فيديو الدرس: الجينات والكروموسومات العلوم

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتناول كيف توصل مجموعة من العلماء في خمسينيات القرن الماضي إلى تركيب الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. سنتعرف أيضًا على كل من الجينات والكروموسومات والطفرات وأهميتها الشديدة.

دعونا الآن نركب آلة الزمن ونعود إلى منتصف القرن العشرين. في عام 1951، بدأت عالمة إنجليزية تدعى روزاليند فرانكلين بدراسة تركيب ‪DNA‬‏. يرمز ‪DNA‬‏ إلى الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين، وهو المادة الوراثية لجميع الكائنات الحية. بعبارة أخرى، يحتوي على جميع المعلومات الوراثية اللازمة لتحديد صفات الكائن الحي، مثل الإنسان. ما أرادته فرانكلين حقًّا هو معرفة تركيب ‪DNA‬‏. كيف يبدو جزيء ‪DNA‬‏؟ للتوصل إلى ذلك، أجرت فرانكلين بعض التجارب في معملها. وتضمنت هذه التجارب تمرير الأشعة السينية عبر بلورات ‪DNA‬‏، والنظر إلى الأنماط التي كونتها الأشعة السينية عند خروجها من الجانب الآخر. التقطت فرانكلين صورًا فوتوغرافية لهذه الأنماط، كالتي يمكنك رؤيتها هنا. صدق ذلك أو لا تصدق، هذه الصورة قدمت الكثير من الأدلة حول تركيب ‪DNA‬‏.

أولًا، يتضح من النمط الذي يأخذ شكل الحرف ‪X‬‏ أن جزيء ‪DNA‬‏ له شكل لولبي. ثانيًا، استنتج أن جزيء ‪DNA‬‏ يتكون من شريطين. وثالثًا، استنتج أن القواعد النيتروجينية لجزيئات ‪DNA‬‏ تتجه إلى الداخل نحو منتصف اللولب، في حين تتجه مجموعات الفوسفات إلى الخارج. سنشرح مكونات ‪DNA‬‏ هذه لاحقًا في الفيديو. ولأن هذه الصورة هي الصورة رقم 51 التي التقطتها فرانكلين وفريقها، أصبحت تعرف باسم «الصورة 51» تقديرًا لأهميتها.

في يناير 1953، عرض زميل روزاليند فرانكلين، موريس ويلكنز، الصورة 51 على جيمس واتسون. كان واتسون عالمًا آخر يسعى مع شريكه البحثي فرنسيس كريك إلى اكتشاف تركيب ‪DNA‬‏. استخدم واتسون وكريك معلومات من الصورة 51 وتوصلا إلى نموذج ثلاثي الأبعاد لتركيب ‪DNA‬‏. وأظهر هذا النموذج أن ‪DNA‬‏ يتكون من شريطين ملتفين أحدهما حول الآخر في شكل لولب مزدوج، كما ترون هنا. شارك واتسون وكريك أفكارهما مع بقية العالم في عام 1953، لكنهما لم يذكرا شيئًا عن العمل الشاق والجهد الذي بذلته فرانكلين.

في عام 1962، حصل ويلكنز وواتسون وكريك على جائزة نوبل. وهي جائزة شهيرة تمنح كل عام للأشخاص الذين توصلوا إلى اكتشافات مهمة. في الوقت الذي حصل فيه ويلكنز وواتسون وكريك على جائزة نوبل، كانت فرانكلين قد فارقت الحياة بكل أسى نتيجة إصابتها بالسرطان. ولم يعترف بالإسهامات المهمة لروزاليند فرانكلين في اكتشاف تركيب ‪DNA‬‏ إلا في عام 1968. والآن، لنلق نظرة عن كثب على تركيب ‪DNA‬‏ الذي اكتشفه كل من فرانكلين وويلكنز وواتسون وكريك.

يتكون ‪DNA‬‏ من النيوكليوتيدات. تحتوي كل نيوكليوتيدة على ثلاثة أجزاء: مجموعة فوسفات، وسكر، وقاعدة نيتروجينية يشار إليها غالبًا بالقاعدة. كما اكتشفت فرانكلين وزملاؤها من الصورة 51، أن مجموعات الفوسفات تقع على الجزء الخارجي لجزيء ‪DNA‬‏، بينما تقع القواعد على الجزء الداخلي. توجد أربعة أنواع من القواعد: الجوانين، الموضحة هنا باللون البرتقالي؛ والسيتوزين، الموضحة هنا باللون الأزرق؛ والأدينين، الموضحة هنا باللون الأخضر؛ والثايمين، الموضحة هنا باللون الوردي. عادة ما نمثل هذه القواعد بالحرف الأول من أسمائها.

يحتوي ‪DNA‬‏ الموجود داخل كل خلية بشرية على مليارات من هذه النيوكليوتيدات. إذا فككنا التفاف اللولب المزدوج لجزيء ‪DNA‬‏، فسنلاحظ أنه لدينا تتابع من القواعد على كلا الشريطين. على سبيل المثال، تتابع القواعد على هذا الشريط المظلل باللون الأحمر هو ‪TCCTCGCTTGAAA‬‏. ويعرف هذا باسم تتابع جزيء ‪DNA‬‏. يحتوي العديد من تتابعات ‪DNA‬‏ هذه على المعلومات اللازمة لصنع بروتين معين. بعبارة أخرى، يحدد تتابع القواعد ‪(G)‬‏ و‪(A)‬‏ و‪(C)‬‏ و‪(T)‬‏ الشفرة اللازمة لتصنيع هذا البروتين. وهذه البروتينات هي التي تعطينا مجموعة فريدة من السمات الشكلية أو الخواص البدنية. على سبيل المثال، لون العينين، ولون الشعر الطبيعي، وإذا ما كان لدينا نمش أم لا، جميعها خواص تنتج عن تتابعات ‪DNA‬‏.

يعرف تتابع ‪DNA‬‏ الذي يحدد خاصية معينة باسم الجين. لدينا — نحن البشر — أكثر من 20 ألف جين في جزيئات ‪DNA‬‏. إذا أخذنا كل ‪DNA‬‏ الموجود في خلية بشرية واحدة ومددناه بالكامل في خط مستقيم، فسيكون طوله مترين تقريبًا. إذن، كيف تتسع خلية لكل هذا الطول من ‪DNA‬‏ وهي صغيرة جدًّا لدرجة أنه لا يمكننا رؤيتها بالعين المجردة؟ الإجابة هي أنه ملتف بإحكام شديد بحيث يشغل مساحة أقل بكثير. هذا يشبه إلى حد ما طي ملابسك بحيث يمكن وضعها جميعًا داخل حقيبة سفرك عندما تذهب في إجازة.

على الرغم من أننا عادة ما نتحدث عن ‪DNA‬‏ كما لو كان جزيئًا واحدًا طويلًا، فإنه في الواقع ينقسم إلى عدة شرائط نسميها الكروموسومات. هذه الكروموسومات تخزن في قسم خاص من الخلية يسمى النواة. وعلى الرغم من أننا عرضنا سبعة فقط هنا، فإن نواة الخلية في جسم الإنسان العادي تحتوي على 46 كروموسومًا. هذه الكروموسومات مقسمة إلى 23 زوجًا، حيث نحصل على نصف ‪DNA‬‏ من كل من الأبوين البيولوجيين. من كل زوج من الكروموسومات، يورث كروموسوم واحد من الأم البيولوجية، ويورث الآخر من الأب البيولوجي. لكن ماذا يحدث إذا تغير ‪DNA‬‏ في أجسامنا؟

‏‪DNA‬‏ ليس كسولًا، فلا يقتصر عمله على الاستلقاء داخل النواة فقط طوال اليوم. يجري فك شريطيه باستمرار، وقراءته، ونسخه، بالإضافة إلى تعرضه للهجوم من مواد كيميائية مختلفة. يمكن أن تتسبب هذه العمليات في حدوث طفرات. غالبًا ما نظن أن المتحولين نتيجة للطفرات يصبحون وحوشًا مخيفة. لكن في الواقع، نتعرض جميعنا لحدوث طفرات. الطفرة هي مجرد تغير يحدث في تتابع جزيء ‪DNA‬‏. تحدث مئات الآلاف من هذه التغيرات داخل أجسامنا كل يوم. يمكن أن تورث الطفرات أيضًا. وهذا يعني أنه عندما نتكاثر، فإننا ننقل الطفرات إلى أبنائنا.

بما أن الطفرات تحدث تغيرات في تتابع جزيء ‪DNA‬‏، فإنها تتسبب في تغير الجينات. على سبيل المثال، هل يمكنك ملاحظة كيف تغير الجين ‪x‬‏ بفعل هذه الطفرة؟ لعلك لاحظت أن قاعدة الثايمين قد تغيرت إلى أدينين. في معظم الأحيان، لا ينتج عن الطفرات أي تأثيرات ملحوظة. لكنها في بعض الأحيان قد تؤدي إلى حدوث تغيرات في البروتينات التي تشفرها الجينات، والتي بدورها يمكن أن تغير خواصنا أو تصيبنا بالمرض. على سبيل المثال، التليف الكيسي هو اضطراب خطير ناتج عن طفرة تؤدي إلى زيادة إفراز المخاط في الرئتين والجهاز الهضمي. قد يسبب هذا الأمر صعوبة كبيرة في التنفس وهضم الطعام للأشخاص المصابين بالتليف الكيسي. رغم ذلك، ليست كل الطفرات سيئة. إذ إن بعض الطفرات يمكنها أن تمنحنا خواص تحسن صحتنا أو لياقتنا البدنية بالفعل. هذه الأنواع من الطفرات هي أساس التطور.

وبهذا نكون قد تعرفنا على كل ما يتعلق بالجينات والكروموسومات. دعونا نتناول بعض الأسئلة التدريبية.

أي من هؤلاء العلماء لم يسهم في اكتشاف تركيب الحمض النووي ‪(DNA)‬‏؟ (أ) فرانسيس كريك، (ب) روزاليند فرانكلين، (ج) تشارلز داروين، (د) جيمس واتسون، (هـ) موريس ويلكنز.

دعونا نتذكر الأحداث التي أدت إلى اكتشاف تركيب ‪DNA‬‏. في عام 1951، بدأت عالمة إنجليزية تدعى روزاليند فرانكلين بفحص تركيب ‪DNA‬‏. واستخدمت الطريقة التي تتضمن تمرير الأشعة السينية عبر بلورات ‪DNA‬‏، ثم التقاط صور للأنماط التي تنتجها الأشعة السينية. قدمت الصورة رقم 51 — التي التقطت في عام 1952 وأصبحت منذ ذلك الحين تعرف باسم «الصورة 51 » — الكثير من الأدلة المهمة.

في عام 1953 عرض موريس ويلكنز، زميل فرانكلين، الصورة 51 على جيمس واتسون. كان جيمس واتسون عالمًا آخر يحاول مع شريكه البحثي فرانسيس كريك اكتشاف تركيب ‪DNA‬‏. استخدم واتسون وكريك معلومات من الصورة 51 للتوصل إلى نموذج اللولب المزدوج لتركيب ‪DNA‬‏، ونشرا أفكارهما في العام نفسه دون ذكر أي شيء عن العمل الشاق الذي بذلته فرانكلين. وفي عام 1962، حصل ويلكنز وواتسون وكريك على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عن اكتشافاتهم.

بالرغم من أن تشارلز داروين عالم ساهم بالعديد من الاكتشافات المهمة عن التطور، فإنه لم يسهم في تحديد تركيب ‪DNA‬‏. إذن، الإجابة الصحيحة هي (ج). لم يسهم تشارلز داروين في اكتشاف تركيب ‪DNA‬‏.

دعونا نتناول سؤالًا آخر.

داخل النواة يلتف الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ ويتكثف في صورة شرائط طويلة. ما الذي يطلق على هذه الشرائط؟

‏‪DNA‬‏ طويل جدًّا. في الواقع، إذا أخذنا كل ‪DNA‬‏ من خلية بشرية واحدة ومددناه بالكامل في خط مستقيم، فسيصل طوله إلى مترين تقريبًا. إذن، كيف تتسع نواة الخلية لكل هذا الطول من ‪DNA‬‏، وهي صغيرة جدًّا لدرجة أنه لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة؟ الإجابة هي أنه ملتف بإحكام ومكثف ليكون مضغوطًا أكثر. يمكنك التفكير في هذه العملية على أنها تشبه إلى حد ما طي ملابسك بحيث يمكن وضعها جميعًا داخل حقيبة سفرك عندما تذهب في إجازة.

على الرغم من أننا عادة ما نتحدث عن ‪DNA‬‏ كما لو كان جزيئًا واحدًا طويلًا، فإنه في الواقع ينقسم إلى عدة شرائط نسميها الكروموسومات. وعلى الرغم من أننا عرضنا تسعة فقط هنا، فإن الخلية في جسم الإنسان العادي تحتوي على 46 كروموسومًا مخزنة داخل النواة. وبذلك، حددنا أن شرائط ‪DNA‬‏ الطويلة الموجودة داخل النواة تسمى الكروموسومات.

دعونا نلخص ما تعلمناه في هذا الفيديو من خلال مراجعة النقاط الرئيسية. اكتشف كل من فرانكلين وويلكنز وواتسون وكريك تركيب الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. يتكون ‪DNA‬‏ من النيوكليوتيدات. الجين هو تتابع جزيء ‪DNA‬‏ يحدد خاصية معينة. ينظم ‪DNA‬‏ في صورة شرائط طويلة داخل النواة تسمى الكروموسومات. الطفرة هي تغير يحدث في تتابع جزيء ‪DNA‬‏. عادة ما تكون الطفرات غير ضارة، لكنها قد تسبب اضطرابات خطيرة في بعض الأحيان.