البيولوجيا وعلوم الحياة

نشاط عملي يوّضح طريقة فصل “الحمض النووي” عن خلايا الفاكهة

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الحمض النووي طريقة فصل الحمض النووي الفاكهة البيولوجيا وعلوم الحياة

الأهداف:

1- فصل الحمض النووي عن خلايا الفاكهة.

2- مراقبة الحمض النووي واستخلاصه من المزيج.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– وعاء كبير مملوء بمكعبات ثلج

– زجاجة من الكحول المثيلي

– فاكهة الكيوي

– سكين ولوح تقطيع

– كوب قياس (عدد 2)

– ميزان مطبخ

– ملح طعام

– وعاء قياس أسطواني

– سائل جلي / صابون لتنظيف الأطباق غير مركز

– ماء

– قِدْر عميق فيه ماء ساخن

– مصفاة

– ملعقة كبيرة

– كأس طويل ورقيق

– قطعة سلك غير مغلف بالبلاستيك

 

خطوات العمل:

1- ضع زجاجة الكحول المثيلي في الثلج لأن الكحول يجب أن يكون شديد البرودة.

2- قشّر ثمرة الكيوي ثم قطعها على لوح التقطيع إلى قطع صغيرة وضعها في كوب القياس.

3- إمزج 1/10 أونصة (3 غرامات) من الملح مع  1/3 أونصة (10 مل) من سائل الجلي وثلاث أونصات (100 مل) من الماء.

4- أضف محلول سائل الجلي المملح إلى الفاكهة المفرومة وضع المزيج في كوب القياس واتركه لمدة 15 دقيقة.

5- ضع كوب القياس في القِدْر الذي يحتوي على الماء الساخن واتركه لمدة 15 دقيقة.

6- بعد مضي 15 دقيقة امسك المصفاة فوق الكأس، ثم صب المزيج الأخضر عبر المصفاة لينزل السائل إلى الكأس. ستحتاج إلى ملء حوالي خمس الكأس.

7- ضع قطرات من الكحول المثيلي المثلج على الجهة الخلفية من الملعقة، وذلك من أجل تشكيل طبقة أرجوانية اللون فوق الطبقة الخضراء. توقف عن الصب حين يتملئ خمس الكأس تقريباً. ضع الكأس على الطاولة وراقب ما يحدث.

8- يجب أن ترى طبقة بيضاء تتكوّن بين السائل الأخضر والسائل الأرجواني. هذا هو الحمض النووي (DNA). استخلص الحمض النووي عن طريق لفّه بعناية حول السلك.

 

يمكنك فحص الحمض النووي لثمرة الكيوي تحت المجهر، لكنك بحاجة إلى مجهر ذي عامل تكبير عالٍ كي يتسنى لك رؤية القواعد الزوجية وبنية الحمض النووي.

كما أن هذا النوع من المجاهر كبير وباهظ الثمن وغالباً ما يُستخدم في مختبرات الأبحاث.

بإمكانك أيضاً استخدام الطريقة ذاتها لاستخلاص الحمض النووي من أطعمة مختلفة (إلى اليسار)، مثل التوت والبازلاء الخضراء والقمح.

 

وإذا استخدمت أطعمة يصعب فرمها أو تقطيعها، امزج الطعام مع كمية مماثلة من الماء ورشة ملح بواسطة الخلاط الكهربائي.

بعد خلط الطعام قم بتصفيته إلى داخل وعاء أو كوب قياس، وأضف سائل الجلي ودع المزيج لمدة 15 دقيقة ومن ثم أكمل التجربة كما في السابق.

 

قارن كميات الحمض النووي التي تستطيع استخلاصها من الأطعمة المختلفة. هل تتساوى دائماً كمية الحمض النووي المستخرجة؟

قد تظن أن خلايا الفاكهة تحتوي على كمية أقل من الحمض النووي في خلايا الإنسان، لكنها في الحقيقة تحتوي على الكمية ذاتها تقريباً.

 

لم أحصل على أي حمض نووي (DNA). ما الخطأ الذي حصل؟

أحد الأسباب الممكنة هو أنك حاولت القيام بالخطوات بسرعة كبيرة. تأكد من تحريك السائل لمدة 15 دقيقة على الأقل.

وإذا تركت الكيوي ومزيج سائل الجلي والكحول المثيلي لمدة 30 إلى 60 دقيقة من دون تحريك يجب أن يترسب الحمض النووي (ينفصل) ما بين الطبقات.

يمكنك أيضاً استبدال الكحول المثيلي بكحول الإيثيل أو الكحول المعقم.

 

نصائح للسلامة

يمكن للكحول المثيلي أن يكون خطيراً جداً في حال شربه، لذا اطلب من أحد الكبار مساعدتك أثناء القيام بهذا النشاط.

 

تحليل النشاط:

يوجد الحمض النووي (DNA) داخل كل خلية من خلايا كل الكائنات الحية، لكن الصعوبة تكمن في استخلاص الحمض النووي من الخلية دون إتلافه.

وفي الحقيقة ينطوي ذلك على مشكلتين، تتمثل أولاهما في استخلاص الحمض النووي من الخلية، بينما تكمن الثانية في فصل الحمض النووي عن البروتينات الموجودة داخل كل خلية.

تم حل المشكلة الأولى عن طريق فرم وتقطيع فاكهة الكيوي ومن ثم نقعها في سائل الجلي والملح.

 

يقوم سائل التنظيف والملح بتجريد أغشية الخلية (البروتينات التي تحيط بالخلية وتبقي مكونات الخلية في داخلها) كي يتسنى إخراج جميع مكونات الخلية منها،لذلك كلما كان تقطيع ثمرة الكيوي أصغر ازداد عدد الخلايا المفتوحة.

ولكن إذا بالغت بفرم ثمرة الكيوي عن طريق استخدام الخلاط الكهربائي قد يؤدي ذك إلى سحق الحمض النووي، ورغم أن الخلاط يعمل بشكل جيد مع بعض الأطعمة الأخرى.

والمشكلة الثانية التيتم حلها جزئياً تتمثل في التخلص من البروتين العالق بالحمض النووي داخل الخليةعن طريق استخدام الكحول المثيلي وثمرة الكيوي.

 

تحتوي فاكهة الكيوي على الكثير من الأنزيمات التي تسمى البروتينز“ والتي تتجلى وظيفتها في حل البروتينات.

يقوم أنزيم البروتينيز بمهاجمة البروتينات العالقة بالحمض النووي وتفكيكها، ما يؤدي إلى تحرير الحمض النووي.

ولهذا السبب نجد أن فاكهة الكيوي مناسبة جداً لهذه التجربة لأن أنزيمات الفرم والتقطيع“ موجودة بصورة طبيعية في ثمرة الكيوي.

 

إن الطبقة الخضراء التي تكوّنت في الكأس مليئة بالحمض النووي، بالإضافة إلى العديد من البروتينات المتفككة وأشياء كثيرة أخرى من داخل الخلية.

وعندما قمت بصب الكحول المثيلي البارد داخل الكأس تحول الحمض المذاب في الطبقة الخضراء إلى مادة صلبة.

ترتفع هذه المادة الصلبة إلى أعلى الطبقة الخضراء وتظهر كطبقة البيضاء تستطيع استخراجها في هذه المرحلة.

 

تحوي كل خلية في جسدك 6 أقدام (2 متر) تقريباً من الحمض النووي الممتد فيها، وبما أنه يوجد حوالي ثلاثة تريليونات خلية في جسدك، فهذا يعني أنه في حال مدّ كل الحمض النووي الموجود في جسدك سيبلغ طوله حوالي 3.5 مليون ميلاً (5.6مليون كم).

ومع ذلك يبلغ عرض كل شريط للحمض النووي نحو 10 أو 12 ذرة فقط، ما يجعل التفافها مع بعضها متراصاً وبصورة يتسع لها المكان الصغير الموجود في خلاياك.