الطبيعة الكيميائية للخبر الوراثي

     I ـ  طبيعة الخبر الوراثي

لتعرف الطبيعة الكيميائية للخبر الوراثي نقترح دراسة المعطيات التجريبية التالية:

           1ـ تجارب Griffith (1929)

 استعملت في هذه التجارب بكتيريات تسمى المكورات الرئوية Pneumocoques التي توجد في شكلين: بكتيريا ذات محفظة تشكل مستعمرات ملساء Smooth وتدعى بكتيريا S وأخرى بدون محفظة تشكل مستعمرات خشنة Rough وتدعى بكتيريا R.

يمثل الجدول التالي نتائج هذه التجارب

انظر الرابط   animations flash    

     2 ـ تجارب Avery, Mac Leod et Mac Carthy-1944     

1ـ  ماذا تستنتج (ي) من خلال نتائج تجارب Griffith؟

2 ـ انطلاقا من تجارب Avery, Mac Leod et Mac Carthy، استخلص (ي) طبيعة المادة المسؤولة عن النتيجة المحصل عليها في تجربة Griffith الرابعة.

3 ـ اقترح (ي) تفسيرا لالية التحول البكتيري.

1 ـ المجموعتين1و2: المكورات الرئوية S  مميتة (حادة) بينما المكورات الرئوية R  غير مميتة (غير حادة).

 ـ المجموعة3: المحفظة هي المسؤولة عن القدرة الممرضة

 ـ المجموعة4:  S الميتة حولت R الحية إلى S حية عن طريق مادة نقلتها إليها.

2 ـ من خلال هذه التجارب يتبين أن المادة التي انتقلت من S الميتة إلى R الحية لتحولها إلى S حية (بعد تركيبها للمحفظة) هي عبارة عن جزيئة ADN التي تعني Acide Desoxyribo-Nucleique اي حمض نووي ريبوزي ناقص أكسجين.

3 ـ بعد موت المكورات S الحادة  يتجزأ ADN إلى أجزاء صغيرة فيدمج جزء من ADNs في ADN المكورات R الحية التي تصبح لها القدرة على تركيب المحفظة المسؤولة عن المرض. يعني هذا نقل صفة وراثية جديدة من S إلى R.

    3 ـ تجارب Hershey and chase: على العاتيات (فيروسات تتطفل على البكتيريات)

                                                                          انظر الرابط  animation Flash

   ملحوظة: نجد أيضا جزءا من ADN على مستوى الميتوكوندريات والبلاستيدات الخضراء لكنه يتحكم أساسا في بعض خصائص هذه العضيات.

II  دراسة الصبغيات:

     1 الخريطة الصبغية والصيغة الصبغية:

لإنجاز خريطة صبغية نضع الخلايا في وسط اقتياتي تتكاثر فيه، ثم نوقف الانقسامات في المرحلة الاستوائية عندما تكون الصبغيات أكثر وضوحا بإضافة مادة تمنع هجرة الصبغيات بتفكيكها لمغزل الانقسام مثل الكولشيسين، بعد ذلك نضع الخلايا في وسط ناقص التوتر حيث يدخل الماء للخلايا و تتفرقع فنلتقط الصبغيات ثم نصورها بعد تلوينها ثم نرتبها أزواجا حسب شكلها، قدها وتموضع الجزيء المركزي. إذن فالخريطة الصبغية تضم مجموع صبغيات الخلية الواحدة.

تمثل الوثيقة التالية الخريطة الصبغية لكل من ذكر وأنثى ذبابة الخل:

1ـ  قارن(ي) الخريطتين الصبغيتين.

2 ـ استخلص(ي) الصيغة الصبغية لكل من ذكر وأنثى ذبابة الخل.

1 ـ يتبين أن كل الصبغيات توجد على شكل أزواج لذلك يعبر عن الصيغة الصبغية 2n حيث n عدد الأزواج وتسمى هذه الخلايا ثنائية الصيغة الصبغية.

عند كل من الجنسين الأزواج من 1 إلى 3 صبغيات متماثلة وتسمى الصبغيات اللاجنسية A أما الزوج الأخير فعند الأنثى يتكون من صبغيين متماثلين XX وعند الذكر مكون من صبغيين متغايرين XY، إذا X و Y يمكنان من التمييز بين الذكر والأنثى، يطلق عليهما الصبغيين الجنسيين.

2 ـ الصيغة الصبغية لذكر ذبابة الخل 2n= 3AA+ XY

الصيغة الصبغية لأنثى ذبابة الخل 2n= 3AA+ XX

عند بعض الكائنات لا ترتب الصبغيات على شكل أزواج لأنها غير متماثلة، نتكلم عن خلايا أحادية الصيغة الصبغية، وبرمز لها بـ n.

2 التركيب الكيميائي للصبغيات:

تمثل الوثيقة التالية مكونات الصبغيات.

1ـ استخرج(ي) من الوثيقة مكونات الصبغيات.

1 ـ يتبين أن الصبغي تتكون من ADN وبروتينات تسمى الهيستونات

 III ـ  دراسة ADN  

-1 التركيب الكيميائي لـ ADN:  انظر الملف pps

أثبتت الحلمأة الأنزيمية أن ADN يتكون من العناصر الممثلة في الوثيقة التالية:

1ـ استخرج (ي) من الوثيقة مكونات الـ ADN.

1 ـ يتبين أن ADN يتكون من العناصر التالية:

 – حمض فوسفوري H3PO4

 – سكر ريبوزي ناقص أكسجين C5H10O4

 – قواعد أزوتية: A: أدنين،G: كوانين،C: سيتوزين،T: تيمين.

بنية ADN:

أ ـ نجربة Chargaff

مكنت أعمال Chargaff سنة 1949 من الحصول على النتائج الممثلة في الوثيقة التالية:

1ـ احسب (ي) الحاصل A/T و C/G عند جميع الأنواع.

2 ـ اعتمادا على هذه النتائج استنتج (ي) العلاقة بين النيكليوتيدات.

1 ـ حساب الحاصل:

ـ الخميرة:

 A/T =0,9749 et C/G= 0,9679

القمح:

 A/T =1,0036 et C/G=1,0044

الدجاجة

 A/T = 0,9795 et C/G= 1,0190

الإنسان

 A/T = 1,0510 et C/G=0,9949

2 ـ نلاحظ أن الحاصل A/T يقارب الحاصل C/G عند جميع الأنواع ، وهو يقارب 1. يمكن تفسير ذلك بأنه على مستوى جزيئة ADN عدد النيكليوتيدات T يساوي عدد النيكليوتيدات A وعدد النيكليوتيدات G يساوي عدد النيكليوتيدات C، وهذا يعني أن جزيئة ADN تتكون من خييطين متقابلين حيث أن T في الخييط الأول يقابلها A في الخييط الثاني و G في الخييط الأول يقابلها C في الخييط الثاني.

مثال:

A C G T A T G C C C A T A C G C G C G C G

T G C A T A C G G G T A T G C G C G C G C

ب ـ أعمال Rosalind Franklin

تمكنت من الحصول على صور بالأشعة X لجزيئة ADN تظهر على الشكل الممثل في الوثائق التالية.

© Copyright Robin Stott and licensed for reuse under this Creative Commons Licence.

مهدت أعمال Rosalind Franklin لظهور أول نموذج علمي لجزيئة DNA ويلخص النموذج في ثلاث نقاط جوهرية: *

  1. أن  الـ “DNA” يوجد على شكل لولب أو حلزون.
  2. أن التركيب الجزيئي للـ DNA عبارة عن هيكل من السكر والفوسفات متجه للخارج بينما القواعد الازوتية متجهة للداخل وعمودية على طول الهيكل.
  3. أن قطر اللولب يؤكد أن الـ DNA يتكون من أكثر من شريط من وحداته البنائية “النيوكليوتيدات”، أي أنه يحتوى على أكثر من هيكل.

¨ج ـ أعمال Watson et Francis Crick

اقترح العالمان Watson et Crick(1953)  نموذجا لـ ADN على شكل لولب مضاعف.

يمثل النيكليوتيد الوحدة الأساسية لـ ADN ويتكون من :

سكر ريبوزي ناقص أكسجين + حمض فسفوري + قاعدة أزوتية A أوT أو C أوG.

بالتالي هناك 4 نيكليوتيدات مختلفة، بذلك يسمى ADN بعديد النيكليوتيدات.

– القواعد الأزوتية A وT متكاملتين ومرتبطتين برابطتي هيدروجين.

 – القواعد الأزوتية C وG متكاملتين ومرتبطتين بثلاث روابط.

نيكلوتيد ــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ نيكلوزيد

https://sw.wikipedia.org/wiki/Picha:DNA_chemical_structure.svg

 ترتبط النيكليوتيدات المنتمية لنفس السلسلة فيما بينها عن طريق الحمض الفسفوري بواسطة الكربون 5′  لسكر الريبوز ناقص أكسجين للنيكليوتيد الأول والكربون 3′  لسكر الريبوز ناقص أكسجين للنيكليوتيد  الموالي، وهكذا إلى نهاية اللولب. بالتالي تكون هناك نهايتين حرتين 3′ و 5′ ، من تم نصطلح على التوجيه:

   3′—> 5′                                    

 بما أن جزيئة ADN لولب مضاعف، فلكي يكتمل اللولبين يجب أن يكونا متضادا القطبية

3′—> 5′ 

5′—> 3′ 

 نقول إن لولبي ADN مضادا التوازي

3 ـ علاقة ADN بالصبغيات:

في طور السكون يظهر الصبغين مكون من خييطات متشابكة تسمى الخييطات النووية مكونة من ADN يحيط بجزيئات بروتينية (هيستونات)

خلال المرحلة التمهيدية تتكاثف الخييطات النووية وتنتظم على شكل عصيات تسمى الصبغيات.

http://cmgm.stanford.edu/biochem/biochem201/Slides/Chromatin%20Structure/15%20EM%20of%20Chromatin%20Solenoid.JPG

انظر الرابط

 ويصل هذا التكاثف أقصاه خلال المرحلة الاستوائية حيث يكون كل صبغي مكون من صبيغيين. انظر الرابط

    IVـ آلية تضاعف الـ  ADN :

         1 ـ  تطور كمية  ADNخلال دورة خلوية:

مكنت تقنية من قياس وتتبع تطور كمية ADN الموجودة في النواة عند خلية خلال دورة خلوية، من الحصول على النتائج الممثلة في الرسم البياني التالي:

1 ـ اعتمادا على المبيان، استخلص (ي) الظاهرة التي تميز مرحلة السكون.

1 ـ نلاحظ أن مدة هذه الدورة الخلوية تقدر بـ 20 ساعة، تشكل مرحلة السكون 19 ساعة والانقسام غير المباشر M ساعة واحدة.

خلال مرحلة النمو الأولى G1 من طور السكون نلاحظ استقرار كمية ADN في 7,3 يمكن اعتبارها كمية q. خلال مرحلة التركيب S تتضاعف كمية ADN من q إلى 2q لتستقر هذه الكمية 2q في مرحلة النمو الثانية G2.

أما خلال الانقسام غير المباشر M فتمر هذه الكمية من 2q إلى q.

إذا قبل الدخول في الانقسام غير المباشر تضاعف الخلية كمية ADN لتوزيعها بالتساوي على الخليتين البنتين

  2 ـ كيفية مضاعفة  ADN:

      أ ـ  تجربة Meselson and Stahl(1958)

              انظر الرابط

وضع العالمان بكتيريات عادية بكثافة (ADN(1.710 في وسط يحتوي على كلورور الأمونيوم بأزوت ثقيل N15 كمصدر اقتياتي، وبعد تعاقب عدة أجيال أصبحت كثافة  ADN(1.724)، ثم أخذا عينة منه واعتبراها جيلا G0 .

ووضعاها في وسط زرع لا يحتوي إلا على الأزوت الخفيف N14 وتتبعا تعاقب عدة أجيال G2 ، G1 و G3.

النتائج المحصل عليها ممثلة في الوثيقة التالية:

1ـ باستغلالك للوثيقة، فسر (ي) النتائج المحصل عليها مستعينا برسوم تفسيرية لبنية ADN.

1 ـ نلاحظ أن:

الجيل G0 : كل الأفراد لهم dADN=1.724 (كثافة ثقيلة)

الجيل G1 : كل الأفراد لهم dADN=1.717 (كثافة وسيطة بين ADN الثقيل1.724 و ADNالخفيف 1.710 ) يعد هذا الـ ADN هجينا.

 الجيلG2: يتكون من 50%  ADN خفيف و 50%  ADN هجين

الجيلG3: يتكون من 75%  ADN خفيف و 25%  ADN هجين

يمكن تفسير النتائج يكون:

ـ ﺍﻟﺠﻴل ﺍﻷﻭل G1 :  نصف جزئية ADN تتوﻓﺭﻋﻠﻰ N14 ﻭﺍﻟﻨﺼﻑ ﺍﻵخر ﻋﻠﻰ N15

ـ ﺍﻟﺠﻴل الثاني G2 : نصف جزيئات ADN تتوفر فقط على N14 بينما ﺍﻟﻨﺼﻑ ﺍﻵخر يتوفر ﻋﻠﻰ N14 ﻭﻋﻠﻰ N15

ـ ﺍﻟﺠﻴل الثالث  G3 : تتوفر  75% من جزيئات ADN  ﻋﻠﻰ N14، بينما 25% من الجزيئات الأحرى تتوفر على N14 ﻭﻋﻠﻰ N15

الرسوم التفسيرية:

 ب ـ تجربة Taylor(1958)

قام بالتجارب التالية:

التجربة الأولى: زرع مجموعة أولى من نبتات الفول في وسط مقيت يحتوي على نيكليوتيد إشعاعي( تيميدين) ثم لاحظ صبغيات بعض خلايا جذور هذه النبتة أثناء أول انقسام غير مباشر خلال المرحلة الاستوائية.الشكل أ

التجربة الثانية: نقل نبتات المجموعة الأولى بعد غسلها إلى وسط مقيت عادي يحتوي على تيميدين غير إشعاعي، ثم لاحظ صبغيات بعض خلايا جذور هذه المجموعة الثانية  خلال المرحلة الاستوائية من الانقسام غير مباشر.الشكل ب

التجربة الثالثة: نقل نبتات المجموعة الثانية بعد غسلها إلى وسط مقيت عادي يحتوي على تيميدين غير إشعاعي، ثم لاحظ صبغيات بعض خلايا جذور هذه المجموعة الثالثة خلال المرحلة الاستوائية من الانقسام غير مباشر.الشكل ج

1ـ أبرز (ي) أهمية استعمال التيميدين المشع في التجربة.

2 ـ اعتمادا على التجربة، فسر (ي) النتائج المحصل عليها.

3 ـ انطلاقا من جزئية ADN الاتية، أنجز (ي) رسوما تخطيطية توضح النتيجة المحصل عليها خلال المرحلة G2 من طور السكون.

4 ـ برر (ي) تسمية مضاعفة ADN بالمضاعفة نصف محافظة.

1 ـ التيميدين المشع نيكليوتيد ذو قاعدة ازوتية تيمين يدخل في تركيب ADN و بالتالي يسهل تتبع تطور هذه الجزيئة.

  2 ـ تحليل:

 الشكل أ : يظهر الإشعاع على مستوى كل الصبغيات وذلك في كل صبيغي.

الشكل ب : يظهر الإشعاع على مستوى كل الصبغيات وذلك في صبيغي واحد من كل صبغي.

الشكل ج: يظهر الإشعاع على مستوى نصف عدد الصبغيات وذلك في صبيغي واحد من كل صبغي.

   ـ تفسير: 

يفترق لولبا جزيئة ADN الأصلية ويشكل كل لولب قالب يشيد عليه لولب جديد بفعل تكامل القواعد الأزوتية، هكذا تتكون جزيئتين مماثلتين للجزيئة الأصلية.

حمل التفسيرflash 

3 ـ

4 ـ أثناء المضاعفة يتم الحفاظ على نصف كل جزيئة أصلية وهذا ما يسمى  بالمضاعفة نصف محافظة.

  3 ـ الية النسخ الجزيئي لـ ADN:

لمعرفة الية النسخ الوراثي نقترح الوثائق التالية:

تمثل الوثيقة1 صورة مجهرية لخييطات نووية خلال المرحلة S من مرحلة السكون، بينما تمثل الوثيقة2 رسوما تخطيطية لبداية النسخ ونهايته.

الوثيقة1

ludwig-sun1.unil.ch/~vjongene/molbio/chat_6.htm

تشير الأسهم إلى عيون النسخ

الوثيقة2

 تمثل الوثيقة3 رسم تخطيطيا يوضح آلية النسخ، كما توضح الوثيقة4 شريطا لنفس الآلية.

الوثيقة 3

formation.etud.u-psud.fr/biologie/genetique/mutations/07replication_pro.htm

الوثيقة 4

 1ـ باستغلالك للوثائق 1 و 2 و3 و 4 ، وضح (ي) آلية النسخ الجزيئي(مضاعفة ADN).

1 ـ أثناء مضاعفة جزيئة ADN تظهر عيون النسخ الجزيئي.

 يتم النسخ الجزيئي ببلمرة (تجميع) تدريجية للنكليوتيدات الحرة التي تشكل سلسلة مع احترام تكامل القواعد الأزوتية بالنسبة لتلك الموجودة في اللولب الناسخ انظر الرابط1، وذلك تحت تأثير أنزيم يدعى  ADN بوليمراز المسؤول عن استطالة السلسلة في اتجاه  5′—> 3′   انظر الرابط2.

 يفترق اللولبين المكملين بتكسير الروابط الهيدروجينية بواسطة أنزيم التفريق ثم يعمل أنزيم ADN بوليمراز على تجميع النيكليوتيدات الحرة لاستطالة السلسلة للحصول في النهاية على جزيئتين بنتين متماثلتين مع جزيئة ADN الأصلية. بما أن ADN بوليمراز يعمل في اتجاه واحد أي يجمع النيكليوتيدات في اتجاه

5′—> 3′                                 

ـ تكون الاستطالة متصلة بالنسبة للولب المركب في اتجاه

5′—> 3′             

ـ تكون الاستطالة متقطعة بالنسبة للولب المركب في اتجاه  

 3′—> 5′  

حيث يحتاج النسخ في الحالة الأخيرة في كل مرة ARN ممهد وفي النهاية يتدخل ADN بوليمراز لإزالة  ARN ممهد وتعويضه بنيكليوتيدات ADN

www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn.htm