الخلية إلى الأجهزة

من الخلية إلى الأجهزة

تتكون النباتات والحيوانات من وحدات حية مجهرية ( صغيرة جداً ) تسمى الخلايا .

 فعلى سبيل المثال تتكون الخلايا العصبية طويلة ورفيعة ومتفرعة لتوصل السيالات العصبية إلى جميع أنحاء الجسم بسرعة ولتغطي أكبر مساحة ممكنة من الجسم .

 تشترك معظم الخلايا الحية حقيقية النواة في أنّ كلاً منها يتكون بشكل رئيسي من غشاء بلازمي و سيتوبلازم ونواة ، بالإضافة إلى جدارٍ خلوي أو غلاف خلوي حسب نوع الخلية.

تركيب الخلية الحيوانية

1. الغشاء البلازمي ( الخلوي ):
وهو غشاء رقيق مزدوج يحيط الخلية الحية ويحميها وينظم مرور المواد منها وإليها ، وفي داخله توجد النواة والمادة الجيلاتينية التي تسمى السيتوبلازم.

يقوم الغشاء البلازمي بدور حيوي حيث ينظم ويتحكم في دخول المواد والأجسام إلى الخلية وخروجها منها.
ـ الغلاف الخلوي : وهو يتكون من مواد عضوية لزجة ويحيط بالغشاء البلازمي . يعمل الغلاف الخلوي على تقوية سطوح الخلايا والتصاقها ببعضها البعض وتميز الخلايا لبعضها البعض.

2. السيتوبلازم – المواد الحية –

يمكننا القول أن السيتوبلازم هو المعمل الكيماوي للخلية ، ففيه تتم العمليات الحيوية وبناء المواد الجديدة وإنتاج الطاقة وتخزينها .

يشكل السيتوبلازم الجزء الأكبر من محتوى الخلية الحية وهو عبارة عن محلول مائي تسبح فيه عُضيات ( أجسام ) مختلفة . كما يحتوي السيتوبلازم على فجوات تقوم بوظائف عدة وتكون عبارة عن محلول مائي يحتوي أغذية وأملاح وبعض فضلات الخلية .

3. النواة – مركز التحكم –
تتحكم النواة بكافة أنشطة الخلية والتفاعلات الكيماوية التي تحصل فيها .

تُحاط النواة بغلاف مزدوج رقيق ( الغلاف النووي ) يفصلها عن السيتوبلازم ، ويوجد في النواة جسيم أو أكثر كروي الشكل يُعرف باسم النوية ، كما توجد فيها الكروموسومات ، التي تحمل العوامل الوراثية والمسؤولة عن تخزين التعليمات الكيماوية اللازمة لبناء الخلية ، ويملاً تجويف النواة محلول مائي يُسمى

السائل النووي .

تركيب الخلية النباتية

 كما في الخلية الحيوانية ، تجد في الخلية النباتية الغشاء البلازمي الخلوي والسيتوبلازم والنواة ، ولكننا نجد اختلافاً بينهما في أمور عديدة منها :

ـ الجدار الخلوي :

 تُحاط الخلايا النباتية بجدار صلب من ألياف السيليلوز وهو يعمل على تماسك الخلايا النباتية ببعضها ويعطيها الصلابة – الشكل الثابت – ويحمي محتوياتها الداخلية .

و يوجد مثل هذا الجدار في كافة الخلايا النباتية و خلايا كائنات حية مثل بعض الطحلب والفطريات والبكتيريا .

ـ البلاستيدات (الكلوروبلاستيدات) :

تحتوي معظم الخلايا النباتية على عضيات ( تراكيب حية ) دقيقة تسمى البلاستيدات ومن أكثرها شيوعاً البلاستيدات الخضراء – التي تحوي مادة الكلوروفيل – التي تمتص الطاقة من أشعة الشمس .

هناك نوعان من آخران من البلاستيدات هما :

البلاستيدات الملونة : تحتوي على الأصباغ عدة بالإضافة إلى صبغة الكلوروفيل وتعطي الأزهار الألوان.
بلاستيدات غير ملونة : لاتحتوي على أصباغ ، وتعمل على خزن النشا والدهون والبروتينات في خلايا النبات .

تركيب أجسام الكائنات الحية

تتكون بعض أجسام الكائنات الحية من خلية واحدة فقط تقوم بكل العمليات الحيوية ، وتسمى مثل هذه الكائنات " كائنات وحيدة الخلية " . هل يمكنك أن تعطي أمثلة على مثل هذه الكائنات

ولكن معظم الكائنات الحية تتكون أجسامها من العديد من الخلايا والتي تشترك مع بعضها البعض لتقوم بالعمليات الحيوية في داخل الجسم ، وتسمى مثل هذه الكائنات عديدة الخلايا .

 

كيف يمكن لهذه الخلايا أن تقوم بكل العمليات الحيوية بكل هذا النظام والدقة ؟!

لنأخذ مثالاً على ذلك عضو في الجسم مثل المعدة هل فكرت يوماً مما تتكون معدتك ؟!

إن المعدة عبارة عن عضو يتكون من عدة أنسجة تتعاون هذه الأنسجة للقيام بوظيفة واحدة . ولكن ما هو النسيج ؟؟؟

إن النسيج عبارة عن مجموعة من الخلايا المتشابهة في الشكل والحجم وتقوم بوظيفة واحدة .

الخلية : هي وحدة البناء والوظيفة في جسم الكائن الحي .

مبادئ نظرية الخلية الكائنات الحية جميعها تتركب من خلية واحدة أو أكثر . الخلية هي الوحدة التركيبية والوظيفية للكائن الحي . تنتج الخلية من انقسام خلية سابقة لها .

مقارنة بين الخلايا البدائية النوى والخلايا الحقيقية النوى

الخلايا حقيقية النواة :

تختلف الخلايا حقيقية النواة اختلافاً كبيراً في أحجامها وأطوالها وبالرغم من هذه الاختلافات فإن الدراسات أظهرت وجود صفات تركيبية أساسية تشترك فيها معظم الخلايا حقيقة النواة . 

تتكون الخلية حقيقية النواة من ثلاثة أجزاء رئيسة هي :

1- الغشاء البلازمي .

2- السيتوبلازم .

3- النواة .

العضيات الخلوية :

الشبكة الاندوبلازمية  :  تتكون من قنوات وأكياس وحويصلات مملوءة بسائل ومحاطة بأغشية لها تركيب الغشاء البلازمي . يتلاءم تركيب الشبكة الاندوبلازمية وموقعها مع وظائفها المختلفة إذ أن قنوات الشبكة المنتشرة في معظم أجزاء السيتوسول والمتصلة مع الغلاف النووي والغشاء البلازمي يجعلها قادرة على القيام بالوظائف التالية : 1- تعمل كجهاز نقل بين الأجزاء الخلوية في السيتوبلازم من جهة وبين الخلية والبيئة الخارجية من جهة اخرى . 2-  تعطي هذه الشبكة الدعامة للخلية. 3-  تعمل على تقسيم الحيز الداخلي الى مناطق متخصصة بوظائف معينة .

4- تزيد من مساحة السطح الداخلي للخلية وبالتالي زيادة التفاعلات الحيوية المختلفة

تتميز الشبكة الاندوبلازمية إلى نوعين يتصلات ببعضهما

الشبكة الاندوبلازمية الملساء	الشبكة الاندوبلازمية الخشنة	وجه المقارنة
قنوات واكياس وحويصلات مملوءة بسائل محاطة بأغشية لها نفس تركيب الغشاء البلازمي .	قنوات وأكياس وحويصلات مملوءة بسائل محاطة بأغشية لها نفس تركيب الغشاء البلازمي وتقع على هذه الأغشية رايبوسومات .	التركيب
1- بناء الليبيدات . 2- أيض الكربوهيدرات . 3- إزالة سمية بعض العقاقير والسموم . 4- تخزين الكالسيوم اللازم لانقباض العضلات .	إفراز البروتينات .	الوظيفة

الرايبوسومات ( Ribosomes ) 

عضيات كروية تبنى داخل النوية وتنقل الى السيتوسول لتبقى حرة فيه أو ترتبط بأغشية الشبكة الاندوبلازمية أو بالغشاء النووي.  وللريبوسومات دورٌ مهمٌ في بناء البروتين .

أجسام جولجي ( Golgi Bodies )  أجسام جولجي عبارة عن تراكيب غشائية تشمل حزمة من أكياس منبسطة مرتبة ترتيباً متوازياً ومن حويصلات كروية ذات أغشية رقيقة تقع بالقرب من حافة الأكياس . تعمل أجسام جولجي على تعديل تركيب البروتينات المصنعة في الرايبوسومات وتصنيفها وإعدادها بشكلها النهائي لتستخدم في داخل الخلية أو لتفرز خارجها كما تعمل على تصنيع بعض جزيئات الكربوهيدرات عديدة التسكر .

الأجسام الحالة ( Lysosomes )  

عبارة عن تراكيب مختلف الأشكال محاطة بغشاء مفرد رقيق تنشأ عن حويصلات تنفصل من أجسام جولجي .
تحتوي الأجسام الحالة على أنزيمات التحليل المائي التي تحلل المركبات العضوية المعقدة إلى مواد بسيطة بمعزل عن السيتوبلازم لهذا توصف هذه الأجسام بأنها ( جهاز هضمي في الخلية ) .   
آلية عمل الجسم الحال : يتحد الجسم الحال مع الفجوات الغذائية التي تدخل بعملية البلعمة وتقوم الأنزيمات الموجودة فيه على تحليل المواد المعقدة الى مواد بسيطة تخرج للسيتوبلازم ليستفاد منها .

·        الميتوكندريا  توجد هذه العضيات في معظم الخلايا حقيقة النوى . تتنوع في أشكالها (كروية ، خيطية ، وغالباً أسطوانية) . عددها وحجمها وتوزيعها في الخلية يختلف باختلاف الحالة الفسيولوجية للخلية .   تكثر هذه العضيات في الخلايا ذات النشاط الحيوي العالي .  تقوم هذه العضيات بوظيفة مهمة إذ تعمل كمحطات لإنتاج الطاقة .

البلاستيدات ( Plastids )

  توجد في الطحالب وبعض الخلايا النباتية .

تصنف حسب وجود الصبغة إلى :

1. بلاستيدات خضراء : تحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء وهي الأكثر انتشاراً .

2. بلاستيدات ملونة : تحتوي على أصباغ ملونة بالإضافة إلى صبغة الكلوروفيل .

3. بلاستيدات عديمة اللون : تخلو من الأصباغ ، وتعمل على تخزين المواد الغذائية كالنشا والدهون والبروتينات .

الفجوات الخلوية ( Vacuoles )

 فجوات مملوءة بمحلول مائي وتوجد في معظم الخلايا وتصنف حسب وظائفها إلى :

 1.  فجوات منقبضة .                        2.  فجوات غذائية  .                        3. فجوات عصارية .

البيروكسيسومات ( Peroxisomes )

عضيات كروية صغيرة محاطة بغشاء مفرد تحتوي على أنزيمات و تعمل هذه الأنزيمات على نزع ذرات الهيدروجين من جزيئات مواد مختلفة وتربطها بالأكسجين منتجة فوق أكسيد الهيدوجين (H2O2) وهذا المركب سام لذا تعمل هذه الأنزيمات عل تحويل هذا المركب الى ماء بنزع ذرة اكسجين .

الهيكل الخلوي ( The Cytoskeleton )

يشكل الهيكل الخلوي شبكة معقدة من أنيبيبات وألياف وخيوط تثبت فيها وترتبط  معها كثير من العضيات الخلوية .

يمكن تمييز ثلاثة مكونات للهيكل الخلوي  :   1. الأنيبيبات الدقيقة .               2. الخيوط الدقيقة .              3. الخيوط الوسطية

عمليات الأيض

عمليات الأيض : مجموعة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الخلية ويتم فيها بناء جزيئات كبيرة ومعقدة من جزيئات بسيطة وتحطيم بعض الجزيئات الكبيرة لاستخلاص الطاقة الكيميائية المختزنة فيها .

عمليات الأيض في الخلية

أولاً : تشمل عمليات الأيض :

1. عمليات بناء : بناء جزيئات كبيرة ومعقدة من جزيئات صغيرة مثال البناء الضوئي .

2. عمليات هدم : تحطيم بعض الجزيئات الكبيرة لاستخلاص الطاقة الكيميائية المختزلة فيها مثل تحطيم الغلوكوز إلى ماء وثاني أكسيد الكربون .

عمليات الأيض ضرورية للتغذية والنمو وإصلاح الأنسجة التالفة وتحويل الطاقة إلى شكل يمكن الإستفادة منه .

ثانياً : الأنزيمات  

الأنزيمات : عوامل مساعدة حيوية تتكون من جزيئات بروتينية ضخمة نسبياً تعمل على زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية في الخلية.

خصائص الأنزيمات

1. تعمل على زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية في الخلية ، دون أن يتم استهلاكها .

2. عدد جزيئات النوع الواحد من الأنزيم في الخلية قليل نسبياً .

3. على درجة عالية من التخصص بنوع من التفاعلات .

4. لا تحدث تفاعلات جانبية غير مرغوبة .

5. اختيارية في تفاعلاتها .

6. تخفض من طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل .

ما أهمية الانزيمات في حياة الخلية ؟

آلية عمل الأنزيم  

يعمل الأنزيم على تقليل طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل بحيث يحدث عند درجة حرارة الخلية .

طاقة تنشيط التفاعل : الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل .

كيف يقلل الانزيم طاقة تنشيط التفاعل ؟

يقلل الأنزيم طاقة تنشيط التفاعل بواسطة ارتباطه بالمواد المتفاعلة عند الموقع النشط للإنزيم  وهذا الارتباط يقرب بين المواد المتفاعلة ، وتحدث التفاعلات بينها .

انقسام الخلايا

المقدمة :

 يبدأ جسم الإنسان من خلية واحدة (البويضة المخصبة) ثم تأخذ هذه الخلية بالانقسام لتكوين ملايين الخلايا التي تكوّن أعضاء وأجهزة الجسم ، فما هي العملية التي تحدث لهذه الخلية لتُعطي هذه الخلايا الكثيرة ؟؟

كم كان عدد خلايا جسمك عند الولادة ؟ وكم أصبح عددها الآن ؟؟

خلال فترة حياة الإنسان يفقد الجسم العديد من الخلايا من جراء موت بعضها وتلف الآخر ، ولا بد من تعويض هذه الخلايا وبناء خلايا جديدة حتى يتم بناء ونمو الجسم وحتى لا تتوقف وظائف هذه الخلايا والعمليات الحيوية المرتبطة بها ، فكيف يتم ذلك ؟

وكما يحدث للإنسان يحدث للكائنات الحية الأخرى (النبات ، الحيوان) وكل ذلك يحتاج إلى وجود عملية معينة ، إن هذه العملية هي الانقسام المتساوي والتي تحدث في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة .

أطوار الانقسام المتساوي

الطور البيني

تظهر في السايتوبلازم المريكزات وقد تضاعفت وفي النواة تكون (المادة الوراثية DNA)الكروموسومات قد تضاعفت أيضاً ولكنها لا تظهر بوضوح وتأخذ شكل شبكة من الخيوط المتشابكه (الكروماتين).

لاحظ وجود النوية في النواة في هذا الطور.

أ‌)       الدورالتمهيدي :

تظهر الكروموسومات بشكل واضح ويتألف كل كروموسوم من كروماتيدين متماثلين وسنترومير (قطع مركزية) . كما يبدأ ظهور الخيوط المغزلية من المريكزات . وفي نهاية هذا الطور يختفي الغلاف النووي وتتحرك المريكزات باتجاه قطبي الخليه.

ب‌)  الدورالاستوائي: 

يستقر كل زوج من المريكزات الآن عند قطبي الخلية  ، وتترتب الكروموسومات في وسط الخلية بين القطبين وترتبط جميع الكروموسومات بالخيوط المغزلية من السنترومير .

000000000000000000

ج) الدور الانفصالي :

يبدأ كل زوج من المريكزات بشد الخيوط المغزلية من جانبه فينقسم السنترومير في كل كروموسوم وتنفصل الكروماتيدات المتماثلة في كل كروموسوم وتبدأ بالتجمع عند قطبي الخلية.

د) الطور النهائي :

يكتمل تجمع الكروموسومات الجديدة (الوليدة) عند كل قطب  ويبدأ انقسام السايتوبلازم والذي يبدأ بتجمع الخيوط الدقيقة في وسط الخلية مما يؤدي الى تخصرالخلية الحيوانية.

هذا في الخلية الحيوانية أما في الخلية النباتية فإن انقسام السايتوبلازم يحدث بطريقة مختلفة تكوين الصفيحة الوسطى ، وستدرس لاحقاً عند الفروقات بين انقسام الخلية النباتية والحيوانية.

مادة الوراثة DNA

المقدمة :

ما هو وجه الشبه بين الإنسان والجراد وأشجار الصنوبر والأميبا ؟

ما هي الصفات التي ورثتها عن أبيك وأمك ، وكيف تم ذلك ؟
ما هو الجزء المسؤول عن تنظيم العمليات الحيوية في الخلية ؟
تشبه الخلية في عملها مصنعاً كبيراً فيه الكثير من الأقسام ، ويقوم كل قسم بوظيفة معينة ولا بد من وجود جزء مسؤول عن إعطاء الأوامر والإرشادات لهذه الأقسام حتى تعمل بانتظام ودون أي تداخل في آلية العمل .

وسنتعرف في هذا الدرس إلى جزيء من أهم الجزيئات في الخلية وهو مادة الوراثة في الخلية جزيء DNA ، فما هو هذا الجزيء وما هي أهميته ؟؟

ما هو الشيء المشترك بين حشرة مثل البعوضة أو نبتة مثل البندورة أو جسم كائن حي ؟  

انك اذا فكرت قليلا فانك سترى أن جميع هذه الكائنات تتكون من العديد من الخلايا واذا تخيلنا انه بإمكانك الدخول الى الخلية ومنها الى النواة فماذا تتوقع ان تجد ؟

انك سترى مجموعة من الخيوط تسمى الكروموسومات واذا دققت النظر في كروموسوم  منها فانك سوف ترى انه  مكون من شريط طويل يتألف من سلسلتين ملتفتين حول بعضهما البعض ان هذا الشريط هو جزيء الـ DNA (الحمض النووي الرايبوزي اللاوكسجيني) والذي يوجد في كل خلية من خلايا جسمك . ويبلغ طول جزىء الـ   DNAحوالي 2م في كل خلية.
يظهر شريط الـ  DNAعلى شكل  خيط طويل ورفيع وملتف في حالة الراحة للخلية يسمى الكروماتين إلا أنه في حالة انقسام الخلية يصبح أكثر وضوحاً وأغلظ ويتقطع الى عدة قطع صغيرة تسمى الكروموسومات ، وفي الحصان على سبيل المثال يتقطع الكروماتين إلى 64 قطعة (64 كروموسوم) وفي القطط 38 قطعة (38 كروموسوم) وفي حبة البطاطا 48 قطعة (48 كروموسوم).

تركيب جزيء DNA

لتتعرف على تركيب جزيء DNA ، تخيل أن لديك سلماً ثم قم بثني هذا السلم بشكل لولبي ، إن هذا التصور يساعدك على تخيل تركيب جزيء DNA .

إن جزيء DNA هو جزيء معقد (مبلمر) يتكون من ملايين الوحدات البنائية .

أهمية تركيب جزيء DNA

والآن ، وبعد أن درست تركيب جزيء DNA ، ما هي أهمية هذا التركيب ؟

لاحظت سابقاً أن جزيء DNA يتكون من أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية ، إن هذه القواعد هي بمثابة الحروف الهجائية ، فبها يقوم جزيء DNA بتكوين رسالة خاصة تحمل الأوامر منه من مكان وجوده ( النواة ) إلى بقية أجزاء الخلية  .

إلا أن هذه الرسالة المكتوبة A G T A A C مثلاً (على إحدى السلسلتين في الجزيء السابق) تمثل رموزاً أو حروفاً لا يفهمها إلا جزء معين من الخلية يعمل على تحليل وفك هذه الرموز التي تحمل أوامر معينة ، ومن هنا سميت هذه الرموز الموجودة على جزيء DNA بالشيفرة الوراثية .

وتحمل كل شيفرة أمراً معيناً خاص بنشاط أو عملية معينة في الخلية . وتشكل هذه القواعد الأربعة الحروف الأساسية التي ستتكون منها الشيفرة الوراثية التي تحمل المعلومات والأوامر الخاصة بالعمليات الحيوية وتتكرر هذه القواعد الأربعة  بترتيبات مختلفة وبالتالي فانها تكون شيفرات مختلفة . ماذا تستنتج مما سبق ؟

إن كل معلومة في الخلية تعبر عن عملية معينة أو أمر ما موجودة على جزء من جزيء DNA ، ماذا نُسمي المعلومة الخاصة بلون عيونك مثلاً ، أو المعلومة المسؤولة عن تحديد طولك ؟

إن هذه المعلومات المحمولة على جزيء DNA تُسمى الجينات .

-        هل تقتصر وظيفة DNA على إرسال الأوامر والسيطرة على نشاطات الخلية وحمل المعلومات؟

درست سابقاً في عملية الانقسام المتساوي أن جزيء المادة الوراثية DNA (الكروموسومات) تتضاعف في مرحلة من مراحل الانقسام المتساوي .

لماذا تتضاعف الكروموسومات قبل الانقسام ؟

إن كل خلية جديدة تحتاج إلى أن يكون بها تركيب مسؤول عنها وعن عملياتها الحيوية ، ويجب أن يكون هذا التركيب محتوياً على كل المعلومات كما في الخلية السابقة (الخلية الأم) ، وعليه فيجب على أي خلية جديدة أن تحتوي على نفس كمية DNA الموجودة في الخلية الأم .

خطوات تضاعف جزيء DNA :

بعد اكتشاف جزيء DNA واجهت العلماء مشكلة في كيفية تضاعف هذا الجزيء عند انقسام الخلية وخصوصاً إذا ما علمت أن كل جزيء يتكون من نحو (3 × 10 ⁹) ثلاثة بلايين زوج من النيوكلوتيدات ، وأن كل خلية يجب أن تحتوي على نفس العدد وبنفس الترتيب ، فكيف يحدث ذلك ؟ 

يمكن تلخيص خطوات تضاعف جزيء DNA كما يلي :

مادة الوراثة في الخلية

  لم يكن معروفاً  في عصر مندل دور الكروموسومات والجينات في توارث الصفات . ولهذا فقد افترض مندل في تفسير نتائجه انه يتحكم بكل صفة وراثية عاملان منفصلان واحد من كل أب وتعرف العوامل الوراثية عند مندل  حالياً بالجينات.

لقد عرفت من دراستك السابقة أن النواة تعمل في الخلية على تنظيم الأنشطة الحيوية ، وستعرف هنا أنها مستودع لمادة الوراثة التي تحدد صفات الكائن الحي .   في كل خلية من بلايين الخلايا في الجسم ، معلومات وراثية كاملة ، محفوظة في داخل النواة التي توجد  في وسط الخلية .  تحتوي النواة على خيوط دقيقة وطويلة من الحمض النووي DNA .   وهذه الخيوط  الطويلة والأرق من خيوط الملابس بملايين المرات ، تلتف وتجدل بشكل محكم لتصبح كروموسوماً .  ولهذا فإن الكروموسومات في الواقع عبارة عن خيط طويل ملتف من الحمض النووي DNA . أو نقول أن الكروموسومات : تراكيب خيطية الشكل ، موجودة داخل النواة تحتوي على مادة DNA المسؤولة عن حمل الجينات الوراثية .   يتكون الكروموسوم من 60 % بروتين الهتسون ، 35 % RNA  %5 , DNA وتسمى المادة الوراثية التي تحملها الكروموسومات بالجينات . و يحمل الكروموسوم الواحد عدداً كبيراً من الجينات المسؤولة عن الصفات الوراثية  . الجزء المسؤول عن نقل الصفات الوراثية خلال الأجيال هو الكروموسوم خصائص مادة الوراثة :

عرفنا الآن أن المعلومات الوراثية التي تنتقل من الآباء إلى الأبناء تكون على شكل DNA . وهذه المعلومات هي التي تؤدي إلى تكوين الجزئيات البروتينية التي تعمل كأنزيمات أو كمواد حيوية أخرى . ويطلق على الجزء من DNA الذي يحمل المعلومات الوراثية لصنع سلسلة واحدة من عديد البيتيد اسم الجين .

جزئ DNA :

ـ يتكون من سلسلتين من النيوكليوتيدات وكل نيوكليوتيد مكون من سكر رايبوز منقوص الاكسجين ومجموعة فوسفات وقواعد نيتروجينية هي ادنين A ، ثايمين T ، سايتوسين C ، جوانين G .

ـ هناك ترتيب معين لارتباط القواعد النيتروجينية ، فالأدنين يرتبط مع الثايمين برابطتين هيدروجينية والجوانين مع السايتوسينن بثلاث روابط هيدروجينية .

الشيفرة الوراثية :

ـ يحمل DNA التعليمات الوراثية اللازمة لصنع البروتينات . وهذه التعليمات يجب أن تبين كيفية ترتيب كل حمض أميني في سلسلة عديد الببتيد .

ـ لبناء البروتين يتطلب وجود عشرين حمض اميني وكل حمض اميني يلزمه شيفرة وراثية معينة.

ـ تتم عملية صنع البروتين في السيتوبلازم بناءً على تعليمات وراثية من الـ DNA .

ـ جزئ DNA لا يغادر النواه لذا يتم نسخ المعلومات الوراثية من DNA في النواه إلى السيتوبلازم على شكل RNA .

يتكون كل نوع من البروتين من عدة أحماض أمينية .  وتتغير وظيفة وشكل البروتين بتغير أنواع الأحماض الأمينية التي صنع منها , والتي أيضاً يحددها شكل ونوع الجين (المورث) . وللجينات (للمورثات) لغة خاصة بها تسمى الشفرة الوراثية وحروف هذه اللغة عبارة عن أجزاء كيميائية صغيرة متراصة جنباً إلى جنب . وتسمى هذه الجزيئات المتراصة بالأحماض  نووية ، تختلف أنواع البروتينات عن بعضها البعض باختلاف ترتيب هذه الأحماض النووية .

الكروموسومات في خلايا الإنسان :

تنتقل الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء على شكل جُسيمات دقيقة جداً تُسمى الكروموسومات (صبيغات وراثية) .  

يبلغ عدد الكروموسومات في كل خلية من خلايا جسمنا 46 كروموسوماً تكون على صورة 23 زوج ، وكل زوج منها عبارة عن كروموسومين .
نُعطي كل زوج من هذه الأزواج المتطابقة رقماً يميزه عن الآخر ، ابتداءً برقم واحد للزوج الأول وصولاً إلى رقم 23 للزوج الأخير .

ونسمي  الزوج رقم 23 زوج الكروموسومات الجنسية ، وذلك تمييزاً لها عن بقية الأزواج الكروماسيمية ، من 1 إلى 22 والتي تُسمى أزواج الكروموسومات غير الجنسية .

فإذا قارنا الزوج الجنسي عند الذكور والإناث ، لوجدنا أن زوج الكروموسومات الجنسي عن الإناث تقريباً متطابقين (أي متشابهين كثيراً في الشكل والطول) وكل واحد منهما نرمز إليه X . بينما الكروموسومين في الزوج الجنسي لدى الذكور مختلفين , فواحد منهما يُرمز له بالحرف اللاتيني X (وهو يشبه كروموسوم X لدى الإناث) بينما الآخر مختلف فهو أقصر بكثير من كروموسوم X ويُرمز إليه بالحرف اللاتيني Y  .
 

يبدأ الإنسان حياته بخلية واحدة فيها 46 كروموسوم وعندما يكتمل بناء الجسم نجد أن الإنسان يتكون من بلايين الخلايا المتراصة , ولكل خلية نواة مملوءة بـِ 46 كروموسوم ، ويستثنى من ذلك الخلايا الجنسية (الحيوان المنوي والبويضة) ففي كل منها 23 كروموسوم فقط .  وعندما يلقح الحيوان المنوي بالبويضة (أي تندمج مع بعضها) فإن العدد الكامل للكروموسومات يكتمل فيصبح داخل الخلية الجديدة هذه 46 كروموسوم .

وهكذا نرى أنه في كل خلية من خلايا جسمنا نسختين من كل جين (مورث)، واحدة منها موجودة على الكروموسوم الذي ورثناه من أمهاتنا والنسخة الأخرى موجودة على الكروموسوم الذي ورثناه من آبائنا. ولكل جين مكانه الخاص والمحدد على طول الكروموسوم .

وعند حدوث الانقسام المنصف الاختزالي تفترق أو تنفصل أزواج الجينات بشكل عشوائي ، ويكون نصف الجاميتات حاملاً واحداً من هذه الجينات ، والنصف الآخر منها الجاميتات يحمل الجين الثاني .
 

ـ  تنتقل الصفات الوراثية من الأباء إلى الأبناء وكل صفة وراثية تتحدد بزوج من الجينات. ـ  يرث الأبناء الجينات على صورة زوجين من الجينات . ـ  يتكون الزيجوت من إتحاد جاميتين واحد من الأب والاخر من الأم .

تحديد جنس الجنين :

في عام (1890) تبين للعلماء أن كل كروموسومات الذكور والإناث متشابهة ما عدا زوجاً واحد منها هو الكروموسومان الجنسيان . إذ تبين أنهما مسؤولان عن تحديد جنس الجنين . وسميت بقية الكروموسومات , الكروموسومات الجسمية
 ( اللاجنسية). وهكذا فكل خلية من خلايا جسم الإنسان تحتوي على 23 زوج من الكروموسومات 22 منها جسمي , وزوج واحد من الكروموسومات الجنسية .

يتوفر في الإنسان الذكر  نوعين من الجاميتات احدهما يحمل الكروموسوم الجنسيX والآخر يحمل الكروموسوم الجنسي Y أما الانثى فتحمل زوج الكروموسومات الجنسي XX . ولذلك يتبين لنا هنا أن  الرجل هو الذي يحدد جنس الجنين لأنه يحمل نوعين من الجاميتات هما Y ، X . بينما تُكون المرأة  نوعاً واحداً من البويضات X .

مندل والعوامل الوراثية

عمل مندل جاهداً على تفسير الملاحظات التي تجمعت لديه أثناء إجراء تجاربه , وقد استفاد في سعيه هذا من خبرته  ومعرفته الجيدة بقوانين الاحتمالات الرياضية .

لقد توقع مندل أن ما يجعل نبات البازيلاء طويل الساق أو قصيره , وقرونه صفراء أو خضراء اللون ضوابط داخلية سماها العوامل الوراثية .

 وحيث أنه لم يكن معروفاً  في عصره دور الكروموسومات  والجينات في توارث الصفات . فقد افترض مندل في تفسير نتائجه أنه يتحكم بكل صفة وراثية عاملان منفصلان واحد من كل أب .

العوامل الوراثية عند مندل تعرف حالياً بالجينات

ولتفسير ظهور صفة واحدة بين أفراد الجيل الأول اعتبر مندل أن أحد العوامل الوراثية تكون له سيادة تامة على العامل الوراثي الثاني بحيث يستر ( يخفي ) أثره .

ففي تجربة مندل لدراسة طول الساق , اعتبر مندل أن العامل الوراثي لصفة طول الساق في نبات البازيلاء هو عامل سائد سيادة تامة أخفى أثر  العامل الوراثي (المتنحي ) لصفة قصر الساق .

وفي دراسته لنتائج تجربته لدراسة لون القرون  , اعتبر مندل أن العامل الوراثي لصفة القرون الخضراء في نبات البازيلاء هو عامل سائد سيادة تامة على العامل الوراثي لصفة القرون الصفراء ويستر أثره

( عامل متنحي ).
 
لتوضيح الأمر هنا , نستخدم الأحرف اللاتينية الكبيرة Capital letters  للدلالة على العامل الوراثي السائد ونستخدم الأحرف اللاتينية الصغيرة  Small letters  للدلالة  على العامل الوراثي المتنحي .

العامل الوراثي لصفة قصر الساق t	العامل الوراثي لصفة طول الساق  T
العامل الوراثي لصفة القرون الصفراء g	العامل الوراثي لصفة القرون الخضراء G
	*جيل الآباء :
نباتات قصيرة الساق ( نقية ) tt	نباتات طويلة الساق (نقية )TT
نباتات ذات قرون صفراء ( نقية ) gg	نباتات ذات قرون خضراء ( نقية ) GG
	* الجيل الأول ( الأبناء )
نباتات ذات قرون خضراء ( غير نقية ) Gg	نباتات طويلة الساق ( غير نقية ) Tt

تدعى الصفة التي تظهر في أفراد الجيل الأول بالصفة السائدة  أو الراجحة  . وتدعى الصفة التي تختفي ظاهرياً في الجيل الأول بالصفة المتنحية.

   ولكن كيف تمكن مندل من تفسير النتائج التي ظهرت بين أفراد الجيل الثاني !!!

الوراثة والإحتمالات :

بنى مندل إستنتاجات تجاربه على قوانين الاحتمالات الرياضية التي تمكننا من تقدير نسبة حدوث الفُرص .

مثال 1 :

* إذا رمينا قطعة نقود معدنية (وجه / خلف) مرات عديدة ، فإن نسبة ظهور الوجه هي 50% ( ) من مجموع عدد مرات الرمي ونسبة ظهور الخلف كذلك هي 50% (  ) من مجموع عدد مرات الرمي .

وبالمثل فإن احتمال إنجاب امرأة حامل لذكر =   واحتمال إنجابها لأنثى =

ومن أسس الإحتمالات المعروفة القاعدة التي تنص على أن مجموع جميع الاحتمالات في أي عملية يساوي الواحد الصحيح (1).

    مجموع إحتمالات ظهور (وجه) + مجموع إحتمالات ظهور (خلف) = 1

50% + 50% = 1

مثال 2:

لو رمينا قطعتي نقود كل منهما تحتوي على وجه وخلف فإن الإحتمالات  , أي التراكيب الممكن ظهورها هي عبارة عن  :

خلف وجه

وجه خلف   ,

خلف خلف   ,

وجه وجه   ,

ويحتسب احتمال حدوث حدثين مستقلين في نفس الوقت مع بعضهما البعض كناتج ضرب احتمال كل منهما على حدة .

* ظهور الوجه من القطعتين في نفس الوقت هو  ×      =      

* ظهور الخلف من القطعتين =    ×    =

* ظهور الخلف في قطعة والوجه في القطعة الأخرى هو 2 × ×  = 

من أسس نظرية الاحتمالات : 1. يكون مجموع جميع الاحتمالات في أي عملية يساوي 1. 2. احتمال حدوث حدثين مستقلين في نفس الوقت مع بعضهما البعض هو ناتج ضرب احتمال كل منهما على حدة.

إنّ أبسط العمليات في الوراثة تشبه رمي قطعتين من النقود في نفس الوقت . وليس عليك سوى استخدام الجاميتات بدلاً من النقود واعتبارالتراكيب الممكنة للعوامل الوراثية بدلاً من  التراكيب الممكنة  لوجهي  قطعتي النقود .

تجارب مندل ومربع بانيت :

من الطرق السهلة لتقدير نتائج التزاوج بين كائنين حيين رسم مربعٍ يُسمى مربع بانيت punnett square .
 يتضمن مربع بانيت 4 خانات ، وكل خانة تحوي واحداً من إحتمالات إجتماع العوامل الوراثية لصفة معينة مورثة من الآباء .

المثال هنا ، يشير إلى تجربة مندل لدراسة صفة طول ساق نبات البازيلاء في الجيل الأول. لقد زرع مندل البذور الناتجة من النباتات ذات الصفات النقية المتضادة ( جيل الآباء) TT  ×  tt  وعندما نمت وجد أن جميع نباتات الجيل الاول  كانت طويلة الساق(صفة قصيرة الساق اختفت في افراد الجيل الأول ) . Tt , Tt , Tt , Tt

المثال هنا ، يشير إلى تجربة مندل لدراسة صفة طول ساق نبات البازيلاء في الجيل الثاني , فعندما زرع مندل نباتات الجيل الأول ( كلا من الوالدين يحملان جينات مختلطة ( Tt× Tt ) وبعد أن سمح لها بالتلقيح الذاتي حصل على نباتات طويلة الساق ونباتات قصيرة الساق بنسة 3 : 1 وسماها بأفراد الجيل الثاني .    tt   :  TT  , Tt , Tt

	إذا قمت  بدراسة مربع بانيت المجاور بشكل تفصيلي يمكنك تقدير التالي:
	25% من الأبناء يحمل صفة سائدة ( نقية ) TT
	25% من الأبناء يحمل صفة متنحية ( دائماً نقية ) tt
	50% من الأبناء يحمل صفة سائدة غير متماثلة ( خليط ) Tt

ـ لاحظ هنا أن مجموع هذه التراكيب يساوي الواحد الصحيح !
ـ يمكنك أيضاً  احتساب نسبة الأفراد الذين يحملون صفة سائدة ( أي الأفراد الذين يحملون صفة سائدة نقية أو خليط )

75% من الأبناء يحمل صفة سائدة (نقية أو خليط)  Tt ، TT

لاحظ الطريقة العلمية التي اتبعها مندل فهو :
1. ثبت كل العوامل وأبقى متغيراً واحداً في كل تجربة .
2. أجرى عدة تجارب على كل عامل للتحقق من صدق النتائج .
3. عمم بعد أن أجرى تجارب كثيرة وحصل على نفس النتائج ولم يعمم من تجربة واحدة .

المسألة الوراثية  :

على الرغم أنه يمكن اتباع عدة أساليب أو طرائق مختلفة في حل المسائل الوراثية إلا أنه ـ تسهيلاً وتيسيراً يقترح اتباع الخطوات الأساسية التالية والاهتداء بها في حل المسألة الوراثية وهي :

1. كتابة الطرز الشكلية " التركيب الشكلي " Phenotype  , للأبوين .

2. تحديد الطرز الجينية " التركيب الجيني الوراثي " Genotype  للأبوين.

3. تحديد الطرز الجينية للجاميتات المذكرة والمؤنثة المحتمل تكوينها .

4. تحديد التركيب الجيني الوراثي " الطرز الجينية " للأبناء المحتمل إنجابهم .

5. تحديد التركيب الشكلي " الطرز الشكلية " للأبناء المحتمل إنجابهم .

6. الإستنتاجات الوراثية التي يمكن إستنتاجها من حل المسألة الوراثية .

ويمكننا تمثيل حل المسألة الوراثية على الصورة التالية :

السيادة غير التامة

تتصرف معظم الجينات في خلايا النباتات والحيوانات بشكل مختلف عن تلك الجينات التي درسها مندل في نبات البازيلاء !

من النماذج الشائعة هنا , حالة انعدام السيادة وهي الحالة التي يوجد بها زوج من الجينات لا يكون أحدهما سائد سيادة تامة على الآخر . وعندما يتم التزاوج بين الآباء , فإن الصفة التي تظهر في جيل الأبناء تجمع ما بين الصفتين في الآباء . ومثال ذلك : وراثة لون الأزهار في نبات شب الليل .

أما حالة السيادة غير التامة فتظهر فيها صفتا الأبوين بنسب متفاوتة ، ومثال ذلك حالة أنيميا الخلايا المنجلية .

أنيميا الخلية المنجلية ( السيادة غير التامة )

في عام 1910 استشار زنجي صغير طبيباً أمريكياً بخصوص حمى برد عادية . ونظراً لأن الحمى كانت قد لازمته مدة طويلة ، فقد أجرى له الطبيب فحصاً شاملاً . عندها وجد أن الطفل يشكو من نوع غير معروف من الأنيميا ( فقر الدم ) . وقد وجد تحت المجهر أن دم الطفل يحتوي على نسبة عالية من كرات( خلايا ) دم حمراء ، منجلية الشكل خلافاً للشكل القرصي المعهود لكرات الدم الحمراء الطبيعية . وقد سميت الحالة أنيميا الخلية المنجلية Sickle cell anemia . ثم تبين فيما بعد أن المرض وراثي . 

السبب	الحالة التي يظهر عليها الفرد	التركيب الجيني
حيث تكون كرات الدم الحمراء كلها منجلية	يؤدي إلى موت المريض إذا كانت الجينات متجانسة	SS
كرات الدم طبيعية	شخص سليم معافى	ss
حيث تتحول كرات الدم الحمراء الطبيعية في هذه الحالة إلى النوع المنجلي الشكل	يظهر الفرد سليماً معافى ولكنه يعاني من الأنيميا بدرجات متفاوتة ، تبعاً لمدى تعرض دمه إلى هواء تقل فيه نسبة الأكسيجين	Ss

وهكذا ترى أن الجين المسؤول عن حمل المرض ونقله ( S ) يظهر تأثيره ( يسود) في بعض الحالات ، دون أخرى ( أي ليس دائماً ) ، من هنا كانت تسمية هذه الحالة بالسيادة غير التامة أو الناقصة ، وفيها تظهر صفتا الأبوين بنسب متفاوتة ، بينما في حالة انعدام السيادة تظهر صفة جديدة لم تكن معروفة في الأبوين .