Fundamentals of Genetics (11201) Past Paper PDF

Kafrelsheikh University Faculty of Agriculture Genetics Department )11201( ‫أساسيات الوراثة‬ Fundamentals of Genetics ‫المستوى األول – الفصل الخريفى‬ ‫المحاضرة الثانية‬...

Kafrelsheikh University Faculty of Agriculture Genetics Department )11201( ‫أساسيات الوراثة‬ Fundamentals of Genetics ‫المستوى األول – الفصل الخريفى‬ ‫المحاضرة الثانية‬ Genetic Material ‫المادة الوراثية‬ Genetic Material ‫المادة الوراثية‬  ‫المتطلبات الواجب توافرها فى المادة الوراثية‬ ‫‪ -1‬يجب أن تحتوى المادة الوراثية على المعلومات الالزمة لتركيب ووظيفة الخلية وكذلك المعلومات‬ ‫الالزمة لعملية التناسل يجب أن تكون فى حالة ثابتة‪.‬‬ ‫‪ -2‬أن يكون للمادة الوراثية القدرة على التضاعف بدقة حتى يتم نقل المعلومات الوراثية إلى األجيال‬ ‫التالية بنفس الدقة الموجودة عليها‪.‬‬ ‫‪ -3‬يجب أن تحتوى المادة الوراثية على بعض المعلومات التى يمكن أن تشفر إلنتاج جزيئات‬ ‫ضرورية لوظائف الخاليا‪.‬ويتم ذلك عن طريق نسخ المادة الوراثية وترجمتها‪.‬‬ ‫‪ -4‬يجب أن تكون المادة الوراثية قابلة للتغيير ويمكن إحداث طفرات بها‪.‬‬ ‫‪ -5‬وكذلك يجب أن يكون للمادة الوراثية المقدرة على تكوين تراكيب وراثية جديدة‬ ‫‪ Recombinations‬وهذه هى أساس عملية التطور‪.‬‬ ‫لقد ثبت أن األحماض النووية ‪Nucleic acids‬المعروفة ‪DNA‬و ‪ RNA‬هى التى تحتوى على تلك المتطلبات‪.‬‬ ‫‪ --‬الحامض النووى الدى أوكسى ريبوزى ‪Deoxyribonucleic acid DNA‬‬ ‫‪ --‬الحامض النووى الريبوزى ‪.Ribonucleic acid RNA‬‬ ‫‪ --‬وحدة بناء الحامض النووى هى النيكلوتيدة وتتكون من ثالثة مكونات رئيسية هى‪:‬‬ ‫‪Nitrogen base‬‬ ‫‪ -1‬قاعدة نيتروجينية (أزوتية)‬ ‫‪Pentose‬‬ ‫‪ -2‬سكر خماسى‬ ‫‪Phosphoric acid‬‬ ‫‪ -3‬حمض فوسفوريك‬  ‫السكر الخماسى ‪Pentose sugar‬‬ ‫‪ --‬يوجد نوعين من السكريات الخماسية تدخل فى تركيب األحماض النووية أحدهما سكر الريبوز ‪ ribose‬وهو يدخل فى‬ ‫تركيب الحامض النووى الريبوزى (‪.)RNA‬‬ ‫‪ --‬والنوع االخر هو السكر الخماسى دى أوكسى ريبوز ‪ 2'-deoxyribose‬وهو يدخل فى تركيب الحامض النووى الدى‬ ‫أوكسى ريبوزى (‪.)DNA‬وهو عبارة عن سكر الريبوز ولكن تم نزع ذرة أكسوجين من مجموعة الهيدروكسيل‬ ‫الموجودة على ذرة الكربون رقم '‪.2‬‬  ‫القواعد النيتروجينية ‪Nitrogen bases‬‬ ‫‪ ‬ويوجد ثالثة أنواع من القواعد البريميدينية شائعة الوجود فى النيكلوتيدات تسمى‪:‬‬ ‫‪ --‬ستيوسين ‪ Cytosine‬ويرمز لها بالرمز (‪.)C‬‬ ‫‪ --‬يوراسيل ‪ uracil‬ويرمز لها بالرمز (‪، )U‬‬ ‫‪ --‬ثيمين ‪ Thymine‬ويرمز له بالرمز (‪)T‬‬ ‫‪ --‬وهذه يطلق عليها البريميدينات الرئيسية أو األساسية‪.‬‬ ‫‪ ‬ويوجد نوعين أساسيين من البيورينات توجد فى النيكلوتيدات هى‪:‬‬ ‫‪ --‬األدنين ‪ Adenine‬ويرمز لها بالرمز (‪)A‬‬ ‫‪ --‬الجوانين ‪ Guanine‬ويرمز لها بالرمز (‪.)G‬‬  ‫البريميدينات ‪Pyrimidines‬‬ ‫‪ -1‬سيتوسين )‪:Cytosine (C‬‬ ‫توجد فى كال من الـ ‪ DNA‬والـ ‪ RNA‬وهى عبارة عن حلقة بريميدين يوجد عليها ذرة أكسوجين (‪ )= O‬على‬ ‫ذرة الكربون رقم ‪ 2‬ومجموعة أمين (‪ )-NH2‬على ذرة الكربون رقم ‪ 4‬وتسمى‪2-oxy, 4-‬‬ ‫‪aminopyrimidine‬‬ ‫‪ -2‬يوراسيل )‪:Uraicl (U‬‬ ‫توجد فى الـ ‪ RNA‬وال توجد فى الـ ‪ DNA‬وهى عبارة عن حلقة بريميدين تحتوى على ذرتين من األكسجين‬ ‫على ذرتى الكربون رقم ‪ 4 ، 2‬وتسمى‪2,4-dioxypyrimidine :‬‬ ‫‪ -3‬ثيمين )‪:Thymine (T‬‬ ‫توجد فى الـ ‪ DNA‬وال توجد فى الـ ‪ RNA‬وهى عبارة عن قاعدة بريميدين ولكن تحتوى على‬ ‫ذرتين من األكسوجين (‪ )= O‬على ذرتى الكربون رقم ‪ 4 ، 2‬عالوة على مجموعة ميثيل (‪-‬‬ ‫‪ )CH3‬على ذرة الكربون رقم ‪ 5‬وتسمى ‪5-methyl -2,4-dioxypyrimidine‬‬ ‫وقد يطلق عليها أيضا ‪ -5‬ميثيل يوارسيل ‪ 5-methyluracil‬ألنها عبارة عن قاعدة يوراسيل‬ ‫مضاف إليها مجموعة ميثيل على ذرة الكربون رقم ‪.5‬‬  ‫البيورينات ‪Purines‬‬ ‫‪ ‬وتتكون القاعدة البيورينية من حلقتين أحدهما حلقة سداسية أى تحتوى على ‪ 6‬ذرات كربون تسمى ‪pyrimidine‬‬ ‫واألخرى حلقة خماسية تحتوى على خمس ذرات كربون تسمى ‪.imidazole‬‬ ‫‪ ‬وتحتوى األحماض النووية سواء ‪ DNA‬أو ‪ RNA‬على النوعين من القواعد‪.‬‬ ‫‪ -1‬أدنين )‪:Adenine (A‬‬ ‫وهى عبارة عن حلقة بيورين عادية ولكن تحتوى على مجموعة أمين (‪ )-NH2‬على ذرة الكربون رقم ‪ 6‬ولذلك‬ ‫تسمى ‪ 6-aminopurine‬وتوجد فى كال الحمضين النوويين ‪.RNA, DNA‬‬ ‫‪ -2‬جوانين )‪:Guanine (G‬‬ ‫وهى حلقة بيورين عادية تحتوى على مجموعة أمين (‪ )-NH2‬على ذرة الكربون رقم ‪ 2‬وذرة أكسوجين (‪)= O‬‬ ‫على ذرة الكربون رقم ‪ 6‬ويطلق عليها‬ ‫‪ 2-amino, 6-oxypurine‬وتوجد فى كال من الـ ‪.RNA, DNA‬‬ Pyrimidine Pyrimidine 4 5 3 6 2 1 U C T 2,4- dioxy pyrimidine 2- oxy 4- amino pyrimidine 2,4 dioxy – 5-methyl pyrimidine Purine Pyrimidine +imidazole Purine Pyrimidine +imidazole 6 6 6 5 1 5 5 1 1 2 2 2 4 4 4 3 3 3 (A) (G) 6 amino purine 2 amino 6oxy purine A G T C U ‫‪‬تتكون النيكلوتيدة من (نيكلوسيدة ‪ +‬حمض فوسفوريك) حيث أن النيكلوسيدة عبارة عن قاعدة نيتروجينية‬ ‫مرتبطة بجزئ من السكر الخماسى فقط‪.‬‬ Phosphoric acid ‫حمض الفوسفوريك‬ O " (HO - P - OH) H3PO4 ‫יּ‬ OH ‫النيكلوتيدات ‪Nucleotides‬‬  ‫الرابطة الجليكوسيدية ‪( glycoside bond‬بين السكر والقاعدة)‬ ‫يحدث ارتباط القاعدة النيتروجينية على ذرة الكربون رقم '‪ 1‬على السكر الخماسى ويتم االرتباط عادة بين ذرة الكربون‬ ‫رقم ‪ 1′‬فى السكر وذرة الكربون رقم ‪ 1‬فى القواعد البريميدينية (سيتوسين وثيمين فى الـ ‪ DNA‬وسيتوسين ويوراسيل فى‬ ‫الـ ‪.)RNA‬وبين ذرة الكربون رقم ‪ 1′‬في السكر وذرة الكربوم رقم ‪ 9‬فى القواعد البيورينية (أدنين وجوانين فى كال من‬ ‫الـ ‪ DNA‬والـ ‪.)RNA‬‬ ‫‪‬‬ ‫الرابطة االستيرية ‪ (Ester bond‬بين السكر والفوسفات)‬ ‫‪ ‬فى حالة النيكلوتيدات فى الـ ‪ (deoxyribonucleotides) DNA‬يوجد موقعين فقط على سكر الـ ‪2'-‬‬ ‫‪ deoxyribose‬يمكن أن ترتبط مع حمض الفوسفوريك وهما المواقع '‪.5', 3‬‬ ‫وفى حالة النيكلوتيدات فى الـ )‪ RNA (ribonucleotides‬فمن الممكن أن ترتبط مجموعة الفوسفات فى ثالثة مواقع‬ ‫مختلفة على حلقة السكر الخماسى ‪ ribose‬وهى المواقع ‪ 5′,3′,2′‬نظرا لوجود مجموعات ‪ OH‬حرة فى هذه المواقع‬ ‫الثالثة على سكر الريبوز‪.‬‬ ‫‪ --‬ومع ذلك فإن النيكلوتيدات التى توجد فى الصورة الحرة فى الخلية هى تلك التى تحتوى على مجموعة الفوسفات فى‬ ‫الموقع ‪.5′‬‬ ‫وكل النيكلوتيدات المعروفة سواء فى الـ ‪ DNA‬أو الـ ‪ RNA‬توجد فى الخاليا فى صورة ثنائية‬ ‫الفوسفات وأيضا صورة ثالثية الفوسفات وتسمى ‪ diphosphates‬أو ‪triphosphates‬‬ ‫‪ --‬ومن المعروف أن الريبونيكلوتيدات الثالثية (‪ )NTPs‬لها عديد من الوظائف الهامة فى الخلية‬ ‫على سبيل المثال ‪ ATP‬هو حامل الطاقة الكيماوية فى الخلية ويعمل كناقل لمجاميع الفوسفات عالية‬ ‫الطاقة من المركبات المعطية للطاقة إلى المركبات التى فى حاجة لهذه الطاقة‪.‬‬ ‫‪ --‬وبعد نزع الفوسفات من ‪ ATP‬يتكون الـ ‪ ADP‬والـ ‪ AMP‬ثم يعاد فسفرتها مرة أخرى‬ ‫لتتحول إلى ‪ ATP‬أثناء عملية التنفس‬ ‫‪ -- ‬وكل القواعد البيورينية والبريميدينية فى األحماض النووية لها المقدرة على‬ ‫امتصاص األشعة فوق البنفسجية )‪ Ultraviolet (UV‬بشدة على طول موجة من‬ ‫‪ 280-260‬نانوميتر‪.‬‬ ‫‪‬وطول الموجة الذى يحدث عنده أقصى امتصاص ألشعة الـ ‪ UV‬لخليط من القواعد‬ ‫األكثر شيوعا فى الـ ‪ DNA‬هو ‪.260 nm‬‬ ‫‪ ‬هذه الخاصية ذات أهمية قصوى الكتشاف وجود وكذلك تحديد الكمية ليس فقط‬ ‫للقواعد األزوتية الحرة ولكن أيضا للنيكلوتيدات وكذلك جزيئات األحماض النووية‬ ‫الكاملة‪.‬‬ ‫‪ ‬والقواعد البيورينية والبيريميدنية الحرة يمكن فصلها بسهولة وتحديدها عن طريق‬ ‫التحليل الكرموتوجرافى‪.‬‬  ‫ثنائى النيكلوتيدات ‪Dinucleotides‬‬ ‫يتكون ثنائى النيكلوتيدات من اثنين من النيكلوتيدات األحادية ‪ mononucleotides‬مرتبطان ببعضهما عن‬ ‫طريق كوبرى من حمض الفوسفوريك ‪. phosphoric acid bridge‬‬ ‫وتسمى هذه الرابطة الكيماوية التى تربط بين اثنين من النيكلوتيدات المتتالية فى شريط واحد من الـ ‪ DNA‬أو الـ‬ ‫‪ RNA‬باسم الرابطة االستيرية ‪ phosphodiester bond‬والتى تربط بين الموقع '‪ 5‬فى السكر الخماسى‬ ‫لنيكلوتيدة والموقع '‪ 3‬فى السكر فى النيكلوتيدة السابقة لها‪.‬‬ ‫ومعظم ثنائى النيكلوتيد يكون عبارة عن نواتج للتحلل االنزيمى لألحماض النووية‪.‬‬  ‫عديد النيكلوتيدات ‪Polynucleotides‬‬ ‫لفظ ‪ oligonucleotides‬يطلق على الوحدات التى تحتوى على عدد قليل من أحادي النيكلوتيدات‬ ‫‪‬‬ ‫‪ mononucleotides‬ولكن عندما تحتوى هذه الوحدات على عدد كبير من الوحدات أحادية النيكلوتيدات فيطلق‬ ‫عليها عديد النيكلوتيدات ‪( polynucleotides‬شكل مرفق)‪.‬‬ ‫‪ --‬وعديدات النيكلوتيدات ‪ polnucleotides‬التى تتكون من سالسل وحدات الـ ‪deoxyribonucleotides‬‬ ‫‪‬‬ ‫)‪ (dNTPs‬تسمى الحامص النووى الدى أوكسى ريبوزى )‪deoxyribonuclic acid (DNA‬‬ ‫وتلك التى تحتوى على سالسل من وحدات ريبوزية )‪ ribonncleotides (NTPs‬تسمى الحامض النووى‬ ‫‪‬‬ ‫الريبوزى )‪( ribonucleic acid (RNA‬شكل مرفق)‪.‬‬ ‫‪ --‬وسالسل النيكلوتيدات العديدة سالسل طويلة غير متفرعة عمودها الفقرى عبارة عن السكر والفوسفات وتتصل بها‬ ‫‪‬‬ ‫وتخرج عمودية عليها إحدى القواعد النيتروجينية األربعة ‪.‬‬ ‫وتوجد سالسل الـ ‪ DNA‬فى الطبيعة بأطوال مختلفة ويعتقد أن بعض السالسل تتكون من ‪ 200‬ألف نيكلوتيدة ومن‬ ‫‪‬‬ ‫المحتمل أن بعض سالسل الـ ‪ DNA‬تحتوى على عدد أكبر من النيكلوتيدات‪.‬‬  ‫نموذج واتسون وكريك لبناء جزئ ‪DNA‬‬ ‫ولقد تمكن العالمان واتسون ‪ J. Watson‬وكريك ‪ F. Crick‬عام ‪ 1953‬من وضع نموذج لبناء جزئ‬ ‫‪ DNA‬يطابق ما هو معروف عن خواصه الطبيعية والكيميائية ‪.‬‬ ‫واألدلة تشير إلى أن سلسلة الـ ‪ DNA‬غير متفرعة بينما تدل القياسات والدراسات الطبيعية على أن‬ ‫الجزئ غير متماثل وطويل جدا ويحتوى على حوالى ‪ 200‬أو ‪ 300‬ألف نيكلوتيده بينما يبلغ عرضه‬ ‫(قطره) حوالى ‪ 20‬أنجستروم‪.‬‬ ‫كذلك تشير الدراسات التى قام بها كل من ويلكنز ‪ M. Wilkins‬وفرانكلين ‪R. Franklin‬‬ ‫ومساعدوهم باستخدام أشعة إكس للكشف عن بناء الجزئيات أن جزئ الـ ‪ DNA‬حلزونى الشكل وأنه‬ ‫يتكون من سلسلتين من السالسل عديدة النيكلوتيدات تلتف حول محور واحد‪.‬‬  ‫المالمح األساسية لنموذج واتسون وكريك لتركيب جزئ الـ ‪DNA‬‬ ‫‪ -1‬يتكون جزئ الـ ‪ DNA‬من سلسلتين عديدة النيكلوتيدات يلتفان حول بعضهما فى شكل حلزون مزدوج ‪ double helix‬حول‬ ‫محور واحد‪.‬‬ ‫‪ -2‬ترتبط السلسلتان مع بعضهما بروابط هيدروجينية تصل بين قواعد سلسلة وقواعد السلسلة الثانية المقابلة المكملة لها‬ ‫‪.complementry‬‬ ‫‪ -3‬تكون مجاميع السكر والفوسفات على السطح الخارجى للحلزون بينما تكون القواعد للداخل متجهة نحو المركز‪.‬‬ ‫‪ -4‬كل نيكلوتيدة تحتوى على قاعدة بيورين (‪ )A‬يقابلها نيكلوتيدة بها بريميدين )‪(T‬‬ ‫وكل نيكلوتيدة تحتوى على قاعدة بيورين (‪ )G‬يقابلها نيكلوتيدة بها بريميدين )‪.(C‬‬ ‫ولذلك فإن الـ ‪ A = T‬و الـ ‪.G = C‬‬ ‫‪ -5‬ليس هناك تحديد معين لتتابع القواعد فى سلسلة معينة ولكن هناك تحديد لتتابع القواعد فى السلسلة المكملة لها فى جزئ الـ‬ ‫‪.DNA‬‬ ‫‪ -6‬الـ )‪ (A‬ترتبط مع الـ )‪ (T‬بزوج من الروابط الهيدروجينية بينما ترتبط الـ )‪ (G‬مع الـ )‪ (C‬بثالث روابط هيدروجينية‪.‬‬ ‫‪ -7‬ثبات قطر جزئ الـ ‪ 20( DNA‬أنجستروم) يعتبر دليل هام على ضرورة تقابل القواعد البيورينية مع القواعد البريميدينية وإال‬ ‫اختلف قطر الجزئ كثيرا‪.‬‬ ‫‪ -8‬السلسلتان المكونتان للجزئ الواحد غير متماثلتين ولكنهما متكاملتين‪.‬‬ ‫‪ -9‬اللفة الكاملة لجزئ الـ ‪ DNA‬حول المحور ‪ 360‬درجة تحتوى على ‪ 10‬أزواج من القواعد وطول هذه اللفة ‪ 34‬أنجستروم‪1 (.‬‬ ‫نانومتر )‪ 10 = (nm‬أنجستروم ‪.) Å‬‬ ‫‪ -10‬المسافة بين كل زوج من القواعد والذى يليه ‪ 3,4‬أنجستروم والزاوية بينهما ‪ 36‬درجة نحو اليمين‪.‬‬ ‫‪ -11‬شريطى الـ ‪ DNA‬متعاكسين ‪.Antiparallel‬‬ ‫‪ --‬ولهذا البناء مالمح فريدة فقد وجد العالم شارجاف ‪ E. Chargaff‬عام ‪ 1947‬وجودعالقة كمية معينة بين‬ ‫النيكلوتيدات البيورينية والبريميدينية فى جزئ الـ ‪DNA‬‬ ‫‪ --‬فمقابل كل نيكلوتيدة تحتوى على ‪ Adenine‬توجد نيكلوتيدة تحتوى على ‪.Thymine‬‬ ‫‪ --‬ومقابل كل نيكلوتيدة تحتوى على ‪ Guanine‬توجد نيكلوتيدة تحتوى على ‪.Cytosine‬‬ ‫أى أن عدد جزئيات الـ ‪ Adenine‬يساوى عدد جزيئات ‪ Thymine‬وكذلك عدد جزيئات الـ ‪ Guanine‬يساوى‬ ‫عدد جزيئات الـ ‪ Cytosine‬فى أى نوع من أنواع الكائنات ‪A = T, G = C‬‬  ‫‪ --‬أنواع الروابط فى جزئ الـ ‪ DNA‬ثالثة هى‪:‬‬ ‫‪ -1‬الرابطة الجليكوسيدية ‪:glycoside bond‬‬ ‫تربط بين القاعدة األزوتية والسكر الخماسى فى نيكلوتيدة الـ ‪ DNA‬أو الـ ‪.RNA‬وهى تتكون بين ذرة الكربون رقم‬ ‫‪ ´1‬فى السكر الخماسى وذرة النتروجين رقم ‪ 1‬فى القواعد البيريميدينية )‪ (T, C, U‬أو ذرة النتروجين رقم ‪ 9‬فى‬ ‫القواعد البيورينية )‪.(A, G‬‬ ‫‪ -2‬الرابطة االستيرية ‪:phosphodiester bond‬‬ ‫تربط بين ذرة الكربون رقم ‪ ´5‬فى السكر الخماسى فى أحد النيكلوتيدات وذرة الكربون رقم ‪ ´3‬فى سكر النيكلوتيدة‬ ‫السابقة لها فى أحد شريطى الـ ‪ DNA‬أو شريط الـ ‪ RNA‬عن طريق كوبرى من الفوسفات (‪(P‬‬ ‫‪ -3‬الرابطة الهيدروجينية ‪:hydrogen bond‬‬ ‫تربط بين شريطى الـ ‪ DNA‬وبعضهما عن طريق الربط بين قاعدة أزوتية فى أحد شريطى الـ ‪ DNA‬والقاعدة‬ ‫األزوتية المكملة لها فى الشريط المقابل‪.‬‬ ‫القاعدة ‪ A‬ترتبط مع القاعدة ‪ T‬بزوج من الروابط الهيدروجينية‪.‬و الـ ‪ G‬ترتبط مع الـ ‪ C‬بثالث روابط هيدروجينية‪.‬‬ ‫والروابط الهيدروجينية روابط ضعيفة جدا ولكن كثرة عددها تعمل على ثبات تركيب جزئ الـ ‪.DNA‬‬ ‫مسألة هامة‪:‬‬ ‫جزئ ‪ DNA‬يتكون من ‪ 400‬زوج من القواعد ‪ 800( bp‬نيكلوتيدة) ونسبة قواعد األدنين )‪ (A‬فيه يساوى ‪.%30‬كم‬ ‫عدد (نسبة) قواعد الجوانين )‪ (G‬فى هذا الجزئ ؟‬ THANK YOU