93
نيجيم الوراثة ال علEpigenetics تور يوسف الشريك دك

علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

علم الوراثة الالجيني

Epigenetics

دكتور يوسف الشريك

Page 2: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

علم الوراثة الالجيني

Epigenetics

( (Epigenetics الالوراثة علم أو الالجيني الوراثة علم• النمط أو الجيني التعبير في الوراثية التغيرات دراسة هو

التغيرات غير أخرى آليات عن تنتج والتي الخلوي، الظاهري .الدنا تسلسل في تحدث التي

.الالجيني اإلسم هنا ومن •

في تغيير أي دون الجين وظيفة في تحدث لتعديالت يشير فهو• .الدنا تشكل التي النوكليوتيدات تسلسالت

الدنا مثيلة التعديالت هذه على األمثلة وتتضمن •DNA methylation. يضبطان وكالهما الهستون، وتعديل

.عليه يقوم الذي الدنا تسلسل تعديل دون الجيني التعبير

Page 3: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Fig. 1. Maintenance of DNA methylation status ,When cells divide, DNA is replicated. Although the newly synthesized DNA strands are unmethylated, DNA methyltransferase 1 (DNMT1) precisely maintains the DNA methylation status.

Page 5: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 6: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

أن تُظهر الالجينية الوراثة تدعم التي القاطعة والدالئل• على المترتبة التأثيرات بتوريث تسمح قد اآلليات هذه

.الالحقة األجيال إلى الوالدين تجارب

تتم الوراثة أن فكرة مع تتعارض الالجينية فالوراثة• إلى األبوين من يورث الذي الجيني الكود عبر فقط

.النسل

االنقسامات عبر التغيرات هذه تبقى أن الممكن من• .أجيال لعدة تبقى وقد الخلية، حياة بقية حتى الخلوية

الخاصة الدنا تسلسالت في تغيير أي يحدث ال ولكن• التغيرات لهذه الجينية عوامل تؤدي وإنما الحي بالكائن .الحي الكائن بسلوك

Page 7: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

أيضا يستخدم و Gene expression الجيني التعبير•

هي ( (protein expression بروتيني تعبير : مصطلح

ووظائف بنى إلى الجينية المعلومات بها تتحول التي العملية

.خلوية

بعملية تبدأ الخطوات متعددة عملية الجيني التعبير عملية•

النسخ بعد تعديالت النسخ،

طبيعة على تعتمد الخلية عنها تعبر التي البروتين كمية•

االستقالبية والحالة للعضوية التطور مرحلة النسيج،

.للخلية والفيزيولوجية

Page 8: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Transcription(االستنساخ)النسخ

يقوم التي األنزيمية النسخ عملية هو Transcription النسخ الوراثة، في• لمورثة) الدنا تسلسل لتحويل RNA polymerase بوليميراز رنا أنزيم بها المتممة الموافقة الرنا سلسلة إلى (ما

هده تسمى الرنا، إلى الدنا من الوراثية المعلومات نقل يتم العملية وبهذه • (Centeral Dogma) المركزية النظر بوجهة النظرية

لها الفيروسات من الكثير ان وجد لكن مستحيل، العملية عكس أن يعتقد كان• المكتسب المناعة نقص فيروس مثل الدنا اِلى الرنا تحويل على القدرةHIV.

مرحلة فإن ببتيدية، سلسة تشكيل حول معلومات يحوي الدنا كون حالة في• الرسول، الرنا تتوسطها طويلة عملية من األولى المرحلة تكون النسخ .المطلوبة الببتيدية السلسلة بتشكل وتنتهي

الريباسات من المكونة السلسلة من بروتين صنع يمكن ثم من• ( (alfa (الفا)لولبيا البروتين هذا يكون أن الممكن من .(الرايبوسوم)

( .(Beta (بيتا) أوصفيحيا

Page 9: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

خطوات ااِلنتساخ الدنا على معينة بمنطقة RNA polymerase بوليمراز رنا اِنزيم يرتبط1.

.ما جين اي بداية في غالبا توجد والتي المحفز تسمى

تعمل واِنزيمات كثيرة اِستنساخ مساعدات اِلى وتحتاج جدا معقدة العملية هذه• .Helikaseهيليكيز أنزيم بواسطو بعضيهما عن الدنا شريطي فصل على

,AMP, GMP وحدات بناء يتم حيث الحقيقي، النسخ يتم وفيها :ااِلستطالة1.UMP, CMP وحدات من ATP,GTP,UTP,CTP اِستبدال يتم انه العلم مع

.الرنا في UMP بوحدات الدنا في dTMP وحدات

على الحصول يتم ااِلنفصال هذا ومن بيروفوسفات، وحدتي فصل يتم أنه أي• .التفاعل هذا اِلتمام الالزمة الطاقة

ااِلتجاه في فيكون الرنا بناء أما´5-´3 ااِلتجاة في الدنا بوليميراز الرنا يقرأ• .الفعال غير بالشريط للرنا المطابق الدنا شريط ويسمى ,´3-´5 أي المعاكس

يكون الراسل الرنا ان العلم مع.النسخ عملية من ااِلنتهاء يتم وفيها :نتهاء3. في الببتيد عديد سلسلة لبناء جاهزا غير النواة حقيقة الكائنات في

السيتوبالزم إلى يخرج أن قبل عدة بمراحل يمر أن له البد اِذ السيتوبالزم .(mRNA-Processing)الراسل الرنا معالجة تسمى والتي

Page 10: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

عامل نسخ

بعدة يقوم بروتين هو Transcription Factor النسخ عامل أهمها ومن وظائف

(RNA Polymerase II 2 بوليميرز الرنا إنزيم توجيه• (Promoter) المحفز إلى(

.النسخ عملية لتسهيل الدنا سلسلتي فصل•

النسخ عوامل ومنها النسخ عوامل من أنواع عدة وهناك• وتسمى ( (General Transcription Factorsالعمومية

يستخدمها التي المحفزات معظم مع لتوافقها االسم بهذا ((TFII بالرمز لها ويرمز II بوليميرز الرنا إنزيم

Page 11: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

طريقة العمل دنا بتسلسل ( (TFIIDالنسخ عوامل أحد بالتصاق النسخ عملية تبدأ•

منطقة في الموجود ( (Tata Box تاتا صندوق باسم يعرف معين .النسخ بدأ منطقة من نيوكليوتيد 25 بعد وعلى المحفز

عامل في معين جزء طريق عن ( (TFIIDالنسخ عامل ارتباط يتم• TATA Binding Protein TBP))تاتا ارتباط بروتين يعرف النسخ

تغيرات إلى هذا يودي تاتا صندوق مع الناسخ العامل ارتباط عند• وإنزيم النسخ عوامل لبقية إشارة يعطي مما الدنا شكل في فيزيائية

اإلنزيم ارتباط إلى يؤدي مما نشيط، محفز بوجود (II)بوليميرز الرنا بداية معقد يعرف ما لتكوين المكان في إضافية ناسخة وعوامل Transcription Initiation Complex) ) النسخ

Page 12: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

إنزيم بإنتاج ( (TFIIH النسخ عامل يقوم المركب هذا تكوين عند• الدنا سلسلتي لفصل يؤدي مما ( (DNA Helicase هيليكيز دنا

المراد الدنا سلسلة من أكثر( II) بوليميرز الرنا إنزيم وتقريب .الرنا من قصيرة شرائط إنتاج على يساعد مما نسخها،

النسخ عامل يقوم عندما النسخ في الرئيسية المرحلة تبدأ•(TFIIH) بوليميرز الرنا إنزيم من جزء بفسفرة(II ) باسم يعرف

إلى يؤدي مما ( (C Terminal Domianالطرفي C نطاق ويتم النسخ عوامل تحرير يتم بحيث المركب، في جذرية تغيرات المراد السلسلة من أكبر بشكل ( II)بوليميرز الرنا إنزيم تقريب (طويلة رنا شرائط إنتاج) االستطالة عملية بدأ وبالتالي نسخها .المطلوب الجين ونسخ

إلى العوامل هذه تذهب المركب من النسخ عوامل تحرير عند • .جديد من العملية لبدء آخر محفز

Page 13: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Helicaseهيليكيز

التي اإلنزيمات أنواع أهم أحد يعتبر ( Helicase) كيز هيلي• النووية األحماض تحليل عمليات في وحيوي هام دور لها .والرنا الدنا مثل

اإلشريشية بكتيريا في اإلنزيم هذا من نوع 14 اكتشاف تم• .اإلنسان في نوع 24 و E. coli المعوية

األحماض من معين بتسلسل اإلنزيم أنواع معظم تتشارك• تتشابه يجعلها مما الحيوية بالوظائف عالقة له الذي األمينية

ثالثي أدينوسين مع االرتباط مثل والوظائف الخصائص في المختلفة التركيبية األجزاء باقي أما ( ATP) الفوسفات

.نوعه حسب معينة خاصية اإلنزيم تعطي أنها يعتقد

Page 14: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تناسخ أهمها ومن وظائف بعدة كيز الهيلي إنزيمات تقوم•

عملية أي آخر بمعنى أو الرنا، ونسخ وتصليحه الدنا

.األمينية األحماض سلسلتي فصل تتضمن حيوية

من) إتجاه أي في األمينية األحماض سلسلة فصل يتم •

نوع بحسب وذلك (العكس أو 3 النهاية إالى 5 النهاية

.العملية في المستخدم اإلنزيم

جزيئات تحلل من بوظيفته للقيام الطاقة اإلنزيم يستمد •( (ATP

Page 15: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Transcription

• Process of copying DNA to RNA • Differs from DNA synthesis in that only one

strand of DNA, the template strand, is used to make mRNA

• Does not need a primer to start • Can involve multiple RNA polymerases • Divided into 3 stages

– Initiation – Elongation – Termination

Page 16: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 17: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 18: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 19: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 20: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Transcription: Transcriptional control

• Different promoters for different sigma factors

Page 21: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

هل الغذاء واإلجهاد يؤدي إلى تغيير سلوك وجينات

أجيال المستقبل

مستويات في التغيرات أن حيوانات على أجريت دراسات أظهرت• سلوك تغيير إلى تؤدي أن الممكن من الغذائي النظام أو اإلجهاد .المستقبل أجيال وجينات

الالجينية الوراثية التغيرات تكون أن المحتمل فمن لهذا ونتيجة • .موروثة

تغيرات إحداث في التدخين عادة تسبب ربما المثال، سبيل على• فعليا تعطل بحيث األجداد، ألحد النووي الحمض في جينية ال وراثية .للسرطان مضادة معينة جينات عمل

الوحيد العامل تكون ال قد الناس يتناولها التي السموم فإن وبالتالي • آباؤهم تناولها التي السموم إن بل بالسرطان؛ اإلصابة عندما المؤثر

السبب أيضا هي تكون قد أجدادهم أو

Page 22: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تأثيرات عن تكشف قد التي المادية التجارب هذه إجراء إن•

فمن وبالتالي المستحيل، حكم في البشر على ألجيال ممتدة

.التاريخية بالبيانات االستعانة بمكان األهمية

في أطفال على أجريت التي الدراسات إحدى أظهرت وقد•

أجدادهم كان إذا ما على اعتمادا النمو في اختالفات بريستول

.عاما عشر أحد سن قبل المدخنين من

من القصير األجل في فتكيفت دفاعيا، أجسامهم تفاعلت وربما•

يزول أن إلى أو التالية، القليلة لألجيال الجينات تغيير خالل

"الناعمة الوراثة" وصف عليه يطلق ما وهو ،"الخطر"

.مفعوال األبطأ التطور قوى مع متوازية بصورة ويعمل

Page 23: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

.عكسها يمكن الالجينية الوراثية التغيرات هذه أن الحظ حسن من•

لعالج عقارات أربعة المتحدة الواليات أسواق في ظهر فاآلن•

العقاقير هذه وتعمل جينية، ال وراثية تغيرات عن الناتجة اللوكيميا

.الطبيعية الواقية الجينات تشغيل إعادة على

لعالج فقط ليس مماثال، عقارا أربعين من أكثر تطوير يجري واآلن•

.الزاهايمير مرض وحتى البدانة وأيضا بل السرطان،

للتغيرات الصحية الفحوص تصبح أن الممكن من المستقبل وفي•

.اعتيادية ممارسة الالجينية الوراثية

بالغة أهمية تشكل الجينات تزال ال عاما، خمسين من أكثر مرور بعد•

التحسن ضوء في خاص وبشكل ــ المعقدة األمراض فهم محاولة في

بعيدا يزال ال الجينات عصر إن .تغييرها على العلماء قدرة في الدائم

التعديل عصر إلى يتحول لكي ببساطة تقدم إن بل نهايته؛ عن

.الالجيني الوراثي

Page 24: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

في التغيرات من كثير يسبب قد الغذاء بأن الناس من كثير يعتقد• (الدنا في تغير أي هناك ليس ) األساسية غير الجين مكونات السرطانية األمراض من كثير تسبب والتي

السرطانية واألمراض ( (Epigenetics الالوراثة بين العالقة• عندها عام بشكل السرطانية الخاليا ولكن واضحة، غير

المثيتيل الدنا من نسبيا منخفضة مستويات(DNA methylation )

• but tumor cells generally have comparatively low levels of DNA methylation

Page 25: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 26: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Methyl metabolism showing some major metabolic intermediates, cofactors and dietary sources of methyl groups and an intersection with antioxidant metabolism through homocysteine, cysteine and glutathione.

Page 27: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تطور في والمساهمة الحيوية الجينات إيقاف في المثيلة عملية تساهم قد•

.السرطان

والزنك الكحول مثل الغذائية المكونات من كثير بأن الدراسات وتشير•

وعلى بالسرطان، االصابة من والوقاية الدنا مثيلة على تؤثر قد وغيرهم

زيادة يسبب الفوليك حامض في المنخفض الغذاء بأن وجد المثال سبيل

الجينات بعض في الدنا مثيلة عملية في المفرضة

للتجمعات العامة الصحة الغذائية األنظمة تأثير مدى دراسة يصعب•

. البشرية

مثل يوميا الغذاء نفس تناول الناس معظم يقاوم أن المستغرب، من ليس•

.ما حد إلى المختبر حيوانات

نصف على شملت التي EPIC اسم باسم والمعروفة األوربية دراسة ربطة•

ميثلة على الغذائي النظام تأثير أوروبية دولة عشرة في شخص مليون

الروابط بعض هناك بأن ووجدت ، السرطانية األمراض وحدوث الدنا

.بالسرطان اإلصابة وخطر الغذائي النظام من الدنا مثيلة معدالت بين

Page 28: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تؤثر أن يمكن الغذائية المكونات بعض أن على الدليل هو فما• معينة؟ جينات في genes markers جينية عالمات على

يعانون الذين المرضى على دراسة أجريت المثال، سبيل على•

بأن ووجدوا ، الجينات في الدنا ومثيليتت المعدة سرطان من

والخضراوات األخضر الشاي استهالك بين عالقة هناك

في الدنا وميثليت والقرنبيط والكرنب الثوم مثل الصليبية

.األمعاء سرطان في المشاركة الرئيسية الجينات بعض

وشرب الفوليك حمض تناول الباحثين من غيرهم ربط كما•

كبير ربط هناك ووجدوا الجينات بعض في مثيلة على الكحول

سرطان حدوث في تشارك التي الجينات بعض مثيلة بين

حامض من المنخفضة مستويات والمستويات والعنق الرأس .الغذائي النظام في الفوليك

Page 29: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

خفض على تساعد التي األغذية تناول يجب السرطانية األمراض لخفض•

بميثاليتات الجسم وإمداد ( (Epigeneticsالالجينية الوراثة حدوثmethylation مثل الفوليك بحامض الغنية األغذية بتناول :-

والكبد الشمس عباد وبذور والفاصوليا والبازيالء الورقية خضراوات

بالكولين الغنية األغذية وبتناول الفوليك، بحامض المدعمة واألغذية والكبد (الكاكاوية ) السوداني والفول والخس البيض -: مثل

بهذا الغنية األغذية تناول يجب المثيايونين األميني الحامض ولزيادة•

واألبقار الدواجن ولحوم والفاصوليا البرازيلي واللوز الثوم-:مثل الحامض

والسمك

والمحار األسماك مثل البحرية المنتجات تناول الزنك على وللحصول•

واللحوم األلبان منتجات تناوال يجب 12ب فيتامين على وللحصول•

.والكبد

Page 30: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تسبب قد التي القولون في األغذية بقايا من التخلص يجب وأخيرا•

العصائر مثل الفينولية والمواد باأللياف الغنية األغذية بناول األمراض

األحمر والعنب البرقوق في المتواجدة الفينولية بالمواد الغنية والفاكهة

الكحول على المحتوي األحمر العصير بشرب يوصى وقد وعصائرهم

الذي الكحول على العصير ألحتواء ،ونظرا المسلمين للغير بالنسبة مع يتداخل الذي منه الرخيص خصوصا ) Betaine) بتيين على يحتوي

ميثلة حدوث خفض في يسبب والذي الجسم في الفوليك الحامض تفاعالت

الدنا

في التغير يسبب قد الذي والموجب السلب التدخين عن اإلبتعاد يجب كما•

جينية اال الوراثة حدوث

من والتقليل والفاكهة الخضراوات تناول من اإلكثار فرد كل على يجب•

.الكحولية وشرب التدخين عن والتوقف الغازية والمشروبات العصائر

Page 31: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Betaine • A betaine in chemistry is any neutral chemical

compound with a positively charged cationic functional group such as a quaternary ammonium or phosphonium cation (generally: onium ions) which bears no hydrogen atom and with a negatively charged functional group such as a carboxylate group which may not be adjacent to the cationic site.

• A betaine thus may be a specific type of zwitterion.

• Historically the term was reserved for trimethylglycine only.

• It is used as a medicine as well.

Page 32: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

• The correct pronunciation of the compound reflects its origin and first isolation from sugar beets, and does not derive from the Greek letter beta (β).

• However, it is often mispronounced beta-INE or even BEE-tayn In biological systems, many naturally occurring betaines serve as organic osmolytes, substances synthesized or taken up from the environment by cells for protection against osmotic stress, drought, high salinity or high temperature.

• Intracellular accumulation of betaines, non-perturbing to enzyme function, protein structure and membrane integrity, permits water retention in cells, thus protecting from the effects of dehydration.

• It is also a methyl donor of increasingly recognized significance in biology.

Page 33: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 34: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تصنيع البروتين في الخلية

Page 35: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

الدنا

الرنا

البروتينات

Page 36: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

والبروتينات DNAتصنيع

الوراثية الجنية المعلومات على DNA الدنا يحتوي•

األمينية األحماض لتصنيع

.البروتينات لتكون بعضها مع األمينية األحماض تتحد•

في والتحكم المخلوق الصفات البروتينات نوعية تحدد•

الخلية وظائف على DNA الدنا يتحصل و شئ بكل البروتينات تقوم•

الثناء كل

Page 37: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

السلم إلتواء مثل ملتوي كبر جزء عن عبارة الدنا•

بطرق ترتيبهم يمكن الذي نيكليوتيدات أربعة من يتكون• مختلفة

Page 38: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

واللتان بعضهما حول ملتفتان سلسلتان عن عبارة دنا•

إرتباط : مثل التكملية القواعد طريق عن مرتبطان

A-Tالثايمين– األدينين1.

C-Gجوانين مع السيتوزين إرتباط2.

Page 39: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 40: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 41: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 42: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

للبروتين (كودينية) رمزية قواعد ثالثة -: كودون •

,GGT هو DNAالدنا في الجاليسين رمز : مثال معين

GGC, GGA, GGG

لكل خاصة رموز لها العشرين األمينية األحماض جميع•

DNA الدنا في منها

األمينية لألحماض األبجدية الحروف تمثل الرموز هذه•

.الحي الكائن في المختلفة البروتينات بتصنيع تقوم التي

الذي البروتين، لتصنيع القالب هي (Codons)الرموز•

في (rRNA الريباسي الرنا) ريبوسومات في يتم

السيتوبالزم

Page 43: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Amino Acid SLC DNA codons

Isoleucine I ATT, ATC, ATA

Leucine L CTT, CTC, CTA, CTG, TTA, TTG

Valine V GTT, GTC, GTA, GTG

Phenylalanine F TTT, TTC

Methionine M ATG

Cysteine C TGT, TGC

Alanine A GCT, GCC, GCA, GCG

Glycine G GGT, GGC, GGA, GGG

Proline P CCT, CCC, CCA, CCG

Threonine T ACT, ACC, ACA, ACG

Serine S TCT, TCC, TCA, TCG, AGT, AGC

Tyrosine Y TAT, TAC

Tryptophan W TGG

Glutamine Q CAA, CAG

Asparagine N AAT, AAC

Histidine H CAT, CAC

Glutamic acid E GAA, GAG

Aspartic acid D GAT, GAC

Lysine K AAA, AAG

Arginine R CGT, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG

Page 44: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 45: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 46: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

بعضهما، مع تماما متطابقان الناتجان الجزيئان أن يالحظ•

النيوكليوتايدات ترتيب حيث من (األصلي) األم الجزيء ومع

وعددها،

تضاعف أثناء في تركيبية تغييرات تحدث قد انه غير•DNA، جديدة، وراثية صفات عنها تنتج

نسبة أن إال ،Mutations طفرات التغييرات هذه وتسمى•

جدا ضئيلة حدوثها

Page 47: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

:مادة الوراثة الدنا األدلة التي تثبت أن الكروموسومات، على محمولة الجينات أن إلى العلماء توصل أن بعد•

ساد ،الدنا النووي والحمض البروتينات من تتكون الكروموسومات وان في الهائل للتنوع نظرا الوراثة مادة هي البروتينات أن بداية االعتقاد .تركيبها وتعقيد أنواعها

جزيء تركيب واكتشاف العلماء، بها قام التي الدقيقة التجارب أن إال • وليست ،الدنا أن إلى قادت العشرين، القرن من الثاني النصف في الدنا

.الوراثة مادة هي البروتينات

:الوراثة مادة بها تتصف أن يجب التي الصفات هي ما• الوراثية المعلومات خزن على وقدرتها تركيبها بين التالؤم ـ 1•

النشاطات تنظم التي األنزيمات مثل من بروتينات إلى وترجمتها .الحي الكائن ونمو األيضية

المعلومات ونقل الخلية، انقسام خالل الذاتي التضاعف على قدرتها ـ 2• .آخر إلى جيل من فيها الوراثية

Page 48: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

؟الثالثي االندوسبيرم نسيج في DNA كمية تتوقع كم•

؟ المخصبة والبويضة الذكري المشيج في كميته مع مقارنة•

عند الذاتي التضاعف على DNA قدرة التجارب أثبتت -4•

المعلومات نقل على قدرته يعني وهذا الخلية، انقسام

.آخر إلى جيل من يحملها التي الوراثية

الوراثية المادة هوDNA أن العلماء تجارب أثبتت -5•

العالم اثبت فقد الوراثية، الصفات تحديد عن المسؤولة عن تجارب في م، 1944 عام وزمالؤه ( (Avery افري

بكتيرية خلية من انتقلت التي الوراثية المادة أن البكتيريا .DNA مادة هي جديدة صفات ظهور وسببت أخرى، إلى

Page 49: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

عمل النسخطريقة •

بتسلسل ( (TFIIDالنسختبدأ عملية النسخ بالتصاق أحد عوامل •

في الموجود (Tata Box)تاتا دنا معين يعرف باسم صندوق

. نيوكليوتيد من منطقة بدأ النسخ 25منطقة المحفز وعلى بعد

Page 50: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

في معين جزء طريق عن ( (TFIID النسخ عامل ارتباط يتم•

تاتا ارتباط بروتين يعرف النسخ عاملTATA Binding Protein TBP) ) العامل ارتباط عند

في فيزيائية تغيرات إلى هذا يودي تاتا صندوق مع الناسخ

الرنا وإنزيم النسخ عوامل لبقية إشارة يعطي مما الدنا شكل

ارتباط إلى يؤدي مما تنشيط، محفز بوجود IIبوليميرز

يعرف ما لتكوين المكان في إضافية ناسخة وعوامل اإلنزيم transcription Initiation Complex النسخ بداية معقد

Page 51: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

( (FIIHالنسخ عامل يقوم المركب هذا تكوين عند•

يؤدي مما ( (DNA Helicaseهيليكيز دنا إنزيم بإنتاج

II بوليميرز الرنا إنزيم وتقريب الدنا سلسلتي لفصل على يساعد مما نسخها، المراد الدنا سلسلة من أكثر

.الرنا من قصيرة شرائط إنتاج

عامل يقوم عندما النسخ في الرئيسية المرحلة تبدأ• بوليميرز الرنا إنزيم من جزء بفسفرة ( TFIIH) النسخ

II نطاق باسم يعرف C الطرفي

Page 52: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

•C Terminal Domian) ) جذرية تغيرات إلى يؤدي مما

تقريب ويتم النسخ عوامل تحرير يتم بحيث المركب، في نسخها المراد السلسلة من أكبر شكل IIبوليميرز الرنا إنزيم

(طويلة رنا شرائط إنتاج) االستطالة عملية بدأ وبالتالي

.المطلوب الجين ونسخ

العوامل هذه تذهب المركب من النسخ عوامل تحرير عند•

.جديد من العملية لبدء آخر محفز إلى

Page 53: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 54: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

Transcription: النسخ DNA (DNA unzips) الدنا في سلسلتين فتح1.

DNA الدنا من المعلومات ينسخ mRNA الرسول رنا2.

-:كالتالي DNA من RNA تختلف•

في سلسلتين من بدل واحدة سلسلة علىRNA تحتوي•

DNA

الدنا في كما ناقصا وليس الريبوس علىRNA تحتوي•

DNA

الثايمين من بدال Uracil اليورسيل RNA تستعمل•

Thymine

إلى النواة من genetic codeالجيني الرمزRNA تحمل .3

السيتوبالزم في الموجود الريبوسوم

Page 55: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

: Translation الترجمة

rRNA (ribosomal RNA) ريبوسول الرنا يرتبط 1.

أو الرموز قراءة في ويبدأ mRNA الرسول الرنا مع

.codons الشفرات

مع ويربطها األمينية األحماض tRNA الناقل الرنا يحمل2.

.النامية البروتينية السلسلة البروتين إنتاج إكتمال عند البروتينية السلسلة تحرر3.

Page 56: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

ملخص لتصنيع البروتين والدنا

Page 57: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

مع تماما متطابقان الناتجين الجزيئين أن الحظ•

حيث من (األصلي) األم الجزيء ومع بعضهما،

وعددها النيوكليوتايدات ترتيب

تضاعف أثناء في تركيبية تغييرات تحدث قد انه غير •DNA، جديد وراثية صفات عنها تنتج

أن إال ،Mutations طفرات التغييرات هذه وتسمى•

جدا ضئيلة حدوثها نسبة

Page 58: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

بناء البروتين في الخلية

الدنا معلومات أن تجريبيا ثبت لقد• .الخلية في البروتينات بناء عن مسؤولة

عديد ببناء الخاصة الدنا يصنع الدنا أن• إلى النواة من معين ببتيديد

ويسمى السيتوبالزم، في الرايبوسومات الرسول الرنا الجزيء هذا

m RNA) Messenger RNA)، على الدنا من جزء نسخ عملية وتدعى عملية وأما النسخ، الرسول،عملية الرنا

عديدة سلسلة بناء فهي الترجمة األحماض من (بروتين) الببتديدايد .األمينية

Page 59: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

هيرشي العالمان اثبت وكما

& Hershey) وشيسChase) في م 1952 عام

آكل الفيروس على تجاربهما

أن ،(البكتيريوفاج) البكتيرياDNA ،وليس الفيروس

هو له البروتيني الغالف

الخلية دخوله بعد المسؤول

على إجبارها على البكتيرية

فيروسات إنتاج

Page 60: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

يقوم الريبوسوم بقراءة الشفرة وربط األحماض

األمينية مع بعضها

Page 61: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

الوراثية الشيفرة مفهوم

Genetic code : .ونقلها الوراثية المعلومات بخزن تقوم التي الوراثة مادة هو الدنا أن عرفت•

؟الدنا في الوراثية المعلومات خزن يتم فكيف•

من يتكون جين كل فان لذا ،الدنا جزيء من قطعة هو الجين أن المعلوم من•

وتتابع G,C,T,A :هي أنواع أربعة تشمل التي النيوكليوتايدات من سلسلتين

يحدد الشيفرة، سلسة تسمى والتي الدنا سلسلتي إحدى في النيوكليوتايدات هذه

.بناؤها سيتم ببتيديد عديدة سلسلة في األمينية األحماض تتابع

من أميني حمض بكل خاصة شيفرة وجود يتطلب ذلك أن الواضح، ومن•

أربعة تكفي هل ولكن .البروتينات منها تتكون التي العشرين األمينية األحماض

األمينية؟ األحماض من نوعا (20) لتشفير النيوكليوتايدات من أنواع

بحمض الخاصة للشيفرة المكونة النيوكليوتايدات عدد يكون أن يجب كم•

األسئلة عن واجب .التالي الجدول في النظر دقق ذلك عن لإلجابة واحد؟ أميني

.تليه التي

Page 62: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

الشيفرة في النيوكليوتايدات عدد أمينيبحامض الخاصة

الممكن األمينية عدد األحماض تشفيرها

1 4

2 16

3 64

Page 63: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

ـ إذا كانت الشيفرة الخاصة بحمض أميني واحد تتكون من نيوكليوتايد واحد •فكم عدد الشيفرات الناتجة؟ وهل تكفي ،(A,T,C,G)من األنواع األربعة،

لتشفير عشرين نوعاً من األحماض األمينية؟

من ـ إذا افترضنا أن هذه الشيفرة الخاصة بحمض أميني واحد تتكون •فكم عدد الشيفرات (,A,T,C,G)واحد من األنواع األربعة نيوكليوتايد

الناتجة؟ وهل تكفي لتشفير عشرين نوع من األحماض األمينية ؟

إذا افترضنا أن هذه الشيفرة الخاصة بحمض أميني تتكون من •ثنائية على أساس انه ( 16)نيوكليوتايدين فان عدد الشيفرات سيكون

ترتيباً مختلفاً من النيوكليوتايدات األربعة، إذا رتبت بشكل ( 16)سينتج .ثنائيات

م 1954عام (Gamow)لعلك توصلت إلى ما توصل إليه العالم جامو •من أن كل شيفرة تختص بحمض أميني معين يجب أن تتكون من ثالثة

سيكون كافياً ( 64)نيوكليوتايدات، إذ أن عدد الثالثيات في هذه الحالة .نوعاً من األحماض األمينية( 20)لتشفير

Page 64: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

ومن الواضح، أن كل حمض أميني سيمثل بأكثر من شيفرة ثالثية •واحدة، وهذا يعني زيادة سرعة بناء السالسل الببتيدية، والتقليل من اثر

.الطفرات الوراثية الخاصة بحمض أميني

وقد بدا أن تحديد عدد النيوكليوتايدات الخاصة بكل حمض أميني أمراً •رياضياً سهالً، إال أن اإلنجاز األعظم في الوراثة الجزيئية كان تحديد

. ترتيب هذه النيوكليوتايدات الخاصة بكل حمض أميني

أول إنجاز في فك رموز (Nirenberg)سجل العالم نيرنبيرج وقد •الشيفرة الوراثية، إذ تمكن من تحديد أن الشيفرة الثالثية الخاصة

وبفضل جهود علماء آخرين UUUبالحمض األميني فينيل أالنين هي تم التوصل إلى معرفة الشيفرات الثالثية جميعها الخاصة بجميع أنواع

األحماض األمينية وتسمى الشيفرة الثالثية الخاصة بحمض أميني معين Codonالكودون mRNAفي جزيء

Page 65: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

وقد توصل العلماء إلى أن الكودونات هي عامة في جميع الكائنات الحية •يكون نفسه في ( فالين)الخاص بالحمض األميني (GUC)فمثالً الكودون

.خاليا الكائنات الحية جميعهاً، مما يدل على وحدة خلق الكائنات الحية

الحظت أن الخطوة األولى في عملية بناء البروتينات هي بناء سلسلة •mRNA منDNA وتسمى هذه العملية عملية النسخ، إذ أن التعليماتيتم نسخها بصورة تتابع معين للنيوكليوتايدات في ،DNAالوراثية mRNA ويكون هذا التتابع متمماً إلحدى سلسلتيDNA وهي السلسلة

.(T)يحل محل الثايمين (U)النشطة، إال أن نيوكليوتايد اليوراسيل التي تحدد تسلسل mRNAويسمى تتابع النيوكليوتايدات في جزيء

األحماض األمينية في السلسلة عديدة الببتايد التي سيتم بناؤها الشيفرة الوراثية

Page 66: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

:وفق الخطوات التالية mRNAيتم بناء •

عن بعضهما في موقع محدد، DNAـ تفكك سلسلتي 1• .نتيجة تحلل الروابط الهيدروجينية بينهما بفعل إنزيم خاص

الحرة في السائل النووي، RNAـ ترتبط نيوكليوتايدات 2•السلسلة )مع النيوكليوتايدات المتممة لها في سلسلة الشيفرة

التي تعمل كقالب لتكوين سلسلة متممة DNAمن( النشطة .لها

التي اصطفت على طول RNAـ ترتبط نيوكليوتايدات 3•مع بعضها بعضاً بروابط DNAسلسلة الشيفرة في

ويلعب أنزيم بلمرة ،mRNAتساهمية في لتكوين سلسلة من دوراً أساسيا في RNA (RNA POLYMERASE)حمض

.تكوين هذه الروابط

mRNAـ تتفكك الروابط الهيدروجينية بين سلسلة 4•مما يؤدي إلى انفصال ،DNAالمتكونة، وسلسلة الشيفرة في

ليعود االرتباط مرة DNAوابتعادها عن mRNAسلسلة .في موضع انفصالهما DNAأخرى بين سلسلتي

الناتجة mRNAالحظ أن ترتيب النيوكليوتايدات في سلسلة •التي DNAمما يكون متمماً لترتيبها في سلسلة الشيفرة من

تحمل المعلومات الوراثية، إال أن نيوكليوتايد اليوراسيل (U) يحل محل الثايمين(T).

عملية بناء (: 34)شكل mRNA

Page 67: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

نسخها تم التي mRNA نسخة أن العلماء الحظ وقد •

(200000) على تحتوي النواة في مباشرة

في النيوكليوتايدات عدد أن حين في نيوكليوتايد، حوالي السيتوسول إلى وصولها عند mRNA سلسلة

ذلك؟ تفسير فما .نيوكليوتايد (1000)

تركيبية لتغييرات تخضع األولية mRNA سلسلة إن•

التغيرات هذه وتسمى متخصصة، أنزيمات تنظمها الشكل ويبين . mRNA Processingمعالجة عمليات

:التغيرات هذه أهم المقابل

يتضمن ال mRNA السلسلة من أجزاء إزالة ـ 1•

الجزء هذا ويسمى الببتايد عديد سلسلة لبناء شيفرات .Intron انترون

قطع بعدmRNA من الفعالة األجزاء التحام ـ 2•

شيفرات على يحتوي الذي والجزء االنترونات وفصل وتسمى Exon إكسون يسمى سالسل إلى ستترجم

والتحام االنترونات قطع بعدmRNA سلسلة

عبر وتنتقل الناضجة، mRNA سلسلة اإلكسونات

.بالرايبوسومات لترتبط السيتوسول إلى النواة

Page 68: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

:ووظائفها RNAأنواع أخرى من •

عدة أنواع من DNAيصنع جزيء •: اهمهما RNAالحمض النووي

،tRNAالناقل إضافة إلى ، rRNAوالرايبوسومي،

mRNA. • : tRNAجزيء •في النواة، أن tRNAيتم بناء •

هذا الجزيء يتكون من سلسلة واحدة من النيوكليوتايدات تلتف لتكوين

ويرتبط أحد . ثالث حلقاتمع حمض أميني tRNAطرفي

معين، في حين أن الحلقة المقابلة لهذا الطرف تحتوي على ثالثة

نيوكليوتايدات، وتكون متممة ألحد وتسمى mRNAكودونات

tRNAالنيوكليوتايدات الثالثة في . Anticodonالكودون المضاد

Page 69: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تركيب الريبوسوم

عرفت سابقا أن الرايبوسوم عضيات خلوية •تختص ببناء البروتينات، وأنها تتكون من

تبدأ عملية بناء ،rRNAبروتينات الرايبوسوم في النوية، وتتركب من وحدتين

صغيرة وكبيرة وتحتوي كل منهما : بنائيتينعلى أنواع مختلفة من الجزيئات البروتينية

تنتقل هاتان الوحدتان عبر ثقوب ،rRNAو الغالف النووي إلى السيتوسول، وعند

يكونان رايبوسوماً mRNAارتباطهما مع .فعّاالً

الحظ أن الرايبوسوم الناتج يوفر مواقع • ،mRNA، tRNAخاصة الرتباط جزيئات

فهناك موقعان على الوحدة الكبيرة الرتباط وموقع واحد على ،tRNAجزيئين من

.mRNAالوحدة الصغيرة الرتباط جزيء

Page 70: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

عملية ترجمة الشيفرة الوراثية •translation :

:بناء سلسلة عديدة الببتايد *•

تسمى عملية بناء سلسلة من •عديد الببتايد )األحماض األمينية

بحسب تتابع الكودونات في ( mRNA عملية الترجمة .

وتتضمن عملية الترجمة سلسلة معقدة من الخطوات التي تنظمها

تتبع هذه . أنزيمات متخصصةالخطوات من خالل الشكل

:التاليعملية "خطوات بناء سلسلة عديد الببتايد (: 38)شكل

"الترجمة

Page 71: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

بالحمض األميني؟ tRNAما نوع الطاقة المستخدمة في عملية تحميل •

في الرايبوسوم ويتم ذلك اعتماداً على mRNAالتي تحمل أحماض أمينية بسلسلة tRNAـ ترتبط جزيئات 4• .mRNAمع الكودون المتمم له في tRNAبحيث يرتبط الكودون المضاد في mRNAترتيب الكودونات في

متجاورة تحمل أحماض أمينية، تكوين روابط ببتيدية بين كل حامضين أمينيين tRNAيسهل وجود جزيئات ـ 5•، يكون ترتيب األحماض األمينية فيها وفقا (عديد الببتايد)متجاورين، ينتج عنه بناء سلسلة من األحماض األمينية

.mRNAلترتيب الكودونات المكونة للشيفرة الوراثية في تباعاً ليقوم كل جزيء منها مرة أخرى بنقل حمض tRNAوتنفصل جزيئات . تنفصل السلسة الببتايدية الناتجة ـ 6•

.أميني من النوع نفسه

ولعلك تتساءل كيف يتم إنهاء بناء سلسلة عديد الببتايد؟•

عند الوصول إلى كودون . إن هناك كودونات ال تشفر أحماضاً أمينية معينة، لكنها تعمل كإشارات وقف أو إنهاء•وهذا ،tRNAفي الرايبوسوم يستقبل بروتيناً خاصاً بدالً من (A)فان الموقع ،mRNAاالنتهاء على سلسلة

(.كما بالشكل التالي)البروتين يفصل سلسلة الببتايد المتكونة، فتنتهي عملية الترجمة

مرحلة إنهاء بناء السلسلة الببتايدية(: 39)شكل

Page 72: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

:نقل البروتين وتعديله •

ـ ما الذي يحدد اتجاه البروتينات • بعد بنائها في الرايبوسوم؟

ـ لقد وجد أن تتابع عدد معين من •األحماض األمينية في سلسلة

عديد الببتايد التي تم بناؤها بشك اإلشارة الالزمة لذلك، ويسمى هذا التتابع لعدد من األحماض

األمينية سلسلة اإلشارة signal peptide. وقد يتم

تعديل البروتين الناتج تركيبياً باتحاده مع سكريات لتكوين

بروتينات سكرية، أو مع مواد آلية نقل البروتين وتعديله(: 40)شكل دهنية لتكوين البروتينات الدهنية

Page 73: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

تمارين على صنع الرنا الرسول بإستخدام قالب الدنا

A T T A C A

C U A A U G U mRNA الرنا الرسول

Page 74: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

،الرموز الترتيب نفس في معا األمينية األحماض ترتبط•

والجمل الكلمات كتابة في يحدث كما ، البروتين سلسلة لصنع

.األخرى اللغات في وغيرها العربية اللغة في

mRNA CUA AUG UGC

Amino Acid

Amino

Acid

Amino

Acid

Page 75: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 76: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

خطوات تصنيع

البروتين بالصور

Page 77: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

: DNA Replication جزيء تضاعف• تحتوي المتساوي االنقسام عن الناتجتين الخليتين أن العلماء الحظ•

.األم الخلية في الموجودة DNA من نفسها الكمية على فكيف الخلية انقسام عند يتضاعف DNA جزيء أن يعني وهذا •

ذلك؟ يحدث

سلسلتين وجود افترض الذي وكريك، واتسون نموذج ساعد لقد• خطوات تتبع .DNA تضاعف عملية فهم على لولبي بشكل ملتفتين

التالي الشكل في المبينة العملية هذه

الدناتضاعف جزيء خطوات شكل

Page 78: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 79: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

إلى DNAكيف يتم نقل المعلومات من الدنا ....ولكن

السيتوبالزم؟

Page 80: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 81: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 82: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 83: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 84: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

الترجمة خطوات•

نفسه الرسول الرنا يلصق1.

to) الصغيرة الريبوسوم بوحيدة

the small subunit).

الرنا في قواعد 6 تنكشف2.

الرسول

مع ) الناقل الرنا جزء مكمل3.

(الميثايونين األميني الحامض

طريق عن الثنائية القاعدة مع

AUG مع UAC الشفرة فك

الرنا قواعد على الموجودة

عند الريبوسوم في الرسول

.P نقطة

ما العمل بنفس الناقل رنا يقوم4.

الخطوة في موضحة هي

A نقطة عند ولكن السابقة

ترانسفيريز بيبتديل األنزيم يكون5.

األحماض بين البيبتيدية الربطة

.األمينية

الريبوسوم من النقل الرنا يخرج6.

الريبوسوم في األول هو دخل الذي

(األميني الحامض بدون )

Page 85: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

3)يتحرك الريبوسوم على طول رنا الرسول إلى موقع الشفرة التالية (قواعد

Pيتحرك الرنا الناقل الثاني إلى الموقع

يتحد رنا الناقل أخر مع الرنا الرسول الحامل الحامض األميني في الموقع A حامال

يزداد نمو السلسلة البيبتيدية بهذه الطريقة حتى وصولها إلى موقع توقف التشفير

Page 86: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

موقع وصوله عند الرسول رنا ترك للريبوسوم إشارة

بأن ذلك معنى الرسول رنا على الموجود التشفير توقف

تكوينه إكتمل قد البروتين

Page 87: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 88: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics
Page 89: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

بواسطة تحدث أو spontaneousتلقائيا الدنا في الطفرات تحدث

mutagens العالية الحرارة درجات بواسطة المثال سبيل على ،

الذري وواإلشعاع البنفسجية فوق واألشعة

تسبب والذي وتكلررها الجينات (شفرات) كود في تغير الطفرات تسبب

في حدوثها حالة في النسل إلى تنتقل قد و الجسم خاليا في كبيرا تغييرا

الجنسية خاليا

ضارة تكون قد أو ،مفيدة قد أو ، تغيير أي الطفرات تسبب ال يمكن

10،000-6000 منذ الطفرة هذه حدث – الزرقاء عيون طفرة :مثال

في حدوثها ذلك في السبب يكون وقد واحد سلف الى ارجاعه يمكن سنة،

الجدود أحد

هذه؟ الطفرة من نوع أي

الدنا والطفرات

DNA and Mutations

Page 90: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

DNA and Mutations – Lets looks at different mutations

عض الكلب القطTHE DOG BIT THE CAT

Page 91: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

DNA and Mutations - Substitution

عض الكلب القط

THE DOG BIT THE CAT

لو غير أحد الحروف في هذه الجملة وحل محله حرف أخر

عض القلب القط

• Substitution - Replace just one letter:

THE DOG BIT THE CAR

Page 92: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

DNA and Mutations - Deletion

عض الكلب القط

THE DOG BIT THE CAT

عند حدف حرف واحد وهو الباء من هذه الجملة تصبح كاألتي

عض الكل القط

-:أو تحريك حرف من كلمة إلى أخرى ، تصبح الجملة كالتالي

عض الكل القطب

• Deletion: Delete just one letter (T):

THE DOG BIT HEC AT

Page 93: علم الوراثة اللاجيني Epigenetics

DNA and Mutations-Insertions

عض الكلب القط

THE DOG BIT THE CAT

• Insertion - Add just one letter (E):

عند إضافة حرف الراء إلى هذه الجملة كالتالي

عرض الكل القطب

THE DOE GBI TTH ECA T

قراءة البروتين بإستمرار ويتم إصالح لها القدرة على الخاليا

األخطاء في الدنا وبذلك يتم معظم تصحيح األخطاء التي تحدث في

الدنا

Cells have “proof reading” proteins that

constantly check the DNA and fix errors, so

most are corrected