العلوم الحياتية فصل أول

تضاعف DNA والتعبير الجيني
 

تضاعف DNA Replication  DNA 

يحدث أثناء المرحلة البينية من دورة الخلية  وتحديدا في طور تضاعفDNA  (S) 

تنتج من تضاعف جزيء DNA نسختان مُتماثِلتان، تتكوَّن كلٌّ منهما من سلسلتين؛ إحداهما من DNA الأصل (أيْ سلسلة أصلية)، والأُخرى جديدة ومُكمِّلة لها.

آلية تضاعف Mechanism of DNA Replication DNA 

 تبدأ عملية تضاعف جزيء DNA بانفصال سلسلتيه المُتقابِلتين بفعل إنزيم الهيليكيز Helicase  الذي يحتاج إلى طاقة ATP لإتمام هذه العملية وينتج من هذا

الانفصال سلسلتان مفردتان، ترتبط كلٌّ منهما ببروتينات خاصة تُسمّى البروتينات المُرتبِطة بالسلاسل المفردة  Proteins (SSBP) Single Strand Binding  وهي

تمنع عودة ارتباط السلسلتين إحداهما بالأُخرى.  يأتي دور إنزيم بادئRNA  (RNA primase) الذي يضيف قطعة صغيرة من RNA تتكوَّن من (5- 10) نيوكليوتيدات،

وتُسمّى سلسلة البَدْء (primer) إلى كل سلسلة من سلسلتيDNA المُكمِّلتين؛ لتوفير نهاية (^׳3) حُرَّة ثم يبدأ إنزيم آخر يُسمّى إنزيم بلمرةDNA  (DNA polymerase)

بإضافة نيوكليوتيدات مُكمِّلة لنيوكليوتيدات السلسلة القالب.

  يكون بناء سلسلة DNA المُكمِّلة (الجديدة) مُتَّجِهًا دائمًا من (^׳5) إلى (^׳3) فتنتج سلسلة مُتَّصِلة تُسمّى السلسلة الرائدة Leading Strand ، وتكون مُكمِّلة لإحدى

سلسلتي القالَب، لا يستطيع إنزيم بلمرة DNA بناء سلسلة في اتجاه معاكس (أيْ من(^׳3) إلى (^׳5))؛ لذا فإنَّ بناء السلسلة المُكمِّلة للسلسلة القالَب الأُخرى يكون

مختلفًا؛ إذ يكون على هيئة قطع غير مُتَّصِلة تُسمّى قطع أوكازاكي  Okazaki Fragments) نسبةً إلى العالِم الذي اكتشفها)، وتُسمّى هذه السلسلة المُكمِّلة

السلسلة المُتأخِّرة Lagging Strand

 تحتاج عملية بناء السلسلة المُتأخِّرة إلى أكثر من سلسلة بَدْء؛ إذ تُضاف سلسلة بَدْء جديدة في كل مَرَّة يفصل فيها إنزيم الهيليكيز جزءًا من سلسلتي DNA

الأصليتين إحداهما عن الأُخرى، ليستأنف إنزيم بلمرة DNA عملية بناء قطع أوكازاكي من (^׳5)إلى (^׳3).

تصحيح DNA Damage Repair DNA 

اختلالات DNA ، وآليّات تصحيحها
اختلالات DNA
أخطاء تضاعف DNA		تلف جزء من سلسلة DNA ؛ نتيجة التعرُّض لعوامل فيزيائية، أو لعوامل كيميائية
تصحيح عدم التطابق Mismatch Repair تصحيح أخطاء تضاعف DNA التي لم تُصحَّح في أثناء عملية التضاعف باستعمال إنزيم بلمرة	التنقيح Proofreading تصحيح الأخطاء في أثناء التضاعف مباشرةً باستعمال إنزيم بلمرة DNA الذي يعمل في حال ارتباط نيوكليوتيد غير مُناسِب للنيوكليوتيد في السلسلة القالَب على نزع النيوكليوتيد الخطأ ووضع النيوكليوتيد الصحيح، ثم تُستأنَف عملية التضاعف	تصحيح استئصال النيوكليوتيد Nucleotide Excision Repair

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تصنيع البروتينات Protein Synthesis 

تمرُّعملية تصنيع البروتينات بمرحلتين رئيستين، هما: النسخ ،Transcription   والترجمة Translation ، وتوجد بينهما مرحلة يُعالَج فيها الحمض النووي ،RNA

النسخ Transcription 

عملية إنتاج جزيء RNA مُكمِّل لجزء من إحدى سلسلتي DNA باستعمال إنزيمات بلمرة RNA  تحدث هذه العملية في النواة،
 

بدء عملية النسخ Initiation of Transcription

 تبدأ عملية النسخ عند تعرُّف بروتينات مُعيَّنة تُسمّى عوامل النسخ (Transcription Factors) تسلسلا مُعيَّنًا من النيوكليوتيدات في   DNA.وهو تسلسل يوجد قبل نقطة

بَدْء النسخ.  يرتبط إنزيم بلمرة RNA بموقعه المُناسِب، وترتبط به عوامل نسخ أُخرى؛ ما يؤدّي إلى تكوُّن مُعقَّد بَدْء النسخ. بعد ذلك يبدأ إنزيم بلمرة RNA بفكِّ التفاف

سلسلتي DNA، وتبدأ عملية نسخ mRNA الأوَّلي من نقطة بدء النسخ على السلسلة القالَب،

استطالة Elongation of RNA RNA

يبدأ إنزيم بلمرة RNA بالتحرُّك مُتَّجِهًا من(^׳3)إلى(^׳5)على سلسلة DNA القالَب ثم يضيف نيوكليوتيدات جديدة إلى النهاية(^׳3)في جزيء RNA.

تحتوي النيوكليوتيدات المضافة إلى سلسلة RNA على قواعد نيتروجينية مُكمِّلة للقواعد النيتروجينية في سلسلة DNA. مع مرعاة أن القاعدة النيتروجينية المُكمِّلة للأدنين

تكون اليوراسيل في RNA وذلك عوضًا عن الثايمين.

انتهاء عملية النسخ Termination of Transcription 

عند انتهاء عملية النسخ المطلوبة يتوقَّف إنزيم بلمرة RNA عن العمل، ويبتعد RNA المنسوخ عن سلسلة DNA القالَب، ويُطلَق على RNA الناتج اسم mRNA الأوَّلي.

معالجة RNA Processing RNA 

يخضع جزيء mRNA الأوَّلي لعملية معالجة في النواة قبل أنْ يصبح جزيء mRNA ناضجًا يُمكِن ترجمته.

 تتضمَّن عملية المعالجة إزالة قطع من mRNA، تُسمّى كلٌّ منها الإنترون Intron ، وهي أجزاء غير فاعلة في تصنيع البروتين المطلوب؛ ما يعني بقاء الأجزاء الفاعلة فقط

في تصنيع البروتين المطلوب، التي يُعرَف كلٌّ منها باسم الإكسون Exon.  بعد ذلك تُربَط قطع الإكسون المُتبقِّية بعضها ببعض، فينتج جزيء mRNA ناضج يخرج من

النواة إلى السيتوبلازم عن طريق الثقوب النووية الموجودة في الغلاف النووي.

 الترجمة Translation 

 يُطلَق على العملية التي تُستخدَم فيها المعلومات الوراثية التي يحملها mRNA لتصنيع سلسلة عديد الببتيد اسم الترجمة Translation،

ويُطلَق على كل ثلاثة نيوكليوتيدات مُتتابِعة في mRNA يُمكِن أنْ تُترجَم إلى حمض أميني أو إشارة وقف (Stop) اسم الكودون Codon

تشتمل أنواع RNA على نوع يُسمّى RNA الناقل tRNA ، وهو المُترجِم في هذه العملية.

مرحلة بدء الترجمة Initiation of Translation

يرتبط جزيء mRNA وجزيء tRNA البادئ (الذي يُمثِّل تسلسل النيوكليوتيدات في موقع الكودون المضاد فيه  UAC، ويحمل الحمض الأميني الميثيونين) بالوحدة البنائية

الصغيرة، فتتكوَّن روابط هيدروجينية بين كودون البَدْء (AUG) في mRNA والكودون (UAC) المضاد في tRNA.  يلي ذلك ارتباط الوحدة البنائية الكبيرة للرايبوسوم.

 يُذكَر أنَّ هذه العملية تحتاج إلى عوامل مساعدة، وإلى الطاقة المُخزَّنة في جزيئات غوانوسين ثلاثي الفوسفات GTP

مرحلة استطالة سلسلة عديد الببتيد Polypeptide Elongation

 يستطيع الكودون المضاد في أحد جزيئات tRNA أنْ يتعرَّف الكودون المُكمِّل له في جزيء mRNA الموجود في الموقع(A) عندئذ يستقبل الموقع (A) في الرايبوسوم جزيء

tRNA   الذي يحوي الكودون المضاد المُكمِّل للكودون الثاني في جزيء mRNA، ويحمل الحمض الأميني الثاني.فتتكوَّن رابطة ببتيدية بين مجموعة الكربوكسيل في الحمض

الأميني الموجود في الموقع (P) ومجموعة الأمين في الحمض الأميني الذي يحمله جزيء tRNA الموجود في الموقع (A). وبذلك يكون الموقع (A) في هذه اللحظة

مشغولا ب tRNA حاملا حمضين أمينيين، في حين لا يحمل جزيء tRNA الموجود في الموقع (P) أيَّ حمض أميني، بعدها يتحرَّك الرايبوسوم إلى الداخل على سلسلة mRNA

بمقدار كودون واحد من النهاية (^׳5) إلى النهاية (^׳3)؛ ما يؤدّي إلى انتقال جزيء tRNA الموجود في الموقع (P) إلى  الموقع (E)خارجًا من الرايبوسوم. وينتقل جزيء tRNA

الموجود في الموقع (A) إلى الموقع (P)، فيصبح الموقع (A)فارغًا وجاهزًا لاستقبال جزيء tRNA جديد يحمل كودونًا مضادًّا للكودون التالي في جزيء mRNA 

مرحلة انتهاء الترجمة Termination of Translation

 عند وصول الرايبوسوم إلى أحد كودونات الوقف: (UAA)، أو (UAG)، أو (UGA)في جزيء mRNA، فإنَّ الموقع (A) في الرايبوسوم يستقبل عامل الإطلاق Release factor

عوضًا عن جزيء tRNA.فيعمل هذا العامل على تحلُّل الرابطة بين سلسلة عديد الببتيد المُتكوِّنة وجزيء tRNA الموجود في الموقع (P)؛ ما يؤدّي إلى تحرُّر سلسلة عديد

الببتيد من الرايبوسوم، ثم انفصال الوحدة البنائية الكبيرة للرايبوسوم، وانفصال بقية المُكوِّنات.

التعبير الجيني Gene Expression 

عملية تستخدم فيها الخلية المعلومات الوراثية التي يحملها الجين لبناء جزيء RNA، أو تصنيع بروتين يؤدّي وظيفة مُحدَّدة في الخلية.

يتأثَّر التعبير الجيني في الخلايا بعوامل داخلية (من جسم الكائن الحيِّ نفسه) مثل الهرمونات، وعوامل خارجية (من البيئة المحيطة بالكائن الحيِّ) مثل بعض المواد

الكيميائية، وعوامل فيزيائية.