Natural & Life Sciences🎓 baccalaureate goal
تركيب البروتين › ADN إستنساخ المعلومات الوراثية الموجودة على مستوى ال
آلية الاستنساخ
→→
🔊 The teacher reads for you
إشكالية: مصدر المعلومة الوراثية هو جزيئة ADN المحفوظة في النواة، والوسيط الذي ينقل هذه المعلومة من النواة إلى الهيولى هو ARNm. ونسخُ المعلومة على هذا الوسيط هو ما نسمّيه الاستنساخ. فكيف تتمّ عملية استنساخ المعلومة الوراثية، وما الشروط التي تتطلّبها ؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
- أن تقارن بين جزيئتي ADN و ARN في بنيتهما وقواعدهما ودورهما
- أن تحدّد اتّجاه الاستنساخ ومراحله انطلاقا من وثائق تجريبية
- أن تستخرج شروط حدوث الاستنساخ ودور إنزيم ARN بوليميراز
- أن تكتب تتابع ARNm انطلاقا من تتابع مورثة معطاة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
- أنّ المعلومة الوراثية محفوظة في النواة على شكل مورثات محمولة على ADN
- أنّ تركيب البروتين يتمّ في الهيولى على مستوى الشبكة الهيولية المحبّبة
- بنية النكليوتيدة وقاعدة التكامل بين القواعد الآزوتية
النشاط 1: مقارنة بين ADN و ARN
📌الوثيقة (1)
| المعيار | ADN | ARN |
|---|---|---|
| التسمية | حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين | حمض نووي ريبي |
| البنية | سلسلتان متقابلتان مرتبطتان بروابط هيدروجينية | سلسلة واحدة |
| نوع السكر | ريبوز منقوص الأكسجين C₅H₁₀O₄ | ريبوز C₅H₁₀O₅ |
| القواعد الآزوتية | A · T · G · C | A · U · G · C |
| مقر التواجد | النواة | النواة والهيولى |
| الأنواع | نوع واحد | ARNm · ARNt · ARNr |
| الدور | مقر المعلومة الوراثية | ARNm حامل للمعلومة · ARNt ناقل للأحماض الأمينية · ARNr داخل في تركيب الريبوزوم |
🎯التعليمة
- قارن بين ADN و ARN من حيث البنية ونوع السكّر والقواعد الآزوتية.
- استخرج من الجدول ما ينفرد به ARN عن ADN في مقرّ التواجد وفي الأنواع.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نقارن: يتكوّن ADN من سلسلتين متقابلتين مرتبطتين بروابط هيدروجينية، بينما يتكوّن ARN من سلسلة واحدة. وسكّر ADN هو الريبوز منقوص الأكسجين، وسكّر ARN هو الريبوز، فالفرق بينهما ذرّة أكسجين واحدة. أمّا القواعد فثلاث منها مشتركة (A و G و C)، وتنفرد الرابعة: T في ADN و U في ARN.
- نستخرج: ينفرد ARN بأنّه يوجد في النواة وفي الهيولى معا، في حين لا يوجد ADN إلاّ في النواة. وينفرد كذلك بتعدّد أنواعه: ARNm الحامل للمعلومة، و ARNt الناقل للأحماض الأمينية، و ARNr الداخل في تركيب الريبوزوم؛ أمّا ADN فنوع واحد.
الاستنتاج: ARN جزيء أحاديّ السلسلة، سكّره ريبوز وقاعدته الرابعة U، يوجد في النواة والهيولى وله ثلاثة أنواع. وهذه الخصائص هي التي تؤهّله لأن يكون وسيطا متنقّلا، على خلاف ADN الذي يبقى في النواة.
النشاط 2: ملاحظة الاستنساخ بالمجهر الإلكتروني
🎯التعليمة
- حلّل الوثيقة (2) وحدّد اتّجاه الاستنساخ، معلّلا إجابتك.
- حدّد ما يمثّله العنصران أ و ب.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحلّل الوثيقة (2): نلاحظ على جزيئة ADN مورثتين تفصل بينهما منطقة غير مستنسخة، وننطلق من كلّ مورثة خيوط يتزايد طولها في اتّجاه واحد. ونستنتج أنّ اتّجاه الاستنساخ هو اتّجاه تزايد طول خيوط ARN: من بداية المورثة إلى نهايتها. ونعلّل ذلك بأنّ الخيط الأطول هو الأقدم انطلاقا، فقد أتيح له من الوقت ما لم يُتَح للخيط الذي يليه.
- نحدّد العنصرين: العنصر أ خيط ناشئ ينطلق من الجزيئة الأمّ، فهو ARNm في طور التشكّل. والعنصر ب هو الكتلة التي ينطلق منها كلّ خيط على الجزيئة الحاملة، وهو إنزيم ARN بوليميراز الذي يركّب هذا الخيط.
الاستنتاج: يجري الاستنساخ على مستوى المورثة وحدها، لا على طول الجزيئة كلّها، وله اتّجاه واحد يوافق تزايد طول خيوط ARNm الناشئة. ويمكن أن تُستنسخ عدّة خيوط من المورثة نفسها في آن واحد.
الطول هنا يقوم مقام الساعة: لا تعطيك الصورة زمنا، لكنّ خيطا أطول يعني استنساخا بدأ قبل غيره. اقرأ كلّ صورة صامتة بهذا السؤال: ما الذي يلعب فيها دور الزمن ؟
النشاط 3: إظهار دور إنزيم ARN بوليميراز
🎯التعليمة
- حلّل المنحنى الممثّل في الوثيقة (3).
- استنتج دور إنزيم ARN بوليميراز في عملية الاستنساخ.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحلّل المنحنى: يمثّل المنحنى تغيّرات نسبة تشكّل ARNm بدلالة تركيز المثبّط. عند التراكيز الضعيفة، إلى حدود 10⁻³ ميكروغرام/مل، تبقى النسبة ثابتة عند 100 بالمائة. ثمّ تتناقص بسرعة كلّما زاد التركيز، إلى أن تنعدم تماما ابتداء من 10⁰ ميكروغرام/مل.
- نستنتج: أنّ إنزيم ARN بوليميراز ضروريّ لحدوث الاستنساخ. فالمركّب المستعمل مثبّط نوعيّ لهذا الإنزيم وحده، وتثبيطه يوقف تشكّل ARNm: فلو كان الاستنساخ يجري بدونه لما تأثّرت النسبة بتثبيطه.
الاستنتاج: إنزيم ARN بوليميراز شرط لازم لحدوث الاستنساخ: بغيابه لا يتشكّل ARNm.
انتبه إلى ما يُبنى عليه هذا الاستنتاج: نوعيّة المثبّط معطاة في نصّ التجربة، لا في المنحنى. لو لم تكن نوعيّة لما جاز لك أن تنسب توقّف الاستنساخ إلى هذا الإنزيم وحده.
النشاط 4: مراحل حدوث الاستنساخ
🎯التعليمة
- استخرج من الوثيقة (4) العناصر الضرورية لحدوث عملية الاستنساخ.
- حدّد مراحل حدوث الاستنساخ، معلّلا ترتيبها.
- لخّص في نصّ علميّ كيفية حدوث عملية الاستنساخ.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نستخرج العناصر: يتطلّب الاستنساخ أربعة عناصر: مورثة على جزيئة ADN تكون قالبا، ونكليوتيدات حرّة من نوع A و C و G و U، وإنزيم ARN بوليميراز، وطاقة.
- نحدّد المراحل: نميّز ثلاث مراحل بعد تثبّت الإنزيم على منطقة البداية: مرحلة البداية، ثمّ مرحلة الاستطالة، ثمّ مرحلة النهاية. ونعلّل هذا الترتيب بتزايد طول خيط ARNm من صورة إلى التي تليها، وبانتقال الإنزيم من منطقة البداية نحو منطقة النهاية.
- نلخّص: يتثبّت إنزيم ARN بوليميراز عند بداية المورثة ويكسر الروابط الهيدروجينية بين السلسلتين، فتنفتح فقاعة تكون فيها سلسلة مستنسخة وأخرى غير مستنسخة؛ ثمّ يقرأ الإنزيم التتابع النكليوتيدي على السلسلة المستنسخة ويربط النكليوتيدات الحرّة الموافقة لها فيبدأ خيط ARNm بالظهور. وفي مرحلة الاستطالة ينتقل الإنزيم على طول المورثة فيطول الخيط. وفي مرحلة النهاية يبلغ الإنزيم نهاية المورثة فينفصل، ويتحرّر ARNm، وتلتحم سلسلتا ADN من جديد.
الاستنتاج: يجري الاستنساخ في ثلاث مراحل — البداية والاستطالة والنهاية — على سلسلة واحدة من المورثة هي السلسلة المستنسخة، ويتطلّب مورثة ونكليوتيدات حرّة وإنزيم ARN بوليميراز وطاقة.
النشاط 5: العلاقة بين المورثة و ARNm الناتج عنها
🎯التعليمة
- حدّد تتابع القواعد الآزوتية على سلسلة ARNm الناتجة عن هذه المورثة.
- استنتج العلاقة بين كلّ من سلسلتي ADN وسلسلة ARNm.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحدّد التتابع: نبني ARNm على السلسلة المستنسخة وحدها، بتطبيق التكامل مع تعويض T بـ U: تقابل A القاعدة U، وتقابل T القاعدة A، وتقابل G القاعدة C، وتقابل C القاعدة G. فنتحصّل على التتابع: A C G G U U A G A G C U A G A A C G
- نستنتج العلاقة: نقارن هذا التتابع بالسلسلتين: نجده مطابقا للسلسلة غير المستنسخة تماما، ما عدا استبدال كلّ T بـ U — وهي ثلاثة مواضع في هذه القطعة. ونجده متكاملا مع السلسلة المستنسخة، بتعويض T بـ U. فالعلاقة إذن: تطابق مع غير المستنسخة، وتكامل مع المستنسخة.
الاستنتاج: ARNm نسخة من المورثة: يتكامل مع السلسلة المستنسخة التي بُني عليها، فيطابق بذلك السلسلة غير المستنسخة، مع وضع U مكان T. ولهذا تُقرأ المعلومة على ARNm كما لو قُرئت على السلسلة غير المستنسخة.
لا تبنِ ARNm على السلسلة غير المستنسخة لأنّها «تشبه» النتيجة: التكامل يجري مع السلسلة المستنسخة وحدها. المطابقة مع الأخرى نتيجة، لا طريقا — ومن يخلط بينهما يصيب في هذا التمرين ويخطئ في الذي يليه.
شروط الاستنساخ ومراحله
الاستنساخ نسخُ المعلومة المحمولة على مورثة في جزيئة ADN على جزيء وسيط هو ARNm. وهو يتطلّب أربعة عناصر: المورثة قالبا، ونكليوتيدات حرّة، وإنزيم ARN بوليميراز، وطاقة. وغياب الإنزيم وحده كاف لإيقاف العملية، كما بيّنه المثبّط النوعيّ.
ويجري في ثلاث مراحل. في البداية يتثبّت الإنزيم عند بداية المورثة ويفصل السلسلتين، فتصير إحداهما مستنسخة والأخرى غير مستنسخة. وفي الاستطالة يتقدّم الإنزيم على طول السلسلة المستنسخة رابطا النكليوتيدات الموافقة، فيطول خيط ARNm. وفي النهاية يبلغ نهاية المورثة فينفصل، ويتحرّر الخيط، وتلتحم السلسلتان.
ARNm الناتج، ومقرّ العملية
يُبنى ARNm على السلسلة المستنسخة وفق قاعدة التكامل مع وضع U مكان T، فيجيء مطابقا للسلسلة غير المستنسخة. وهو يحمل المعلومة الوراثية نفسها، لكن في صيغة تستطيع مغادرة النواة.
ويتمّ الاستنساخ عند حقيقيات النوى داخل النواة؛ وينضج ARNm فيها قبل أن يغادرها إلى الهيولى، فيكون أقصر من المورثة لأنّ قطعا غير دالّة تُحذف منه. أمّا عند أوليات النوى فيتمّ الاستنساخ في الهيولى، ويكون طول ARNm مساويا لطول المورثة لغياب هذه القطع.
وهكذا يجيب الاستنساخ عن السؤال الذي تُرك مفتوحا: ليست المورثة هي التي تنتقل، بل نسخة منها محمولة على ARNm. ويبقى أن نعرف كيف تُترجم هذه النسخة إلى بروتين في الهيولى.
تمرين الباكالوريا النموذجيّ في هذا الدرس يعطيك تتابعا لسلسلتي مورثة ويطلب ARNm، أو يعطيك ARNm ويطلب المورثة. اكتب دائما في ورقتك أيّ سلسلة اخترتها قالبا ولماذا: التعليل هنا يساوي النتيجة في التنقيط.
للتحقّق من إجابتك في ثانيتين: قارن ARNm الذي كتبتَه بالسلسلة غير المستنسخة. يجب أن يكونا حرفا بحرف سواء، إلاّ أنّ كلّ T صارت U. إن اختلف حرف آخر فقد أخطأت في التكامل.
الخلاصة: الاستنساخ نسخُ معلومة مورثة على جزيء ARNm. يتمّ عند حقيقيات النوى في النواة وفي ثلاث مراحل — البداية والاستطالة والنهاية — ويتطلّب مورثة ونكليوتيدات حرّة وإنزيم ARN بوليميراز وطاقة. ويُبنى ARNm على السلسلة المستنسخة بالتكامل مع وضع U مكان T، فيطابق السلسلة غير المستنسخة. ثمّ ينضج ويغادر النواة إلى الهيولى ليُترجَم إلى بروتين، بينما يتمّ الاستنساخ عند أوليات النوى في الهيولى دون هذا النضج.
Page 1/8
© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net