معلومة

7: الوحدة 4 - بدائيات النوى - علم الأحياء

7: الوحدة 4 - بدائيات النوى - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

7: الوحدة 4 - بدائيات النوى

7: الوحدة 4 - بدائيات النوى - علم الأحياء

هناك العديد من الاختلافات بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة. ومع ذلك ، فإن جميع الخلايا لها أربعة هياكل مشتركة: غشاء البلازما ، الذي يعمل كحاجز للخلية ويفصل الخلية عن بيئتها ، السيتوبلازم ، مادة تشبه الهلام داخل الأحماض النووية للخلية ، المادة الوراثية للخلية والريبوزومات ، حيث يتم تخليق البروتين. تأتي بدائيات النوى بأشكال مختلفة ، لكن العديد منها ينقسم إلى ثلاث فئات: الكوتشي (كروي) ، العصيات (على شكل قضيب) ، والسبريلي (الشكل الحلزوني) (الشكل 1).

الشكل 1. تنقسم بدائيات النوى إلى ثلاث فئات أساسية بناءً على شكلها ، والتي يتم تصورها هنا باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني: (أ) الكوتشي ، أو كروي (يظهر الزوج) (ب) العصيات ، أو على شكل قضيب و (ج) spirilli ، أو حلزوني الشكل. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة جانيس هاني كار ، والدكتور ريتشارد فاكلام ، ائتمان مركز السيطرة على الأمراض c: تعديل العمل بواسطة بيانات شريط مقياس ديفيد كوكس من مات راسل)

أهداف التعلم

  • وصف البنية الأساسية لدائيات النوى النموذجية
  • وصف الاختلافات المهمة في البنية بين العتائق والبكتيريا

أنتوني فان ليفينهوك يحسن الفحص المجهري

في السنوات التالية مباشرة ، اعتمد علماء آخرون على أعمال هوك ، بما في ذلك أنتوني فان ليوينهوك (1632 - 1723) ، تاجر أقمشة في دلفت ، نيديرلاند. لم يكن Van Leeuwenhoek عالِمًا من خلال التدريب الرسمي ، لكنه كان شخصًا مجتهدًا وفضوليًا يسعد كثيرًا بمراقبة العالم من حوله (Anderson ، 2009). أثناء عمله في الخردوات في سبعينيات القرن السابع عشر ، بدأ فان ليوينهوك بتجربة نفخ الزجاج وبناء المجاهر (الشكل 2). باستخدام التصاميم التي وصفها Hooke in ميكروغرافيا، صنع فان ليوينهوك مجاهره الخاصة يدويًا ، وصنع كل عنصر من العدسة عالية الدقة إلى البراغي المستخدمة لتثبيت الأداة معًا (Anderson ، 2009).

الشكل 2: مجهر فان ليوينهوك البسيط. على اللوحة النحاسية توجد عدسة مكبرة صغيرة مثبتة ونقطة حادة يمكن أن تحمل العينة. سيؤدي تدوير البراغي إلى ضبط الوضع والتركيز.

خلال حياته ، صنع فان ليفينهوك المئات من المجاهر والعدسات يدويًا ، كل واحدة فريدة من نوعها. باستخدام هذه المجاهر والعدسات المحسّنة ، بدأ في دراسة العالم من حوله ومشاركة هذه الملاحظات مع مؤسسات مثل الجمعية الملكية الإنجليزية. جاءت إحدى أولى ملاحظاته المهمة في أغسطس 1674 ، عندما نظر إلى عينات المياه من بيركيلس مير ، وهي بحيرة تقع على بعد ميلين من ديلفت. في رسالة إلى هنري أولدنبورغ في سبتمبر ، ونُشرت في المعاملات الفلسفية للمجتمع الملكي، لاحظ فان ليوينهوك:

تناولت بعضًا منه [الماء] في وعاء زجاجي بعد أن شاهدته في اليوم التالي ، وجدت أنه يتحرك فيه عدة جزيئات ترابية ، وبعض الخطوط الخضراء ، متراصة حلزونيًا ،. من بين كل هذه الحيوانات الصغيرة الزاحفة التي كان بعضها مستديرًا ، كانت تلك التي كانت أكبر إلى حد ما من الأخرى ذات شكل بيضاوي: في هذه الأخيرة رأيت قدمين بالقرب من الرأس وزعنفتين صغيرتين على الطرف الآخر من الجسم ... . كانت حركة معظمهم في الماء سريعة جدًا ومتنوعة جدًا ، لأعلى ولأسفل ودوراني ، لدرجة أنني أعترف بأنني لا أستطيع إلا أن أتساءل عنها. أنا أحكم ، أن بعض هذه المخلوقات الصغيرة كانت أصغر بألف مرة من أصغرها ، والتي رأيتها حتى الآن.

ما كان يراه فان ليفينهوك ، يمكننا أن نفترض الآن ، أنه كان بعضًا من أصغر أشكال الحياة: البروتوزوا ، الروتيفير ، الهدبيات ، والعوالق النباتية. تعد أوصاف Van Leeuwenhoek من بين الأوصاف الأولى التي حددت السمات الفريدة لهذه الكائنات المجهرية المختلفة وكانت بداية المجال الذي نسميه الآن علم الاحياء المجهري - دراسة الكائنات المجهرية.

أدى عمل أنتوني فان ليفينهوك إلى مجال

في السنوات التي أعقبت مباشرة اكتشاف فان ليفينهوك للكائنات الدقيقة في مياه بيركيلز مير ، كشفت دراساته عن بعض الفروق الخلوية المهمة جدًا. كان من بينها اكتشاف الكائنات وحيدة الخلية (الشكل 3) والهياكل الموجودة داخل جدران الخلايا النباتية الفارغة في الأصل من هوك (العضيات الكبيرة التي تسمى فجوات).

الشكل 3: رسم ليوينهوك للبروتوزوا.


النباتات لها فقط استجابة مناعية فطرية لحماية أنفسهم من مسببات الأمراض.

استجابة شديدة الحساسية

مثال على ذلك هو استجابة شديدة الحساسية يكتشف مسببات الأمراض ويقتل الخلايا المصابة من خلال موت الخلايا المبرمج.

الدفاعات المادية مثل trichomes تحمي النبات من الافتراس بواسطة الحشرات أو العواشب الكبيرة.

Trichomes هي أشواك توجد في نباتات مثل شجرة Gympie Gympie في كوينزلاند.

نبات القراص الأسترالي أو شجرة Gympie Gympie ، Dendrocnide moroides.

سقوط الأوراق

سقوط الأوراق هو آلية أخرى للقضاء على العامل الممرض.

يتم إسقاط الأوراق في ثلاث خطوات:

  1. يتم امتصاص العناصر الغذائية من الورقة.
  2. تتكون طبقة واقية من اللجنين في موقع انفصال الأوراق.
  3. يتم هضم الخلايا الموجودة في موقع الانفصال بواسطة الإنزيمات لتسبب سقوط الأوراق.

الكيماويات الدفاعية

يمكن للنباتات إنتاج مواد كيميائية دفاعية معينة مثل الكافيين السام للفطريات والحشرات.

إذا هزم العامل الممرض الدفاعات المادية للنبات ودخل الخلية ، فيمكن اكتشافه بواسطة مستقبلات التعرف على الأنماط (PRR).

يؤدي هذا إلى استجابة مناعية تؤدي إلى زيادة سماكة جدار الخلية لمنع المزيد من الانتشار.

في الموضوع التالي سنلقي نظرة على كيفية خضوع الخلايا الحيوانية لتغيرات فيزيائية وكيميائية استجابة لمسببات الأمراض.


التعبير الجيني: DNA إلى بروتين

العقيدة المركزية
صاغ فرانسيس كريك المرحلة & # 8220 العقيدة المركزية & # 8221 لوصف تدفق المعلومات من الحمض النووي إلى البروتين. يتم نسخ المعلومات المشفرة في DNA إلى RNA ، ويتم ترجمة RNA إلى تسلسل خطي من الأحماض الأمينية في البروتين. على الرغم من أن المعلومات يمكن أن تتدفق بشكل عكسي بين DNA و RNA عبر النسخ والنسخ العكسي ، إلا أنه لم يتم العثور على آلية للتغييرات في تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية لإحداث تغيير مماثل في RNA أو DNA.
يقدم هذا الفيديو نظرة عامة مبسطة للغاية للعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية:

ويقدم هذا الفيديو نظرة عامة متحركة للتعبير الجيني في خلية حقيقية النواة:

النسخ: DNA إلى RNA
النسخ هو عملية استخدام الحمض النووي كقالب لصنع جزيء RNA:

  • يقرأ إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي نموذج حبلا من الحمض النووي وتوليف جزيء الحمض النووي الريبي الذي تكون قواعده مكملة لقالب الحمض النووي.
  • يتم تصنيع الحمض النووي الريبي 5 & # 8242 & # 8211 & GT 3 & # 8242 (نفس اتجاه تخليق الحمض النووي) يقرأ بوليميراز الحمض النووي الريبي القالب من DNA 3 & # 8242 & # 8211 & GT 5 & # 8242.
  • تسلسل القواعد في RNA هو نفسه تسلسل القواعد في & # 8220الترميز& # 8221 حبلا من الحمض النووي ، باستثناء أن الحمض النووي الريبي يحتوي على اليوراسيل (U) بدلا من الثايمين (T).
  • تعتمد بوليمرات الحمض النووي الريبي في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى على بروتينات مرتبطة بالحمض النووي ، تسمى عوامل النسخ ، للارتباط بزخارف تسلسلية خاصة في الحمض النووي تسمى المروجين، لمعرفة من أين تبدأ الجينات.
  • تقوم عوامل النسخ بتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي لربط تسلسل المروج وبدء النسخ فقط & # 8220 downstream & # 8221 للمروج.

يقدم هذا الفيديو نظرة عامة مبسطة عن النسخ. يخطئ الراوي في الساعة 3:45 (والذي اكتشفه وصححه لاحقًا!) والذي يعد بمثابة تذكير مهم حقًا بواحد من الاختلافات الرئيسية بين DNA و RNA.

شاهد الرسوم المتحركة الجزيئية الأكثر تقدمًا للنسخ ، مع السرد ، هنا: https://www.dnalc.org/resources/3d/13-transcription-advanced.html

ترجمة: RNA إلى بروتين
الترجمة هي عملية استخدام جزيء mRNA كقالب لصنع بروتين:
تتطلب ترجمة سلسلة من القواعد في الحمض النووي الريبي إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في البروتينات ثلاثة مكونات رئيسية:

  1. رسول RNA (مرنا): يتم نسخ mRNAs من جينات ترميز البروتين. (هناك أنواع أخرى من الجينات لا تقوم بتشفير البروتينات ، مثل الجينات التي تشفر الرنا الريباسي والـ tRNAs).
  2. الريبوسومات:الريبوسومات عبارة عن تجمعات كبيرة من جزيئات الحمض النووي الريبي الريباسي (rRNAs) وعشرات من البروتينات. عندما لا تعمل ، فإنها تنقسم إلى وحدة فرعية صغيرة ووحدة فرعية كبيرة ، كل منها يتكون من الرنا الريباسي والعديد من البروتينات. عندما تم تحديد هياكل الريبوسومات بدائية النواة بدقة عالية ، اندهش الباحثون لاكتشاف أن الموقع التحفيزي لتفاعل نقل الببتيدل (ربط أحماض أمينية جديدة بسلسلة البولي ببتيد المتنامية) يتكون بالكامل من الرنا الريباسي. وبالتالي فإن الريبوسوم هو في الواقع هائل الريبوزيم، أو جزيء الحمض النووي الريبي التحفيزي المستقر بواسطة العديد من البروتينات ، بدلاً من الإنزيم.
  3. نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) التي هي & # 8220charged & # 8221 مع الأحماض الأمينية المقابلة لها (بمعنى أن الحمض الريبي النووي النقال متصل / يحمل الأحماض الأمينية المقابلة). تطابق الحمض النووي الريبي الحمض الأميني مع الكودون في الرنا المرسال. القواعد الموجودة في حلقة anticodon مكملة للقواعد الموجودة في كودون mRNA. يحتوي الطرف 3 & # 8242 من الحمض النووي الريبي على ارتباط عالي الطاقة بالحمض الأميني المناسب. تحتوي الخلايا على عائلة من الإنزيمات ، تسمى تركيبات amino-acyl tRNA ، والتي تتعرف على مختلف tRNAs و & # 8220charge & # 8221 عن طريق ربط الأحماض الأمينية الصحيحة.

الهيكل الثانوي لـ phenylalanyl-tRNA من الخميرة ، من ويكيبيديا

الهيكل الثالثي للـ tRNA ، من ويكيبيديا. حلقة anticodon (باللون الرمادي) أزواج قاعدة مع الكودون في mRNA في اتجاه مضاد موازي. موقع ارتباط الأحماض الأمينية (أصفر) هو المكان الذي يرتبط فيه الحمض النووي الريبي (tRNA) تساهميًا بالحمض الأميني الخاص به.

تبدأ الترجمة بالقرب من نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 ، مع الوحدة الفرعية الصغيرة الريبوسومية والبادئ الخاص tRNA الذي يحمل الحمض الأميني ميثيونين. في معظم الحالات ، تبدأ الترجمة في مجموعة AUG الثلاثية الأقرب إلى 5 & # 8242 نهاية mRNA. في حقيقيات النوى ، عادةً ما تكون الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم & # 8220scans & # 8221 على طول 5 & # 8242 نهاية mRNA حتى تعثر على كودون AUG الأول. في بدائيات النوى ، عادةً ما يكون هناك تسلسل محدد يرتبط به الريبوسوم ، والذي & # 8220positions & # 8221 الريبوسوم في بداية AUG. في كلتا الحالتين ، ترسو الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة وتبدأ الترجمة ، وتبدأ دائمًا بكودون AUG (ميثيونين) في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يتحرك الريبوسوم على طول قواعد mRNA 3 في وقت واحد ، من الاتجاه 5 & # 8242 إلى الاتجاه 3 & # 8242 ، وتصل الحمض النووي الريبي الجديد الذي تكمل أكواده المضادة لرموز الرنا المرسال مع الأحماض الأمينية المقابلة. تتشكل رابطة الببتيد للانضمام إلى الحمض الأميني في نهاية الكربوكسيل لسلسلة البولي ببتيد المتنامية. يقوم الريبوسوم بتحريك 3 قواعد أخرى ، ويتم إخراج الحمض النووي الريبي الفارغ لإفساح المجال أمام الحمض الريبي النووي النقال الجديد.

تم تعديل الصورة من & # 8220 الترجمة: الشكل 3 ، & # 8221 بواسطة OpenStax College ، علم الأحياء (CC BY 4.0).

تحتوي سلسلة البولي ببتيد التي يصنعها الريبوسوم أيضًا على اتجاه واحد يحتوي على مجموعة أمينية حرة والطرف الآخر من السلسلة يحتوي على مجموعة كربوكسيل حرة. هذه تسمى N- المحطة و ال C- المحطة، على التوالى. تتم إضافة الأحماض الأمينية الجديدة فقط إلى طرف الكربوكسيل الحر ، لذلك تنمو سلاسل البولي ببتيد من الطرف N إلى الطرف C.
يقدم هذا الفيديو نظرة عامة قوية على الترجمة. إنها أطول قليلاً من مقاطع الفيديو النموذجية التي نستخدمها على هذا الموقع ، لكنها تقوم بعمل رائع حقًا في تحليل ما يحدث أثناء الترجمة خطوة بخطوة:

شاهد رسمًا متحركًا جزيئيًا أقصر بكثير للترجمة هنا:
https://www.dnalc.org/resources/3d/16-translation-advanced.html
الكود الجيني

الكود الجيني العالمي. AUG (ميثيونين ، مظلل باللون الأخضر) هو كودون & # 8220Start & # 8221. الكودونات الثلاثة التي تحمل علامة & # 8220Stop & # 8221 باللون الأحمر هي & # 8220nonsense & # 8221 codons التي تشير إلى إنهاء الترجمة. من http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap05/Chapter05.html

يتم استخدام هذا الكود الجيني عالميًا من قبل جميع الكائنات الحية ، سواء كانت عتائق أو بكتريا أو حقيقيات النوى ، مع تعديلات طفيفة فقط في الميتوكوندريا لأنواع قليلة نسبيًا. إذا قمت بالحسابات ، يمكنك أن ترى أن هناك 64 كودونًا محتملاً (4 ^ 3) ، لكننا نعلم أن هناك 20 حمضًا أمينيًا فقط. وبالتالي فإن الكود هو & # 8220degenerate ، & # 8221 لأن نفس الحمض الأميني يمكن تحديده بواسطة 2 أو 3 أو 4 أو 6 أكواد مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن تحديد الجلايسين بواسطة الكودونات GGU و GGC و GGA و GGG. الميثيونين غير معتاد لأنه محدد فقط بواسطة كودون واحد: AUG. (التربتوفان هو الحمض الأميني الوحيد الآخر المحدد بواسطة كودون واحد.)
يمكن أن يكون للطفرات تأثيرات مختلفة اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على مكان حدوثها في الجين أو في الكودون
إذا أخذنا في الاعتبار تغييرات نوكليوتيد واحدة فقط (بدائل أو حذف أو إدخال قواعد مفردة) ، يمكن أن يكون لها عواقب مختلفة تمامًا اعتمادًا على ما إذا كانت تحدث في الجين أم لا.
في كثير من الأحيان لن يكون لاستبدال قاعدة الحمض النووي أي تأثير إذا قاموا بتغيير القاعدة الثالثة في الكودون ، بسبب الطبيعة المتدهورة للشفرة الجينية. على سبيل المثال ، تغيير GAG إلى GAA ليس له أي تأثير على البروتين لأن كلا الكودونين يحددان ألانين. تسمى هذه الطفرات & # 8220silent & # 8221 & # 8220مرادف& # 8221 الطفرات.

ستؤدي البدائل الأساسية الأخرى في الموضع الأول أو الثاني إلى حدوث تغييرات في الأحماض الأمينية ، وهي & # 8220غير مرادف& # 8221 الطفرات ، وكذلك سوء الفهم الطفرات.
حتى بين الطفرات غير المترادفة ، فإن التغيير الدقيق للأحماض الأمينية مهم. إن تغيير أحد الأحماض الأمينية الكارهة للماء إلى حمض أميني آخر كاره للماء سيكون أقل اضطرابًا في بنية البروتين من تغيير حمض أميني كاره للماء إلى حمض أميني قطبي أو مشحون. أخيرًا ، تعتبر بعض أجزاء البروتين أكثر أهمية من غيرها ، مثل الموقع التحفيزي للإنزيمات ، أو المواقع التي تربط البروتينات الأخرى ، أو الحمض النووي ، أو الجزيئات التنظيمية.

تنشئ بعض الطفرات كودون توقف جديدًا (UAA أو UAG أو UGA). هذه تسمى & # 8220كلام فارغ& # 8221 الطفرات وتتسبب في صنع عديدات ببتيدات مبتورة.
تؤدي عمليات الإدراج أو الحذف (& # 8220indels & # 8221) للنيوكليوتيدات المفردة إلى حدوث تغيير في قراءة جميع الكودونات النهائية التي يتم إزاحتها بواسطة قاعدة واحدة. مثل & # 8220فرامشيفت& # 8221 الطفرات ستغير معظم أو كل الأحماض الأمينية في اتجاه مجرى النهر (نحو 3 & # 8242 نهاية mRNA ، نحو الطرف C للبروتين) للطفرة.

الاختلافات بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى
تم اكتشاف الكثير مما تمت مناقشته أعلاه في الأصل في البكتيريا ، ثم وجد أنه صحيح بالنسبة للعتائق وحقيقيات النوى بالإضافة إلى الحفاظ على العديد من السمات الأساسية للبيولوجيا الجزيئية تطوريًا. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات الرئيسية على النحو المبين أدناه.
بدائيات النوى: يقترن النسخ والترجمة
في الخلايا بدائية النواة ، تبدأ الريبوسومات في الترجمة حتى أثناء نسخ الرنا المرسال. يوجد كل من DNA و RNA polymerase و ribosomes في نفس الموقع. يمكن أن يحدث هذا النسخ والترجمة المقترنة لأن بدائيات النوى ليس لها نواة. (في حقيقيات النوى ، تفصل النواة آلية النسخ عن آلية الترجمة.)

حقيقيات النوى: يتم فصل النسخ والترجمة في المكان والزمان ، ويخضع ما قبل الرنا المرسال النووي للمعالجة ليصبح مرنا ناضجًا

في حقيقيات النوى يحدث النسخ في النواة ، بينما تحدث الترجمة خارج النواة ، في السيتوبلازم عن طريق الريبوسومات السيتوبلازمية الحرة أو الريبوسومات الراسية في ER.
يُطلق على الحمض النووي الريبي المنسوخ من جين مشفر للبروتين في النواة اسم pre-mRNA. يجب أن يخضع Pre-mRNA لخطوتين معالجة على الأقل ، وعادةً 3 خطوات ، قبل أن يتم تصديرها إلى السيتوبلازم على أنها mRNA ناضجة. هذه بالترتيب:

  1. يتم تعديل نهاية 5 & # 8242 من pre-mRNA بواسطة المرفق التساهمي لنيوكليوتيد 7-methylG ، يسمى 5 & # 8242-cap. الغطاء 5 & # 8242 مطلوب للريبوزومات حقيقية النواة لبدء الترجمة.
  2. تحتوي غالبية الجينات حقيقية النواة على متواليات لا ترمز فعليًا للبروتين. تسمى هذه التسلسلات الإنترونات (& # 8220intervening & # 8221 متواليات) ، وهي & # 8220 تقاطع & # 8221 تسلسلات تشفير البروتين ، والتي تسمى exons (& # 8220expressed & # 8221 متواليات) في الجين. تتم إزالة تسلسلات intron غير المشفرة للبروتين عن طريق الربط RNA ، تاركًا فقط exons المشفر للبروتين في mRNA النهائي.
  3. يتم تعديل الطرف الثالث لما قبل الرنا المرسال عن طريق إضافة مئات من نيوكليوتيدات الأدينين ، والتي تسمى ذيل بولي أ. ذيل polyA مهم للتصدير النووي ، واستقرار mRNA ، والترجمة.

كل خطوات المعالجة هذه تحدث بالفعل في حين يتم نسخ mRNA أي أنها تحدث بشكل مشترك. لذلك في الواقع ، لا يوجد في الواقع طول & # 8220pre-mRNA & # 8221.

تتم معالجة حقيقيات النوى pre-mRNAs في النواة عن طريق إضافة غطاء 5 & # 8242 ، 3 & # 8242 polyA tail ، وإزالة الإنترونات عبر ربط RNA لإنشاء mRNA ناضج يتكون فقط من exons ، جاهز للتصدير إلى السيتوبلازم للترجمة. من http://www.biology.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/mol_genetics_of_eukaryotes/03t.html

يقدم هذا الفيديو نظرة عامة سريعة لطيفة على هذه الاختلافات بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى:

محاضرة فيديو للدكتور تشوي & # 8217s حول هذا الموضوع ، في مقطع واحد مدته 32 دقيقة:

اختبر معلوماتك بهذه الأسئلة ومشكلات الأمبير: B1510_module4-6_DNA_to_protein_questions


شاهد الفيديو: علوم صف السابع البدائيات (قد 2022).