"DNA وRNA: كيف تتحكم جزيئات صغيرة في صفاتك الوراثية وحياتك البيولوجية؟"

 كمية DNA في الخلايا فى حقيقيات النواة وجد بالقياس أن:

1- كمية DNA فى أنواع مختلفة من الخلايا الجسدية (عضلية أو عصبية أو دهنية أو من كبد أو جلد أو بنكرياس أو كيس صفن) لكائن حى معين مثل الدجاج متساوية، وعند قياس كمية البروتين فى نفس الخلايا وُجد أنها غير متساوية وهذا يفسر اختلاف طعم كل جزء فيها.

وهذا بسبب أن كل خلايا الكائن الحي تكونت بالإنقسام الميتوزي للبويضة المخصبة (خلية واحدة)، ويسبق الإنقسام تضاعف محتواها من ال DNA، وخلال الإنقسام يتوزع DNA بالتساوى بين الخليتان الناتجتين من الإنقسام. 

2- عند مقارنة كمية DNA فى الخلايا الجنسية (الأمشاج) بكمية DNA فى الخلايا الجسدية وُجد أن:

كمية DNA فى الخلايا الجنسية (الأمشاج) تساوى نصف كمية DNA فى الخلايا الجسدية لنفس الكائن الحي، وبذلك يحتوي كل من المشيج المذكر (الحيوان المنوى) والمشيج المؤنث (البويضة) على نصف المعلومات الوراثية (نصف كمية DNA) الموجودة فى الخلية الجسدية، بينما لا ينطبق ذلك على البروتين فليس من الضرورى أن تكون كميته أقل فى الخلايا الجنسية. 

عندما يلتقي المشيج المذكر مع المشيج المؤنث لإنتاج فرد جديد: يعود العدد الأصلى لخلايا الكائن الحي، وإلا ستضاعف المادة الوراثية فى كل جيل. 

البروتينات يعاد هدمها واعادة بنائها باستمرار داخل الخلايا اما ال DNA يكون ثابت ولا يتحلل الا عند تعرضه لإنزيمات محللة مثل انزيم دى اوكسي رايبونيوكليز.

إذن: كمية DNA فى تلك الخلايا دليل على أنه هو المادة الوراثية وليس البروتين.

محتوى DNA من القواعد النيتروجينية:
اكتشف عالم الكيمياء الحيوية إرون شارجاف Erwin Chargaff ومساعدوه في أواخر عام 1940م أن كل أفراد النوع الواحد من الكائنات الحية تحتوي على DNA ذي تركيب كيميائي واحد ولا ينطبق ذلك على البروتين

كما أن كل مركبات DNA تتكون من نفس النيوكليوتيدات الربعة التي تحتوي على القواعد النيتروجينية الأربعة

 الأدنين A والثيامين T والجوانيين G والسايتوسين C وهي لا توجد بنسب متسـاوية في خلايا أفراد الأنواع المختلفة

إلا ان DNA المستخلص من أفراد مختلفة من النوع نفسه أو مستخلص من أنسجة مختلفة لنفس الفرد تكون النيوكليوتيدات به لها نفس النسبة

وعلاوة على ذلك فإن DNA الخاص بكل نوع يحتوي على أعداد متساوية من كل من النيوكليوتيدات الأربعة

أي أن النسب تساوي تقريباً الواحد الصحيح وقد قاد هذا الاكتشاف فيما بعد إلى التعرف على تركيب جزئ حمض DNA.

تركيب DNA (Deoxyribonucleic Acid)

توصل العالم إرون شارجاف Erwin Chargaff ومساعدوه أن حمض DNA يتكون من وحدات بنائية أسماها النيوكليوتيدات Nucleotides ¡

ويتركب النيوكليوتيد من ثلاث مكونات:

سكر خماسي (وهو الريبوز منقوص الأكسجين Deoxyribose    في نيوكليوتيد DNA وهو يختلف عن سكر الريبوز في نيوكليوتيد RNA بذرة أكسجين واحدة في ذرة الكربون رقم 2)  

ومجموعة من الفوسفات مرتبطة برابطة تساهمية بذرة الكربون الخامسة في السكر

وواحدة من القواعد النيتروجينية الأربعة ترتبط برابطة تساهمية بذرة الكربون الأولي في السكر الخماسي

والقاعدة النيتروجينية قد تكون

أحد مشتقات البيريميدين Pyrimidine	أحد مشتقات البيورين Purine
الحلقية المفردة ثايمين	الحلقية المزدوجة
ثايمين (T) Thymine سايتوسين (C) Cytosine	أدنين (A) Adenine جوانين (G) Guanine

عندما ترتبط النيوكليوتيدات بعضها ببعض في شريط DNA فإن مجموعة الفوسفات المتصلة بذرة الكربون رقم 5′ في سكر أحد النيوكليوتيدات ترتبط برابطة تساهمية مع ذرة الكربون رقم 3′ في سكر النيوكليوتيد.

والشريط الذي يتبادل فيه السكر مع الفوسفات يطلق عليه هيكل سكر- فوسفات 

وهذا الهيكل غير متماثل بمعنى أنه يوجد به مجموعة فوسفات طليقة مرتبطة بذرة الكربون رقم 5′ في السكر الخماسي عند إحدى نهاياته ومجموعة هيدروكسيل OH- طليقة مرتبطة بذرة الكربون رقم 3′ في السكر الخماسي عند النهاية الأخرى

أما قواعد البيورينات والبريميدينات فإنها تبرز على جانب واحد من الهيكل سكر فوسفات. 

وكما علمنا فقد توصل شارجاف إلى أن في كل جزئ من DNA يكون عدد نوكليوتيدات A ≈ T وكذلك عدد نيوكليوتيدات G ≈ C وعرف ذلك بقانون شارجاف اى ان A+G = C+T

 أهم تفسيرات البيولوجية الجزيئية

اعتقاد العلماء ان الصبغيات هي المادة الوراثية

وذلك لأنه عند انقسام الخلية تستقبل كل خلية نفس عدد الصبغيات الموجودة في الخلية الأصلية

 

اعتقاد العلماء ان البروتين هو المادة الوراثية

وذلك لآنه يدخل في تركيبه 20 حمض اميني يرتبطوا بطرق مختلفة لتكوين عدد لا حصر له من المركبات البروتينية بينما يدخل في تركيب DNA أربع نيوكليوتيدات فقط

 

لإنزيم الديوكسي ريبونيوكليز الفضل في اكتشاف المادة الوراثية

وذلك عندما اثير اعتراض على تجربة افري ومعاونوه حيث ان المادة المعزولة لم تكن DNA نقيا وانما كانت DNA مختلطا بالبروتين النتيجة الحاسمة اتت بعد اكتشاف انزيم ديوكسي ريبونيوكليز حيث ان هذا الإنزيم يحلل DNA تحليلا كاملا ولا يؤثر على البروتين ولا RNA وعند معاملة المادة النشطة بهذا الإنزيم فقدت قدرتها على التحول البكتيري مما يدل على ان DNA الوراثية هى المادة الوراثية

 

يحتوي المشيج على نصف المادة الوراثية

وذلك لأن الفرد الجديد يتكون من اتحاد مشيج مذكر مع مشيج مؤنث فلا بد ان يكون بكل منهما نصف المادة الوراثية

 

هيكل سكر فوسفات غير متماثل

وذلك لأن القواعد النيتروجينية تبرز على جانب وأحد فقط ولأن الطرف 5/ ينتهي بمجموعة فوسفات حرة والطرف 3/ ينتهي بمجموعة هيدروكسيل حرة

 

المسافة بين شريطي DNA على طول الجزيء تكون متساوية أو عرض درجات سلم DNA تكون متساوية

وذلك لأن كل قاعدتين يرتبطان ببعضهما أحداهما ذات حلقتين والأخرى ذات حلقة وأحدة

 

شريطا DNA في وضعين متعاكسين

وذلك حتى تتكون الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية بشكل سليم

 

غياب انزيمات اللولب من خلايا طفل تؤدي الى موته

وذلك لعدم تضاعف DNA فتتوقف الخلية عن الإنقسام فيقف نمو الطفل وجروحه لن تشفى وفي النهاية يصاب بأضرار خطيرة تؤدي الى موته

 

حدوث تضاعف DNA قبل انقسام الخلية

وذلك حتى تستقبل كل خلية نفس عدد الصبغيات الموجودة بالخلية الأصلية

 

اعتقاد العلماء ان البلاستيدات والميتوكوندريا نشأت كأوليات نواة متطفلة على حقيقيات النواة ثم استقرت بها بعد ذلك

وذلك لأن البلاستيدات والميتوكوندريا تحتوي على DNA يشبه DNA

الموجود في اوليات النواة بالإضافة الى احتواء بعض حقيقيات النواة مثل الخميرة على بلازميدات

 

حدوث خلل لجزئ DNA

وذلك بسبب حرارة الخلية التي تعمل على كسر الروابط التساهمية في السكريات الأحادية – البيئة المائية للخلية – التعرض للعديد من المركبات الكيميائية والإشعاع

 

بالرغم من حدوث آلاف التغيرات سنويا لجزئ DNA الا ان تغيران او ثلاثة يكون لهم صفة الدوام

وذلك بفضل نساط مجموعة مكونة من 20 انزيم تسمى انزيمات الربط تعمل في تناغم على اصلاح عيوب DNA

 

وجود نسختين من المعلومات الوراثية وأحدة على كل شريط – اللولب المزدوج حيوي للثبات الوراثي – الكائنات التي محتواها الوراثي DNA تتميز بمعدل منخفض من التغيرات

وذلك لوجود نسختين من المعلومات الوراثية وأحدة على كل شريط فإذا حدث خلل في أحدى الشريطين فان انزيمات اللولب تستخدم الشريط الآخر كقالب لإصلاح الخلل على هذا الشريط

 

بعض عيوب DNA لا يمكن اصلاحها

وذلك إذا حدث خلل في كلا الشريطين في نفس الوقت وفي نفس الموقع

 

الفيروسات سريعة التغيرات

وذلك لأن محتواها الوراثي شريط مفرد من RNA او DNA

وبذلك إذا حدث خلل عليه لا يمكن اصلاحه

 

يجب ان يلف جزئ DNA

وذلك لأن جزيء DNA طويل لو تم فرده لوصل طوله قدر طول الخلية عدة مرات لذلك يجب ان يلف حتى تستوعبه الخلية

 

ارتباط البروتينات الهستونية بقوة بمجموعة الفوسفات السالبة

وذلك لأن البروتينات الهستونية تحتوي على قدر كبير من الحمضين الأمينيين القاعديين ليسين وأرجنين وتحمل المجموعة الجانبية لهذين الحمضين شحنة موجبة في الوسط المتعادل للخلية وهذا سبب ارتباطها بقوة بمجموعة الفوسفات السالبة

 

دخول البروتينات في تركيب الصبغيات بالرغم من انها ليست المادة الوراثي

وذلك لأن البروتينات الهستونية والغير هستونية لها دور في لف جزئ DNA حتى تستوعبه الخلية

 

اهمية البروتينات الغير هستونية في تركيب جزئ DNA

تلعب دورا رئيسيا في التنظيم الفراغي لجزئ DNA كما تحدد شفرته ما إذا كانت تستخدم في بناء RNA او البروتين او الإنزيمات او غيرها من المواد

 

وجود البروتينات الهستونية الريبوسومات بكثرة في الخلية

وذلك لأن الجين المسؤول عن بنائها جين متكرر حيث يوجد في خلايا حقيقيات النوة مئات من النسخ المسؤول عن بناء البروتينات الهستونية والريبوسومات

 

لا توجد علاقة بين المحتوي الجيني وتعقد الكائن الحي

وذلك لأن المحتوى الجيني للسلمندر 30 مرة قدر المحتوى الجيني للثدييات ومع ذلك تكون خلاياه كمية اقل من البروتين

 

اهمية DNA الذي لا يمثل شفرة

ربما يعمل على احتفاظ الصبغيات بتركيبها – ربما يمثل اشارة الى المناطق التي ينسخ منها mRNA وهي تمثل مناطق هامة في تخليق بروتين الخلية 

 

تضاعف الصبغيات بالخلية

وذلك بسبب عدم انفصال الكروماتيدات بعد انقسام السنترومير او بسبب عدم تكوين جدار فاصل بين الخليتين البنويتين

 

شيوع التضاعف الصبغي في النبات

وذلك لأن نسبة كبيرة من النباتات بها تضاعف صبغي 3ن و4ن و6ن و8ن وحتى 16ن وذلك بسبب تضاعف الصبغيات في الأمشاج

 

تقل ظاهرة التضاعف الصبغي في الحيوان

وذلك لأن تحديد الجنس في الحيوان يتطلب توازن دقيق بين الصبغيات الجسمية والصبغيات الجنسية ولكنه يشيع في بعض الحيوانات الخناث التي ليس لديها مشكلة في تحديد الجنس

 

حدوث تغير في تركيب الصبغ

وذلك عند زيادة او نقص جزء من الصبغ او عند انفصال قطعة من الصبغ ودورانها حول نفسها 180 ⁵ ثم اعادة اتحادها بالصبغ من جديد او عند تبادل صبغيين غير متماثلين

 

بعض الطفرات الجسمية قد تورث

وذلك عند حدوث طفرة في أحد أفرع النبات وكانت الطفرة مرغوبة فإنه يمكن فصل هذا الفرع واكثاره إذا كانت الطفرة مرغوبة

 

معاملة خلايا القمم النامية للنباتات بأشعة اكس اوجاما او حمض النيتروز او مادة الكوليشسين

وذلك حتى تموت خلايا القمم النامية وتظهر خلايا أسفل منها قد يكون بها تضاعف صبغي

 

يعتبر الأكتين والميوسين والكولاجين والكيراتين من البروتينات التركيبية

وذلك لأن الأكتين والميوسين يدخلان في تركيب العضلات والكولاجين يدخل في تركيب الأنسجة الضامة والكيراتين يدخل في تكوين الأغطية الواقية

 

تعتبر الإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة من البروتينات التنظيمية 

وذلك لأن الأنزيمات تنظم سرعة التفاعلات الكيميائية التى تتم داخل الخلية والهرمونات تمكن الجسم من الإستجابة للتغير المستمر في البيئة الداخلية والخارجية والأجسام المضادة تقي الجسم من الأجسام الغريبة

 

يشذ الحمض الأميني جلايسين عن باقي الأحماض الأمينية

وذلك لعدم احتوائه على مجموعة الكيل

 

اختلاف البروتينات رغم تشابه وحداتها البنائية

ويرجع ذلك لإختلاف عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب سلسلة عديد الببتيد ولإختلاف عدد البوليمرات التي تدخل في بناء البروتين بالإضافة الى الروابط الهيدروجينية التي تعطي للجزيء شكله المميز

 

وجود ذيل من عديد الأدنين في نهاية mRNA

لحماية mRNA من الإنحلال بواسطة الإنزيمات في السيتوبلازم

 

يتم بناء الآلاف من الريبوسومات في الساعة

وذلك لوجود ما يزيد عن 600 نسخة من جينات بناء rRNA والتي تدخل في بناء الريبوسومات

 

اثناء تخليق البروتين قد تتبادل تحت وحدة الريبوسوم وحدتيها

وذلك لأنه اثناء تخليق البروتين قد ترتبط أي تحت وحدة ريبوسوم كبيرة بأي تحت وحدة ريبوسوم صغيرة

 

تتشابه جزيئات tRNA في شكلها

وذلك بسبب إلتفاف اجزاء من الجزيء على شكل حلقات تحافظ على شكلها نتيجة ازدواج القواعد في بعض اجزائها

 

الشفرة الوراثية ثلاثية

حتى تكون عدد الكلمات المتكونة 4 أس 3 أي = 64 كلمة وهذا يكفي ويزيد لعدد الأحماض الأمينية

 

الشفرة الوراثية عالمية او عامة

وذلك لأن نفس الكودون يمثل شفرة لنفس الحمض الأميني في كل الكائنات الحية وهذا يؤيد ان الشفرة الوراثية تكونت منذ ملايين السنين ثم ثبتت بعد ذلك ويؤيد ايضا فكرة التطور وهي ان الكائنات الحية نشأت من اسلاف مشتركة

 

يمكن نقل tRNA من كائن حي الى كائن حي آخر دون حدوث ضرر

وذلك لأن الشفرة الوراثية عالمية او عامة أي ان نفس الكودون يمثل شفرة لنفس الحمض الأميني في كل الكائنات الحية أي ان tRNA يحمل نفس الحمض الأميني في كل الكائنات الحية

 

في بعض الأحيان يطلق على mRNA عديد الريبوسوم

وذلك لأنه في بعض الأحيان يتصل ب mRNA أكثر من ريبوسوم قد يصل الى 100 ويترجم كل منها الى رسالة خاصة فى تخليق البروتين

 

اهمية تهجين الحمض النووي DNA

وذلك للكشف عن وجود جين معين وكميته ولدراسة العلاقات التطورية بين الأنواع

 

عدم قدرة الفيروسات على النمو داخل خلايا بكتيرية معينة

وذلك لأن هذه البكتيريا تكون نوع من الإنزيمات تسمى انزيمات القصر تتعرف على مواقع معينة في جزيء DNA الفيروسي الغريب وتقطعه عندها وتحوله الى DNA عديم الفائدة

 

عدم مهاجمة انزيمات القصر DNA الخاص بالخلية البكتيرية

وذلك لأن هذه البكتيريا تكون نوع آخر من الإنزيمات تسمى انزيمات معدلة تضيف مجموعة ميثيل في موقع التعرف في DNA البكتيري والذي يشبه موقع التعرف في DNAالفيروسي وبذلك يصبح DNA البكتيري مقاوما لفعل انزيمات القصر

 

يمكن لصق DNA البشري ببلازميد بكتيريا رغم اختلاف كل منهما

وذلك عن طريق معاملة DNA البشري وبلازميد البكتيريا بنفس انزيم القصر فتتكون أطراف لاصقة تتكامل معا ثم تربط بواسطة انزيمات الربط

 

وجود انزيم النسخ العكسي في الفيروسات

وذلك لأن المحتوى الجيني لهذه الفيروسات RNA فتستخدم انزيم النسخ العكسي في تحويل RNA الى DNA يرتبط بخلية العائل

 

تخوف بعض الدول من استمرار البحث في تكنولوجيا DNA معاد الاتحاد

وذلك لأنها تكنولوجيا خطرة لو استخدمت في اغاض اخرى

 

في البداية كان الإنترفيرون نادرا ومرتفع الثمن ثم أصبح متوفرا ورخيصا

في البداية كان نادرا ومرتفع الثمن وذلك لأنه كان يستخلص بصعوبة من خلايا بشرية ثم أصبح متوفرا ورخيصا لأن الباحثين في شركات الأدوية تمكنوا من ادخال 15 جين للإنترفيرون البشري داخل الخلايا البكتيرية

 

يفضل الأنسولين المنتج بتكنولوجيا DNA معاد الاتحاد عن الأنسولين المستخرج من بنكرياس الأسماك والمواشي

لأن هناك بعض البشر لا يتحملوا الفروق الطفيفة بين الأنسولين البشري والأنسولين الحيواني

 

ترتيب الكروموسوم X من حيث الحجم خاطئ

وذلك لأن ترتيبه من حيث الحجم يلي الكروموسوم السابع ولكنه اخذ رقم 23