تويت
ما هي البيولوجيا الجزيئية
تتشارك البيولوجيا الجزيئية في كثيرٍ من جوانبها مع علم الأحياء والكيمياء وخصوصًا ما يتعلق بالجينات والكيمياء الحيوية حيث يركز على فهم وتوضيح طرق عمل الأنظمة الخلوية لتركيب البروتين والحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA، ولهذا اعتمد علماء البيولوجيا الجزيئية على تقنياتٍ محددةٍ.
تعريف البيولوجيا الجزيئية
تعرف أيضًا بعلم الأحياء الجزيئي Molecular biology وهي دراسة علم البيولوجيا على مستوى الجزيئات حيث توجه كل اهتمامها لفهم واستيعاب طريقة حدوث التفاعلات بين أنظمة الخلية المختلفة وكيفية تنظيمها كالعلاقة المتبادلة بين الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA، ولتحقيق ذلك اعتُمد على تقنياتٍ محددةٍ خاصةٍ بالبيولوجيا الجزيئية ما لبثت أن تأثرت بتقنياتٍ وأفكارٍ مستخدمة في علم الوراثة والكيمياء الحيوية؛ بمعنى آخر يمكن القول أن البيولوجيا الجزيئية هي دراسة الركائز والأسس الجزيئية الخاصة بمضاعفة المادة الوراثية ونسخها ونقلها أو ترجمتها.
بدايات تطور البيولوجيا الجزيئيّة
منذ بدايات ظهور البيولوجيا الجزيئية خلال فترة الأربعينيات ركزت اهتمامها على تقديم شرحٍ وتوضيح التركيب الثلاثي الأبعاد للبروتين، ومع اكتشاف المزيد من الحقائق حول تركيبة البروتين خلال فترة الخمسينيات أصبح بالإمكان التعرف على تركيب الحمض النووي منقوص الأكسجين DNA تحديدًا عام 1952.
مع استمرار التجارب والأبحاث توصل العلماء لمزيدٍ من المعلومات التفصيلية حول الحمض النووي الريبي RNA والسلاسل الكيميائية الموجودة ضمنها والمسؤولة عن دمج الخلايا والفيروسات لصنع البروتينات.
استمر اعتبار البيولوجيا الجزيئية كعلمٍ قائمٍ بحد ذاته حتى السبعينيات حين اكتُشفت أنواعٌ محددةٌ من الأنزيمات القادرة على اقتطاع أجزاءٍ من الحمض النووي DNA ووصلها مع أجزاءٍ أخرى ضمن كروموسومات إحدى أنواع البكتيريا، وبذلك أصبحت تقنية إنتاج الحمض النووي المؤتلف إحدى فروع البيولوجيا الجزيئية.
بعض تقنيات البيولوجيا الجزيئية
تعتمد أبحاث البيولوجيا الجزيئية على عددٍ من التقنيات المختلفة التي سنذكر بعضها:
إحدى تقنيات البيولوجيا الجزيئية يمكننا من خلالها إدخال جيناتٍ محددةٍ في خلايا بكتيرية عن طريق عزل بلازميد آخر وإدخال الجين المراد إضافته إليه ثم إعادة البلازميد إلى الخلايا البكتيرية.
قد تختلف الطرق الكيميائية الحيوية المستخدمة في عزل البلازميد وكونه ذو حجمٍ صغيرٍ للغاية قد يصعب عزله كاملًا لذلك تُعزل قطع كاملة من الحمض النووي DNA نظرًا لإمكانية اقتطاع أجزاءٍ منها؛ عند الانتهاء من حقن الجين ضمن البلازميد لابد من إعادته إلى الخلايا البكتيرية التي قد تتقبله بشكلٍ طبيعيٍّ كونها مهيأةً لذلك، بينما تحتاج بعض الأنواع الأخرى إلى التحفيز لتتقبل البلازميد المضاف باستخدام وسائلَ وتقنياتٍ كهربائيةٍ أو كيمائيةٍ.
كما ذكرنا سابقًا يوجد أنزيمٌ خاصٌ مهمته ربط قطع الحمض النووي DNA أو النيكليوتيدات مع بعضها البعض بشكلٍ تساهميٍّ يُطلق عليه اسم ليغاز أو أنزيم الربط، حيث يملأ قِطَع الحمض النووي غير المتصلة والمتبقية بعد عزل الشريط المضاعف.
تمكن العلماء باستخدام البيولوجيا الجزيئية من استغلال خاصية أنزيم ليغاز في الربط مع أنزيمات التقييد عند اقتطاع جزءٍ من الحمض النووي DNA ووصله معها ثم إعادته من جديدٍ وهذا ما ساعد في إنتاج البلازميدات المأشوبة. ولوحظ أن أنزيم ليغاز يعمل بشكلٍ أفضل مع وجود نهاياتٍ لزجةٍ تعود لأنزيمات التقييد إضتفة للنهايات الحادة بالرغم من ضرورة توافر تراكيزٍ أعلى.
في البداية لا بد من الإشارة إلى أن أنزيم التقييد أو أنزيم الاقتطاع هو بروتينٌ قادرةٌ على قص سلاسلَ محددةٍ من الحمض النووي DNA مما يسمح بإدخال قطعٍ أخرى من الحمض النووي في مكان القص ليأتي دور أنزيم الربط لإعادة وصل الحمض النووي، تمكن العلماء من الحصول على أنزيمات التقييد من الخلايا البكتيرية والاستفادة من قدرتها على الاقتطاع في إجراء التجارب الوراثية على الحمض النووي DNA حيث تعتمد عليه البكتيريا في صد هجمات فيروسات العاثيات Phages القادرة على إدخال حمضها النووي في البكتيريا فتصبح قادرةً على الانقسام فيها، لكن مع وجود أنزيمات التقييد تتمكن البكتيريا من إيقافها وتقطيعها إلى أجزاءٍ صغيرةٍ غير قادرةٍ على الانقسام.
يوجد أربعة أنواعٍ من أنزيمات التقييد في البيولوجيا الجزيئية يختلف تركيب كل نوعٍ منها عن البقية كما يختلف مكان الاقتطاع والنوعية أو الانتقائية، ومع ذلك يتشابه النوعان الأول والثالث من ناحية استخدامها مركب أنزيم كبير واحد فقط من أجل إتمام عملية التقييد واستخدام ناقلات الميثيل على عكس النوع الثاني الذي يتميز فيه أنزيم التقييد بالاستقلالية عن تلك الناقلات.
استفاد العلماء من قدرة أنزيمات التقييد على اقتطاع مناطقَ محددةٍ من الحمض النووي في استنساخ الجينات من خلال الحصول على الجين المتضمن أجزاء محددة ودمجها مع جزيئاتٍ أخرى من الحمض النووي.
تتشارك البيولوجيا الجزيئية في كثيرٍ من جوانبها مع علم الأحياء والكيمياء وخصوصًا ما يتعلق بالجينات والكيمياء الحيوية حيث يركز على فهم وتوضيح طرق عمل الأنظمة الخلوية لتركيب البروتين والحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA، ولهذا اعتمد علماء البيولوجيا الجزيئية على تقنياتٍ محددةٍ.
تعريف البيولوجيا الجزيئية
تعرف أيضًا بعلم الأحياء الجزيئي Molecular biology وهي دراسة علم البيولوجيا على مستوى الجزيئات حيث توجه كل اهتمامها لفهم واستيعاب طريقة حدوث التفاعلات بين أنظمة الخلية المختلفة وكيفية تنظيمها كالعلاقة المتبادلة بين الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA، ولتحقيق ذلك اعتُمد على تقنياتٍ محددةٍ خاصةٍ بالبيولوجيا الجزيئية ما لبثت أن تأثرت بتقنياتٍ وأفكارٍ مستخدمة في علم الوراثة والكيمياء الحيوية؛ بمعنى آخر يمكن القول أن البيولوجيا الجزيئية هي دراسة الركائز والأسس الجزيئية الخاصة بمضاعفة المادة الوراثية ونسخها ونقلها أو ترجمتها.
بدايات تطور البيولوجيا الجزيئيّة
منذ بدايات ظهور البيولوجيا الجزيئية خلال فترة الأربعينيات ركزت اهتمامها على تقديم شرحٍ وتوضيح التركيب الثلاثي الأبعاد للبروتين، ومع اكتشاف المزيد من الحقائق حول تركيبة البروتين خلال فترة الخمسينيات أصبح بالإمكان التعرف على تركيب الحمض النووي منقوص الأكسجين DNA تحديدًا عام 1952.
مع استمرار التجارب والأبحاث توصل العلماء لمزيدٍ من المعلومات التفصيلية حول الحمض النووي الريبي RNA والسلاسل الكيميائية الموجودة ضمنها والمسؤولة عن دمج الخلايا والفيروسات لصنع البروتينات.
استمر اعتبار البيولوجيا الجزيئية كعلمٍ قائمٍ بحد ذاته حتى السبعينيات حين اكتُشفت أنواعٌ محددةٌ من الأنزيمات القادرة على اقتطاع أجزاءٍ من الحمض النووي DNA ووصلها مع أجزاءٍ أخرى ضمن كروموسومات إحدى أنواع البكتيريا، وبذلك أصبحت تقنية إنتاج الحمض النووي المؤتلف إحدى فروع البيولوجيا الجزيئية.
بعض تقنيات البيولوجيا الجزيئية
تعتمد أبحاث البيولوجيا الجزيئية على عددٍ من التقنيات المختلفة التي سنذكر بعضها:
- تحول البلازميد
إحدى تقنيات البيولوجيا الجزيئية يمكننا من خلالها إدخال جيناتٍ محددةٍ في خلايا بكتيرية عن طريق عزل بلازميد آخر وإدخال الجين المراد إضافته إليه ثم إعادة البلازميد إلى الخلايا البكتيرية.
قد تختلف الطرق الكيميائية الحيوية المستخدمة في عزل البلازميد وكونه ذو حجمٍ صغيرٍ للغاية قد يصعب عزله كاملًا لذلك تُعزل قطع كاملة من الحمض النووي DNA نظرًا لإمكانية اقتطاع أجزاءٍ منها؛ عند الانتهاء من حقن الجين ضمن البلازميد لابد من إعادته إلى الخلايا البكتيرية التي قد تتقبله بشكلٍ طبيعيٍّ كونها مهيأةً لذلك، بينما تحتاج بعض الأنواع الأخرى إلى التحفيز لتتقبل البلازميد المضاف باستخدام وسائلَ وتقنياتٍ كهربائيةٍ أو كيمائيةٍ.
- تقنية الربط
كما ذكرنا سابقًا يوجد أنزيمٌ خاصٌ مهمته ربط قطع الحمض النووي DNA أو النيكليوتيدات مع بعضها البعض بشكلٍ تساهميٍّ يُطلق عليه اسم ليغاز أو أنزيم الربط، حيث يملأ قِطَع الحمض النووي غير المتصلة والمتبقية بعد عزل الشريط المضاعف.
تمكن العلماء باستخدام البيولوجيا الجزيئية من استغلال خاصية أنزيم ليغاز في الربط مع أنزيمات التقييد عند اقتطاع جزءٍ من الحمض النووي DNA ووصله معها ثم إعادته من جديدٍ وهذا ما ساعد في إنتاج البلازميدات المأشوبة. ولوحظ أن أنزيم ليغاز يعمل بشكلٍ أفضل مع وجود نهاياتٍ لزجةٍ تعود لأنزيمات التقييد إضتفة للنهايات الحادة بالرغم من ضرورة توافر تراكيزٍ أعلى.
- اهتضام أنزيم التقييد
في البداية لا بد من الإشارة إلى أن أنزيم التقييد أو أنزيم الاقتطاع هو بروتينٌ قادرةٌ على قص سلاسلَ محددةٍ من الحمض النووي DNA مما يسمح بإدخال قطعٍ أخرى من الحمض النووي في مكان القص ليأتي دور أنزيم الربط لإعادة وصل الحمض النووي، تمكن العلماء من الحصول على أنزيمات التقييد من الخلايا البكتيرية والاستفادة من قدرتها على الاقتطاع في إجراء التجارب الوراثية على الحمض النووي DNA حيث تعتمد عليه البكتيريا في صد هجمات فيروسات العاثيات Phages القادرة على إدخال حمضها النووي في البكتيريا فتصبح قادرةً على الانقسام فيها، لكن مع وجود أنزيمات التقييد تتمكن البكتيريا من إيقافها وتقطيعها إلى أجزاءٍ صغيرةٍ غير قادرةٍ على الانقسام.
يوجد أربعة أنواعٍ من أنزيمات التقييد في البيولوجيا الجزيئية يختلف تركيب كل نوعٍ منها عن البقية كما يختلف مكان الاقتطاع والنوعية أو الانتقائية، ومع ذلك يتشابه النوعان الأول والثالث من ناحية استخدامها مركب أنزيم كبير واحد فقط من أجل إتمام عملية التقييد واستخدام ناقلات الميثيل على عكس النوع الثاني الذي يتميز فيه أنزيم التقييد بالاستقلالية عن تلك الناقلات.
استفاد العلماء من قدرة أنزيمات التقييد على اقتطاع مناطقَ محددةٍ من الحمض النووي في استنساخ الجينات من خلال الحصول على الجين المتضمن أجزاء محددة ودمجها مع جزيئاتٍ أخرى من الحمض النووي.