الشارح للدرس: الحمض النووي (DNA) في بدائيات النوى الأحياء

مثال ١: تحديد مكان الحمض النووي (DNA) في بدائيات النوى

أين يوجد الحمض النووي (DNA) الكروموسومي في الخلايا البدائية النوى؟

1. في النوية
2. في المنطقة النووية
3. في الأهداب
4. في النواة
5. في الجدار الخلوي

الحل

يوجد الحمض النووي (DNA) لبدائيات النوى داخل الكروموسوم، ويمكن في بعض الحالات أن تحتوي الخلية أيضًا على حمض نووي خارج الكروموسوم، يُعرَف بالبلازميد. والكروموسوم يحتوي على معظم الحمض النووي (DNA)، وهو جزيء دائري واحد يقع في منطقة من الخلية تُسمَّى المنطقة النووية.

وتحتوي بدائيات النوى أيضًا في المعتاد على البلازميدات، وهي قطع صغيرة دائرية من الحمض النووي (DNA) خارج الكروموسوم، ويمكن أن تتضاعف بمعزلٍ عن كروموسوم الخلية البدائية النواة. وتحتوي البلازميدات عادةً على الجينات المقاومة للمضادات الحيوية.

هيا نُلقِ نظرة على الإجابات الممكنة، لنرى أيها يَصِف موقع الحمض النووي (DNA) في الخلايا البدائية النوى.

«النوية» إجابة خطأ. النوية منطقة متخصصة داخل نواة حقيقيات النوى تتكوَّن فيها الريبوسومات. تتمثَّل أهمية الريبوسومات في إتمام عملية الترجمة؛ أي عملية إنتاج البروتينات من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).

يبدو أن «المنطقة النووية» هي الإجابة الصحيحة. المنطقة النووية منطقة متخصصة في الخلية البدائية النواة، يوجد بها الحمض النووي (DNA). هيا نتحقَّق من الإجابات المتبقية للتأكُّد.

«الأهداب» إجابة خطأ. الأهداب تراكيب قصيرة تُشبه الشعر، توجد على سطح الخلايا البدائية النوى، وتساعد في الحركة والالتصاق بالأسطح.

و«النواة» إجابة خطأ. النواة عُضية محاطة بغشاء توجد في الخلايا الحقيقية النوى، وتحتوي على الحمض النووي (DNA). وهي لا توجد في بدائيات النوى، وهذا في الحقيقة فرق أساسي بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

وأخيرًا، «الجدار الخلوي» إجابة خطأ أيضًا. فمع أن بدائيات النوى لها بالفعل جدار خلوي يمنحها شكلها ويحمي مكوِّناتها الداخلية، لا يوجد الحمض النووي (DNA) الكروموسومي لبدائيات النوى في الجدار الخلوي.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ب): المنطقة النووية.

مثال ٢: تحديد البلازميد في مخطط لخلية بدائية النواة

يوضِّح الشكل الآتي التركيب المُبسَّط لخلية بكتيرية. ما الحرف الذي يُشِير إلى البلازميد؟

1. (د)
2. (ج)
3. (أ)
4. (ب)

الحل

يوجد الحمض النووي (DNA) لبدائيات النوى داخل الكروموسوم، ويمكن في بعض الحالات أن تحتوي الخلية أيضًا على حمض نووي خارج الكروموسوم، يُعرَف بالبلازميد. يحتوي الكروموسوم على معظم الحمض النووي (DNA)، وهو جزيء دائري مُفرد يقع في منطقة من الخلية تُسمَّى المنطقة النووية. وتحتوي بدائيات النوى أيضًا في المعتاد على البلازميدات، وهي قطع صغيرة دائرية من الحمض النووي (DNA) خارج الكروموسوم، ويمكن أن تتضاعف بمعزلٍ عن كروموسوم الخلية البدائية النواة. وتحتوي البلازميدات عادةً على الجينات المقاومة للمضادات الحيوية.

نكمل بيانات هذا الشكل التوضيحي للخلية البكتيرية لكي نحدِّد موضع البلازميد.

يُشير الحرف (د) إلى الغشاء البلازمي. وهو تركيب دهني مكوَّن من طبقتين يفصل داخل الخلية عن خارجها.

ويُشير الحرف (ج) إلى البلازميد. وهو قطعة دائرية صغيرة من الحمض النووي (DNA) خارج الكروموسوم، يمكنها التضاعف بمعزل عن الكروموسوم.

ويُشير الحرف (أ) إلى الريبوسومات. وهي الآلات المكوَّنة من جزيئات كبيرة، وتتخصَّص في إنتاج البروتينات للخلية.

ويُشير الحرف (ب) إلى كروموسوم بدائيات النوى. وهو المكان الذي تُخزَّن فيه معظم المعلومات الوراثية للخلية البدائية النواة.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ب)؛ أي الحرف (ج)، الذي يُشير إلى البلازميد.

مثال ٣: المقارنة بين الحمض النووي (DNA) لبدائيات النوى وحقيقيات النوى

أيُّ العبارات الآتية تُقارِن بين الحمض النووي (DNA) للخلايا الحقيقية النوى والحمض النووي (DNA) للخلايا البدائية النوى؟

1. يُكوِّن الحمض النووي (DNA) للخلايا الحقيقية النوى حلقة كروموسومية واحدة، ويُكوِّن الحمض النووي (DNA) للخلايا البدائية النوى العديد من البلازميدات الحلقية الصغيرة.
2. تحتوي كروموسومات الخلايا الحقيقية النوى على بروتينات مُتخصِّصة تُساعِد على تكوُّن الكروماتين، على عكس كروموسومات الخلايا البدائية النوى.
3. يتكثَّف كلٌّ من الحمض النووي للخلايا الحقيقية النوى والحمض النووي للخلايا البدائية النوى لتكوين كروموسومات على شكل حرف X قبل انقسام الخلية.

الحل

يوجد الحمض النووي (DNA) في بدايات النوى في صورة كروموسوم دائري مُفرد موجود في منطقة تُسمَّى المنطقة النووية. وهو مضغوط عن طريق لفِّه، ولا يتطلَّب استخدام البروتينات المتخصِّصة المُسمَّاة بالهستونات.

في معظم حقيقيات النوى، يوجد DNA في صورة عدة كروموسومات خطية متكثفة باستخدام بروتينات متخصِّصة تُسمَّى الهستونات لتكوين الكروماتين. وقبل انقسام الخلية، تتكثَّف كروموسومات حقيقيات النوى لتكوين تراكيب تتخذ شكل حرف X. كل هذا يحدث داخل النواة.

كما تحتوي بدائيات النوى على البلازميدات. عادةً ما تكون البلازميدات قطع دائرية صغيرة من الحمض النووي (DNA) تحتوي على جينات مقاومة للمضادات الحيوية. ويمكن أن تتضاعف البلازميدات بمعزلٍ عن الحمض النووي (DNA) الكروموسومي في بدائيات النوى، ويمكن أن تنتقل إلى بدائيات نوى أخرى.

نتناول هذه الإجابات ونعرف أيها يمثِّل مقارنةً صحيحة بين الحمض النووي للخلايا الحقيقية النوى والحمض النووي للخلايا البدائية النوى.

في (أ)، الإجابة «يُكوِّن الحمض النووي (DNA) للخلايا الحقيقية النوى حلقة كروموسومية واحدة، ويُكوِّن الحمض النووي (DNA) للخلايا البدائية النوى العديد من البلازميدات الحلقية الصغيرة»، إجابة خطأ. الجزء الأول من الإجابة الذي يقول إن «الحمض النووي (DNA) للخلايا الحقيقية النوى يكوِّن حلقة كروموسومية واحدة» غير صحيح. هذا لأن الحمض النووي (DNA) للخلايا الحقيقية النوى لا يكوِّن حلقة كروموسومية واحدة، وإنما يتكوَّن من كروموسومات خطية متعددة. والجزء الثاني من الإجابة، الذي ينص على أن «الحمض النووي (DNA) للخلايا البدائية النوى يكوِّن العديد من البلازميدات الحلقية الصغيرة» غير صحيح؛ لأن بدائيات النوى تحتوي على نوعين من الحمض النووي (DNA)، وليس فقط البلازميدات. فهي تحتوي على كروموسوم دائري واحد يضم معظم الحمض النووي (DNA)، ويمكن أن تحتوي على عدة جزيئات دائرية من الحمض النووي (DNA) تُسمَّى البلازميدات.

وفي (ب)، تبدو الإجابة «تحتوي كروموسومات الخلايا الحقيقية النوى على بروتينات مُتخصِّصة تُساعِد على تكوُّن الكروماتين، على عكس كروموسومات الخلايا البدائية النوى» خيارًا جيدًا. الجزء الأول من الإجابة «تحتوي كروموسومات الخلايا الحقيقية النوى على بروتينات مُتخصِّصة تُساعِد على تكوُّن الكروماتين» صحيح. تحتوي كروموسومات حقيقيات النوى على الهستونات التي تساعد في تكديس الحمض النووي (DNA) في صورة كروماتين. والجزء الثاني من الإجابة، وهو أن «معظم كروموسومات بدائيات النوى لا تحتوي على بروتينات مُتخصِّصة تُساعِد على تكوُّن الكروماتين»، أيضًا صحيح. لا تحتوي معظم كروموسومات بدائيات النوى على الهستونات لتكوين الكروماتين، لكن حقيقيات النوى غالبًا ما تكون لها تلك السمات.

وفي (ج)، الإجابة «يتكثَّف كلٌّ من الحمض النووي للخلايا الحقيقية النوى والحمض النووي للخلايا البدائية النوى لتكوين كروموسومات على شكل حرف X قبل انقسام الخلية» غير صحيحة. الكروماتين في حقيقيات النوى يتكثَّف قبل انقسام الخلية ليكوِّن كروموسومات على شكل حرف X. وهذا لا يحدث في بدائيات النوى. معظم بدائيات النوى لا تحتوي على بروتينات متخصصة تُسمَّى الهستونات لتكديس الحمض النووي (DNA) في صورة كروماتين مثلما تفعل حقيقيات النوى، والحمض النووي (DNA) لبدائيات النوى لا يتكثَّف ليكوِّن كروموسومات على شكل حرف X.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ب): تحتوي كروموسومات الخلايا الحقيقية النوى على بروتينات مُتخصِّصة تُساعِد على تكوُّن الكروماتين، على عكس كروموسومات الخلايا البدائية النوى.

مثال ٤: فهم نظرية التكافل الداخلي لتفسير منشأ الميتوكندريون

الميتوكوندريا عُضَيَّات تُوجَد في خلايا حقيقيات النوى (الموضَّحة في الشكل)، يكون حمضها النووي (DNA) على شكل حلقات دائرية. إلامَ يُشِير ذلك عن تطوُّر الميتوكوندريا طبقًا لنظرية التكافل الداخلي؟

1. حدثت عدَّة طفرات في الحمض النووي الخاص بالميتوكوندريا؛ ولذلك يُشبِه الآن تركيب الحمض النووي البكتيري.
2. تطوَّرت الميتوكوندريا وأصبحت عُضَيَّات طفيلية منفصلة داخل خلايا حقيقيات النوى.
3. كانت الميتوكوندريا سابقًا كائنات حية بدائية النوى منفصلة، قبل أن تُدمَج في حقيقيات النوى.

الحل

الكروموسوم في بدائيات النوى هو الموضع الذي يوجد فيه معظم الحمض النووي (DNA)، وهو بوجهٍ عام جزيء دائري مُفرد يقع في منطقة من الخلية تُسمَّى المنطقة النووية. يمكن أن تحتوي بدائيات النوى على بلازميدات أيضًا، وهي قطع دائرية من الحمض النووي (DNA) أصغر بكثير، وبها عادةً جينات تُعطي مقاومة للمضادات الحيوية.

تحتوي الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء على حمض نووي دائري، وتنقسمان بطريقة مشابهة لبدائيات النوى. الميتوكندريون والبلاستيدة الخضراء عضيتان موجودتان في حقيقيات النوى، يُعتقد أنهما تطوَّرتا من بدائيات النوى. تحتوي كلٌّ منهما على حمض نووي (DNA) دائري، وتنقسمان بطريقة مشابهة لانقسام بدائيات النوى.

تفترض نظرية التكافل الداخلي أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ربما كانتا سابقًا خلايا بدائية النوى.

ربما ابتلعت حقيقيات النوى الأولى خلية بدائية النواة يمكنها التنفس هوائيًّا أو القيام بعملية البناء الضوئي. ومن المحتمل أن هذا أدَّى إلى تكوُّن علاقة تكافلية توفِّر فيها الخلية الحقيقية النواة المُغذيات لبدائيات النوى، وتوفِّر فيها بدائيات النوى جزيئات ATP عن طريق التنفس الخلوي أو البناء الضوئي. وعبر مليارات السنين، قد تكون هذه الخلايا البدائية النوى قد فقدت العديد من الجينات التي لم تَعُد لها حاجة بها؛ لأن الخلية الحقيقية النواة توفِّر لها احتياجاتها، وأصبحت في النهاية الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء. يمكننا ملاحظة ذلك في الآتي.

والآن، نُلقي نظرة على الإجابات المحتملة لنبحث عن تفسير نظرية التكافل الداخلي لاحتواء الميتوكوندريا على حلقة دائرية خاصة بها من الحمض النووي (DNA).

الإجابة (أ)، «حدثت عدَّة طفرات في الحمض النووي الخاص بالميتوكوندريا؛ ولذلك تُشبِه الآن تركيب الحمض النووي البكتيري» ليست إجابة صحيحة. تنص نظرية التكافل الداخلي على أن خلية حقيقية النواة قد ابتلعت خلية بدائية النواة وكوَّنت معها علاقة تكافلية، ثم تحوَّلت الخلية البدائية النواة في نهاية الأمر إلى ميتوكندريون. ومن ثَمَّ، فإن الحمض النووي (DNA) الموجود في الميتوكندريون كان في بداية الأمر ينتمي لخلية بدائية النواة، وليس كما تقول الإجابة ضمنيًّا أنه لخلية حقيقية النواة. وكذلك، على الرغم من أن العديد من الطفرات كان يمكن حدوثها بمرور الوقت في الحمض النووي (DNA) للخلية التكافلية البدائية النواة، فإن هذه الطفرات كانت ستجعل الميتوكندريون الناتج أبسط بكثير، مقارنةً بكروموسوم بدائيات النوى. العديد من الجينات قد فُقدت بمرور الزمن؛ إذ لم تَعُد هناك حاجة لها؛ لأن الخلية التكافلية الحقيقية النواة توفِّر لها احتياجاتها.

والإجابة (ب)، «تطوَّرت الميتوكوندريا وأصبحت عُضَيَّات طفيلية منفصلة داخل خلايا حقيقيات النوى» إجابة خطأ. نظرية التكافل الداخلي تنص على أن خلية بدائية النواة وخلية حقيقية النواة دخلتا في علاقة تكافلية انتفع منها الطرفان. العلاقة التطفلية التي يستفيد فيها عضو ويتضرَّر الآخر (المضيف) ليست علاقة تكافلية.

والإجابة (ج)، «كانت الميتوكوندريا سابقًا كائنات حية بدائية النوى منفصلة، قبل أن تُدمَج في حقيقيات النوى»، إجابة دقيقة. تفترض نظرية التكافل الداخلي أن الميتوكوندريا ربما كانت سابقًا خلية بدائية النواة ابتلعتها خلية حقيقية النواة. كوَّنت الخليتان علاقة تكافلية، وتطوَّرت الخلية البدائية النواة في النهاية إلى ميتوكندريون.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ج): «كانت الميتوكوندريا سابقًا كائنات حية بدائية النوى منفصلة، قبل أن تُدمَج في حقيقيات النوى».