تركيب الكروماتين وبنية الحمض النووي

بالتأكيد ، إليك ملاحظات الدراسة التي تم إنشاؤها من النص المقدم:

• تركيب الكروماتين وبنية الحمض النووي
• الكروماتين هو الشكل الذي توجد به مكونات الكروموسومات (الصبغيات) غير الملتفة خلال مرحلة الإنترفاز من دورة الخلية.
• تتنظم خلايا حقيقيات النوى الحمض النووي DNA بطريقة أكثر تعقيدًا مقارنةً بالكائنات الأخرى مثل البكتيريا والفيروسات.
• يحتوي الحمض النووي DNA الموجود في نواة الخلية البشرية على 46 كروموسوم ويبلغ طوله حوالي 2 متر، ويحتوي أيضًا على كمية كبيرة من البروتين.
• تعبئة الحمض النووي والوحدة الهيكلية الأساسية للكروماتين
• يجب أن يتناسب الحمض النووي DNA مع النواة الصغيرة.
• يتم تعبئة الحمض النووي DNA في النواة بمساعدة بروتينات الهيستون.
• يشكل هذا التعبئة تركيب الكروماتين.
• تم وصف الوحدة الهيكلية الأساسية للكروماتين، النيوكليوزوم، لأول مرة بواسطة روجر كورنبرج في عام 1974.
• تظهر ألياف الكروماتين تحت المجهر الإلكتروني على شكل خرزات على خيط.
• تركيب الكروماتين والنيوكليوزومات
• تتكون المادة الوراثية للبكتيريا والفيروسات من الحمض النووي DNA أو الحمض النووي RNA بدون بروتين.
• تشكل الكروموسومات (الصبغيات) حقيقية النواة (الخلايا ذات النواة المحددة) تركيب الكروماتين الذي يحتوي على الحمض النووي DNA والبروتين.
• بروتينات الهيستون ذات شحنة موجبة بينما البروتينات غير الهيستونية ذات شحنة موجبة أقل.
• الهيستونات تحتوي تحديدًا على أحماض أمينية مثل الليسين والأرجينين.
• نموذج تركيب الكروماتين والنيوكليوزوم
• يعتمد النموذج العام لتركيب الكروماتين على ألياف الكروماتين المكونة من الحمض النووي (DNA) والبروتين، والتي تلتف وتطوى.
• يشكل الكروماتين هياكل حلقيّة متباعدة بانتظام.
• تحدث وحدات هيكلية متكررة على طول محور الكروماتين، ويتم الحفاظ عليها بواسطة بروتينات الهيستون.
• تشكّل هذه العملية تركيب النيوكليوزوم.
• يتكون الجسيم الأساسي للنيوكليوزوم من أوكتامر هستون (ثماني الوحدات من بروتينات الهيستون)، والذي يتضمن نسختين من كل من (H2A, H2B, H3, H4) أو (8 جزيئات هستون).
• يلتف الحمض النووي DNA حول هذا الأوكتامر.
• يوجد حمض نووي رابط يصل بين النيوكليوزومات.
• يرتبط الهيستون H1 بالحمض النووي الرابط بين النيوكليوزومات.
• يؤدي ارتباط H1 إلى تغيير شكل الكروماتين، وهو أمر ضروري لتكوينه.
• تنظّم الكروماتين
• يمكن زيادة تكثيف الكروماتين عن طريق الالتفاف ليشكل أليافًا بسمك 30 نانومتر.
• يقلل هذا التكثيف من طول الحمض النووي DNA بمقدار 50 ضعفًا مقارنةً بالحمض النووي DNA العاري.
• يتكون الهيستون H2A و H2B و H3 و H4 من نوعين من الوحدات الرباعية التي تشكل الأوكتامر - (H2A)2.(H2B)2 و (H3)2.(H4)2، ويرتبط كل أوكتامر ب 200 زوج قاعدي من الحمض النووي DNA.
• يتكون الجسيم الأساسي للنيوكليوزوم من أوكتامر و 146 زوجًا قاعديًا من الحمض النووي DNA.
• يرتبط الهيستون الخامس H1 بالحمض النووي (DNA) الرابط.
• تنظيم الكروماتين وعملية إعادة تشكيله
• يشكل الكروماتين أليافًا منظمة على شكل حلقات تؤدي في النهاية إلى تكوين ألياف الكروماتين.
• يتكوّن تركيب الكروماتين بمساعدة بروتينات الهيستون.
• ألياف الكروماتين مضغوطة، مما يجعل وصول البروتينات غير الهيستونية الهامة إلى الحمض النووي DNA أمرًا صعبًا.
• تتضمن البروتينات المشاركة في تكرار الحمض النووي DNA وتعبير الجينات، وتحتاج إلى التفاعل مباشرةً مع الحمض النووي DNA.
• تشمل هذه البروتينات الإنزيمات والبروتينات التنظيمية.
• يخضع الكروماتين لعملية إعادة تشكيل لتسهيل هذه التفاعلات، حيث يرتخي تركيبه المضغوط أثناء التكرار والتعبير الجيني، ثم يعود إلى حالته الأصلية خلال فترات الخمول.
• تعديلات الهيستون
• يتطلب هذا الكروماتين عملية تعرف باسم إعادة تشكيل الكروماتين.
• يجب أن يريح الكروماتين تركيبه المضغوط أثناء التكرار والتعبير الجيني، ولكنه يجب أن يكون قادرًا على عكس العملية خلال فترة عدم النشاط.
• تكشف اللفات والانحناءات الدقيقة للحمض النووي DNA الذي يحيط بالهيستونات.
• يتم الحفاظ على أستلة الهيستون بواسطة هيستون أسيتيل ترانسفيراز (HAT).
• يضيف هذا الإنزيم مجموعة أسيتيل إلى مجموعة الأمين المشحونة إيجابياً الموجودة على السلسلة الجانبية من الليسين، مما يغير بشكل فعال الشحنة الصافية للبروتين عن طريق تحييد الشحنة الموجبة.
• يسبب استيلاء الليسين، الموجود بكميات كبيرة في الهيستونات، تنشيط الجينات (وفتح ألياف الكروماتين).
• مثال؛ جسم بار (الكروموسوم X غير النشط)، هيستون H4 المستخلص.
• يتم الحفاظ على مثيلة الهيستون بواسطة ميثيل ترانسفيراز.
• يمكن إضافة مجموعة ميثيل إلى كل من الأرجينين والليسين الموجود في الهيستونات وتنشيط الجين.
• يتم الحفاظ على فسفرة الهيستون بواسطة كيناز.
• يمكن إضافة مجموعة الفوسفات إلى مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في الأحماض الأمينية سيرين وهستيدين، مما يؤدي إلى إدخال شحنة سالبة على البروتين.
• تركيب الكروموسوم وانضغاط الحمض النووي DNA
• تظهر الصور المجهرية الإلكترونية أن الحمض النووي DNA في كروموسومات (صبغيات) مرحلة الطور الاستوائي (metaphase) يُنظَّم في حلقات كبيرة متصلة بسقالة بروتينية.
• يُعتقد أن حلقات ألياف الكروماتين بسمك 30 نانومتر تنطوي على نفسها لتشكيل كروموسومات (صبغيات) طور استوائي مضغوطة للخلايا الانقسامية.
• مقارنة الكروماتين في مراحل مختلفة ودورة الخلية
• يوضح الفحص المجهري الإلكتروني الكروماتين في مرحلة الإنترفاز والكروموسوم في مرحلة الانقسام الاختزالي.
• (أ) الكروماتين في مرحلة الإنترفاز.
• (ب) الكروموسوم الانقسامي: كروموسوم مكثف ومضاعف تظل فيه الكروموسومات (الصبغيات) الجديدة مرتبطة معًا.
• يشير الجزء الضيق إلى موضع السنترومير.
• مناطق الكروموسوم
• السنترومير ضروري لفصل الكروماتيدات في مرحلة الانقسام المتساوي.
• تيلومير هي نهايات الكروماتيدات.
• التيلوميرات مهمة لاستقرار الكروموسوم.
• الكروموسومات (الصبغيات) تتميز بموقع السنترومير.
• دراسة علم الوراثة
• علم الوراثة هو دراسة الصفات المتوارثة والاختلافات فيها.
• الحمض النووي DNA يحمل المادة الوراثية.
• يشمل الجينوم الحمض النووي الكروموسومي والحمض النووي البلازميدي والحمض النووي للعضيات (في حقيقيات النوى)؛ الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.
• تنتج تسلسلات الحمض النووي DNA جميع بروتينات الكائن الحي من خلال التعبير الجيني.
• الأحداث الرئيسية في علم الوراثة
• 1865: الجينات هي عوامل جسيمية.
• 1871: اكتشاف الأحماض النووية.
• 1903: الكروموسومات (الصبغيات) هي وحدات وراثية.
• 1910: الجينات تقع على الكروموسومات (الصبغيات).
• 1913: الكروموسومات (الصبغيات) عبارة عن صفوف خطية من الجينات.
• 1927: الطفرات عبارة عن تغيرات فيزيائية في الجينات.
• 1931: يحدث إعادة التركيب عن طريق العبور.
• 1944: الحمض النووي DNA هو المادة الوراثية.
• 1945: الجين يرمز للبروتين.
• 1951: أول تسلسل بروتيني.
• 1953: الحمض النووي DNA عبارة عن حلزون مزدوج.
• 1958: يتضاعف الحمض النووي DNA شبه المحافظ.
• 1961: الشفرة الوراثية ثلاثية.
• 1977: الجينات حقيقية النواة متقطعة.
• 1977: يمكن ترتيب الحمض النووي DNA.
• 1995: تسلسل الجينومات البكتيرية.
• 2001: تسلسل الجينوم البشري.
• الجينات والكروموسومات والبروتينات
• البروتينات لها دور هيكلي، وتشارك في التفاعلات الأيضية، وهي عوامل النسخ، والمستقبلات، واللاعبين الرئيسيين في مسارات نقل الإشارات.
• يمكن تقسيم الجينوم فعليًا إلى كروموسومات ووظيفيًا إلى جينات.
• تحتوي الجينومات للكائنات الحية على ما لا يقل عن 500 جين (بكتيريا).
• 20,000-25,000 للجينوم البشري .
• ما يصل إلى 50000-60000 للجينوم الموجود في الأرز.
• حتى عام 1944، لم يكن واضحًا ما هو المكون الكيميائي للكروموسوم الذي يشكل المادة الوراثية.
• يحتوي الكروموسوم على حمض نووي وبروتين ، وكلاهما اعتبرا مرشحين.
• في عام 1944 أدّى هذا الأمر إلى إيجاد دليل تجريبي مباشر يدل على أن الحمض النووي DNA هو المادة الوراثية والوحدة الوراثية.
• حتى عام 1944، فضلت الملاحظات البروتينات كمادة وراثية.
• العوامل التي أسهمت في هذا الإعتقاد:
• البروتينات وفيرة في الخلايا؛ تمثل هذه الجزيئات أكثر من 50 % من الوزن الجاف للخلايا.
• أظهروا أن الأحماض النووية تتكون من 4 جزيئات متشابهة تسمى النيوكليوتيدات. واقترحوا أن وحدة 4 نيوكليوتيدات بسيطة للغاية تكررت مرارًا وتكرارًا في الحمض النووي DNA. لذلك كان هذا التركيب بسيطًا نسبيًا ولا يمكن أن يوفر تنوعًا وراثيًا.
• من ناحية أخرى، تحتوي البروتينات على 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا، لذا يمكنها توفير تنوع كافٍ.
• الحمض النووي DNA هو مادة وراثية للبكتيريا والفيروسات
• أثبت أفيري وماكلويد وماكارتي أن الحمض النووي DNA هو المادة الوراثية باستخدام البكتيريا الفتاكة، تلاهم تجربة هيرشي تشيس.
• في أبريل 1953، نشر جيمس واتسون وفرانسيس كريك ورقة بحثية في دورية «نيتشر» تصف التركيب اللولبي المزدوج للحمض النووي DNA.
• الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من جيل إلى آخر.
• بعد تسع سنوات، في عام 1962، حصلوا على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب.
• جملة «هذا التركيب له ميزات جديدة ذات أهمية بيولوجية كبيرة» هي ربما واحدة من أشهر التصريحات المتواضعة في العلوم.
• في بداية القرن الحادي والعشرين اكتمل مشروع الجينوم البشري.
• في عام 2000 اكتمل تسلسل الحمض النووي DNA البشري تقريبًا. 3 مليارات زوج قاعدي
• ج. كريج فينتر وفرانسيس كولينز أعلنا اكتمال المسودة الأولية لتسلسل الجينوم البشري للرئيس كلينتون.
• قائمة بالمنظمات التي ساهمت في مشروع الجينوم البشري الدولي.
• كيمياء الأحماض النووية وتركيب الحمض النووي (DNA)
• الوحدات الأساسية للأحماض النووية (الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA) هي النيوكليوتيدات.
• تتكون مكونات النوكليوتيدات من ثلاثة أجزاء:
• قاعدة نيتروجينية: بيورين أو بيريميدين
• سكر: سكر بينتوز خماسي الكربون (ريبوز أو ديوكسي ريبوز)
• مجموعة فوسفات
• البيورينات هي الأدينين (A) والجوانين (G).
• البيريميدينات هي السيتوزين (C) والثايمين (T) واليوراسيل (U).
• النيوكليوسيدات هي قاعدة وسكر خماسي.
• تسمى الأحماض النووية وفقًا لنوع السكر الموجود فيها.
• (الحمض النووي DNA): سكر DNA ديوكسي ريبوز
• (الحمض النووي RNA): سكر ريبوز
• النيوكليوتيد هو نيوكليوسيد ثلاثي الفوسفات؛ (ATP, GTP).
• نموذج واتسون وكريك للحمض النووي (DNA)
• تحليل التركيب الأساسي: هناك نسب محددة للقواعد النيتروجينية: نسبة الأدنين (A) متناسبة مع الثايمين (T)، ونسبة الجوانين (G) متناسبة مع السيتوزين (C).
• بعض البورينات (A+G) تساوي مجموع البيريميدينات (C+T).
• النسبة المئوية لـ (C+G) لا تساوي النسبة المئوية لـ (T+A).
• سلسلتا عديد النوكليوتيد ملتففتان حول محور مركزي، وتشكلان حلزونًا أيمن مزدوجًا، وهو الشكل B للحمض النووي (DNA). السلاسل متوازية مضادة.
• خصائص نموذج واتسون-كريك
• السلسلتان متوازيتان متعاكستين؛ إحداهما تمتد في اتجاه '5 إلى '3 والأخرى في اتجاه '3 إلى '5.
• ترتبط البيورينات دائمًا بالبيريميدينات. (بورين-بورين يكون عريضًا جدًا أو بيريميدين-بيريميدين يكون ضيقًا جدًا).
• نسبة G هي دائمًا نفس نسبة C في الحمض النووي (DNA)، ونسبة A هي دائمًا نفس نسبة T.
• سلسلتا النوكليوتيدات في الحلزون المزدوج مرتبطتان بروابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية. (A=T, G≡C, مكمل).
• استقرار تركيب الحلزون يتم من خلال الروابط الهيدروجينية.
• تركيب الحمض النووي (DNA)
• تركيب الـ DNA يتكون من سلسلتان من عديد النوكليوتيدات.
• يشكلون تركيب الحلزون المزدوج.
• مكون من مونومرات تسمى النيوكليوتيدات.
• يحتوي على هياكل سكرية فوسفاتية على الخارج.
• والقواعد النيتروجينية بالداخل.
• هناك نوعان من الأحماض النووية ، ديوكسي ريبونوكليك أسيد (DNA) و ريبونوكليك أسيد (RNA).
• النيوكليوتيدات
• النيوكليوتيدات هي الوحدة الهيكلية للأحماض النووية.
• تتكون نيوكليوتيدات الحمض النووي DNA من 3 مكونات:
• قواعد النيتروجين.
• سكر خماسي الكربون.
• فوسفات.
• توجد نوعان من القواعد النيتروجينية.
• البيورينات: هيكل حلقة مزدوجة تتضمن الأدينين (A) والجوانين (G).
• البيريميدينات: هيكل حلقة واحدة تتضمن السيتوزين (C) والثايمين (T) واليوراسيل (U).
• أنواع الأحماض النووية
• الحمض النووي DNA: سكر الحمض النووي DNA (ديوكسي ريبوز) والقواعد هي بيورينات [الأدينين (A) والجوانين (G)] والبيريميدين [السيتوزين (C) والثايمين (T)).
• الحمض النووي RNA: سكر الحمض النووي RNA (الريبوز) والقواعد هي بيورينات [الأدينين (A) والجوانين (G)] والبيريميدين [السيتوزين (C) واليوراسيل (U)).
• البلمرة الخطية للنيوكليوتيدات
• تتكون الأحماض النووية من بوليمرات النوكليوتيدات.
• تتبلمر النيوكليوتيدات معًا بواسطة روابط فوسفوديإستر من خلال تفاعل التكثيف.
• تتشكل رابطة الفوسفوديإستر بين:
• مجموعة الهيدروكسيل (OH) الموجودة في السكر الخاص بنيوكليوتيد واحد.
• مجموعة الفوسفات لنيوكليوتيد آخر.
• اتجاهية سلسلة عديد النوكليوتيدات
• يتكون عديد النوكليوتيدات من:
• عمود فقري من السكر والفوسفات ذو شحنة سالبة (-)
• يحتوي على فوسفات حر في أحد طرفيه (الطرف '5).
• وهيدروكسيل حر على الطرف الآخر (الطرف '3).
• القواعد النيتروجينية ليست في العمود الفقري.
• مرتبطة بالعمود الفقري.
• حرة للإقتران مع القواعد النيتروجينية لسلسلة عديد النوكليوتيدات الأخرى.
• بلمرة النيوكليوتيدات
• تتبلمر لتكوين أحماض نووية تحدث عن طريق التكثيف.
• تتشكل الرابطة الفوسفوديإستر بين مجموعة الفوسفات ‘5 لجزيء نيوكليوتيد ومجموعة هيدروكسيل ‘3 لجزيء نيوكليوتيد آخر.
• يتم تركيب سلاسل عديد النوكليوتيدات دائمًا في اتجاه ‘5 إلى ‘3 ، مع إضافة نيوكليوتيد حر إلى مجموعة 3OH الخاصة بسلسلة متنامية.
• الإزدواج القاعدي التكميلي
• يعتبر الاقتران القاعدي عمليّة خاصة.
• دائمًا ما يقترن الأدنين (A) مع الثايمين (T) والجوانين (G) مع السايتوسين (C).
• نظرًا لخصوصية الاقتران القاعدي هذا، فإن سلسلتي جزيء الحمض النووي (DNA) تكونان متكاملتين.
• وترتبط القواعد المتكاملة معًا بواسطة روابط الهيدروجين.
• رابطة هيدروجينية مزدوجة بين (A) و (T) في الحمض النووي (DNA)، أو (A) و (U) في الحمض النووي (RNA) [A=T أو A=U].
• رابطة هيدروجينية ثلاثية بين (G) و (C) في الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي (RNA) [G≡C].
• أهمية الاقتران القاعدي التكميلي
• يمكن أن تعمل كل سلسلة من الحمض النووي DNA كقالب لتوجيه تركيب سلسلة أخرى مماثلة لسلسلتها التكميلية.
• لهذا السبب، الأحماض النووية قادرة بشكل فريد على توجيه عملية التكاثر الذاتي.
• تنقل المعلومات المحمولة بواسطة الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA ويوجهان عملية تركيب بروتينات معينة تتحكم في معظم الأنشطة الخلوية.
• أشكال الحمض النووي DNA
• الشكل B:B هو الشكل الأكثر شيوعًا للحمض النووي DNA في الخلايا.
• حلزون أيمن الالتفاف.
• يلتف كل 3.4 نانومتر.
• تحتوي كل لفة على 10 أزواج قاعدية.
• المسافة بين كل قاعدتين متتاليتين تبلغ 0.34 نانومتر.
• يحتوي على مجريين:
• المجرى الكبير (واسع): يوفر سهولة الوصول إلى القواعد.
• المجرى الصغير (ضيق): يوفر وصولًا ضعيفًا.
• شكل A: الشكل الأقل شيوعًا للحمض النووي DNA ، شائع في الحمض النووي RNA
• يلف من اليمين
• تحتوي كل لفة على 11 زوجًا قاعديًا
• يحتوي على مجريين:
• مجرى كبير : عميق جدًا وضيق
• مجرى صغير: ضحل وواسع جدًا. (مكان ارتباط الحمض النووي RNA)
• شكل Z: يغير بشكل جذري من شكل B:
• له حلزون ملتوي نحو اليسار.
• ممتد جدًا.
• غني بالمناطق المكونة من الجوانين والسيتوزين (GC).
• يشكل عمود السكر القاعدي ظهرانيًا متعرجًا.
• قد يلعب التحول من الشكل B إلى الشكل Z دورًا في عملية تنظيم الجينات.
• تمسخ الحمض النووي DNA
• يمكن تمسخ سلاسل الحمض النووي DNA المزدوجة إذا تم تسخينها (95درجة مئوية) أو معالجتها بمواد كيميائية.
• مناطق الـ AT (الأدنين والثايمين) تتمسخ أولاً (بسبب وجود رابطتي هيدروجين).
• مناطق الـ GC (الجوانين والسيتوزين) تتمسخ آخرًا (بسبب وجود 3 روابط هيدروجين).
• تمسخ الحمض النووي DNA هو عملية عكسية، حيث يمكن إعادة تموضع السلاسل المتمسخة بمجرد تبريدها. (إعادة التَموضُع).

أتمنى أن تساعدك هذه الملاحظات الدراسية في دراستك.