المحاضرة الثالثة : تعبئة الأحماض النووية Nucleic Acid Packaging

المحاضرة الثالثة : تعبئة الأحماض النووية Nucleic Acid Packaging
أن المقصود بتعبئة الأحماض النووية هي الشكل النهائي الذي يكون عليه الحامض النووي في الجزيئة الخلوية وهي تختص بالـDNA دون الـ RNA ؟ ومثال على ذلك الهيئة او التركيب الفراغي للـ DNA الموجود في الكرموسوم. ولتوضيح الفكرة نطرح السؤال التالي: اذا علمنا إن طول جزيئة الـDNA البشري المتواجد في الكرموسوم يصل إلى 2 متر لكن في الحقيقة يكون الكرموسوم تركيب مجهري لايمكن رؤيته بالعين المجردة وبذلك يكون الجواب هو التعبئة الخاصة للـDNA في الكرموسوم البشري.
تركيب الكرموسوم البشريHuman Chromosome Structure :
يتألف الكرموسوم من ذراعين وقطعه مركزيه. الذراع القصير Short arm ويسمى ب p arm والذراع الطويلLong arm ويسمى ب q arm وتسمى القطعة المركزية ب Centromere . كيميائيا يتركب الكرموسوم من حامض نووي منقوص الاوكسجين DNA وبروتين الهستون Histon. بالنسبة إلى تركيب الـDNA تطرقنا له بإسهاب في المحاضرة السابقة اما الهستون فهنالك خمسة أنواع من الهستون هي H1, H2A, H2B, H3, H5 يسمى كل من H2A, H2B, H3, H5 بهستون اللب Core Histon ؟ اما H1 يسمى بالهستون الرابط Linker Histon ؟
اولا: تعبئة الدنا DNA في كروموسوم حقيقية النواة Eukaryote DNA packing
إن تعبئة الدنا (DNA) في كروموسوم حقيقية النواة تكون كمايلي:
1- تتجمع وحدتين لكل من H2A, H2B, H3, H5 وتكون مايسمى باللب Core ثم بعد ذلك تلتف جزيئة الدنا مزدوجة الشريط حول اللب وتغلق نقطتي تلاقي الدنا بالهستون الرابط H1 لتكون مايسمى بالنيوكليوسوم Nucleosome والذي يكون قطرها 10 نانوميتر و تكون بشكل حبات او خرزات المسبحة على جزيئة الدنا.
2- تتجمع كل ستة نيوكليوسوم لتشكل شكل اسطواني يسمى بSolenoid structure والذي يكون قطرها 30 نانوميتر.
مما تقدم يتضح لنا جليا دور الهستون في عملية تعبئة Packing وحشد Condensation الدنا DNA بالنسبة إلى الكائنات حقيقية النواة Eukaryote اما بالنسبة إلى الكائنات بدائية النواة فهل هنالك تعبئة للدناDNA ؟ والجواب يكون بنعم وكما سيأتي ذكره لاحقا.
ثانيا: تعبئة الدنا DNA في كروموسوم بدائية النواة Prokaryote DNA packing
من الجدير بالذكر ان طبيعة المادة الوراثية في الكائنات بدائية النواة اقل تعقيدا مما في حقيقية النواة وفيما يخص تعبئة الدنا في بدائية النواة فانه يحصل لكن بدرجه اقل من التعقيد مما في حقيقة النواة حيث تتم العملية بارتباط بروتينات شبيهه بالهستون تسمى مجتمعة بـ Histon like protein كما في HU protein وN-HS وFIS وتسمى عملية التعبئة بالالتفاف الفائق Supercoiling حيث تتم بوجود بروتين HU وأنزيم التوبوايزوميريز الأول Topoisomerase I حيث تحدث هذه العملية بعد تضاعف الدنا DNA مباشرتا. هنالك نوعين من الـ Supercoiling :
1- بالالتفاف الفائق الموجب Positive Supercoiling : يحصل عندما يكون الالتفاف الفائق بنفس اتجاه الحلزون المزدوج للدنا DNA .
2- بالالتفاف الفائق السالب Negative Supercoiling : يحصل عندما يكون الالتفاف الفائق عكس اتجاه الحلزون المزدوج للدنا DNA .
ويكمن تلخيص اهم الفروقات في المادة الوراثية لحقيقية النواة وبدائية النواة كما موضح في الجدول التالي:
Prokaryotic Chromosomes Eukaryotic Chromosomes
• 1-Many prokaryotes contain a single circular chromosome.
•
• 2-Prokaryotic chromosomes are condensed in the nucleoid via DNA supercoiling and the binding of various architectural proteins.
•
• 3-Because prokaryotic DNA can interact with the cytoplasm, transcription and translation occur simultaneously.
•
• 4-Most prokaryotes contain only one copy of each gene (i.e., they are haploid).
•
• 5-Nonessential prokaryotic genes are commonly encoded on extrachromosomal plasmids.
•
• 6-Prokaryotic genomes are efficient and compact, containing little repetitive DNA. • 1-Eukaryotes contain multiple linear chromosomes.
•
• 2-Eukaryotic chromosomes are condensed in a membrane-bound nucleus via histones.
•
•
• 3-In eukaryotes, transcription occurs in the nucleus, and translation occurs in the cytoplasm.
•
• 4-Most eukaryotes contain two copies of each gene (i.e., they are diploid).
•
• 5-Some eukaryotic genomes are organized into operons, but most are not.
•
• 6-Extrachromosomal plasmids are not commonly present in eukaryotes.
•
• 7-Eukaryotes contain large amounts of noncoding and repetitive DNA.

ثالثا: تركيب الموروثه في حقيقية النواة Eukaryote Gene Structure :
تعرف الموروثه او الجين على إنها اصغر وحده تركيبه تحمل المعلومات الوراثية. اول من اكتشف الجين هو العالم جورج مندل بين سنة 1857 و 1864. تمتاز الكائنات حقيقية النواة بامتلاكها نسختين لكل جين وتسمى بالأليل Allele أي ان لكل جين أليليين احدهما يؤخذ من الأب والأخر من الأم وهذه بطبيعتها تكون اما سائدة Dominant ويرمز له بالحرف الكبير او متنحية Recessive ويرمز له بالحرف الصغير بالتالي تسمى جينات حقيقية النواة ب Diploid ويرمز له 2N. تكون الجينات محموله على الكرموسوم وبالنسبة للإنسان فهنالك 23 زوج كرموسومي (منها 22 زوج تسمى الكرموسومات الجسميه وزوج واحد يسمى بالكر موسومات الجنسية وهي X و Y ). من حيث الشكل كل هذه الكرموسومات تكون بشكل غير حلقي او ماتسمى خطية Linear وتحتوي في نهاياتها على تسلسلات متكرره repetitive sequence من الـ TTAGGG وتسمى هذه المنطقة بالتلومير Telomere .
ماهي فائدة منطقة التلومير للكروموسوم؟
يتكون الجين من مناطق متعاقبه باستمرار تسمى بـ Exon وهي مناطق تحوي المعلومات الوراثية التي تشفر فيما بعد و Intronالتي لاتشفر لكنها لها وظائف تنظيمية وتتكون الموروثة (الجين) في حقيقية النواة من المناطق التالية:
1- منطقة المحفز Promoter:
منطقة مميزة من الجين تحتوي على تسلسل خاص يرتبط عندها انزيم RNA polymerase II عند بدء عملية الاستنساخ Transcription تقع قبل منطقة المحفز منطقة تسمى منطقة التنظيم او السيطرة Control or Regulatory Gene وظيفتها تنظيم عملية بدا الاستنساخ ومنها المسرع Enhancer .
تحتوي منطقة المحفز على تسلسل يسمى ب TATA box وهو التسلسل الذي يرتبط عنده معقد انزيم RNA polymerase II لبدء استنساخ الدنا لتكوين الـ mRNA .
2- منطقة المشغل Operator :
وهي المنطقة التي يرتبط عندها مثبت عملية الاستنساخ Repressor .
3- منطقة الجين التركيبيStructural Gene او تسمى التسلسل المشفر Coding sequence . وهي المنطقة التي تحتوي على المعلومات الوراثية التي سيتم استنساخها .
4- منطقة الإنهاء Terminator ولكل من هذه المناطق تسلسل خاص ووظيفة خاصه بها سياتي ذكرها لاحقا.
ثالثا: تركيب الموروثه في بدائية النواة Prokaryote Gene Structure :
من الجدير بالذكر ان تركيب الكرموسوم والجين في بدائية النواة يكون أسهل مما في حقيقية النواة كما سنوضحه لاحقا. تحتوي بدائية النواة على كروموسوم حلقي واحد circular. ويكون تركيب الجين مشابها لما في حقيقية النواة مع بعض الاستثناءات ومنها:
1- لايحتوي على الانترون Intron
2- منطقة المحفز تحتوي على تسلسل يسمى Pribnow box ذو تسلسل مميز TATAAT يرتبط عنده معقد RNA polymerase .