المبرمج طبيعيا في الوقت الملائم فلا يتكون النسيج.
2- في النبات مثل موت الخلايا الذي ينتج عنه تساقط الأوراق فيفصل الخريف
3- موت الخلايا التي تتلف مادتها الوراثية والتي يمكن أن تؤدي إلى حدوث خلايا سرطانية.
الخلايا الجذعية:
في المخلوقات الحية عديدة الخلايا كل مجموعة من الخلايا متخصصة في وظائف محددة ( الجلد. القلب..... الخ)
الخلايا الجذعية: انظر شكل 3-12 صفحة 97
هي خلايا غير متخصصة تنمو لتصبح خلايا متخصصة إذا وضعت في ظروف مناسبة. ويتمكن أن تبقى لعدة سنوات وهي تنقسم. ولها نوعان هما:
أ- الخلايا الجذعية الجنينية:
هي كتلة الخلايا التي عددها ( 100- 150 خلية) والناتجة بعد تلقيح الحيوان المنوي للبويضة. وحين تفصل خلية من هذه الكتلة يمكن أن تنمو وتتخصص إلى أنسجة وأعضاء مختلفة.
ملاحظة: أثارت أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية الكثير من الجدل بسبب اعتبارات أخلاقية حول مصدر هذه الخلايا.
ب- الخلايا الجذعية المكتملة النمو:
في خلايا جذعية مكتملة النمو توجد في الأنسجة المختلفة للحفاظ على النسيج أو إصلاحه. ( المولود الجديد لديه خلايا جذعية مكتملة النمو لذلك يعتبر مصطلح مضلل في بعض الأحيان)
أمثلة على إستخداماتها:
1- عام 1999 م استخدم باحثون خلايا جذعية عصبية لعلاج نسيج عصبي تالف لفأر.
2- عام 2000 م قام فريق أخر باستخدام خلايا جذعية بنكرياسية لإستعادة وظيفة بنكرياس لفأر مصاب بالسكر
ملاحظة: تثير أبحاث هذا النوع من الخلايا جدلاً أقل من الخلايا الجذعية الجنينية بسبب أمكانية الحصول على موافقة المتبرعين بها.
الفصل الرابع
التكاثر الجنسي والوراثة
الانقسام المنصف ( الاختزالي)
يحدث في الخلايا الجنسية وينتج عنه الأمشاج ( الجامينات أحادية المجموعة الكروموسومية ( In)
الكروموسومات والعدد الكروموسومي
كل إنسان يحمل صفات وراثية انتقلت إليه من والديه ( لون الشعر- الطول- لون العيون.... الخ)
الذي يحدد الصفات الوراثية هو المادة الوراثية DNA الذي يتكون من مئات من الجينات هذه الجينات تتحكم في الصفات الوراثية.
الكروموسومات المتماثلة: أنظر شكل 1-4 صفحة 110
هو زوج من الكروموسومات إحداهما من الأب والآخر من الأم يحمل جينات صفات محددة على الموقع نفسه.
تحتوي خلية جسم الإنسان على 46 كروموسوم على شكل أزواج ( 23 زوج) في كل زوج كروموسومين احدهما من الأب والآخر من الأم..
وكل كروموسوم جيناته تحمل الصفات نفسها وفي الموقع نفسه. ولها نفس الطول وموقع السنترومير ( مثلاً) يقع جين التحكم في شحمة الأذن في الموقع نفسه على الكروموسوم المماثل
الخلايا الأحادية والثنائية المجموعة الكروموسومية:
أ- الخلايا أحادية المجموعة الكروموسومية ( n1): هي الخلية التي تحتوي على نصف العدد من الكروموسومات ، مثل الأمشاج ( الجامينات) التي ينتجها الإنسان سواء ( حيوان منوي او بويضة) حيث يحتوي كل جاميت على نصف العدد من الكروموسومات ( 23) كروموسوم
ب- الخلايا ثنائية المجموعة الكروموسومية ( 2n): هي الخلية التي تحتوي العدد الكامل من الكروموسومات مثل اللافحة التي تنتج عن اتحاد الحيوان المنوي بالبويضة بعملية الإخصاب وتحتوي على ( 46 كروموسوم) احدهما من الأب والآخر من الأم
ملاحظات: انظر شكل 42 صفحة 111
1- ينتج عن الانقسام المنصف الأمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية ( 1n)
2- ويحدث في الخلايا الجنسية ( التراكيب الجنسية وهو نوع من الانقسام الخلوي تختزل فيه عدد الكروسومات إلى النصف وذلك بانفصال الكروموسومات المتماثلة.
مراحل الانقسام المنصف ( الاختزالي): مرحلتين هما:
المرحلة الأولى من الانقسام المنصف 1
قبل الدخول في الانقسام المنصف تدخل الخلية في ( الطور البيني) وفيه تنمو الخلية ويتضاعف لـDNA-
ثم تمر المرحلة الأولى من الانقسام المنصف باربع مراحل ( أطوار) فرعية هي:
الطور التمهيدي الأول I: انظر شكل 4-3 و 4-4 صفحة 112
تحدث نفس الخطوات التي في الطور التمهيدي للانقسام المتساوي ولكن يضاف إليها التالي
1- عندما تتكثف الكروموسومات تكون أزواج بعملية ( التصالب) أو التشابك حيث يرتبط كل كروموسومين على امتداد طوليهما.
2- ثم تحدث عملية العبور الوراثي أو الجيني ( هي عملية تبادل الاجزاء بين الكروموسومات المتماثلة).
الطور الاستوائي الأول 1: أنظر شكل 4-5 صفحة 114
تحدث نفس الخطوات التي في الطور الاستوائي للانقسام المتساوي ولكن هنالك فرق هو:
في الانقسام المتساوي تصطف الكروموسومات المفردة التي تحتوي على كروماتيدات شقيقة على طول خط استواء الخلية.
في الانقسام المنصف تصطف الكروموسومات المتماثلة على صوره أزواج
الطور الانفصالي الأول I: انظر شكل 4-5 صفحة 114
تحدث نفس الخطوات التي في الطور الانفصالي للانقسام المتساوي ولكن هنالك فرق هو:
في الانقسام المتساوي تنفصل الكروماتيدات الشقيقة إلى أقطاب الخلية.
في الانقسام المنصف يسحب كل زوج كروموسومي إلى أقطاب الخلية ويبقى كل واحد من الكروموسومات المتماثلة مكون من كروماتيدين شقيقين.
الطور النهائي الأول 1: انظر شکل 45 صفحة 114
تحدث نفس الخطوات التي في الطور النهائي للانقسام المتساوي ولكن هنالك فرق هو:
انه يبقى كل كروموسوم مكون من كروماتيدين شقيقين ولكن قد تكون الكروماتيدات الشقيقة غير متطابقة بسبب عملية العبور الوراثي التي حدثت في الطور التمهيدي.
ملاحظات:
1- تستمر العملية وتحدث مرحلة انقسام السيتوبلازم كالتي تحدث في الانقسام المتساوي ( بالتخصر في الخلية الحيوانية وبالصفيحة الوسطى في الخلية النباتية).
2- قبل الدخول في المرحلة الثانية من الانقسام المنصف II تدخل الخلية في الطور البيني ولكن لا يتضاعف فيها الـ DNA.
المرحلة الثانية من الانقسام المنصف II
مراحل هذا الانقسام: انظر شكل 5-4 صفحة 114
تحدث نفس المراحل التي في الانقسام المتساوي: وهي
1-تمهيدي ثاني 2
11- استواني ثاني 3
11- انفصال ثاني 4
II- نهائي ثاني II
ولكن لأن الـ DNA لم يتضاعف يكون الناتج هو 4 خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية ( 1n)
الانقسام المنصف والتنوع الوراثي: أنظر شكل 6-4 صفحة 115
كلما كان ترتيب الكروموسومات على خط استواء الخلية مختلف نتجت أربع أمشاج ذات مجموعات مختلفة من الكروموسومات.
ويحدث التنوع الوراثي أيضاً نتيجة العبور الوراثي ثم ينتج التنوع الوراثي عن عملية الإخصاب..
للمقارنة بين الانقسام المنصف والانقسام المتساوي: انظر جدول 1-4 صفحة 116
الجدول 4-1
الانقسام المنصف و الانقسام المتساوي
| الأنقسام المنصف | الانقسام المتساوي |
| تحدث مرحلتان في أثناء الانقسام المناصف: المرحلة الأولى والثانية. | تحداث مرحلة واحدة في أثناء الانقسام المتساوي. |
| يتضاعف DNA مرة واحدة قبل المرحلة الأولى من الانقسام المنتصف. | يحدث تضاعف DNA في أثناء الطور البيئي |
| تحدث عملية التصالب بين الكروموسومات المتماثلة في أثناء الطور التمهيدي I | لا يحدث تشابك أو تصالب بين الكروموسومات المتماثلة. |
| ينتج عن الانقسام أربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية ( 1n) في كل دورة خلية | ينتج من الانقسام خليتان متطابقتان في كل دورة خلية. |
| الخلايا الجديدة غير متطابقة ورائيا بسبب عملية العبور الجيني. | الخلايا الجديدة متطابقة وراثيا |
| يحدث الانقسام المنصف في الخلايا الجنسية | يحدث الانقسام المتساري في الخلايا الجسمية فقط |
| يدخل الانقسام المنصف في إنتاج الأمشاج وتوفير النوع الوراثي في المخلوقات الحية | يدخل الانقسام المتساوي في النمو وتعويض الخلايا |
مقارنة بين التكاثر الجنسي واللاجنسي:
تتكاثر بعض المخلوقات لا جنسياً والبعض الآخر جنسياً والبعض الآخر يحدث فيه كلا النوعين.
1- في التكاثر اللاجنسي: يرث الفرد نفس صفات الأم فتنتج أفراد مطابقة للأم.
2- في التكاثر الجنسي: ترث الأفراد الناتجة صفات من الأب ومن الأم وهذا يؤدي إلى إنتاج سلالة جديدة وتنوع ورائي.
الوراثة المندلية
كيف بدأ علم الوراثة
علم الوراثة: هو العلم الذي يدرس انتقال الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء عام 1866 م اختار مندل نبات البازلاء لدراسة الوراثة عليه للأسباب التالية:
1. سهولة زراعته ونموه وإنتاجه المستمر لأفراد تحمل شكل واحداً من الصفة..
2- يتكاثر بالتقيح الذاتي ( الأمشاج المذكر تلقح الأمشاج المؤنثة في الزهر نفسها)
3- يمكن أن يتكاثر بالتلقيح الخلطي يدوياً.
وراثة الصفات
الملاحظات والاستنتاجات من التجربة:
1- إن كل صفة لها شكلان يتحكم في كل شكل عامل يسمى ( الجين المتقابل )
2- الصفة السائدة: هي الصفة التي ظهرت في الجيل الأول F1 ( الجين المسئول عنها هو الجين السائد. )
3- الصفة المتنحية: هي الصفة التي لم تظهر في الجيل الأول FI ( الجين المسئول عنها هو الجين المتنحي)
4- جين الصفة السائدة يرمز له بأول حرف من الكلمة الانجليزية التي تدل عليه ( حرف كبير Y وجين الصفة المتنحية بالحرف نفسه ولكنه ( حرف صغير y)
5- كل صفة تمثل بجينين متقابلين أي بحرفين ويسمى ( الطراز الجيني) وهو المسئول عن تكوين الطراز الشكلي ( المظهري) وهي الصفة التي نراها بالعين.
) لا يشير الطراز الشكلي دائما إلى نوع الجينات فالبذور الصفراء لها طرازان جينينان ( YY) أو. [ ( Yy) (
6-متماثل الجينات ( النقي): هو المخلوق الذي يحمل زوجاً من الجينات المتقابلة المتشابهة الصفة محددة ( أما سائدان YY او متنحيان yy)
7- غير متماثل الجينات ( الهجين أو الخليط): هو المخلوق الذي يحمل زوجاً من الجينات المتقابلة المختلفة لصفة محددة ( احدهما سائد والآخر متنحي ( Y)
قانون انعزال الصفات: انظر شكل 8-4 صفحة 121
أن كل صفة تمثل بزوج من الجينات المتقابلة ينفصلان ( ينعزلان) عند الانقسام المنصف بحيث يحتوي كل مشيج ( جاميت) على جين واحد فقط من هذا الزوج].
تتحد الجينات المتقابلة مرة أخرى عند الإخصاب.
التلقيح أحادي الصفة: انظر شكل 9-4 صفحة 122
وهي عملية التلقيح التي يحدث فيها التزاوج بين جينات صفة واحدة لنباتين مختلفين.
في الجيل الأول F1 نتجت بذور صفراء هجين ( Yy)
في الجيل الثاني F2 عندما قام بالتلقيح الذاتي نتجت بذور صفراء وخضراء بنسبة ( 3: 1) والطرز الجينية المحتملة هي YY ،Yy ،yy بنسبة ( 1: 2: 1).
التلقيح ثنائي الصفة: انظر شكل 10- 4 صفحة 122
وهي عملية التلقيح التي يحدث فيها التزاوج بين جينات صفتين أو أكثر لنباتين مختلفين.
حيث قام مندل بتلقيح بازلاء بذورها صفراء مستديرة ( نقية) طرازها الجيني YY RR مع بازلاء بذورها خضراء مجعدة ( نقية) طرازها الجيني yy rr.
فنتج الجيل الأول بازلاء بذورها صفراء مستديرة ( هجين) طرازه الجيني YyRr
- صفة اللون الأصفر سائدة على الأخضر وصفة الاستدارة سائدة على المجعدة.
قانون التوزيع الحر: أنظر إلى شكل 12-4 صفحة 124
إذا تزاوج فردان يختلفان في أكثر من زوج من الصفات المتقابلة فإن كل زوج من الجينات.
الخاصة بهذه الصفات يتوزع توزيعاً حراً أو مستقلاً ( عشوائياً عند تكوين الجامينات ( الأمشاج)
استنتج مندل هذا القانون بعد ما لاحظ التالي:
1- لاحظ مندل أن صفة الاستدارة ليست ملازمة للون الأصفر حيث ظهرت بذور خضراء مستديرة
2- لاحظ مندل أن صفة التجعد ليست ملازمة للون الأخضر حيث ظهرت بذور صفراء مجعدة.
3- إذا كل صفة تتوزع حرة ( مستقلة) عن الأخرى.
مربع بانيت
الذي وضعه الدكتور ريجينالد بانيت عام 1900 هـ حيث سهل تتبع الطرز الجينية المحتملة.
مربع بانيت- التلقيح أحادي الصفة: أنظر شكل 11-4 صفحة 124
لتجربة استطاعة ثني اللسان.
مربع بانيت- التلقيح ثنائي الصفة: انظر شكل 12- 4 صفحة 124
الاحتمالات في الوراثة
على حسب مبدأ الاحتمالات. قد لا تتطابق البيانات الحقيقية مع النسب المتوقعه.
لذلك لم تكن نتائج مندل مساوية تماماً للنسبة ( 1: 3: 3: 9) في شكل 12- 4 صفحة 124
ومع ذلك فإن عدد كبيراً من الأبناء يطابقون النتائج المتوقعة.
ارتباط الجينات وتعدد المجموعات
يعد عبور الجينات ( العبور الجيني) مصدراً للتنوع الوراثي. ( التراكيب الجينية )
التراكيب الجينية الجديدة:
هو مزيج من الجينات التي تنتج عن العبور الجيني والتوزيع الحر لها.
يمكن حسابها بهذه المعادلة: ( 2) حيث n: عدد أزواج الكروموسومات.
أمثلة:
1- نبات البازلاء) تحتوي على 7 أزواج من كروموسومات 128 = 2 للمشيج الذكري+ 128 للأنثوي إذا النتائج ( 128 × 128) أو ( 16384).
2- الإنسان ( 22 × 22) أو ( أكثر من 70 ترليون).
ارتباط الجينات وانتر شكل 13- 4 صفحة 127
الجينات المرتبطة: هي الجينات التي تقع بالقرب من بعضها على الكروموسوم نفسه.
عادة تنتقل هذه الجينات معاً) كقطعة واحدة ( أثناء الانقسام المنصف لذلك ( لا ينطبق عليها قانون مندل الثاني | التوزيع الحر])
أحياناً لا تنتقل معاً بل يمكن أن تنفصل أثناء العبور الوراثي في الانقسام المنصف
خرائط الكروموسومات: أنظر شكل 14-4 صفحة 127-
خريطة الكروموسومات هي ترتيب الجينات على الكروموسوم.
أول خريطة كانت عام 1913 م لذبابة الفاكهة.
يتم رسم الخريطة باستخدام بيانات العبور الجيني.
كلما زاد تكرار حدوث عملية العبور الوراثي ازداد تباعد الجينات عن بعضها.
وكلما ازدادت التباعد بين الجينات ازدادت نسبة عملية العبور
وحدة خريطة واحدة: هيا المسافة بين جينين على الكروموسوم.
تعدد المجموعة الكروسومية
المخلوقات متعددة المجموعة الكروموسومية:
هو المخلوق الذي تحتوي خلاياه على مجموعة كروموسومية أو أكثر إضافية على المجموعة الثنائية التي يحملها. 15-4 صفحة 129
أمثلة-
1 ديدان الأرض والأسماك ( ( 3n) ولكن في الإنسان يعد ذلك قاتلاً.
2- القمح ( 3) الشوفان ( 4) 6- قصب السكر ( n8)
ولوحظ أن النباتات متعددة المجموعة الكروموسومية كبيرة في الحجم وأكثر صلابة وحيوية.
الفصل الخامس
الوراثة المعقدة والوراثة البشرية
الأنماط الأساسية لوراثة الإنسان
يمكن توضيح وراثة صفة ما لعدة أجيال بواسطة مخطط السلالة.
اختلالات وراثية متنحية النشر جدول 1-5 صفحة 142
الصفة المتنحية: تظهر إذا كان الفرد متماثل الجينات المتنحية لتلك الصفة ( كلا الجيننين متنحيين) ولا تظهر إذا كان يحمل على الأقل جين سائد لتلك الصفة.
حاملاً للصفة: هو الفرد الذي يكون غير متماثل الجينات لاختلال وراثي متنح ( يحمل جين سائد وآخر متنحي للصفة) لا تظهر عليه الأعراض ولكنه حامل للصفة.
أمثلة على اختلالات وراثية متنحية: انظر جدول 2-5 صفحة 143
أ-التليف الكيسي
ب- المهاق
ج- الجلاكتوسيميا
د- مرض تاي- ساكس
اختلالات وراثية سائدة
الإختلالات التي سببها جينات سائدة
اذا الشخص السليم هو الذي تكون جيناته المتماثلة لهذه الصفة متنحية.
أمثلة على اختلالات وراثية سائدة: انظر جدول 3-5 صفحة 144-
1-مرض هنتنجتون
2- عدم نمو الغضروف ( القمأة)}
مخطط السلالة
مخطط السلالة: انظر شكل 51 صفحة 145
هو مخطط ببين تاريخ العائلة يستخدم لدراسة الأنماط الوراثية لصفة محددة عبر أجيال عدة ويمكن استخدامه لتوقع الاختلالات في الأبناء القادمين.
طريقة اعداد المخطط: انظر شكل 1-5 صفحة 145
1- يمثل الذكور بمربعات والإناث بدوائر
2- الذين تظهر عليهم الصفة ( المرض ) مربعات أو دوائر مظللة باللون الغامق.
3- الذين لا تظهر عليهم الصفة ( المرض ) مربعات أو دوائر غير مضللة باللون الغامق.
4- الذين لا تظهر عليهم الصفة و لكنهم حاملين للمرض بمربعات أو دوائر نصفها مظلل بالغامق
5- الخط الأفقى بين الرموز يشير إلى الآباء ، و الأبناء أسفل منهم
6- تستخدم الأرقام الرومانية لترقيم الأجيال ( I-II)
7- تستخدم الأرقام الانجليزية لترتيب الأولاد حسب ولادتهم
ماذا يعني ( 113) في شكل 1-5 صفحة 145 ؟؟
تحليل مخطط السلالة
انظر إلى شكل 52 صفحة 146 المرض وراثي متنحي ( مرض تاي- ساكس)
انظر إلى شكل 53 صفحة 146 المرض وراثي مساند ( مرض تعدد الأصابع)
حلل هذا المخطط ثم حاول ان تستنتج الطرز الجينية للأباء والأبناء.
استنتاج الطرز الجينية من ( مخطط السلالة):
1- يمكن للمستشار الوراثي تحديد الطرز الجينية للعائلة بدراسة الطرز الشكلية ( المظهرية) للعائلات
2- يمكن للمستشار الوراثي تحديد النمط ( الصفة ( الوراثي هل هو سائد أو متنحي.
فالصفة السائدة تظهر في الطراز الشكلي بينما الصفة المتنحية لا تظهر إلا اذا كان الفرد متماثل الجينات المتنحية) أي يحمل جينان متنحيان أحدهما من الأب و الآخر من الأم).
توقع الاختلالات:
تتبع الاختلالات الوراثية في الإنسان أمر صعب لأن كل جيل يحتاج إلى عقود حتى يكتمل. لذا فا الاحتفاظ بسجلات للعائلات يساعد العلماء على تحليل مخطط السلاله ومن ثم توقع الاختلالات
الأنماط الوراثية المعقدة
لا تنطيق الوراثة التي وصفها مندل على وراثة الصفات المعقدة
السيادة غير التامة
السيادة غير التامة ( الناقصة):
هو نمط وراثي معقد حيث ينتج طراز شكلي وسطي مختلف يجمع بين صفات الآباء.
مثال: انظر شكل 54 صفحة 149
( ( تزاوج نبات شب الليل ذو الأزهار الحمراء RR مع ذو الأزهار البيضاء rr)) حيث نتج الجيل الأول ( F1) غير متماثل الجينات ( غير نقي) ( هجين) طرازه الشكلي مختلف فالأزهار لونها وردي.
* السيادة المشتركة:
السيادة المشتركة
هو نمط وراثي معقد يحدث عندما لا يسود جين على آخر. ويظهر أثر كلا الجينين عندما يكون الطراز الجيني لصفة ما غير متماثل الجينات
أمثلة:
أ- مرض أنيميا الخلايا المنجلية: أنظر شكل 5-5 صفحة 150
وهو مرض ينتج عن تغير في الهيموجلوبين ( البروتين المكون لخلايا الدم الحمراء) فتصبح ذات شكل منجلي وهذا يقلل فاعليتها على نقل الأكسجين
الأفراد غير متماثلين الجينات ( غير النقيين) دمائهم تحمل خلايا دم حمراء طبيعية ومنجلية في الوقت نفسه.
ب- مرض أنيميا الخلايا المنجلية والملاريا: انتظر شكل 5- 5 صفحة 150
لوحظ في أفريقيا أن الأفراد غير متماثلي الجينات لمرض أنيميا الخلايا المنجلية يكثر عددهم ؟
و هم أعلى مقاومة لمرض الملاريا.
لذلك يعيشون ويورثون صفة الأنيميا المنجلية ولذلك يستمر المرض في التزايد.
الجينات المتعدد المتقابلة
الجينات المتعددة المتقابلة:
هو وجود أكثر من جينين متقابلين لصفة معينة
أمثلة:
أ- فصائل الدم: نظام ( ABO): أنظر شكل 6-5 صفحة 151-1
1- فصائل الدم هي ( O-AB-B-A )
2 تحدد بثلاث أشكال من الجينات المتقابلة ( علامات) ( IA و 1B" ساندان) و ( i متنحي).
3- فصيلة الدم A طرازه الجيني (IA-IA نقي) (i-AI هجين).
فصيلة الدم B طرازه الجيني ( IBIB نقي) ( IBi هجين).
فصيلة الدم AB طرازه الجيني IAIB
فصيلة الدم O طرازه الجيني ii
4- العامل الريزيسي ( RH): وهو بروتين على خلايا الدم.
حيث أن RH ساند علی RH
ب- لون الفراء للأرانب: انظر شكل 57 صفحة 152
يسيطر على لون فراء الأرانب أربع جينات هي:
1- الجين C أسود سائد على c أبيض متنحي.
2- الجين Cchالشانشيلا سائد علىCh الهيميلايا متنحى
3-إذا تسلسل السيادة هو: من اليسار لليمين.
تفوق الجينات
تفوق الجينات: هو عندما يوجد جين يخفي صفة جين آخر
مثال: لون فراء الكلاب: انظر شكل 5.8 صفحة 153
يختلف لون الفراء من الأصفر إلى الأسود ويتدرج من الغامق إلى الفاتح ، ويتحكم في لون الفراء مجموعات من الجينات المتقابلة:
1- E ( صبغة غامقة ) سائد على e ( لا توجد صبغة).
2-B درجة اللون الغامق من الصبغة سائد على b.
الجين: يخفي آثار الجين B
تحديد الجنس انظر شكل 5.9 صفحة 153
تحتوي الخلايا الجسمية على 46 كروموسوم ( 23 زوج)
22 زوج تسمى الكروموسومات الجسمية.
زوج واحد يسمى الكروموسومات الجنسية وهي التي تحدد الجنس ( ذكر أم أنثى) ، و كروموسوات هذا الزوج على نوعين هما: X و Y: ( الأنثى XX) و ( الذكر ( XY)
ويحدد ذلك نوع الحيوان المنوي الذي يلتقي بالبويضه عند الإخصاب
تعويض الجرعة- تبديل الكروموسوم { أنظر شكل 9- 5 صفحة 153 )
الأنثى تحتوي على 22 زوج من الكروموسومات الجسمية+ زوج من الكروموسومات الجنسية هو ( XX).
الذكر يحتوي على 22 زوج من الكروموسومات الجسمية+ زوج من الكروموسومات الجنسية هو ( XY).
بما أن كروموسوم X أكبر من Y فهو يحمل عدد جينات أكثر
ولتعويض الجرعة ( الفرق ) في الانثى يتوقف عمل أحد كروموسومات X في كل خلية جسمية انثوية
توقف عمل الكروموسوم: أنظر شكل 10- 5 صفحة 154
ألوان فرو قط الكاليكو سببها توقف العمل العشوائي لكروموسوم X
ألوان الفرو تعتمد على كروموسوم X النشط.
البقع البنية سببها توقف كروموسوم X الذي يحمل الجين المسؤول عن لون الفرو الأسود.
البقع السوداء سببها توقف كروموسوم X الذي يحمل الجين المسؤول عن لون الفرو البني
أجسام بار: انظر شكل 11-5 صفحة 154
هو تركيب غامق اللون في النواة وهو عبارة عن كروموسوم X المتوقف عن العمل في الأنثى.
سمي بجسم بار نسبة إلى العالم الكندي موري بار حيث شاهد كروموسومات X التي توقفت العمل في إناث قطط الكاليكو
الصفات المرتبطة مع الجنس
الصفات المرتبطة مع الجنس:
هي صفة تتحكم فيها جينات محمولة على الكروموسوم الجنسي X.
وبما أن للذكور كروموسوم X واحد فإن الصفات المتنحية المرتبطة مع الجنس تظهر فيهم وأما الإناث فالكروموسوم X الثاني قد يمنع أو يقال ظهور الصفة المتنحية
مثل عمي اللونين الأحمر والأخضر- نزف الدم ( الهيموفيليا).
عمى اللون الأحمر- الأخضر: أنظر شكل 12-5 صفحة 155
مرض مرتبط بالجنس يكثر في الذكور ويقل في الإناث.
الشخص المصاب لا يستطيع التمييز بين اللونين الأحمر والأخضر
جين اظهار هذا المرض متنحي محمول على الكروموسوم X.
ادرس مربع بانيت لأم حاملة للمرض ( bXBX) و اب سليم ( XBY)
نزف الدم ( هيموفيليا):
مرض مرتبط بالجنس يكثر في الذكور ويقل في الإناث.
الشخص المصاب عند الجروح يتأخر تجلط الدم مما يسبب استمرارية النزيف.
وعادة يموت في سن مبكرة ) حتى أكتشف البروتين الضروري لتجلط الدم وأعطى للمرضى ولكن الأمراض التي تنتقل مع نقل الدم مثل الكبد الوبائي من النوع C و الإيدز اخذت تنتقل لهم حتى عام 1990 حيث أكتشفت طرق أكثر أمناً لنقل الدم.
جين أظهار المرض متنحي محمول على الكروموسوم X.
الصفات المتأثرة بالجنس:
هي صفة تتحكم فيها جينات محمولة على الكروموسومات الجسمية ولكنها تتأثر بالجنس.
مثلاً مرض الصلع ( سائد في الذكور ومتنحي في الإناث). فيكفي ليظهر في الرجل أن يكون غير متماثل ( غير نقي ( بينما في الأنثى لا يظهر إلا إذا كانت متماثلة الجينات المتنحية ( نقية).
الصفات المتعددة الجينات
الصفة متعددة الجينات:
هي الصفة التي تنتج عن تفاعل.
أمثلة: ( لون الجلد- لون العيون- طول القامة- لمط بصمة الإصبع).
لون الجلد انظر شكل 5-13 صفحة 156
لاحظ أن هذا النوع من الصفات عند رسم منحني تكرار الجينات يكون المنحني شبيه بالجرس
( حيث الطرز الشكلية في الوسط أكثر من الطرز الشكلية في الأطراف)}
التأثيرات البيئية
يمكن للعوامل البيئية أن تؤثر في الطرز الشكلية للفرد.
أمثلة.
1- قابلية الإصابة بمرض القلب وراثية ولكن تتأثر بالعوامل البيئية من غذاء ورياضة.
2- معظم النباتات الزهرية لا تنتج أزهاراً من دون أشعة الشمس وقد تفقد أوراقها لنقص الماء.
3- القطة السيامية شكل 5-14 صفحة 157
الجين المسؤول عن إنتاج لون الصبغة في الفرو يعمل في البرد فقط.
( لذا تكون المناطق الأبرد في جسم القط أغمق لوناً من المناطق الأدفأ حيث يكون إنتاج الصبغة متوقفاً).
دراسة التوائم انظر شكل 15- 5 صفحة 158
التوائم المتطابقة متماثلة وراثياً. هي تساعد العلماء على فصل التأثيرات الجينية عن التأثيرات البيئية
.- الصفة التي تظهر بكثرة في التوائم المتطابقة تتحكم فيها الوراثة.
-الصفة التي تظهر بشكل مختلف في التوائم المتطابقة تتأثر بالبيئة بشكل قوي
-نسبة التوائم الذين تظهر فيهم صفة معينة تسمى معدل التوافق
- الفروق الكبيرة بين التوائم الشقيقة والتوائم المتطابقة تبين حجم التأثير الوراثي.
الكروموسومات و وراثة الإنسان
يمكن دراسة الكروموسومات باستخدام المخطط الكروموسومي.
المخطط الكروموسومي
المخطط الكروموسومي: أنظر شكل 5016 صفحة 159.
هو رسم دقيق تترتب فيه الكروموسومات المتماثلة تنازلياً حسب حجمها.
حيث يمكن التقاط صورة واضحة بالمجهر للكروموسومات عندما تتكثف في الطور الإستوائي ويصبح كل كروموسوم مكون من كروماتيدين شقيقين.
شكل 16- 8 صفحة 231 لاحظ في المخطط الكروموسومي أن الـ 22 زوج من الكروموسومات الجسمية متطابقة في الذكر والأنثى وزوج الكروموسومات الجنسية لا يتطابق.
القطع الطرفية ( التيلوميرات)
القطع الطرفية: هي الأغطية الواقية التي تغطي أطراف الكروموسومات وتتكون من DNA مرتبط مع بروتين و لها دور في الهرم و الشيخوخة.
عدم انفصال الكروموسومات
عدم انفصال الكروموسومات: انظر شكل 17- 5 صفحة 161
هو أن لا تنفصل الكروماتينات الشقيقة بالشكل الصحيح أثناء الانقسام الخلوي فتنتج أمشاج تحتوي على أعداد غير طبيعية من الكروموسومات.
أما أن يحدث نقص أو زيادة لعدد الكروموسومات في الأمشاج المتكونه ، فعندما يخصب مشيج مشيجا آخر تتكون اللافحة التي تكون بالنسبة لذلك الزوج من الكروموسومات اما:
( ثلاثية المجموعة الكروموسومية أو أحادية المجموعة الكروموسومية)..
عادة هذه الاختلالات تكون قاتلة.
أمثلة:
أ- متلازمة داون: انظر شكل 18 - 50 صفحة 162.
يحدث في الأناث والذكور
يزداد اصابة المواليد بزيادة عمر الأم ( حيث يزداد 6% في الأمهات اللاتي تزيد أعمارهن عن 45
سببه اضافة كروموسوم جسمي إلى الزوج رقم 21 لذلك تسمى ( ثلاثية المجموعة الكروموسومية 21).
اعراضه ( تأخر عقلي- اضطراب قلبي- قوام قصير)
ب- مرض تيرنر: انظر جدول 4-5 صفحة 162
يحدث في الإناث فقط
سببه نقصان أحد الكروموسومات الجنسية فتصبح الانثى X بدلاً من XX
ج- مرض كلينفلتر: انظر جدول 4-5 صفحة 162
يحدث في الذكور فقط
سيبه زيادة كروموسوم X إلى الكروموسومات الجنسية فيصبح الذكر XXY بدلاً من XY
الفحص الجنيني
هي الفحوصات التي تجري أثناء الحمل للأجنه لتتأكد من عدم وجود اختلالات وراثية. انظر جدول 5.5 صفحة 163 المعرفة انواع الفحوصات وفوائدها.
الفصل السادس : الوراثة الجزيئية
المادة الوراثية
تطلب اكتشاف DNA بوصفة شفرة وراثية إجراء العديد من التجارب..
اكتشاف المادة الوراثية
المعلومات الوراثية محمولة على الكروموسومات.
الكروموسوم يتكون من DNA وبروتين.
حاول العلماء على مدى سنوات تحديد مصدر المعلومات هل هو ( البروتين أم الـ DNA)
العالم جريفيث عام 1928 م: انظر شكل 6-1 صفحة 176
أجرى جريفيث تجربة على سلالتين من بكتيريا المكورات السبحية الرئوية هما:
أ. سلالة ملساء ( S): محاطة بغلاف من السكريات تسبب مرض التهاب الرئة.
ب- سلالة خشنة ( R): غير محاطة ولا تسبب المرض.
خطوات التجربة:انظر شكل 2-6 صفحة 177
1- حقن الفار بالسلالة ( S ) الحية فمات الفار
2- حقن الفار بالسلالة ( R) الحية فبقى الفار حيا.
3- حقن الفار بالسلالة ( S) الميتة) بواسطة الحرارة) فبقى الفأر حياً.
4- حقن الفار بخليط من السلالة ( الميتة وسلالة ( R) الحية فمات الفار.
الاستنتاج:
استنتج جريفيث أن هنالك تحول من البكتيريا) ( R) الخشنة إلى البكتيريا ( S) الملساء ( كانت هذه بداية البحوث في عوامل التحول).
العالم أفري عام 1944 م:
أكتشف هو وزملاؤه الجزيء الذي حول البكتيريا من السلالة إلى السلالة S
خطوات التجربة:
1- عزل أفري من خلايا البكتريا S الميتة جزيئات مختلفة مثل ( DNA وبروتين و دهون).
2- عرض خلايا البكتريا ( R) إلى هذه الجزيئات كل على حدة.
3- لاحظ أن البكتريا ( R) التي تعرضت إلى DNA تحولت إلى بكتريا S والأخرى لم تتحول.
الاستنتاج:
استنج أخري أنه عندما قام جريفت بقتل البكتريا S تحررت منها جزيئات الـ DNA وانتقلت إلى البكتريا R مما أدى إلى تحولها إلى البكتريا S
العالمان هيرشي وتشيس عام 1952 م
وفرا دليلاً حاسماً على أن الـ DNA هو عامل التحول.
أجريا تجربتهما على الفيروس الأكل للبكتريا هذا الفيروس يتكون من ( بروتين+ DNA فقط).
وهو لا يستطيع أن يتكاثر بمفرده بل يجب أن يحقن مادته الوراثية داخل خلية حية.
استعملا العلامات المشعة لتتبع الـ DNA والبروتين ومنها:
1- الفسفور المشع P32 :. لان الـ DNA يحتوي على الفسفور فيصبح مشعاً بينما لن يصبح البروتين مشعاً.
2 الكبريت المشع S25: لأن البروتين يحتوي على كبريت فيصبح مشعاً بينما لن يصبح الـ DNA مشعا
خطوات التجربة: انظر شكل 3-6 صفحة 178
1- تم تقسيم الفيروسات إلى مجموعتين الأولى ذات فسفور مشع ( DNA مشع). والثانية ذات كبريت مشع ( بروتين مشع) وجعلاهما تهاجمان البكتريا.
2- فحصت البكتريا المصابة في المجموعة الأولى ووجد أن المادة المشعة ( DNA) للفيروس حققت داخل الخلية ثم تكاثرت الفيروسات وخرجت وهي تحتوي على فسفور مشع P ( ( إذا الـ DNA هو الذي يحمل المعلومات الوراثية)).
3- فحصت البكتريا المصابة في المجموعة الثانية ووجدت المادة المشعة ( البروتين للفيروس) بقیت خارج الخلية البكتيريه ثم تكاثرت الفيروسات وخرجت.
الاستنتاج
انا الـ DNA وليس البروتين هو المسؤول عن حمل المعلومات الوراثية التي تنتقل من جيل الآخر في الفيروسات.
تركيب DNA
النيوكليوتيدات: أنظر شكل 64 صفحة 179
الذي حدد التركيب الأساسي للنيوكليوتيدات هو عالم الكيمياء الحيوية ليقين.
كما درسنا في الفصل الأول الأحماض النووية نوعين هما:
1- DNA يتكون من نيوكليوتيدات تحتوي على سكر خماسي رايبوز منقوص الأكسجين و مجموعة فوسفات و أحدى أربع قواعد نيتروجينية هي: سايتوسين C جوانین G ادلین A تايمين ( T). RNA
2- يتكون من نيوكليوتيدات تحتوي على ( سكر خماسي رايبوز ومجموعة فوسفات واحدى اربع قواعد نيتروجينية هي: سايتوسين C, جوانين G ادتين A, يوراسيل ( U)
ملاحظات:
1-الجوانين G والادنين A: قواعد نيتروجينية ثنائية الحلقات وتسمى قواعد البيورين
2- السايتوسين C والثايمين T واليوراسيل U: قواعد نيتروجينية أحادية الحلقات وتسمى قواعد بيريميدين.
العالم تشارجاف: انظر شکل 6-5 صفحة 180
حلل السايتوسين والجوانين والثايمين والأدنين في الـ DNA لأنواع مختلفة وتوصل إلى أن
( كمية السايتوسين تساوي كمية الجوانين وكمية الأدنين تساوي كمية الثايمين)
فاستنتج قاعدة سماها ( قاعدة تشار جاف): وهي T = A, G=C
او ( كمية البيورينات تساوي كمية البيريميدينات).
تشتت الأشعة السينية: انظر شكل 6-6 صفحة 180
استخدم ويلكنز وفرانكلين تقنية تسمى ( تشتت الأشعة السينية) حيث يتم تصويب الأشعة السينية ( X Ray) على جزيء الـ DNA
تم التقاط الصورة المشهورة بـ ( الصورة رقم ( 51) والتي وضحت أن الـ DNA عبارة عن جزيء مزدوج من سلسلتين من النيوكليوتيدات الملتفة حول بعضها حلزونياً.
العالمان واطن وكريك: انظر شكل 6-7 صفحة 181
شاهدا صورة فرانكلين لتشتت الأشعة السينية واستخدام بيانات فرانكلين و تشارجاف ثم قاسا عرض الجزيء الحلزوني والمسافة بين القواعد النيتروجينية. ثم قاما بعمل نموذج للـ DNA اشتمل على الخصائص التالية:
1- سلسلتين تتكونان من سكر الرائبوز منقوص الأكسجين وفوسفات بشكل متبادل.
2- يرتبط الساتيوسين مع الجوانين بثلاث روابط هيدروجينية.
3- يرتبط الثايمين معا الأدنين برابطئين هيدروجينيتين.
ترکیب DNA
يشبه السلم الملتوي حيث أن:
1- السكر منقوص الأكسجين والفوسفات المتبادل يمثل ( حاجز السلم).
2- أزواج القواعد النيتروجينية ( T .A. G. C) تمثل ( درجات السلم).
كمية قواعد البيريميدينات تساوي كمية قواعد البيورينات ( C+ T = G+ A)
الترتيب ترتيب سلسلتا ( DNA) اندر شکل 68 صفحة 182
يمكن ترقيم سلسلتي DNA بترقيم ذرات الكربون في جزيئات السكر مثلاً 5 ( خمسة شرطة)
ترقم السلسلة الأولى على عدد جزيئات السكر ثم ترقم السلسلة الثانية الموازية في الإتجاه المعاكس ويسمى ذلك ( المتوازي المتعاكس) فمثلاً الأولى من 5 إلى 3" بينما الأخرى من 3 إلى 5
تركيب الكروموسوم انظر شكل 69 صفحة 183
- جزيء الـ DNA يوجد في المخلوقات الحية:
1-بدائية النواة: في السيتوبلازم على شكل حلقة.
2- حقيقية النواة: في النواة على شكل سلسلة..
يتكون الكروموسوم الواحد في الإنسان من ( 51 إلى 245 مليون نيوكليوتيد) ولو بسطت 140 مليون نيوكليوتيد بخط مستقيم لأصبح طولها 5 سم.
السؤال : فكيف تترتب داخل خلية مجهرية ؟
الجواب : تلتف سلسلة DNA على مجموعة من البروتينات تسمى الهيستونات مكونة جسيماً نووياً يسمى ( نيوكليوسوم) حيث تنجذب الشحنة السالبة لمجموعة الفوسفات في الـ DNA مع الموجبة للهيستونات
ثم تجتمع النيوكليوسومات معاً لتكون اليافاً كروماتينية يلتف بعضها على بعض مكونة الكروموسوم
تضاعف DNA
يتضاعف DNA بتكوين سلسلة جديدة متممة للسلسلة الأصلية.
تضاعف DNA شبه المحافظ
التي أقتراحاها العالمان واطمن وكريك.
التضاعف شبه المحافظ: انظر شكل 6-10 صفحة 184
هو أن يتضاعف جزيء DNA إلى جزيئين كل جزيء يتكون من سلسلة أصلية وسلسلة جديدة.
خطوات ( مراحل ) التضاعف شبه المحافظ: انظر شكل 11-6 صفحة 185
ثلاث مراحل هي ( فك الالتواء- ارتباط القواعد في أزواج- إعادة ربط السلاسل)
أ- فلك الالتواء:
1- يتم فصل سلاسل الجلزون المزدوج للـ DNA إلى سلسلتين منفردتين إحداهما تسمى الرئيسية والأخرى الثانوية) بواسطة أنزيم فك الالتواء ( هيليكيز).
2- ولضمان بقاء السلسلتين منفصلتين ترتبط بالـ DNA بروتينات تسمى ( البروتينات المرتبطة مع السلاسل المنفردة) ثم يتم اضافة قطعة صغيرة من RNA تسمى ( قطعة RNA الأولية أو الباديء) بواسطة أنزيم RNA الباديء.
ب- ارتباط القواعد في أزواج:
1- يحفز أنزيم بلمرة DNA اضافة النيوكليوتيدات المناسبة لسلسلتي الـ DNA بحيث يكون ارتباط القواعد النيتروجينية كالتالي ( A مع T و C مع G)
2- تصنع السلسلتان بطريقتين مختلفتين:
السلسلة الرئيسية: يزداد طولها عندما يتم فك الالتواء في اتجاه شركة التضاعف حيث يتم انتاج السلسلة باضافة النيوكليوتيدات بشكل متواصل إلى النهاية.
السلسلة الثانوية: يزداد طولها في عكس اتجاه شوكة التضاعف حيث يتم انتاج السلسلة بشكل غير متواصل ( متقطع) وفي صورة قطع تسمى ( قطع أوكازاكي) ثم يتم ربط قطع اوكازاكي ببعضها بواسطة أنزيم ربط DNA) حيث يبلغ طول كل قطعة من أوكازاكي نحو 100- 200 نيوكليوتيد).
ملاحظة: بما أن احدى السلاسل تصنع بشكل متواصل والاخرى بشكل غير متواصل فإن تضاعف DNA يسمى شبه المتقطع أو ( شبه المحافظ)
ج- إعادة ربط السلاسل:
بواسطة أنزيم بلمرة DNA يتم اضافة النيوكليوتيدات واستبدال قطعة RNA البادي بنيوكليوتيد.
ثم يقوم الزيم ربط DNA بربط السلسلتين معاً.
DNA و RNA والبروتين
تنسخ شفرات DNA في صورة RNA الذي يتحكم بدوره في بناء البروتين..
المبدأ الأساسي
جزيء DNA: عبارة عن شريط مزدوج من سلسلتين حلزونيتين داخل النواة.
جزيء RNA: عبارة عن شريط من سلسلة واحدة ( منفردة ( غالباً))
لـ RNA ثلاث أنواع هي: أنظر جدول 2-6 صفحة 187-
1- RNA الرسول ( mRNA): وهو سلسلة طويلة من النيوكليوتيدات وهي المتممه لأحدى سلاسل DNA
2- RNA الرائبوسومي ( rRNA): وهو الذي يرتبط مع البروتينات في السيتوبلازم لبناء الرايبوسومات.
3- RNA الناقل ( RNA): وهو قطع صغيرة من النيوكليوتيدات تنقل الأحماض الأمينية إلى الراببوسومات.
عملية صنع البروتين
ملخص مختصر جداً لعملية صنع البروتين:
1- تنفصل سلسلنا DNA عن بعضهما.
2- تعمل احدى السلسلتين) كقالب ( لتكوين RNA المراسل ( mRMA) الذي يحمل الشفرة الوراثية ( الكودون) نفسها الموجودة على DNA.
3-ينفصل mRNA ليخرج إلى السيتوبلازم عبر تقرب الغشاء النووي ويستقر على أحد الرائبوسومات الموجودة على الشبكة الأندوبلازمية.
( الرائبوسوم هو المصنع الذي يتم فيه صنع البروتين)
4- الحمض RNA الناقل ( IRNA) يحمل حمضاً أمينيا في طرف وشفرة وراثية على الطرف الآخر
5- يرتبط كل RNA بمكان ما على mRNA على حسب شفرته.
6- تتحد الأحماض الأمينية المحمولة على RNA بروابط ببتيدية مكونة سلسلة من الأحماض الأمينية أي مكونة ( ( بروتين).
شرح مفصل لعملية صنع البروتين
* أولاً: عملية النسخ: انظر شكل 12-6 صفحة 188 -1
1-ينفك التواء DNA جزئياً في النواة.
2- ثم يرتبط به آنزيم بلمرة RNA الذي يحفز بناء RNA المراسل ( mRNA). بحيث كلما انفكت سلسلة DNA قام أنزيم يلمرة RNA بيناء mRNA في الاتجاه 3 إلى 5
3- تسمى السلسلة التي يفرزها انزيم بلمرة RNA بـ ( السلسلة الأساسية). وتسمى السلسلة mRNA التي صنعها بـ ( السلسلة المتممة لنيوكليوتيدات ( DNA)
4-تصنع نسخة mRNA في الاتجاه 15 إلى 3 ( حيث يحل اليوراسيل U بدلاً من النايمين T عند بناء mRNA)
5- أخيراً يتحرك mRNA من النواة إلى السيتوبلازم عبر الثقوب النووية.
ثانياً معالجة RNA:
أ-المعالجة الأولى: التخلص من الانترونات.
( ( وجد العلماء أن شفرة mRNA أقصر من شفرة DNA ما السبب ( ؟))
1- وجد العلماء أن DNA يحتوي على قطع مشفرة فعالة تسمى ( الاكسونات) وقطع أخرى غير مشفرة تسمى ( الانترونات).
2- عندما يتم تصنيع mRNA فإنه يحتوي على شفرات DNA كلها ويسمى ( mRNA الأولي) وقبل خروجه إلى السيتوبلازم يتم إزالة الانترونات لذلك يبدو اقصر من DNA
ب- المعالجة الثانية:
1- إضافة غلاف واق على النهاية 5 لـ mRNA يساعد على التعرف على الرابيوسومات.
2- إضافة ذيل مكون من نيوكليوتيدات الأدنين عند النهاية 3 ( غير معروف أهمية حتى الآن)
الشفرة ( الكود): انظر شكل 6-13 صفحة 189.
وجد العلماء أن شفرة DNA مكونه من ثلاث قواعد نيتروجينية.
هذه الشفرة الثلاثية القواعد النيتروجينية في DNA و mRNA تسمى الشفرة الوراثية أو ( الكودون) الشفرة الوراثية ( الكودون)
هو الطريقة الوحيدة التي يختلف فيها DNA بين المخلوقات الحية. لاحظ في شكل 13- 9 صفحة 261: ان هناك كودونات أخرى تسمى كردونات انتهاء ( وهي ثلاثة) وكودون واحد بده ( كودون AUG) يحمل الميثيونين.
ثالثاً: الترجمة: النار شكل 14-6 صفحة 190
1- بعد أن يخرج mRNA إلى السيتوبلازم ترتبط النهاية 15 بالرائيوسوم.
2- يتشكل RNA الناقل ( tRNA) و ينطوي على شكل ورقة البرسيم ثم يتم تنشيطه بانزيم يعمل على ربط حمض أميني على النهاية3 وفي منتصف الشريط يوجد كودون مكون من ثلاث قواعد نيتروجينية يسمى الكودون ( شفرة) المضاد
3- كل كودون ( شفرة ( مضاد يتمم كردون على mRNA 4 بينما تقرأ كودونات DNA و RNA من 15 إلى 3 فإن الكودونات المضادة تقرأ من 13 إلى 5
دور الرابيوسوم: انظر شكل 14-6 صفحة 190
يتكون الرائبوسوم من وحدتين منفصلتين
يقوم mRNA بربط الوحدتين معاً و ينتج الرائبوسوم الفعال.
- عندما يرتبط mRNA مع الرايبوسوم يتحرك RNA مع كودونه المضاد UAC و يرتبط مع كودون البدء ( AUG) الذي يحمل المثيونين على mRNA على النهاية 5
-يحتوي الرائبوسوم على أخاديد ( شقوق) تمثل مواقع ( موقع ، موقع P ، موقع E) يدخل فيها tRNA تمهيداً لارتباط كودونه مع كودونات mRNA ( يدخل أول tRNA في الموقع P وباقي tRNA يكون دخولها من الموقع. و يكون الخروج من الموقع ( E).
-ثم يعمل جزء من RNA الرايبوسومي rRNA عمل انزيم محفز لتكوين رابطة حيث يتحرك و يربط الحمض الأميني لـ tRNA في الموقع P مع الحمض الأميني لـ RNA في الموقع A
-يستمر الرايبوسوم في الحركة والربط بين الأحماض الأمينية على شكل سلسلة حتى يدخل في الموقع A كودون انتهاء ( حيث يشير إلى انتهاء تصنع البروتين). حيث لا يوجد لهذا الكودون کردون مضاد على RNA.
-اخيراً يتحرر mRNA من آخر tRNA تم ترجمته ثم تتفكك وحدات بناء الرائبوسوم منهية بذلك بناء البروتين.
التنظيم الجيني والطفرة
تنظم الخلية التعبير الجيني ويمكن أن تؤثر الطفرات في هذا التعبير
التنظيم الجيني في الخلايا بدائية النوى
التنظيم الجيني: هو قدرة المخلوق الحي على التحكم في اختيار أي الجينات تنسخ استجابة للبيئة.
المنطقة الفعالة: هي المنطقة التي تتحكم في نسخ الجينات استجابة للبيئة في المخلوقات بدائية النوى.
تضم المنطقة الفعالة الآتي ( المشغل- والمحفز- وجين منظم- وجين لتشغير البروتين).
المشغل: ( قطعة من DNA لبدء النسخ و إيقافه)
والمحفز : قطعة من DNA) تمثل مكان بداية ارتباط DNA بإنزيم بلمرة RNA)
التنظيم الجيني في الخلايا حقيقة النوى
{. تنظيم وتركيب خلايا حقيقية النوى اعقد من بدائية النوى وهذا يزيد من تعقيد نظام التحكم في النسخ. )
التحكم في عملية النسخ:
تتم من خلال بروتينات تسمى عوامل النسخ ولها مجموعتان هما:
أ. المجموعة الأولى ( عوامل النسخ) عبارة عن مركبات معقدة تنظم آنزيم بلمرة RNA وتوجه ارتباطه بالمنظم.
ب- المجموعة الثانية ( بروتينات منظمة) وهي تساعد على التحكم في سرعة النسخ.
ملاحظة: تركيب DNA المعقد الملتف حول الهستونات يعد منظماً لأن تعقيده يوفر بعض التشبيط لعملية النسخ
* تداخل RNA: انظر شكل 6-18 صفحة 194
احدى طرق التنظيم وتتم كالتالي:
1- بواسطة أنزيم يسمى المقطع يتم تقطيع قطع صغيرة من RNA ثنائي السلسلة هذه القطع الصغيرة الثنائية تسمى ( جزيئات RNA المتداخلة الصغيرة).
2- ترتبط جزيئات RNA المتداخلة مع بروتين معقد يكسر سلسلة واحدة من السلسلتين ويبقى واحده
3- ترتبط السلسلة المتبقية ( الناتجة عن جزئ RNA المتداخل الصغير) و البروتين المعقد مع مقاطع محدد ومتسلسلة على mRNA في السيتوبلازم وتؤدي إلى تقطيع mRNA ومنع ترجمته
الطفرات
الطفرة: هي تغير دائم في DNA الخلية.
أنواع الطفرات:
تتراوح الطفرات بين تغيير في القواعد النيتروجينية وإزالة مقاطع كبيرة من الكروموسومات.
من أنواعها: انظر جدول 6-3 صفحة 196
أ- طفرات الاستبدال ( النقطية) حيث يتم استبدال زوج من القواعد النيتروجينية بآخر.
ولها نوعان:
1- الحساسة ( المؤثرة) حيث تتغير الشفرة الوراثية ( الكودون) للحمض الأميني مسببة خلل ما.
2- غير الحساسة ( غير مؤثرة) حيث يتغير كودون الحمض الأميني بكودون توقف فتتوقف.. الترجمة مبكراً) غالباً ينتج عنها بروتينات لا تعمل بشكل طبيعي).
ب- طفرات الإزاحة: لها نوعان هما:
1- طفرات الإضافة: حيث يتم كسب نيوكليوتيد ضمن تسلسل القواعد النيتروجينية.
2- طفرات الحذف: حيث يتم خسارة نيوكليتويد ضمن تسلسل القواعد النيتروجينية.
ملاحظات:
1- في بعض الأحيان ترتبط الطفرات بمرض أو خلل وراثي. فمثلاً اظهرت الدراسات أن مرض الكابتونيوريا ( تغير لون البول إلى الأسود ( مصابون بنسبة عالية من طفرات الإزاحة والطفرات الحساسة
2- متلازمة الكروموسوم الهش X: انظر شكل 616 صفحة 196
حيث ينتج ذلك عن وحدات CGG مكررة اضافية قريبة من نهاية الكروموسوم X مما يجعل المنطقة المكررة هشة تتدلى من الكروموسوم.
أسباب الطفرات:
أ- اضافة قاعدة خطا بواسطة أنزيم بلمرة DNA وعادة يتم تصحيح الخطأ ويفلت من التصحيح ما نسبه: 1: بليون. ( مثل الطفرات الاستبدال النقطية)
ب- عوامل مسببة للطفرات مثل ( بعض المواد الكيميائية والأشعة).
1- حيث أن لبعض المواد الكيميائية تركيب يشبه النيوكليوتيدات والتي من الممكن أن تحل محل أحد النيوكليوتيدات وبالتالي توقف عملية نسخ وتضاعف DNA بصورة صحيحة ( حيث استخدمت لمعالجة فيروس HIV المسبب للإيدز).
2- تعد أشعة X من العوامل المسببة للطفرات حيث تكسب DNA طاقة
3- تحتوي أشعة الشمس الفوق بنفسجية ( ( UV) على طاقة أقل من اشعة X ولكنها يمكن أن تجعل قواعد الثايمن المتجاورة ترتبط معا متلفت الــ DNA انظر شكل 17-6 صفحة 198
طفرات الخلايا الجسمية والجنسية:
أ- طفرات الخلايا الجسمية: إذا حدثت طفرة فإن هذا الخلل يصبح جزء من الترتيب الوراثي للخلية ومن ثم ينتقل إلى الخلايا الجديدة المستقبلية) ولكنه لا ينتقل من جيل الآخر). ودرسنا سابقاً أن الطفرة التي تجعل دورة الخلية غير منضبطة تؤدي إلى السرطان.
ب- الطفرات الجنسية: إذا حدثت فإن هذا الخلل ينتقل إلى أبناء المخلوق الحي.
الهندسة الوراثية
الهندسة الوراثية: انظر شكل 6-18 صفحة 199
هي تقنية تتضمن التحكم في جزيء DNA لأحد المخلوقات الحية بواسطة إضافة DNA خارجي من مخلوق حي آخر.
تتضمن دراسة DNA وتعديله عمليات ( قطع بإنزيمات القطع وعزل القطع ، و ربطها مع جزيئات DNA خارجية وتحديد التسلسل) انظر جدول 4-6 صفحة 200
من الامثلة: أدخل بروتين الإضاءة الخضراء ( الموجودة طبيعياً في نوع من قناديل البحر) في برقات البعوض وبالتالي تحقق الباحثون من أن DNA الخارجي أرتبط مع المادة الوراثية للبعوض.
التقنيات الحيوية
التقنيات الحيوية: هي استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة.
المخلوقات المعدلة وراثياً: هي مخلوقات تم تعديلها بواسطة الهندسة الوراثية من خلال إدخال جين ما من مخلوق حي أخر ( مثل يرقات البعوض في المثال السابق).
الحيوانات المعدلة وراثياً:
حيث استعملت الفئران وذبابة الفاكهة والدودة الاسطوانية.
المواشي ومنها الماعز لإنتاج بروتين لمنع تخثر الدم أثناء العمليات الجراحية.
إنتاج ديك رومي مقاوم للأمراض
إنتاج أسماك تنمو سريعاً
وقد تصبح مستقبلاً مصدراً يستخدم في مجال زراعة الأعضاء.
النباتات المعدلة وراثياً: انظر اشكال 19-6 صفحة 201
إنتاج نباتات مقاومة للحشرات والآفات الفيروسية.
إنتاج نباتات مقاومة لمبيدات الأعشاب والحشرات مثل ( الذرة وفول الصويا والقطن)
إنتاج نبات فستق وفول صويا لا يسبب تفاعلات حساسية لمستهلكيها.
البكتريا المعدلة وراثياً:
إنتاج بكتيريا منتجة للانسولين وهرمونات النمو ومذيبة لخثرات الدم.
إنتاج بكتريا تبطيء من تكون بلورات الثلج على المحاصيل الزراعية عند الصقيع.
إنتاج بكتريا تزيل بقع النفط وتحلل القمامة.
مشروع الجينيوم البشري { انظر شكل 20-16 صفحة 202
الجينيوم البشري: هو معرفة جميع المعلومات الوراثية ( المحتوى الجيني) في خلية بشرية.
ولذلك بتحديد تسلسل وترتيب 3 مليارات نيوكليوتيد تقريباً تشكل DNA البشري ، و تحديد الجينات البشرية البالغ عددها من 20,000 إلى 25,000 حين..
أيضاً تم دراسة المحتوى الجيني المخلوقات حية أخرى. أقل من 2% فقط من نيوكليوتيدات الجينيوم البشري تشفر جميع البروتينات في الجسم.
أي ان الجينيوم يحتوي على سلاسل من القواعد النيتروجينية ( غير المشفرة) ليس لها وظيفة مباشرة.