🧬 البيولوجيا الجزيئية

📚 محتويات المقال

جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية للكائن الحي

البيولوجيا الجزئية

 احد المجالات الحديثة لعلم الاحياء ظهر فى الاربيعينات من القرن العشرين وتتقدم بسرعة ‏كبيرة جدا و هى تهتم بدراسة الاساس الجزيئى للوراثة.

انتقال الصفات الوراثية

الجينات وحدات المعلومات الوراثية المتحكمة فى الصفات الموروثة وتحتوى على معلومات كثيرة ومتنوعة ‏ويتكون كل منها من لولب مزدوج يسمي الحمض النووى الديوكسي ريبوز ‏‎ DNA 

المعلومات الوراثية 

تحمل على الصبغيات (الكروموسومات) الموجودة غالبا داخل انويه الحقيقيات النواة او في ‏السيتوبلازم في بعض اوليات النواه بدليل انه اثناء انقسام الخلية

 تنفصل الصبغيات عن بعضها وتحمل كل خلية ‏ناتجة نفس عدد الصبغيات الموجودة بالخلية الاصلية

اثناء الانقسام الميتوزي في الخليه الامية  تنفصل الكروماتيدات الشقيقة (المتآخية) الي مجموعتين متماثلتين ‏بحيث يصبح لكل خليه بنوية ناتجة من الانقسام نفس عدد الصبغيات في الخلية الاميه (الاصلية).‏

الكروماتيدات الشقيقة  المتآخية (بالإنجليزية: ‏Sister chromatids‏)‏ مصطلح في علم الأحياء يشير إلى نسختين ‏متطابقتين من الكروماتيد تشكلت في عملية نسخ كروموسوم واحد .‏

يتم إنشاء مجموعة كاملة من الكروماتيدات الشقيقة أثناء مرحلة (‏S‏) من الطور البيني، عندما يتم تضاعف المادة ‏الجينية، أي جميع الكروموسومات والدنا في الخلية.‏

يتم فصل الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها البعض إلى خليتين مختلفتين أثناء الانقسام الميتوزي أو أثناء ‏الانقسام الثاني للانقسام الميوزي (انقسام ميوزي ‏II‏). ‏

ولكن من المهم ملاحظة الفرق بين الكروماتيدات الشقيقة في الانقسام الميتوزي والكروماتيدات الشقيقة في ‏الانقسام الميوزي الثاني. ‏

الفرق الأساسي هو أنه في الانقسام الميتوزي، تكون الكروماتيدات الشقيقة متطابقة جينياً بسبب تضاعف المادة ‏الجينية قبل بدأ عملية الانقسام الميتوزي في المرحلة ‏S‏.‏

في المقابل، لا تكون الكروماتيدات الشقيقة متطابقة جينياً في الانقسام الميوزي الثاني، وذلك بسبب التعابر ‏الكروموسومي  (العبور)الذي قد حدث في الانقسام الميوزي الأول. ‏

بالإضافة إلى ذلك، تكون المرحلة ‏S‏ غير موجودة قبل الانقسام الميوزي الثاني، بمعني أنه لا يتم تضاعف المادة ‏الجينية قبل بدأ هذه العملية (على عكس الانقسام الميتوزي).‏

تركيب الصبغى‎ 

يتركب من شريط حلزونى مزدوج يسمى  ‏DNA‏  و البروتين

‎ ‎واختلف العلماء حول ايهما يحمل المعلومات الوراثية كما يلى قبل الاربعينات من القرن الماضى ‏

ما هى الاسباب التى دفعت العلماء الي الاعتقاد ان البروتينات هي الماده الوراثيه في البداية؟

اعتقد العلماء ان البروتينات تحمل المعلومات الوراثية وليس ‏‎ DNAلان البروتينات تتركب من 20 نوع حمض ‏امينى مختلف تتجمع بطرق مختلفة فتعطى عدد لاحصر له من البروتينات المختلفة ‏‏ بينما‎ DNA ‎يتركب من اربع انواع من النيوكليوتيدات فقط‎ 

مع بداية الدراسات فى الاربعينات من القرن الماضى : اتضح ان‎ DNA ‎هو الذى يحمل المعلومات الوراثية و معه مما ‏ادى الي قيام العلماء بدراسة الاساس الجزيئى للوراثة و الذي يطلق عليه عادة أسم البيولوجيا الجزيئية

البيولوجيا الجزيئية 

هو العلم الحديث الذي يهتم بدراسه الاساس الجزيئى للوراثه  ‏DNA‏  و هو يتقدم بسرعه ‏كبيرة.‏

بمعنى آخر يمكن القول أن البيولوجيا الجزيئية هي دراسة الركائز والأسس الجزيئية الخاصة بمضاعفة المادة ‏الوراثية ونسخها ونقلها أو ترجمتها.‏

الأدله على ان   ‏DNA‏ هو المادة الوراثية

أولاً : التحول البكتيرى .  ( نقل قابلية القتل بين سلالات البكتيريا المسببة للإلتهاب الرئوى للفئران )‏

مفهوم التحول البكتيرى : هو تحول إحدى سلالات البكتيريا إلى سلالة أخرى مختلفة وراثياً .‏

أو هو تحول فى الصفات الوراثية لسلالة من البكتيريا الغير مميتة ( ‏R‏  ) لتكتسب الصفات الوراثية لسلالة أخرى من ‏البكتيريا المميتة ( ‏S‏ ) , نتيجة لإنتقال المادة الوراثية من سلالة ‏S‏ إلى سلالة  ‏R‏ .‏

 تجربة العالم جريفث ( ظابطاً و طبيباً بريطانى ) سنة 1928 م:‏

التجربة هى دليل  تمهيدى لم يؤدى إلى نتيجة قاطعة بأن الـ ‏DNA‏ هو مادة الوراثة

فى القرن العشرين تفشى مرض إلالتهاب الرئوي فى لندن , وكان جريفث من الباحثين عن كيفية تسبب بكتيريا ‏الإلتهاب الرئوى لذلك المرض محاولاً إكتشاف علاج أو لقاح مناسب لذلك ولم يكن يفكر فى إكتشاف المادة الوراثية ‏لتلك البكتيريا .‏

درس جريفث تأثير سلالتين من البكتيريا المسببة للإلتهاب الرئوى على الفئران :‏

سلالة ملساء مميتة S:	سلالة غير مميتة خشنه ولكن ممرضة R:
ناعمة الملمس تكون مستعمرات ملساء فى أطباق الاستنبات. وذلك لأنها محاطة بمحفظة من عديدات التسكر تحميها من جهاز المناعة. عند حقن الفئران بها: تسبب التهاب رئوى حاد وموت للفئران.	خشنة الملمس حيث تكون مستعمرات خشنة فى أطباق الاستنبات. وذلك لأنها غير محاطة بمحفظة ويسهل بلعمتها بكريات الدم البيضاء. عند حقن الفئران بها: تسبب إصابة الفئران بالإلتهاب الرئوى الحاد ولكن لا يصل لدرجة الموت فلا تسبب موتها
حقن جريفث الفئران بالبكتيريا ولاحظَ ما يلي:

التجربة	حالة الفئران	التفسير
عند حقن مجموعة من الفئران بسلالة البكتيريا المميتة (S) الملساء	تم إصابة الفئران بالإلتهاب الرئوى الحاد ثم ماتت.	البكتريا تسبب التهاب رئوى وتقتل الفئران
(ب) عند حقن مجموعة أخرى من الفئران بسلالة البكتيريا الممرضة (R) الخشنة	تم إصابة الفئران بالإلتهاب الرئوى الحاد ولكن بقت على قيد الحياة (مرضت دون أن تموت).	البكتريا تسبب التهاب رئوى ولكنها لا تقتل الفئران
(جـ) عند حقن مجموعة ثالثة من الفئران بسلالة البكتيريا (S) المميتة سبق قتلها بالحرارة (مميتة ميتة)	لم تمت الفئران، لأن الحرارة سببت تلف المحفظة التى تحميها من الجهاز المناعى للفأر.	لا تموت الفئران
(د) عند حقن المجموعة الأخيرة من الفئران بمزيج من سلالة البكتيريا (S) المميتة سبق قتلها بالحرارة (ميتة) + بكتيريا السلالة (R) المُمرضة (حية):	كانت النتيجة غير متوقعة حيث ماتت بعض الفئران ومرض البعض الآخر، وعند فحص الرئات بجثث الفئران الميتة وجد بها سلالة البكتيريا المميتة (S) حية مع أن البكتيريا المميتة لم تكن حية (لأنها R أصلاً)	البكتيريا (R) تحولت لبكتيريا (S) وأصبحت مميتة.

 

 

ملاحظة هامة جدا

لم يفسر جريفث كيفيه انتقال المادة الوراثيه من السلاله الملساء ‏s‏  الى السلالة الخشنه ‏R‏ ‏

اطلق جريفث على تجاربه مع الفئران اسم التحول البكتيري

التجربة الثانيه عندما تمكن العالم الأمريكي آفري‎ Oswald Afery ‏( وزميلاه مكارتي وماكلويد ):‏

‏

تعرف أفري وزملاؤه على الجزيء الذي حول البكتيريا من السلالة ‏R‏ إلى السلالة ‏s‏ ‏

‏1) عزل جزيئات كبيرة مختلفة من خلايا البكتيريا المميتة (مادة التحول البكتيري التى تسببت في تحول البكتريا  (‏R‏)  ‏الغير مميتة الى البكتريا  (‏S‏) المميته) مثل : ( ‏DNA‏ - وبروتين - ودهون ) ‏

‏2) قاموا بتحليل ماده التحول البكتيرى‏

‏3) عرض الخلايا البكتيرية الحية (‏R‏) لهذه الجزيئات الكبيرة بشكل منفصل ‏

‏4) الإستنتاج : تغير خلايا (‏R‏) إلى خلايا (‏S‏) بسبب انتقال ال‏DNA ‎‏ من (‏S‏) إلى (‏R‏) ‏

اى ان ماده التحول البكتيري تتكون  من الDNA ‎‏ ‏

والتي أثبت التحليل الكيميائي والفيزيائي فيما بعد أنها عبارة عن حمض‎ DNA .‎

‎ ‎التفسیر العام للتحول البكتیري‎ ‎

سلالة البكتريا ‏R‏ قد امتصت   ‏DNA ‎‏ الخاص بسلاله البكتريا  ‏‎ S ‎بطريقه لم تعرف حتى وقتنا هذا فاكتسبت ‏خصائصها و انتقلت الي الابناء.

الاعتراض علي ان  ‏DNA‏  هو ماده الوراثه

أثير في أول الأمر اعتراضا على أن‎ DNA ‎هو المادة الوراثية على أساس أن الجزء من‎ DNA ‎الذي سبب التحول ‏البكتيري لم يكن على قدر كاف من النقاوة لان به  كمية من البروتين يحتمل ان تكون هي التي سببت هذا التحول

إلا أن التجربة الحاسمة

‏ قد أجريت عندما تم معامله المادة النشطه المنتقله ( ‏DNA‏ والبروتينات ) المسئولة عن التحول البكتيري ‏

بإنزيم دى اوكسي رايبونيوكليز الذي يحطمه و يحلل ‏DNA‏ وفي نفس الوقت لا يؤثر علي البروتينات او حتى  ‏RNA ‎‏ ‏

ملحوظة يمكن التخلص من البروتينات بهضمها بإنزيمات محللة مثل التربسين تم نقل هذه الماده الي سلاله البكتيريا ‏‎ ‎‏ ‏R ‎‏    غير المميته.‏

المشاهده لم تتحول البكتريا  ‏R‏   الي البكتريا ‏S

التفسير نتيجه لغياب ماده التحول و هى ال ‏DNA‏  تتوقف عمليه التحول و لن تموت الفئران

الاستنتاج   ‏DNA ‎‏ هو المادة الوراثيه و ليس البروتين

لاقمات البكتيريا ‏Bacteriophages :‎‏ البكتريوقاج

عام 1952م اكتشف آلفريد هيرشي‎ Alfred Hershy ‎ومارثا تشيس‎ Matha Chase ‎

أن‎ DNA ‎هو المادة الوراثية لآكل البكتيريا‎ T2 ‎وهو واحد من عدة الفاجات التي تصيب بكتيريا القولون حيث يمسك ‏بها بخيوط الذيل ولوحظ أنه بعد حوالي 32 دقيقة من اتصال الفيروس بالخلية البكتيرية أنها تنفجر ويخرج منها ‏حوالي 100 فيروس جديد مكتمل التكوين  وعلى ذلك لابد أن المادة التي دخلت إلى البكتيريا تحتوي على جينات ‏الفيروس كما أن الغلاف البروتيني لفيروس‎ T2  ‎لا يدخل البكتيريا‎ .‎‏ ‏

العالمان هيرشي و تشيس

استغل هيرشي و تشيس عده حقائق علميه لاجراء تجاربهم و هي :أن DNA يدخل في تركيبه الفسفور ولا يحتوي على الكبريت كما أن معظم البروتينات تحتوي على الكبريت ولا تحتوي على الفسفور

التجربة والخطوات		المشاهدة
فقام العالمان بترقيم (بتنمية DNA الفيروسي للبكتريوفاج) على غذاء يحتوي على نظير الفسفور المشع 32P    كعلامة مميزة لحمض DNA     والكبريت المشع 35S   كعلامة مميزة لبروتينات الفيروس ثم سمحا للفيروس بمهاجمة الخلية البكتيرية وقاما بالكشف على الفسفور المشع والكبريت المشع داخل وخارج البكتيريا		وأظهرت النتائج أنه لم بدخل من البروتين الفيروسي إلى الخلية البكتيرية إلا أقل من 3% من قياس كمية الكبريت المشع أما DNA الفيروسي فقد دخل كله تقريباً لداخل الخلية البكتيرية ودفعها لبناء فيروسات جديدة عدم وصول أغلب البروتين الفيروسي

الاستنتاج

DNA   الفيروسي يدخل الى الخليه ويدفعها لبناء فيروسات جديدة

DNA هو المادة الوراثية و ليس البروتين

ملحوظة هامه جدا

لم تقدم تجربة هيرشي وتشيس دليلاً واضحاً بأن‎ DNA ‎هو المادة الوراثية للاقمات البكتيريا

لأن كمية قليلة جداً من المادة البروتينية الموسومة بالكبريت المشع تدخل الخلية البكتيرية بصحبة‎ DNA ‎وقد ‏تحمل المعلومات الوراثية‎ .‎

وبقى الأمر كذلك لمدة عام حتى نشر نموذج واطسون وكريك حيث بدأت مرحلة أخرى من الأبحاث والدراسات

ترقيم العنصر اى تحويله من صورة مستقرة الى صورة مشعه حتى تسهل عمليه رصده و تتبعه.‏

الماده الوراثيه لكل من البكتريوفاج و البكتريا الخاصه بالالتهاب الرئوى تتكون من ‏DNA ‎‏   ‏

كل الجينات ليست ‏DNA ‎‏   لان بعض الفيروسات مثل الايدز و كوفيد و الانفلونزا تتكون من جزيئات ‏‎ RNA

ثالثا 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  و هذا يفسر اختلاف طعم كل جزء فيها.‏

بسبب أن كل خلايا الكائن الحى تكونت بالإنقسام الميتوزى 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 الحى , ‏وبذلك يحتوى كل من المشيج المذكر ( الحيوان المنوى ) والمشيج المؤنث ( البويضة ) على نصف المعلومات ‏الوراثية ( نصف كمية ‏DNA‏ ) الموجودة فى الخلية الجسدية , بينما لاينطبق ذلك على البروتين فليس من الضرورى ‏أن تكون كميته أقل فى الخلايا الجنسية . ‏

‏♦ عندما يلتقى المشيج المذكر مع المشيج المؤنث لإنتاج فرد جديد : يعود العدد الأصلى لخلايا الكائن الحى , ‏والإ ستضاعف المادة الوراثية فى كل جيل . ‏

البروتينات يعاد هدمها و اعادة بنائها باستمرار داخل الخلايا اما ال ‏DNA‏ يكون ثابت و لا يتحلل الا عند تعرضه ‏لانزيمات محللة مثل انزيم دى اوكسي ريبونيوكليز. ‏

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

رابعا 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 ‎والثايمين‎ T ‎والجوانين‎ G ‎والسايتوسين ‏‎ C‏ ‏

وهى 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 .‎