مدرستي
Natural & Life Sciences🎓 baccalaureate goal

تركيب البروتين مقر تركيب البروتين

الوسيط الجزيئي الناقل للمعلومة الوراثية

🔊 The teacher reads for you
إشكالية: عرفنا أنّ المعلومة الوراثية محفوظة في نواة الخلية على جزيئة ADN، وأنّ البروتين يُبنى في الهيولى على مستوى الشبكة الهيولية المحبّبة. وبين المقرّين غلاف نوويّ لا تغادره جزيئة ADN. فما هو الجزيء الذي ينقل المعلومة الوراثية من النواة إلى الهيولى، وما بنيته ؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • أن تستخرج من نتائج الوسم الإشعاعي وجود وسيط جزيئي ناقل للمعلومة الوراثية
  • أن تميّز أنماط الـ ARN الهيولية وتحدّد النمط الذي لا يظهر إلاّ أثناء تركيب البروتين
  • أن تستخلص التركيب الكيميائي لجزيئة الـ ARN من صيغ مفصّلة
  • أن تصف كيفية اتّحاد النكليوتيدات وتعلّل كون السلسلة موجّهة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • أنّ المعلومة الوراثية محفوظة في النواة على شكل مورثات محمولة على ADN
  • أنّ تركيب البروتين يتمّ في هيولى الخلية انطلاقا من الأحماض الأمينية
  • بنية النكليوتيدة وقاعدة التكامل بين القواعد الآزوتية

النشاط 1: تتبّع جزيء وسيط من النواة إلى الهيولى

💭الفرضيات: إمّا أن تنتقل جزيئة ADN نفسها إلى الهيولى، وإمّا أن تنتقل نسخة عنها محمولة على جزيء وسيط.

تُحضَّن خلايا حيوانية مدّة قصيرة في وسط يحتوي اليوراسيل المشعّ، ثمّ تُحوَّل إلى وسط به يوراسيل عاديّ وتُترك مدّة أطول. ويُلجأ إلى التصوير الإشعاعي الذاتي لتحديد مواقع الإشعاع داخل الخلية في الحالتين.

الوثيقة ⁦(1)⁩: نتائج التصوير الإشعاعي الذاتي لخلايا حُضِّنت مدّة قصيرة في وسط به يوراسيل مشعّ ثمّ حُوِّلت إلى وسط به يوراسيل عاديّ.
🎯التعليمة
  1. علّل سبب استعمال اليوراسيل المشعّ دون غيره في هذه التجربة.
  2. حلّل الوثيقة ⁦(1)⁩ واستخرج المعلومات الإضافية التي تقدّمها عن مقرّ تشكّل هذا الجزيء ومساره.
  3. تحقّق ممّا إذا كانت إحدى الفرضيّتين المطروحتين قد تحقّقت.
  4. اقترح تسمية مناسبة لهذا الجزيء انطلاقا من الدور الذي يقوم به.
إظهار الإجابة
🔍التحليل
  1. نعلّل: يدخل اليوراسيل في تركيب جزيئة الـ ARN وحدها، ولا يدخل في تركيب ADN الذي يحمل مكانه التيمين. فوسمُه بنظير مشعّ يجعل كلّ جزيئة ARN تتشكّل أثناء التجربة قابلة للتتبّع، فنعرف مكان تواجدها ومسارها داخل الخلية دون أن نوسم أيّ جزيء آخر.
  2. نحلّل ونستخرج: نلاحظ بعد فترة قصيرة أنّ الإشعاع يقتصر على النواة، وبعد فترة أطول أنّه يقتصر على الهيولى بينما تُصبح النواة خالية منه. ونستخرج معلومتين لم يعطهما البروتوكول: الجزيء الحامل لليوراسيل يتشكّل في النواة أوّلا، ثمّ يغادرها نحو الهيولى. وخلوّ النواة في الزمن الثاني يدلّ على انتقال، لا على تراكم.
  3. نتحقّق: الفرضية الثانية هي التي تحقّقت. فانتقال الإشعاع من النواة إلى الهيولى يعني أنّ الذي يعبر الغلاف النوويّ جزيء من نوع ARN تشكّل في النواة، لا جزيئة ADN التي بقيت في مكانها. فالمعلومة تنتقل في نسخة، لا في أصلها.
  4. نقترح: بما أنّ دور هذا الجزيء هو حمل الرسالة الوراثية الخاصّة ببروتين معيّن من النواة إلى الهيولى، فالتسمية المناسبة له هي ARN الرسول، ويُرمز له بـ ARNm.
الاستنتاج: يُنقَل من النواة إلى الهيولى جزيء وسيط من نوع ARN، يتشكّل في النواة ثمّ يغادرها. دوره حملُ المعلومة الوراثية اللازمة لتركيب بروتين معيّن، ولذلك يُسمّى ARN الرسول ARNm.
قبل أن تحلّل أيّ نتيجة وسم إشعاعي، اسأل نفسك سؤالا واحدا: ما الذي وُسِم بالضبط ؟ الجواب عنه يحصر ما يمكن أن تدلّ عليه الحبيبات السوداء، ويمنعك من نسبتها إلى جزيء آخر.

النشاط 2: أنماط الـ ARN الهيولية

تُفصل الأحماض النووية الريبية الهيولية بالطرد المركزي وتُقاس كمّيتها بقياس شدّة امتصاص الضوء، وهي تزداد بزيادة الكمّية؛ ويُجرى القياس مرّة أثناء فترة تركيب البروتين ومرّة خارجها. ومكّنت دراسات أخرى من معرفة خصائص كلّ نمط.

الوثيقة ⁦(2)⁩: فصل الأحماض النووية الريبية الهيولية بالطرد المركزي وقياس كمّيتها بشدّة امتصاص الضوء، أثناء فترة تركيب البروتين وخارجها.
📌الوثيقة ⁦(3)⁩
نمط الـ ARNالنسبة من مجموع الـ ARN في الخلية (%)معامل الترسيب ⁦(S)⁩الوزن الجزيئيعدد النكليوتيدات
الريبوزومي ARNr8023⁦1,2 × 10⁶⁩3700
الريبوزومي ARNr8016⁦0,55 × 10⁶⁩1700
الريبوزومي ARNr805⁦3,6 × 10⁴⁩111
الناقل ARNt154⁦2,5 × 10⁴⁩75
الرسول ARNm5—مختلفمختلف
الوثيقة ⁦(3)⁩: خصائص أنماط الـ ARN الهيولية. النسبة الواحدة تعود إلى النمط كلّه، وللنمط الريبوزومي ثلاث جزيئات مختلفة.
🎯التعليمة
  1. قدّم تحليلا مقارنا للتسجيلين في الوثيقة ⁦(2)⁩، واستنتج ما يميّز الشوكة التي لا تظهر إلاّ في حالة واحدة.
  2. حدّد، بالاستعانة بالوثيقة ⁦(3)⁩، نمط الـ ARN الموافق لكلّ شوكة من الشوكات الخمس، معلّلا إجابتك.
  3. فسّر لماذا يكون عدد النكليوتيدات في الـ ARNm مختلفا من جزيئة إلى أخرى.
إظهار الإجابة
🔍التحليل
  1. نقارن: يمثّل المنحنيان تغيّرات شدّة امتصاص الضوء بدلالة أرقام الأجزاء المفصولة بالطرد المركزي. نلاحظ الشوكات ① و② و③ و④ في التسجيلين معا، بينما لا تظهر الشوكة ⑤ إلاّ في التسجيل أ. ونستنتج أنّ نمطا واحدا من الـ ARN لا توجد منه كمّية معتبرة إلاّ حين تكون الخلية بصدد تركيب البروتين.
  2. نحدّد: الشوكات ① و② و③ تمثّل الـ ARNr: نعلّل ذلك بترتيبها في الأنبوب الذي يوافق معاملات الترسيب 23 و16 و5، وهي معاملات الجزيئات الثلاث لهذا النمط. والشوكة ④ تمثّل الـ ARNt لأنّ معامل ترسيبه هو الأصغر ⁦(4)⁩، فيتوضّع في أعلى الأنبوب. والشوكة ⑤ تمثّل الـ ARNm لظهورها أثناء فترة تركيب البروتين وحدها.
  3. نفسّر: يختلف عدد النكليوتيدات في الـ ARNm لأنّ كلّ جزيئة منه تحمل معلومة مورثة واحدة، وتختلف المورثات في أطوالها باختلاف عدد الأحماض الأمينية في البروتينات التي تشفّر لها. فالـ ARNm نوعيّ: لكلّ بروتين جزيئته الخاصّة، ولذلك كان وحده متغيّر الطول.
الاستنتاج: في هيولى الخلية ثلاثة أنماط من الـ ARN. نمطان دائمان مهما كانت حالة الخلية هما ARNr بنسبة 80 بالمائة و ARNt بنسبة 15 بالمائة، ونمط ثالث لا يظهر إلاّ أثناء تركيب البروتين هو ARNm بنسبة 5 بالمائة، وهو وحده المتغيّر الطول.

النشاط 3: التركيب الكيميائي لجزيئة الـ ARN

بيّنت الإماهة الكلّية للـ ARN باستعمال القاعدة NaOH وجود المكوّنات الممثّلة صيغُها المفصّلة في الوثيقة الموالية، وقد جُمعت القواعد الآزوتية تحت قوسين حسب شكل حلقاتها.

الوثيقة ⁦(4)⁩: مكوّنات جزيئة الـ ARN كما تظهر بعد الإماهة الكلّية، وتصنيف القواعد الآزوتية الأربع حسب عدد حلقاتها.
🎯التعليمة
  1. استخلص التركيب الكيميائي لجزيئة الـ ARN انطلاقا من الوثيقة ⁦(4)⁩.
  2. صنّف القواعد الآزوتية الأربع إلى مجموعتين، معتمدا على ما يظهر في صيغها المفصّلة وحدها.
إظهار الإجابة
🔍التحليل
  1. نستخلص: يتكوّن الـ ARN من ثلاثة أنواع من الجزيئات: سكّر خماسي هو الريبوز، صيغته الجزيئية C₅H₁₀O₅؛ وحمض الفوسفور، صيغته H₃PO₄؛ وقواعد آزوتية أربع هي A و U و G و C. وهذه المكوّنات هي التي تظهر بعد الإماهة الكلّية للجزيئة.
  2. نصنّف: تنقسم القواعد الآزوتية إلى مجموعتين نميّزهما على الصيغة المفصّلة نفسها: قواعد بيريميدينية ذات حلقة سداسية واحدة، وهي اليوراسيل U والسيتوزين C؛ وقواعد بيورينية ذات حلقتين ملتحمتين، وهي الأدنين A والغوانين G.
الاستنتاج: الـ ARN جزيء تدخل في تركيبه ثلاث لبنات: سكّر الريبوز، وحمض الفوسفور، وقاعدة آزوتية من أربع هي A و U و G و C. وتنقسم هذه القواعد إلى بيريميدينية ذات حلقة واحدة وبيورينية ذات حلقتين.

النشاط 4: من النكليوتيدة الحرّة إلى سلسلة من النكليوتيدات

بيّنت الإماهة الجزئية للـ ARN باستعمال إنزيم ARNase وجود وحدات تُدعى النكليوتيدات. توضّح الوثيقة الموالية بنية النكليوتيدة الواحدة، ثمّ كيفية اتّحاد ثلاث منها في سلسلة واحدة.

الوثيقة ⁦(5)⁩: بنية نكليوتيدة الـ ARN، وكيفية اتّحاد ثلاث نكليوتيدات في سلسلة لها نهايتان غير متكافئتين.
🎯التعليمة
  1. صف بنية نكليوتيدة الـ ARN، وحدّد فيها الجزء الثابت والجزء المتغيّر.
  2. مثّل كيفية الانتقال من النكليوتيدة الحرّة إلى سلسلة من النكليوتيدات، مبيّنا نوع الرابطة ونهايتَي السلسلة.
إظهار الإجابة
🔍التحليل
  1. نصف: تتكوّن النكليوتيدة من ثلاث قطع مرتّبة دائما بالترتيب نفسه: مجموعة فوسفاط، وسكّر ريبوز، وقاعدة آزوتية. الجزء الثابت هو الفوسفاط والسكّر، فهو نفسه في كلّ النكليوتيدات؛ والجزء المتغيّر هو القاعدة الآزوتية وحدها، وهي التي تميّز نكليوتيدة عن أخرى.
  2. نمثّل: يرتبط حمض الفوسفور بالريبوز على مستوى ذرّة الكربون رقم 5 فتتحرّر جزيئة ماء، وترتبط القاعدة الآزوتية بالسكّر على مستوى ذرّة الكربون رقم 1. ثمّ تتّحد النكليوتيدات فيما بينها على مستوى ذرّة الكربون رقم 3 بواسطة روابط إستر فوسفاتية، فتنشأ سلسلة أحد طرفيها فوسفاط حرّ والآخر مجموعة OH حرّة.
الاستنتاج: الـ ARN خيط منفرد من نكليوتيدات ريبية متتالية؛ يشكّل تعاقب الفوسفاط والسكّر هيكلها الثابت، وتتدلّى عنه القواعد الآزوتية المتغيّرة. وروابطها إستر فوسفاتية، ونهايتاها غير متكافئتين، فالسلسلة موجّهة ولها معنى قراءة واحد.
لا تخلط بين الجزء الثابت والجزء المتغيّر: لو كان الفوسفاط أو السكّر هو المتغيّر لما أمكن للسلسلة أن تحمل معلومة، لأنّ الهيكل نفسه يتكرّر. المعلومة محمولة على ما يتغيّر وحده، أي على تتابع القواعد الآزوتية.

النشاط 5: تجربة الحقن — هل تكفي الرسالة وحدها ؟

وُضعت ثلاث مجموعات من الخلايا في وسط يحتوي على أحماض أمينية موسومة بنظير مشعّ. المجموعة الأولى: خلايا أصلية لكرات الدم الحمراء عند الأرنب، وهي قادرة على تركيب الهيموغلوبين. المجموعة الثانية: خلايا بيضية للضفدع. المجموعة الثالثة: خلايا بيضية للضفدع حُقنت بـ ARN عُزل ونُقّي من الخلايا الأصلية لكرات الدم الحمراء عند الأرنب. ثمّ فُصلت البروتينات التي أدمجت الأحماض الأمينية المشعّة بتقنية التسجيل اللوني، وقيست كمّية الإشعاع في كلّ جزء (الوثيقة ⁦(6)⁩).

الوثيقة ⁦(6)⁩: نتائج فصل البروتينات المشعّة بتقنية التسجيل اللوني في المجموعات الثلاث.
🎯التعليمة
  1. حلّل الوثيقة ⁦(6)⁩ وقارن بين المجموعات الثلاث من حيث عدد القمم ومواضعها.
  2. استخلص ما يدلّ عليه ظهور الهيموغلوبين في المجموعة الثالثة، وأيّ الفرضيّتين المطروحتين في النشاط 1 يؤكّده، معلّلا إجابتك.
إظهار الإجابة
🔍التحليل
  1. نحلّل ونقارن: تعطي المجموعة الأولى قمّة واحدة تقابل الهيموغلوبين. وتعطي المجموعة الثانية قمّتين تقابلان بروتينات خاصّة بالخلايا البيضية. أمّا المجموعة الثالثة فتعطي القمم الثلاث مجتمعة، في المواضع نفسها: قمّتا الخلية البيضية، وقمّة الهيموغلوبين معهما.
  2. نستخلص: الخلية البيضية للضفدع، بعد حقنها بـ ARN مأخوذ من الخلايا الأصلية لكرات الدم الحمراء عند الأرنب، صارت تركّب إلى جانب بروتيناتها بروتينا ليس لها هو الهيموغلوبين. فالمعلومة الخاصّة بهذا البروتين وصلتها محمولة على الـ ARN وحده، دون أيّ ADN، وعُبّر عنها. وهذا يؤكّد الفرضية الثانية: ما ينتقل إلى الهيولى نسخة محمولة على وسيط جزيئي، لا المورثة نفسها.
الاستنتاج: يكفي الـ ARN وحده لنقل المعلومة الوراثية الخاصّة ببروتين معيّن: فالخلية البيضية التي حُقنت بـ ARN الأرنب ركّبت الهيموغلوبين، وهو بروتين ليس لها، دون أن تتلقّى أيّ ADN.

وسيط جزيئي بين النواة والهيولى

لا تغادر جزيئة ADN النواة، غير أنّ البروتين يُبنى في الهيولى. فلا بدّ إذن من جزيء وسيط ينقل المعلومة بين المقرّين. وقد أظهر وسمُ اليوراسيل بنظير مشعّ أنّ هذا الوسيط يتشكّل في النواة أوّلا ثمّ يغادرها إلى الهيولى، وأنّه من طبيعة ريبية: هو ARN.

ولأنّ دوره حملُ الرسالة الوراثية الخاصّة ببروتين معيّن من النواة إلى الهيولى، سُمّي ARN الرسول ويُرمز له بـ ARNm. فالمعلومة الوراثية لا تنتقل في أصلها بل في نسخة عنها، وتبقى المورثة محفوظة في مأمن داخل النواة.

وتؤكّد تجربة الحقن أنّ هذه النسخة وحدها كافية: فخلايا بيضية للضفدع لا تركّب الهيموغلوبين، حُقنت بـ ARN عُزل من الخلايا الأصلية لكرات الدم الحمراء عند الأرنب، فصارت تركّبه إلى جانب بروتيناتها الخاصّة، دون أن يدخلها أيّ ADN. فالرسالة المحمولة على الـ ARN وحدها يُعبَّر عنها في الهيولى.

أنماط الـ ARN الهيولية

في هيولى الخلية ثلاثة أنماط من الـ ARN، يفصل بينها الطرد المركزي حسب معامل الترسيب. نمطان منها موجودان بصفة دائمة مهما كانت حالة الخلية: الـ ARNr الريبوزومي، وهو الأوفر، والـ ARNt الناقل، وهو الأصغر حجما. أمّا النمط الثالث فلا تظهر منه كمّية معتبرة إلاّ أثناء تركيب البروتين، وهو الـ ARNm.

والـ ARNm ينفرد بخاصّية ثانية: طوله متغيّر. فكلّ جزيئة منه تحمل معلومة مورثة واحدة، وأطوال المورثات مختلفة باختلاف أطوال البروتينات التي تشفّر لها. أمّا الـ ARNr والـ ARNt فلكلّ منهما حجم ثابت لأنّ دورهما بنيويّ لا إعلاميّ.

التركيب الكيميائي للـ ARN وبنيته

يتكوّن الـ ARN من نكليوتيدات ريبية، ولكلّ نكليوتيدة ثلاث لبنات: مجموعة فوسفاط، وسكّر ريبوز، وقاعدة آزوتية من أربع هي A و U و G و C. وتنقسم هذه القواعد إلى بيريميدينية ذات حلقة واحدة، وهي U و C، وبيورينية ذات حلقتين ملتحمتين، وهي A و G.

وتتّحد النكليوتيدات فيما بينها بروابط إستر فوسفاتية بين سكّر ونكليوتيدة موالية، فينشأ هيكل ثابت متكرّر من فوسفاط وسكّر، تتدلّى عنه القواعد الآزوتية وحدها متغيّرة. ولذلك كانت المعلومة الوراثية محمولة على تتابع القواعد، لا على الهيكل.

وللسلسلة نهايتان مختلفتان كيميائيا: نهاية يبقى فيها الفوسفاط حرّا، ونهاية تبقى فيها مجموعة OH حرّة. فالسلسلة موجّهة، ولها معنى قراءة واحد لا معنيان — وهذه خاصّية سنحتاجها عند قراءة الرسالة الوراثية. والـ ARN خيط منفرد، على خلاف الـ ADN المكوّن من سلسلتين.

حصيلة الدرس: من المورثة المحفوظة في النواة إلى الهيولى عبر وسيط ريبيّ، وبنية اللبنة التي يتكوّن منها هذا الوسيط.
التمرين النموذجيّ في هذا الدرس يعطيك تسجيلين للطرد المركزي أو صورتين لوسم إشعاعي في زمنين، ويطلب تحديد نمط الـ ARN أو مقرّ تشكّله. ابدأ دائما بتحرير ما يتغيّر بين الحالتين، لأنّ الفرق وحده هو الذي يحمل الجواب؛ ثمّ علّل بمعطى مكتوب في الوثيقة، لا بما تحفظه.
عند المراجعة، أعد رسم مخطّط الحصيلة من الذاكرة: ثلاث محطّات وسهمان، ثمّ اللبنات الثلاث للنكليوتيدة. إن استطعت تسمية المحطّات وتعليل ما يجري في كلّ منها فقد ثبّتّ الدرس.
الخلاصة: لا تغادر جزيئة ADN النواة، فتُنسخ المعلومة الوراثية على جزيء وسيط ريبيّ يتشكّل في النواة ويعبر إلى الهيولى، هو ARN الرسول ARNm. وفي الهيولى ثلاثة أنماط من الـ ARN: ARNr و ARNt دائمان، و ARNm لا يظهر إلاّ أثناء تركيب البروتين وهو وحده متغيّر الطول. والـ ARN خيط منفرد من نكليوتيدات، لكلّ نكليوتيدة فوسفاط وسكّر ريبوز وقاعدة آزوتية من أربع هي A و U و G و C؛ الفوسفاط والسكّر جزؤها الثابت، والقاعدة جزؤها المتغيّر الحامل للمعلومة، وروابطها إستر فوسفاتية تجعل السلسلة موجّهة.

Page 1/9

© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net