الدوبل هليكس

شكل DNA

DNA يبدو مثل سلم مزدوج: هي شكل يسمى الدوبل هليكس في علم الأحياء.

الجانبين الطويلين من السلم يسميان الخيط السكر-فوسفات. يأتون من سلاسل السكر المتتالية (السكر الدهني) وفوسفات، ويحملان الهيكل بأكمله.

الخطوط في السلم هي الجزء المهم. تأتي كل خط من قاعدةين يتشابكان. هناك أربعة قواعد:

- A (أدينوسين)

- T (ثيمين)

- C (سيتوزين)

- G (جوانين)

هنا القاعدة المهمة: A دائمًا يتشابك مع T، وC دائمًا يتشابك مع G. دائمًا. في كل نوع. هذه تسمى تشابكات القواعد، ووحدة القاعدة плюس سكرها وفوسفاتها تسمى النوكليوتيد.

يمكن أن تشير سلسلة من DNA البشر مثلًا: ATCGGCTAA. إذا كنت تعرف جانبًا، فستعرف الجانب الآخر تلقائيًا: لأن A تتشابك مع T، وC تتشابك مع G.

من من اكتشفها؟

سباق اكتشاف بنية DNA

في عام 1953، نشر جيمس واتسون وفرانسيس كريك بنية DNA. فازا بجائزة نوبل لهذا في عام 1962.

ولكن لولا روسالند فرانكلين لما كان بإمكانهم القيام بذلك.

كان فرانكلين كيميائيًا ذا ذكاء عالي في كلية كينغ لندن. استخدمت تقنية رنين كريستالي للأشعة السينية: إطلاق الأشعة السينية على بلورات دنا وتلقي الأنماط التي صنعته: لإنتاج صورة 51: هي الصورة الوحيدة ودقة لتركيب الدنا التي رأتها أي شخص من قبل.

أظهر زميلها موريس ويلكنز صورة 51 لواتسون دون علم فرانكلين أو موافقتها. كتب واطسون لاحقًا أن اللحظة التي رأتها، أصبح تركيب الديوكسين واضحًا.

لم تتلق فرانكلين جائزة نوبل. توفيت بسبب سرطان المبيض في عام 1958 في سن 37: ربما بسبب عملها الشامل بالأشعة السينية: وجائزة نوبل لا تُمنح بعد الوفاة. وصف واطسون وكريك مساهمتها في ذلك الوقت.

اليوم، يدرك العلماء أن العمل التجريبي لفرانكلين كان ضروريًا. تم سرقها من الشكر خلال حياتها، وروايتها تذكير بأن العلم يُجرى بواسطة الأشخاص: والأشخاص لا يكونون دائمًا عادلين.

كيف ينسخ الدنا نفسه

نسخ الكود

في كل مرة تُقسم خلية، لإصلاح الجرح أو للنمو أو لتغيير الخلايا المكسورة: يجب أولاً إنتاج نسخة دقيقة تمامًا من جميع جينات الدنا. يسمى هذا العملية التكرار.

هذا هو كيف يعمل:

1. إنزيم يسمى هليكاز يفتت الدي نيكلي الهليكسي بواسطة كسر روابط الهيدروجين بين قواعد الأزواج. يفتت في الواقع المفتاح أسفل الوسط.

2. إنزيم آخر يسمى بوليميراز الدنا يقرأ كل سلسلة مفتوحة ويبني سلسلة جديدة متطابقة، متابعتًا قواعد زوجية القواعد (أ مع ت، وج مع س).

3. النتيجة: نسخة دقيقة من المولكول الأصلي من الدنا. لكل نسخة سلسلة قديمة وسلسلة جديدة.

يقوم جسمك بذلك حوالي 3.8 مليون مرة في الثانيه. ويكون ذلك بشكل دقيق تقريبًا كل مرة: بوليميراز الدنا يُخطئ حوالي في مليار قاعدة مكررة. عندما يُخطئ، تُكتشف الأخطاء عادةً وتُصرف بواسطة إنزيمات أخرى.

ولكن ليس دائمًا. عندما ينجو خطأ يتحول إلى تبديل جيني. سن.discuss لماذا هذا مهم قريبًا.

الترجمة والترجمة

كيف يبني DNA الأشياء

DNA لا يبني جسدك بشكل مباشر. يعمل من خلال وسيط يسمى RNA (حمض نووي ريبوزي).

يتألف العملية من خطوتين رئيسيتين:

الخطوة 1: الترجمة (DNA → mRNA)

تتم копية قسم من DNA (جين) إلى جزيء يسمى حمض الريبونوكليك المرسل (mRNA). فكر في ذلك مثل نسخ صورة واحدة من دفتر تعليمات ضخم. يظل الأصل آمنًا في النواة؛ النسخة تذهب إلى المصنع.

الخطوة 2: الترجمة (mRNA → بروتين)

الريبوسومات: آلات بناء البروتينات الخلايا: تقرأ mRNA ثلاث أحرفًا في كل مرة. كل مجموعة من ثلاثة أحرف تسمى كودون. كل كودون يحدد حامض أميني. قم بترتيب الحمضيات الأمينية معًا وتحصل على بروتين.

على سبيل المثال، يرمز الكودون AUG للحامض الأميني الميثيونين أيضًا ويؤشر على 'ابدأ في بناء هنا.' الكودون UAA يؤشر على 'ال停止.'

قد يرمز جين واحد إلى بروتين يحتوي على مئات الحمضيات الأمينية. قد يصبح هذا البروتين إنزيمًا يختم طعامك، أو جزيء هيموغلوبين ي نقل الأكسجين في دمك، أو صائت كيراتين يتشكل من شعريك.

جين واحد → mRNA واحد → بروتين واحد → وظيفة واحدة في جسدك. (هذا مختصر: الواقع أكثر فوضى: لكنه يلقي بظل العقلية الأساسية.)

عندما يتغير الجين

ماذا يحدث عندما يتغير الكود؟

التحول التحول هو أي تغيير في سلسلة DNA. قد يكون ذلك بتبديل قاعدة واحدة ببعضها، أو حذف قاعدة، أو إضافة قواعد إضافية.

بعض التحولات لا شيء: الكودون لا يزال يرمز للحامض الأميني نفسه (هناك تكرار في الكود الجيني). هذه تسمى التحولات الصامتة.

بعض التغيرات الجينية تغير حمض أميني واحد ولكن البروتين لا يزال يعمل. بعض التغيرات تغير حمض أميني مهم ويصبح البروتين غير قابل للعمل.

و بعض التغيرات: نادرا جدا: تنتج بروتين يعمل بشكل أفضل من البروتين الأصلي.

لماذا نختلف جميعًا

أين تأتي التباين

إذا كانت دنا تكرر نفسها بaccuracy، لماذا لسنا جميعًا متطابقين؟

ثلاثة مصادر رئيسية للتباين الجيني:

1. التغيرات الجينية: أخطاء عشوائية في النسخ، أو إشعاع الأشعة الفوق البنفسجية، أو التعرض للكيماويات يمكن أن تغير قواعد دنا. معظم التغيرات الجينية متوازنة. بعضها ضار. القليلة مفيدة.

2. التكاثر الجنسي: عندما ينتج الأورغانزم ينتج جنسيًا، يقدّم كل وليث نصف جينيه. الجمع بين 50% من جينيكما. لكن 50% التي حصلت عليها كان قرعة جينية. هذا هو السبب في أن الأشقاء يبدون متشابهين ولكن ليس متطابقين.

3. التبادل الجيني: أثناء تكوين خلايا البويضة والذكري، يتم تبادل الأقسام الفيزيائية بين الكروموسومات. هذا يخلط تراكيب الجينات بطريقة لم يكن موجودة في الوالدين.

لماذا يهم التباين

التباين الجيني ليس عيبًا: هو استراتيجية البقاء. مجموعة السكان التي كل فرد فيها جينيًا متطابقين ضعف. يمكن أن يُقتل المرض بأكمله لأن لا أحد لديه المقاومة.

ولكن في مجموعة سكان أكثر تنوعاً، بعض الأفراد سيكون لديهم تغيرات جينية تحدث بشكل مفاجئ تجعلهم مقاومين. يبقون على قيد الحياة، ينتجون، وينقلكم المقاومة. هذا انتقاء طبيعي: محرك التطور.

كل التكيف الذي يمكنك التفكير فيه: سرعة القط الفهد، تخزين الماء في النخلة، الدماغ البشري: بدأت كتغير عشوائي كان مفيدا.

CRISPR وتعديل الجينات

إعادة كتابة كود الحياة

ل billions of years, changes to DNA happened slowly: through random mutation and natural selection.

That changed in 2012.

Jennifer Doudna & Emmanuelle Charpentier discovered that a bacterial defense system called CRISPR-Cas9 could be reprogrammed to cut DNA at any precise location. They won the Nobel Prize in Chemistry in 2020.

CRISPR works like molecular scissors with a GPS. You give it a guide RNA that matches the DNA sequence you want to edit, and the Cas9 protein cuts the DNA at that exact spot. Then the cell's own repair machinery fixes the cut: and you can slip in a corrected gene while it does.

This is revolutionary. Scientists have already used CRISPR to:

- Cure sickle cell disease in clinical trials by editing patients' blood stem cells

- Create disease-resistant crops without traditional breeding

- Develop potential treatments for muscular dystrophy, certain cancers, & HIV

But CRISPR also raises enormous ethical questions.

In 2018, a Chinese scientist named He Jiankui announced he had used CRISPR to edit the DNA of human embryos: twin girls born with modified genes. The global scientific community condemned this as reckless and premature. He was sentenced to three years in prison.

The core dilemma: editing the DNA of an embryo changes every cell in the resulting person, & those changes get passed to their children, & their children's children. We are talking about permanently altering the human gene pool.

Genetic testing raises its own questions. Today you can spit in a tube & learn your risk for hundreds of diseases. But should employers or insurance companies have access to that information? Should parents be able to select embryos based on traits like intelligence or athleticism?

هل يجب علينا تعديل دنا الإنسان?

الآن حان دورك للحديث

لا توجد إجابة صحيحة واحدة على هذه الأسئلة. لكن هناك إجابات مدروسة و إجابات غير مدروسة.

تعتبر الجدال القوي أن يعتبر من الفوائد المحتملة والمخاطر، ويستخدم الأدلة، ويتضمن الاعتراف بتعقيد المسألة.

ماذا ستتذكر؟

فكر آخر

بدأت الدرس بهذا السؤال حول القطط.

الآن تعرف الإجابة تعيش في سلم مزدوج من أربعة حروف كيميائية: كود جميل للغاية يعمل كل شيء حياً على الكوكب، وله قوة كبيرة نستطيع أن نتعلم فقط كيفية تغييره.

علوم دنا تتحرك بسرعة أكبر مما كان في أي نقطة في التاريخ البشري. الطلاب الذين يتعلمون هذا المادة الآن سيجعلون قرارات حول كيفية استخدامها.