معلومة

كيفية معرفة النمط الجيني المسؤول عن بنية الخلية

كيفية معرفة النمط الجيني المسؤول عن بنية الخلية


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.

لقد درست أن الحمض النووي عبارة عن مخططات تصف كائنًا حيًا.

كيف أتعلم بشكل أكثر تحديدًا عن مناطق الحمض النووي المسؤولة عن تخزين بنية الخلية.

بواسطة هيكل الخلية قصدت أن أسأل عن الجينات المسؤولة عن تخزين البنية ثلاثية الأبعاد للخلية ، والوحدات الفرعية للخلية وهيكلها ، وعدد الطبقات التي يجب أن تحتويها الخلية ، وكم يجب أن تكون سميكة وما إلى ذلك.

ما قمت بالبحث فيه للعثور على إجابات: بالنظر إلى العاثيات ، لديها 6 أرجل وهي تطوي وتنغلق. لقد أجريت دراسة حديثة وعلمت أن الجينات هي نفسها في جميع أنحاء الكائن الحي و يتم تشغيل / إيقاف التعديل اللاجيني جين معين يعتمد على مجموعة الخلايا التي ينتمي إليها من خلال عملية تسمى مثيلة. لقد سجلت في كورسيرا لدورة منهج ، لكنني لم أختار واحدة بعد.

ما الذي ابحث عنه: هل توجد مادة تعليمية مرجعية تقوم بتدريس الجينات بالصيغة أدناه.

  • تبقى حركات الخلية دائمًا في هذه المنطقة.
  • يتم تحديد شكل الخلية من خلال منطقة رأس الحمض النووي.

لطرح سؤال ، كيف أتعلم كيفية تعيين أي منطقة من الجينات تنطبق على خصائص الخلية؟

لماذا أبحث عن هذه الإجابة: أريد بناء جهاز محاكاة يمكنه استيعاب الحمض النووي للكائن الحي ومحاكاة نموه وبنيته الخلوية. أنا أبحث عن مجال فرعي دقيق في علم الوراثة سيعلمني لاحتياجاتي.

ملاحظة: نشكرك على تقديم التعليقات على السؤال. سألتقط الأسئلة الصحيحة تدريجيًا بمجرد أن أتفهم الموضوع.


سأقوم بنشر إجابة قد لا تكون مفيدة للأهداف الدقيقة ، ولكنها قد تساعد في إعادة صياغة المشكلة لتكون أسهل. كما لاحظ المعلقون أنها كبيرة ومعقدة للغاية ، فقد تم تكريس العديد من المهن الكاملة لحل أجزاء صغيرة جدًا من هذه المشكلة.

المشاكل المحتملة مع الفرضية

أعتقد أن هذا السؤال يبدأ من هذا البيان كمقدمة:

الحمض النووي عبارة عن مخططات تصف كائنًا ما

هذا الافتراض غير صحيح. أو بالأحرى ، إنها طريقة لشرح ما يفعله الحمض النووي بعبارات بسيطة للغاية. لا أعتقد أنك ستكون قادرًا على المحاكاة بأي بنية خلية دقيقة بناءً على تسلسل الحمض النووي. لكن في نهاية الإجابة ، أقترح بعض الأشياء التي تكون أكثر تركيزًا قليلاً والتي أعلم أنه يمكنك القيام بها.

وبشكل أكثر تحديدًا ، الحمض النووي ليس مخططًا لأن الحمض النووي لا يحتوي على تعليمات حول كيفية بناء الخلية. يشبه الحمض النووي تعليمات حول كيفية الحفاظ على الخلية وإصلاحها. قد يخبرك دليل السيارة بكيفية الحفاظ على سيارتك في حالة عمل جيدة وكيفية استبدال كل قطعة من السيارة ، لكنه لا يخبرك بكيفية صنع السيارة.

مثال سريع: يتم تغليف الخلايا بغشاء البلازما ، والذي يحتوي كمكونه الأساسي على مجموعة من الدهون الفوسفورية. يحتوي الحمض النووي على تعليمات لهذه الخطوات:

  1. كيفية صنع شحميات فوسفورية جديدة
  2. كيفية إدخال الدهون الفوسفورية في غشاء البلازما الموجود

لا يحتوي DNA على تعليمات لهذه الخطوة:

  1. كيفية صنع غشاء بلازما جديد

يفترض الحمض النووي دائمًا وجود الخلية مسبقًا. لن تعمل الخلايا بدون الحمض النووي ، لكن الحمض النووي لا فائدة منه بدون وجود خلية.

قد تتمكن من القيام ببعض الأشياء

  1. هناك جينات محددة مرتبطة ببعض حجرات الخلايا ، على سبيل المثال الشبكة الإندوبلازمية (ER). تحتوي الخلايا حقيقية النواة على ER والخلايا بدائية النواة لا تحتوي عليها. إذا رأيت جينات ER ، يمكنك تخمين أن خليتك يجب أن تحتوي على ER. قد تحتاج إلى استنتاج وجود مثل هذه الجينات ، ولكن هناك أدوات موجودة تقوم بالتنبؤ الجيني هذا من تسلسل الحمض النووي ، على سبيل المثال https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_gene_prediction_software

  2. بالنسبة لمثال العاثية ، يبدو أنك مهتم بالتركيب الجزيئي الكبير لجسيم الملتهمة. (ملاحظة ، العاثيات ليست خلايا). يوجد الكثير من البرامج للتنبؤ بهياكل البروتين من تسلسل البروتين. يمكنك غالبًا استنتاج تسلسل البروتين من تسلسل الحمض النووي للجينات. البروتينات هي لبنات بناء مهمة للخلايا ، وهناك الكثير من العمل لمعرفة هيكلها (يسمى المجال "البيولوجيا الهيكلية" ، بشكل فضفاض). أوصي بالنظر في بعض البرامج الموجودة في هذا المجال ، على سبيل المثال https://www.rosettacommons.org/software.

  3. أوصي بالبحث في محاكيات الخلايا الموجودة. على سبيل المثال: https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_Cell ، https://journals.plos.org/ploscompbiol/article؟id=10.1371/journal.pcbi.1005991. أنا متأكد من أن هناك المزيد الذي ستتمكن من العثور عليه.

امل ان يساعد.

تحديث

أدركت بعد ذلك أنه عندما أقول إن الحمض النووي لا يخبرك بكيفية صنع خلية يمكن اعتبارها مربكة ، لأن الخلايا تنقسم لتكوين المزيد من الخلايا. ومع ذلك ، فإن عملية الانقسام الخلوي لا تتمثل في تكوين خلية جديدة "de novo" (من لا شيء) - بل هي أخذ خلية موجودة وإعادة تشكيلها إلى خليتين.

بعبارة أخرى ، يقوم الحمض النووي بهذا:

خلية واحدة -> خليتان

لكن الحمض النووي لا يفعل هذا:

مواد الخلية -> خلية وظيفية


13.1 نظرية الكروموسومات والارتباط الجيني

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • ناقش نظرية الكروموسومات في الوراثة لساتون
  • وصف الارتباط الجيني
  • اشرح عملية إعادة التركيب المتماثل أو العبور
  • وصف تكوين الكروموسوم
  • احسب المسافات بين ثلاث جينات على الكروموسوم باستخدام اختبار تقاطع ثلاثي النقاط

قبل وقت طويل من تصور العلماء للكروموسومات تحت المجهر ، بدأ والد علم الوراثة الحديث ، جريجور مندل ، بدراسة الوراثة في عام 1843. وباستخدام التقنيات المجهرية المحسنة خلال أواخر القرن التاسع عشر ، يمكن لعلماء الأحياء الخلوية أن يلطخوا ويتخيلوا الهياكل دون الخلوية باستخدام الأصباغ وملاحظة أفعالهم أثناء انقسام الخلية والانقسام الاختزالي. مع كل انقسام انقسام ، تتكاثر الكروموسومات ، وتتكثف من كتلة نووية غير متبلورة (بدون شكل ثابت) إلى أجسام مميزة على شكل X (أزواج من كروماتيدات شقيقة متطابقة) ، وتهاجر إلى أقطاب خلوية منفصلة.

نظرية الكروموسومات في الوراثة

أدت التكهنات بأن الكروموسومات قد تكون مفتاح فهم الوراثة إلى قيام العديد من العلماء بفحص منشورات مندل وإعادة تقييم نموذجه من حيث سلوك الكروموسومات أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي. في عام 1902 ، لاحظ ثيودور بوفيري أن التطور الجنيني المناسب لقنفذ البحر لا يحدث ما لم تكن الكروموسومات موجودة. في نفس العام ، لاحظ والتر ساتون فصل الكروموسوم إلى خلايا ابنة أثناء الانقسام الاختزالي (الشكل 13.2). أدت هذه الملاحظات معًا إلى نظرية الكروموسومات في الوراثة ، والتي حددت الكروموسومات على أنها المادة الوراثية المسؤولة عن الوراثة المندلية.

كانت نظرية الكروموسومات للوراثة متوافقة مع قوانين مندل ، والتي أيدتها الملاحظات التالية:

  • أثناء الانقسام الاختزالي ، تهاجر أزواج الكروموسومات المتجانسة كتراكيب منفصلة مستقلة عن أزواج الكروموسومات الأخرى.
  • يبدو أن فرز الكروموسوم من كل زوج متماثل إلى ما قبل الأمشاج عشوائي.
  • يصنع كل والد الأمشاج التي تحتوي فقط على نصف مكمل الكروموسومات.
  • على الرغم من أن الأمشاج الذكرية والأنثوية (الحيوانات المنوية والبويضة) تختلف في الحجم والتشكل ، إلا أنها تحتوي على نفس عدد الكروموسومات ، مما يشير إلى مساهمات جينية متساوية من كل والد.
  • تتحد الكروموسومات المشيمية أثناء الإخصاب لإنتاج ذرية لها نفس عدد الكروموسومات مثل والديهم.

على الرغم من الارتباطات المقنعة بين سلوك الكروموسوم أثناء الانقسام الاختزالي وقوانين مندل المجردة ، اقترح العلماء نظرية الكروموسومات للوراثة قبل وقت طويل من وجود أي دليل مباشر على أن الكروموسومات تحمل سمات. أشار النقاد إلى أن الأفراد لديهم سمات فصل أكثر استقلالية بكثير من وجود الكروموسومات لديهم. كان ذلك فقط بعد عدة سنوات من تنفيذ الصلبان مع ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة سوداء البطن، أن توماس هانت مورغان قدم أدلة تجريبية لدعم نظرية الكروموسومات في الوراثة.

الترابط الجيني والمسافات

اقترح عمل مندل أن السمات موروثة بشكل مستقل عن بعضها البعض. حدد مورجان تطابقًا بنسبة 1: 1 بين سمة الفصل والكروموسوم X ، مما يشير إلى أن الفصل العشوائي للكروموسوم كان الأساس المادي لنموذج مندل. أظهر هذا أيضًا أن الجينات المرتبطة تعطل نتائج مندل المتوقعة. إن قدرة كل كروموسوم على حمل العديد من الجينات المرتبطة يفسر كيف يمكن للأفراد امتلاك العديد من السمات أكثر من الكروموسومات لديهم. ومع ذلك ، اقترح الباحثون في مختبر مورغان أن الأليلات الموضوعة على نفس الكروموسوم لم يتم توريثها دائمًا معًا. أثناء الانقسام الاختزالي ، أصبحت الجينات المرتبطة بطريقة ما غير مرتبطة.

إعادة التركيب المتماثل

في عام 1909 ، لاحظ Frans Janssen chiasmata - النقطة التي تكون فيها الكروماتيدات على اتصال ببعضها البعض وقد تتبادل المقاطع - قبل أول قسم للانقسام الاختزالي. اقترح أن تصبح الأليلات غير مرتبطة وأن الكروموسومات تتبادل جسديًا القطع. نظرًا لتكثيف الكروموسومات وإقرانها مع متماثلاتها ، بدا أنها تتفاعل في نقاط مميزة. اقترح يانسن أن هذه النقاط تتوافق مع المناطق التي يتم فيها تبادل مقاطع الكروموسوم. نحن نعلم الآن أن الاقتران والتفاعل بين الكروموسومات المتجانسة ، أو المشابك العصبية ، يقوم بأكثر من مجرد تنظيم المتماثلات للهجرة إلى خلايا وليدة منفصلة. عند التشابك ، تخضع الكروموسومات المتجانسة لتبادلات جسدية متبادلة عند أذرعها في إعادة تركيب متماثل ، أو ببساطة ، "عبور".

لفهم نوع النتائج التجريبية التي حصل عليها الباحثون في هذا الوقت بشكل أفضل ، ضع في اعتبارك فردًا متغاير الزيجوت ورث الأليلات الأم المهيمنة لجينين على نفس الكروموسوم (مثل AB) واثنين من الأليلات الأبوية المتنحية لنفس الجينات (مثل أب). إذا كانت الجينات مرتبطة ، يتوقع المرء أن ينتج هذا الفرد أمشاجًا إما AB أو أب بنسبة 1: 1. إذا كانت الجينات غير مرتبطة ، يجب أن ينتج الفرد AB, أب, أب، و أب الأمشاج ذات الترددات المتساوية ، وفقًا لمفهوم مندلي للتشكيلة المستقلة. نظرًا لأنها تتوافق مع مجموعات أليل جديدة ، فإن الأنماط الجينية Ab و aB هي أنواع غير أبوية تنتج عن إعادة التركيب المتماثل أثناء الانقسام الاختزالي. أنواع الوالدين هي ذرية تظهر نفس التركيبة الأليلية مثل والديهم. ومع ذلك ، وجد مورغان وزملاؤه أنه عندما قاموا باختبار عبور مثل هؤلاء الأفراد غير المتجانسين إلى والد متنحي متماثل الزيجوت (AaBb × عاب) ، حدثت كل من الحالات الأبوية وغير الأبوية. على سبيل المثال ، قد يتم استرداد 950 نسلًا AaBb أو عاب، ولكن 50 نسل سينتج عنها أيضًا عاب أو aaBb. تشير هذه النتائج إلى أن الارتباط يحدث في أغلب الأحيان ، لكن أقلية كبيرة من النسل كانت نتاج إعادة التركيب.

اتصال مرئي

في اختبار تقاطع لخاصيتين مثل تلك الموجودة هنا ، هل يمكن أن يكون التردد المتوقع للنسل المؤتلف 60 بالمائة؟ لما و لما لا؟

الخرائط الجينية

لم يكن لدى Janssen التكنولوجيا لإثبات العبور ، لذلك ظلت فكرة مجردة لم يصدقها العلماء على نطاق واسع. اعتقد العلماء أن chiasmata كان تباينًا في المشابك ولم يتمكنوا من فهم كيف يمكن للكروموسومات أن تنكسر وتعاود الانضمام. ومع ذلك ، كانت البيانات واضحة أن الربط لم يحدث دائمًا. في النهاية ، تطلب الأمر طالبًا جامعيًا شابًا و "طوال الليل" لتوضيح مشكلة الربط وإعادة التركيب رياضيًا.

في عام 1913 ، جمع ألفريد ستورتيفانت ، وهو طالب في مختبر مورغان ، نتائج الباحثين في المختبر ، وأخذهم إلى المنزل ذات ليلة للتفكير فيها. بحلول صباح اليوم التالي ، كان قد أنشأ أول "خريطة كروموسوم" ، وهي تمثيل خطي لترتيب الجينات والمسافة النسبية على الكروموسوم (الشكل 13.4).

اتصال مرئي

أي من العبارات التالية صحيحة؟

  1. سوف يحدث إعادة تكوين لون الجسم مع أليلات العين الحمراء / الزنجفر بشكل متكرر أكثر من إعادة تركيب الأليلات لطول الجناح وطول الأريست.
  2. إعادة تركيب أليلات لون الجسم وطول الأريست ستحدث بشكل متكرر أكثر من إعادة اتحاد أليلات العين الحمراء / البنية وأليلات طول الأريست.
  3. لن يحدث إعادة تركيب للون الجسم الرمادي / الأسود مع أليلات aristae طويلة / قصيرة.
  4. يحدث إعادة تركيب العين الحمراء / البنية مع أليلات الأرستيات الطويلة / القصيرة بشكل متكرر أكثر من إعادة اتحاد الأليلات لطول الجناح ولون الجسم.

كما يوضح الشكل 13.4 ، باستخدام تردد إعادة التركيب للتنبؤ بالمسافة الجينية ، يمكننا استنتاج ترتيب الجين النسبي على الكروموسوم 2. تمثل القيم مسافات الخريطة في الكائنات المئوية (سم) ، والتي تتوافق مع ترددات إعادة التركيب (بالنسبة المئوية). لذلك ، كانت جينات لون الجسم وحجم الجناح 65.5 - 48.5 = 17 سم على حدة ، مما يشير إلى أن الأليلات الأم والأب لهذه الجينات تتحد في 17 بالمائة من النسل ، في المتوسط.

لإنشاء خريطة كروموسوم ، افترض ستورتيفانت أن الجينات يتم ترتيبها بشكل متسلسل على كروموسومات شبيهة بالخيوط. كما افترض أن حدوث إعادة التركيب بين اثنين من الكروموسومات المتجانسة يمكن أن يحدث باحتمالية متساوية في أي مكان على طول الكروموسوم. من خلال العمل في ظل هذه الافتراضات ، افترض Sturtevant أن الأليلات التي كانت متباعدة على الكروموسوم كانت أكثر عرضة للانفصال أثناء الانقسام الاختزالي لمجرد وجود منطقة أكبر يمكن أن يحدث فيها إعادة التركيب. على العكس من ذلك ، من المحتمل أن تكون الأليلات التي كانت قريبة من بعضها البعض على الكروموسوم موروثة معًا. متوسط ​​عدد عمليات الانتقال بين أليلين - أي تكرار إعادة التركيب - مرتبطًا ببعدهما الوراثي عن بعضهما البعض ، بالنسبة إلى مواقع الجينات الأخرى على ذلك الكروموسوم. النظر في المثال التقاطع بين AaBb و عاب أعلاه ، يمكننا حساب تكرار إعادة التركيب على النحو 50/1000 = 0.05. أي احتمال التقاطع بين الجينات أ / أ و ب / ب كان 0.05 أو 5 في المائة. تشير هذه النتيجة إلى أن الجينات كانت مرتبطة بشكل نهائي ، لكنها كانت متباعدة بما يكفي لتحدث عمليات الانتقال في بعض الأحيان. قسم Sturtevant خريطته الجينية إلى وحدات خريطة ، أو centimorgans (سم) ، حيث يتوافق تردد إعادة التركيب 0،01 مع 1 سم.

من خلال تمثيل الأليلات في خريطة خطية ، اقترح Sturtevant أن الجينات يمكن أن تتراوح من الارتباط تمامًا (تردد إعادة التركيب = 0) إلى فك الارتباط تمامًا (تردد إعادة التركيب = 0.5) عندما تكون الجينات على كروموسومات مختلفة أو جينات منفصلة جدًا عن بعضها على نفس الكروموسوم. تتوافق الجينات غير المرتبطة تمامًا مع الترددات التي توقع مندل أن يصنفها بشكل مستقل في تقاطع ثنائي الهجين. يشير تكرار إعادة التركيب 0.5 إلى أن 50 في المائة من النسل هم من المؤتلفون وأن الـ 50 في المائة الأخرى من الأبوين. أي أن كل نوع من مجموعات الأليل يتم تمثيله بتردد متساوٍ. سمح هذا التمثيل لـ Sturtevant بحساب المسافات بشكل إضافي بين عدة جينات على نفس الكروموسوم. ومع ذلك ، مع اقتراب المسافات الجينية 0.50 ، أصبحت تنبؤاته أقل دقة لأنه لم يكن من الواضح ما إذا كانت الجينات متباعدة جدًا على نفس الكروموسومات أو على كروموسومات مختلفة.

في عام 1931 ، أظهرت باربرا مكلينتوك وهارييت كريتون تقاطع الكروموسومات المتماثلة في نباتات الذرة. بعد أسابيع ، أظهر كيرت ستيرن إعادة تركيب متماثل مجهريًا في ذبابة الفاكهة. لاحظ ستيرن العديد من الأنماط الظاهرية المرتبطة بـ X والتي ارتبطت بزوج كروموسوم X غير عادي وغير متشابه من الناحية الهيكلية ، حيث كان أحد X يفتقد جزءًا طرفيًا صغيرًا ، بينما تم دمج X الآخر بقطعة من الكروموسوم Y. من خلال عبور الذباب ، ومراقبة نسلهم ، ثم تصور كروموسومات النسل ، أوضح ستيرن أنه في كل مرة ينحرف فيها مزيج الأليل الأبوي عن أي من تركيبات الأبوين ، كان هناك تبادل مماثل لجزء كروموسوم X. كان استخدام الذباب الطافرة ذات الكروموسومات X المميزة هيكليًا هو المفتاح لمراقبة نواتج إعادة التركيب لأن تسلسل الحمض النووي والأدوات الجزيئية الأخرى لم تكن متاحة بعد. نحن نعلم الآن أن الكروموسومات المتجانسة تتبادل بانتظام أجزاء في الانقسام الاختزالي عن طريق كسر متبادل وإعادة الانضمام إلى الحمض النووي الخاص بهم في مواقع محددة.

ارتباط بالتعلم

راجع عملية Sturtevant لإنشاء خريطة جينية على أساس ترددات إعادة التركيب هنا.

سمات مندل المعينة

إعادة التركيب المتماثل هي عملية وراثية شائعة ، ومع ذلك لم يلاحظها مندل أبدًا. لو أنه حقق في كل من الجينات المرتبطة وغير المرتبطة ، لكان من الصعب عليه إنشاء نموذج موحد لبياناته على أساس الحسابات الاحتمالية. أكد الباحثون الذين رسموا الخرائط السبعة للسمات التي حققها مندل في الكروموسومات السبعة لجينوم نبات البازلاء أن جميع الجينات التي فحصها إما على كروموسومات منفصلة أو متباعدة بدرجة كافية بحيث لا يتم ربطها إحصائيًا. اقترح البعض أن مندل كان محظوظًا للغاية لاختيار الجينات غير المرتبطة فقط بينما يتساءل البعض الآخر عما إذا كان مندل قد تجاهل أي بيانات تشير إلى الارتباط. على أي حال ، لاحظ مندل باستمرار تشكيلة مستقلة لأنه فحص الجينات التي تم فك ارتباطها بشكل فعال.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة اقتباس مثل هذه.
    • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology 2e
    • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/13-1-chromosomal-theory-and-genetic-linkage

    © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    اكتشاف بنية الحمض النووي

    التقطت هذه الصورة في عام 1952 ، وهي أول صورة بالأشعة السينية للحمض النووي ، مما أدى إلى اكتشاف هيكلها الجزيئي بواسطة واطسون وكريك. تم إنشاؤها بواسطة روزاليند فرانكلين باستخدام تقنية تسمى علم البلورات بالأشعة السينية ، وكشفت عن الشكل الحلزوني لجزيء الحمض النووي. أدرك واطسون وكريك أن الحمض النووي يتكون من سلسلتين من أزواج النوكليوتيدات التي تشفر المعلومات الجينية لجميع الكائنات الحية.

    الاعتمادات: صورة لروزاليند فرانكلين بإذن من فيتوريو لوزاتي. صورة لعلم البلورات بالأشعة السينية (التعرض 51) بإذن من أرشيف كينغز كوليدج. كلية كينغز لندن.

    المواضيع التي تمت تغطيتها:
    التطور منذ داروين

    لم يكونا متواضعيْن ، فهذان العالمان الشابان اللذان أعلنا في عام 1953 لرعاة حانة إيجل في كامبريدج بإنجلترا أنهم "اكتشفوا سر الحياة". لكن ادعاء جيمس واتسون وفرانسيس كريك كان صحيحًا ، لأنهم اكتشفوا في الواقع بنية الحمض النووي ، المادة الكيميائية التي تشفر التعليمات لبناء وتكرار كل الكائنات الحية تقريبًا. أتاح الاكتشاف المذهل عصر "علم الأحياء الجديد" الذي أدى إلى صناعة التكنولوجيا الحيوية ، ومؤخراً ، فك رموز المخطط الجيني البشري.

    لم يأتِ اكتشاف واتسون وكريك من فراغ. في وقت مبكر من عام 1943 ، أثبت أوزوالد أفيري ما كان يشتبه فيه: أن الحمض النووي ، وهو حمض نووي ، يحمل معلومات وراثية. لكن لا أحد يعرف كيف يعمل.

    بحلول أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، كانت مجموعتان على الأقل من المجموعات الساخنة على الطريق. كان كريك ، طالب دراسات عليا بريطاني ، وواتسون ، زميل أبحاث أمريكي ، في عملية البحث في جامعة كامبريدج.

    في كينجز كوليدج بلندن ، كانت روزاليند فرانكلين وموريس ويلكينز تدرسان الحمض النووي. استخدم ويلكينز وفرانكلين حيود الأشعة السينية كأداة رئيسية لهما - حيث أدى إرسال الأشعة السينية عبر الجزيء إلى ظهور صورة ظل لبنية الجزيء ، من خلال كيفية ارتداد الأشعة السينية عن الأجزاء المكونة لها.

    عانت فرانكلين ، وهي شابة خجولة وداخلية ، من المواقف المتعالية والتمييز الجنسي الذي أجبرها على القيام بالكثير من عملها بمفردها. وأظهر شريكها الرئيسي ، ويلكينز ، بعض نتائج فرانكلين لواتسون في يناير 1953 دون علمها.

    بالإشارة إلى صورة الأشعة السينية لـ Franklin والمعروفة باسم "Exposure 51" ، ورد أن James Watson قال ، "في اللحظة التي رأيت فيها الصورة ، انفتح فمي وبدأ نبضاتي تتسارع." بعد فترة وجيزة ، حقق واطسون وكريك تقدمًا حاسمًا عندما اقترحوا أن جزيء الحمض النووي يتكون من سلسلتين من النيوكليوتيدات مقترنة بهذه الطريقة لتشكيل حلزون مزدوج ، مثل الدرج الحلزوني. أوضح هذا الهيكل ، الذي تم الإعلان عنه في ورقتهم الشهيرة في عدد أبريل 1953 من مجلة Nature ، كيف يمكن لجزيء الحمض النووي أن ينسخ نفسه أثناء انقسام الخلية ، مما يمكّن الكائنات الحية من إعادة إنتاج نفسها بدقة مذهلة باستثناء الطفرات العرضية.

    عن عملهم ، حصل واتسون وكريك وويلكنز على جائزة نوبل في عام 1962. على الرغم من مساهمتها في اكتشاف البنية الحلزونية للحمض النووي ، لم يتم تسمية روزاليند فرانكلين بالفائزة بالجائزة: لقد توفيت بسبب السرطان قبل أربع سنوات ، في سن 37.


    الكود الجيني قيد التشغيل لبناء البروتين

    يتطلب استخدام رمز رسمي لإنجاز غرض ما أن يفهم متلقي الكود القواعد ومعنى الرموز ، وأن يكون قادرًا على استخدام المعلومات الواردة لإنجاز مهمة ما. في لغة علم المعلومات ، يجب أن تحتوي الشفرة على بناء جملة ودلالات. لتوصيل المعلومات ، يجب أن يكون لدى المتلقي هذا النحو والدلالات ، وربما أيضًا تشفيرًا ليكون قادرًا على فك تشفير المعلومات. يجب أن يكون المتلقي أيضًا قادرًا على تنفيذ المهمة التي يتم توصيلها.

    يتضمن التشفير في هذه الحالة وكالة هيكل معقد آخر يعمل على إصلاح الحمض الأميني فالين لنقل الحمض النووي الريبي الذي يحتوي على CAC المضاد للكودون ، على الرغم من أن هذه القواعد ليس لها أي سبب كيميائي أو فيزيائي لربطها بالفالين. تتم مطابقتهم "رسميًا" لاتباع الشفرة الجينية. اللبنات الأساسية للبروتينات هي الأحماض الأمينية العشرين المستخدمة في الحياة ، وكل منها مرتبط بجزيء RNA نقل معين بحيث تتوفر مواد بناء البروتين في الوسط داخل الخلايا. يتم نسخ نمط تكوين البروتين إلى الرنا المرسال عن طريق النسخ في نواة الخلية. ثم تتم الترجمة إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في ريبوسوم الخلية. تنقل الحمض النووي الريبي الأحماض الأمينية المناسبة لبناء البروتين وفقًا للمخطط الذي يحمله الرنا المرسال. بعد هذه الترجمة ، يتم تشكيل المزيد من البروتين ليتم طيه وتشكيله في التكوين الوظيفي النهائي.


    مناقشة

    في هذه الدراسة ، أجرينا تسلسلًا ضحلًا لخلية مفردة للحمض النووي الجيني عبر 1475 خلية من خط خلوي مدروس جيدًا ، COLO829 ، مما يوضح أنه مزيج من الحيوانات المستنسخة الفرعية المحددة بوضوح. مكنت هذه النسخ الفرعية الرئيسية من تحليل LOH ونقطة التوقف ، مما يوفر صورة أوضح عن عدم التجانس النسيلي ، وعلم الأحياء الأساسي الذي يقود التطور الفرعي للنسخة.

    استخدمت العديد من دراسات التسلسل COLO829 كمرجع مرجعي ومعيار ، وقد أشار عدد قليل إلى بعض الأدلة على عدم التجانس الأساسي لهذا الخط. في هذه الدراسة ، حددنا الحيوانات المستنسخة الفرعية ذات السمات المميزة الفريدة التي توفر تفسيرًا محتملاً للتباين الذي تم الإبلاغ عنه مسبقًا في عينات COLO829 ، وتوفر طرق الخلية المفردة رؤية واضحة للتنوع الأساسي لخط الخلية. على وجه التحديد ، نلاحظ نسخة إضافية من الانقطاع الإيحائي للكروموسوم 18 الذي يتم الاحتفاظ به باستمرار في بعض الخلايا الوليدة. وبالمثل ، نلاحظ أنه في بعض الخلايا يوجد أيضًا تغيير في عدد نسخ الكروموسوم 8. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ملاحظة أن بيانات SKY المقدمة هنا كانت متاحة عبر مورد عبر الإنترنت ولعبت دورًا أساسيًا في التحقق من صحة النتائج الأولية من خلال رقم نسخة من خلية واحدة.

    كان أحد الجوانب الرئيسية لتسلسل الخلية الواحدة للحمض النووي هو كفاءة ودقة تحليل المجموعات لتحديد مجموعات الخلايا المستنسخة ، مما يتيح التحليل النهائي الذي يستفيد من أدوات التحليل المجمعة. بعد التجميع في الحيوانات المستنسخة - عن طريق تحليل DAPC ، الذي يعتمد على الوسائل K واختيار النموذج لاستنتاج المجموعات الجينية - قمنا بتطبيق أدوات خاصة بتحليل الورم أو الاستنساخ ، مثل تحليل LOH ونقطة التوقف ، للعثور على أحداث فريدة لكل نسخة. بدون القدرة على وضع الخلايا بدقة في استنساخ ، فإن عمليات البحث اللاحقة هذه ، في أحسن الأحوال ، ستكون غير موثوقة. على الرغم من أنه ليس ضروريًا لأغراضنا ، إلا أنه كان من السهل أيضًا تحديد الطفرات على مستوى التسلسل الخاصة بالنسخة ، والتي ستكون مفيدة في عينات المرضى.

    من الواضح أنه من الممكن تطوير المزيد من الخوارزمية. على سبيل المثال ، يوضح se كيف يتيح تحليل LOH توصيف الحيوانات المستنسخة ، والأدوات التي توفرها المجموعات الأخرى ، مثل SCOPE و CopyMix و CCNMF ، قد توفر أيضًا نافذة جديدة في فسيفساء جسدية أحادية الخلية 12 ، 13 ، 14.

    بشكل عام ، على الرغم من العديد من الأوراق التي حددت بعض جوانب عدم التجانس الفرعي النسيلي داخل هذا الخط الخلوي ، فقد أعطوا وجهة نظر مجزأة لأنهم لم يتمكنوا من تعيين الأحداث الهيكلية والطفرية للنسخ المحددة بوضوح. هنا ، نلاحظ اتفاقًا رائعًا بين التسلسل أحادي الخلية وتحليل النمط النووي لـ SKY وتغييرات رقم النسخة التفصيلية.

    يُظهر تحليلنا كيف يتطور خط الخلايا COLO829. تتضح نفس السمات المميزة للنسخ الفرعية في عينات متعددة وتقنيات متعددة ، مما يشير إلى وجود نفس النسخ الفرعية عبر العينات ، وأن العينات تلتقط مراحل مختلفة في تطور الخط. يُظهر COLO829 نمطًا كلاسيكيًا لتطور النمط النووي مع التكرار الداخلي الموصوف أولاً بواسطة Dutrillaux والزملاء 15،16،17،18. هناك نمطين رئيسيين لتطور النمط النووي هما "ثلاثي الذرات" و "أحادي الذرة": يمثل التريزوموم ميلًا لاكتساب كروموسومات كاملة ، بينما يميل أحادي الذرة إلى تكوين انتقالات غير متوازنة مع خسارة صافية للكروموسوم. على سبيل المثال ، فإن ظهور نسخ فرعية تحل محل نسخة من الكروموسوم 18 بواسطة (der18) (1pter → p22 :: 10p14 → 10p11 :: 18p11 → 18q) يتوافق مع تطور النمط النووي أحادي الذرة. في المقابل ، فإن الكسب الأكبر للكروموسوم 8 يتبع النمط ثلاثي الصيغ ، حيث يشير تحليل LOH إلى اكتساب بدلاً من فقدان الكروموسوم 8. هذه الأحداث الكروموسومية التي تحدد النسخ الفرعية تمت دراستها جيدًا تاريخيًا 19،20،21،22 ، ولكنها كانت إلى حد كبير تم تجاهله في عصر التسلسل الجماعي. مع التوسع في الأساليب أحادية الخلية التي تعمل على تحويل تسلسل الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، نرى فرصة "العودة إلى المستقبل" للعودة إلى مبادئ البيولوجيا هذه بإنتاجية عالية ودقة عالية.


    يحسب العلماء الخيوط الفردية للكروموسومات. يحسبون الأفراد وليس لكل كائن حي أزواج. من المحتمل أن يكون لديك 46 كروموسومًا (23 زوجًا). البازلاء لديها 12 فقط. الكلب لديه 78. عدد الكروموسومات لا علاقة له بذكاء أو تعقيد المخلوق. يوجد جراد البحر به 200 كروموسوم. هل هذا يجعل جراد البحر أذكى بخمس مرات أم أكثر تعقيدًا منك؟ لا ، حتى أن هناك كائنات حية من نفس النوع بأعداد مختلفة من الكروموسومات. ستجد غالبًا نباتات من نفس النوع بمجموعات متعددة من الكروموسومات.

    تعمل الكروموسومات مع الآخرين احماض نووية في الخلية لبناء البروتينات والمساعدة في انقسام الخلايا. ستجد على الأرجح مرنا في النواة مع الحمض النووي. الحمض الريبي النووي النقال يوجد خارج النواة في العصارة الخلوية. عندما تكون الكروموسومات مرئية ، يتم استدعاء الخلايا التي تحتوي على مجموعتين كاملتين من الكروموسومات ثنائي الشفرات (46 في إنسان). معظم الخلايا ثنائية الصبغة. تسمى الخلايا التي تحتوي على مجموعة واحدة فقط (23 في الإنسان) الخلايا أحادية العدد. هابلويدس غالبًا ما توجد في الخلايا التي تشارك في التكاثر الجنسي مثل الحيوانات المنوية أو البويضة. يتم إنشاء الخلايا أحادية الصيغة الصبغية في انقسام الخلية يسمى الانقسام الاختزالي.


    المهام

    عملية تقسيم الخلية

    تعتبر الكروموسومات ضرورية لعملية انقسام الخلايا وهي مسؤولة عن تكرار وانقسام وخلق الخلايا الوليدة التي تحتوي على تسلسل صحيح من الحمض النووي والبروتينات. تشكل البروتينات أحد أهم مكونات جسم الإنسان. هم مسؤولون عن بناء العضلات والأنسجة والنمو والإصلاح ، فضلاً عن تخليق آلاف الإنزيمات ، مثل إنزيمات تكرار الحمض النووي التي ينتجها الجسم. خطوات تخليق البروتين وإكمالها بنجاح هي مسؤولية الجينات الموجودة في الكروموسومات. تشمل وظائف الكروموسوم الاحتفاظ بالجينات & # 8212 وحدات الوراثة.

    تغليف الجينات

    توجد الجينات في نقطة معينة على الكروموسوم ، والمعروف باسم موضعه. يحتوي كل كروموسوم على الحمض النووي في هيكل حلزون مزدوج ، والذي يضم آلاف الجينات على طول الشريط ، ولكل منها موقعه الخاص. الجينات هي الوحدات التي تحتوي على أكواد تتحكم في بناء الخلايا وصيانتها. كما أنهم يتحكمون في السمات المميزة التي تنتقل من الآباء إلى الأبناء.

    تغليف العناصر التنظيمية

    يحتوي الحمض النووي الموجود في الكروموسوم على الجينات والعناصر التنظيمية وتسلسلات النيوكليوتيدات الأخرى. يؤثر التسلسل التنظيمي الموجود في جزيء الحمض النووي على إبراز وانحطاط جينات معينة ، مما ينتج عنه تباين في الصفات الوراثية للأب والابنة. يتم الاحتفاظ بهذا التسلسل التنظيمي الضروري للتعبير الجيني داخل الكروموسوم.

    تغليف الحمض النووي

    غالبًا ما يشار إلى الكروموسومات باسم & # 8216 مواد التعبئة والتغليف & # 8217 التي تربط الحمض النووي والبروتينات معًا في الخلايا حقيقية النواة (الخلايا التي تحتوي على نواة). انقسام الخلية هو عملية مستمرة يجب أن تحدث حتى يعمل الكائن الحي ، سواء من أجل النمو أو الإصلاح أو التكاثر. أثناء مراحل انقسام الخلايا ، يكون الكروموسوم هو المسؤول عن تكرار وتوزيع الحمض النووي بين الخلايا الجديدة. الغريب أن وظائف الكروموسومات في الخلايا النباتية هي نفس وظائف الخلايا الحيوانية. في الواقع ، تختلف الكروموسومات هيكليًا بشكل أكبر بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى على عكس الأنواع المختلفة.


    اكتشاف انقسام الخلايا

    فالتر فليمنغ (الشكل 2) ، أستاذ القرن التاسع عشر في معهد التشريح في كيل بألمانيا ، كان أول من وثّق تفاصيل الانقسام الخلوي. كان استخدام المجاهر لدراسة الأنسجة البيولوجية تقنية ناشئة في عصر فليمينغ ، وكان يحظى بتقدير كبير باعتباره مبتكرًا في هذا المجال.

    الشكل 2: صورة Walther Flemming & copy Wikimedia Commons

    كأستاذ في جامعة كيل ، جرب فليمنج تقنية لاستخدام الأصباغ لتلوين العينات التي أراد فحصها تحت المجهر. لم تكن المجاهر في سبعينيات القرن التاسع عشر مزودة بمصادر إضاءة كهربائية كما هي اليوم ، لذا فقد سمح له موت العينات برؤيتها بمزيد من التفصيل. وجد أصباغ الأنيلين مفيدة بشكل خاص لأن أنواعًا مختلفة من الأنسجة تمتص الأصباغ بكثافة متفاوتة اعتمادًا على كيميائها. كان التأثير هو أن أجزاء مختلفة من الخلية تمتص المزيد من الصبغة ، وبالتالي "تسليط الضوء" عليها ، كما في الشكل 3 ، للكشف عن الهياكل والعمليات التي كانت غير مرئية من قبل.

    الشكل 3: صورة غير ملطخة (يمين) مقابل خلايا ملطخة (يسار) ونسخة جوديث بيكمان

    استخدم Flemming هذه الأصباغ لدراسة الخلايا. على وجه الخصوص ، كان مهتمًا بعملية انقسام الخلايا. بدأ سلسلة من الملاحظات الحية تحت المجهر باستخدام عينات مصبوغة من الأنسجة الحيوانية ووجد أن كتلة معينة من المواد داخل نواة الخلايا تمتص الصبغة جيدًا. لم يكن لديه اسم لها في ذلك الوقت ، لكنه جاء لاحقًا ليطلق على المادة "كروماتين" ، من chroma ، الكلمة اليونانية للون (زكريا ، 2013). رسم فليمينغ صوراً لما رآه تحت مجهره لتوضيح المنشورات المختلفة التي أنتجها في بحثه (الشكل 4).

    الشكل 4: رسم فليمنج لخلية حشرة تمت معالجتها بصبغة الأنيلين كما رآها تحت صورة المجهر ونسخها من ويكيميديا ​​كومنز

    Flemming did many of his experiments with tissue samples from Fire salamanders, a common species in Northern European forests, because the chromatin in their nuclei was large in comparison to other available study organisms. After many hours of observation, Flemming began to see a pattern whereby cells would periodically transition from a resting stage to a period of frenzied activity that turned one nucleus into two, and then pulled the entire cell apart creating two identical cells – each with its own complement of chromatin enveloped within its nucleus.

    Today we call the process of the nucleus splitting into two nuclei mitosis, and the cell split itself, cytokinesis. The terms came into use years after Flemming's discovery, but he described the process fully in his book Zur Kenntniss der Zelle und ihrer Theilungs-Erscheinungen (To the knowledge of the cell and its phenomena of division) (Flemming, 1878).


    Image by Madprime via Wikimedia Commons.

    A closer look at the chemical structure of DNA shows four main building blocks. We call these nitrogenous bases: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), and Cytosine (C). DNA also includes sugars and phosphate groups (made of phosphorus and oxygen). These make the phosphate-deoxyribose backbone.

    If you think of the structure of DNA as a ladder, the rungs of the ladder (where you would put your hands) are made from the nitrogenous bases. These bases pair up to make each step of the ladder. They also only pair up in a specific way. (A) always pairs with (T) and (G) always pairs with (C). This is very important when it is time to copy all or part of the DNA.


    شكر وتقدير

    The authors thank R. Tweedale and L. Richards for comments on the manuscript, M. Hilliard and members of the Zuryn laboratory for discussions and comments, M. Hilliard and T. Bredy for sharing reagents and equipment, R. Amor and L. Hammond for support with microscopy, and A. Ho for support with statistics. Some strains were provided by the CGC, which is funded by the NIH Office of Research Infrastructure Programs (P40 OD010440). This work was supported by NHMRC Project Grant 1128381, a University of Queensland Early Career Researcher Grant (UQECR1608181) and a Stafford Fox Senior Research Fellowship to S.Z., and a University of Queensland International Scholarship to C.Y.D.


    شاهد الفيديو: #7 Mitochondria الميتوكوندريا. Biology (قد 2022).


تعليقات:

  1. Doushicage

    برافو ، هذه الفكرة الرائعة ضرورية بالمناسبة

  2. Vudom

    عبورك رائعة

  3. Atif

    يمكنني البحث عن رابط لموقع مع عدد كبير من المقالات حول موضوع يثير اهتمامك.

  4. Benn

    أنصحك بزيارة الموقع المشهور الذي يوجد فيه الكثير من المعلومات حول هذا السؤال.

  5. Jermain

    رسالة موثوقة :)

  6. Mateusz

    انت لست على حق. اكتب في رئيس الوزراء ، سوف نتحدث.



اكتب رسالة