سواء كنت تدرس العلوم البيولوجية العامة أو بيولوجيا الخلية أو البيولوجيا الجزيئية ، فإن علم الوراثة سيكون جزءًا رئيسيًا من دراستك.
يحدد علم الوراثة من نحن وما نحن وكيف نتصرف على كل من المستوى البشري والمستوى الخلوي.
أساسيات علم الوراثة
عندما تتعلم عن الجينات الجزيئية ، فمن الأفضل أن تبدأ بالأساسيات. ما هي بالضبط مادتك الجينية ، على أي حال؟
هو أن الحمض النووي هو حمض ديوكسي ريبونوكلييك : جزيء حلزوني مزدوج يتكون من خيطين متكاملين من الحمض النووي. الحمض النووي هو أحد النوعين الرئيسيين من الأحماض النووية الموجودة في الطبيعة (الآخر هو الحمض النووي الريبي). تتكون الأحماض النووية من وحدات فرعية تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من 5 سكر ريبوز كربون وقاعدة نيتروجينية وجزيء فوسفات .
أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية تشكل نيوكليوتيدات الأحماض النووية – الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين – التي تشكل شفرتك الجينية. تخضع مادتك الجينية لتكرار الحمض النووي في كل مرة تنقسم فيها خليتك ، بحيث (تقريبًا) تحتوي كل خلية في جسمك على مجموعة كاملة من الجينات.
تنظيم الحمض النووي والكود الجيني
في حقيقيات النوى ، يتم حزم الحمض النووي في كروموسومات كبيرة. وبالنسبة للبشر ، تحتوي معظم الخلايا على مجموعتين من 23 كروموسومًا لـ 46 كروموسومًا إجمالاً. يطلق على اثنين من هذه الكروموسومات – الكروموسوم X و Y – الكروموسومات الجنسية. إنها تحدد جنسك وأيضًا ترميز سمات معينة تسمى السمات المرتبطة بالجنس.
يتم تقسيم الكود الجيني إلى فئتين أساسيتين. إحدى الفئات هي exons ، وهي مناطق الترميز التي تصنع الجينات. يتم نسخها وترجمتها لإنشاء بروتينات تسمح لخلاياك بالعمل.
الفئة الأخرى من الشفرة الجينية هي الإنترونات ، وهي مناطق غير مشفرة. لأنهم غير مشفرون ، فهم لا يصنعون بروتينات. ومع ذلك ، تلعب الإنترونات دورًا مهمًا في وظيفة الحمض النووي الخاصة بك ، لأنها تؤثر على نشاط الجين – بمعنى آخر ، مقدار التعبير عن الجين .
RNA و علم الوراثة
في حين أن الحمض النووي الخاص بك قد يكون مخططًا للحياة ، فإن الحمض النووي الريبي – ويسمى أيضًا حمض الريبونوكليك – لا يقل أهمية عن علم الوراثة الجزيئي. مثل الحمض النووي ، يتكون الحمض النووي الريبي من الأحماض النووية ، على الرغم من أنه يحتوي على اليوراسيل بدلاً من الثايمين. على عكس الحمض النووي ، فهو جزيء وحيد الخيط ، وليس له نفس بنية الحلزون المزدوج مثل الحمض النووي الخاص بك.
هناك عدة أنواع من الحمض النووي الريبي في خلاياك ، وكل منها يؤدي أدوارًا مختلفة. يعمل Messenger RNA ، أو mRNA ، كمخطط لإنتاج البروتين. يلعب الحمض النووي الريبوزي ( الرنا الريباسي ) ونقل الحمض النووي الريبي ( الحمض النووي الريبي ) أيضًا دورًا رئيسيًا في تخليق البروتين. وأنواع أخرى من الحمض النووي الريبي ، مثل الرنا الميكروي ( ميرنا ) تؤثر على مدى نشاط جيناتك.
التعبير الجيني
لا تقل أهمية محتوى جيناتك عن مدى نشاطها (أو عدم نشاطها) – وهذا هو سبب أهمية التعبير الجيني. يتم التعبير عن الجينات عندما يتم نسخها وترجمتها إلى بروتينات.
يعود مفهوم التعبير الجيني إلى العقيدة المركزية لعلم الوراثة الجزيئي : أن تدفق المعلومات الجينية ينتقل من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، وأخيراً إلى البروتين.
فكيف يعمل؟ الخطوة الأولى في العملية هي النسخ . أثناء النسخ ، تستخدم خلاياك الحمض النووي الخاص بك كمخطط لإنشاء خيط تكميلي من الرنا المرسال (mRNA). من هناك ، يمر الرنا المرسال من خلال بعض التعديلات الكيميائية – مثل إزالة الإنترونات – بحيث تكون جاهزة لتكون بمثابة مخطط لتخليق البروتين.
الخطوة التالية في العملية هي الترجمة . أثناء الترجمة ، “تقرأ” خلاياك نموذج الرنا المرسال وتستخدمه كدليل لإنشاء بولي ببتيد – خيط من الأحماض الأمينية التي ستصبح في النهاية بروتينًا وظيفيًا. تعتمد الترجمة على رمز ثلاثي ، حيث تتوافق ثلاثة أحماض نووية في خيط الرنا المرسال مع حمض أميني واحد. من خلال قراءة كل رمز ثلاثي (يسمى أيضًا كودون) ، يمكن لخلاياك أن تتأكد من إضافة الحمض الأميني الصحيح في الوقت المناسب لإنشاء بروتين وظيفي.
أساسيات علم الوراثة
أنت تعرف بالفعل أن الجينات تنتقل من الآباء إلى نسلهم ويتم مشاركتها بين أفراد الأسرة – ولكن كيف تعمل بالضبط؟
جزء منه يعود إلى الجينات والأليلات. بينما يشترك جميع البشر في نفس مجموعة الجينات – لذلك ، على سبيل المثال ، كل شخص لديه جينات ترمز إلى لون الشعر أو لون العين – يختلف محتوى هذه الجينات ، وهذا هو السبب في أن بعض الناس لديهم عيون زرقاء وبعض الناس لديهم عيون بنية.
الاختلافات المختلفة في نفس الجينات تسمى الأليلات . ترمز الأليلات المختلفة لبروتينات مختلفة قليلاً ، مما يؤدي إلى سمات مختلفة يمكن ملاحظتها ، والتي تسمى الأنماط الظاهرية .
إذن كيف تؤدي الأليلات المختلفة إلى سمات مختلفة يمكن ملاحظتها؟ يعود بعضها إلى ما إذا كان الأليل مهيمنًا أم متنحيًا. تأخذ الأليلات السائدة مركز الصدارة – إذا كان لديك أليل واحد مهيمن ، فسوف تطور النمط الظاهري المرتبط به. لا تؤدي الأليلات المتنحية إلى النمط الظاهري بسهولة – بشكل عام ، ستحتاج إلى نسختين من الأليل المتنحي لرؤية النمط الظاهري المرتبط.
فلماذا من المهم فهم الهيمنة والتراجع؟ لسبب واحد ، أنها تساعدك على التنبؤ بالنمط الظاهري – السمات التي يمكن ملاحظتها – التي ستراها في الجيل القادم. علاوة على ذلك ، يمكنك استخدام الاحتمالات لمعرفة كل من المعلومات الجينية والنمط الظاهري للجيل القادم من النسل ، باستخدام أداة بسيطة تسمى مربع Punnet.
أما من اكتشف أساسيات الجينات السائدة والمتنحية؟ يمكنك أن تشكر جريجور مندل ، عالم الوراثة الذي أجرى التجارب في منتصف القرن التاسع عشر. من خلال ملاحظة كيفية انتقال السمات من نباتات البازلاء عبر الأجيال ، توصل إلى نظرية الصفات السائدة والمتنحية – وخلق علم الوراثة بشكل أساسي.
الطفرات الجينية والشذوذ في علم الوراثة
ينتقل معظم محتوى جيناتك من والديك ، ولكن يمكنك أيضًا تطوير طفرات جينية طوال حياتك. يمكن أن تؤثر الطفرات الجينية على صحتك العامة إذا انتهى بها الأمر إلى التأثير على الترجمة وتغيير تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين الناتج.
قد تؤثر بعض الطفرات الجينية ، المسماة الطفرات النقطية ، على حمض أميني واحد فقط. يمكن أن يؤثر البعض الآخر على مناطق كبيرة من الحمض النووي الخاص بك.
تؤثر بعض التشوهات الجينية على مناطق كبيرة جدًا من الحمض النووي – جزء من كروموسوم أو حتى كروموسوم كامل. تؤدي عمليات حذف الكروموسومات إلى فقدان الأبناء لكروموسوم كامل ، في حين أن التشوهات الأخرى يمكن أن تعني وراثة نسخ كثيرة جدًا من الكروموسومات.
التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية
إذن أنت الآن تفهم أساسيات علم الوراثة الجزيئي – الآن ، كيف تنطبق على العلم اليوم؟
الحقيقة هي أن العلماء لديهم أدوات أكثر من أي وقت مضى لدراسة الحمض النووي ومعالجته. وإذا كنت تخطط لأخذ العلم في إحدى الجامعات ، فستقوم بتجربة بعض التجارب الجينية بنفسك.
إذن كيف تؤثر كل هذه الأدوات الجينية على العالم الحقيقي؟ يعد علم الوراثة أحد أكبر آثار التقدم هو تأثيره على صحة الإنسان.
بفضل مشروع الجينوم البشري ، نحن نعرف الآن تسلسل الحمض النووي البشري. وأتاحت دراسات المتابعة للعلماء فرصة دراسة التباين الجيني وتتبع أنماط الوراثة لفهم تاريخ البشرية.
بالطبع ، تعد الهندسة الوراثية والتعديل الجيني مهمين أيضًا للصناعة الزراعية – وما لم تكن تعيش تحت صخرة ، فقد سمعت على الأقل بعض الجدل الدائر حول الكائنات المعدلة وراثيًا أو الكائنات المعدلة وراثيًا.
يمكن أن يجعل التعديل الجيني نمو المحاصيل أسهل ، وستجد الكائنات المعدلة وراثيًا في (تقريبًا) أي طعام معلب تأكله.
كما قد تكون خمنت ، تأتي التطورات في البيولوجيا الجزيئية والهندسة الوراثية مصحوبة بمخاوف أخلاقية. هل يمكن للشركات “امتلاك” براءة اختراع لجين بشري؟ أم هل توجد قضايا أخلاقية في إنشاء واستخدام المحاصيل المعدلة وراثيًا ، خاصةً دون تصنيفها في محل البقالة؟
أو هل يمكن للاختبارات الجينية الطوعية ، مثل اختبارات النسب ، أن تعرض خصوصيتك للخطر؟
إقرأ المزيد عن الصحة من هنا
