تختلف الكائنات الحية عن بعضها، ويختلف الأفراد من النوع الواحد: هذا بعينين زرقاوين وذاك بعينين سوداوين، وهذا طويل وذاك قصير. فما الذي يحدد هذه الفروق؟ وكيف تنتقل من الآباء إلى الأبناء؟ هذه الأسئلة هي مدخل المجال الأول من برنامج علوم الطبيعة للسنة الثالثة ثانوي، المجال المعنون بـالتخصص الوظيفي للبروتينات. وتفتتح وحدته الأولى، تركيب البروتين، بسؤال أول: أين يصنع البروتين داخل الخلية؟ وهذا هو موضوع هذا الدرس. تعرض هذه الصفحة النمط الظاهري ومستوياته، ثم دور المورثة، ثم المشكلة العلمية، ثم التجارب التي تحدد مقر التركيب، وتنتهي بالاستنتاج وأخطاء شائعة وأسئلة محلولة.
النمط الظاهري ومستوياته
النمط الظاهري هو مجموع الصفات التي يظهرها الفرد. وكثير من المتعلمين يظنون أنه الصفات التي ترى بالعين المجردة فقط، لكنه في الحقيقة ثلاثة مستويات:
- المستوى العضوي (المظهري): صفات يمكن رؤيتها غالبًا بالعين المجردة، مثل لون العين وطول القامة ولون البشرة.
- المستوى الخلوي: صفات تلاحظ بالمجهر، مثل شكل الكريات الدموية (قرصية أو منجلية).
- المستوى الجزيئي: صفات تتعلق بالبروتينات، مثل نوع الهيموغلوبين ونشاط الأنزيمات. وهو المستوى الأساسي لأن الصفات الأخرى تنتج عنه.
وتظهر الصفات العضوية والخلوية نتيجة عمل البروتينات. فلون العين مثلًا يحدد بأصباغ تصنعها أنزيمات.
من يحدد ظهور هذه الصفات؟
المورثة (الجين) جزء من ADN يحمل المعلومة الوراثية اللازمة لتركيب بروتين معين. فمن المورثة إلى البروتين إلى الصفة. وتوجد المورثات في النواة على الصبغيات، بينما يتركب البروتين خارجها، وفي هذا مشكلة.
المشكلة العلمية
- ADN يوجد في النواة ولا يغادرها.
- البروتينات تظهر في الهيولى، وتصنع هناك.
إذن: أين يصنع البروتين فعلًا؟ وكيف تنتقل المعلومة من النواة إلى مقر التركيب؟
التجربة الأولى: وسم الأحماض الأمينية
المبدأ
نقدم لخلايا غدية (كخلايا البنكرياس التي تفرز بروتينات هضمية) حمضًا أمينيًا موسومًا بعنصر مشع (مثل الليوسين المشع بالتريتيوم). فتصنع الخلية بروتينات تحمل هذا الإشعاع، ثم نتتبع مكان الإشعاع في فترات زمنية متتالية بتقنية التصوير الإشعاعي الذاتي والمجهر الإلكتروني.
النتائج
- بعد وقت قصير من الوسم: يظهر الإشعاع في الشبكة الهيولية الداخلية الفعالة (الخشنة)، أي المحببة، حيث توجد الريبوزومات.
- بعد وقت أطول: ينتقل الإشعاع إلى جهاز غولجي.
- بعد وقت أطول: يظهر في حويصلات الإفراز وفي الخارج.
الاستنتاج
الإشعاع يظهر أولًا في الشبكة المحببة، إذن هي مقر تركيب البروتين. وبعد التركيب ينتقل البروتين إلى جهاز غولجي للتعديل والتعبئة، ثم يفرز خارج الخلية.
وهذا يعني أن مقر التركيب في الهيولى (على الريبوزومات)، وليس في النواة.
التجربة الثانية: وسم الحمض النووي الريبي
المبدأ
نعطي خلايا يوراسيلًا موسومًا (مشعًّا)، وهو قاعدة آزوتية تدخل فقط في تركيب ARN ولا تدخل في ADN. ثم نتتبع الإشعاع عبر الزمن.
النتائج
- بعد وقت قصير: الإشعاع في النواة فقط.
- بعد وقت أطول: ينتقل الإشعاع إلى الهيولى.
الاستنتاج
يتركب ARN في النواة ثم ينتقل إلى الهيولى. إذن ARN هو الوسيط (الرسول) الذي ينقل المعلومة الوراثية من النواة إلى الهيولى حيث يصنع البروتين. وسمي لذلك ARN الرسول (ARNm).
الحصيلة
| الجزيء أو العضية | الدور |
|---|---|
| ADN في النواة | يحمل المعلومة الوراثية (المورثات) |
| ARNm | ينسخ في النواة وينتقل إلى الهيولى |
| الريبوزومات | مقر تركيب البروتين |
| جهاز غولجي | تعديل البروتين وتعبئته |
| الحويصلات | نقل البروتين وإفرازه |
ويمكن تلخيص المسار هكذا: المورثة في ADN تنسخ إلى ARNm الذي يخرج إلى الهيولى فيترجم في الريبوزومات إلى بروتين يحدد الصفة.
أخطاء شائعة
- حصر النمط الظاهري في الصفات المرئية بالعين المجردة.
- القول إن البروتين يصنع في النواة.
- الخلط بين مقر التركيب (الريبوزومات) ومقر التعديل (جهاز غولجي) ومقر الإفراز.
- القول إن اليوراسيل يدخل في تركيب ADN.
- الخلط بين المورثة والبروتين، فالمورثة قطعة من ADN والبروتين ناتج.
- نسيان ذكر طريقة التجربة (الوسم الإشعاعي) عند التعليل.
أسئلة للتدرب
- ما مستويات النمط الظاهري؟ اذكر مثالًا لكل مستوى.
- لماذا لا يمكن أن يصنع البروتين في النواة رغم وجود ADN فيها؟
- ما مقر تركيب البروتين؟ وما دليلك؟
- لماذا نستعمل اليوراسيل الموسوم لتتبع ARN؟
الأجوبة النموذجية:
- عضوي كلون العين، وخلوي كشكل الكريات الدموية، وجزيئي كنوع الهيموغلوبين.
- لأن البروتين لا يظهر إلا في الهيولى، والتجارب تبين الإشعاع فيه بعد الوسم، فلا بد من وسيط ينقل المعلومة.
- الريبوزومات في الهيولى، والدليل أن الإشعاع يظهر أولًا في الشبكة المحببة بعد الوسم.
- لأنه يدخل في تركيب ARN فقط ولا يدخل في ADN.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ معمري عطاء الله في فيديو «وحدة تركيب البروتين ثالثة ثانوي: مقر تركيب البروتين» هذا الدرس في نحو إحدى عشرة دقيقة، وهو الفيديو الأول من وحدة تركيب البروتين، ويبدأ بأسئلة منها: بماذا تتميز الكائنات الحية عن بعضها؟ ثم يصل إلى طرح المشكل العلمي للمجال الأول كله.