الصفحة 165

الصفحة 165

اسم الصورة: تنظيم دورة الخلية بواسطة البروتينات الحلقية

6-3

تنظيم دورة الخلية
Cell Cycle Regulation

الفكرة الرئيسة تنظم البروتينات الحلقية (السايكلينات) دورة الخلية الطبيعية.

الربط مع الحياة قد تتعدد المنازل والبنايات التي تبنى على تصميم متماثل، إلا أن البناء وفق النمط الذي صممه مهندسها إنما يعتمد تعليمات في المخططة أو برنامج العمل، وكذلك الخلايا لديها تعليمات محددة لإكمال دورة الخلية.

الأهداف
تلخص دور البروتينات الحلقية في التحكم في دورة الخلية.
تشرح كيف يرتبط مرض السرطان بدورة الخلية.
تصف أهمية موت الخلية المبرمج.
تلخص نوعي الخلايا الجذعية واستخداماتها المحتملة.

مراجعة المفردات
النيوكليوتيد: وحدة أساسية تكون جزيئات DNA و RNA.

المفردات الجديدة
البروتين الحلقي
الإنزيم المفسفر المعتمد على البروتين الحلقي
السرطان
المسرطن
موت الخلية المبرمج
الخلية الجذعية

Normal Cell Cycle
دورة الخلية الطبيعية

إن وقت انقسام الخلية ومعدله ضروريان جدًّا لصحة المخلوق الحي؛ حيث يختلف معدل انقسام الخلية بناءً على نوعها. وتتحكم في دورة الخلية آلية تتضمن بروتينات وإنزيمات خاصة.

The role of cyclins
دور البروتينات الحلقية (السايكلينات)

السيارة تحتاج إلى استعمال المفتاح لترسل إشارة إلى المحرك لبدء التشغيل. وكذلك دورة الخلية في الخلايا الحقيقية النوى؛ حيث يتم تنشيطها بارتباط مادتين ترسلان إشارات لبدء عملية التكاثر الخلوي. ترتبط بروتينات تسمى البروتينات الحلقية cyclins، مع إنزيم يسمى الإنزيم المفسفر المعتمد على البروتين الحلقي cyclin dependent kinase (CDK) في أثناء الطور البيني والانقسام المتساوي لبدء النشاطات المختلفة التي تحدث في دورة الخلية. ويسيطر ارتباط مجموعات مختلفة من البروتين الحلقي وإنزيم CDK على نشاطات متنوعة في مراحل مختلفة من دورة الخلية. ويمثل الشكل 6-10 نشاط بعض هذه المجموعات المهمة.

الشكل 6-10 تسمح الجزيئات المسؤولة عن إرسال الإشارات المكونة من البروتين الحلقي وإنزيم CDK، بداء دورة الخلية ثم دخولها في الانقسام المتساوي. وهناك نقاط فحص خاصة ترقب الأخطاء المحتملة في دورة الخلية وتستطيع إيقاف الدورة في حال حدوث خطأ ما.

G1
S
G2
M
C
تنشيط بناء DNA
تنشيط بداية البروتين
نهاية تضاعف DNA
تنشيط بداية الانقسام النووي
تخصر الخلايا جديدة ومتماثلة
بروتين حلقي
إنزيم مفسفر
نقطة ضبط

الصفحة 166

وفي طور النمو الأول (G1) من الطور البيني، ينشأ عن ارتباط البروتين الحلقي و CDK إشارة لبدء دورة الخلية، في حين ينشأ عن أنواع مختلفة من هذه الارتباطات إشارة لبدء أنشطة أخرى تشمل تضاعف DNA، وبناء البروتين والانقسام النووي في أثناء دورة الخلية. وترسل المجموعة نفسها البروتين الحلقي / CDK إشارة أيضًا لإنهاء دورة الخلية.

Quality Control Checkpoints
نقاط السيطرة لضبط النوعية

يستخدم العديد من مصنعي السيارات رقاقة صغيرة خاصة في المفتاح لضمان تشغيل كل سيارة بمفتاح محدد، وتعد هذه نقطة سيطرة تمنع تعرض السيارة للسرقة. كذلك تحتوي دورة الخلية على نقاط سيطرة تتابع دورة الخلية ويمكنها أن توقفها إذا حدث خطأ ما. فمثلًا نقطة السيطرة الموجودة في نهاية المرحلة G1 تراقب أي تلف يحدث في DNA، وقد توقف الدورة قبل دخولها مرحلة البناء S من الطور البيني. وهناك نقاط سيطرة أخرى لضبط النوعية في أثناء المرحلة S وبعد تضاعف DNA في المرحلة G2، بالإضافة إلى نقطة سيطرة في أثناء تكوين الخيوط المغزلية خلال الانقسام المتساوي. فإذا تم الكشف عن خلل أو فشل في الخيوط المغزلية فقد يتم إيقاف الدورة قبل عملية انقسام السيتوبلازم، انظر الشكل 6-10.

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

فني صيدلة حيوية
Pharmaceutical QC Technician

تمر عمليات تصنيع المنتجات الحيوية المرتبطة بمؤشرات ضبط النوعية. كما تمر في ذلك دورة الخلية تمامًا. يستخدم فنيو ضبط النوعية في شركات التصنيع علومًا مختلفة ومهارات رياضية لمراقبة العمليات من أجل ضمان نوعية المنتج.

Abnormal Cell Cycle: السرطان
دورة الخلية غير الطبيعية: مرض السرطان

الربط مع الصحة على الرغم من وجود نظام نقاط فحص لضبط النوعية في دورة الخلية، وهو نظام معقد إلا أنه قد يفشل أحيانًا. فعندما لا تستجيب الخلايا للآليات التي تسيطر على دورة الخلية الطبيعية بشكل خلل يسمى السرطان cancer، هو نمو الخلايا وانقسامها بشكل غير منتظم. كما في فشل أنظمة دورة الخلية. وعدم الكشف عن هذا الخطأ يؤدي بالخلايا السرطانية إلى قتل المخلوق الحي من خلال الضغط على الخلايا الطبيعية ومزاحمتها، وهذا يؤدي إلى فقدان النسيج لوظيفته. تقضي الخلايا السرطانية وقتًا أقل في الطور البيني مقارنة بالخلايا الطبيعية، وهذا يعني أنها تنمو وتنقسم بصورة عشوائية وغير منتظمة طوال فترة تزودها بالمواد الغذائية الضرورية. ويبين الشكل 6-11 مرحلة خلايا سرطانية لخلايا طبيعية.

الشكل 6-11 يمكن للنسيج المتخصص أن يحدد الخلايا السرطانية نتيجة شكلها غير الطبيعي وغير المنتظم مقارنة بالخلايا الطبيعية. والخلايا المكنة عينة فإن الورم السرطاني سيؤول درجة قتل المخلوق الحي.

خلايا طبيعية
خلايا سرطانية

Causes of cancer
أسباب مرض السرطان

لا يحدث السرطان في المخلوقات الحية الضعيفة فقط، بل يحدث أيضًا في المخلوقات الحية اليافعة والنشطة والسليمة أيضًا.

الصفحة 167

اسم الصورة: تجربة المقارنة بين مستحضرات الوقاية من أشعة الشمس

تجربة استهلالية
مراجعة بناء على ما قرأته عن الخلية، كيف تجيب الآن عن أسئلة التحليل؟

وتعد التغيرات التي تحدث في أثناء تنظيم نمو وانقسام الخلايا السرطانية إلى الطفرات أو التغيرات في قطع من DNA التي تسيطر على إنتاج البروتينات، ومنها البروتينات التي تنظم دورة الخلية. وعادة ما يتم إصلاح التغيرات الجينية أو التلف الذي يحدث، بأنظمة إصلاح مختلفة. ولكن إذا فشل نظام الإصلاح تكون النتيجة تكون الخلايا السرطانية.

وهناك عوامل بيئية مختلفة قد تؤثر في حدوث مرض السرطان. وتسمى المواد والعوامل التي تسبب مرض السرطان المسرطنات carcinogens.

على الرغم من عدم قدرتنا على الوقاية من بعض أمراض السرطان أو منعها، إلا أن تجنب التعرض للمواد المسرطنة يساعد على التقليل من خطر الإصابة بهذا المرض. ويتطلب ذلك وضع ملصقات تحذيرية على المنتجات التي قد تحوي مواد مسرطنة. كما تحمي القوانين الصناعية الأفراد من التعرض للمواد الكيميائية المسببة للسرطان، مثل الأسبست، في أماكن العمل. وقد أزيل الأسبست مثلاً من مبانٍ قديمة للحماية الذين يعيشون ويعملون فيها. كما أن تجنب التدخين بأنواعه يقلل من خطر الإصابة بمرض السرطان.

يصعب تجنب بعض الإشعاعات ومنها الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس، على نحو كامل. وهناك علاقة بين كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تتعرض لها الإنسان وبين خطر الإصابة بسرطان الجلد.

تجربة 6-2
المقارنة بين المستحضرات الواقية من أشعة الشمس

هل تقي مستحضرات الوقاية خلايا من تلف الخلايا؟ تحتوي المستحضرات الواقية من أشعة الشمس مركبات مختلفة، وتستطيع حجب الأشعة فوق البنفسجية من ضوء الشمس؛ حيث تربط الأشعة فوق البنفسجية UVB طفرات الـ DNA التي قد تؤدي إلى حدوث سرطان الجلد. وستعرف مدى فاعلية هذه المستحضرات الوقائية في أشعة الشمس.

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• اختر أحد مستحضرات الوقاية التي يزودك بها المعلم، وسجل المكونات الفعالة ومعامل الحماية من الشمس SPF على ورقة بيانات.
• احصل على قطعتين من مادة تغليف بلاستيكية، وارسم على إحداهما بقلم تخطيط دائرتين متباعدتين، ثم ضع نقطة من المستحضر الواقي في منتصف إحدى الدائرتين، ونقطة أخرى من مادة أكسيد الخارصين في منتصف الدائرة الثانية.
• ضع القطعة الأخرى من مادة التغليف فوق الدائرتين، ووزع الدائرتين بالضغط عليهما بواسطة الكتاب.
• خذ قطعة ورق حساسة للشمس، وضع نصفي التغليف إلى منطقة مشمسة، واكشف بسرعة عن الورقة الحساسة، ثم ضع قطعتي التغليف فوقها ثم عرضها لضوء الشمس.
• انقل الورقة من المنطقة المشمسة، بعد تعرضها للشمس مدة 5-10 دقائق، وادرس التغيرات فيها بناء على التعليمات.

التحليل

• التفكير الناقد لماذا قارنت المستحضر الواقي للشمس بأكسيد الخارصين؟
• استخلاص النتائج بعد فحص الورق الحساس للشمس لجميع زملائك في الصف، ترى أي المستحضرات الواقية يمنع تكوين طفرات DNA؟

الصفحة 168

لذا ينصح الأشخاص الذين يتعرضون لأشعة الشمس باستخدام المستحضرات التي تقي من أشعتها. وتعد الأشعة السينية شكلاً آخر من الإشعاعات التي تسبب السرطان، وتستخدم في الأغراض الطبية، ومنها الكشف عن عظم مكسور أو نخر في الأسنان. وللحماية من التعرض لهذه الأشعة يجب ارتداء معطف من الرصاص الثقيل عند أخذ الصورة الإشعاعية.

ومن هنا أنشئت الهيئة العامة السعودية للغذاء والدواء لتحقيق الأهداف الرئيسة الآتية: سلامة ومأمونية وفاعلية الغذاء والدواء للإنسان والحيوان، ومأمونية المستحضرات الحيوية والكيميائية التكميلية ومستحضرات التجميل والمبيدات، وسلامة المنتجات الإلكترونية من التأثير على الصحة العامة، وكذلك القيام بالإجراءات الطبية والشخصية وسلامتها، ووضع السياسات والإجراءات الواضحة للغذاء والدواء والتخطيط لتحقيق هذه السياسات وتفعيلها، وإجراء البحوث والدراسات التطبيقية لتعرف المشكلات الصحية وأسبابها وتحديد آثارها، بما في ذلك طرق وتقييم البحوث، فضلًا عن وضع قاعدة علمية تستند منها في الأغراض التطبيقية والخدمات الاستشارية والبرامج التنفيذية في مجالي الغذاء والدواء.

الربط مع رؤية 2030
2-5-2 الارتقاء بجودة الخدمات المقدمة للمواطنين

منح الأستاذ الدكتور ستيفن جاكسون جائزة الملك فيصل فرع العلوم لعام 1437هـ في مجال علم الحياة لإسهاماته المتميزة في التعرف على العمليات التي آليات إصلاح الجينوم وعلاقة ذلك بجين السرطان، وبصفة خاصة إسهاماته في كشف العوامل الجزيئية لإصلاح الحمض النووي.

المصدر: موقع جائزة الملك فيصل / فرع العلوم
[http://kingfaisalprize.org/ar/science/](http://kingfaisalprize.org/ar/science/)

المفردات
الاستعمال العلمي مقابل الاستعمال الشائع

الوراثة Inheritance
الاستعمال العلمي انتقال الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء بوساطة DNA.
تركيب جسم الشخص وملامحه ورثية تنتقل لوراثة الصفات.
الاستعمال الشائع إعطاء ممتلكات للورثة لأفراد العائلة الذين ما زالوا على قيد الحياة.
ورث أحمد البيت عن والده.

Cancer genetics
وراثة السرطان

يتطلب تحويل الخلايا غير الطبيعية إلى خلايا سرطانية أكثر من تغير واحد في المادة الوراثية DNA. وبمرور الزمن يصبح من الممكن حدوث تغيرات عدة في DNA، وهذا يفسر زيادة خطر الإصابة بالسرطان مع تقدم العمر. وتفسر حقيقة حدوث تغيرات متعددة سبب تكرار الإصابة بالسرطان في بعض العائلات. فالفرد الذي يرث تغيرًا واحدًا أو أكثر من أحد والديه معرض لخطر الإصابة بالسرطان بنسبة أعلى من الشخص الذي لا يرث هذه التغيرات.

Apoptosis
موت الخلية المبرمج

لا تعيش كل الخلايا الناتجة عن الانقسامات؛ حيث تمر بعض الخلايا بعملية تسمى موت الخلية المبرمج apoptosis. تنكمش الخلايا التي تمر بعملية الموت المبرمج، وتتقلص ضمن عملية منظمة. وتتم هذه العملية في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية.

ومن أمثلة الموت المبرمج نمو يد الإنسان أو قدمه. فعندما تبدأ اليدان أو القدمان في النمو تتحلل الخلايا الفراغات بين أصابع اليدين وأصابع القدمين، ويعد هذا النسيج عملية الموت المبرمج طبيعيًّا. ومع موت الخلايا في الوقت الملائم لا يتكون النسيج في المخلوق المكتمل النمو.

ومن الأمثلة على الموت المبرمج الملحوظة في النباتات موت الخلايا؛ حيث ينتج عنه تساقط أوراق الأشجار في فصل الخريف. كما يحدث الموت المبرمج للخلايا التي تتلف وتصبح غير قابلة للإصلاح، ومنها الخلايا التي تتلف مادتها الوراثية التي قد تؤدي إلى حدوث السرطان. ويساعد الموت المبرمج للخلية على حماية المخلوقات الحية من نمو الخلايا السرطانية.

الصفحة 169

اسم الصورة: الخلايا الجذعية وأنواع الخلايا المتخصصة

Stem Cells
الخلايا الجذعية

إن معظم الخلايا في المخلوق الحي العديد الخلايا تؤدي وظائف متخصصة. وقد يكون بعض هذه الخلايا جزءًا من جلدك، وبعضها الآخر جزءًا من قلبك.

ففي عام 1998 م اكتشف العلماء طريقة لعزل نوع فريد من الخلايا في الإنسان هي الخلايا الجذعية stem cells، وهي خلايا غير متخصصة تصبح خلايا متخصصة إذا وضعت في ظروف مناسبة، الشكل 6-12، حيث يمكن للخلايا الجذعية أن تبقى في المخلوق الحي سنوات عديدة وهي تنقسم.

وهناك نوعان رئيسان من الخلايا الجذعية، هما: الخلايا الجذعية الجنينية، والخلايا الجذعية المكتملة النمو.

Embryonic stem cells
الخلايا الجذعية الجنينية

بعد تلقيح الحيوان المنوي للبويضة تنقسم كتلة الخلايا الناتجة باستمرار إلى أن يصبح عددها 100-150 خلية تقريبًا. وهذه الخلايا غير متخصصة، وتسمى الخلايا الجذعية الجنينية. وحين تفصل كل واحدة من هذه الخلايا بعضها عن بعض، تكون قادرة على النمو إلى مجموعة كبيرة من الخلايا المتخصصة. وإذا استمر الجنين في الانقسام فإن الخلايا تتخصص إلى أنسجة وأعضاء وأجهزة مختلفة. وقد أثارت أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية الكثير من الجدل بسبب اعتبارات أخلاقية حول مصدر هذه الخلايا.

Adult stem cells
الخلايا الجذعية المكتملة النمو

يوجد النوع الثاني من الخلايا الجذعية، أو الخلايا الجذعية المكتملة النمو في أنسجة متنوعة من جسم الإنسان، وقد تستخدم في الحفاظ على النسيج الذي توجد فيه أو إصلاحه. وقد يصبح مصطلح الخلايا الجذعية المكتملة النمو مضللاً في بعض الأحيان؛ لأن المولود الجديد لديه خلايا جذعية مكتملة النمو أيضًا.

الشكل 6-12 إذا كانت الخلايا الجذعية غير موجهة، فلا تصبح في عدد من الخلايا؛ لأنها قد تصبح إلى سلسلة من الحالات المرضية والتشوهات الوراثية.
استنتج كيف تستخدم الخلايا الجذعية في محاولات علاج عصب مضرور؟

خلايا جذعية
خلية عضلية
خلية دم حمراء
خلية عصبية

المفردات
مفردات أكاديمية

مكتمل النمو Mature
الوصول إلى نمو طبيعي كامل.
بعد الانقسام المتساوي، يجب أن يكتمل نمو الخلايا الجديدة قبل أن تنقسم مرة أخرى.

الصفحة 170

اسم الصورة: أبحاث الخلايا الجذعية لعلاج الإصابات والأمراض

الشكل 6-13 أدت الأبحاث التي أجريت على الخلايا الجذعية إلى تقدم علاج العديد من الإصابات والأمراض.

وكما في الخلايا الجذعية الجنينية فإن بعض أنواع الخلايا الجذعية المكتملة النمو يمكن أن تنمو إلى أنواع مختلفة من الخلايا، لتوفر علاجًا للعديد من الأمراض والحالات الطبية.

في عام 1999م استخدم باحثون خلايا جذعية عصبية لعلاج نسيج دماغي تالف في الفئران. وفي عام 2000م أقر زرع أول خلايا جذعية بنجاح علاجية بنكرياسية لإعادة وظيفة البنكرياس في فئران مصابة بالسكري. تشير الأبحاث التي تجرى على الخلايا الجذعية البالغة، الشكل 6-13، جدلاً أقل من الخلايا الجذعية الجنينية بسبب إمكانية الحصول عليها بعد موافقة المتبرعين بها.

اسم الصورة: التقويم 6-3

التقويم 6-3

الخلاصة

• يتم تنظيم دورة الخلية في الخلايا الحقيقية النوى بوساطة بروتينات حلقية.
• توجد نقاط فحص في معظم مراحل دورة الخلية لضمان انقسام صحيح ودقيق للخلية.
• السرطان نمو وانقسام غير منتظم وعشوائي للخلايا.
• قد تمر الخلايا بآلية الموت المبرمج.
• الخلايا الجذعية خلايا غير متخصصة يمكن أن تنمو إلى خلايا متخصصة إذا وضعت في ظروف مناسبة.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة صف. كيف تنظم البروتينات الحلقية دورة الخلية؟
• وضح كيف تختلف دورة الخلية السرطانية عن دورة الخلايا الطبيعية؟
• حدد ثلاث مواد مسرطنة.
• قارن بين أوجه الاختلاف لكل من موت الخلية المبرمج والسرطان.
• صف تطبيقًا محتملاً للخلايا الجذعية.
• وضح الفرق بين الخلايا الجذعية الجنينية والخلايا الجذعية المكتملة النمو.

التفكير الناقد

• كون فرضية. ما الذي قد يحدث إذا لم تمر الخلايا التي حدث فيها تلف شديد في مادتها الوراثية DNA بآلية الموت المبرمج؟

• الكتابة في علم الأحياء اكتب إعلامًا تبيّن فيه للناس المواد المسرطنة. اختر أحد أنواع السرطان، واكتب حول المواد المسرطنة التي تسببه.