آلية مضاعفة الـ ADN دروس علوم الحياة و الأرض الثانية بكالوريا

آلية مضاعفة الـ ADN  

دروس علوم الحياة و الأرض الثانية بكالوريا

 الفصل : مفهوم الخبر الوراثي و طبيعته الكيميائية

ملاحظة : الكلمات الموجودة في الموضوع و الملونة بالأزرق هي عبارة عن مصطلحات علمية ، و  تجدون تعريفها أسفل الموضوع .

آلية مضاعفة الـ ADN

يعتبر الـ ADN ركيزة الخبر الوراثي، هذه الجزيئة تُنقل من خلية إلى أخرى خلال الانقسام غير المباشر، فيتم بالتالي الحفاظ على الخبر الوراثي. لمعرفة كيف تتم هذه العملية نقترح دراسة تطور كمية الـ ADN خلال دورة خلوية.

1 : صف كيف تتطور كمية ال ADN خلال الدورة الخلوية  ؟

2 : أنجز رسوما تخطيطية لمزهر الصبغيات خلال الدورة الخلوية  ؟

(الأجوبة الصحيحة عن الأسئلة أسفل الموضوع)

بعد اكتشاف العلماء بنية الـ ADN، وبأنه يتضاعف خلال طور السكون، بقي التحدي في تحديد الكيفية التي تتم بها هذه المضاعفة.

تم اقتراح ثلاثة نماذج يمكن أن تتم بها مضاعفة الـ ADN.

تمثل الوثيقة جانبه رسوما تخطيطية للنماذج الثلاثة المقترحة.

النماذج المقترحة لتفسير آلية مضاعفة الـ ADN

بهدف تحديد أي هذه النماذج الثلاث هو الصحيح، قام العالمان Stahl و Meselson بإجراء التجربة التالية :

قام العالمان بتحضير بكتيريات عادية، ذات ADN خفيف بوضعها في وسط اقتياتي يدخل في تركيبه الآزوت الخفيف 14N، فحصلا على بكتيريات كلها ذات ADN خفيف (الشاهد 1).

بعد ذلك، زرعا هذه البكتيريات في وسط مغذي، حيث المصدر الوحيد للآزوت هو الآزوت الثقيل 15N. بعد عدة أجيال، حصل العالمان على بكتيريات ذات ADN ثقيل (الشاهد 2) : الجيل G0.

وضع العالمان عينة من بكتيريات الجيل G0 في وسط اقتياتي به آزوت خفيف 14N، و قاما بقياس كثافة ADN هذه البكتيريات بواسطة تقنية النبذ، بعد انقسام واحد G1، ثم بعد انقسام ثان G2، ثم بعد انقسام ثالث G3.

تمثل الوثيقة التالية النتائج التجريبية المحصل عليها.

3 : أنجز معللا إجابتك رسوما لأنابيب الإختبار توضح كثافة ADN البكتيريات بعد إنقسام واحد (G1) في الوسط الذي يضم الازوت الخفيف 14N باعتماد النموذجين  المحافظ و نصف المحافظ المقترحين لكيفية لمضاعفة ال ADN  ؟

4 : باستغلال الرسوم المنجزة حدد النموذج الذي تتم من خلاله مضاعفة جزيئة ال ADN  ؟

(الأجوبة الصحيحة عن الأسئلة أسفل الموضوع)

تعرف مضاعفة الـ ADN تدخل مجموعة من العناصر من بينها عدة أنزيمات. يتم بالتالي نسخ شريطي جزيئة الـ ADN بشكل مطابق للأصل (النسخ الجزيئي). تمثل الوثيقة أسفله رسما تخطيطيا لآلية مضاعفة الـ ADN عن طريق النسخ الجزيئي.

5 : صف من خلال الوثيقة أعلاه كيف تتم مضاعفة ال ADN بواسطة النسخ الجزيئي  ؟

(الأجوبة الصحيحة عن الأسئلة أسفل الموضوع)

ملحوظة :

بعد تدخل الهيليكاز، الذي يقوم بفصل شريطي الـ ADN الأصليين، يتدخل أنزيمين ADN بوليميراز، يعملان على تركيب الشريطين الجديدين. بما أن الهيليكاز يتجه في منحى واحد و بما أن شريطي الـ ADN متعاكسا التوازي، فإن أنزيمي الـ ADN بوليميراز سيكون لهما منحيان مختلفان : أحدهما سيكون له نفس منحى الهيليكاز، نتحدث عن استطالة متواصلة. بينما الأنزيم الآخر سيكون له منحى معاكس لمنحى الهيليكاز، نتحدث عن استطالة متقطعة.                                                                                                                        

حصيلة :

يضمن الانقسام غير المباشر ثبات عدد و صنف الصبغيات، كمية الـ ADN و تتابع النيكليوتيدات فيه، من الخلية الأم إلى الخليتين البنتين.

بما أن الـ ADN هو المادة الوراثية، و بما أنها لا تتغير كما و نوعا خلال الانقسام غير المباشر، فإن الخبر الوراثي ينتقل بدون تغيير من الخلية الأم إلى الخلايا الموالية للانقسام.

الجواب الصحيح عن الأسئلة : 

1 : صف كيف تتطور كمية ال ADN خلال الدورة الخلوية  ؟

الجواب :

تنقسم الدورة الخلوية إلى قسمين :

مرحلة السكون : تدوم فترة أطول من الانقسام غير المباشر، تنقسم بدورها إلى ثلاثة أطوار : الطور G1، خلال هذا الطور تبقى كمية الـ ADN مستقرة (q). الطور S (طور التركيب)، خلاله ترتفع كمية الـ ADN في النواة إلى أن تصل إلى الضعف (2q). أخيرا هناك الطور G2 الذي تستقر خلاله كمية الـ ADN في قيمة 2q.

الانقسام غير المباشر : يدوم مدة قصيرة، و خلاله تنخفض كمية الـ ADN لتعود إلى قيمة q من جديد، ثم تدخل الخلية مرة أخرى مرحلة السكون.

يتبين من خلال هذه المعطيات أن جزيئة الـ ADN تتعرض للمضاعفة خلال مرحلة السكون (طور التركيب S)، مما يجعل الخليتين الناتجتين عن الانقسام غير المباشر، تحتفظان بنسخة من الخبر الوراثي : نقول أن هناك حفاظ على ثبات الخبر الوراثي.

2 : أنجز رسوما تخطيطية لمزهر الصبغيات خلال الدورة الخلوية  ؟

الجواب :

3 : أنجز معللا إجابتك رسوما لأنابيب الإختبار توضح كثافة ADN البكتيريات بعد إنقسام واحد (G1) في الوسط الذي يضم الازوت الخفيف 14N باعتماد النموذجين  المحافظ و نصف المحافظ المقترحين لكيفية لمضاعفة ال ADN  ؟

الجواب :

4 : باستغلال الرسوم المنجزة حدد النموذج الذي تتم من خلاله مضاعفة جزيئة ال ADN  ؟

الجواب :

من خلال ملاحظة النتائج المحصل عليها في تجربة Stahl و Meselson، يتبين أن النموذج نصف المحافظ هو الملائم لمضاعفة الـ ADN. جزيئات الـ ADN المحصل عليها خلال هذه التجربة، تتموضع كلها وسط الأنبوب بعد عملية النبذ، مما يُفسَّر بكونها ذات كثافة متوسطة، أي أن جزيئات الـ ADN تحتوي على شريط ذو آزوت ثقيل و آخر ذو آزوت خفيف (ADN هجين).

نشير إلى أن النموذج التبددي بدوره غير ملائم لمضاعفة الـ ADN، لكونه يعطي أنابيب تحتوي على عدة أشرطة نظرا لاختلاف كل شريط ADN ناتج، عن الآخر.

5 : صف من خلال الوثيقة أعلاه كيف تتم مضاعفة ال ADN بواسطة النسخ الجزيئي  ؟

الجواب :

تتم مضاعفة جزيئة الـ ADN عبر مجموعة من المراحل :

ينفصل شريطا الـ ADN المشكلين للجزيئة الأصلية بفعل مركب أنزيمي يسمى الهيليكاز. يحدث هذا الانفصال في نقط مختلفة من جزيئة الـ ADN تسمى عيون النسخ.

يُستعمل كل شريط كنموذج لتجميع (بلمرة) النيكليوتيدات الحرة، و ذلك حسب تكامل القواعد الآزوتية (A مع T و C مع G)، بتدخل أنزيم ADN بوليميراز، نتكلم عن النسخ الجزيئي.

يقوم أنزيم ADN بوليميراز ببلمرة النيكليوتيدات في منحى محدد حسب قطبية شريط الـ ADN. فيتم بالتالي نسخ شريط الـ ADN حسب المنحى ‘3 ← ‘5 بالنسبة للشريط المنسوخ (‘5 ← ‘3 بالنسبة للشريط الناشىء).

في نهاية النسخ، نحصل على جزيئتي ADN متشابهتين و شبيهتين بالجزيئة الأصلية، نقول أن هناك حفاظ على ثبات الخبر الوراثي.

تعريف المصطلحات العلمية الموجودة بالموضوع :

مضاعفة الـ ADN Réplication de l’ADN (نسخ جزيئي): هي ظاهرة تتعرض لها جزيئة الـ ADN خلال مرحلة السكون، و ذلك تمهيدا لانفصال الخليتين خلال الانقسام غير المباشر. تعرف هذه العملية تدخل أنزيم ADN بوليميراز، الذي يعمل على بلمرة النيكليوتيدات أمام الشريطين القديمين، فتتشكل في النهاية جزيئتا ADN متشابهتين، وشبيهتين بالجزيئة الأصلية، لهذا توصف هذه المضاعفة، بكونها مُطابقة للأصل.

استطالة متواصلة Réplication Continue : هي عبارة عن مضاعفة أحد شريطي الـ ADN، نتحدث عن استطالة متواصلة، عندما يكون لأنزيم الـ ADN بوليميراز نفس منحى أنزيم الهيليكاز.

استطالة متقطعة Réplication Discontinue : هي عبارة عن مضاعفة أحد شريطي الـ ADN، نتحدث عن استطالة متقطعة، عندما يكون لأنزيم الـ ADN بوليميراز منحى معاكس لمنحى أنزيم الهيليكاز.

النموذج نصف المحافظ Modèle Semi-Conservatif : هو النموذج الذي تتم من خلاله مضاعفة جزيئة الـ ADN، و ذلك بانفصال شريطي الـ ADN ثم تركيب شريطين جديدين يرتبط كل واحد منهما بشريط قديم. مكنت تجارب العالمين Stahl و Meselson من التأكد من صحة هذا النموذج من المضاعفة.

النموذج التبددي Modèle Dispersif : يتم الحصول من خلال هذا النموذج، على جزيئتين ADN، تختلفان، حيت تضم كل واحدة منهما قطعا قديمة (للجزيئة الأصلية)، و كذلك قطعا جديدة.

الهيليكاز Hélicase : تعتبر هذه الجزيئة أحد أهم أنواع الإنزيمات التي لها دور هام وحيوي في عمليات تحليل الأحماض النووية مثل الـ ADN و الـ ARN. من أهم ادوار هذه الأنزيمات كذلك، هو عملها على فصل شريطي الـ ADN الملولبين، مما يسمح بعملية مضاعفة الـ ADN.

ADN بوليميراز ADN Polymérase : هو مركب أنزيمي، يعمل على تركيب شريط جديد للـ ADN، اعتمادا على الشريط القديم، و ذلك دائما حسب المنحى ’5 ← ’3 بالنسبة للشريط الناشئ.

باقي فقرات الفصل :

	عناوين الدروس	مشاهدة
1	تقديم (مفهوم الخبر الوراثي)
2	تموضع الخبر الوراثي
3	مراحل الإنقسام غير المباشر
4	علاقة الصبغيات بالخبر الوراثي
5	الكشف عن الطبيعة الكيميائية للخبر الوراثي
6	بنية الـ ADN وعلاقته بالصبغيات
7	آلية مضاعفة الـ ADN