يمكنُ أن ينعكسَ أثرُ عشراتِ آلافِ البروتينات (أي أن تتكوَّن) في الخلايا الحيّة بكميّات مختلفةٍ، وفي أوقاتٍ مختلفة؛ وهذا بالطَّبع مُهمٌّ جدًّا. تخيَّلُوا ماذا سَيَحَدُثُ لو أنّ جميعَ البروتينات تكوَّنَت كلَّ الوقت وفي المستوى نفسِهِ، فحينها لن يكُونَ باستطاعة الخليّة أن تعملَ، بسببِ فائضِ البروتينات من نوعٍ مُعيّن، ومن النّقص الشّديد في أنواع أخرى، ومع رسائل متناقضة لمساراتِ اتّصال مختلِفَةٍ، وهكذا.
لمنعِ حدوثِ حالةٍ كهذه، فالمطلوبُ هوَ وجودُ رقابةٍ على انعكَاس الجينات. لقد وجدتِ الخلايا غيرُ حقيقيةِ النّواة (أيِ البكتيريا)، حلاًّ لحالةٍ كهذه من خلال تكوينِ أوبيرونات، وهي مجموعاتٌ من الجينات، والّتي تُنسخُ معًا كرَدِّ فعلٍ لإشارةٍ معيّنة.
يصفُ التّطبيقُ الحاليّ أوبيرون اللاّكتوز، المسؤولَ عن تحليلِ اللاّكتوز. لمشاهدَةِ التّطبيق، اضغطوا الرابط اسفل الصّورة، وافتَحُوا الملفّ المرتبط (تطبيق جافا).
أُنتجَ هذا التّطبيق الصّغير في إطار مشروع PhET في جامعة كولورادو
لتنزيل هذا التّطبيق وتشغيله في الحاسوب ضغطوا هنا
إن لم تنجحوا في تحميل التّطبيق، اقتنُوا برنامج Javaweb. اضغطوا هنا واعملوا بحسب التّعليمات.
الأوبيرون عبارةٌ عن مجموعةِ جيناتٍ ذاتِ هدفٍ مشترك. وظيفتُهُ تمكينُ الخليّة من نسخ مجموعةِ جيناتٍ تتأثّر بردّ فعلٍ لإشارةٍ داخل-خلويّة أو خارج-خلويّة، بهدفِ منعِ نسخٍ زائدٍ لهذه الجينات، دونَ حاجةٍ. هدفُ أوبيرون اللاّكتوز هوَ تمكينُ استيعاب السُّكَّر الثّنائيّ اللاّكتوز وتحليله، لاحتياجاتِ الطّاقة. ولأنّ اللاّكتوز ليسَ مصدرَ الطّاقة المفضَّل لدى البكتيريا، فإنّها تَستَعمِلُه عندما لا يكونُ لديها خَيارٌ آخرُ، أي عندما لا تتوفَّرُ لديها مصادرُ طاقةٍ أخرى في البيئة. لهذا، ولمنع نَسخٍ زائدٍ لبروتينات تشترِكُ في تحليل اللاّكتوز، والّتي يؤدِّي إنتاجُها إلى تبذيرِ طاقةٍ ومواردَ حيويّة، يتوجَّبُ على البكتيريا أن تبنيَ هذه البروتينات حسب تركيبِ مصادرِ الطّاقة في البيئة.
أنتم مَدعُوُّونَ إلى مشاهدة الفيلم القصير أوبيرون اللاّكتوز – تعبيرٌ حاثٌّ للجينات. إذا كنتم غير مُتمكِّنينَ من عمليّة إنتاج البروتين في الخليّة، ادخلوا إلى شرح كلّ المراحل من الجين إلى البروتين.
قبل أن نبدأ اللّعب في التّطبيق، علينا البدءُ أوّلاً ببعض المصطلحات الأساسيّة، المشروحة أيضًا في الفيلم القصير أوبيرون اللاّكتوز الّذي ذكرناه:
المُحفَّز (Promoter): مقطعُ DNA موجودٌ قبلَ الجين المسؤول عن تجنيد الـ -RNA polymerase لنسخ الجين.
الكابِح (Repressor): هو بروتين يؤدّي ربطه إلى إعاقة انعكاس الجين.
المُشغِّل (Operator): مقطع DNA قريبٌ من المحفّز المستعمل كمُشغِّل للجين. عندما يرتبطُ الكابح بالمشغِّل، لَن يحدثَ نَسخٌ. بعض المشغِّلينَ يتطلَّبُ بروتين معيَّنًا يحثُّ عمليّة النَّسخ.
RNA polymerase : إنزيمٌ مسؤولٌ عن نسخ الجين.
اللاّكتوز: سكَّر ثنائيّ يُشكِّلُ مصدرَ طاقة للبكتيريا.
Lac Z : جينٌ يُشفِّر-β-galactosidase – إنزيمٌ يحلِّل اللاّكتوز إلى جلوكوز وجلاكتوز (وهما مصدرا طاقةٍ تفضِّلها البكتيريا على اللاّكتوز).
Lac Y : جينٌ يُشفّر لـ-β-galactosidase permease, ناقلٌ يساعدُ في إدخال اللاّكتوز إلى الخليّة.
Lac I : جينٌ يُشفّر إعاقة نسخ -Lac Z.
سنبدأُ الآنَ في الجزء الأوّل من التّطبيق، وهو رقابة اللاكتوز: أضيفوا مُركِّباتِ الأوبيرون بواسطة جرّها مِنَ الصُّندوق إلى الـ DNA . شاهدوا ما سيحدث. أيّة بروتينات تمّ نسخُها؟ ماذا سَيحدُثُ إذا أزلتمُ المشغِّلَ (مدعم Lac)؟ بعدَ ذلك، أعيدُوا المشغِّلَ وابدأوا بإدخالِ اللاّكتوز إلى الخليّة. ماذا حَدَثَ للمُشغِّل؟ ماذا حَدَثَ للاّكتوز؟
سَنَنتَقِلُ الآنَ إلى الجُزء الثّاني، وهو نَقلُ اللاّكتوز. أضيفوا كلَّ مُكوِّنات الأوبيرون، وابدأوا بإخراجِ اللاكتوز خارجَ الخليّة. شاهدوا ما سيحدُثُ خلالَ عدّة دقائق. أيّة جينات يتمُّ نسخُها؟ لماذا، حسب رأيكُم، تُنسَخُ الجيناتُ على الرّغم من وجود كابِحٍ؟ ماذا حدثَ في المنظومة بعد وصول -LacY إلى الغشاء ؟ انتظروا حتّى نفادِ اللاّكتوز. ماذا يحدث الآنَ في المنظومة؟
رأينا أنّه في وجود الجلوكوز، فإنّ الكابح مَنَعَ تعبير-LacZ و-LacY في مُستوًى مرتفع، على الرّغم من تعبيرهم بمُستوًى منخفضٍ جدًّا، وأنّه في وجود اللاّكتوز هذه الجينات تُعبّر بشكلٍ قويّ. ما هو السَّبب البيولوجيّ لهذا، حسبَ رأيكُم؟
سؤالٌ للتّداوُل العلميّ: لا تتواجدُ الأوبيرونات في الخلايا حقيقيّةِ النّواة (كخلايا جسم الإنسان) تقريبًا. أيّة سلبيّات (نواقص) يمكنُ أن تكونَ لطريقةِ الأوبيرونات، والّتي ربّما بسببها اختفت خِلال عمليّة النُّشوء والتّطوّر؟