مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
التحكم في التعبير الوراثي: آلية تنظيم التعبير الجيني مع تمارين بكالوريا محلولة — الثانية ثانوي — علوم الطبيعة والحياة — المنهاج الجزائري
أهداف التعلم
- فهم مفهوم التعبير الوراثي وآليته
- التمييز بين مرحلتي الاستنساخ والترجمة
- فهم آليات التحكم في التعبير الجيني (عند بدائيات النوى وعند حقيقيات النوى)
مقدمة: ما هو التعبير الوراثي؟
التعبير الوراثي (Gene Expression) هو العملية التي يتم من خلالها تحويل المعلومات الوراثية المخزنة في DNA إلى بروتينات وظيفية. وهو يتبع المبدأ المركزي للبيولوجيا الجزيئية: DNA → RNA → Protein.
مراحل التعبير الوراثي
1. الاستنساخ (Transcription)
يتم في النواة عند حقيقيات النوى. يتم خلالها نسخ قطعة من DNA إلى mRNA (الرنا الرسول).
- يرتبط إنزيم RNA polymerase بالـ DNA في منطقة المحفز (Promoter)
- يفك الـ DNA ويبدأ نسخ إحدى سلسلتيه
- تضاف النيوكليوتيدات المتممة (A↔U, T↔A, C↔G)
- ينتج جزيء mRNA الأولي (pre-mRNA)
عند حقيقيات النوى: تحدث معالجة (Processing)
- إضافة قبعة 5′ (5′ cap)
- إضافة ذيل poly-A عند النهاية 3′
- عزل (splicing): إزالة الإنترونات (Introns) ووصل الإكسونات (Exons)
2. الترجمة (Translation)
تتم في السيتوبلازم على الريبوسومات. يتم خلالها تحويل معلومات mRNA إلى سلسلة ببتيدية (بروتين).
- البدء: ارتباط الريبوسوم بـ mRNA عند كودون البداية AUG
- الاستطالة: إضافة الأحماض الأمينية تباعاً وفقاً للشفرة الوراثية
- النهاية: الوصول إلى كودون التوقف (UAA, UAG, UGA)
آليات التحكم في التعبير الجيني
أولاً: عند بدائيات النوى (نموذج جاكوب ومونو – OPeron)
جاكوب ومونو (1961) اكتشفا آلية التحكم في التعبير الجيني عند البكتيريا من خلال نموذج الأوپيرون (Operon). أشهر مثال: أوپيرون اللاكتوز (Lac Operon) عند بكتيريا E. coli.
بنية الأوپيرون:
- الجين المنظم (Regulator gene) → ينتج البروتين الكابت (Repressor)
- المحفز (Promoter) + المشغل (Operator) + الجينات البنيوية (Structural genes: lacZ, lacY, lacA)
آلية العمل:
- غياب اللاكتوز: البروتين الكابت يرتبط بالمشغل → يمنع الاستنساخ (لا تنتج الإنزيمات)
- وجود اللاكتوز: اللاكتوز يرتبط بالبروتين الكابت ويمنعه من الارتباط بالمشغل → يبدأ الاستنساخ (تنتج الإنزيمات اللازمة لهضم اللاكتوز)
ثانياً: عند حقيقيات النوى
التنظيم أكثر تعقيداً ويشمل مستويات متعددة:
- التنظيم على مستوى الكروماتين: إعادة تشكيل الكروماتين (أسيتلة الهستونات، مثيلة DNA)
- التنظيم على مستوى الاستنساخ: عوامل النسخ (Transcription factors) تنشط أو تثبط الارتباط بـ RNA polymerase
- التنظيم بعد الاستنساخ: splicing البديل (Alternative splicing)
- التنظيم على مستوى الترجمة: بروتينات ترتبط بـ mRNA وتمنع ترجمته
- التنظيم بعد الترجمة: تعديل البروتينات (فسفرة، غلكزة…)
تمارين بكالوريا محلولة
التمرين الأول: أكمل الفراغات
- عملية تحويل DNA إلى mRNA تسمى ________.
- عملية تحويل mRNA إلى بروتين تسمى ________.
- عند بدائيات النوى، نموذج التحكم في التعبير الجيني يسمى ________.
- الإنزيم المسؤول عن الاستنساخ هو ________.
الحل:
- الاستنساخ (النسخ / Transcription)
- الترجمة (Translation)
- الأوپيرون (Operon)
- RNA polymerase
التمرين الثاني: اشرح آلية عمل أوپيرون اللاكتوز
الحل:
في غياب اللاكتوز: البروتين الكابت (المنتج من الجين المنظم) يرتبط بالمشغل (Operator) فيمنع RNA polymerase من البدء في الاستنساخ. في وجود اللاكتوز: يرتبط اللاكتوز بالبروتين الكابت فيغير شكله، فلا يعود قادراً على الارتباط بالمشغل، مما يسمح لـ RNA polymerase باستنساخ الجينات البنيوية (lacZ, lacY, lacA) المسؤولة عن إنتاج الإنزيمات المحللة للاكتوز.
