الجدول 4-10 - كتاب الأحياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الهندسة الوراثية والتقنيات الحيوية

المفاهيم الأساسية

الهندسة الوراثية: التحكم في DNA بإضافة جين خارجي من مخلوق حي آخر.

التقنيات الحيوية (Biotechnology): استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة.

المخلوقات المعدلة وراثيًا (Transgenic organisms): مخلوقات تم تعديلها وراثيًا بواسطة إدخال جين من مخلوق حي آخر.

خريطة المفاهيم

```markmap

الوراثة الجزيئية

١٠-٣: DNA، RNA، والبروتين

الشفرة الوراثية (الكودون)

#### اكتشاف الشفرة

#### تركيب الشفرة

#### خصائص الكودونات

الترجمة (Translation)

#### مكان العملية

#### دور tRNA

#### دور الريبوسوم

#### نهاية الترجمة

عمليتا النسخ والترجمة

#### النسخ (في النواة)

#### الترجمة (في السيتوبلازم)

مختبر تحليل البيانات 10-1

تأثير الريفامبين على النسخ

نتائج الرسم البياني

١٠-٤: التنظيم الجيني والطفرة

الفكرة الرئيسية

• يتم تنظيم التعبير الجيني داخل الخلية
• يمكن أن تؤثر الطفرات في هذا التعبير

التنظيم الجيني في بدائيات النوى

• المنطقة الفعالة (Operon) تتحكم في نسخ الجينات
• مثال: استجابة بكتيريا E. coli للتريبتوفان واللاكتوز

التنظيم الجيني في حقيقيات النوى

• أكثر تعقيداً من بدائيات النوى
• يتطلب محفزاً واحداً لمجموعة من الجينات

#### التحكم في عملية النسخ

##### عوامل النسخ

• تضمن التوقيت والكمية الصحيحة للبروتينات
• مجموعتان رئيسيتان:

- عوامل تنظم إنزيم بلمرة RNA وتوجه ارتباطه

- بروتينات منظمة تتحكم بسرعة النسخ

• أمثلة:

- البروتينات النشطة: تطوي DNA لتقريب المحفزات وزيادة سرعة النسخ

- البروتينات المثبطة: ترتبط بمواقع على DNA لتمنع ارتباط المحفزات

##### دور تركيب DNA

• DNA ملتف حول الهستونات (جسيمات نووية)
• يوفر هذا التركيب بعض التثبيط للنسخ
• يمكن للبروتينات المنظمة وإنزيم بلمرة RNA تنشيط جينات محددة رغم الطي

#### تداخل RNA (RNA interference)

##### الآلية

• تُقطع قطع صغيرة من RNA ثنائي السلسلة في السيتوبلازم بواسطة إنزيم "المقطع"
• الناتج: جزيئات RNA المتداخلة الصغيرة (ثنائية السلسلة)
• يرتبط جزيء RNA المتداخل الصغير مع معقد بروتيني
• يقوم المعقد بتكسير سلسلة واحدة من RNA
• ترتبط السلسلة المفردة الناتجة مع المعقد البروتيني بـ mRNA محدد في السيتوبلازم

##### النتيجة

• يتم تقطيع mRNA المستهدف
• يتم منع ترجمة mRNA إلى بروتين

الطفرة

#### تعريف الطفرة

• تغير دائم في DNA الخلية
• نادر الحدوث، وللخلية آليات إصلاح
• تغير في الجين → تغير في البروتين المصنع (مثال: إنزيم غير نشيط)

#### أسباب الطفرة

##### الطفرات التلقائية

• تحدث أثناء تضاعف DNA
• يضيف إنزيم بلمرة DNA القاعدة الخطأ أحياناً
• نسبة الخطأ بعد التصحيح: 1 لكل بليون

##### العوامل المسببة للطفرات (Mutagens)

• مواد كيميائية تتلف الـ DNA أو تغير تركيب القواعد
• تؤدي إلى عدم ارتباط القواعد في أزواج أو ارتباطها بقاعدة أخرى خطأ
• بعضها له تركيب شبيه بالنيوكليوتيدات ويمكن أن يحل محلها في الـ DNA، مما يعيق التضاعف الصحيح
• ذات أهمية طبية (مثل: الإيدز والأمراض الفيروسية الأخرى)

#### أنواع الطفرات

##### الطفرات النقطية (الجينية)

• تغير كيميائي في زوج واحد من القواعد

###### الاستبدال (Substitution)

• استبدال زوج قواعد بآخر
• يؤدي إلى إنتاج بروتين غير فاعل
• أنواعه:

- الطفرات الحساسة (Missense): تغير الشفرة لحمض أميني آخر

- الطفرات غير الحساسة (Nonsense): تغير الكودون لكودون توقف (توقف مبكر للترجمة)

###### الإضافة

• إضافة نيوكليوتيد إلى تسلسل DNA

###### الحذف

• فقدان نيوكليوتيد من تسلسل DNA
• طفرات الإضافة والحذف تؤدي إلى طفرات الإزاحة (تغير ترتيب الأحماض الأمينية)

##### طفرات الكروموسومات

• حذف قطع كبيرة من الكروموسومات

#### ارتباط الطفرات بالأمراض

• مثال: مرض الكابتون يوريا

- طفرة في DNA المسؤول عن إنزيم هضم الفينيل ألانين

- تؤدي إلى تراكم حمض الهوموجنتيسيك (يغير لون البول)

- مرتبط بنسبة عالية من طفرات الإزاحة والطفرات الحساسة

• أمثلة أخرى:

- عدم نمو الغضروف (طفرة حذف): تؤدي إلى قزامة.

- ضمور العضلات (طفرة حساسة): خلل عضلي شديد يزداد مع تقدم السن.

- التليف الكيسي (طفرة غير حساسة): مخاط غير طبيعي كثيف في الرئتين والأمعاء.

- مرض كرون (طفرة حذف إزاحة): التهاب حاد في الجهاز الهضمي.

- مرض شاركوت – ماري – توث (طفرة إضافة إزاحة): تلف الأعصاب الطرفية.

- مرض هنتنجتون (طفرة تضاعف): مرض دماغي شديد يزداد مع تقدم السن.

- متلازمة الكروموسوم X الهش (توسع الطفرة): تكرارات متتابعة لكودونات CGG تسبب اختلالات عقلية.

#### تأثير الإشعاع على DNA

• الأشعة عالية الطاقة (مثل X وجاما): عوامل قوية مسببة للطفرات.

- تمتص إلكترونات DNA طاقة الأشعة وتهرب من ذراتها، تاركةً جذوراً حرة.

- الجذور الحرة تتفاعل بعنف مع جزيئات أخرى، منها DNA.

• الأشعة فوق البنفسجية (UV):

- طاقتها أقل ولا تسبب تحرير الإلكترونات.

- تربط قواعد الثايمين المتجاورة معاً، متلفة تركيب DNA.

- تسبب "انحناء" جزء DNA وتمنع انفصاله.

#### طفرة الخلايا الجسدية والجنسية

##### طفرة الخلايا الجسدية

• تحدث في الخلايا غير التناسلية.
• إذا لم تُصلح، تصبح جزءاً من الترتيب الوراثي في الخلية والخلايا الجديدة الناتجة عنها.
• لا تنتقل إلى الجيل التالي.
• آثارها:

- قد تكون طفرات متعادلة (لا تغير الكودون أو لا تستعمل في الخلية البالغة).

- قد تؤدي إلى بروتين غير طبيعي، فتموت الخلية أو تفقد وظيفتها.

- قد تؤدي إلى السرطان إذا جعلت دورة الخلية غير منضبطة.

- تبقى الآثار داخل خلايا المخلوق الحي طالما الخلايا الجسدية هي المتأثرة.

##### طفرة الخلايا الجنسية (التكاثرية)

• تحدث في الخلايا التناسلية (الجاميتات).
• تنتقل إلى أبناء المخلوق الحي، وتوجد في كل خلية من خلايا الأبناء.
• آثارها:

- قد لا تؤثر في وظيفة خلايا الأب.

- قد تؤثر في الأبناء بشكل مأساوي.

مختبر تحليل البيانات 10-2

بناء على بيانات حقيقية

فسر الرسم البياني

#### الرسم البياني: عوامل محتملة لسبب الطفرات

• المحور السيني (X): كمية المركب لكل طبق (µg)
• المحور الصادي (Y): مستعمرات تحوي طفرات راجعة
• يوضح العلاقة بين كمية المركب وعدد الطفرات الراجعة
• يظهر أربعة مركبات (A, B, C, D) بخطوط مختلفة

التفكير الناقد

• كيف نحدد إذا كان المركب عاملاً مسبباً للطفرة؟ (باستخدام اختبار أيمز)
• صف العلاقة بين كمية المركب والطفرة.
• حلل، أي المركبات يعد أقوى مسبب للطفرة؟

الهندسة الوراثية

الخلفية

• حوالي عام 1970م: اكتشاف تركيب DNA والمبدأ الأساسي لانتقال المعلومات (DNA → RNA → بروتين).
• كان الفهم محدوداً لعمل الجينات منفردة.

المفهوم والتطبيق

• التحكم في DNA بإضافة جين خارجي من مخلوق حي آخر.
• مثال تطبيقي: جين بروتين الإضاءة الخضراء من قنديل البحر.

#### استخدام بروتين الإضاءة الخضراء

• علامة مرئية: المخلوقات المعدلة وراثياً تضيء بلون أخضر تحت ضوء بنفسجي.
• مثال: يرقات البعوض في الشكل 18-10.
• الاستخدامات:

- دراسة التعبير عن جين محدد.

- دراسة عمليات خلوية.

- دراسة تطور مرض معين.

- اختيار صفات ذات فائدة للبشر.

الأدوات والعمليات

• تستعمل أدوات فاصلة (كما في الجدول 4-10).
• العمليات الأساسية في التجارب:

- القطع.

- عزل إنزيمات القطع.

- تحديد التسلسل.

التقنيات الحيوية

• استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة.
• جعلت استخلاص جينات من مخلوق حي ممكنة.

المخلوقات المعدلة وراثيًا

• مخلوقات تم تعديلها وراثيًا بواسطة إدخال جين من مخلوق حي آخر.
• تستعمل في الأبحاث والنواحي الطبية والزراعية.

الحيوانات المعدلة وراثيًا

• معظمها يُنتج في المختبرات من أجل الأبحاث الحيوية.
• أمثلة شائعة في المختبرات: الفئران، ذباب الفاكهة، الدودة الأسطوانية.
• أهداف إنتاجها:

- دراسة الأمراض وتطوير طرائق لمعالجتها.

- تحسين المصادر الغذائية وتحسين معيشة البشر.

- إنتاج بروتينات مفيدة (مثل: مضاد ثرومبين III من الماعز).

- إنتاج حيوانات مقاومة للأمراض (ديك رومي ودجاج).

- إنتاج أسماك تنمو سريعًا.

- قد تصبح مصدرًا لزراعة الأعضاء في المستقبل.

علماء الوراثة

• يبحثون في الجينات والوراثة والتنوع في المخلوقات الحية.
• يستخدمون آليات تتحكم في جزء DNA.
• بعضهم أطباء يشخصون ويعالجون الأمراض الوراثية.

أدوات الهندسة الوراثية (الجدول 4-10)

#### إنزيمات القطع (مثال EcoRI)

• الوظيفة: تقطع سلاسل DNA إلى قطع.
• التطبيق: إنتاج قطع DNA بنهايات عريضة يمكنها أن ترتبط بقطع DNA أخرى.

#### الفصل الكهربائي الهلامي

• الوظيفة: يفصل قطع DNA بحسب الحجم.
• التطبيق: يستعمل لدراسة قطع DNA بحسب أحجامها.

#### نسخ الجين

• الوظيفة: ينتج كميات كبيرة من جزيئات DNA هجينة متطابقة.
• التطبيق: إنتاج كميات كبيرة من DNA المعاد تركيبه لكي تستعمل في المخلوقات المعدلة وراثيًا.

#### تسلسل القواعد النيتروجينية (DNA)

• الوظيفة: تعرف تسلسل القواعد في جزء DNA الهجين، لدراسته بشكل مفصل.
• التطبيق: يستعمل لتعرف الأخطاء في تسلسل القواعد، وتحديد وظيفة جين معين، المقارنة بين جينات ذات تسلسلات متشابهة من مخلوقات حية مختلفة.

#### تفاعل البوليمر المتسلسل (PCR)

• الوظيفة: إنتاج نسخ من مناطق محددة من DNA الذي يجري تحديد ترتيب قواعده.
• التطبيق: يستعمل لنسخ DNA من أجل أي بحث علمي مثل التحليل الجنائي، والاختبارات الطبية.

```

نقاط مهمة

• جعلت التقنيات الحيوية عملية استخلاص جينات من مخلوق حي ممكنة.
• تستعمل الحيوانات والنباتات والبكتيريا المعدلة وراثيًا في الأبحاث والنواحي الطبية والزراعية.
• يستعمل علماء الوراثة آليات تتحكم في جزء DNA للبحث في الجينات والوراثة.
• تُنتج معظم الحيوانات المعدلة وراثيًا في المختبرات من أجل الأبحاث الحيوية.
• من التطبيقات العملية: إنتاج مضاد ثرومبين III من الماعز المعدل وراثيًا لمنع تخثر الدم أثناء العمليات الجراحية.

الجدول 4-10

الهندسة الوراثية

التقنيات الحيوية Biotechnology

جعلت التقنيات الحيوية - وهي استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة - عملية استخلاص جينات من مخلوق حي ممكنة. تذكر أن المخلوقات مثل يرقات البعوضة المبينة في الشكل 18-10 لها جين من مخلوق حي آخر. مثل هذه المخلوقات المعدلة وراثيًا بواسطة إدخال جين من مخلوق حي آخر تُسمى المخلوقات المعدلة وراثيًا transgenic organisms. لا تستعمل الحيوانات والنباتات والبكتيريا المعدلة وراثيًا في الأبحاث فقط، وإنما تستعمل أيضًا في النواحي الطبية والزراعية.

من مرتبطة مع علم الأحياء

علماء الوراثة Genetics

يستخدم علماء الوراثة Genetics باستخدام عدة آليات تتحكم في جزء DNA، يبحث علماء الوراثة في الجينات والوراثة والتنوع في المخلوقات الحية. بعض علماء الوراثة أطباء يشخصون ويعالجون الأمراض الوراثية.

الحيوانات المعدلة وراثيًا Transgenic animals

ينتج العلماء حاليًا معظم الحيوانات المعدلة وراثيًا في المختبرات من أجل الأبحاث الحيوية. فتستعمل الفئران وذباب الفاكهة والدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans على نحو واسع في مختبرات البحث حول العالم لدراسة الأمراض وتطوير طرائق لمعالجتها. وبعض المخلوقات المعدلة وراثيًا - ومنها المواشي - أنتجت لتحسين المصادر الغذائية وتحسين معيشة البشر. واستعمل الماعز المعدل وراثيًا لإنتاج بروتين يسمى مضاد ثرومبين III، الذي يستعمل لمنع تخثر دم الإنسان في أثناء العمليات الجراحية. ويعمل الباحثون حاليًا على إنتاج ديك رومي ودجاج معدل وراثيًا مقاوم للأمراض. والعديد من أنواع الأسماك تم تعديلها وراثيًا لتنمو سريعًا. وقد تصبح المخلوقات المعدلة وراثيًا في المستقبل مصدرًا يستخدم في مجال زراعة الأعضاء.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

290

--- SECTION: الجدول 4-10 --- الجدول 4-10 --- SECTION: الهندسة الوراثية --- الهندسة الوراثية --- SECTION: التقنيات الحيوية Biotechnology --- التقنيات الحيوية Biotechnology جعلت التقنيات الحيوية - وهي استعمال الهندسة الوراثية لإيجاد حلول لمشكلات محددة - عملية استخلاص جينات من مخلوق حي ممكنة. تذكر أن المخلوقات مثل يرقات البعوضة المبينة في الشكل 18-10 لها جين من مخلوق حي آخر. مثل هذه المخلوقات المعدلة وراثيًا بواسطة إدخال جين من مخلوق حي آخر تُسمى المخلوقات المعدلة وراثيًا transgenic organisms. لا تستعمل الحيوانات والنباتات والبكتيريا المعدلة وراثيًا في الأبحاث فقط، وإنما تستعمل أيضًا في النواحي الطبية والزراعية. --- SECTION: من مرتبطة مع علم الأحياء --- من مرتبطة مع علم الأحياء --- SECTION: علماء الوراثة Genetics --- علماء الوراثة Genetics يستخدم علماء الوراثة Genetics باستخدام عدة آليات تتحكم في جزء DNA، يبحث علماء الوراثة في الجينات والوراثة والتنوع في المخلوقات الحية. بعض علماء الوراثة أطباء يشخصون ويعالجون الأمراض الوراثية. --- SECTION: الحيوانات المعدلة وراثيًا Transgenic animals --- الحيوانات المعدلة وراثيًا Transgenic animals ينتج العلماء حاليًا معظم الحيوانات المعدلة وراثيًا في المختبرات من أجل الأبحاث الحيوية. فتستعمل الفئران وذباب الفاكهة والدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans على نحو واسع في مختبرات البحث حول العالم لدراسة الأمراض وتطوير طرائق لمعالجتها. وبعض المخلوقات المعدلة وراثيًا - ومنها المواشي - أنتجت لتحسين المصادر الغذائية وتحسين معيشة البشر. واستعمل الماعز المعدل وراثيًا لإنتاج بروتين يسمى مضاد ثرومبين III، الذي يستعمل لمنع تخثر دم الإنسان في أثناء العمليات الجراحية. ويعمل الباحثون حاليًا على إنتاج ديك رومي ودجاج معدل وراثيًا مقاوم للأمراض. والعديد من أنواع الأسماك تم تعديلها وراثيًا لتنمو سريعًا. وقد تصبح المخلوقات المعدلة وراثيًا في المستقبل مصدرًا يستخدم في مجال زراعة الأعضاء. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 290 --- VISUAL CONTEXT --- **TABLE**: الجدول 4-10 Description: Table summarizing key biotechnology techniques, their functions, and applications in genetic engineering. Table Structure: Headers: العملية / الأداة | الوظيفة | التطبيق Rows: Row 1: إنزيمات القطع مثال EcoRI | تقطع سلاسل DNA إلى قطع. | يستعمل لإنتاج قطع DNA بنهايات عريضة يمكنها أن ترتبط بقطع DNA أخرى. Row 2: الفصل الكهربائي الهلامي | يفصل قطع DNA بحسب الحجم. | يستعمل لدراسة قطع DNA بحسب أحجامها. Row 3: نسخ الجين | ينتج كميات كبيرة من جزيئات DNA هجينة متطابقة. | يستعمل لإنتاج كميات كبيرة من DNA المعاد تركيبه لكي تستعمل في المخلوقات المعدلة وراثيًا. Row 4: تسلسل القواعد النيتروجينية (DNA) | تعرف تسلسل القواعد في جزء DNA الهجين، لدراسته بشكل مفصل. | يستعمل لتعرف الأخطاء في تسلسل القواعد، وتحديد وظيفة جين معين، المقارنة بين جينات ذات تسلسلات متشابهة من مخلوقات حية مختلفة. Row 5: تفاعل البوليمر المتسلسل (PCR) | إنتاج نسخ من مناطق محددة من DNA الذي يجري تحديد ترتيب قواعده. | يستعمل لنسخ DNA من أجل أي بحث علمي مثل التحليل الجنائي، والاختبارات الطبية. Context: This table provides a structured overview of various genetic engineering techniques, detailing what each technique does and its practical applications. **FIGURE**: Untitled Description: Logo of the Ministry of Education with text 'وزارة التعليم' and 'Ministry of Education 2025 - 1447'. Context: This is an administrative logo indicating the publisher or authority of the textbook.