علم الأحياء الجزيئي

موضوع: علم الأحياء الجزيئي 2010-12-10, 02:08

علم الأحياء الجزيئي

يقوم علم الأحياء الجزيئي أو البيولوجيا الجزيئية (بالإنجليزية: Molecular biology) بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي ، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء و الكيمياء في عدة فروع و يتقاطع مع الكيمياء الحيوية و علم الوراثة في عدة مناطق و تخصصات . تهتم البيولوجيا الجزيئية بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية و بخاصة العلاقات بين الدنا و الرنا و عملية الاصطناع البروتيني إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية و كافة العمليات الحيوية .

يصف وليم أستبوري علم الاحياء الجزيئي في مقالة له في مجلة نيتشر :
" ... بأنه ليس تقنية بل هو مقاربة، مقاربة من وجهة نظر ما يدعى بالعلوم الأساسية مع فكرة موجهة للبحث ضمن الحقائق و الخطوط العريضة لعلم الأحياء عن خطة جزيئية موافقة . إنه علم يهتم أساسا بأشكال الجزيئات الحيوية و ... بشكل أكثر تحديدا على البنى الثلاثية الأبعاد و التشكيلات البنيوية بحيث لا تقتصر فقط على الدراسة الشكلية morphology بل تتعداها لتدرس التشكل genesis و الوظيفة . "
العلاقة بعلوم الأحياء الأخرى على المستوى الجزيئي

رسم توضيحي للعلاقة لبن الكيمياء الحيوية، وعلم الوراثة، وعلم الأحياء الجزيئي.

الباحثون في الأحياء الجزيئية استخدموا تقنيات محددة منشؤها علم الأحياء الجزيئي, ولكن مع تزايد الجمع بين هذه الأفكار من تقنيات و علم الوراثه وعلم الكيمياء الحيويه و الفيزياء الحيويه مع انه ليس هناك ترابط بين هذه المجالات كما كان من قبل. الشكل التالي يمثل مخطط علاقه بين بعض تلك المجالات

الكيمياء الحيوية: هي دراسة المواد الكيميائية والعمليات الحيوية اللذان يحدثان في الكائنات الحيَّة.
علم الوراثة: هو دراسة تأثيرِ الإختلافات الوراثيةِ على الكائنات الحية.

كثيرا ما يمكننا هذا من الاستدلال علي غيابِ مكوّن طبيعي (ومثال على ذلك: - جين واحد).
دراسه "المسوخ" الكائنات التي تفتقر الي واحد او أكثر من العناصر الفنية فيما يتعلق بما يسمي " بالنوعِ البرّيِ " أَو نمط ظاهري طبيعي. التفاعلات الوراثية مثل epistasis يمكن أَن تفند تفسيرات بسيطة في أغلب الأحيان مثل هذه الدراسات "القاضية".

علم الأحياء الجزيئي : دراسه الاسس الجزيئيه من عمليه النسخ والاستنساخ والترجمه الجينيه. العقيدة المركزية لعِلْمِ الأحياء الجزيئيِ حيث أنَّ مادّة وراثية نُسِختْ إلى آر إن أي وبعد ذلك ترجمتْ إلى البروتينِ، على الرغم مِنْ أنْ هناكَ صورةَ مُبَالَغة في تبسيط علم الأحياء الجزيئي ، ولا يزال يوفر نقطه انطلاق جيده لفهم الميدان. بيد ان هذه الصوره يجري تنقيحها في ضوء الادوار الجديده الناشئه للرنا .

مُعظم العملِ في علم الأحياء الجزيئي كمي ، تم انجاز الكثير من العمل المشترك في البيولوجيا الجزيئيه وعلوم الحاسوب والمعلوماتية الحيويةوعلم الأحياء الحسابي . اعتبارا من مطلع العشرين ، ودراسه بنية الجينات وعلم الوراثه الجزيئية كان الحقلِ الثانويِ الأبرزِ لعلم الأحياء الجزيئي.
تركز على نحو متزايد العديد من الحقلِ الأخرى لعلمِ الأحياء على الجزيئات ، إما دراسة مباشرة لتفاعلاتهم في أماكن تواجدهم مثل في علم الأحياء الخلويوعلمِ الأحياء التطوريِ ، أَو بشكل غير مباشر ، حيث تقنيات علمِ الأحياء الجزيئيِ تستعمل لإستنتاج الخواص التأريخية من السكان أَو النوع، كما في مجالات علم الأحياء المتطورة مثل علمِ وراثة السكان و علم الوراثة العرقي phylogenetics . وهناك ايضا تقاليد عريقه دراسه الجزيئات البيولوجية "من الصفر" في الفيزياء الحيوية

تقنيات الأحياء الجزئية
منذ أواخر خمسينات وأوائل الستّينات ، تعلم علماء الاحياء الجزيئي كيفية تمييز وعزل ومعالجة المكونات الجزيئية للخلايا والكائنات الحية. تتضمّن هذه المكوّنات الدنا (DNA) مستودع المعلومات الوراثية ؛ الرنا (RNA) الشبيه بالدي إن أي (DNA) . الذي تَتراوحُ وظائفَها مِنْ العَمَل كالنسخة العاملة المؤقتة ل (DNA) دنا إلى هيكلية فعلية ومهام انزيمية كذلك الوظيفيه والهيكليه من أجهزة النقل. والبروتين هو الهيكل الرئيسي والنوع الانزيمي للجزيئات في الخليه.

وعلم الاحياء الجزيئي يضم عده مواضيع ومواد يتعامل معها هذا العلم هي

علم الأحياء الخلوي
دنا و صبغيات
اصطناع البروتين الحيوي Protein biosynthesis
البروتينات
جينوم
بروتيوم

علم الأحياء الخلوي

علم الأحياء الخلوي أو البيولوجيا الخلوية (Cell biology أو cellular biology أحيانا cytology ) علم يقوم بدراسة الخلايا الحية : خواصها و بنيتها و مكوناتها ، و العضيات الموجودة فيها و تفاعلاتها مع البيئة المحيطة . إضافة لذلك دورة حياتها cell cycle ، انقسامها ، و اخيرا موتها. تتم هذه الدراسة على نطاق مجهري أو جزيئي . البيولوجيا الخلوية تبحث في مجالات تمتد من تنوعات الأحياء وحيدة الخلية إلى الحياء متعددة الخلايا بخلاياها المتمايزة جدا مثل الإنسان.
معرفة تركيب الخلايا و كيفية عملها أساسي لجميع العلوم الحيوية . فتقدير مدى التشابه و اللاختلاف بين النماط الخلوية يعتبر أمرا مهما و أساسيا لجميع العلوم الحيوية الجزيئية و الخلوية . لأن هذه التشابهات تشكل إطارا عاما موحدا يسمح بتعميم المباديء و نتائج الأبحاث في علوم مترابطة مثل علم الوراثة ، الكيمياء الحيوية ، علم الأحياء الجزيئي و أخيرا علم الأحياء التنموي .

الخلايا من حيث مكوناتها الجزئية.

عمليات خلوية

العمليات الخلويه:

انقسام خلوي Cell division - كيفية تولد الخلايا الجديدة.
تأشير الخلايا - تنظيم سلوك الخلية عن طريق إشارات خارجية.
نقل فعال Active transport و نقل منفعل Passive transport - انتقالات الجزيئات من الخلايا و إلى الخلايا.
التصاق الخلايا Cell adhesion - جمع الخلايا مع بعضها البعض.
نسخ وراثي و mRNA splicing - التعبير الجيني.
حركة الخلية : كيموتاكسيس Chemotaxis ، التقلص Muscle contraction ، هدب (خلية) و سوط الخية
إصلاح الدنا و موت الخلية
استقلاب: تحلل غليكوزي Glycolysis ، تنفس خلوي, تركيب ضوئي : اصطناع ضوئي أو تمثيل ضوئي

تقنيات

Microscopy and Immunostaining
Gene knockdown and Transfection
مستعمرة خلوية Cell culture و متعقب مشع Radioactive tracers
تفاعل البوليميراز المتسلسل and تهجين في الموقع In situ hybridization
DNA microarray مرشحات للتعبير الجيني

تنقية الخلايا و أجزائها
يتم التوصل إلى تنقية الخلايا و أجزائها باستخدام الطرق التالية :

Flow cytometry
تجزئة الخلية Cell fractionation

تحرير العضيات الخلوية بوساطة disruption of cells.
فصل العضيات المختلفة ضمن الخليفة بوساطة تثفيل centrifugation.
</li>
</li>
استخلاص البروتينات من الأغشية الخلوية عن طريق المنظفات detergents و املاح او غيرها من الكيماويات.
Immunoprecipitation

بعض البنى الداخل-خلوية

Electronmicrograph.

عضية - term used for major subcellular structures
صانعات خضراء Chloroplast - العضية الأساسية في التمثيل الضوئي
أهداب (خلية) Cilia - بنى صغيرة متحركة من نبيبات دقيقة
سيتوبلاسما - contents of the main fluid-filled space inside cells
هيكل خلوي Cytoskeleton - protein filaments inside cells
ريبوسوم = جسيم ريبي Ribosome - تجمع من البروتنيات و الرنا يشكل وحدة أساسية لاصطناع البروتين .
شبكة بلاسمية داخلية Endoplasmic reticulum - الموقع الأساسي لاكمال اصطناع البروتين
سوط (خلية) Flagella - بنى متحركة توجد في الجراثيم و الجراثيم القديمة و بعض الخلايا حقيقية النوى
جهاز غولجي Golgi apparatus - موقع لربط البروتنيات بالسكريات
غشاء : حاجز مؤلف من دسم و برةتين
طبقة ثنائية دسمة Lipid bilayer - البنية الأساسية للأغشية الخلوية
حويصل او فجوة خلوية vesicle (biology- فراغات محاطة بغشاء ضمن السيتوبلاسم الخلوي
ميتوكوندريا = متقدرة Mitochondrion - العضية الأساسية المنتجة للطاقة و القدرة
نواة - تحوي المادة الوراثية الأساسية (الدنا) في الخلايا حقيقية النوى

مخطط للكروموسوم وفيه يظهر الكروماتيد(1) و السينترومير (2) و الذراع القصير للكروماتيد (3) و الذراع الطويل للكروماتيد (4)

الصبغي أو الكروموسوم (بالإنجليزية: Chromosome) هو تركيب قضيبي الشكل تقع في نواة الخلية وتتكون من بروتينات و حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين ويمتلك الأنسان 46 كروموسوما في كل خلية جسمية مرتبة على شكل 23 زوجا وكل زوج يتصل ببعضها عند نقطة قرب المركز تسمى السينترومير بينما تحتوي كل خلية جنسية على 23 كروموسوما فقط . في كل زوج من الكروموسوم يطلق عادة تسمية كروماتيد على القضيب الواحد الذي يتصل مع القضيب الأخر في الزوج وللسهولة اعتمد على استعمال مصطلح الكروموسوم لوصف الكروماتيدين المتحدين.
كل كروماتيد يترتب بشكل حلزوني ويحمل في طياته على عشرات الألاف من المورثات (جمع مورثة) حيث يحمل كل كروموسوم في طياته مايقارب 60,000 إلى 100,000 مورثة وكل مورثة لها موقع خاص بها على التركيب الحلزوني للكروماتيد مشابه بالضبط لموقع نفس المورثة على الكروماتيد المقابل. كل مورثة بدورها تتالف من سلسلة من النيوكليوتيدات وتطلق عليها اسم الأليل هذا الأليل يتحد مع اليل اخر في الكروماتيد المقابل فاذن كل مورثة تتكون في حقيقة الأمر من أليلين ، أليل تم وراثته من الأب وأليل تم وراثته من الأم.
اذا كان الأليلين متشابهين بالضبط في تسلسل النيوكليوتيدات فيطلق على هذه الحالة لاقحة مماثلة Homozygote واذا كان الأليلين مختلفين في تسلسل النيوكليوتيدات فيطلق على هذه الحالة لاقحة متباينة Heterozygote .
الكروموسوم كلمة يونانية تعني الجسم الملون ولكل كروماتيد في الكروموسوم الواحد ذراعان احدهما طويل والأخر قصير تم ملاحظة الكروموسوم لأول مرة في النباتات من قبل عالم نبات سويسري اسمه كارل ولهيلم Karl Wilhelm في عام 1842 ويختلف الخلايا في الكائنات الحية في عدد الكروموسومات الموجودة فيه ففي كل جلية جسمية في الأنسان هناك 46 كروموسوما اما في القرد فهناك 48 كروموسوما في كل خلية جسمية ولايعتمد عدد الكروموسومات على حجم الكائن الحي فالفيل مثلا عنده 56 كروموسوم في كل خلية جسمية بينما تمتلك الفراشة 380

علماء أحياء خلويين مميزين

أنتون فان ليووينهوك Anton van Leeuwenhoek
غونتر بلوبل Günter Blobel
مارك كيرشنر Marc Kirschner
بيتر أغري Peter Agree
كايث ر. بورتر Keith R. Porter
إيرا ميلمان Ira Mellman
باول نيرس Paul Nurse
إتش. روبرت هورفتز H. Robert Horvitz
كريستيات دي دوف Christian de Duve
إدموند بييكر ويلسون Edmund Beecher Wilson
بيتر د. ميتشيل Peter D. Mitchell
مايكل سوان Michael Swann
جورج إميل بالاد George Emil Palade
جيفري إم. كوبر Geoffrey M. Cooper