يخضع بناء الجزيئات البروتينية في الخلايا إلى آلية دقيقة و منظمة تهدف الدراسة التالية :
إلى توضيح بعض جوانب هذه الآلية .
للتعرف على طبيعة و كيفية إشراف المورثة على بناء الجزيئات البروتنية ، نجري سلسلة من التجارب على الأسيتابولاريا ( أشنة خضراء عملاقة بحرية الخلية ) .
التجارب و نتائجها ممثلة في الوثيقة (1) .
حلّل التجربة و نتائجها .
تحليل التجربة و نتائجها :
زرع قطعة من ساق عديم النواة (ب) من الاشنة ذات القبعة المجعدة على جزء أخر من الساق ذات نواة من الأشنة ذات القبعة المفصصة يؤدي إلى نمو و تحديد قبعة مفصصة .
زرع قطعة من ساق عديمة النواة من الأشنة ذات القيمة المفصصة (أ) على جزء أخر من الساق ذات النواة من الأشنة ذات القبعة المجعدة يؤدي إلى نمو و تحديد قبعة مجعدة
ماهي المشكلة العلمية التي يراد معالجتها بواسطة التجربة الممثلة بالوثيقة (1) ؟
المشكلة العلمية المراد معالجتها :
- ما هي العلاقة بين نواة الخلية و النمط الظاهري ؟
- أو فيما يتمثل دور النواة على مستوى الخلوي ؟
ماهي المعلومة التي يمكن استنتاجها من النتيجة التجريبية ؟
المعلومة المستنتجة :
- النمط الظاهر متعلق بالنواة
- ولا يتأثر بنوعية الهيولى
- أو النواة تحمل المعلومات الوراثية محددة للنوع و السلالة ، كما أنها تراقب و تنظم نشاط الهيولى .
نعاير كمية البروتينات وكمية ال ARN في الجزأين ، (ج1) و (ج2) من الأسيتابولاريا ، الجزء (ج1) يحتوي على نواة الجزء (ج2) خال منها . يمثل التسجيلان "س" و "ع" من الوثيقة (2) نتائج المعايرة المتحصل عليها .
حلّل و فسّر كل حالة من النتائج السابقة .
تسجيل س :
التحليل : تمثل المنحنيات تطور تركيب الروتين في ج1 و ج2 للسيتابلازيا بدلالة الزمن .
ج1 : تواصل ازدياد تركيب البروتين حسب الزمن و بمقدار معتبر و لا يتوقف بعد القطع .
ج2 : تصبح كمية البروتين بعد القطع تابثة .
التفسير : نشاط النواة بإصدار معلومات وراثية ساهم في تركيب البروتين و غياب هذا النشاط في عدم تركيب البروتين
أو
الجزء ج1 تحتوي على نواة وهي مقر المعلومة الوراثية المسؤولة عن تركيب البروتين
الجزء ج2 غياب النواة المعلومة ← غياب تركيب البروتين
التسجيل ع :
التحليل : ج1 ازدياد كمية ARN حسب الزمن قبل وبعد القطع
ج2 : يتوقف تركيب ARN بعد القطع يصبح مستقر (ثابت)
التفسير : نشاط النواة ساهم في استنساخ ARN(لوجود ADN في النواة ) و هذا غياب هذا النشاط ساهم في عدم استنساخ ARNm .
ماهي العلاقة التي توجد بين الظاهرتين الملاحظتين في التسجيلتين (س) و (ع) من الوثيقة (2) و بنية الجزء (ج1) و ماذا تستنتج ؟
العلاقة :
بمقارنة الظاهرتين الملاحظتين في التسجيلين س و ع أن تركيب ARN و تشكيل البروتين يحدث بصفة جد متوازية و كلتاهما مرتبطتين بالنواة و النواة هي العضية الكاملة لكل المعلومات الوراثية في صورة ADN .
هذا ال ADN الذي يتم استنساخه داخل النواة إلى ARNm الذي ينتقل إلى الهيولى لترجم إلى بروتين مميز للخلية .
الاستنتاج :
حياة الخلية مرتبطة بنشاط النواة و هذا النشاط يتمثل في الإشراف على تركيب بروتينات نوعية
كيف تبيّن تجريبيا وجود هذه العلاقة بين الظاهرتين الملاحظتين في التسجيلين (س) و (ع) و بنية الجزء (ج1) ؟
البيان التجريبي للعلاقة بين الظاهرتين الملاحظتين في التسجيلين س و ع و ج1
المرحلة 1 : العلاقة بين النواة و ال ARN تجرى التجربة التالية :
تجرى التجربة على الخلايا الاميبا : توضع هذه الخلايا في وسط زراعي يحتوي على *U نلاحظ بعد تثبيت الخلايا و تصويرها بالتصوير الاشعاعي الذاتي أن الإشعاع يظهر على مستوى نواة الخلايا .
تستخلص نواة الخلية بواسطة ماصة مجهرية تزرع في خلايا الألميبا أخرى غير مشعة نزعت نواتها حديثا ، تعامل الأميبا بتقنية التصوير الاشعاعي الذاتي فكانت النتائج كمايلي :
يلاحظ بعد فترة زمنية الاشعاع على مستوى الهيولى كما يلاحظ بنسبة قليلة على مستوى النواة .
المرحلة الثانية : التحقق من العلاقة بين ARN و الهيولى باستعمال
التجربة 3 مجموعات من الخلايا في وسط يحتوى على أحماض أمينية موسومة بنظير مشع
المجموعة الأولى : الخلايا الاصلية للكريات الدموية الحمراء للأرنب و التي لها قدرة على تركيب Hb
المجموعة الثانية : الخلايا البيضية للضفدع
المجموعة الثالثة : الخلايا البيضية للضفدع محقونة بالARN الذي تم عزله و تنقيته من الخلايا الأصلية لكريات الدم الحمراء للأرنب .
يلاحظ تشكل عند المجموعة الثالثة بروتينات مشعة خاصة بال Hb .
عملية بناء البروتينات تتم على مستوى الهيولى ، و لإثبات قدرة مختلف عضيات هذه الهيولى على تركيب البروتين ، نجري التجربة التالية :
التجربة : توضع كل عضية على حدة في وسط زجاجي ، تضاف إليه أحماض أمينية مشعة ، مركب غني بالطاقة ، أنزيمات متخصصة و ARNm . بعد عملية حضن لمدة زمنية كافية ، تقدر كمية إشعاع البروتينات المصنعة في مختلف الأوساط ، محتوى كل أنبوب و نتائجه ممثلة في الجدول التالي :
إشعاع البروتينات و كميتها ( وحدة دولية ) |
العضيات |
مستخلص خلوي كامل |
10.8 |
ميتوكوندري |
1.3 |
العضيات |
1.1 |
المحلول الطافي النهائي |
0.4 |
ميتوكوندري + ميكروزومات |
10.2 |
ميتوكوندري + المحلول الطافي النهائي |
1.5 |
ميتوكوندري + ميكروزومات بعد عليها |
1.2 |
حلل نتائج اصطناع البروتين في الوسط الزجاجي و ماذا تستنتج ؟
التحليل :
كمية الاشعاع عالية في المستخلص الخلوي الكامل و عالية أيضا عند الجمع بين الميتوكوندري و الميكروزومات و المنخفضة في باقي الاوساط
الاستنتاج :
يتم تركيب البروتين الريبوزومات و هذا البناء لا يتم الا في وجود مستخلص خلوي الذي يحتوي على أنزيمات ، أنواع ARN أنواع الاحماض الأمينية ووجود الطاقة .
موازاة مع قياس كمية ال ARN ، يتم قياس كمية الطاقة المستهلكة .
بأية صورة يتم استهلاك الطاقة ؟
يتم استهلاك الطاقة على هيئة ATP
لماذا في هذا النشاط يتم استهلاك الطاقة ؟
ان عمليات التركيب (البناء ) تتطلب ATP و هذا التنشيط ARNt و تنشيط بناء الروابط
مثّل بواسطة منحنيات مشابهة لما ممثل في الوثيقة (2) تطور كمية الطاقة المستهلكة خلال الزمن للجزأين (ج1) و (ج2) .
التمثيل بواسطة منحنيات لكمية ال ATP :
بيّن كيف تتدخل البروتينات في تحقيق النتائج الممثلة في الوثيقة 1 ؟
تدخل البروتينات :
الوثيقة 1 : تظهر تجديد القبعة عند الاسيتابولاريا و القبعة ، ماهي إلا جزء من الخلية يدخل في تركيبها البروتين و بذلك فإن البروتينات تدخل
- كبروتينات نباتية (سواء الاغشية الخلوية ) .
- كبروتينات أنزيمية ( تحقيق تفاعلات عدة و متنوعة ) .