تابع الأحماض النووية وتخليق البروتين

التكنولوجيا الجزيئية "الهندسة الوراثية"
التقدم في علم الجينات أدى إلى:-
1- عزل جين مرغوب فيه وتكوين ملايين النسخ منه باستخدام البكتيريا أو فطر الخميرة.
2- تحليل أي جين لمعرفة تتابعات القواعد النتروجينية عليه.
3- إجراء مقارنة بين جينات نفس الفرد أون جينات أفراد مختلفة.
4- معرفة تتابع الأحماض الأمينية في أي بروتين من خلا لمعرفة تتابع النيوكليوتيدات على الجين.
5- نقل جينات من خلايا إلى خلايا أخرى (نباتية أو حيوانية).
6- تمكن خورانا في عام 1979 من إنتاج جين صناعي وتم إدخاله في خلية بكتيرية.
7- يمكن استخدام DNA الصناعي في تجارب تخليق البروتين.
8- يمكن معرفة أثر استبدال حمض أميني بحمض أميني آخر على وظيفة البروتين.
تقينات التكنولويجا الجزيئية:
- عند رفع درجة حرارة DNA إلى 100 درجة مئوية تنكسر الروابط الهيدروجينية (الموجودة بين القواعد النيتروجينية) وتنفصل إلى شرائط منفردة.
- عند خفض درجة الحرارة تتحد الأشرطة ببعضها لتكوين لولب مزدوج من جديد.
- اي شريطين مفردين من DNA أو RNA يمكنها أن تتزاوج إذا وجد بينهما تتابعات ولو قصيرة من القواعد المتكاملة.
- تتوقف شدة الالتصاق بين الشريطين على درجة التكامل بين القواعد ويمكن قياس شدة الالتصاق بين الشريطين بمقدار الحرارة اللازمة لفصل الشريطين عن بعضهما مرة أخرى.
- كلما كانت درجة الحرارة اللازمة لفصلهما أعلى يكون دليل على شدة الالتصاق وهذا معناه أن هناك تكاملاً أكبر بين القواعد النتروجينية.
تكوين DNA مهجن
1- مزج الأحماض النووية من مصدرين مختلفين (نوعين من الكائنات الحية) ثم رفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية- يؤدي ذلك إلى انفصال جزئيات DNA إلى أشرطة مفردة.
2- يتم تبريد المخلوط فيحدث ازدواج القواعد النتروجينية المتكاملة بين لاشرائط المختلفة بوذلك نحصل على DNA مهجن.
DNA المهجن
هو لولب مزدوج يتكون من شريطين أحدهما من كائن والشريط المتكامل معه من كائن آخر.
استخدامات DNA المهجن:-
1- الكشف عن وجود جين معين داخل محتواه الجيني وكميته.
- يتم ذلك عن طريق تكون شريط مفرد من DNA صناعي باستخدام عناصر مشعة (حتى يسهل التعرف عليه بعد ذلك).
- يخلط شريط DNA الصناعي مع جينات المحتوى الجيني.
- يرفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية ثم تبرد بهدف الحصول على DNA هجين (أحد شريطين طبيعي والشريط المتكامل معه صناعي مشع).
- في حالة تكوين هذا DNA الهجين يكون دليل على وجود DNA المراد البحث عنه وأيضًا يمكن تحديد كميته.
2- تحديد درجة القرابة بين الكائنات الحية (تحديد العلاقات التطورية بين الأنواع المختلفة):
- نحصل على DNA هجين من نوعين مختلفين من الكائنات ثم نرفع درجة حرارتها كلما كان درجة الحرارة اللازمة لانفصال الشريطين كبيرة دليل على درجة الترابط بينهما.
- إي كلما كانت العلاقات التطورية أقرب بين نوعين كلما تشابه تتابع نيوكليوتيدات DNA بهما وزادت درجة التهجين بينهما.
أنزيمات القصر البكتيرية
- توجد هذه الإنزيمات في سلالات من البتكتيريا (تم فصل ما يقرب من 250 نوعًا من هذه الإنزيمات).
- أمكن التعرف على هذه الإلإنزيمات من ملاحظة بعض البكتيريا مثل بكتيريا أيشرشيا كولاي التي يمكنها أن تقاوم الفيروسات المتطفلة عليها ويرجع ذلك إلى وجود إنزيمات تتعرف على مواقع معينة في DNA الفيروسي وتقطعه عند هذه المواقع وبذلك يصبح DNA الفيروسي قطع عديمة الفائدة.
- أطلق على هذه الإنزيمات اسم "إنزيمات القصر البكتيرية"


لماذا لا تهاجم هذه الإنزيمات DNA الخاص بالبكتيريا نفسها؟
" تقوم البكتيريا بإضافة مجموعات ميثيل إلى النيوكليوتيدات التي تتعرف عليها إنزيمات القصر في DNA البكتيري مما يجعل DNA البكتيري مقاومًا لتأثير هذا الإنزيم وبذلك تحافظ على مادتها الوراثية من التحلل بفعل إنزيمات القصر.
" كل إنزيم من إنزيمات القصر يتعرف على تتابع معين للنيوكليوتيدات مكون من 4 - 7 نيوكليوتيدات ويقطع عند أو بالقرب من موقع التعرف.
" تتابع القواعد النيتروجينية عند موقع القطع يكون هو نفسه على كلا الشريطين عندما يتحرك في الاتجاه .
" لك إنزيم قصر القدرة على قطع جزئ DNA بغض النظر عن مصدره (فيروسي - بكتيري- نباتي- جيواني) ما دام هذا الجزء يحتوي على نسخة أو أكثر من تتابعات التعرف.
" عندما تتعرف إنزيمات القصر على مواقع محددة على DNA فإنها تقطع عندها تاركة أطراف لاصقة.
" تتشابه الأطراف اللاصقة في حالة استخدام نوع إنزيم واحد.
" يمكن الربط بين أجزاء من DNA من خلال الأطراف اللاصقة المتكاملة باستخدام إنزيمات الربط.
" بهذه الطريقة يمكن لصق قطع معينة من DNA بقطع أخرى من DNA آخر.
استنساخ تتابعات DNA


1- عزل DNA المراد استنساخه ومعاملته بإنزيمات قصر معينة يؤدي إلى قطعة تاركة أطراف لاصقة.
2- عزل البلازميد من خلاليا بكتيرية ومعاملته بنفس إنزيمات القصر السابقة (يتعرف على نفس المواقع ويقطع عندها تارك نفس الأطراف اللاصقة).
3- يستخدم إنزيم الربط لكي تتزاوج الأطراف اللاصقة لكل من DNA والبلازميد ويتم إدخاله بعد ذلك إلى الخلية البكتيرية أو خلية خميرة ومع انقسام خلايا البكتيريا تتضاعف البلازميدات.
4- يتم عزل هذه البلازميدات ومعاملتها بنفس إنزيمات القصر السابقة لتقطع عند مواقع الالتحام ويطلق الجين من البلازميد.
5- يتم عزل الجينات عن البلازميدات بالطرد المركزي وبذلك يمكن الحصول على قطع DNA المتماثلة (لتحليلها ومعرفة تتابع النيوكليوتيدات بها أو زرعها في خلايا أخرى).