Skip to main content
Global

10: الكيمياء الحيوية للجينوم

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194565

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    يرث الأطفال بعض الخصائص من كل والد. عادة ما يبدو الأشقاء متشابهين مع بعضهم البعض، ولكن ليس نفس الشيء تمامًا - باستثناء حالة التوائم المتطابقة. كيف يمكننا تفسير هذه الظواهر؟ تكمن الإجابات في الوراثة (انتقال الصفات من جيل إلى آخر) وعلم الوراثة (علم الوراثة). نظرًا لأن البشر يتكاثرون جنسيًا، فإن 50٪ من جينات الطفل تأتي من خلية بويضة الأم و 50٪ المتبقية من خلية الحيوانات المنوية للأب. يتم تشكيل الحيوانات المنوية والبويضة من خلال عملية الانقسام الاختزالي، حيث يحدث إعادة تركيب الحمض النووي. وبالتالي، لا يوجد نمط يمكن التنبؤ به حيث يأتي 50٪ من أي والد. وبالتالي، يشترك الأشقاء فقط في بعض الجينات والخصائص المرتبطة بها. التوائم المتطابقة هي الاستثناء، لأنها متطابقة وراثيًا.

    تملي الاختلافات الجينية بين الميكروبات ذات الصلة أيضًا العديد من الاختلافات البيوكيميائية والحادة الملحوظة. على سبيل المثال، تعتبر بعض سلالات بكتيريا Escherichia coli من الأعضاء غير المؤذية في الميكروبات الطبيعية في الجهاز الهضمي البشري. تحتوي السلالات الأخرى من نفس النوع على جينات تمنحها القدرة على التسبب في المرض. في البكتيريا، لا يتم توريث هذه الجينات عن طريق التكاثر الجنسي، كما هو الحال في البشر. غالبًا ما يتم نقلها عبر البلازميدات، وهي قطع دائرية صغيرة من الحمض النووي المزدوج الذي يمكن تبديله بين بدائيات النواة.

    صورة التوائم. صورة مجهرية للخلية البيضاوية مع العديد من الإسقاطات.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يتشارك الأشقاء داخل الأسرة بعض الجينات مع بعضهم البعض ومع كل والد. ومع ذلك، فإن التوائم المتطابقة متطابقة وراثيًا. قد تكتسب بكتيريا مثل Escherichia coli جينات ترمز إلى عوامل الضراوة وتحولها إلى سلالات مسببة للأمراض، مثل بكتيريا E. coli المسببة للأمراض البولية. (على اليسار: توأمان الجيش، ميرتل بيتش، ساوث كارولينا، الجيش الأمريكي؛ ملكية عامة؛ حق الائتمان: تعديل عمل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة)

    • 10.1: استخدام علم الأحياء الدقيقة لاكتشاف أسرار الحياة
      تم اكتشاف الحمض النووي وتمييزه قبل وقت طويل من فهم دوره في الوراثة. لعب علماء الأحياء الدقيقة أدوارًا مهمة في إثبات أن الحمض النووي هو المعلومات الوراثية الموجودة داخل الخلايا. في خمسينيات وستينات القرن التاسع عشر، قام جريجور مندل بتجربة بازلاء الحدائق التي يتم تربيتها بشكل حقيقي لإثبات وراثة سمات محددة يمكن ملاحظتها. في عام 1869، قام فريدريش ميشر بعزل وتطهير مركب غني بالفوسفور من نواة خلايا الدم البيضاء؛ وأطلق على المركب اسم النوكلين.
    • 10.2: هيكل ووظيفة الحمض النووي
      تتكون الأحماض النووية من النيوكليوتيدات، التي يحتوي كل منها على سكر البنتوس ومجموعة الفوسفات والقاعدة النيتروجينية. تحتوي الديوكسيريبونوكليوتيدات داخل الحمض النووي على الديوكسيريبوز مثل سكر البنتوس. يحتوي الحمض النووي على البيريميدين والسيتوزين والثايمين والبيورين والأدينين والجيوانين. ترتبط النيوكليوتيدات معًا بواسطة روابط فوسفوديستر بين مجموعة الفوسفات 5من نيوكليوتيد واحد ومجموعة هيدروكسيل 3من أخرى.
    • 10.3: هيكل ووظيفة الحمض النووي الريبي
      عادةً ما يكون حمض الريبونوكليك (RNA) أحادي الجديلة ويحتوي على الريبوز كسكر البنتوس والبيريميدين يوراسيل بدلاً من الثايمين. يمكن أن يخضع خيط الحمض النووي الريبي لاقتران كبير بين القاعدة الجزيئية ليأخذ هيكلًا ثلاثي الأبعاد. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي، وكلها تشارك في تخليق البروتين. يعمل Messenger RNA (mRNA) كوسيط بين الحمض النووي وتوليف منتجات البروتين أثناء الترجمة.
    • 10.4: هيكل ووظيفة الجينوم الخلوي
      المحتوى الجيني الكامل للخلية هو الجينوم الخاص بها. رمز الجينات للبروتينات، أو جزيئات الحمض النووي الريبي المستقرة، كل منها يؤدي وظيفة محددة في الخلية. على الرغم من أن النمط الجيني الذي تمتلكه الخلية يظل ثابتًا، إلا أن التعبير عن الجينات يعتمد على الظروف البيئية. النمط الظاهري هو الخصائص التي يمكن ملاحظتها للخلية (أو الكائن الحي) في وقت معين وينتج عن مكمل الجينات المستخدمة حاليًا.
    • 10.E: الكيمياء الحيوية للجينوم (تمارين)

    الصورة المصغرة: في المختبر، يمكن تغيير طبيعة اللولب المزدوج إلى الحمض النووي أحادي الجديلة من خلال التعرض للحرارة أو المواد الكيميائية، ثم إعادة طبيعته من خلال التبريد أو إزالة المحولات الكيميائية للسماح لخيوط الحمض النووي بإعادة التجليد. (مصدر الصورة: تعديل أعمال قام بها هيرنانديز-ليموس إي ونيكاسيو كولازو إل إيه وكاستانيدا-بريغو آر)