Sciences de la nature et de la vie🎓 objectif bac
آليات تركيب البروتين › ADN إستنساخ المعلومات الوراثية الموجودة على مستوى ال
آلية الاستنساخ و دور إنزيم ARN بوليميراز
→→
🔊 La maîtresse lit pour toi
إشكالية: مصدر المعلومة الوراثية هو الـ ADN وهو محبوس في نواة الخلية، والوسيط الذي ينقل هذه المعلومة إلى الهيولى هو الـ ARNm الذي يتشكّل انطلاقا من المورثة. فكيف تتمّ عملية استنساخ المعلومة الوراثية من الـ ADN إلى الـ ARNm ؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
- أن تقارن بين الـ ADN والـ ARN من حيث السكّر والقواعد والبنية والدور
- أن تحدّد اتّجاه الاستنساخ انطلاقا من صورة بالمجهر الإلكتروني
- أن تثبت، اعتمادا على تجربة التثبيط، ضرورة إنزيم ARN بوليميراز للاستنساخ
- أن تصف مراحل الاستنساخ الثلاث وتذكر الشروط اللازمة لحدوثه
- أن تستنتج العلاقة بين كلّ سلسلة من سلسلتي الـ ADN وسلسلة الـ ARNm الناتجة
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
- بنية الـ ADN: سلسلتان متقابلتان مرتبطتان بروابط هيدروجينية
- التركيب الكيميائي لجزيء الـ ARN وقواعده الأربع A و G و C و U
- أنّ الـ ARNm هو الوسيط الذي ينقل المعلومة الوراثية من النواة إلى الهيولى
قبل أن تبدأ، احتفظ بسؤال واحد في ذهنك طوال الدرس: الـ ADN سلسلتان والـ ARNm سلسلة واحدة، فأيّ السلسلتين تُنسخ، وهل تُنسخان معا ؟ كلّ وثيقة من وثائق هذا الدرس تقرّبك من الجواب، والوثيقة الأخيرة هي التي تحسمه.
النشاط 1: مقارنة بين الـ ADN والـ ARN
| وجه المقارنة | ADN | ARN |
|---|---|---|
| التسمية | حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين | حمض نووي ريبي |
| البنية | سلسلتان متقابلتان مرتبطتان بروابط هيدروجينية | سلسلة واحدة |
| نوع السكّر | ريبوز منقوص الأكسجين C₅H₁₀O₄ | ريبوز C₅H₁₀O₅ |
| القواعد الآزوتية | A · T · G · C | A · U · G · C |
| مقرّ التواجد | النواة (عند حقيقيات النوى) | النواة والهيولى |
| الأنواع | نوع واحد | ARNm · ARNt · ARNr |
| الدور | مقرّ المعلومة الوراثية | ARNm حامل للمعلومة الوراثية · ARNt ناقل للأحماض الأمينية · ARNr يدخل في تركيب الريبوزومات |
🎯التعليمة
- حدّد، انطلاقا من الوثيقة (1)، الفروق بين نكليوتيدة الـ ADN ونكليوتيدة الـ ARN.
- استخرج من الوثيقة (2) أنواع الـ ARN ودور كلّ نوع منها.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحدّد الفروق: يختلف الجزيئان أوّلا في السكّر، فسكّر الـ ARN ريبوز يحمل مجموعة OH إضافية، وسكّر الـ ADN ريبوز منقوص الأكسجين لا يحملها. ويختلفان ثانيا في قاعدة واحدة من الأربع: اليوراسيل U في الـ ARN مقابل التيمين T في الـ ADN، والباقيات A و G و C مشتركة. ويختلفان ثالثا في البنية: الـ ARN سلسلة واحدة والـ ADN سلسلتان.
- نستخرج الأنواع: للـ ARN ثلاثة أنواع، الـ ARNm الرسول حامل للمعلومة الوراثية، والـ ARNt الناقل يجلب الأحماض الأمينية، والـ ARNr الريبوزومي يدخل في تركيب الريبوزومات. أمّا الـ ADN فنوع واحد دوره أن يكون مقرّ المعلومة الوراثية. ويوجد الـ ADN عند حقيقيات النوى في النواة، بينما يوجد الـ ARN في النواة والهيولى معا.
الاستنتاج: الـ ADN والـ ARN حمضان نوويان يختلفان في السكّر وفي قاعدة واحدة وفي عدد السلاسل وفي مقرّ التواجد وفي الدور: فالـ ADN مقرّ المعلومة الوراثية، والـ ARN بأنواعه الثلاثة أداة تنفيذها.
النشاط 2: ملاحظة عملية الاستنساخ بالمجهر الإلكتروني
🎯التعليمة
- حدّد ما يمثّله الخيط الطويل وما تمثّله الألياف الخارجة من جانبيه.
- استخرج اتّجاه الاستنساخ على المورثة الواحدة معلّلا إجابتك.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحدّد العنصرين: الخيط الطويل المستمرّ هو جزيء الـ ADN، وتتعاقب عليه مناطق مستنسخة هي المورثات ومنطقة غير مستنسخة تفصل بينها؛ ونلاحظ على الوثيقة مورثتين. أمّا الألياف الخارجة من جانبي كلّ مورثة فهي خيوط ARN في طور التشكّل.
- نستخرج الاتّجاه: يزداد طول خيوط الـ ARN كلّما تقدّمنا في المورثة الواحدة، والخيط الأطول هو الذي بدأ نسخه أوّلا. فاتّجاه الاستنساخ يذهب من الخيوط القصيرة نحو الخيوط الطويلة، أي من بداية المورثة نحو نهايتها، ومن المورثة 1 في اتّجاه المورثة 2. ونلاحظ كذلك أنّ عدّة خيوط تُنسخ في الوقت نفسه على المورثة الواحدة.
الاستنتاج: يجري الاستنساخ على جزيء الـ ADN في مناطق محدّدة هي المورثات، ويتقدّم في اتّجاه واحد من بداية المورثة نحو نهايتها؛ ويدلّ على ذلك تزايد طول خيوط الـ ARN كلّما اقتربنا من نهاية المورثة.
النشاط 3: إظهار دور إنزيم ARN بوليميراز
🎯التعليمة
- حلّل المنحنى الممثّل في الوثيقة (4).
- استنتج دور إنزيم ARN بوليميراز في عملية الاستنساخ.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحلّل المنحنى: يمثّل تغيّرات نسبة تشكّل الـ ARNm بدلالة تركيز ألفا-أمانيتين. في التراكيز الضعيفة وحتّى 10⁻³ ميكروغرام في الميليلتر تبقى النسبة ثابتة عند 100 بالمائة، ممّا يدلّ على أنّ هذه التراكيز لم تؤثّر في نشاط الإنزيم. ثمّ تتناقص النسبة كلّما زاد التركيز حتّى تنعدم تماما ابتداء من 10⁰ ميكروغرام في الميليلتر.
- نستنتج الدور: ألفا-أمانيتين مثبّط نوعي لإنزيم ARN بوليميراز، أي أنّه لا يعطّل سواه. وكلّما عُطّل الإنزيم أكثر تناقص تشكّل الـ ARNm حتّى انعدم. فالعلاقة بين الأمرين سببية: لا يتشكّل الـ ARNm إلّا إذا كان هذا الإنزيم نشطا، فهو إذن ضروري لحدوث الاستنساخ.
الاستنتاج: إنزيم ARN بوليميراز ضروري لحدوث عملية الاستنساخ وتشكّل الـ ARNm؛ فتثبيطه يُوقف تشكّل الـ ARNm توقّفا تامّا.
احذر خلطا شائعا في تحليل منحنى تثبيط: المنحنى لا يقيس نشاط الإنزيم، بل يقيس ناتج عمله وهو الـ ARNm. والذي يسمح بالاستنتاج ليس شكل المنحنى وحده، بل كون المثبّط نوعيا؛ فلولا هذه الكلمة لجاز أن يكون النقصان راجعا إلى تعطّل شيء آخر في الخلية.
النشاط 4: مراحل حدوث عملية الاستنساخ
🎯التعليمة
- استخرج العناصر الضرورية لحدوث عملية الاستنساخ.
- حدّد مراحل حدوث العملية معلّلا ترتيبها.
- اكتب نصّا علميا تصف فيه كيف تتمّ عملية الاستنساخ.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نستخرج العناصر الضرورية: مورثة من الـ ADN تُقرأ، ونكليوتيدات حرّة من الأنواع الأربعة A و C و G و U، وإنزيم ARN بوليميراز، وطاقة. فبغياب واحد منها لا يحدث الاستنساخ.
- نحدّد المراحل: في الصورة ① لم ينطلق الاستنساخ بعد، والإنزيم متثبّت على مقدّمة المورثة. والصورة ② مرحلة الانطلاق، لأنّ خيط الـ ARNm يظهر فيها لأوّل مرّة. والصورة ③ مرحلة الاستطالة، لأنّ الإنزيم تقدّم على المورثة والخيط ازداد طولا. والصورة ④ مرحلة النهاية، لأنّ الإنزيم انفصل وتحرّر الخيط.
- نصف العملية: في الانطلاق يتوضّع الإنزيم في بداية المورثة ويكسر الروابط الهيدروجينية بين سلسلتي الـ ADN، فنحصل على سلسلة مستنسخة وأخرى غير مستنسخة، ثمّ يقرأ التتابع النكليوتيدي على السلسلة المستنسخة ويربط النكليوتيدات الموافقة لها فيبدأ الـ ARNm بالظهور. وفي الاستطالة ينتقل الإنزيم على طول المورثة ويواصل الربط فيطول الخيط. وفي النهاية يبلغ نهاية المورثة فينفصل، ويتحرّر الـ ARNm، وتلتحم السلسلتان من جديد.
الاستنتاج: يتطلّب الاستنساخ مورثة ونكليوتيدات حرّة وإنزيم ARN بوليميراز وطاقة، ويمرّ بثلاث مراحل متتالية: الانطلاق ثمّ الاستطالة ثمّ النهاية.
النشاط 5: العلاقة بين الـ ADN والـ ARNm المستنسخ
💭الفرضيات: الـ ADN سلسلتان متقابلتان، فإمّا أن تُنسخ السلسلتان معا وإمّا أن تُنسخ واحدة منهما فقط. وهذه الوثيقة هي التي تفصل بين الاحتمالين.
🎯التعليمة
- حدّد تتابع القواعد الآزوتية على سلسلة الـ ARNm الناتجة عن هذه القطعة.
- استنتج العلاقة بين كلّ سلسلة من سلسلتي الـ ADN وسلسلة الـ ARNm.
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نحدّد التتابع: السلسلة العليا معلَّمة بأنّها غير مستنسخة، فالمستنسخة هي السفلى. نضع أمام كلّ قاعدة منها القاعدة المكمّلة لها، مع وضع U مكان T. فنحصل على التتابع الآتي على الـ ARNm: A C G G U U A G A G C U A G A A C G.
- نستنتج العلاقتين: سلسلة الـ ARNm مطابقة للسلسلة غير المستنسخة حرفا بحرف، إلّا أنّ كلّ T فيها صار U. وهي في الوقت نفسه مكمّلة للسلسلة المستنسخة: أمام A نجد U، وأمام T نجد A، وأمام G نجد C، وأمام C نجد G. فالسلسلة المستنسخة وحدها هي التي تُقرأ، والأخرى لا تُقرأ.
الاستنتاج: تُنسخ سلسلة واحدة من سلسلتي الـ ADN هي السلسلة المستنسخة، فتكون سلسلة الـ ARNm مكمّلة لها ومطابقة في الوقت نفسه للسلسلة غير المستنسخة مع استبدال T بـ U. وبهذا تتحقّق الفرضية الثانية الموضوعة في بداية الدرس.
شروط الاستنساخ ومراحله
الاستنساخ عملية نسخ المعلومة المحمولة على مورثة من الـ ADN في شكل جزيء ARNm. ولا يحدث إلّا باجتماع أربعة شروط: مورثة تُقرأ، ونكليوتيدات ريبية حرّة، وإنزيم ARN بوليميراز، وطاقة.
ويمرّ بثلاث مراحل. في مرحلة الانطلاق يتوضّع الإنزيم في بداية المورثة ويفصل سلسلتي الـ ADN بكسر الروابط الهيدروجينية بينهما. وفي مرحلة الاستطالة ينتقل الإنزيم على طول السلسلة المستنسخة ويربط النكليوتيدات الموافقة لقواعدها، فيطول خيط الـ ARNm. وفي مرحلة النهاية يبلغ الإنزيم نهاية المورثة فينفصل، ويتحرّر الـ ARNm، وتلتحم سلسلتا الـ ADN من جديد.
ولا تُقرأ السلسلتان معا: القراءة تقع على سلسلة واحدة تُسمّى السلسلة المستنسخة، وتبقى الأخرى غير مستنسخة. وهذا ما يفسّر أنّ الـ ARNm الناتج مكمّل للسلسلة المستنسخة ومطابق لغير المستنسخة، مع وضع U مكان T.
مقرّ الاستنساخ وما ينتج عنه
يحدث الاستنساخ عند حقيقيات النوى داخل النواة، وعند أوليات النوى في الهيولى.
وينضج الـ ARNm عند حقيقيات النوى داخل النواة قبل أن يغادرها إلى الهيولى، فيصير طوله أقصر من طول المورثة لأنّ القطع غير الدالّة تُحذف منه. أمّا عند أوليات النوى فطول الـ ARNm يساوي طول المورثة، لغياب هذه القطع.
والـ ARNm الناتج حامل للمعلومة الوراثية: يغادر النواة إلى الهيولى، حيث تُترجَم هذه المعلومة إلى بروتين.
والـ ARNm الناتج مباشرة بعد الاستنساخ ليس هو الذي يُترجَم: يُسمّى الـ ARNm الأوّلي، ويُحذف منه داخل النواة عدد من القطع فيصير أقصر، وهو الـ ARNm النّاضج.
والقطع المنزوعة من الـ ARNm الأوّلي تُسمّى القطع غير الدّالة (Introns) لأنّها لا تُترجَم إلى أحماض أمينية، أمّا القطع الباقية على الـ ARNm النّاضج فتُسمّى القطع الدّالة (Exons) لأنّها هي التي تُترجَم. ⚖️ وهذه الظّاهرة غير موجودة عند أوليات النّوى كالبكتيريا: هي خاصّة بحقيقيات النّوى وحدها.
تذكّر أنّ لكلمة «مستنسخة» معنى دقيقا: السلسلة المستنسخة هي التي تُقرأ، أي القالب، وليست السلسلة الناتجة. وكثيرا ما يقع الخلط بينها وبين السلسلة التي تشبه الـ ARNm — وهي بالضبط السلسلة غير المستنسخة.
التمرين النموذجي في الباكالوريا يعطيك قطعة من الـ ADN بسلسلتيها ويطلب منك كتابة الـ ARNm الموافق. ابدأ دائما بتحديد السلسلة المستنسخة قبل أيّ شيء آخر، فأغلب الأخطاء يأتي من النسخ عن السلسلة الخطأ. ثمّ لا تنس استبدال T بـ U، ولا تكتب T في جزيء ARN أبدا.
الخلاصة: الاستنساخ نسخ المعلومة الوراثية المحمولة على مورثة من الـ ADN في جزيء ARNm، ويحدث عند حقيقيات النوى في النواة وعند أوليات النوى في الهيولى. ويتطلّب مورثة ونكليوتيدات حرّة وإنزيم ARN بوليميراز وطاقة، ويمرّ بثلاث مراحل: الانطلاق والاستطالة والنهاية. وتُنسخ سلسلة واحدة فقط هي السلسلة المستنسخة، فيكون الـ ARNm مكمّلا لها ومطابقا للسلسلة غير المستنسخة مع استبدال T بـ U. ثمّ يغادر الـ ARNm النواة إلى الهيولى ليُترجَم هناك إلى بروتين.
Page 1/8
© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net