تضاعف شبه محافظ في طور S؛ إصلاح DNA؛ نسخ → mRNA ناضج؛ ترجمة على الرايبوسوم؛ التعبير الجيني يحدد التمايز.
آخر تحديث:
في طور S من المرحلة البينية يتضاعف DNA قبل الانقسام. وينتج من كل جزيء DNA جزيئان متماثلان، في كل واحد منهما سلسلة أصلية محفوظة وسلسلة جديدة مكملة؛ لذلك يسمى التضاعف شبه محافظ. يستند هذا المفهوم إلى تجربة مسلسون وستال.
صورة ذهنية: اربط كل قانون في هذا الموضوع بشكل أو مثال محلول قبل حفظ الصيغة وحدها.
بسبب اتجاه عمل DNA polymerase، لا تُبنى السلسلتان بالطريقة نفسها. السلسلة الرائدة تُبنى متصلة باتجاه شوكة التضاعف، أما السلسلة المتأخرة فتُبنى على شكل قطع أوكازاكي. بعد ذلك تُزال بوادئ RNA وتُملأ الفجوات، ثم يربط إنزيم DNA ligase القطع بروابط فوسفاتية ثنائية الإستر.
مسلسون وستال: تجربتهم بـ N15/N14 أثبتت أن كل DNA جديد يحمل سلسلة قديمة واحدة — أساس مفهوم شبه المحافظ في المنهج.
اتجاه البناء: البوليميراز لا يبدأ من الصفر — دائماً يحتاج 3' من البادئ.
إذا طُلب تفسير دور الهيليكيز فابدأ بأنه يفك الروابط الهيدروجينية ويفصل السلسلتين. وإذا طُلب سبب تكوّن قطع أوكازاكي فاربطه مباشرة بأن البوليميراز يبني فقط باتجاه 5'→3'. ثم رتّب الفكرة الكبرى كسلسلة: التضاعف يحفظ المعلومة، والنسخ ينقلها إلى mRNA، والترجمة تحولها إلى بروتين، والبروتين ينعكس على الصفة أو الوظيفة الخلوية.
استراتيجية الحل: حدد المعطيات والمطلوب، اكتب القانون أو العلاقة المناسبة، ثم عوّض وتحقق من الوحدات.
قد يتلف DNA بفعل أشعة مثل X وUV أو بفعل مواد كيميائية مثل التبغ وسموم بعض الفطريات. توجد آليات تصحيح متعددة؛ ففي استئصال النيوكليوتيد يقطع إنزيم نيوكلييز الجزء التالف، ثم يملأ DNA polymerase الفجوة اعتماداً على السلسلة السليمة، ويغلق ligase الرابطة النهائية.
تنقيح Proofreading: أثناء التضاعف — إزالة نيوكليوتيد خاطئ فوراً.
عدم التطابق Mismatch repair: أخطاء فاتت التنقيح.
في سؤال الإنزيمات، رتّب الأدوار لا الأسماء فقط: النيوكلييز يزيل الجزء التالف، DNA polymerase يسد الفجوة، وligase يربط النهايات.
تعمل آليات التصحيح بعد تضاعف DNA كطبقة أمان قبل استمرار التعبير الجيني. الفكرة المهمة أن الخلل الصغير في ترتيب القواعد قد ينتقل إلى RNA ثم إلى البروتين؛ لذلك ترتبط دقة التضاعف بسلامة الصفة الناتجة. في التدريب، ركز على ترتيب إنزيمات إصلاح التلف: نيوكلييز يقطع، وبلمرة DNA يملأ، وربط DNA يغلق الفجوة.
الفكرة المركزية في هذا الجزء أن DNA لا يعمل مباشرة في معظم وظائف الخلية؛ بل يوجه بناء البروتينات. تبدأ العملية بمرحلة النسخ في النواة، حيث يرتبط RNA polymerase بمنطقة المروّج، ثم يقرأ السلسلة القالب باتجاه 3'→5' ويبني mRNA باتجاه 5'→3'، ثم تنتهي العملية بإنتاج mRNA أولي.
قواعد mRNA: A في DNA → U في RNA (لا ثايمين في RNA).
لا يغادر mRNA الأولي النواة كما هو؛ إذ تُزال الإنترونات وتُربط الإكسونات ليصبح mRNA ناضجاً قادراً على الخروج عبر الثقوب النووية إلى السيتوبلازم.
عند كتابة سلسلة mRNA من قالب DNA، انتبه للاتجاه وللاستبدال بين الثايمين واليوراسيل: A في DNA تقابل U في RNA، وT تقابل A. ثم اربط الناتج بمراحل النسخ: بدء، استطالة، إنهاء. وبعدها راجع أسئلة التكامل ومكان حدوث الترجمة حتى لا تختلط مرحلة النسخ في النواة بمرحلة الترجمة في السيتوبلازم.
الترجمة تحدث في السيتوبلازم على الرايبوسوم، وفيها تُقرأ كودونات mRNA بمساعدة tRNA الذي يحمل كودوناً مضاداً وحمضاً أمينياً مناسباً. كل كودون يتكون من ثلاث قواعد ويمثل حمضاً أمينياً أو إشارة وقف. وللرايبوسوم ثلاثة مواقع: A لدخول tRNA، وP لحمل السلسلة النامية، وE لخروج tRNA.
التعبير الجيني: استخدام معلومات الجين لبناء RNA ثم بروتين وظيفي — بكمية وتوقيت منظّمين.
تمايز الخلايا: نفس الجينات في الزيجوت — تفعيل جينات مختلفة → كبد vs عصب (شكل 40). عوامل داخلية (هرمونات) وخارجية.
إذا كان كودون البدء في mRNA هو AUG، فالكودون المضاد في tRNA هو UAC، والحمض الأميني الأول هو الميثيونين. هذا الربط بين الكودون والكودون المضاد أهم من حفظ الاسم وحده.
الخيط الجامع أن تضاعف DNA يحفظ المعلومة، والنسخ ينقلها إلى mRNA، والترجمة تحولها إلى بروتين، ثم ينعكس البروتين على وظيفة الخلية وتمايزها.
صوّر هذا الجدول وسمِّعه:
| العملية | المكان | الناتج |
|---|---|---|
| تضاعف | النواة (طور ) | جزيئان شبه محافظين |
| الهيليكيز | شوكة التضاعف | فصل السلسلتين |
| السلسلة المتقطعة | لأن البلمرة باتجاه فقط | قطع أوكازاكي |
| النسخ | النواة | |
| الترجمة | الرايبوسوم | بروتين |
| تكامل القواعد | ، (في ) | — |
| التمايز | تعبير جيني انتقائي | أنواع خلايا مختلفة |
عملية تضاعف DNA حيث تتكون كل نسخة من سلسلتين؛ إحداهما من DNA الأصل (أي سلسلة أصلية)، والأخرى جديدة ومكملة لها، تحمل التعليمات الوراثية كاملة.
بروتينات خاصة ترتبط بالسلاسل المفردة الناتجة عن انفصال سلسلتي DNA، وتمنع عودة ارتباط السلسلتين إحداهما بالأخرى.
قطعة صغيرة من RNA (تتكون من 5-10 نيوكليوتيدات) يضيفها إنزيم RNA primase لتوفير نهاية '3 حرة لبدء بناء سلسلة DNA المكملة.
السلسلة التي يتم بناؤها بشكل متصل في اتجاه '5 إلى '3، وتكون مكملة لإحدى سلسلتي القالب.
السلسلة المكملة التي يتم بناؤها على هيئة قطع غير متصلة تُسمى قطع أوكازاكي، نظراً لأن إنزيم بلمرة DNA لا يستطيع البناء إلا في اتجاه '5 إلى '3.
قطع غير متصلة من DNA تتكون على السلسلة المتأخرة أثناء عملية التضاعف.
إنزيم يعمل على ربط قطع أوكازاكي المتجاورة عن طريق تكوين روابط فوسفاتية ثنائية الإستر.
عملية تستخدم فيها الخلية المعلومات الوراثية التي يحملها الجين لبناء جزيء RNA، وتصنيع بروتين يؤدي وظيفة محددة في الخلية.
عملية إنتاج جزيء RNA مكمل لجزء من إحدى سلسلتي DNA باستعمال إنزيمات بلمرة RNA.
العملية التي تُستخدم فيها المعلومات الوراثية التي يحملها mRNA لتصنيع سلسلة عديد الببتيد.
ثلاثة نيوكليوتيدات متتابعة في mRNA يمكن أن تُترجم إلى حمض أميني أو إشارة وقف.
عملية تتحول فيها الخلايا غير المتخصصة إلى خلايا متخصصة.
في أي طور من دورة الخلية يحدث تضاعف DNA؟
يحدث تضاعف DNA في طور S (طور تخليق DNA) من المرحلة البينية (Interphase) في دورة الخلية، وذلك قبل بدء الانقسام الخلوي.
ما دور إنزيم الهيليكيز في التضاعف؟
يحطّم إنزيم الهيليكيز الروابط الهيدروجينية بين النيوكليوتيدات المتقابلة في سلسلتي DNA، فتنفصل السلسلتان عن بعضهما عند شوكة التضاعف؛ ويحتاج هذا الإنزيم إلى طاقة ATP لإتمام عمله.
لماذا تُبنى إحدى سلسلتي DNA على شكل قطع غير متصلة؟
لأن إنزيم بلمرة DNA يستطيع إضافة النيوكليوتيدات باتجاه 5'→3' فقط، وبما أن سلسلتي القالب متعاكستان في الاتجاه، فإن السلسلة المتأخرة (البعيدة عن اتجاه حركة شوكة التضاعف) تُبنى في الاتجاه المعاكس لحركة الشوكة، فتُبنى على هيئة قطع منفصلة تُسمى قطع أوكازاكي، تُزال منها بوادئ RNA وتُملأ الفجوات ثم يربطها إنزيم DNA ligase في سلسلة واحدة متصلة.
ما الإنزيمات التي تعمل على سد الفجوات بعد قطع الجزء التالف من DNA؟
بعد أن يقطع إنزيم النيوكلييز الجزء التالف من DNA، يسدّ إنزيم بلمرة DNA (DNA polymerase) الفجوة الناتجة بإضافة نيوكليوتيدات مكمّلة معتمداً على السلسلة غير التالفة كقالب، ثم يُغلق إنزيم ربط DNA (DNA ligase) الفجوة نهائياً بتكوين الرابطة الفوسفاتية الأخيرة.
ما القاعدة المتبعة عند كتابة سلسلة mRNA الناتجة عن نسخ سلسلة قالب من DNA (قواعد التكامل بين القواعد النيتروجينية)؟
بتطبيق التكامل: لكل في القالب في الـ، ولكل ضع ، ولكل ضع ، ولكل ضع .
بطاقات مهمة
في طور التضاعف (S) من المرحلة البينية لدورة الخلية، وهي عملية تنظّمها إنزيمات عدّة.
نسختان متماثلتان، تتكوّن كلٌّ منهما من سلسلتين: إحداهما أصلية (من DNA الأصل) والأخرى جديدة مكمّلة لها، تحملان التعليمات الوراثية كاملة.
لأنّ إحدى السلسلتين في كل جزيء ناتج محفوظة (أصلية) والأخرى جديدة؛ واقترح نموذجه العالمان مسلسون وستال استنادًا إلى تركيب DNA الذي توصّل إليه واتسون وكريك.
يحطّم الروابط الهيدروجينية بين النيوكليوتيدات المتقابلة فينفصل سلسلتا DNA؛ ويحتاج إلى طاقة ATP لإتمام ذلك.
ترتبط بالسلسلتين المفردتين الناتجتين فتمنع عودة ارتباط السلسلتين إحداهما بالأخرى، فتبقى كل سلسلة مفردة قالبًا لبناء سلسلة جديدة.
يضيف قطعة صغيرة من RNA (تتكوّن من 5–10 نيوكليوتيدات) تُسمّى سلسلة البدء (primer) إلى كل سلسلة قالب؛ لتوفير نهاية 3′ حرّة يبدأ منها إنزيم بلمرة DNA.
يضيف نيوكليوتيدات مكمّلة لنيوكليوتيدات السلسلة القالب، ويكون البناء دائمًا من النهاية 5′ إلى النهاية 3′.
الرائدة (Leading): تُبنى سلسلة متّصلة في اتجاه واحد مكمّلة لإحدى سلسلتي القالب. المتأخّرة (Lagging): تُبنى على هيئة قطع غير متّصلة تُسمّى قطع أوكازاكي، وتحتاج إلى أكثر من سلسلة بدء.
قطع DNA غير متّصلة تُبنى منها السلسلة المتأخّرة؛ وتتكوّن لأنّ إنزيم بلمرة DNA لا يستطيع البناء في الاتجاه المعاكس (من 3′ إلى 5′)، فيبني كل قطعة من 5′ إلى 3′.
بعد إزالة سلاسل البدء ووضع نيوكليوتيدات DNA مكانها، يربط قطع أوكازاكي بعضها ببعض عن طريق تكوين روابط فوسفاتية ثنائية الإستر.
نصائح للمراجعة