علم الوراثة ( تضاعف واستنساخ المادة الوراثية) م5

تكرار الحامض النووي الـ DNA DNA Replication
أن البناء الحيوي الـ DNA المؤلف من خيطين حلزونين مرتبطين مع بعضهما من خلال الاواصر الهيدروجينية ما بين (T= A, C=G) يمكن أن ينفصم في مستوى هذه الروابط الهيدروجينية اثناء تضاعف الكروموسوم. وان انفصال الشريطين للحلزون المزدوج يجعل كل شريط يعمل كقالب Template، حيث بمجرد ايجاد او معرفة توال معين لنيوكليوتيدات احد اشرطة الحلزون المزدوج فانه التوالي على الشريط الاخر يجب أن تكون مكملة Complemantary حيث يتكامل كل نصف مع النصف الاخر المتمم له اصلا حيث يلتقي الادنيين A مع الثايمين T و السايتوسين C لايرتبط الا مع الكوانين G علما أن احد الاشرطة يقرأ شكل 3ACCGAT5 فان الشريط الاخر وكقاعدة الازدواج القاعدي يجب أن يقرأ شكل 5TGGCTA3 حيث يطلق على هذا البناء بالبناء شبه المحافظ Semi Conservative Synthesis.
وهكذا تحصل على جزيئتين من الـ DNA كل منهما يطابق تماما الجزء الاصلي ويمتلك بالضبط خواصه نفسها وتصبح الخليتان الجديدتان الناتجتان من انقسام الخلية ألام حاملين ايضا لنفس المعلومات الوراثية، كما انهما تنقلانها إلى وريثيهما.
يحدث تضاعف الـ DNA بفعل انزيمات مختلفة ويعد انزيم بلمرة الحامض النووي الرايبوزي منقوص الاوكسجين (DNA-polymerase) اهم الانزيمات في هذه العملية ويسمى هذا الانزيم بـ (DNA-dependent DNA polymerase) وان دور هذا الانزيم هو استنساخ كل شريط من شريطي حلزون الـ DNA الابوية الى شريط مكمل complementary حيث يكون الاول كقالب template وبذلك يتكون اثنين من الشرائط البنتية Daughter strands .

سؤال: هل ان التكرار يبدأ من مكان واحد؟
ومن الجدير بالذكر ان تضاعف الـ DNA يبدأ في عدة اماكن من كل شريط (كروموسوم) في وقت واحد والتي تعرف بوحدات التكرار (Replication units) او ماتدعى بالـ Relicon. حيث لوحظ من خلال الدراسات ان معدل تكرار الـ DNA في خلايا الانسان يبلغ حوالي 0.5 مايكرون (M) لكل دقيقة واذا ماعرفنا ان كروموسومات الانسان تحتوي على مايقارب من 30.000 مايكرون من الـ DNA فهذا يتطلب 1000 ساعة لاكمال التكرار والذي يتعارض مع الفترة الاعتيادية لمرحلة S في مدة الخلية والبالغة 6-8 ساعات وهنالك دراسة لـ Huberman و Riggs حول هذا الموضوع اجريت لمزرعة من الخلايا الانسانية في مرحلة الـ ٍS من خلال تعريض الخلايا الى الثايمين المعلم بالنظير المشع تريتيوم (H3) ولفترات قصيرة حيث لاحظا ان مقاطع متعددة معلمة بالتريتيوم (H3) والذي يثبت ان عمل انزيمات التكرار يكون في اماكن عدة وفي وقت واحد.

الاستنساخ Transcription
من الواضح أن الجينات لاتسهم بشكل مباشر في بناء سلسلة متعددة الببتيدات polypeptides (او جزيئة البروتين) لذلك فان السلاسل النيوكلوتيدية للجينات يجب أن تستنسخ اولا إلى سلاسل نيوكلوتيدية مكملة في جزيئات الحامض النووي الـ RNA الذي يعرف بـ (الحامض النووي الرسولmRNA). بعد ذلك تنتقل جزيئات mRNA إلى السايتوبلازم لتاخذ دورها في بناء سلسلة متعددة الببيدات، لهذا فالاستنساخ يعني عملية البناء الحيوي للحامض النووي الـ RNA باستخدام قالب من الحامض النووي DNA، بما أن القاعدة النتروجينية اليوراسيل تزدوج مع الادنين في نفس الطريقة التي تزدوج بها القاعدة النتروجينية الثايمين مع الادنين، فمن الممكن القول أن عملية الاستنساخ تعمل بطريقة مشابهة لعملية تضاعف الحامض النووي الـ DNA.
والاختلاف بين الاستنساخ والتضاعف يكمن في عدد من النواحي، فالاستنساخ مثلا يشمل جزء (او قطعة) قصير من الحامض النووي الـ DNA كذلك، بعكس التضاعف، فان الاستنساخ يؤدي إلى تكوين خيط واحد او سلسلة مفردة من الحامض النووي الـ RNA، لذلك يجب أن تتولد اشارة تبلغ الخلية عن أي من سلسلتي الحامض النووي الـ DNA تستعمل كقالب يطلق على تسلسل النيوكليوتيدات للحامض النووي الـ DNA الذي يعتبر اشارة لبدء ولانتخاب القالب خلال عملية الايتنساخ بموقع الانشاء Promoter site كما تنتهي عملية الاستنساخ عند تسلسلات منظمة خاصة وغالبا ما تكون هذه التسلسلات كعروات مزدوجة من القواعد Base-paired loops غير أن انطوائها او التفافها الفعلي في الخلية غير معروف.
اما احدى الجزيئات المهمة لانجاز عملية الاستنساخ هي انزيم بلمرة الحامض النووي RNA (RNA- polymerase) ويوجد نوع واحد منه في بدائية النواة وثلاثة انواع منه في حقيقية النواة نستنسخ النسخة الاولية للحامض النووي الرسول m RNA من الجين التركيبي المراد التعبير عنه في الخلية وتكون مطابقة تماما للجين التركيبي باستثناء كونه مفرد السلسلة وتسمى هذه النسخة بالحامض النووي RNA المتباين النووي ويرمز له hn RNA وبعدها تجري التحورات بالاضافة والاستئصال والربط لتكوين سلسلة الحامض النووي m RNA الناتج .

الشفرة الوراثية Genetic code
تعرف الشفرة الوراثية على انها الوحدة الوراثية التي تحتوي على المعلومات الوراثية المشفرة لحامض اميني واحدة وتتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات triplets ونستنسخ هذه المعلومات اولا من RNA الرسول والتي تكون لها سلسلة من قواعد المتممة الDNA قد يكون للDNA وm RNA اربع قواعد مختلفة بينما يحتوي البروتين على 20 حامضا امينيا مختلفا. ومن المهم معرفة كيفية ترجمة شفرة اربعة احرف إلى واحد من المكونات العشرين.
لقد افترض أن ثلاثة نيوكليوتيدات تعمل شفرة واحدة لترجمة العشرين حامضا امينيا فلو كان هناك نيوكليوتيدات متخصصان لحامض اميني فسوف تتكون 16 شفرة من الانواع الاربعة للقواعد في كل الاحتمالات ذات الارتباطات الزوجية
4 2=16 وهذا العدد من الشفرات يبدو صغيرا جدا ولكن النيوكليوتيدات الثلاثية تكون 4 3=64 حالة ولهذا فهي وسيلة سهلة لتكون شفرات للاحماض الامنية العشرين .
لقد تم اكتشاف اول شفرة وهي UUU سنة 1950 خاصة بالحامض الاميني فينيل النينphenylalanine . وقد وضعت الشفرة الوراثية عادة تسمية الكودون في الرسول RNA المستنسخ بدلا من كلمات شفرة في الـ DNA مباشرة.
وقد برز هذا التقليد من حقيقة أن كل التجارب تستخدم RNA في عملية الترجمة إلى البروتين وذلك بسبب أن العمل مع RNA يكون اسهل منه مع الـ DNA ولاكثر من ذلك فان الترجمة تحدث بوجود المستنسخ، حتى اذا ما حذف الـ DNA من نظام الاختبار. أن شفرة U U U في RNA الرسول هي استنساخ الشفرة T T T في قالب الـ DNA.
لقد وجد لتركيب القاعدة العديد من الشفرات باستخدام متعدد النيوكليوتيد من قاعدتين، لذا فان البلمرة الاساس العشوائية Randam Coopolymer لـ GوU يحتوي على ثماني حالات ثلاثية مختلفة وهي G U U و U G U و U U G و UUUوG G G و G U G و U G G حيث توجه بناء العديد من الاحماض الامينية .
ولكن هذه الطريقة لايمكن أن تميز فيها بين تسلسل النيوكليوتيدات، مثلا لا يمكن التمييز بين U U G و U G U ولغرض ذلك فقد استخدمت طريقة ليدر فيرنيس عام 1964 Leder & Nirenbres حيث وجد أن ثلاثي النيوكليوتيدات تحفز اتحاد AA-tRNA الخاص aminoacule- Trna مع الرايبوسومات، هذه الاتحادات تتكون عند وضع عديد من ثلاثي النيوكليوتيدات مع الرايبوسومات وبهذا فان C14-AA- tRNA يمكن تمييزه بسهولة.