أسئلة تدريبية
1. باحث يستخدم عاثيات موسومة بمادة مشعة على غلافها البروتيني فقط (دون DNA)، ويجد أن المادة المشعة لا تدخل البكتيريا المصابة. ماذا يستنتج من هذا حول ما يدخل البكتيريا فعليًا؟
يستنتج أن البروتين لا يدخل البكتيريا لتوجيه إنتاج عاثيات جديدة، مما يدعم أن DNA (لا البروتين) هو المادة التي تدخل وتحمل المعلومات الوراثية.
2. طالب يسأل: “لماذا لم تكن تجربة جريفيث وحدها كافية لإثبات أن DNA هو المادة الوراثية؟” ما الإجابة الصحيحة؟
لأن جريفيث حدد وجود “عامل تحول” مسؤول عن التحويل، لكنه لم يحدد طبيعته الكيميائية بدقة (هل هو بروتين أم DNA أم شيء آخر)؛ هذا التحديد الدقيق جاء لاحقًا مع تجارب أفري.
3. باحث يعالج مستخلصًا بإنزيم يحلل الدهون فقط، ويجد أن عامل التحول لا يزال يعمل بفعالية كاملة. ماذا يستنتج حول طبيعة عامل التحول من هذه النتيجة بالتحديد؟
يستنتج أن عامل التحول ليس دهونًا، لأن تحليل الدهون لم يؤثر على فعاليته.
4. باحثة تصمم تجربة لتحديد ما إذا كان البروتين أم DNA هو المادة التي توجه إنتاج عاثيات جديدة داخل البكتيريا. ما التصميم التجريبي الذي استخدمه هيرشي وتشاس لحل هذا السؤال بالتحديد؟
وضع علامات مشعة مختلفة على بروتين العاثية وعلى DNA العاثية بشكل منفصل، لتتبع أيهما يدخل البكتيريا فعليًا ويوجه إنتاج عاثيات جديدة.
5. طالب يسأل: “ما البديل الذي كان يُفترض أن يكون المادة الوراثية قبل هذه التجارب، ولماذا؟” ما الإجابة المرتبطة بالسياق التاريخي؟
كان يُفترض أن البروتين هو المادة الوراثية، بسبب تعقيد تركيب البروتينات الظاهري الذي بدا أكثر قدرة على حمل معلومات معقدة، مقارنة بما كان يُنظر إليه كتركيب أبسط لـ DNA في ذلك الوقت.
6. باحثة تريد إثبات أن عامل تحول معين (في تجربة مشابهة لتجربة جريفيث) هو بروتين لا DNA. أي إنزيم يجب أن تستخدمه لاختبار هذا الافتراض، وماذا تتوقع إذا كان افتراضها صحيحًا؟
إنزيم يحلل البروتين؛ إذا توقف عامل التحول عن العمل بعد هذا التحليل، فهذا يدعم افتراضها بأن العامل بروتين؛ إذا استمر عامل التحول في العمل، فهذا يدحض افتراضها.
7. طالب يقرأ عن تجربة أفري ويسأل: “لماذا استخدم أفري ثلاثة إنزيمات مختلفة (لتحليل البروتين، الدهون، وDNA) بدلًا من إنزيم واحد؟” ما الإجابة المنطقية؟
لاستبعاد كل احتمال بديل بشكل منفصل ودقيق (بروتين، دهون)، والتأكد من أن التوقف الفعلي لعامل التحول يحدث فقط مع تحليل DNA تحديدًا، مما يعزل DNA كالمادة المسؤولة بثقة أكبر.
8. باحثة تحلل جزيء DNA وتجد أن 30% من قواعده هي الأدينين (A). بناءً على قاعدة الاقتران التكاملي، ما النسبة المتوقعة للثايمين (T) في هذا الجزيء؟
30% أيضًا، لأن الأدينين يرتبط دائمًا بالثايمين بنسبة متساوية تقريبًا في جزيء DNA الكامل.
9. طالب يفحص نموذجًا لجزيء DNA ويجد أن قطر الحلزون المزدوج ثابت على طوله بالكامل. ما التفسير العلمي لهذا الثبات، بناءً على نوعي القواعد النيتروجينية؟
التكامل الدقيق بين قاعدة بيورينية كبيرة (A أو G) وقاعدة بيريميدينية أصغر (T أو C) في كل موضع، مما يحافظ على قطر ثابت للحلزون.
10. باحث يحاول تصنيع شريط DNA مقابل بشكل خاطئ، فيربط الأدينين (A) بالجوانين (G) بدلًا من الثايمين. ما الخطأ في هذا الربط، بناءً على قاعدة الاقتران التكاملي؟
هذا ربط غير صحيح – الأدينين يرتبط دائمًا بالثايمين (T)، لا بالجوانين (G)؛ فالجوانين يرتبط بالسيتوزين (C) فقط.
11. باحثة تحلل عينة DNA وتجد أن عدد الروابط الهيدروجينية بين شريطيه يختلف باختلاف موضع القواعد (بعضها برابطتين، وبعضها بثلاث). أي زوج من القواعد يرتبط بثلاث روابط هيدروجينية؟
الجوانين (G) مع السيتوزين (C).
12. طالب يسأل: “إذا عرفنا تسلسل القواعد في شريط واحد فقط من DNA، هل يمكننا استنتاج تسلسل الشريط المقابل بالكامل؟” ما الإجابة الصحيحة، ولماذا؟
نعم، بناءً على قاعدة الاقتران التكاملي (A مع T، وG مع C)، يمكن استنتاج التسلسل الكامل للشريط المقابل تلقائيًا من معرفة تسلسل شريط واحد فقط.
13. باحث يفحص جزيء DNA مأخوذًا من كائن معين، ويجد نسبة أعلى من الجوانين والسيتوزين مقارنة بالأدينين والثايمين. ماذا يتوقع أن يكون تأثير هذا على استقرار الجزيء (بناءً على عدد الروابط الهيدروجينية)؟
استقرارًا أعلى نسبيًا، لأن الجوانين والسيتوزين يرتبطان بثلاث روابط هيدروجينية (أقوى)، بخلاف رابطتين فقط بين الأدينين والثايمين.
14. طالب يفحص نيوكليوتيدة واحدة من DNA تحت الميكروسكوب الافتراضي، ويسأل: “من كم مكون تتكون هذه النيوكليوتيدة؟” ما الإجابة الصحيحة؟
ثلاثة مكونات: سكر خماسي (ديوكسي ريبوز)، مجموعة فوسفات، وقاعدة نيتروجينية.
15. باحثة تحلل صور حيود الأشعة السينية لجزيء DNA (كتلك التي استخدمها واطسون وكريك)، وتستنتج شكلًا حلزونيًا مزدوجًا. من العالمة التي التقطت هذه الصور المهمة، والتي استفاد منها واطسون وكريك؟
روزاليند فرانكلين.
16. باحث يحاول تصنيع نيوكليوتيدة تحتوي على قاعدتين نيتروجينيتين بيوريتين معًا (A وG) في الموضع نفسه. ما الخطأ في هذا التصميم، بناءً على تركيب النيوكليوتيدة الطبيعي؟
كل نيوكليوتيدة تحتوي على قاعدة نيتروجينية واحدة فقط، لا قاعدتين معًا؛ التصميم المفترض يخالف التركيب الطبيعي لجزيء DNA.
17. طالب يقارن بين قاعدتين: الأدينين والسيتوزين، ويسأل: “هل يمكن أن يرتبطا معًا مباشرة في جزيء DNA الطبيعي؟” ما الإجابة الصحيحة؟
لا، الأدينين يرتبط بالثايمين فقط، والسيتوزين يرتبط بالجوانين فقط؛ الأدينين والسيتوزين لا يرتبطان معًا في الاقتران التكاملي الطبيعي.
18. باحثة تفحص جزيء DNA وتجد نسبة الأدينين إلى الثايمين تساوي 1:1 تمامًا، ونسبة الجوانين إلى السيتوزين تساوي 1:1 أيضًا. ما التفسير العلمي لهذا التطابق الدقيق في النسب؟
هذا نتيجة مباشرة لقاعدة الاقتران التكاملي، حيث يرتبط كل أدينين بثايمين واحد بالضبط، وكل جوانين بسيتوزين واحد بالضبط، عبر الجزيء بأكمله.
19. باحثة تلاحظ إنزيمًا يفك الحلزون المزدوج لـ DNA ويكسر الروابط الهيدروجينية بين الشريطين استعدادًا للتضاعف. ما اسم هذا الإنزيم؟
هيليكيز.
20. طالب يسأل: “لماذا يُسمى التضاعف بـ’شبه محافظ’ وليس ‘محافظًا بالكامل’ أو ‘غير محافظ تمامًا’؟” ما الإجابة الصحيحة؟
لأن كل جزيء DNA ناتج يحتوي على شريط قديم (محفوظ من الأصل) وشريط جديد (مُصنَّع حديثًا) معًا – أي حفظ جزئي، لا كامل ولا معدوم.
21. باحث يفحص خلية نباتية (حقيقية النواة)، ويجد أن الـ DNA بها مرتبط ببروتينات معينة ومنظم في تراكيب محددة. ما اسم هذه البروتينات، وما اسم التراكيب الناتجة؟
بروتينات الهستون؛ والتراكيب الناتجة هي الكروموسومات.
22. طالب يقارن بين خلية بكتيرية وخلية إنسان من ناحية الغشاء النووي، ويسأل: “ما الفرق الجوهري بينهما؟” ما الإجابة الصحيحة؟
الخلية البكتيرية (بادئة النواة) لا تمتلك غشاءً نوويًا حقيقيًا يحيط بالـ DNA؛ خلية الإنسان (حقيقية النواة) تمتلك نواة حقيقية محاطة بغشاء نووي يحتوي الـ DNA بداخلها.
23. باحثة تعرض خلية لمادة تثبط عمل إنزيم DNA بوليميريز تمامًا. ما التأثير المتوقع على قدرة هذه الخلية على تضاعف DNA قبل الانقسام؟
تعطل أو توقف عملية التضاعف، لأن DNA بوليميريز هو الإنزيم المسؤول عن إضافة النيوكليوتيدات الجديدة أمام كل شريط قالب.
24. باحث يفحص إنزيم هيليكيز في خلية معينة، ويجد أنه يعمل بكفاءة لكن إنزيم DNA بوليميريز معطل تمامًا. ماذا يتوقع أن يحدث لعملية التضاعف في هذه الحالة؟
يحدث فك للحلزون المزدوج بنجاح (بفعل هيليكيز)، لكن لا تُضاف نيوكليوتيدات جديدة أمام الشرائط القالبية (بسبب تعطل DNA بوليميريز)، فتتوقف عملية التضاعف عمليًا في منتصف الطريق.
25. طالب يسأل: “أي قاعدة يتبعها DNA بوليميريز عند إضافة النيوكليوتيدات الجديدة أمام كل شريط قالب؟” ما الإجابة الصحيحة، المرتبطة بدرس سابق؟
قاعدة الاقتران التكاملي (A مع T، وG مع C)، المدروسة في الدرس السابق عن تركيب DNA.
26. باحثة تفحص خلية عضلية بشرية (حقيقية النواة) في مرحلة التضاعف، وتقارنها ببكتيريا في نفس المرحلة. أين يحدث تضاعف DNA في كل من الحالتين؟
في الخلية العضلية البشرية: داخل النواة (محاطة بالغشاء النووي)؛ في البكتيريا: مباشرة في السيتوبلازم (حيث يوجد الـ DNA حرًا هناك).
27. باحث يفحص طفرة أدت لاستبدال نيوكليوتيدة واحدة فقط في جين معين، دون حذف أو إضافة. ما نوع هذه الطفرة، وهل يُتوقع أن تكون شديدة الخطورة عمومًا مقارنة بطفرات الحذف أو الإضافة؟
طفرة استبدال (نقطية)؛ وهي عمومًا أقل خطورة من طفرات الحذف والإضافة، لأنها لا تسبب انزلاقًا في إطار القراءة.
28. باحثة تكتشف طفرة تسبب حذف نيوكليوتيدة واحدة من منتصف جين طويل. ما التأثير المتوقع على قراءة الشفرة الوراثية بعد نقطة الحذف؟
حدوث “طفرة انزلاق إطار القراءة” – تُقرأ الشفرة الوراثية بشكل خاطئ تمامًا من نقطة الطفرة فصاعدًا.
29. عامل يعمل في مصنع يتعرض بشكل يومي لإشعاعات مؤينة دون حماية كافية. ما التأثير المتوقع على معدل حدوث الطفرات في خلاياه، مقارنة بشخص لا يتعرض لهذا الإشعاع؟
زيادة معدل حدوث الطفرات، لأن الإشعاعات المؤينة من العوامل البيئية (المطفرات) التي تزيد معدل حدوث الطفرات.
30. باحث يفحص طفرة أدت لإضافة نيوكليوتيدتين في منتصف جين. ما التأثير المتوقع على إطار القراءة، مقارنة بطفرة استبدال نيوكليوتيدة واحدة في نفس الموضع تقريبًا؟
طفرة الإضافة (نيوكليوتيدتين) تسبب انزلاقًا في إطار القراءة تُقرأ الشفرة خطأً بعدها بالكامل، بخلاف طفرة الاستبدال التي تغير حمضًا أمينيًا واحدًا فقط غالبًا دون انزلاق شامل.
31. طفل يعاني من مرض وراثي ناتج عن طفرة كروموسومية كبيرة (لا نقطية). ما الفرق الأساسي بين هذا النوع من الطفرات والطفرات النقطية من ناحية الحجم المتأثر؟
الطفرات الكروموسومية تشمل جزءًا كبيرًا من الكروموسوم أو الكروموسوم بأكمله (كالحذف أو التكرار أو الانتقال)، بخلاف الطفرات النقطية التي تغير نيوكليوتيدة واحدة أو عددًا قليلًا منها فقط.
32. باحث يعرّض عينة خلايا لجرعة عالية من الأشعة فوق البنفسجية في تجربة مخبرية. ماذا يتوقع أن يحدث لمعدل حدوث الطفرات في هذه الخلايا، مقارنة بعينة مماثلة غير معرضة؟
زيادة معدل حدوث الطفرات، لأن الأشعة فوق البنفسجية من العوامل المطفرة البيئية المعروفة.
33. طالب يسأل: “هل كل الطفرات ضارة بالضرورة؟” ما الإجابة الصحيحة، مع ذكر الاحتمالات الثلاث الممكنة؟
لا، ليست كل الطفرات ضارة؛ النتائج المحتملة الثلاث هي: ضارة (الأغلبية)، محايدة (لا تؤثر على وظيفة البروتين)، أو مفيدة (نادرة، ومصدر للتنوع الوراثي).
34. باحث يفحص جزيء RNA ويحاول تحديد نوعه بناءً على وظيفته: ينقل نسخة من المعلومة الوراثية من DNA في النواة إلى موقع تخليق البروتين. أي نوع من RNA هذا؟
الرنا الرسول (mRNA).
35. باحثة تفحص جزيء RNA يحمل حمضًا أمينيًا معينًا وينقله إلى موقع تخليق البروتين ليضيفه بالترتيب الصحيح. أي نوع من RNA هذا؟
الرنا الناقل (tRNA).
36. طالب يقارن بين DNA وRNA من ناحية عدد الشرائط. ما الفرق بينهما؟
RNA يتكون من شريط واحد فقط، بينما DNA يتكون من شريطين (حلزون مزدوج).
37. باحث يحلل تسلسل RNA ويجد قاعدة نيتروجينية غير موجودة في DNA على الإطلاق. ما اسم هذه القاعدة، وأي قاعدة في DNA تحل محلها؟
اليوراسيل (U)، وهي تحل محل الثايمين (T) الموجود في DNA.
38. باحثة تفحص كودونًا معينًا على mRNA وتجد أنه يتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية متتالية تُشفّر لحمض أميني واحد محدد. ما اسم النظام الذي يربط بين هذا الكودون والحمض الأميني؟
الشفرة الوراثية.
39. طالب يسأل: “لماذا لا يمكن أن يدخل الرنا الريبوسومي (rRNA) في تركيب الميتوكوندريا بدلًا من الريبوسومات؟” (بافتراض خطأ في الافتراض) – ما الوظيفة الصحيحة لـ rRNA؟
يدخل rRNA في تركيب الريبوسومات نفسها، موقع تخليق البروتين، وليس في تركيب الميتوكوندريا؛ الافتراض في السؤال غير صحيح وظيفيًا.
40. باحثة تفحص خلية تعاني من نقص شديد في الرنا الناقل (tRNA) بسبب طفرة معينة. ما التأثير المتوقع على عملية تخليق البروتين في هذه الخلية؟
تعطل أو ضعف شديد في تخليق البروتين، لأن tRNA هو المسؤول عن نقل الأحماض الأمينية إلى موقع التخليق وإضافتها بالترتيب الصحيح.
41. طالب يفحص كودونًا معينًا ويجد أنه لا يُشفّر لأي حمض أميني، بل يُشير إلى نهاية عملية التخليق. ما نوع هذا الكودون؟
كودون إنهاء (إشارة لإنهاء التخليق).
42. باحثة تقارن بين نوعين من الكائنات: أحدهما بكتيريا وحيدة الخلية، والآخر إنسان معقد. تسأل: “هل تختلف قواعد الشفرة الوراثية الأساسية بين هذين الكائنين المختلفين تمامًا؟” ما الإجابة الصحيحة؟
لا، الشفرة الوراثية عالمية تقريبًا، فنفس الكودون يُشفّر لنفس الحمض الأميني في جميع الكائنات الحية تقريبًا، من البكتيريا إلى الإنسان.
43. باحثة تلاحظ أن mRNA ينتقل من موضع تصنيعه إلى موضع آخر قبل أن تبدأ عملية الترجمة. من أين إلى أين ينتقل mRNA بعد اكتمال النسخ؟
من النواة إلى السيتوبلازم.
44. طبيب يشرح لمريض مصاب بالسكري من النوع الأول أن الأنسولين المستخدم في علاجه يُصنَّع بواسطة بكتيريا مُعدَّلة وراثيًا، بدلًا من استخلاصه من الحيوانات كما كان يحدث سابقًا. ما اسم هذا المجال العلمي الذي يجعل هذا ممكنًا؟
الهندسة الوراثية.
45. باحث يفحص ريبوسومًا في منتصف عملية الترجمة، ويصل إلى كودون إنهاء على mRNA. ماذا يحدث للبروتين الذي كان يتم تصنيعه عند هذه النقطة؟
ينفصل البروتين المكتمل عن الريبوسوم.
46. طالب يسأل: “أين تحدث خطوة الترجمة داخل الخلية، وما الفرق بينها وبين موضع خطوة النسخ؟” ما الإجابة الصحيحة؟
الترجمة تحدث على الريبوسومات في السيتوبلازم؛ بخلاف النسخ الذي يحدث داخل النواة – موضعان مختلفان لخطوتين متتاليتين.
47. باحثة تفحص خلية تعاني من طفرة تمنع الريبوسوم من التعرف على كودون الإنهاء بشكل صحيح. ماذا يتوقع أن يحدث لعملية تخليق البروتين في هذه الحالة؟
قد يستمر الريبوسوم في إضافة أحماض أمينية دون توقف صحيح، مما ينتج بروتينًا غير طبيعي (أطول من المتوقع أو بتركيب خاطئ) بسبب فشل التعرف على إشارة الإنهاء.
48. طبيب يشرح لمريض أن مشروع الجينوم البشري فتح الباب لفهم أعمق للأمراض الوراثية. في أي عام اكتملت مسودة هذا المشروع الأولى؟
2003.
49. باحثة تدرس محصولًا مُعدَّلًا وراثيًا لزيادة إنتاجيته، وتسأل: “ما التطبيق الطبي المشابه لهذا النوع من التعديل الوراثي، المرتبط بباب سابق في هذا الكتاب؟” ما الإجابة الصحيحة؟
إنتاج الأنسولين البشري بواسطة بكتيريا مُعدَّلة وراثيًا، وهو تطبيق طبي للهندسة الوراثية مرتبط بباب التنسيق الهرموني السابق.
50. طالب يسأل: “ماذا يفعل tRNA بالتحديد خلال خطوة الترجمة، بعد أن يصل الريبوسوم لكودون معين على mRNA؟” ما الإجابة الصحيحة؟
يجلب tRNA الحمض الأميني المطابق لهذا الكودون تحديدًا، ويربطه بالسلسلة البروتينية المتنامية على الريبوسوم.