معلومة

لماذا نقوم بتشفير المعلومات في الحمض النووي في النظام الثنائي وليس في الأساس 4؟

لماذا نقوم بتشفير المعلومات في الحمض النووي في النظام الثنائي وليس في الأساس 4؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد قرأت مؤخرًا مقالًا عن علماء هارفارد يقومون بترميز 700 تيرابايت من البيانات في خيوط الحمض النووي. لكنهم قاموا بترميز المعلومات في الأساس 2 ، لذلك كان T و G عبارة عن 1 و C و A كان 0. ولكن لماذا ثنائي؟ لماذا لم يستخدموا فقط القاعدة 4؟ سيكون أكثر كفاءة!

تحرير: هنا الرابط


في مقال بحثي حول هذا الجهد ، قدموا التفسير التالي لمضاعفة النيوكليوتيدات ، بدلاً من جعل كل نيوكليوتيد يقف لبتتين:

هذا يسمح لنا بتشفير الرسائل بعدة طرق لتجنب التسلسلات التي يصعب قراءتها أو كتابتها مثل GC المتطرفة

من الناحية العملية ، اختاروا أي قاعدة من الزوج كانت عشوائياً (أي 50٪ محتوى GC) ، بينما منع البوليمر المتجانس يعمل أكثر من ثلاثة.

يستخدم مخططهم أيضًا الرموز الشريطية والعناوين مثل "جدول المحتويات" / "الفهرس" / "أرقام الصفحات". (لم يتم تخزين البيانات على قطعة واحدة طويلة من الحمض النووي ، ولكن على عدد كبير من الأجزاء الأقصر.) من خلال وجود نظام تشفير مرن قليلاً ، يتيح ذلك لهم إمكانية تجنب إدراج عناصر التعليق التوضيحي هذه داخل المحتويات.

علاوة على ذلك ، فإن نظام الترميز المرن قليلاً سيسمح لهم بتجنب تشفير نص بطريق الخطأ مع جزء من جينوم عامل محدد. (أي أنك لن ترغب في تجميع جزء من جينوم الجدري أثناء تخزين روايتك. إذا كان بإمكانك تغيير النيوكليوتيدات المستخدمة ، يمكنك تجنب ذلك).


ترميز One-Hot مقابل ترميز الملصقات باستخدام Scikit-Learn

هذه أسئلة نموذجية لمقابلة علم البيانات يحتاج كل عالم بيانات طموح إلى معرفة الإجابة عليها. بعد كل شيء ، غالبًا ما تجد نفسك مضطرًا للاختيار بين الاثنين في مشروع علم البيانات!

الآلات تفهم الأرقام وليس النصوص. نحتاج إلى تحويل كل فئة نصية إلى أرقام حتى تتمكن الآلة من معالجتها باستخدام المعادلات الرياضية. هل تساءلت يومًا كيف يمكننا فعل ذلك؟ ما هي الطرق المختلفة؟

هذا هو المكان الذي يظهر فيه Label Encoding و One-Hot Encoding في الصورة. سوف نناقش كلاهما في هذه المقالة ونفهم الفرق بينهما.

ملاحظة: هل تبدأ رحلة التعلم الآلي الخاصة بك؟ أوصي بأخذ دورة تعلم الآلة التطبيقية الشاملة والشائعة!


يمكن إخراج النص المشفر بتنسيق ثنائي. على سبيل المثال ، إعدادات gpg الافتراضية هي التنسيق الثنائي ، وتحتاج إلى تحديد --armor لجعله base64:

السبب الذي يجعلك ترى ASCII / base64 في كثير من الأحيان هو أنه من الأسهل نقل ومعالجة من ثنائي. لا يمكن لبريد SMTP الإلكتروني ، على سبيل المثال ، معالجة البيانات الثنائية دون تشفيرها ، لذا فإن وجود تنسيق غير ثنائي يجعل إرسال نص مشفر بالبريد الإلكتروني أسهل. قد يتحول FTP إلى الوضع غير الثنائي الافتراضي والذي سيحدث أخطاء عند نقل ملف ثنائي. حتى شيء بسيط مثل فتح ملف في محرر للتأكد من أنه "يبدو كما لو كان موجودًا" يكون أسهل مع التنسيقات غير الثنائية.


10.4 هيكل ووظيفة الجينوم الخلوي

حتى الآن ، ناقشنا بنية ووظيفة القطع الفردية من DNA و RNA. في هذا القسم ، سنناقش كيفية تنظيم كل المواد الجينية للكائن - يشار إليها مجتمعة باسم الجينوم الخاص به - داخل الخلية. نظرًا لأن جينات الكائن الحي تملي إلى حد كبير خصائصه ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن الكائنات الحية تختلف في ترتيب DNA و RNA.

النمط الجيني مقابل النمط الظاهري

يتم ترميز جميع الأنشطة الخلوية داخل الحمض النووي للخلية. يمثل تسلسل القواعد داخل جزيء DNA المعلومات الجينية للخلية. تسمى أجزاء جزيئات الحمض النووي الجينات ، وتحتوي الجينات الفردية على الكود الإرشادي اللازم لتجميع البروتينات المختلفة أو الإنزيمات أو جزيئات الحمض النووي الريبي المستقرة.

تسمى المجموعة الكاملة من الجينات التي تحتويها الخلية داخل جينومها بالنمط الجيني الخاص بها. ومع ذلك ، فإن الخلية لا تعبر عن جميع جيناتها في وقت واحد. بدلاً من ذلك ، يتم تشغيل (التعبير) أو إيقاف تشغيل جينات معينة عند الضرورة. تحدد مجموعة الجينات التي يتم التعبير عنها في أي نقطة زمنية معينة أنشطة الخلية وخصائصها التي يمكن ملاحظتها ، والتي يشار إليها باسم النمط الظاهري. تُعرف الجينات التي يتم التعبير عنها دائمًا باسم الجينات التأسيسية ، وتُعرف بعض الجينات التأسيسية باسم جينات التدبير المنزلي لأنها ضرورية للوظائف الأساسية للخلية.

بينما يظل النمط الجيني للخلية ثابتًا ، قد يتغير النمط الظاهري استجابةً للإشارات البيئية (مثل التغيرات في درجة الحرارة أو توافر المغذيات) التي تؤثر على الجينات غير التكوينية التي يتم التعبير عنها. على سبيل المثال ، بكتيريا الفم العقدية الطافرة تنتج طبقة سلايم لزجة تسمح لها بالالتصاق بالأسنان ، وتشكيل طبقة البلاك ، ومع ذلك ، فإن الجينات التي تتحكم في إنتاج طبقة الوحل لا يتم التعبير عنها إلا في وجود السكروز (سكر المائدة). وهكذا ، في حين أن النمط الجيني S. mutans ثابت ، يتغير نمطه الظاهري اعتمادًا على وجود وغياب السكر في بيئته. يمكن أن تنظم درجة الحرارة أيضًا التعبير الجيني. على سبيل المثال ، البكتيريا سالبة الجرام السراتية الذابلة ، وهو أحد مسببات الأمراض التي ترتبط في كثير من الأحيان بالعدوى المكتسبة من المستشفيات ، ينتج صبغة حمراء عند 28 درجة مئوية ولكن ليس عند 37 درجة مئوية ، وهي درجة الحرارة الداخلية الطبيعية لجسم الإنسان (الشكل 10.24).

تنظيم المواد الجينية

يتم تنظيم الغالبية العظمى من جينوم الكائن الحي في كروموسومات الخلية ، وهي هياكل DNA منفصلة داخل الخلايا تتحكم في النشاط الخلوي. تذكر أنه بينما توجد الكروموسومات حقيقية النواة في النواة المرتبطة بالغشاء ، فإن معظم بدائيات النوى تحتوي على كروموسوم دائري واحد موجود في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة النووية (انظر الخصائص الفريدة للخلايا بدائية النواة). قد يحتوي الكروموسوم على عدة آلاف من الجينات.

تنظيم كروموسوم حقيقي النواة

يختلف هيكل الكروموسوم إلى حد ما بين الخلايا حقيقية النواة والخلايا بدائية النواة. عادة ما تكون الكروموسومات حقيقية النواة خطية ، وتحتوي الخلايا حقيقية النواة على العديد من الكروموسومات المتميزة. تحتوي العديد من الخلايا حقيقية النواة على نسختين من كل كروموسوم ، وبالتالي فهي ثنائية الصبغيات.

يتجاوز طول الكروموسوم بشكل كبير طول الخلية ، لذلك يحتاج الكروموسوم إلى حزمه في مساحة صغيرة جدًا ليلائم الخلية. على سبيل المثال ، فإن الطول المجمع لكل 3 مليارات زوج قاعدي 18 من الحمض النووي للجينوم البشري سيقيس ما يقرب من مترين إذا تم تمديده بالكامل ، وبعض الجينومات حقيقية النواة تكون أكبر بعدة مرات من الجينوم البشري. يشير الالتواء الفائق للحمض النووي إلى العملية التي يتم من خلالها التواء الحمض النووي ليناسب داخل الخلية. قد ينتج عن الالتواء الفائق الحمض النووي إما تحت الجرح (أقل من دورة واحدة من اللولب لكل 10 أزواج أساسية) أو الالتفاف (أكثر من دورة واحدة لكل 10 أزواج قاعدية) من حالة الاسترخاء الطبيعية. البروتينات المعروفة بأنها متورطة في الالتفاف الفائق تشمل توبويزوميراز هذه الإنزيمات تساعد في الحفاظ على بنية الكروموسومات فائقة الالتفاف ، مما يمنع إفراط الحمض النووي أثناء بعض العمليات الخلوية مثل تكاثر الحمض النووي.

أثناء تغليف الحمض النووي ، تؤدي البروتينات المرتبطة بالحمض النووي والتي تسمى الهستونات مستويات مختلفة من التفاف الحمض النووي والتعلق ببروتينات السقالات. يشار إلى توليفة الحمض النووي مع هذه البروتينات المرفقة بالكروماتين. في حقيقيات النوى ، قد يتأثر تغليف الحمض النووي بواسطة الهيستونات بالعوامل البيئية التي تؤثر على وجود مجموعات الميثيل في بعض نيوكليوتيدات السيتوزين الخاصة بالحمض النووي. يسمى تأثير العوامل البيئية على عبوات الحمض النووي علم التخلق. علم التخلق هو آلية أخرى لتنظيم التعبير الجيني دون تغيير تسلسل النيوكليوتيدات. يمكن الحفاظ على التغيرات فوق الجينية من خلال جولات متعددة من انقسام الخلايا ، وبالتالي يمكن أن تكون وراثية.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذه الرسوم المتحركة من مركز DNA التعليمي لتتعلم المزيد عن تغليف الحمض النووي في حقيقيات النوى.

تنظيم الكروموسومات بدائية النواة

عادة ما تكون الكروموسومات في البكتيريا والعتيقة دائرية ، وعادة ما تحتوي الخلية بدائية النواة على كروموسوم واحد فقط داخل النواة. نظرًا لأن الكروموسوم يحتوي على نسخة واحدة فقط من كل جين ، فإن بدائيات النوى هي أحادية العدد. كما هو الحال في الخلايا حقيقية النواة ، فإن الالتفاف الفائق للحمض النووي ضروري لكي يتلاءم الجينوم مع الخلية بدائية النواة. يتم ترتيب الحمض النووي في الكروموسوم البكتيري في عدة مجالات فائقة الالتفاف. كما هو الحال مع حقيقيات النوى ، تشارك الإيزوميرات العليا في الحمض النووي الفائق الالتفاف. DNA gyrase هو نوع من التوبويزوميراز ، الموجود في البكتيريا وبعض العتائق ، والذي يساعد على منع إفراط الحمض النووي. (بعض المضادات الحيوية تقتل البكتيريا عن طريق استهداف DNA gyrase.) بالإضافة إلى ذلك ، فإن البروتينات الشبيهة بالهيستون تربط الحمض النووي وتساعد في تغليف الحمض النووي. ترتبط البروتينات الأخرى بأصل التكاثر ، وهو الموقع في الكروموسوم حيث يبدأ تكرار الحمض النووي. نظرًا لأن مناطق مختلفة من الحمض النووي يتم حزمها بشكل مختلف ، فإن بعض مناطق الحمض النووي الصبغي تكون أكثر سهولة في الوصول إلى الإنزيمات وبالتالي يمكن استخدامها بسهولة كقوالب للتعبير الجيني. ومن المثير للاهتمام أن العديد من البكتيريا منها هيليكوباكتر بيلوري و شيغيلا فلكسنري ، لقد ثبت أنه يحث على إحداث تغييرات جينية في مضيفهم عند الإصابة ، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل الكروماتين الذي قد يتسبب في تأثيرات طويلة المدى على مناعة المضيف. 19

تأكد من فهمك

  • ما هو الفرق بين التركيب الجيني للخلية ونمطها الظاهري؟
  • كيف يتناسب الحمض النووي داخل الخلايا؟

DNA غير مشفر

بالإضافة إلى الجينات ، يحتوي الجينوم أيضًا على العديد من مناطق الحمض النووي غير المشفر التي لا تشفر البروتينات أو منتجات الحمض النووي الريبي المستقرة. يوجد الحمض النووي غير المشفر بشكل شائع في المناطق التي تسبق بدء تسلسل ترميز الجينات وكذلك في المناطق الجينية (أي تسلسل الحمض النووي الموجود بين الجينات) (الشكل 10.25).

يبدو أن بدائيات النوى تستخدم جينوماتها بكفاءة عالية ، مع متوسط ​​12٪ فقط من الجينوم يتم تناوله بواسطة تسلسلات غير مشفرة. في المقابل ، يمكن أن يمثل الحمض النووي غير المشفر حوالي 98٪ من الجينوم في حقيقيات النوى ، كما يظهر في البشر ، لكن النسبة المئوية للحمض النووي غير المشفر تختلف بين الأنواع. 20 كان يشار إلى مناطق الحمض النووي غير المشفرة هذه باسم "DNA غير المرغوب فيه" ، ومع ذلك ، لم يعد هذا المصطلح مقبولًا على نطاق واسع لأن العلماء منذ ذلك الحين وجدوا أدوارًا لبعض هذه المناطق ، والتي يساهم الكثير منها في تنظيم النسخ أو الترجمة من خلال إنتاج جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة غير المشفرة ، وتغليف الحمض النووي ، واستقرار الكروموسومات. على الرغم من أن العلماء قد لا يفهمون تمامًا أدوار جميع المناطق غير المشفرة للحمض النووي ، فمن المعتقد عمومًا أن لها أغراضًا داخل الخلية.

تأكد من فهمك

الحمض النووي خارج الصبغيات

على الرغم من احتواء معظم الحمض النووي داخل كروموسومات الخلية ، فإن العديد من الخلايا تحتوي على جزيئات إضافية من الحمض النووي خارج الكروموسومات ، تسمى الحمض النووي خارج الصبغيات ، والتي تعد أيضًا جزءًا من جينوم الخلية. ستشمل جينومات الخلايا حقيقية النواة أيضًا الكروموسومات من أي عضيات مثل الميتوكوندريا و / أو البلاستيدات الخضراء التي تحافظ عليها هذه الخلايا (الشكل 10.26). يعتبر الحفاظ على الكروموسومات الدائرية في هذه العضيات من بقايا أصولها بدائية النواة ويدعم نظرية التعايش الداخلي (انظر أسس نظرية الخلية الحديثة). في بعض الحالات ، يمكن أيضًا الحفاظ على جينومات بعض فيروسات الحمض النووي بشكل مستقل في الخلايا المضيفة أثناء العدوى الفيروسية الكامنة. في هذه الحالات ، تكون هذه الفيروسات شكلًا آخر من أشكال الحمض النووي خارج الصبغيات. على سبيل المثال ، يمكن الحفاظ على فيروس الورم الحليمي البشري (HPV) في الخلايا المصابة بهذه الطريقة.

إلى جانب الكروموسومات ، تحتوي بعض بدائيات النوى أيضًا على حلقات أصغر من الحمض النووي تسمى البلازميدات والتي قد تحتوي على جين واحد أو عدد قليل من الجينات غير الضرورية للنمو الطبيعي (الشكل 3.12). يمكن للبكتيريا تبادل هذه البلازميدات مع بكتيريا أخرى في عملية تعرف باسم نقل الجينات الأفقي (HGT). في بعض الأحيان ، يوفر تبادل المواد الجينية على البلازميدات للميكروبات جينات جديدة مفيدة للنمو والبقاء في ظل ظروف خاصة. في بعض الحالات ، قد يكون للجينات التي يتم الحصول عليها من البلازميدات آثار إكلينيكية ، حيث تقوم بترميز عوامل الضراوة التي تمنح الميكروب القدرة على التسبب في المرض أو جعل الميكروب مقاومًا لمضادات حيوية معينة. تُستخدم البلازميدات أيضًا بكثافة في الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية كوسيلة لنقل الجينات من خلية إلى أخرى. سيتم مناقشة دور البلازميدات في نقل الجينات الأفقي والتكنولوجيا الحيوية بمزيد من التفصيل في آليات علم الوراثة الميكروبية والتطبيقات الحديثة لعلم الوراثة الميكروبية.

تأكد من فهمك

مثال على ذلك

البلازميدات القاتلة

ماريا ، طالبة الأنثروبولوجيا البالغة من العمر 20 عامًا من تكساس ، أصيبت مؤخرًا بالمرض في دولة بوتسوانا الأفريقية ، حيث كانت تجري أبحاثًا كجزء من برنامج الدراسة بالخارج. ركز بحث ماريا على الأساليب الأفريقية التقليدية لدباغة الجلود لإنتاج الجلود. على مدار ثلاثة أسابيع ، كانت تزور مدبغة يوميًا لعدة ساعات لمراقبة عملية الدباغة والمشاركة فيها. ذات يوم ، بعد عودتها من المدبغة ، أصيبت ماريا بحمى وقشعريرة وصداع ، إلى جانب آلام في الصدر وآلام في العضلات وغثيان وأعراض أخرى تشبه أعراض الأنفلونزا. في البداية ، لم تكن قلقة ، ولكن عندما ارتفعت الحمى وبدأت تسعل الدم ، انزعجت عائلتها الأفريقية المضيفة ونقلتها إلى المستشفى ، حيث استمرت حالتها في التدهور.

بعد أن علمت الطبيبة بعملها الأخير في المدبغة ، اشتبهت أن ماريا تعرضت للجمرة الخبيثة. أمر بإجراء أشعة سينية على الصدر ، وعينة من الدم ، وبزل شوكي ، وأخذها على الفور بجرعة من البنسلين في الوريد. لسوء الحظ ، أكدت الاختبارات المعملية التشخيص الافتراضي للطبيب. أظهرت الأشعة السينية لصدر ماريا الانصباب الجنبي ، وتراكم السوائل في الفراغ بين الأغشية الجنبية ، وكشفت بقعة غرام من دمها عن وجود بكتيريا موجبة الجرام ، على شكل قضيب في سلاسل قصيرة ، بما يتوافق مع عصيات الجمرة الخبيثة . كما تبين وجود الدم والبكتيريا في السائل الدماغي الشوكي لديها ، مما يشير إلى أن العدوى قد تطورت إلى التهاب السحايا. على الرغم من العلاج الداعم والعلاج القوي بالمضادات الحيوية ، انزلقت ماريا في حالة عدم استجابة وتوفيت بعد ثلاثة أيام.

الجمرة الخبيثة مرض ناجم عن إدخال الأبواغ من البكتيريا موجبة الجرام الجمرة الخبيثة في الجسم. بمجرد الإصابة ، يصاب المرضى عادةً بالتهاب السحايا ، وغالبًا ما يكون ذلك مميتًا. في حالة ماريا ، استنشقت الأبواغ أثناء تعاملها مع جلود الحيوانات المصابة.

جينوم الجمرة الخبيثة يوضح كيف يمكن أن تؤدي الاختلافات الهيكلية الصغيرة إلى اختلافات كبيرة في الفوعة. في عام 2003 ، جينومات الجمرة الخبيثة و بكتيريا سيريوس العصويه ، وهي بكتيريا مماثلة ولكنها أقل مسببات الأمراض من نفس الجنس ، تم تسلسلها ومقارنتها. اكتشف الباحثون أن تسلسل الجين 16S rRNA لهذه البكتيريا متطابق بنسبة تزيد عن 99 ٪ ، مما يعني أنهم أعضاء في نفس النوع على الرغم من تصنيفهم التقليدي كأنواع منفصلة. على الرغم من أن متواليات الكروموسومات الخاصة بهم كشفت أيضًا عن قدر كبير من التشابه ، إلا أن العديد من عوامل الضراوة الجمرة الخبيثة تم العثور عليها لتكون مشفرة على اثنين من البلازميدات الكبيرة غير الموجودة في B. cereus. يشفر البلازميد pX01 سمًا ثلاثي الأجزاء يثبط الجهاز المناعي للمضيف ، بينما يشفر البلازميد pX02 عديد السكاريد المحفظي الذي يحمي البكتيريا من الجهاز المناعي للمضيف (الشكل 10.27). حيث B. cereus يفتقر إلى هذه البلازميدات ، ولا ينتج عوامل الفوعة هذه ، وعلى الرغم من أنه لا يزال مُمْرضًا ، إلا أنه يرتبط عادةً بحالات خفيفة من الإسهال يمكن للجسم أن يتعافى منها بسرعة. لسوء حظ ماريا ، فإن وجود هذه البلازميدات المشفرة للسموم في الجمرة الخبيثة يعطيها فوعة قاتلة.

  • ما رأيك سيحدث لإمراضية الجمرة الخبيثة إذا فقدت أحد بلازميداتها أو كليهما؟

التركيز السريري

الدقة

في غضون 24 ساعة ، كشفت نتائج تحليل الاختبار التشخيصي لعينة براز أليكس أنها كانت إيجابية بالنسبة للسم المعوي القابل للحرارة (LT) ، والسم المعوي المستقر للحرارة (ST) ، وعامل الاستعمار (CF) ، مما يؤكد اشتباه طبيب المستشفى في الإصابة. ETEC. أثناء المتابعة مع طبيب عائلة أليكس ، لاحظ هذا الطبيب أن أعراض أليكس لم تتحسن سريعًا وكان يعاني من عدم الراحة الذي منعه من العودة إلى الفصول الدراسية. وصف طبيب الأسرة أليكس دورة من السيبروفلوكساسين لحل أعراضه. لحسن الحظ ، نجح السيبروفلوكساسين في حل أعراض أليكس في غضون أيام قليلة.

من المحتمل أن يكون أليكس قد أصيب بالعدوى من تناول طعام أو ماء ملوث. لا تزال البلدان الصناعية الناشئة مثل المكسيك تطور ممارسات الصرف الصحي التي تمنع تلوث المياه بالمواد البرازية. يجب على المسافرين في هذه البلدان تجنب تناول الأطعمة غير المطهية جيدًا ، وخاصة اللحوم والمأكولات البحرية والخضروات ومنتجات الألبان غير المبسترة. يجب عليهم أيضًا تجنب استخدام المياه التي لم تتم معالجتها ، بما في ذلك مياه الشرب ومكعبات الثلج وحتى المياه المستخدمة في تنظيف الأسنان بالفرشاة. استخدام المياه المعبأة لهذه الأغراض بديل جيد. يمكن أن تساعد النظافة الجيدة (غسل اليدين) أيضًا في الوقاية من عدوى ETEC. لم يكن أليكس حريصًا بشأن طعامه أو استهلاكه للماء ، مما أدى إلى مرضه.

كانت أعراض أليكس مشابهة جدًا لأعراض الكوليرا التي تسببها البكتيريا سالبة الجرام ضمة الكوليرا ، والذي ينتج أيضًا سمًا مشابهًا لـ ST و LT. في مرحلة ما من التاريخ التطوري لـ ETEC ، سلالة غير ممرضة من بكتريا قولونية مشابهة لتلك الموجودة عادة في القناة الهضمية قد تكون قد اكتسبت الجينات المشفرة لسموم ST و LT ​​من ضمة الكوليرا. حقيقة أن الجينات المشفرة لتلك السموم يتم ترميزها على بلازميدات خارج صبغية في ETEC تدعم فكرة أن هذه الجينات تم الحصول عليها بواسطة بكتريا قولونية ومن المحتمل أن يتم الحفاظ عليها في التجمعات البكتيرية من خلال نقل الجينات الأفقي.

ارجع إلى مربع التركيز السريري السابق.

الجينوم الفيروسي

تظهر الجينومات الفيروسية تنوعًا كبيرًا في البنية. تحتوي بعض الفيروسات على جينومات تتكون من الحمض النووي كمادة وراثية. قد يكون هذا الحمض النووي منفردًا ، كما يتضح من الفيروسات الصغيرة البشرية ، أو تقطعت بهم السبل مزدوجة ، كما يظهر في فيروسات الهربس وفيروسات الجدري. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من أن جميع أشكال الحياة الخلوية تستخدم الحمض النووي كموادها الوراثية ، فإن بعض الجينومات الفيروسية مصنوعة إما من جزيئات RNA مفردة أو مزدوجة الشريطة ، كما ناقشنا. عادةً ما تكون الجينومات الفيروسية أصغر من معظم الجينومات البكتيرية ، حيث تقوم بترميز عدد قليل فقط من الجينات ، لأنها تعتمد على مضيفيها للقيام بالعديد من الوظائف المطلوبة لتكاثرها. تمت مناقشة تنوع هياكل الجينوم الفيروسي وآثارها على دورات حياة التكاثر الفيروسي بمزيد من التفصيل في The Viral Life Cycle.

تأكد من فهمك

اتصالات مايكرو

أهمية حجم الجينوم

هناك اختلاف كبير في حجم الجينوم بين الكائنات الحية المختلفة. تحتوي معظم حقيقيات النوى على كروموسومات متعددة لدى البشر ، على سبيل المثال 23 زوجًا ، مما يمنحهم 46 كروموسومًا. على الرغم من أن الجينوم البشري كبير عند 3 مليارات زوج قاعدي ، إلا أنه بعيد كل البعد عن الجينوم الأكبر. غالبًا ما تحتفظ النباتات بجينومات كبيرة جدًا ، تصل إلى 150 مليار زوج قاعدي ، وعادة ما تكون متعددة الصبغيات ، ولها نسخ متعددة من كل كروموسوم.

يختلف حجم الجينومات البكتيرية أيضًا بشكل كبير ، على الرغم من أنها تميل إلى أن تكون أصغر من جينومات حقيقية النواة (الشكل 10.28). قد تكون بعض الجينومات البكتيرية صغيرة مثل 112000 زوج قاعدي فقط. غالبًا ما يرتبط حجم جينوم البكتيريا ارتباطًا مباشرًا بمدى اعتماد البكتيريا على مضيفها من أجل البقاء. عندما تعتمد البكتيريا على الخلية المضيفة للقيام بوظائف معينة ، فإنها تفقد الجينات التي تشفر القدرات للقيام بهذه الوظائف بنفسها. تذكرنا هذه الأنواع من التعايش الداخلي البكتيري بأصول بدائية النواة للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

من منظور سريري ، تميل مسببات الأمراض داخل الخلايا الملزمة والاختيارية أيضًا إلى امتلاك جينومات صغيرة (حوالي مليون زوج أساسي). نظرًا لأن الخلايا المضيفة يمكنها توفير معظم العناصر الغذائية الخاصة بها ، فإنها تميل إلى تقليل عدد الجينات التي تشفر وظائف التمثيل الغذائي ، مما يجعل زراعتها في المختبر أمرًا صعبًا إن لم يكن مستحيلًا نظرًا لصغر حجمها ، فإن جينومات الكائنات الحية مثل المفطورة التناسلية (580.000 زوج أساسي) ، المتدثرة الحثرية (1.0 مليون) ، الريكتسيا prowazekii (1.1 مليون) ، و اللولبية الشاحبة (1.1 مليون) كانت بعضًا من الجينوم البكتيري السابق الذي تم تسلسله. على التوالي ، تسبب هذه العوامل الممرضة التهاب الإحليل والتهاب الحوض والكلاميديا ​​والتيفوس والزهري.

في حين أن مسببات الأمراض الملزمة داخل الخلايا لها جينومات صغيرة بشكل غير عادي ، فإن البكتيريا الأخرى التي لديها مجموعة كبيرة ومتنوعة من القدرات الأيضية والإنزيمية لها جينومات بكتيرية كبيرة بشكل غير عادي. الزائفة الزنجارية، على سبيل المثال ، هي بكتيريا توجد بشكل شائع في البيئة وقادرة على النمو على مجموعة واسعة من الركائز. يحتوي جينومه على 6.3 مليون زوج قاعدي ، مما يمنحه قدرة استقلابية عالية والقدرة على إنتاج عوامل الفوعة التي تسبب عدة أنواع من العدوى الانتهازية..

ومن المثير للاهتمام ، أنه كان هناك تباين كبير في حجم الجينوم في الفيروسات أيضًا ، يتراوح من 3500 زوج أساسي إلى 2.5 مليون زوج قاعدي ، وهو ما يتجاوز بشكل كبير حجم العديد من الجينومات البكتيرية. يساهم الاختلاف الكبير الذي لوحظ في أحجام الجينوم الفيروسي في زيادة التنوع الكبير لخصائص الجينوم الفيروسي التي تمت مناقشتها بالفعل.

ارتباط بالتعلم

قم بزيارة قاعدة بيانات الجينوم للمركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI) لرؤية الجينومات التي تم تسلسلها وأحجامها.

الحواشي

    المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري. "اكتمال مشروع الجينوم البشري: الأسئلة المتداولة." https://www.genome.gov/11006943. تم الوصول إليه في 10 يونيو 2016 H. Bierne et al. "علم التخلق والالتهابات البكتيرية." وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في الطب 2 لا. 12 (2012): a010272. ج. تافت وآخرون "العلاقة بين الحمض النووي غير المشفر للبروتين والتعقيد حقيقيات النوى." بيوسيس 29 لا. 3 (2007): 288-299. ن. إيفانوفا وآخرون. "تسلسل الجينوم بكتيريا سيريوس العصويه والتحليل المقارن مع عصيات الجمرة الخبيثة ". طبيعة سجية 423 لا. 6935 (2003): 87-91.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: نينا باركر ، مارك شنيغورت ، آنه هيو ثي تو ، فيليب ليستر ، بريان إم فورستر
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Microbiology
    • تاريخ النشر: 1 نوفمبر 2016
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/microbiology/pages/10-4-structure-and-function-of-cellular-genomes

    © أغسطس 20 ، 2020 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    لماذا نمذجة البيانات مهمة (ولماذا ليست كذلك)

    أصبحت قاعدة البيانات هي الكائن الآن ، ويستمر الصراع بين الإشارة والتغليف. [+] بسرعة.

    © 2018 KURT CAGLE. كل الحقوق محفوظة

    نمذجة البيانات لا تثير الشغف داخل المبرمجين. ربما لا يدرك مطور Java أو Python العادي أنهم يفعلون ذلك عندما يكتبون البرامج ، ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى أن نموذج البيانات في حد ذاته لا يفعل ذلك حقًا فعل اى شئ. ببساطة يكون. في مصطلحات علوم الكمبيوتر ، فعل الأشياء هي السمة المميزة للغات الأمر (الأمر) الموجهة ، بينما ببساطة يجرى يكون تصريحي (التأكيد أو الوجود) البرمجة الموجهة.

    الأشياء "المثيرة" التي يحبها المبرمجون هي جعل الأشياء تحدث - في أعماقهم ، بدأ كل مبرمج بدايته لأنهم أرادوا كتابة ألعاب الفيديو. إن رؤية صفحة ويب أو تطبيق ينبض بالحياة هي اللحظة التي يعيش فيها المبرمجون ، وللوصول إلى هناك ، يجب أن يكون لديك شيء يحرك تلك الأجزاء.

    يتذكر أولئك منا الذين هم في منتصف الخمسينيات وما فوق عندما لم تكن البرمجة الشيئية موجودة. كان لديك "أنواع" ، والتي كانت في الأساس حزمًا ثابتة من المتغيرات ذات الصلة ، وكل منها قد يحتوي على متغيرات أخرى في مصفوفات أو جداول تجزئة ، ومعظم الخوارزميات التي كتب عنها دون كنوث تضمنت كيفية تعاملك مع البيانات الموجودة في تلك الأنواع لتغييرها إلى أخرى الأنواع ، والتي تم تغذيتها بعد ذلك على شكل هياكل بيانات في التعليمات التي ستقرأ معلومات هذا النوع لإنشاء التأثير الجانبي المناسب.

    ما فعله ظهور Smalltalk و C ++ و Java وغيرها من اللغات المماثلة هو فرض قدر معين من الانضباط على كيفية عمل هذه الهياكل. أولاً ، قدم مفهوم أ فصل، حيث بدلاً من تمرير هياكل الكتابة إلى وظائف محددة في مكتبة ، قلبت ذلك من خلال بنية البيانات الحية داخل الفصل.

    هذه الفكرة تسمى التغليف، قد يبدو تافهاً اليوم ، لكن تأثيره كان مشابهًا تقريبًا لما حدث قبل ثلاثة مليارات ونصف المليار سنة عندما طورت السلاسل الحرة العائمة من الحمض النووي الريبي الأساسي ، أجهزة الكمبيوتر البيولوجية الأساسية ، مجموعة من الترميزات التي استخدمت الحمض النووي الريبي لبناء جدران خلوية أولية من البروتينات. من بين أمور أخرى ، قدم هذا طبقة من الحماية بحيث يمكن أن يبدأ الحمض النووي الريبي في الاستمرار لفترة كافية للتمييز وبناء قدرات أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طفرة طفيفة لأحد النيوكليوتيدات الأربعة التي تشكل الحمض النووي الريبي (RNA) ، وإدخال مجموعة الميثيل التي حولت اليوراسيل إلى ثايمين ، جعلت من الممكن للحمض النووي الريبي المعدل إنشاء حبلا مزدوجًا دائمًا وبالتالي الحفاظ على استقراره بما يكفي للتكاثر. جعل التغليف من الممكن للكيمياء أن تصبح بيولوجيا.

    في هذا الصدد ، هناك تشابه حقيقي للغاية هنا بين فئة ومثال. الفئة هي الحمض النووي - فهي تحدد الهياكل المختلفة التي يجب أن يمتلكها مثيل معين ، وتصف كيفية انتقالها من حالة إلى أخرى (حيث تشير الحالة إلى وجه متغير داخلي معين في أي وقت معين). الصنف ليس هو المثال - الخيط الخيطي لجزيء الحمض النووي ليس بأي حال من الأحوال نفس الشيء مثل الشخص المكون من جميع الخلايا المشفرة في ذلك الحمض النووي - ولكن الفئة ضرورية للشخص لوجوده.

    في المجال البيولوجي ، لا يأتي أي شيء مجانًا - فأنت بحاجة إلى مواد خام لإنشاء أشياء مثل البروتينات ، كما تحتاج أيضًا إلى مصادر طاقة ، عادةً في شكل سكريات ، جنبًا إلى جنب مع آلية لتحويل مصدر الطاقة هذا إلى الطاقة اللازمة لبناء تلك البروتينات. في الخلية ، يتم تحقيق ذلك بشكل عام عن طريق adenotriphosphate ، والمعروف أكثر بالاختصار ATP. في العالم الرقمي ، تأتي الطاقة في شكل دورات كمبيوتر تعمل بالكهرباء ، وتعمل على هياكل بيانات أبسط لإنشاء هياكل أكثر تعقيدًا. (بالمناسبة ، هذه الاستعارة متسربة للغاية ، لذا احمل معي هنا).

    الكائنات ، التي أنشأتها الطبقات ، لها حالة داخلية. أحد الجوانب الأخرى للتغليف هو الفكرة القائلة بأن الحالة الداخلية "مخفية" بشكل عام. بمجرد وضع معلومات الحالة في تغليف ، تختفي هذه المعلومات لجميع المقاصد والأغراض. ما تبقى هو الإشارات التي يصدرها كائن معين ("تغيرت حالتي الداخلية!" ، ويعرف أيضًا باسم الأحداث) ومعالجات للإشارات التي يمتصها الكائن من البيئة الخارجية (الطرق). إن استدعاء طريقة على كائن ما هو ببساطة شكل متخصص من معالج الأحداث.

    التغليف (أكثر بكثير من الوراثة أو تعدد الأشكال) الذي يحدد الفئات ، ومع ذلك فإن ضعف التغليف هو أن ما يوجد على شكل سلسلة من الأمثلة الطبقية في الذاكرة لا يستمر بالضرورة بشكل جيد عندما يحتاج إلى تجميده في نوع من وسائط التخزين. أنواع مختلفة من أجهزة الكمبيوتر وأنظمة التشغيل واللغات لها طرق مختلفة لتمثيل الكائنات الثنائية ، ويتضاعف هذا عندما تحتاج إلى تخزين حالة تسمح لك "بإحياء" كائن متجمد في بيئة مختلفة تشغل تطبيقًا مختلفًا.

    التسلسل هي عملية تحويل سلسلة من الكائنات إلى تنسيق دائم ، وهي مفتاح لأشياء مثل كتابة كائن إلى قرص أو إلى قاعدة بيانات أو إلى تدفق. يسمى المعكوس ، قراءة تسلسل لإنشاء سلسلة من الكائنات تفسير. في الكائنات المستقلة ، نادرًا ما يتم إجراء التسلسل والتحليل نسبيًا ، عادةً في الوقت الذي تقوم فيه بحفظ ملف أو تحميله ، على التوالي. ومع ذلك ، في اللحظة التي يبدأ فيها تطبيقك في أن يصبح جزءًا من شبكة أوسع ، ينتهي الأمر بالتسلسل والتحليل بلعب دور أكبر بكثير ، حيث يصبح هذا الدور أكثر أهمية كلما ارتفعت مجموعة الشركات التي تتحدث عنها وكلما زاد عدد الأشخاص الذين يستخدمون ليس فقط البيانات ولكن النموذج نفسه.

    ظهرت نمذجة بيانات المؤسسة مؤخرًا نسبيًا فقط (خلال العقد الماضي أو نحو ذلك) حيث أصبح نطاق التطبيقات كبيرًا بما يكفي بحيث تصبح المفردات المتسقة ضرورية. تم إجراء معظم هذه المفردات المبكرة باستخدام XML ، ولكن في حين أن XML رائع كآلية للاحتفاظ بمحتوى هرمي منظم (أفضل بكثير من قواعد البيانات العلائقية) ، إلا أنه يعمل بشكل أقل جودة عند التعامل مع المراجع إلى الكائنات المشتركة. إنه أحد الأسباب الكبيرة التي جعلت معظم جهود المؤسسات القائمة على XML قد حققت نجاحًا في أحسن الأحوال فقط بشكل شبه ناجح.

    لقد ظهر RDF ، إطار وصف الموارد ، كأداة مفضلة للقيام بمثل هذه النمذجة على مستوى المؤسسة. إنه يعمل عن طريق تقسيم هياكل البيانات إلى عبارات بسيطة يمكن بعد ذلك ربطها معًا في مجموعات البيانات المرتبطة المعروفة باسم الرسوم البيانية. يوضح ما يلي كيف قد يبدو أحد هذه الرسوم البيانية (للعميل):

    نموذج (أو بالأحرى نموذج) يوضح كيف يمكن تصميم نموذج للعميل.

    © 2018 كورت كاغل. كل الحقوق محفوظة.

    كل من المستطيلات الدائرية باللون الأزرق عبارة عن "عُقد" في الرسم البياني ، تمثل الكيانات وأشياء مثل الأشخاص والأماكن والمؤسسات وما إلى ذلك. يمثل اللون الأخضر الداكن العقد الأكثر وصفية ، وعادة ما تقع في مجال البيانات المرجعية. يصنفون المعلومات بشكل فعال باللون الأزرق. تمثل الحقول الصفراء بدورها بيانات حرفية - سلاسل نصية وأرقام وتواريخ وما إلى ذلك ، وعادة ما تكون مؤهلة بنوع من نوع البيانات (المربعات الخضراء ذات الأسهم).

    تمثل الأسهم العلاقات بين الأنواع الأخرى من العقد. فكر في جدول بيانات يعرض جدول محتوى ، حيث يمثل كل صف عنصرًا واحدًا من نوع معين في الجدول ، ويمثل كل عمود علاقة ، وتمثل كل خلية قيمة أو ارتباطًا بإدخال آخر في ورقة أخرى من المصنف ، وكل تمثل الورقة (الجدول) فئة من نوع ما. من أي من هذه العقد ، يمكنك بعد ذلك الحصول على منظور لما يبدو عليه نموذج البيانات من ملف سياق الكلام من تلك العقدة.

    الرسم البياني أعلاه ليس في حد ذاته نموذج البيانات. بدلا من ذلك ، هذا ما يسمى ب نموذج، مثال يوضح ما سينتجه نموذج البيانات بمجرد ملئه بالبيانات ، ويتم التعبير عنه في تمثيل Tinker Toy. ومع ذلك ، يحتوي النموذج على ما تتوقع أن تجده في النموذج - معلومات تخطيطية وتعليقات توضيحية حول الفئات والخصائص والقيود (إنها ليست مجرد شرح ذاتي من الناحية المرئية). ما يجعل RDF استثنائيًا للغاية هو أنه إطار عمل تجريدي ، بحيث يمكنك تمثيل نفس المعلومات بطرق مختلفة ، من الرسوم البيانية إلى الملفات النصية إلى XML و JSON وحتى جداول البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك أيضًا التعبير عن النموذج نفسه بنفس الطريقة ، مما يعني أن النموذج يصبح مجرد جزء آخر من الرسم البياني الكلي.

    باستخدام RDF (ونظام الدلالات بالكامل) ، يمكنك مزج البيانات والبيانات الوصفية ، مما يقلل من مقدار الافتراضات التي يجب إجراؤها حول البيانات نفسها. يمكن لمثل هذا النموذج القيام بأشياء مثل ترميز الأنواع المتوقعة من الوحدات (متر مقابل قدم) ، أو العملات (الدولار الأمريكي مقابل الين الياباني) ، ويمكن أن يوفر تعليقات توضيحية وصفية ، وإشارات إلى أحكام محددة لمعيار أو عقد (مما يجعل الدلالات و التقنيات التكميلية blockchain). يمكنك أيضًا استخدام RDF لإدارة واحدة من أكثر المشاكل المزعجة في إدارة بيانات المؤسسة - دقة المعرفات القادمة من أنظمة مختلفة لتمثيل نفس الشخص أو المكان أو الشيء.

    تصبح هذه القدرة على إحالة البيانات الوصفية مهمة في مجال آخر: إنشاء ارتباط بين مفهوم الأعمال والتنفيذ الفني لهذا المفهوم. كثيرًا ما يعمل محللو الأعمال مع "قواميس البيانات" ، وهي مفاهيم محددة يريدون التقاطها ، ولكن غالبًا ما يكون هناك انفصال حقيقي بين مصطلحات الأعمال المستخدمة وتمثيل تلك البيانات في تطبيقات مختلفة. يمكن أن توفر الدلالات الارتباط الضروري لضمان إدارة أكثر اتساقًا بين C-Suite و Server Room.

    ومع ذلك ، فإن الدلالات - واستخدام نموذج موحد - تأتي أيضًا مع تكاليفها ونظمها الخاصة. من الممكن بناء نماذج بيانات دلالية قادرة على توحيد أنظمة البيانات الخارجية ، ولكن غالبًا ما يكون لها تكاليف أداء كبيرة ، مما يجعلها مفيدة ربما لعمليات الاستيعاب لمرة واحدة ولكن ليس بالضرورة لاستعلامات البيانات المعقدة. بدلاً من ذلك ، من الأفضل عادةً إنشاء نموذج بيانات موزع حول مبادئ البيانات المرتبطة المفتوحة ، حيث تقوم بإنشاء عدة عقد تشترك في نموذج موحد وتعمل مع RDF بشكل جوهري ، وتحميل في كل عقدة مجموعة فرعية من المعلومات التي تستخدمها المؤسسة بالترتيب لتوفير إدارة بيانات أكثر فعالية (موضوع لمقال مستقبلي).

    لذا ، بالنظر إلى ذلك ، هل تحتاج إلى نموذج بيانات مؤسسي؟ إذا كنت تقوم ببناء تطبيق قائم بذاته إلى حد ما حيث لا توجد إعادة استخدام كبيرة للبيانات ، فغالبًا ما تؤدي نمذجة البيانات إلى نتائج عكسية. من ناحية أخرى ، إذا كانت مؤسستك كبيرة بما يكفي ومتنوعة بدرجة كافية حيث تعمل الإدارات المختلفة مع جوانب مختلفة لنفس مجموعة الموارد ، فيمكن أن يكون نموذج البيانات مهمًا لتبادل البيانات ، خاصة وأن الحدود التي تجعل OOP يعمل في لا يعمل المستوى الجزئي عادةً بشكل جيد عند الحديث عن الأنظمة المعقدة.

    في الواقع ، من الممكن أن نكون على مستوى حسابي حيث يتم الآن إعادة حدوث نفس العمليات التي دفعت إلى تغليف البيانات في كائنات بناءً على الفئات في المقام الأول ، ولكن الآن على مستوى المؤسسة. في الوقت الحالي ، يقع هذا التخصص على مستوى الاصطلاح الدلالي ، ولكن مع بدء كل من التعلم الآلي ، و blockchain ، وإنترنت الأشياء ، والتقنيات المماثلة في التقارب ، قد يكون من الجيد جدًا أن هناك نموذجًا جديدًا يتطور للتعامل مع مثل هذه الأنظمة الماكروسكوبية للكائنات. .


    الحمض النووي معاد التركيب

    10.7.3 التهجين باستخدام مجسات الحمض النووي المزدوج الشريطة

    يمكن أيضًا إجراء التهجين باستخدام مسبار dsDNA المحضر بواسطة ترجمة نيك. عند استخدام درجة حرارة تهجين تبلغ 68 درجة مئوية في محلول مائي أو 42 درجة مئوية في فورماميد بنسبة 50٪ ، فإن Maniatis et al. (1982) أوصى باستخدام المعادلة التالية لتقدير مقدار الوقت لتحقيق التهجين نصف الكامل:

    أين X هي كمية المسبار المضافة إلى تفاعل التهجين (بالميكروجرام) ص هو تعقيد المسبار ، والذي يتناسب بالنسبة لمعظم المجسات مع طول المسبار ، بالكيلو بايت و ض هو حجم تفاعل التهجين (بالمل).

    يتم تحقيق التهجين الكامل تقريبًا بعد ثلاثة أضعاف ر1/2 فترة.

    المشكلة 10.18 توضع المرشحات المعدة لتهجين البلاك في كيس بلاستيكي بسعة 15 مل من محلول تهجين مائي و 0.5 ميكروغرام من مسبار مترجم بالنيق بطول 7500 نقطة أساس. يسمح للتهجين بالاستمرار عند 68 درجة مئوية. إلى متى يجب أن يستمر تفاعل التهجين حتى يستهدف المسبار التهجين الكامل تقريبًا؟

    الحل 10.18

    باستخدام المعادلة السابقة ، X 0.5 ميكروغرام ص تساوي 7.5 كيلو بايت (7500 نقطة أساس = 7.5 كيلو بايت) ، و ض 15 مل. يعطي وضع هذه القيم في معادلة التهجين نصف الكامل

    لذلك ، يكون تفاعل التهجين نصف كامل خلال 9 ساعات. يمكن السماح للتفاعل بالاستمرار لمدة ثلاثة أضعاف (27 ساعة) لضمان التهجين الكامل تقريبًا.


    الحمض النووي غير المرغوب فيه - ليس عديم الفائدة بعد كل شيء

    متعلق ب

    نفاية. قاحل. لا يعمل. المادة المظلمة. هذه هي الطريقة التي وصف بها العلماء 98٪ من الجينوم البشري الذي يقع بين 21000 جينة لدينا ، منذ أن تم تسلسل الحمض النووي لدينا لأول مرة منذ حوالي عقد من الزمان. كانت خيبة الأمل في تلك التوصيفات مقصودة وملموسة.

    كان من المعتقد أن الجينوم البشري - أسس مخطط الحديث ، وبناء الإمبراطورية ، والأنواع المتطورة اجتماعيًا التي نحن عليها - سوف تكون محشوة بجينات متطورة ، ترميز البروتينات الهامة ذات التعقيد الذي لا مثيل له. ولكن عندما قيل وفعل كل شيء ، حدد مشروع الجينوم البشري أخيرًا التسلسل الكامل للحمض النووي الخاص بنا في عام 2001 ، وجد الباحثون أن 3 مليارات زوج قاعدي تتألف من 21000 جينة فقط تشكل 2٪ تافهة من الجينوم بأكمله. البقية ، كما اعترف علماء الوراثة بإحراج غير مخفي ، كانت أرضًا بيولوجية قاحلة.

    لكن اتضح أنهم كانوا مخطئين. في سلسلة رائعة تتكون من أكثر من 30 ورقة بحثية منشورة في عدة مجلات ، بما في ذلك طبيعة سجية, أبحاث الجينوم, بيولوجيا الجينوم, علم و زنزانة، أفاد العلماء الآن أن هذه الامتدادات الشاسعة من الحمض النووي الظاهر & # 8220junk & # 8221 هي في الواقع مقر نشاط التحكم الجيني الحاسم - التغييرات التي تساهم في مئات الأمراض الشائعة.تأتي البيانات الجديدة من مشروع Encyclopedia of DNA Elements ، أو ENCODE ، وهو مسعى بقيمة 123 مليون دولار بدأه المعهد الوطني لبحوث الجينوم البشري (NHGRI) في عام 2003 ، والذي يضم 442 عالمًا في 32 مختبرًا حول العالم.

    كشف ENCODE أن حوالي 80٪ من الجينوم البشري نشط كيميائيًا حيويًا. "الشيء اللافت للنظر هو مدى قيام [الجينوم] بشيء ما على الأقل. لقد غيرت تصوري للجينوم ، & # 8221 يقول إيوان بيرني ، منسق التحليل الرئيسي في ENCODE من المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية.

    بدلاً من أن تكون خاملة ، تحتوي أجزاء الحمض النووي التي لا ترمز للجينات على حوالي 4 ملايين مما يسمى مفاتيح الجينات ، وعوامل النسخ التي تتحكم في وقت تشغيل جيناتنا وإيقافها ومقدار البروتين الذي تصنعه ، ولا تؤثر فقط على جميع الخلايا و الأعضاء في أجسامنا ، ولكن القيام بذلك في مراحل مختلفة من حياتنا. في مكان ما وسط 80٪ من الحمض النووي ، على سبيل المثال ، تكمن التعليمات التي تقنع خلية غير ملتزمة في الجنين النامي بتشكيل عصبون دماغي ، أو توجيه خلية في البنكرياس لإنتاج الأنسولين بعد الوجبة ، أو توجيه خلية الجلد إلى برعم واستبدل السلف الذي انسلخ.

    "ما تعلمناه من ENCODE هو مدى تعقيد الجينوم البشري ، وتصميم الرقصات المذهل الذي يجري مع العدد الهائل من المفاتيح التي تصمم كيفية استخدام الجينات ،" قال إريك جرين ، مدير NHGRI ، للصحفيين خلال مؤتمر عبر الهاتف يناقش الموجودات. "لقد بدأنا في الإجابة على أسئلة أساسية مثل ما هي الأجزاء العاملة في الجينوم البشري ، وقائمة أجزاء الجينوم البشري وماذا تفعل هذه الأجزاء."

    إذا كان مشروع الجينوم البشري قد أسس أحرف الجينوم البشري ، فإن ENCODE يقدم سرد الرواية الجينية عن طريق تشكيل سلاسل من الحمض النووي إلى كلمات جزيئية ذات معنى تحكي معًا القصة ليس فقط كيف نصبح من نحن ، ولكن كيف نحصل على مريض كذلك.

    منذ أن تم تعيين الجينوم البشري على الخريطة ، كان العلماء ينقبون عنه بحثًا عن أدلة على المحفزات الجينية وفي النهاية علاجات لمجموعة متنوعة من الأمراض - أمراض القلب والسكري وانفصام الشخصية والتوحد ، على سبيل المثال لا الحصر. لكن المئات مما يسمى بدراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) التي قارنت الحمض النووي للأفراد الأصحاء بأولئك المصابين بأمراض معينة كشفت أن التغييرات ذات الصلة في الحمض النووي لم تكن تحدث في الجينات نفسها ، ولكن في الجينات السوداء غير المشفرة ثقوب. حتى الآن ، لم يفهم الباحثون تمامًا ما تفعله هذه المناطق غير المشفرة إذا لم تكن الاختلافات في هذه المناطق جزءًا من جين معروف ، ولم يتمكنوا من تحديد تأثير التغيير الجيني ، إن وجد.

    سيسمح الترميز ، الذي يوفر خريطة لتلك المحولات الجينية ، للعلماء الآن بتحديد ما تفعله هذه المتغيرات بالضبط ، ومن المحتمل الآن أن وظيفتها في تنظيم الجينات الرئيسية والتحكم فيها يمكن تتبعها ودراستها - ونأمل أن يتم التلاعب بها لعلاج أي مرض تساهم فيه . قال الدكتور جون ستاماتويانوبولوس ، الأستاذ المشارك في الطب وعلوم الجينوم في جامعة واشنطن ، خلال المؤتمر الهاتفي: "نحن بحاجة إلى إعادة النظر في تفسير تلك الدراسات". "في كثير من الحالات ، خلصت هذه الدراسات إلى أن 10 أو 15 نوعًا مختلفًا قد تكون مهمة لمرض معين. تشير بيانات الترميز إلى حقيقة أن هذا ربما يكون أقل من الواقع بشكل كبير ، وأنه قد يكون هناك العشرات ، بل المئات من المتغيرات التي تهبط في المفاتيح ، لذلك هناك كمية هائلة من المعلومات لا تزال مخفية في تلك الدراسات والتي تحتاج إلى إعادة تحليل في سياق بيانات جديدة."

    حرصًا على تفعيل معرفتهم العلمية الجديدة ، بدأ العلماء بالفعل بعض هذه الدراسات. في جامعة واشنطن ، وجد Stamatoyannopoulos وزملاؤه أن التغيرات الجينية التي حددها GWAS على أنها متورطة في 17 نوعًا مختلفًا من السرطان يبدو أنها تؤثر على ما يقرب من عشرين عاملاً من عوامل النسخ التي تترجم الحمض النووي الخام إلى الحمض النووي الريبي الذي يتحول إلى بروتينات وظيفية. قد يؤدي هذا الخيط الجزيئي المشترك إلى علاجات جديدة تتحكم في وظيفة عوامل النسخ هذه ليس فقط في سرطان واحد ولكن في جميع أنواع السرطان السبعة عشر ، بما في ذلك أمراض المبيض والقولون والثدي. وقال للصحفيين "هذا يشير إلى أن العديد من السرطانات قد يكون لها استعداد وراثي أساسي مشترك." "لذلك يمكننا إجراء روابط بين الأمراض ودوائر التحكم في الجينوم لفهم العلاقات التي لم يكن هناك في السابق أي دليل على أي صلة بين الأمراض."

    قد يلقي الترميز الضوء بشكل كبير على الأمراض المزمنة الأكثر شيوعًا ، بما في ذلك مرض السكري وأمراض القلب وارتفاع ضغط الدم ، والتي تنتج عن وصفة معقدة من الاختلال الوظيفي ، ليس فقط في جينات مفردة مثل ، ولكن في مجموعة متنوعة من الهرمونات والإنزيمات وعوامل التمثيل الغذائي الأخرى. قد تفسر التغييرات في طريقة تشغيل بعض الجينات أو إيقاف تشغيلها الجزء الأكبر من هذه الحالات ، وفي النهاية تجعلها أكثر قابلية للعلاج. & # 8220 بشكل عام ، نعتقد أن الأمراض النادرة قد تكون ناجمة عن طفرات في البروتين [أو الجينات] منطقة الترميز ، & # 8221 يقول جرين ، في حين أن & # 8220 الأمراض المعقدة الأكثر شيوعًا قد تُعزى إلى التغيرات الجينية في المفاتيح . & # 8221

    في مثال آخر على قوة ENCODE ، يقول بيرني إن الموسوعة الجينية حددت أيضًا عائلة جديدة من المنظمين الذين يؤثرون على مرض كرون ، وهو اضطراب في المناعة الذاتية يتسبب في تشغيل الخلايا المناعية في الجسم للخلايا المعوية. يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى علاجات جديدة قد تكون أكثر فعالية. قال بيرني: "كان لدي المزيد من الباحثين السريريين الذين حضروا إلى منزلي في العامين الماضيين أكثر من العشر سنوات السابقة". & # 8220 سيكون من الممتع حقًا إنتاج الكثير من الأفكار حول المرض خلال العامين المقبلين ".

    لا يفتح الترميز الأبواب أمام علاجات جديدة فحسب ، بل يعزز أيضًا فهمنا الأساسي للتنمية البشرية. تكمن الرغبة في فهم كيف أن كل خلية في أجسامنا ، من تلك التي تشكل شعرنا إلى تلك الموجودة في أظافر أصابعنا ، في قلب العديد من التحقيقات التي أجراها باحثون وراثيون ، يمكن أن تحتوي على جينومنا بالكامل ومع ذلك لا يزال بإمكانها الظهور والعمل في مثل هذا. طرق متباينة على نطاق واسع. علم علماء الترميز و # 8217s أن آليات تنظيمية معينة تملي متى وأين تم التعبير عن جينات معينة وبأي كمية من أجل إحداث تنوع الخلايا والأنسجة التي يتكون منها جسم الإنسان ، لكن حتى أنهم فوجئوا بمدى تعقيد الجينات. تبين أن الكوريغرافيا. يقول مايكل سنايدر ، مدير مركز علم الجينوم والطب الشخصي في جامعة ستانفورد وعضو فريق ENCODE: "يتفاجأ معظم الناس بوجود عناصر تحكم تنظيمية في ترميز الحمض النووي ، أو تبديل عناصر الجينات ، أكثر من الجينات نفسها" ، قال هيلث لاند.

    تماشيًا مع نموذج الوصول المفتوح الذي أنشأه مشروع الجينوم البشري ، تتوفر بيانات ENCODE بالكامل للباحثين مجانًا على موقع الاتحاد على الويب. ستعمل قاعدة البيانات بلا شك على تغذية الاهتمام المتجدد بالنُهج القائمة على الجينوم لتشخيص الأمراض وعلاجها. على الرغم من الإثارة الأولية في هذا المجال ، في السنوات التي تلت رسم خريطة الجينوم ، ثبت أن العلاجات الموجهة بالجينات وأساليب العلاج الجيني لعلاج المرض من الصعب أن تجلب للعيادة جزءًا من التحدي ، كما يقول علماء الوراثة الآن ، ربما كان مرتبطًا بـ حقيقة أنهم لم يفهموا تمامًا كيفية التحكم في الجينات التي تأثرت بالمرض.

    قال بيرني: "أنا متأكد من أن هذا هو علم هذا القرن". "سنعمل على تحديد كيفية صنع البشر ، بدءًا من دليل التعليمات البسيط." وربما نتوصل & # 8217ll إلى معرفة كيفية جعل البشر أكثر صحة أيضًا.

    أليس بارك كاتبة في TIME. يمكنك العثور عليها على Twitter علىaliceparkny. يمكنك أيضًا متابعة المناقشة على صفحة TIME على Facebook وعلى Twitter علىTIME.


    تحطيم الحمض النووي غير المرغوب فيه: سيئ السمعة 80٪

    لاحظت الأسبوع الماضي بعض العناوين الزائدية المصاحبة للنشر المنسق لعدد كبير من مجموعات البيانات من مشروع ENCODE. يبدأ ملخص ورقة المستوى الأعلى على النحو التالي:

    يقوم الجينوم البشري بترميز مخطط الحياة ، لكن وظيفة الغالبية العظمى من قواعده البالغ عددها ثلاثة مليارات غير معروفة. قام مشروع موسوعة عناصر الحمض النووي (ENCODE) بتعيين مناطق النسخ بشكل منهجي وترابط عامل النسخ وبنية الكروماتين وتعديل الهيستون. مكنتنا هذه البيانات من تعيين وظائف كيميائية حيوية لـ 80٪ من الجينوم ، ولا سيما خارج مناطق ترميز البروتين المدروسة جيدًا. 1/

    على أمل فك هذه الجمل ، كنت أقرأ عن تنظيم الجينات. هذا الجهد المتواضع ينبع من أكثر من الفضول الأكاديمي. إذا تم تصديق الصحافة الشعبية وحتى بعض الصحافة العلمية ، فقد طرد ENCODE & # 8220 junk DNA & # 8221 من مجموعة المعرفة العلمية. 2/ الضوء الساطع يتلألأ فجأة على & # 8220 المادة المظلمة & # 8221 من الجينوم (لتقديم استعارة قذرة أخرى) 3/ يثير علامة استفهام عملاقة لنظام العدالة الجنائية. لطالما أصرت سلطات إنفاذ القانون على أن مقتطفات الحمض النووي المستخدمة لإنشاء ملفات تعريف هوية الحمض النووي ليست سوى وظيفة & # 8220 غير مهمة. & # 8221 4/ الآن ، وفقًا لـ نيويورك تايمز مراسلة العلوم جينا كولاتا ،

    عندما بحث العلماء في أجزاء & # 8220 junk & # 8221 & # 8212 من الحمض النووي التي ليست جينات فعلية تحتوي على تعليمات للبروتينات & # 8212 ، اكتشفوا نظامًا معقدًا يتحكم في الجينات. 80 في المائة على الأقل من هذا الحمض النووي نشط ومطلوب. & # 8230 [ ] & # 8230 كان الفكر قبل بدء المشروع ، كما قال توماس جينجراس ، باحث التشفير من مختبر كولد سبرينج هاربور ، هو أن 5 إلى 10 في المائة فقط من الحمض النووي للإنسان يتم استخدامه بالفعل. 5/

    يشير تجاور النسب المئوية هذا إلى أن المجتمع العلمي قد تحول من وجهة النظر القائلة بأن & # 8220 فقط 5 إلى 10 بالمائة & # 8221 من الجينوم يعمل (& # 8220 مطلوب & # 8221 للكائن الحي ليعمل بشكل طبيعي) إلى الإدراك المفاجئ أن 80٪ يسقط في هذه الفئة.

    لكن كلما قرأت أكثر ، أصبح من الواضح أن هذا الوصف للانتقال الطوري المفاجئ في العلم غير دقيق إلى حد كبير. وصف ستيف سالزبيرج ، عالم الإحصاء الحيوي بجامعة جونز هوبكنز ، في مقابلة استفزازية عبر بودكاست Simply Statistics ، الرقم 80٪ الذي تم الترويج له في ورقة ENCODE بأنه غير مسؤول. 6/ ورأى عالم الكيمياء الحيوية في جامعة تورنتو لورانس موران أنه تكرار لأداء إشكالي مشابه قبل خمس سنوات ، في ختام المرحلة التجريبية لبرنامج الترميز (ENCODE). 7/ رداً على الانتقادات ، أوضح رئيس مشروع ENCODE إيوان بيرني المعرفة الجديدة بهذه الطريقة:

    بعد كل شيء ، 60 ٪ من الجينوم مع التعليق التوضيحي الجديد المفصل يدويًا (GenCode) هو إما exonic أو intronic ، ومن المتوقع أن يشير عدد من فحوصاتنا (مثل PolyA-RNA و H3K36me3 / H3K79me2) إلى كل النسخ النشط. لذا فإن رؤية 20٪ إضافية فوق هذه النسبة المتوقعة البالغة 60٪ ليس مفاجئًا. 8/

    & # 8220 ليس من المستغرب جدا & # 8221؟ ضخمة 60٪ & # 8211 ليست ثانوية 5 أو 10٪ & # 8211 هل تم تقديرها بالفعل & # 8220 نشط & # 8221؟ ما الذي يجري هنا؟

    تكمن الإجابة في تعريف بعض المصطلحات الأساسية (مثل exons ، و introns ، والنسخ) وتتطلب فهمًا أوليًا لأساسيات التعبير الجيني وتنظيمه في البشر. يقدم هذا المنشور المصطلحات والمفاهيم الأساسية. سيتم تطبيقهم على تكملة لشرح معنى ENCODE & # 8217s & # 8220 تعيين وظائف كيميائية حيوية لـ 80٪ من الجينوم & # 8221. يمكن لأي شخص يعرف ما تفعله نسخ الحمض النووي الريبي وعوامل النسخ تخطي هذا الجزء الأول (أو يمكنه قراءته لإعلامني بأخطاءي).

    لتجنب التشويق ، سأضع استنتاجاتي هنا والآن: (1) إذا كان ENCODE يعطي رقمًا واضحًا لنسبة مئوية من الجينوم الذي ينظم الجينات & # 8211 المروجين ، والمحسنات ، وكواتم الصوت ، و ncRNA & # 8220genes ، & # 8221 وهكذا على & # 8211 لم أجده بعد (2) هذا الرقم يكاد يكون أقل من رقم 80٪ المبلغ عنه للوظائف و (3) & # 8220 العنصر الوظيفي & # 8221 كما هو محدد بواسطة مشروع الترميز ليس مصطلحًا واضحًا أو مباشرًا الآثار المترتبة على ادعاءات مجتمع إنفاذ القانون بأن المواقع المستخدمة في تحديد هوية الطب الشرعي ليست ترميزًا وبالتالي فهي غير إعلامية. هذه الادعاءات بعدم وجود معلومات مبالغ فيها إلى حد ما ، لكن هذه قصة أخرى. في الوقت الحالي ، أصف فقط بعض أساسيات التعبير الجيني والتنظيم.

    الجينات تصنع البروتينات. ولكن كيف؟ هناك ثلاث خطوات كبيرة (مع العديد من الأنشطة في كل خطوة): النسخ والتعديل بعد النسخ والنقل والترجمة. جميعها تشتمل على الحمض النووي الريبي (RNA) ، وهو جزيء وحيد الخيط مرتبط بالحمض النووي والبروتينات. الصورة الأساسية هي

    • النسخ إلى السلائف RNA: DNA + البروتينات & # 8211 & gt pre-mRNA (في النواة)
    • التعديل والنقل بعد النسخ: بروتينات ما قبل mRNA + و RNAs - & gt ناضجة m-RNA (في السيتوبلازم)
    • الترجمة إلى البروتين: mRNA + tRNA والبروتينات & # 8211 & gt بروتين معبر (في السيتوبلازم)

    في الخطوة الأولى الكبيرة ، يتم نسخ أزواج الجين الأساسية jot-for-jot إلى جزيء RNA (السلائف RNA ، أو pre-mRNA). في الخطوة الرئيسية الثانية ، يتم تعديل النص في نهاياته ، وتحريره لإزالة الأجزاء التي لا ترمز للبروتين الذي سيتم تصنيعه (الربط) ، ويتم نقل الحمض النووي الريبي المرسال الناضج (m-RNA) خارج النواة. في المرحلة الثالثة ، يقوم نوع آخر من الحمض النووي الريبي (نقل الحمض النووي الريبي ، أو الحمض النووي الريبي) بربط الأحماض الأمينية الفردية معًا بالترتيب الذي تمليه نسخة m-RNA لتكوين بروتين ، وبالتالي ترجمة تسلسل الحمض النووي المنعكس في الرنا المرسال إلى الحمض الأميني ترتيب البروتين. تحدث الترجمة على طاولة عمل مجهرية (ريبوسوم) مصنوعة من رنا آخر (رنا ريبوزومي أو رنا ريبوزومي).

    ولكي يحدث كل هذا ، يجب أن ينفتح الحمض النووي ، الذي يقع ملفوفًا بإحكام في الكروموسومات (في مصفوفة بروتين-دنا تُعرف بالكروماتين) ، لحدوث النسخ. وبالتالي ، فإن التغييرات في الكروماتين تنظم النسخ ، ويمكن إحداث هذه التغييرات بعدة طرق. ترتبط عوامل النسخ (البروتينات المتخصصة) بالحمض النووي. تقوم عوامل النسخ المرتبطة بعد ذلك بتجنيد إنزيم (RNA polymerase) الذي ينتج RNA. يحدث هذا داخل منطقة الحمض النووي ، المعروفة باسم المحفز ، بالقرب من بداية الحمض النووي المشفر للبروتين (الجين الهيكلي). يتأثر مستوى النسخ ببروتينات المنشط أو المثبط التي ترتبط بمناطق صغيرة أخرى (معززات وكاتمات الصوت ، على التوالي) والتي تقع أيضًا خارج الجين البنيوي. باختصار ، التفاعلات الكيميائية التي تفتح أو تغلق الكروماتين الذي يحتوي على الحمض النووي وعوامل النسخ تنظم الخطوة الأولى في عملية تحويل الحمض النووي إلى بروتين.

    في العقد الماضي ، تم اكتشاف آليات أخرى لتنظيم أو التحكم في التعبير الجيني. لا يتم نسخ العديد من تسلسلات الحمض النووي إلى مرسال RNA ، ولكن يتم نسخها إلى مجموعة متنوعة من RNAs الأخرى. يمكن اعتبار تسلسل الحمض النووي غير المشفر للبروتين كجينات لـ RNA. لمحاذاة الارتباك ، عادةً ما يطلق عليهم & # 8220 noncoding & # 8221 (ncDNA) & # 8211 لأنهم لا يرمزون للبروتين & # 8211 لكنهم بالتأكيد يرمزون لـ RNAs التي تعتبر ضرورية للترجمة & # 8211rRNA و tRNA & # 8211 و RNAs الأخرى التي تؤثر على النسخ والترجمة ، وتكرار الحمض النووي. لذلك اتضح أن الجينوم مليء بنشاط النسخ إلى الحمض النووي الريبي والأحداث الأخرى التي تغذي التعبير عن الحمض النووي (البروتين) المشفر.

    ومع ذلك ، هذا لا يعني أن كل حدث كيميائي حيوي على طول الحمض النووي مهم وظيفيًا. بعض ، ربما العديد ، النصوص غير mRNA هي مجرد & # 8220 ضوضاء. & # 8221 قد تطفو حولها لفترة من الوقت ، لكنها قد لا تفعل أي شيء باستثناء التلاشي. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر أجزاء كبيرة من الحمض النووي التي تم نسخها أثناء تكوين الرنا المرسال في النسخة الأولية (ما قبل الرنا المرسال) ولكنها لا تتحول أبدًا إلى مرنا ناضج. تتوافق هذه الأجزاء غير المستخدمة من نصوص ما قبل الرنا المرسال مع امتدادات طويلة من الحمض النووي ، تُعرف باسم الإنترونات ، والتي تقطع أجزاء الترميز الأصغر & # 8211 & # 8211 & # 8211 التي تترجم إلى بروتينات. تتم إزالة أجزاء intronic المنسوخة في البداية من pre-mRNA في عملية تسمى RNA splicing. ربما يتبدد معظم الرنا من الإنترونات. 9 /

    كل هذه المصطلحات مليئة بالفم ، لكنها مسلحة بهذا الفهم الأساسي للجينات ، والحمض النووي الريبي ، والبروتينات ، يمكننا أن نرى لماذا لا يعني الرقم 80٪ ما قد يفكر فيه المرء. سنرى أيضًا أن النسبة المقدرة من الجينوم الذي يشفر بنية البروتينات أو ينظم التعبير الجيني لم تقفز من 5 أو 10٪ إلى 80٪.

    2. على سبيل المثال ، إليزابيث بينيسي ، مشروع ENCODE يكتب التأبين لـ Junk DNA ، 337 Science 1159 (2012).

    3. على سبيل المثال ، جينا كولاتا ، بتات من الحمض النووي الغامض ، بعيدًا عن & # 8216 غير المرغوب فيه ، & # 8217 لعب دور حاسم ، نيويورك تايمز ، 5 سبتمبر 2012. من ناحية ، & # 8220 المادة المظلمة & # 8221 استعارة تحرف المادة المظلمة. يُستدل على وجود المادة المظلمة من تأثيرات الجاذبية على المادة المرئية. يُعرف وجود الحمض النووي غير المشفر من التجارب التي تكتشفه وتميزه تمامًا كما يفعلون في ترميز الحمض النووي. ربما تعني الاستعارة أن تسلسل & # 8220 المادة المظلمة & # 8221 DNA لا يمكن استنتاجه من بنية البروتين المصنوعة في الخلية. ومع ذلك ، فإن هذا يشبه القول بأن المادة المظلمة هي مادة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. وهذا ليس ما يقصده علماء الفلك بالمادة المظلمة.

    4. على سبيل المثال ، لجنة مجلس النواب للسلطة القضائية ، تقرير عن قانون القضاء على تراكم تحليل الحمض النووي لعام 2000 ، الكونغرس 106 ، الجلسة الثانية ، ممثل الموارد البشرية رقم 106-900 (1) ، الساعة 27 (& # 8220 العلامات الجينية المستخدمة بالنسبة لاختبار الحمض النووي الشرعي & # 8230 تظهر فقط تكوين الحمض النووي في المواقع المختارة & # 8216 غير المرغوب فيها & # 8217 التي لا تتحكم أو تؤثر على التعبير عن أي سمة. & # 8221) مجلس إنفاذ القانون بولاية نيويورك ، الأولويات التشريعية 2012: الحمض النووي في اعتقال ، في 5 ، http://nyslec.org/pdfs/2012/1_DNA_2012.pdf (& # 8220 تم اختيار قطع الحمض النووي التي تم تحليلها لبنك البيانات على وجه التحديد لأنها & # 8216 DNA غير هام. & # 8217).

    6. مقابلة أجراها روجر بينج مع ستيفن سالزبرج ، بودكاست حول الإحصاء البسيط ، 7 سبتمبر 2012 ، http://simplystatistics.org/post/31056769228/interview-with-steven-salzberg-about-the-encode (& # 8220Why هل يشعرون بالحاجة للقول أن 80٪ من الجينوم يعمل؟ & # 8221).

    7. لورانس إيه موران ، تفريغ بيانات الترميز ومسؤولية العلماء ، 6 سبتمبر 2012 ، http://sandwalk.blogspot.com/2012/09/the-encode-data-dump-and-responsibility_6.html (& # 8220 هذه ، للأسف ، حالة أخرى لعالم يتصرف بشكل غير مسؤول عن طريق تشويه أهمية وأهمية البيانات. & # 8221).

    8. إيوان بيرني ، الترميز: أفكاري الخاصة ، 5 سبتمبر 2011

    9. معالجة ما بعد التضفير لجزء صغير من الحمض النووي الريبي من الإنترونات يمكن أن تنتج RNAs غير مشفرة والتي قد تنظم التعبير البروتيني. Fedorova1 & amp A. Fedorov، Puzzles of the Human Genome: Why Do We Need Our Introns ؟، 6 Current Genomics 589، 592 (2005).


    ما هو كودون?

    يتكون تسلسل الجين المشفر في الحمض النووي والنسخ في الرنا المرسال من وحدات ثلاثية النوكليوتيد تسمى الكودونات ، كل منها يشفر الحمض الأميني. يتكون كل نوكليوتيد من الفوسفات ، والسكاريد الديوكسيريبوز وأحد قواعد النيتروجين الأربعة ، لذلك هناك ما مجموعه 64 (4 3) كودون محتمل.

    من بين جميع الكودونات الـ 64 ، هناك 61 ترميزًا للحمض الأميني. الثلاثة الآخرون ، UGA و UAG و UAA لا يقومون بتشفير الأحماض الأمينية ولكنها تعمل كإشارات لإيقاف تخليق البروتين ويشار إليها باسم أكواد الإيقاف. يعمل كودون الميثيونين ، AUG ، كإشارة بدء انتقالية ويسمى كودون البدء. هذا يعني أن جميع البروتينات تبدأ بالميثيونين ، على الرغم من إزالة هذا الحمض الأميني في بعض الأحيان.

    نظرًا لأن عدد الكودونات أكبر من عدد الأحماض الأمينية ، فإن العديد من الكودونات "زائدة عن الحاجة" ، أي يمكن ترميز نفس الحمض الأميني بواسطة اثنين أو أكثر من الكودونات. يتم ترميز جميع الأحماض الأمينية ، باستثناء الميثيونين والتربتوفان ، بأكثر من كودون واحد. عادة ما تختلف الكودونات الزائدة عن الحاجة في موقعها الثالث. هناك حاجة إلى التكرار لضمان وجود عدد كافٍ من الكودونات المختلفة التي تشفر الأحماض الأمينية العشرين وإيقاف الكودونات وبدء تشغيلها ، مما يجعل الشفرة الجينية أكثر مقاومة للطفرات النقطية.

    يتم تحديد الكودون بالكامل من خلال موضع البداية المحدد. يمكن قراءة كل تسلسل DNA في ثلاثة & # 8220 إطارات قراءة & # 8221 ، كل منها يعطي تسلسلًا مختلفًا تمامًا من الأحماض الأمينية اعتمادًا على موضع البداية. من الناحية العملية ، في تخليق البروتين ، يحتوي إطار واحد فقط من هذه الإطارات على معلومات مفيدة حول تخليق البروتين ، وعادة ما يؤدي الإطاران الآخران إلى توقف الكودونات التي تمنع استخدامها في تخليق البروتين المباشر. يتم تحديد الإطار الذي يتم فيه ترجمة تسلسل البروتين فعليًا بواسطة كودون البداية ، وعادةً ما يكون أول AUG مصادفًا في تسلسل الحمض النووي الريبي. على عكس أكواد الإيقاف ، فإن كود البدء وحده لا يكفي لبدء العملية. هناك حاجة أيضًا إلى الاشعال المجاورة للحث على نسخ mRNA وربط الريبوسوم.

    كان يعتقد في الأصل أن الشفرة الجينية عالمية وأن جميع الكائنات الحية تفسر الكودون على أنه نفس الحمض الأميني. على الرغم من أن هذا هو الحال بشكل عام ، فقد تم تحديد بعض الاختلافات النادرة في الشفرة الجينية. على سبيل المثال ، في الميتوكوندريا ، UGA ، والتي عادة ما تكون كودون توقف ، تقوم بتشفير التربتوفان ، في حين أن AGA و AGG ، والتي عادة ما تشفر التربتوفان ، هي رموز التوقف. تم العثور على أمثلة أخرى من الكودونات غير العادية في البروتوزوان.


    المحاضرة 10: علم الأحياء الجزيئي 1

    قم بتنزيل الفيديو من iTunes U أو Internet Archive.

    المواضيع التي تمت تغطيتها: البيولوجيا الجزيئية 1

    المدربون: البروفيسور إريك لاندر

    المحاضرة 10: Molecular Biolo.

    المحاضرة 11: Molecular Biolo.

    المحاضرة 12: Molecular Biolo.

    المحاضرة 13: تنظيم الجينات

    المحاضرة 14: Protein Localiz.

    المحاضرة 15: الحمض النووي المؤتلف 1

    المحاضرة 16: الحمض النووي المؤتلف 2

    المحاضرة 17: الحمض النووي المؤتلف 3

    المحاضرة 18: الحمض النووي المؤتلف 4

    المحاضرة 19: دورة الخلية / الإشارة.

    المحاضرة 26: الجهاز العصبي 1

    المحاضرة 27: الجهاز العصبي 2

    المحاضرة 28: الجهاز العصبي 3

    المحاضرة 29: الخلايا الجذعية / استنساخ.

    المحاضرة 30: الخلايا الجذعية / استنساخ.

    المحاضرة 31: Molecular Medic.

    المحاضرة 32: Molecular Evolu.

    المحاضرة 33: Molecular Medic.

    المحاضرة 34: الإنسان متعدد الأشكال.

    المحاضرة 35: الإنسان متعدد الأشكال.

    صباح الخير. نعم. حسنا. حسن.

    شيء لمواجهة الأيام الممطرة لدينا هنا.

    حسنا. اليوم سنقوم بتحويل مهم للغاية.

    الانتقال يعود إلى هذه الصورة.

    بالطبع ، ما نريد القيام به هو فهم الوظيفة البيولوجية من خلال اتباع نهجين مفضلين لدينا.

    فهم الكائن الحي مطروحًا منه الجين الفردي.

    فهم الكائن الحي مطروحًا منه المكون الفردي ، وفهم المكونات الفردية مطروحًا منه الكائن الحي وعلم الوراثة والكيمياء الحيوية. وكما نعلم ، انطلق عالم الوراثة في طريقهم ليجدوا طفرات ، وقاموا بمطاردات متحولة ، وصنعوا تقاطعات ، وصنعوا خرائط جينية ، وما إلى ذلك ، لم يفهموا حقًا ما علاقة هذه الجينات بأي شيء محدد في الكائن الحي ، بخلاف أنتجوا أنماطًا ظاهرية عندما تم تحورهم.

    وانطلق عالم الكيمياء الحيوية في تنقية الإنزيمات ، والعمل على المسارات البيوكيميائية ، وما إلى ذلك ، وما إلى ذلك.

    بدأنا نرى بعض الارتباط عندما تحدثنا قليلاً عن الطفرات التي تؤثر على القدرة على صنع الأرجينين وحقيقة أنها تستطيع ترميز خطوات إنزيمية مختلفة. وعلى وجه الخصوص ، سلطت الضوء على عمل أرشيبالد جاريت الذي أدرك حقًا ، في بداية القرن ، أن الطفرات الجينية بطريقة ما كانت مسؤولة عن التأثير بطريقة ما على إنتاج الإنزيمات في المسارات الكيميائية الحيوية المهمة.

    لذلك ، كان هذا نوعًا من ارتباط علم الوراثة بالبروتين ولكنه لا يزال ضعيفًا إلى حد ما. ستكون الخطوة الحقيقية التالية لربط هذين الأمرين هي إجراء الكيمياء الحيوية للجينات. إذن ، كيف سيتعامل عالم الكيمياء الحيوية مع الوراثة؟ يقوم عالم الكيمياء الحيوية بطحن الكائن الحي ، وتقسيمه إلى مكونات مختلفة ، ومحاولة العثور على الوراثة ، وتنقية الوراثة ، والحصول على مثل الحل النقي للوراثة. وهذا جنون ، أليس كذلك؟

    فكرة أنه يمكنك تنقية الوراثة ككيان بيوكيميائي لأنه مثل كيف تعرف أنك تمتلكها؟ لكن ، بالطبع ، هذا ما حدث بالضبط. هذا ما حدث ، هل تم تطوير الكيمياء الحيوية بشكل كافٍ لدرجة أن الناس كانوا قادرين في الواقع على تنقية المواد ، ليس فقط تلك التي يمكن أن تهضم سكرًا معينًا أو مواد قد ، كما تعلمون ، مثل الانزلاق من قبل بعضها البعض مثل أكتينوميسينات العضلات ، ولكن المواد التي كانت في الواقع الوراثة. وهذا بدأ التوحيد الحقيقي لهؤلاء ، وهذا هو الهدف من اليوم.

    وهذا هو مجال البيولوجيا الجزيئية. وسنغطي مناطق شاسعة من خلال توحيد هذين الحقلين المختلفين.

    نعم. لذا ، دعونا نتعمق في اكتشاف مبدأ التحويل. إنها كلمة من الطراز القديم الرائع. لا أحد يستخدم لغة كهذه اليوم.

    اكتشاف مبدأ التحويل. إذن ، هذا يبدأ ، قصة الكلب الأشعث هذه تبدأ في حوالي عام 1928 بعمل Griffiths. لم يكن لدى غريفيث اهتمام خاص بالحمض النووي أو علم الوراثة أو الكيمياء الحيوية في هذا الشأن.

    كان جريفيث مهتمًا بالبكتيريا. أراد أن يفهم البكتيريا.

    وعلى وجه الخصوص ، درس بكتيريا المكورات الرئوية ، التي يمكن أن تصيب الفئران وتقتلها. وكان مهتمًا جدًا بالآلية باستخدام هذه المكورات الرئوية التي يمكن أن تقتل الفئران.

    الآن ، اتضح أن بكتيريا المكورات الرئوية تأتي في نوعين مختلفين. الأول ، البكتيريا ، عندما نمت على طبق بتري ، أنتجت مستعمرة لامعة وناعمة ولامعة. سنسميها بكتيريا ملساء هنا.

    وهذه البكتيريا ، بالإضافة إلى كونها ناعمة ولامعة ، كانت خبيثة. أي ، إذا قمت بحقن الفأر ، فإن هذه البكتيريا ستقتل الفأر. إنها ناعمة لأنها تحتوي على معطف متعدد السكاريد المغلف حولها.

    وليس بالضرورة أن هذا هو ما يجعلها خبيثة ، على الرغم من أن لها دورًا بالفعل في ذلك ، لكن الأمر يتعلق بكونها سلسة وخبيثة. لذلك ، عندما تحقن فأرًا ، يموت الفأر لأن الفأر ليس مقاومًا لهذه البكتيريا. على النقيض من ذلك ، كانت هناك سلالات من المكورات الرئوية كانت خشنة. لم يكن لديهم نفس النوع من معطف السكاريد ، وبالتالي كان لديهم مظهر خشن للغاية. لم يلمعوا.

    وكانت هذه غير ضارة. إذا قمت بحقنها في الفأر ، فسيكون جهاز المناعة للفأر قادرًا على محاربة هذه البكتيريا الخشنة. نعم. لذلك ، أجرى جريفيث التجارب الواضحة. لذا ، خذ بعض البكتيريا ، سوف نأخذ بعض البكتيريا الخبيثة الملساء ، سنحقن في فأر. وماذا سيحدث؟

    سوف يموت الفأر. هذه واحدة من أسهل الاختبارات في المختبر.

    إنه قياس القدمين والقدمين ، لديك فأر ميت.

    نعم. الرقم اثنان. ثم خذ البكتيريا الخشنة ، وحقنها في فأر ، ماذا يحدث؟

    آسف؟ أنه يعيش. يعيش الفأر لأنها غير ضارة. نعم. الآن ، لنقم فقط ببعض الضوابط البسيطة. لنأخذ البكتيريا الملساء ونقوم بتعقيمها ، وقم بتسخينها إلى درجة حرارة عالية جدًا لقتلها.

    كيف سنعرف أنهم ماتوا؟ أنت تحاول تصفيحهم. إنهم لا يكبرون بعد الآن ، لذا فهم أموات.

    لذا ، خذ الحرارة المقتولة ، ويمكنك التحقق في المختبر من أنها ماتت ، وتم قتل الحرارة بسلاسة ، وتأكد من أنها ماتت بالفعل بسبب الحرارة ، وحقنها في الماوس.

    وماذا يحدث؟ إنها تعيش لأن ، أعني ، إنها بكتيريا ، أليس كذلك؟ نعم. أخيرًا ، نأخذ البكتيريا الخشنة غير المؤذية تمامًا ، بالإضافة إلى البكتيريا الملساء غير المؤذية تمامًا التي تقتل الحرارة ، ونحقنها في الماوس ، وماذا يحدث؟

    يموت. هذه نتيجة ملحوظة لأن البكتيريا الخشنة وحدها لن تقتل هذا الفأر والبكتيريا الملساء التي تم قتلها بالحرارة لن تقتل هذا الفأر ، لكنهم معًا يقتلون الفأر.

    هذا محير جدا. ما كان محيرًا أكثر هو عندما قمت بتشريح الفأرة ، يمكنك عزل البكتيريا الحية الملساء والخبيثة عن ذلك الفأر ، لكنك لم تضع أيًا فيها. غريب جدًا. لذلك ، ينتج عن هذا في الواقع بكتيريا حية سلسة ضارة على الرغم من عدم وجود أي منها.

    البكتيريا الفتاكة. بطريقة ما تمكنا من تكوين بكتيريا ناعمة وخبيثة على الرغم من عدم وضع أي بكتيريا هنا. لذا ، بالطبع ، حاول جريفيث أن يقول ، حسنًا ، ما الذي سمح بحدوث هذا؟

    لذلك ، يمكنه محاولة وضع البكتيريا الخشنة الميتة مع البكتيريا الملساء الميتة. هذا لا يفعل شيئًا. يجب أن يكون لديك شيء حي.

    لذا ، يجب أن يكون لديك بكتيريا خشنة حية. يمكنك بعد ذلك أن تقول لي اسمحوا لي أن آخذ البكتيريا الفتاكة الميتة وأبدأ في تجزئتها كيميائيًا حيويًا واسأل ما هو جزء من تلك المادة من البكتيريا الميتة الذي يسمح لنا بالتعافي ، حتى نمتلك هذه الخاصية المتمثلة في القدرة على إنتاج البكتيريا الفتاكة التي قتلت الفئران؟

    وهل تدرك كم هي مملة ومؤلمة هذه التجربة؟ تأخذ البكتيريا الميتة ، تقسمها إلى الكثير من الكسور البيوكيميائية المختلفة.

    لكل جزء ، كيف تختبر ما إذا كان يحتوي على الخاصية؟

    عليك أن تصطاد مجموعة من الفئران. هذا إجراء شاق للغاية. أعني أنه ، كما تعلمون ، لا يمكنك التقليل من أهمية الفحص ، ومدى أهمية التوصل إلى طرق سهلة للقيام بالأشياء حتى تتمكن من تسريع التقدم.

    حاول جريفيث بجد وبدأ تقريبًا في تنقية الكسور والحصول على معلومات حول ماهية الكسور. لكن في الواقع ، لم يؤد هذا العمل أبدًا إلى نتيجة واضحة.

    لكنها أخبرت الناس أن هناك بعض المواد التي سميت مبدأ التحويل. هذا يشبه إلى حد كبير نوعًا كيميائيًا قديمًا من الكلمات ، حيث أن المبدأ هو تركيبة كيميائية معينة للمادة ، والتي إذا كنت لا تعرف ما هي تسميته بالمبدأ الحي أو شيء من هذا القبيل.

    إذن ، ما هو هذا المبدأ المتحول؟

    حسنًا ، لقد استغرق الأمر بالفعل حوالي 15 عامًا بعد ذلك من قبل Avery و McCarty و MacLeod لفرز هذا الأمر. ما فعله أفيري ومكارتي وماكلويد كان نفس التجربة بشكل أساسي ، باستثناء الفئران.

    ما وجدوه هو أنه يمكنك أخذ البكتيريا الميتة ، ودمجها ، والبكتيريا الفتاكة الميتة ، والبكتيريا الملساء الميتة ، ودمجها مع البكتيريا الحية الخشنة ، ومن خلال دمجها بالطريقة الصحيحة في أنبوب اختبار ، ستكون قادرًا على الصفيحة. يخرج على طبق بتري وترى البكتيريا الملساء تخرج.

    الفأر بلا. لذلك ، لم يكونوا بحاجة إلى الفأر.

    هذا العمل المتسارع بشكل كبير لأنه إذا كنت قادرًا على أخذ أجزاء من البكتيريا الميتة ، وإضافتها إلى البكتيريا الحية والبحث عن وجود بعض البكتيريا الملساء الخارجة منها ، فستتمكن من العمل بسرعة أكبر. وقد فعلوا.

    وبدأوا في التطهير. وبدأوا في التنقية وحاولوا عزل الجزء الذي يحتوي على هذه القدرة الجديدة لجعل هذه البكتيريا تكتسب خاصية جديدة. وعرفوا أنهم كانوا يغيرون وراثة هذه البكتيريا.

    لقد قاموا بتحويل سمات هذه البكتيريا.

    كانوا ، في الواقع ، ينقلون الوراثة.

    وطهّروا وطهّروا وطهروا. وفي النهاية ، باختبار العديد والعديد من الكسور وجعلها أنقى وأنقى وأنقى وأنقى ، وجدوا دائمًا أن الجزء الذي يحتوي على الوراثة هو الجزء الذي يحتوي على الحمض النووي.

    الآن ، كان العمل أكثر من ذلك بكثير لأنه لا يوجد كسر نقي.

    الحمض النووي في كسور متعددة. لكن ، كما تعلم ، استمروا في محاولة تنقيته. ومن المؤكد أنها بدت مثل مبدأ التحويل. كانت خاصية القدرة على التحول هي التنقية المشتركة مع جزء الحمض النووي.

    وأنت تعرف ما كان رد الفعل على ذلك؟ حسنًا ، كان الأمر في الغالب أنهم كانوا أحمق لأن جميع الأشخاص الذين يفكرون جيدًا في التفكير الصحيح كانوا يعرفون أن الحمض النووي هو جزيء ممل تمامًا.

    لأن الجزيء المثير للاهتمام في هذا الوقت كان بروتينات.

    الجميع يعرف أن هناك زيليون ، كان هناك 20 حمضًا أمينيًا ، أتوا في مجموعات من الأعداد ، وكان لديهم جميع أنواع الأشكال والخصائص المختلفة ، والأشكال والخواص الكارهة للماء ، وهي إنزيمات. ومن الواضح أن أي شيء مهم مثل الوراثة لن يتم ترميزه في جزيء بنيوي ممل تمامًا والذي كان مجرد بوليمر طويل من أربع وحدات متطابقة تقريبًا. وهكذا ، كان نوع رد الفعل هذا مثيرًا للاهتمام ولكن يجب أن يكون هناك بعض الحيلة ، يجب أن يكون هناك خطأ ما في هذه التجربة ، سواء أكان ذلك أم لا.

    الآن ، لماذا اعتقد الناس أن الحمض النووي كان مملاً للغاية؟

    الآن ، كان الحمض النووي معروفًا منذ فترة طويلة ، منذ ستينيات القرن التاسع عشر.

    كان معروفًا الكثير من الجزيئات ، ولكن لماذا كان الحمض النووي مملًا ولماذا كانت البروتينات مثيرة نوعًا ما؟ لذلك ، من أجل ذلك ، علينا حقًا أن ننظر عن كثب إلى بنية الحمض النووي.

    أريد مراجعة بنية الحمض النووي هنا لأننا سنستخدمه كثيرًا. إذن ، الحمض النووي له ثلاثة مكونات ، كما تعلمون بلا شك. يحتوي أولاً على سكر ، أو تقريبًا سكر ، واثنين من ديوكسيريبوز رئيسيين ، واثنين من ديوكسيريبوز رئيسيين ، لذلك فهو بنتوز ، أو ديوكسي بينتوز تقريبًا. وهيكلها ، وهذا هيكل مهم. لكي تكون سكرًا حقيقيًا ، لكي تكون ريبوزًا ، يجب أن يكون لديك هيدروكسيل. يحتوي Deoxyribose فقط على هيدروجين هناك. والطريقة التي نرقم بها هذه الكربونات حول سكر الكربون الخمسة مهمة للغاية وسنتحدث عنها دائمًا ، أولًا ، واثنان رئيسيان ، وثلاثة أعداد أولية ، وأربعة ، وخمسة كربون أولي من هذا الديوكسيريبوز.

    وستلاحظ أن ثاني أكسيد الكربون هما ثاني أكسيد الكربون.

    إذن ، هذا هو السكر. المكون المهم التالي أثناء بناء الحمض النووي هو القاعدة ، حسنًا؟ تم وضع القاعدة هنا.

    الآن ، سأبدأ في تبسيط السكر.

    يتمركز. إذاً ، هناك أربعة أنواع من القواعد التي يمكن أن توضع هنا.

    وهم الأدينين ، الجوانين ، الثايمين ، السيتوزين.

    إذن ، هذا هو الجزء الثاني المهم لبناء الحمض النووي.

    الجزء الثالث المهم في بناء الحمض النووي هو صنع المونومرات المستخدمة لإنتاج الحمض النووي ، نحتاج إلى وضع ثلاثي الفوسفات. ونحن نذهب. سنأخذ سكرنا هنا ، قاعدتنا هنا ، ومن ثم من هذا الكربون لدينا فوسفاتنا. ولدينا ثلاثي الفوسفات.

    هناك نذهب. لذلك ، هذا هو المونومر المستخدم لبناء الحمض النووي.

    هذا الرجل هنا يسمى نيوكليوسيد ، لاحظ س.

    هذا الرجل هنا مع ثلاثي الفوسفات عليه يسمى نوكليوتيد.

    لا يُكتب عادةً بحرف كبير مثل هذا ، لكنني مع ذلك أشير إلى ذلك. ومن الواضح ، ما الذي سيفعله هذا ثلاثي الفوسفات لنا؟ سيوفر الطاقة للسماح لنا بصنع سلاسل DNA بوليمرية. سنقوم بتوليف التجفيف حيث نكسر اثنين من تلك الفوسفات ونستخدمها للطاقة حتى نتمكن من تحفيز سلاسل الحمض النووي المراد تصنيعها.

    نعم. الآن ، عندما تجمع النيوكليوتيدات في خيط DNA ، فإنك تفعل ذلك لإنشاء العمود الفقري لفوسفات السكر. وسترى للعديد من الجزيئات ، لا يهمني أن تعرف بنيتها جيدًا. لكن بالنسبة للبنية الأساسية للحمض النووي ، بما في ذلك العمود الفقري لفوسفات السكر ، سيكون مهمًا لكل ما نتحدث عنه. لذا ، ما يحدث هو أن لدينا سلسلة من الحمض النووي تنمو بهذا الشكل ، ولدينا OH هنا.

    لدينا قاعدتنا هنا. وأي كربون هذا؟

    خمسة ، هذا صحيح. نعم. أي كربون هذا؟ هذا.

    رائعة. هذا هو الثلاثة ، اثنان ، عدد أولي واحد.

    رائعة. نعم. نضيف إلى هذا الكربون الأساسي الثلاثة هذا ثلاثي الفوسفات الذي يكسر اثنين من الفوسفات هناك. ينكسر ثنائي الفوسفات ، البيروفوسفات. ونحصل على رابط فوسفات واحد بالوحدة الفرعية التالية من السلسلة. إذن ، ها نحن نذهب إلى الفوسفات والسكر والفوسفات والسكر. وإذا تجاهلنا هذه القواعد ، التي ، كما تعلمون ، من يهتم بهذه القواعد على أي حال ، فما لدينا هو مجرد فوسفات وسكر وفوسفات وسكر وفوسفات وسكر وفوسفات وسكر. نعم؟ إذن ، إنها بنية بسيطة للغاية.

    لا يوجد شيء يصعب تذكره حول هذا الأمر. ودائمًا ما يرتبط الفوسفات بالكربون الأساسي الثلاثة للسكر السابق وبالكربون الأساسي الخمسة للسكر التالي.

    نعم؟ لذلك ، غالبًا ما نتحدث عن سلاسل الحمض النووي التي تنمو من الطرف الخامس إلى النهاية الثلاثة. وهذا يربك علماء الأحياء غير الجزيئية بلا نهاية. ما الذي نتحدث عنه ، خمسة نهايات أولية وثلاثة نهايات أولية؟ هذا ما نتحدث عنه.

    لكن الإضافات يتم تحفيزها على الكربون الأساسي الثلاثة لهذا السكر. ينمو عند نهايته الثلاثة. إذن لديك سكر ، فوسفات ، سكر ، فوسفات ، سكر ، فوسفات. هذا كل شيء.

    كلنا انتهينا. حسنًا ، هناك قواعد ، أعتقد أيضًا ، أليس كذلك؟ لذلك ، سوف نذكر هذه القواعد.

    القواعد هي نوعان. هناك البيورينات.

    الأدينين والجوانين من البيورينات. وهناك حلقات مكونة من ستة أعضاء مع حلقة من خمسة أعضاء. وهناك قاعدتان تدعى بيريميدين ، وهما أصغر ، الثايمين والسيتوزين. وهناك ست حلقات أعضاء. ولديهم بعض الكربون وبعض النيتروجين وبعض الأكسجين وبعض الهيدروجين.

    لكن ، عليك أن تعترف أنه مقارنة بالبروتينات ، هذا ممل جدًا. إنها مجرد سلسلة طويلة من فوسفات السكر. واثنين من البيورينات ، أشياء أكبر قليلاً ، واثنين من البيريميدين ، وأشياء أصغر قليلاً. هياكل متشابهة جدا لهذين الاثنين. لم أكترث حتى للتركيز على الاختلاف. وبالمقارنة مع ثراء البروتينات ، لا توجد طريقة يمكن أن يحدث بها أي شيء مثير للاهتمام. كان هذا بالتأكيد هو التفكير في ذلك الوقت.

    عليك أن تفهم مدى أهمية الأفكار السابقة والتحيز المسبق للعلم. ينظر الناس إليه ويقولون إنه يجب أن يكون جزيءًا بنيويًا. إنها سقالات.

    إنه مثل الأزرار الموجودة في جدار المنزل الذي تقوم ببنائه أو شيء من هذا القبيل. ليس مثيرًا للاهتمام.

    إذن ، ماذا يحدث؟ حسنًا ، كما تعلم ، يستغرق الأمر وقتًا لتسوية الأمور. يعود الناس إلى هذه المشكلة. أي أفكار؟

    أعني أنني أعطيتك سببًا واحدًا لعدم تأثير ذلك بشكل كبير ، لأنه كان ، كما تعلمون ، الحمض النووي كان نوعًا من الجزيء الممل ولم يكن الناس متأكدين حقًا من أن هذا كان صحيحًا. يمكن أن تكون قطعة أثرية ، أليس كذلك؟ ربما جاء بعض البروتين المهم للركوب مع فصيل الحمض النووي ، أليس كذلك؟ ما هو سبب آخر لعدم اهتمام الناس بهذه النتيجة؟

    آسف؟ كانت مجرد بكتيريا. أي شيء آخر؟ لا يمكن أن أتخيل ، أليس كذلك ، كيف يمكن لهذا الحمض النووي أن يشفر الإنزيم. أي شيء آخر؟ تاريخ.

    إنها في منتصف الحرب العالمية الثانية.ربما كان لدى الناس أشياء أكثر أهمية ليفعلوها ، أليس كذلك؟ لذلك ، هذا في منتصف الحرب العالمية الثانية أيضًا. من الجدير بالذكر أن هؤلاء الرجال يعملون في وسط مدينة نيويورك في معهد روكفلر وهم في منتصف الحرب العالمية الثانية.

    على أي حال ، انتهت الحرب وبعض العمل مستمر في هذا الشأن.

    ويتخذ العمل هجومًا مختلفًا نوعًا ما.

    بدلاً من البكتيريا العاملة الآن ، هناك عمل هنا على فيروسات بكتيرية معينة. لذا ، بدلاً من ذلك ، انظر ، تحصل البكتيريا على خصائصها هنا. بدلاً من استخدام البكتيريا لإصابة الفئران ، استخدم هيرشي وتشيس وآخرون في ذلك الوقت الفيروسات لإصابة البكتيريا. إذن ، البكتيريا هنا هي الضحية. وقد وجد الناس ودرسوا هذه الأشياء الصغيرة المثيرة للدهشة حقًا والتي يمكن أن تؤثر على البكتيريا وتقتلها. هذه الجسيمات التي لديها هذه الأشكال المضحكة كانت تسمى العاثية. ماذا تعني فج؟ لتناول الطعام.

    أكلة البكتيريا. كانت الجراثيم هي هذه الفيروسات الصغيرة. كانوا صغار بشكل لا يصدق. يمكنك ترشيحها من خلال مرشحات صغيرة جدًا. ومع ذلك ، عندما تضيفها إلى البكتيريا فإنها تقتل البكتيريا.

    كانت هذه أشياء بسيطة للغاية. أنا متردد في تسميتها مخلوقات. هل هم على قيد الحياة؟ هذا سؤال مفضل يود الناس مناقشته. يقولون الفيروسات حية؟

    والجواب من يهتم؟ أعني أن الأمر يعتمد على ما تريد أن تعنيه كلمة "حية". بالنسبة لي ، إنه ليس على قيد الحياة لأنه لا يمكنه التكرار من تلقاء نفسه بدون مضيف ، لذلك لن أسميه حيًا.

    لكن ، على أي حال ، سأشير إليهم بشكل فضفاض على أنهم تلك المخلوقات التي تأكل البكتيريا. كانت بسيطة جدا. وكل ما كان لديهم بالفعل هو بعض الحمض النووي في قفيصتهم ، هذه القفيصة هنا ، وبعض البروتين. لكنها يمكن أن تلتصق ببكتيريا وبعد فترة زمنية معينة تتسبب في انفجار البكتيريا وتنتج الكثير من العاثيات البنت ، والكثير من العاثيات البنت. يمكن أن تتكاثر داخل هذه البكتيريا.

    لذا ، بطريقة أو بأخرى ، هذا ، بينما قد لا أرغب في تسميته على قيد الحياة ، بالتأكيد يمكنه إعادة إنتاج نفسه ، أو على الأقل بمساعدة بكتيريا يمكن أن تتكاثر. عندما اكتشف الناس هذه العاثية لأول مرة ، ماذا تعتقد أنهم يريدون أن يفعلوا بها؟ آسف؟ نعم. أين؟ في البشر.

    كانت الفكرة الأولى حول ما يجب فعله مع العاثيات عبارة عن مجموعة كاملة من الروس المثيرين للاهتمام الذين أرادوا تكوين كميات كبيرة من العاثيات وجعل الناس يشربونها.

    لذلك ، سوف يقتلون كل بكتيرياهم. وكانت هذه هي الأفكار المبكرة للمضادات الحيوية. لم يتم الخروج بهذه الطريقة تمامًا.

    لكن ، كما تعلم ، لدى الناس كل هذه الأفكار المثيرة جدًا ، يا إلهي ، لدي شيء لقتل البكتيريا ، دعنا نسكبها على المريض ونرى ما إذا كان ذلك مفيدًا لهم.

    كما تعلم ، لهذا السبب توجد مجالس مراجعة مؤسسية أيضًا للتأكد من أنه لا يمكنك فعل ذلك فورًا.

    يجب على شخص آخر أن يفكر في الأمر أيضًا.

    اتضح أنها ليست طريقة رائعة لقتل المرضى ، لقتل البكتيريا ، آسف. لا ، إنه لا يقتل المرضى في الواقع ، لكنه لا يقتل البكتيريا جيدًا في البشر أيضًا.

    على كل حال. لذا ، كان السؤال كيف تقتل هذه الفيروسات البكتيريا؟ بطريقة ما يقومون بحقن شيء ما في البكتيريا ، مما يؤدي إلى حدوث شيء ما ، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات الفيروس. لا أضع نقطة جيدة جدًا في ذلك لأن هذا كل ما يمكنك قوله حقًا في هذه المرحلة ، يحدث شيء ما ويخرج شيء ما.

    إذن ، ما الذي يحدث؟ كيف يمكننا معرفة ما يحدث؟

    نعم. من خلال رؤية ما تبقى. كيف يمكننا أن نرى ما تبقى؟

    كونك عمليًا حقًا ، كيف سنخبر؟

    انظر بصريًا ، لكن تبين أن هذا أمر صعب للغاية.

    يجب أن تكون لديك عيون جيدة حقًا لتتمكن من القول إن البروتين لا يزال موجودًا ولكن ليس الحمض النووي أو الحمض النووي.

    لأن الفكرة كانت إذا كان هذا الشيء يقوم بحقن الحمض النووي الخاص به ، فلا بد أن الحمض النووي يحمل التعليمات لصنع العاثية ، وستكون هذه مادة وراثية. لذا ، ما نريد أن نظهره هو أن البروتين يبقى بالخارج والحمض النووي يدخل. لكن كيف سيحدث ذلك ، كيف تفعل ذلك عمليًا؟

    تبين أن وضع العلامات المشعة هو أفضل طريقة للقيام بذلك.

    إذا تمكنا من تسمية الحمض النووي بشكل إشعاعي بعلامة واحدة والبروتين بتسمية مختلفة ، يمكننا أن نرى أي نظير مشع يدخل البكتيريا. أي مرشحين لعنصر يمكننا استخدامه لتسمية الحمض النووي الذي لن يكون في البروتين؟

    آسف؟ أنا آسف؟ أوه ، من كان لديه واحد؟ اليورانيوم.

    شخص ما يفكر في الحرب العالمية الثانية هنا ، صحيح ، سيكون هناك بعض اليورانيوم الاحتياطي. المشكلة في ذلك هي أن الحمض النووي لا يحتوي في الواقع على اليورانيوم ، وبالتالي عندما تضع اليورانيوم فيه فلن يظل الحمض النووي. نود أن نسميه بعنصر موجود بالفعل في الحمض النووي. لذا فإن الاختلاف الوحيد هو أنه من النظائر المشعة. الفوسفور. الفوسفور.

    حسنًا ، من الواضح أن هناك فوسفورًا في العمود الفقري لفوسفات السكر.

    هل يوجد فوسفور في حمض أميني نموذجي؟ أي من الأحماض الأمينية العشرين؟ خالٍ من الفوسفور. رائعة. لذلك ، يمكننا استخدام نظير الفوسفور. يمكننا تسمية P32 الحمض النووي.

    ولكن كيف تصنع عاثيات حية تحمل الفوسفور المشع؟ أعني أي نوع من الكيمياء الفاخرة تحتاج لفعل ذلك؟ نعم؟ مثالي إذا قمت بتنمية البكتيريا بشكل إشعاعي ، في المتوسط. إذا قمت بزراعة الفيروس والبكتيريا في وسط يحتوي على الفوسفات المشع ، فإن البكتيريا والفيروس يعتنون به من أجلك.

    يتم دمج الفوسفات تلقائيًا. لذا ، ليس عليك القيام بأي كيمياء. أنت فقط تغذي الفوسفات ، الفوسفات المشع في الوسط. وسيتم تسمية العاثية التي يتم إنتاجها بشكل إشعاعي.

    تنقيتها واستخدامها في تجربتك. وبالمثل ، ما الذي سنسميه بروتيناتنا؟

    كربون؟ رقم الهيدروجين؟ رقم الأكسجين؟ نتروجين؟ لا ، لأن القواعد بها نيتروجين. سلفا. لدينا فقط السلفا.

    أين ستكون السلفا؟ لذلك ، على سبيل المثال ، السيستين مع الثيامين ، حسنًا ، لدينا السلفا. هنا S35.

    لذلك ، يمكننا أخذ البكتيريا ويمكننا ، يمكننا أخذ العاثيات ، ومن خلال زراعتها في وجود الحمض النووي المشع ، لا ، الفوسفور المشع ، P32 وتنميتها في وجود السلفا المشعة ، S35 ، نحن على وشك إنتاج العاثية التي تم تصنيفها. نعم؟ لذلك ، P32 ، S35. الآن نحن نصيب البكتيريا بها. اسمحوا لي أن آخذ أنبوب كبير هنا.

    سأضيف البكتيريا. لقد حصلت على العاثية هنا. جزيئات الملتهمة متصلة بالبكتيريا وستقوم بحقن كل ما تحقن. الآن ماذا علينا أن نفعل؟ علينا التخلص من جزيئات العاثية من البكتيريا.

    أريد التخلص منها ومعرفة ما تبقى مع الجزيئات الفيروسية وما يدخل البكتيريا. لذا ، كيف يمكنني الوصول إلى هناك باستخدام الملقط وفصل كل فيروس عن البكتيريا؟

    تبين أن الغسيل ليس قويا بما فيه الكفاية. عليك أن تتغلب على هذه الأشياء ، لذا فأنت تحتاج حقًا إلى بعض الإثارة القوية بشكل لا يصدق. لذلك ، تم استخدام أجهزة متخصصة لخلق إثارة شديدة. ما هي الأجهزة المتخصصة التي تدرك أنها تفعل ذلك؟ الخلاطات. خلاطات المطبخ.

    تبين أن خلاط Waring هو الجهاز المخبري المثالي لهذه التجربة. وهذا يُعرف في الواقع باسم تجربة Waring Blender. تأخذ البكتيريا مع الملتهمة الملحقة بها ، وتتركها تلتصق وتفعل كل ما سيفعلونه ، وتحقن حمضها النووي ، كما نعلم تبين أنه الإجابة الصحيحة. ثم تضغط على الهريس ثم vrrrr ، فتتساقط الجزيئات الفيروسية. لذا ، من المهم أن تعرف كيف تحدث الأشياء حقًا. إذن ما يحدث هو فصل البكتيريا عن هذه الجزيئات.

    واتضح أن هذه الجسيمات هي أن الجزيئات الفيروسية أخف بكثير وأقل كثافة بكثير من البكتيريا. لذا ، كيف نفصل بينهما؟

    الطرد المركزي لهم. نحن نطردهم.

    الجسيمات البكتيرية الموجودة في المادة الطافية هي قفيصتنا العاثية. والآن ماذا سنفعل؟

    نأخذ هذه الأشياء ، ونقيس النشاط الإشعاعي في المادة الطافية ، أي المادة التي تبقى في الأعلى ، ونقيس النشاط الإشعاعي في الحبيبات. وماذا ينتهي بنا المطاف برؤية؟

    أين معظم P32 ، ما يظهر في بيليه؟

    يظهر P32 في الغالب في الحبيبات. لا يوجد S35 في الحبيبات؟ كما تعلم ، في قصة الكتاب المدرسي ، بالطبع ، لا يوجد S35 لأنهم يريدون أن يكون لطيفًا ونظيفًا. ولكن في الواقع سيكون هناك بعض S35. لكنه كان ، كما تعلم ، أقل من 1٪ من S35 ينتهي به المطاف في الحبيبات. يبقى معظم S35 هنا في طاف. هل يدخل كل الفسفور؟

    لا بالطبع لأ. لم تلتصق بعض الفيروسات ولا يدخل كل شيء. لذلك ، لا يزال هناك فوسفات مشع في المادة الطافية. لكن اللافت في هذا هو أن الحبيبات قد حصلت بشكل أساسي على الفوسفور المشع ، وليس السلفا المشعة ، وبالتالي يمكننا أن نستنتج أن ماذا؟ حسنًا ، دخل المزيد من الحمض النووي أكثر من البروتين. فهل يحق لنا بالتالي تضمين أن الحمض النووي هو المادة الوراثية؟ لماذا ا؟

    حسنًا ، أعني أن 1٪ كبريتات تتعقب بروتينًا ثانويًا وهذا هو السر. لا يمكنك ذلك ، من الصعب جدًا استبعاد عدم وجود ملوثات تنتقل مع الحمض النووي.

    وإذا كنت حقًا لا تصدق الحمض النووي ، فيمكنك أن تكون فظًا وتقول ، حسنًا ، أنا لا أعتقد أنك قمت بتنقيته لدرجة أنه يمكنك استبعاد أن بعض مكونات البروتين الثانوية تمنح الوراثة حقًا. في الواقع ، عندما تنظر عن كثب حقًا ، أعتقد أن الكيمياء الحيوية لأفيري ومكارتي وماكلويد كانت أنقى من نقاء هذه التجربة.

    ولكن بحلول هذه المرحلة ، بدأ التفكير في التحول نحو الحمض النووي باعتباره جزيءًا وراثيًا معقولاً. بالإضافة إلى ذلك ، كان السطر الثاني من الإثبات ، يختلف عن المكورات الرئوية ، باستخدام نظام مختلف ، وكلاهما يشيران إلى نفس الإجابة. وتحول المد الفكري إلى إدراك أن هذا ربما كان صحيحًا ، والسبب الذي جعل هذه التجارب تشير إلى الحمض النووي هو الحمض النووي يجب أن يكون الإجابة الصحيحة. لكن ، بالطبع ، كيف كانت الإجابة الصحيحة؟ ما الذي يمكن أن يمنحه الحمض النووي لهذه الخصائص؟ كان هذا لا يزال غير واضح في عام 1953 ، ولكن ليس لفترة طويلة. أصبح واضحا نسبيا بعد ذلك بوقت قصير.

    وبالطبع ، تم توضيح ذلك من خلال فهم بنية الحمض النووي ، الحلزون المزدوج.

    لا أحد هنا لم يسمع باللولب المزدوج. ربما لا يوجد أحد ، ولا راشد لا يعرف عن الحلزون المزدوج وكل ذلك ، لكن مع ذلك أريد أن أتوقف وأفكر قليلاً أيضًا ، سأقول في ملاحظة شخصية ، هذه هي السنة الأولى التي أدرس فيها هذا الفصل بعد ذلك ، المرة الأولى التي قمت فيها بتدريس هذا الفصل عندما لم يكن كريك وواتسون على قيد الحياة.

    قد يعرف البعض منكم أن فرانسيس كريك ماتت في الصيف الماضي.

    الذي كان حزينا جدا. لقد كان شخصًا رائعًا ، وكما قلت ، كان مندل أحد أبطالي.

    كان فرانسيس كريك أيضًا أحد أبطالي. لقد كان مجرد شخص غير عادي. لكن جيم واتسون لا يزال على قيد الحياة ويركل ولا يزال نشطًا للغاية. وهكذا ، على أي حال ، أنت لست بعيدًا عنك. لذا ، أخبركم قليلاً عن هذه الأشياء مثل التاريخ ، لكن هذا التاريخ الذي أخبركم عنه ، هؤلاء الناس ، في الغالب ، على الرغم من مرور فرانسيس ، أحياء وركل. جيم واتسون لا يزال على قيد الحياة.

    في الواقع ، لا يزال مكارتي على قيد الحياة. إنه حقًا على أي حال.

    لذا ، عام 1953 ، بعد عام واحد فقط ، يعمل جيم واتسون وفرانسيس كريك في إنجلترا. واطسون هو طالب في ولاية إنديانا ، وهو عالم طيور سابق ، كان مهتمًا بعلم الطيور في الأصل ، ثم درس المزيد من علم الأحياء وجاء إلى إنجلترا لأنه أراد دراسة الجين. فرانسيس كريك ، عالم فيزياء عمل في الأميرالية خلال الحرب العالمية الثانية.

    وبالطبع ، ما فعلوه كان على أساس قدر هائل من النمذجة والحصول على رؤية صور حيود الأشعة السينية التجريبية لروزلين فرانكلين من لندن التي صنعت نموذجًا.

    والنموذج جميل بهذا الشكل ، ولم أرسمه إلى أبعاده الصحيحة ، لكن هذا الهيكل الحلزوني المزدوج الجميل.

    خمسة أعداد رئيسية ، سلسلة واحدة من الحمض النووي تسير في اتجاه واحد ، من خمسة إلى ثلاثة أعداد أساسية. سلسلة مضادة متوازية من الحمض النووي تسير في هذا الاتجاه ، من خمسة إلى ثلاثة أعداد.

    كان بناء جميل. كتب جيم واتسون كتابًا كاملاً عن اكتشاف هيكل اللولب المزدوج ، وما زلنا بعد 51 عامًا فقط. كان ، أي شخص لم يقرأ The Double Helix ، هذا الكتاب ، يجب عليه حقًا. إنه أحد كتب الأدب العلمي ، وهو في الواقع مدرج في قوائم العديد من الأشخاص لبعض الكتب العظيمة في القرن العشرين.

    إنها قصة تنافسية رائعة لسباق كريك وواتسون ضد لينوس بولينج. إنه ، كما تعلم ، جاء شخص ما وتناول الغداء في كامبريدج مع كريك وواتسون.

    وخرجوا وقالوا ، كان هذا قبل أن يكتشفوا الهيكل ، قبل حوالي عام أو نحو ذلك ، وقالوا إن هؤلاء الرجال أغبياء.

    لا يمكنهم حتى حفظ بنية A و T و C و G ، وهم يحاولون إيجاد ، كما تعلمون ، بنية الحمض النووي.

    هؤلاء الرجال لن يذهبوا إلى أي مكان. إذن ، هذا الشخص الذي سنعود إليه بعد قليل كان مخطئًا بشأن هذه النقطة بالذات. لأن ما فعله كريك وواتسون هو أنهما تلاعبتا بالنماذج ، وما انتهى بهما الأمر إلى ملاحظة عدة أشياء. أولاً ، من صور روزالين فرانكلين ، أن هذا كان حلزونيًا. يمكن أن تخبرك صور الأشعة السينية لكسر الصور في لمحة أن الهيكل كان حلزونيًا.

    رأوا ذلك. ثم حاولوا صنع الحلزونات. الآن ، عرف الأشخاص الآخرون ، لينوس بولينج شيئًا ما على الأرجح أن الحمض النووي يجب أن يكون حلزونيًا ، وبطريقة ما فهمه بشكل خاطئ تمامًا.

    لقد صنع نموذجًا بسيطًا للحمض النووي. صنع لينوس بولينج ، أذكى كيميائي في القرن ، نموذجًا مجنونًا للحمض النووي حيث أخذ العمود الفقري لفوسفات السكر ووضع كل العمود الفقري لفوسفات السكر في المنتصف ، وكان لديه ثلاثة منها. كان لديه نموذج حلزوني ثلاثي مع فوسفات السكر في المنتصف. وماذا يمكن أن تخبرني عن الشحن على هذه العمود الفقري لفوسفات السكر؟ سلبي جدا.

    هل ستلصق مجموعة كاملة من الشحنات السالبة بالقرب من بعضها البعض في المنتصف؟ مستحيل. يمكن لأي شخص أن يعرف.

    كان هذا خطأً في دوري الأدغال ، لذلك قال كريك وواتسون إن بولينج أخطأ. لقد وضعوا هذا النموذج معًا.

    وكان مفتاح النموذج هو التعرف على الاقتران الأساسي ، والتعرف على الاقتران الأساسي. هذا إذا أخذت الثيامين هنا وأخذت الأدينين هنا. أن هاتين المجموعتين ستشيران إلى بعضهما البعض بطريقة تؤدي إلى تكوين رابطتين هيدروجينيتين بمسافة مميزة معينة. وليس ذلك فحسب ، بل يمكن أيضًا أن يتناسب السيتوزين والجوانين مع نفس المسافة.

    وسيكون لديهم ثلاث روابط هيدروجينية.

    وهنا NH، H، doo، doo، doo، doo، doo، doo، doo، ثلاثة روابط هيدروجينية. وسوف يتناسبون مع ، ماذا لدي؟ أووبس. شكرا لك. نقطة جيدة.

    تلك هي المشكلة. نعم. حسنًا ، إنه فوضوي قليلاً ولكن على أي حال. نهاية العمل هنا هي ثلاث روابط هيدروجينية واثنين من روابط الهيدروجين ، وكلاهما يتناسب تمامًا مع نفس المسافة. لذلك ، يمكن أن يكون لهذا الحلزون المزدوج هنا إما As و Ts أو Gs و Cs أو Cs و Gs أو Ts و As.

    وكانوا جميعًا يتناسبون تمامًا مع بعضهم البعض.

    الآن ، كانت هناك ملاحظة قديمة ، وليست قديمة ، كانت هناك ملاحظة طافية في ذلك الوقت تقول عندما تحلل مقدار As و Ts في الحمض النووي ، لقد اكتشفت دائمًا أن كمية A تميل إلى أن تكون قريبة جدًا من كمية T. تميل كمية C إلى أن تكون قريبة جدًا من كمية G.

    على الرغم من أن هذه المبالغ يمكن أن تكون مختلفة. كان هذا بسبب عالم الكيمياء الحيوية يسمى Chargaff. وقد تم تسميتهم ، وهذا ما يسمى بقاعدة Chargaff أو قانون Chargaff أو ملاحظة Chargaff.

    وأشار تشارجاف إلى أن النسبة المئوية لهذه المبالغ تميل إلى أن تكون متساوية ولكن لم تكن تعرف ماذا تفعل بها. هذا أوضح ذلك تمامًا.

    كان جيدا جدا. تذكر أنني قلت أن شخصًا ما جاء عبر كامبريدج وقال إن هؤلاء الرجال كانوا من الديوك الرومية ، وكان كريك وواتسون من الديوك الرومية لأنهم لم يتمكنوا حتى من تذكر الهيكل وكل ذلك؟ كان هذا كيميائيًا متميزًا جدًا قال هذا عن كريك وواتسون. كان Chargaff.

    جاء Chargaff وقال إن هؤلاء الرجال هم من الديوك الرومية.

    لكنها كانت قاعدة Chargaff التي فاتت Chargaff أهمية. كان يشعر بالمرارة حيال هذا خلال معظم حياته.

    وهناك اقتباس رائع للغاية قاله Chargaff عندما اشتهر Crick و Watson باللولب المزدوج للحمض النووي.

    دعنا نرى ما إذا كان بإمكاني الحصول عليها بشكل صحيح. يقول إن مثل هذه الخنازير يجب أن تلقي بظلال عملاقة ، في إشارة إلى كريك وواتسون ، أن مثل هذه الخنازير يجب أن تلقي مثل هذه الظلال العملاقة فقط تظهر مدى تأخر اليوم. على أي حال ، لم يكن سعيدًا.

    حسنًا. الآن ، كان هذا أمرًا مهمًا.

    عرف كريك وواتسون أن هذا مهم جدًا. تسابقوا لنشر ورقة حول هذا الموضوع. أرسلوه إلى الطبيعة.

    إنها جوهرة من الورق. إنها صفحة تقريبًا في النص.

    إنها قصيرة جدًا ، وواضحة جدًا ، تحتوي على هذه الصورة الجميلة المستمدة من زوجة فرانسيس كريك ، أوديل. وهي مجرد ورقة ساحرة. إنهم يعرفون أنهم كسروا سر الحياة. لماذا يعرفون أنهم كسروا سر الحياة؟ لأن أهم شيء في هذا النموذج هنا ليس هيكله في حد ذاته.

    ولكن هذا يشرح كيف يمكن تكرار جزيء الحمض النووي ، وكل ما يتطلبه الأمر بطريقة ما هو أن يتفكك هذين الخيطين ، ومن يعرف كيف ، وعندما يتفكك كل منهما يمكن أن يعمل كنموذج للآخر لأنه منذ ذلك الحين كما هو الحال دائمًا ، تتطابق Ts و C دائمًا مع Gs ، كل خصلة لديها معلومات كافية عن الأخرى.

    هذه هي الطريقة التي يحدث بها التكرار. لديك خيطين ، كل منهما يحتوي على معلومات كافية لتشفير الآخر.

    إنهم يتفككون بطريقة ما. كل منهم بمثابة نموذج للآخر. وهذا هو الذي. هذا هو سر الحياة ، كيف تكرر الحياة نفسها. ليس ذلك فحسب. لقد شرحنا التكرار. ماذا عن الطفرة. ما هي الطفرة؟ في بعض الأحيان يخطئ. في بعض الأحيان المسامير. لذلك ، بالنسبة لنموذج كيميائي حيوي صغير ، قمنا بشرح التكاثر والطفرة. انها فعلا جميلة.

    الآن ، الشيء ، في كتابة هذه الورقة وإيصالها إلى المجلة ، لم يكن هذا بالأمر السهل لإنجازه بسرعة.

    لا يمكنك ، لم يكن لديك الوقت لشرح كل هذه التفاصيل.

    لقد أرادوا المشاركة في ادعائهم حول هذا الأمر ، لذا قاموا بكتابة الهيكل. وبدلاً من الخوض في تفاصيل كيف يفسر هذا التكرار و dah ، dah ، dah ، dah ، dah ، dah ، dah ، dah ، هناك جملة واحدة في الورقة ، الجملة الأخيرة من الورقة التي يقولون فيها فقط أنها لا نجا من ملاحظة أن هذا النموذج يشرح التكرار وكل شيء آخر. في الأساس ، الجملة الأخيرة تقول ، وبالمناسبة ، لم تفلت من ملاحظة أن هذا يفسر سر الحياة. على الرغم من أنها لم تقل ذلك على هذا النحو.

    إنها الجملة الأكثر رعبا في الأدبيات العلمية.

    إنها حقًا مجرد جملة رائعة هناك.

    ثم عادوا بعد دقيقتين وكتبوا ورقة تشرح ما يقصدونه وكل ذلك ، لكنها مجرد جملة رائعة.

    لذلك ، سوف تسمع علماء الأحياء الجزيئية يشيرون ، ويستخدمون العبارة في كلامهم ، ولم يغب عن ذلك ملاحظتنا.

    ودائمًا ما يتم إحياء ذكرى هذه الجملة بالذات في مقالة كريك وواتسون هذه. حسنًا ، الآن ، آخر شيء. نعم؟

    كان جيم واتسون يبلغ من العمر 25 عامًا وكان فرانسيس يبلغ من العمر 35 عامًا عندما فعل ذلك.

    نعم فعلا. كان يبلغ من العمر 25 عامًا عندما فعل ذلك. هذا صحيح.

    أشياء مدهشة جدا. لذا ، النقطة الأخيرة التي أريد أن أتطرق إليها ، ولست متأكدًا من أنني سأصل إليها ، وسأصل إلى هناك ، لكن هذا النموذج ، هذا النموذج هنا للحمض النووي المنفصل وكل خصلة تعمل كقالب للخيط الآخر يسمى النسخ المتماثل شبه المحافظ. هذا هو أحد الخيوط المستخدمة كقالب للضفيرة الأخرى ، لذلك هناك خصلة قديمة وخيط جديد تم صنعه. من الناحية النظرية ، يمكنك أن تتخيل أن تكرار الحمض النووي لم يحدث على هذا النحو.

    لكن بدلاً من ذلك ، بطريقة ما ، لا أستطيع أن أتخيل كيف ، لكن يمكنك أن تتخيل ، وكان الناس على استعداد لتخيل ذلك ، أن الخيوط القديمة بقيت معًا ولكن بطريقة ما أصبحت نموذجًا لصنع حلزون مزدوج جديد دون استخدامها فعليًا. هذا النموذج من الخيوط التي تعمل في الواقع كقالب من شأنه أن يتنبأ بأن كل حلزون مزدوج جديد للحمض النووي كان ، في الواقع ، مكونًا من خيط قديم وآخر جديد.

    إذا تمكنت من إثبات ذلك ، فستحصل على تأكيد حقيقي لنموذج Crick Watson هذا ، النسخ المتماثل شبه المحافظ. وهكذا ، فإن الطالب الشاب ، اثنان من الطلاب ، مات ميسلسون ، الذي لا يزال يعمل على الطريق في جامعة هارفارد وشخص رائع ، وفرانك ستال ، الذي لا يزال يعمل في أوريغون ، أثبت أن الحمض النووي الجديد الذي تم صنعه بعد كل جيل كانت ، في الواقع ، مكونة من خيط قديم واحد وخيط جديد.

    كيف يمكن أن تفعل ذلك؟ آسف؟ وضع العلامات المشعة. لكن كيف يمكنك تسميته إشعاعيًا بحيث يمكنك أن ترى أنه ، لديك حلزون مزدوج نصف واحد ونصف الآخر؟

    القديمة التي تم تصنيفها بـ ، حسنًا ، بنظير واحد. في الواقع تبين أنه نيتروجين. الجديد بنظير جديد.

    قل N14. يمكنك عمل النيتروجين الثقيل والنيتروجين العادي.

    وإذا كان ما يمكنك فعله هو إنماء الحمض النووي الخاص بك ، فعندما تزرعه لأول مرة في النيتروجين الطبيعي ، ثم تنتقل إلى N15 ، النيتروجين الثقيل ، يمكنك صنع جزيئات الحمض النووي التي كانت نصف قديمة ، ونصف جديدة ، وبالتالي نصفها موسومة بالنيتروجين الطبيعي ، نصف المسمى بالنيتروجين الثقيل. وكيف يمكنني إثبات أن جزيئات الحمض النووي هذه كانت هجينة بنسبة 50/50؟ ما هي الخاصية التي سأكون قادرة على اختبارها؟ حسنًا ، تبين أن النشاط الإشعاعي يصعب حقًا تحديد كثافة الوزن. اتضح أن الكثافة ، إذا كان بإمكاني فقط قياس كثافة الحمض النووي ، فسأظهر أنه إذا كان النموذج شبه المحافظ صحيحًا ، فستكون للجزيئات الآن كثافة متوسطة بين كل النيتروجين الثقيل وكل النيتروجين الخفيف.

    كان عليهم عمل تقنية طرد مركزي حساسة للغاية ، طرد مركزي متدرج الملح حيث يمكنك وضع الحمض النووي عليه. كان لديك تدرج ملحي جيد جدًا تم نسجه في جهاز طرد مركزي.

    واعتمادًا على المكان الذي هاجر إليه الحمض النووي ، يمكنك قياس كثافة الحمض النووي. وكانوا قادرين على إظهار أنه ، في الواقع ، سلاسل الحمض النووي التي تم نسخها حديثًا لها هذه الكثافة المتوسطة التي يمكن توقعها من النموذج شبه المحافظ.

    وهكذا ، في الواقع ، عند هذه النقطة ، أعتقد أن النموذج شبه المحافظ راسخ جيدًا. بمعنى ما ، قد تقول إن جمال اللولب المزدوج كان تقريبًا أحد هذه النتائج العلمية النادرة جدًا حيث عندما تنظر إليه تقول إنه لا يمكن أن يكون خاطئًا. يشرح الكثير.

    انها جميلة جدا. لكن ، كما ناقشنا من قبل ، هذا لا يكفي. أنت بحاجة إلى بعض الأدلة على أنها حقيقية.


    شاهد الفيديو: النظام الثنائى بطريقة مبسطة الجزء الاول - مفهوم النظام الثنائي (أغسطس 2022).