ملخص وحدة علم الوراثة والتقنيات الحيوية أحياء الصف 12 متقدم

ملخص وحدة علم الوراثة والتقنيات الحيوية أحياء الصف 12 متقدم

تفاعل البلمرة المتسلسل : 

لمعرفة تسلسل أحد أجزاء DNA لإنتاج ملايين النسخ من منطقة محددة في جزء الحمض النووي 

– تفاعل البلمرة المتسلسل شديد الحساسية وقادر على اكتشاف جزيء واحد للحمض النووي في عينة ما . 

– يعد تفاعل البلمرة المتسلسل مفيد لأنه يمكن بعد ذلك نسخ هذا الجزيء الواحد من DNA أو تضخيمه مرات عدة لاستخدامه في تحليل DNA 

خطوات تفاعل البلمرة المتسلسل :

الخطوة 1: يحصل تفاعل البلمرة بوضع جزء DNA المراد نسخه وإنزيم بلمرة DNA ونيكليوتيدات الحمض النووي الأربعة وجزأي DNA أحادي الشريط القصيرين اللذان يسميان البادئين في أنبوب . 

– وتعد هذه البادئات مكملة لنهايات جزء DNA التي سيتم نسخها واستخدامها كنقاط بداية لتصنيع DNA – يبدأ تفاعل البلمرة المتسلسل عند تسخين الأنبوب

الخطوة الثانية 2: تفصل الحرارة شريطي جزء DNA النموذجي . 

– عندما يبرد الأنبوب يمكن أن تلتصق البادنات بكل شريط من DNA

– يستخدم جهاز ألي بسمی مبدل درجات الحرارة لتدوير الأنبوب الذي يحتوي على كل المكونات التي تدخل في تفاعل البلمرة المتسلسل من خلال درجات حرارة مرتفعة ومنخفضة مختلفة 

الخطوة 3 : إن كل بادئة مهيأة للإرتباط بشريط واحد من جزء الحمض النووي DNA 

– عندما يرتبط البادئات بعضها ببعض يدمج إنزيم بلمرة DNA النيوكليوتيدات الصحيحة بين البادنتين وننكرر عملية التسخين والتبريد ودمج النيوكليوتيدات من 20 إلى 40 مرة مما يؤدي الى إنتاج ملايين النسخ عن الجزء الأصلي .

– وبما أن فصل أشرطة DNA يتطلب وجود حرارة يجب أن يكون إنزيم بلمرة DNA المستخدم في تفاعل البلمرة المتسلسل قادرا على تحمل درجات الحرارة المرتفعة ولذلك يعزل من البكتيريا التي تعيش في درجات الحرارة المرتفعة مثل بكتيريا الينابيع الساخنة 

أهمية تفاعل البلمرة المتسلسل : 

1- يستخدمه الباحثين في المختبرات 

2- يستخدمه علماء الطب الشرعي في تحديد هوية المشتبه بهم والضحايا في التحقيقات الجنائية 

3- يستخدمه الأطباء للكشف عن الأمراض المعدية مثل الايدز

التقنيات الحيوية :

الكائنات الحية المعدلة وراثيا : کائنات تحمل جينات فردية من كائن حي آخر وهي تستخدم الأغراض البحث والأغراض الطبية والزراعية

الحيوانات المعدلة وراثيا : 

1- تستخدم الفئران وذبابات الفاكهة ودودة الربداء الرشيقة (سي إليجانس ) على نطاق واسع في مختبرات البحث حول العالم لدراسة الأمراض وتطوير وسائل معالجتها 

2- الماشية المعدلة وراثيا تستخدم لتحسين إمدادات الغذاء وصحة الانسان

3- الماعز المعدل وراثيا يستخدم لإفراز مضاد الثرومبين الثالث الذي يستخدم لمنع تخثر الدم أثناء الجراحة

4- إنتاج دجاج وديوك معدلة وراثيا تتميز بمقاومة الأمراض 

5- خضعت عدة أنواع من الأسماك للتعديل الوراثي لكي تنمو بشكل أسرع 

6- قد تستخدم الكائنات المعدلة وراثيا في المستقبل كمصدر للأعضاء في عمليات زرع الأعضاء 

النباتات المعدلة وراثيا : 

خضع العديد من النباتات للتعديل الوراثي لتكون أكثر مقاومة للآفات الحشرية والفيروسات مثل : 

1- فول الصويا والذرة والقطن والكانولا المقاومة لمبيدات الأعشاب والمبيدات الحشرية

2- نوع من القطن المعدل وراثيا يقاوم غزو الحشرات اللوز القطن 

3- نباتات الفول السوداني وفول الصويا لا تسبب ردود فعل تحسسية 

4- نباتات الأرز التي تحتوي على نسب عالية من الحديد والفيتامينات التي يمكنها أن تقلل من سوء التغذية في دول آسيا 

5- نباتات البطاطا السكرية المقاومة لأحد أنواع الفيروسات الذي يمكنه أن يقضي على معظم المحصول الأفريقي 

6- ثمار الموز المعدل وراثيا تستخدم لإنتاج لقاحات لأمراض معدية مثل التهاب الكبد الفيروسي B

7- نباتات تنتج مواد بلاستيكية قابلة للتحلل الحيوي

البكتيريا المعدلة وراثيا : 

تستخدم في : 

1- تصنيع الأنسولين و هرمونات النمو والمواد التي تذيب تخثرات الدم 

2- تبطيء تكون تكون بلورات الثلج على المحاصيل لحمايتها من التلف 

3- تنظيف الانسكابات النفطية بفاعلية أكبر وتحليل النفايات 

القسم 3 : الجينوم البشري 

الجينوم هو المعلومات الوراثية الكاملة في خلية ما 

هدف مشروع الجينوم البشري : تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في التي تكون ال DNA البشري وتحديد كل الجينات البشرية

ولإكمال هذه المهمة قام الباحثون بدراسة جينومات العديد من الكائنات الحية الأخرى مثل ذبابة الفاكهة والفأر والإشريكية القولونية إذ يساعد ذلك في تطوير التكنولوجيا اللازمة للتعامل مع كميات كبيرة من البيانات التي يقدمها مشروع الجينوم البشريوتساعد في تفسير وظيفة الجينات البشرية المكتشفة حديثا

ترتيب تسلسل الجينوم : 

لتحديد تسلسل واحد مستمر للجينوم البشري قطعت كل كل الكروموسومات البشرية البالغ عددها 46 

– استخدم لهذا الغرض العديد من إنزيمات القطع المختلفة لإنتاج أجزاء ذات تسلسلات متشابكة 

– جمعت هذه الأجزاء لإنشاء حمض نووي DNA معاد التركيب واستخدمت لصناعة نسخ كثيرة منها ورتبت تسلسليا باستخدام أجهزة ألية لترتيب التسلسل 

– استخدمت أجهزة الكمبيوتر في تحديد المناطق المتشابكة بهدف تكوين تسلسل واحد متواصل 

– بعد أن حدد العلماء تسلسل الجينوم البشري بأكمله لاحظوا أن أقل من %2 من كل النيوكليوتيدات الموجودة في الجينوم البشري مسؤولة عن تشفير جميع البروتينات الموجودة في جسم الانسان . 

التسلسلات غير المشفرة : امتدادات طويلة من تسلسلات متكررة ليس لها وظيفة مباشرة في الجينوم ( %98 ) 

البصمة الوراثية : الامتدادات الطويلة لمناطق DNA غير المشفرة فريدة من نوعها لدى كل فرد بخلاف مناطق DNA المشفرة للبروتين التي تكون متطابقة تقريبا بين الأفراد

– عندما تقطع إنزيمات القطع المناطق غير المشفرة للبروتين تكون مجموعة أجزاء ال DNA الناتجة فريدة من نوعها لدى كل فرد .

– تتطلب البصمة الوراثية فصل أجزاء DNA باستخدام الرحلان الكهربي الهلامي الملاحظة أنماط الأشرطة الخاصة بكل فرد . 

– يستخدم علماء الطب الشرعي البصمة الوراثية لتحديد هوية المشتبه فيهم والضحايا في القضايا الجنائية وإثبات النسب والتعرق على الجنود الذين قتلوا في الحرب . 

– يعرض الشكل 13: عينة مأخوذة من الشعر يمكن أن يستخدمها علماء الطب الشرعي الاكتشاف البصمة الوراثية حسب الخطوات التالية : 

1- يستخدم تفاعل البلمرة المتسلسل في نسخ هذه الكمية الصغيرة من DNA بهدف إنشاء عينة كبيرة تصلح للتحليل 

2- يقطع DNA المضخم باستخدام مجموعات مختلفة من إنزيمات القطع 

3- تفصل الأجزاء بواسطة الرحلان الكهربي الهلامي وتقارن مع أجزاء أخرى معروفة المصدر مثل الضحايا والمشتبه بهم في قضية جنائية لتحديد موضع أنماط التجزئة المشابهة

4- يكون هناك احتمال كبير لأن يكون مصدر عينتي DNA هو الشخص نفسه في حال تطابق نمطي التجزئة 

– تستخدم البصمة الوراثية لإدانة المجرمين وكذلك للإفراج عن الأبرياء الذين حبسوا ظلما في حال عدم تطابق نمطي التجزئة 

تحديد الجينات : 

– يستخدم الباحثون التقنيات التي تجمع بين تحليل الكمبيوتر وتكنولوجيا الحمض النووي DNA معاد التركيب لتحديد وظيفة الجينات .

– في حالة الكائنات الحية مثل البكتيريا والخميرة التي لا تحتوي الجينومات فيها على مناطق كبيرة من DNA غير المشفر فقد حدد الباحثون جيناتها من خلال فحص تسلسل قوالب القراءة المفتوحة ( أو ORFs ) . 

– قوالب القراءة المفتوحة ( أو ORFs ): هي سلاسل DNA تحتوي على 100 كودون على الأقل تبدأ بكودون البدء وتنتهي بكودون الايقاف وبالرغم من أنها قد تكشف عن هوية جين معين إلا أنها تفحص لتحديد ما إذا كانت تنتج بروتينات فاعلة

– الكودون : هو مجموعة مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات ترمز إلى حمض أميني . 

– کودون البدء AUG وكودون الإيقاف UAA أو UGA أو UAG