معلومة

S2018_Lecture10_Reading - علم الأحياء

S2018_Lecture10_Reading - 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.

حقيقيات النواة

تنقسم الكائنات الحية إلى ثلاث مجموعات كبيرة: العتائق والبكتيريا وحقيقيات النوى. يتوفر سجل أحفوري متناثر نسبيًا لمساعدتنا على تمييز الشكل الذي بدا عليه الأعضاء الأوائل لكل من هذه السلالات ، لذلك من الممكن أن تظل جميع الأحداث التي أدت إلى آخر سلف مشترك لحقيقيات النوى الباقية غير معروفة. ومع ذلك ، فإن البيولوجيا المقارنة للكائنات الحية الموجودة والسجل الأحفوري المحدود يقدمان بعض الأفكار حول تاريخ حقيقيات النوى.

يبدو أن أقدم الحفريات التي تم العثور عليها هي بكتيريا ، وعلى الأرجح البكتيريا الزرقاء. يبلغ عمرها حوالي 3.5 مليار سنة ويمكن التعرف عليها بسبب تركيبتها المعقدة نسبيًا ، وبالنسبة للبكتيريا ، فهي خلايا كبيرة نسبيًا. تحتوي معظم البكتيريا والعتائق الأخرى على خلايا صغيرة ، حجمها 1 أو 2 ميكرومتر ، وسيكون من الصعب انتقاؤها كأحافير. تحتوي معظم حقيقيات النوى الحية على خلايا يبلغ قياسها 10 ميكرومتر أو أكثر. تظهر الهياكل بهذا الحجم ، والتي قد تكون أحافير ، في السجل الجيولوجي منذ حوالي 2.1 مليار سنة.

خصائص حقيقيات النوى

قادت البيانات من هذه الحفريات علماء الأحياء إلى استنتاج مفاده أن حقيقيات النوى الحية كلها من نسل سلف واحد مشترك. يكشف تعيين الخصائص الموجودة في جميع المجموعات الرئيسية لحقيقيات النوى أن الخصائص التالية يجب أن تكون موجودة في آخر سلف مشترك ، لأن هذه الخصائص موجودة على الأقل في بعض أعضاء كل سلالة رئيسية.

  1. خلايا ذات نوى محاطة بغلاف نووي به مسام نووية. هذه هي الخاصية الوحيدة الضرورية والكافية على حد سواء لتعريف الكائن الحي على أنه حقيقيات النوى. جميع حقيقيات النوى الموجودة لديها خلايا ذات نوى.
  2. الميتوكوندريا. تحتوي بعض حقيقيات النوى الموجودة على بقايا متقدرية منخفضة جدًا في خلاياها ، في حين أن الأعضاء الآخرين في سلالاتهم لديهم ميتوكوندريا "نموذجية".
  3. هيكل خلوي يحتوي على المكونات الهيكلية والحركية تسمى الخيوط الدقيقة والأنابيب الدقيقة الأكتينية. جميع حقيقيات النوى الموجودة لديها هذه العناصر الهيكلية الخلوية.
  4. فلاجيلا وأهداب ، عضيات مرتبطة بحركة الخلية. تفتقر بعض حقيقيات النوى الموجودة إلى الأسواط و / أو الأهداب ، لكنها تنحدر من أسلاف امتلكوها.
  5. الكروموسومات ، كل منها يتكون من جزيء دنا خطي ملفوف حول بروتينات أساسية (قلوية) تسمى الهستونات. من الواضح أن حقيقيات النوى القليلة التي تحتوي على كروموسومات تفتقر إلى الهيستونات قد تطورت من أسلافها.
  6. الانقسام الخيطي ، وهي عملية انقسام نووي حيث يتم تقسيم الكروموسومات المضاعفة وفصلها باستخدام عناصر الهيكل الخلوي. الانقسام المتساوي موجود عالميًا في حقيقيات النوى.
  7. الجنس ، عملية إعادة التركيب الجيني فريدة من نوعها لحقيقيات النوى حيث تخضع النوى ثنائية الصبغيات في مرحلة واحدة من دورة الحياة للانقسام الاختزالي لإنتاج نوى أحادية الصيغة الصبغية و karyogamy اللاحق ، وهي مرحلة تندمج فيها نواتان أحاديتا الصيغة الصبغية معًا لإنشاء نواة زيجوت ثنائية الصبغة.
  8. يمتلك أعضاء جميع السلالات الرئيسية جدرانًا خلوية ، وقد يكون من المعقول أن نستنتج أن السلف المشترك الأخير يمكن أن يصنع جدرانًا خلوية خلال مرحلة معينة من دورة حياتها. ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن جدران خلايا حقيقيات النوى وتطورها لمعرفة مقدار التماثل الموجود بينها. إذا استطاع السلف المشترك الأخير أن يصنع جدرانًا خلوية ، فمن الواضح أن هذه القدرة يجب أن تكون قد ضاعت في العديد من المجموعات.

التعايش الداخلي وتطور حقيقيات النوى

من أجل فهم الكائنات حقيقية النواة تمامًا ، من الضروري أن نفهم أن جميع حقيقيات النوى الموجودة هي من نسل كائن حي خيمري كان مركبًا من خلية مضيفة وخلية (خلايا) من بروتينات ألفا التي "استقرت" بداخلها . يُعرف هذا الموضوع الرئيسي في أصل حقيقيات النوى التعايش الداخلي، خلية تبتلع أخرى بحيث تبقى الخلية المبتلعة على قيد الحياة وتستفيد كلتا الخليتين. على مدى أجيال عديدة ، يمكن أن تؤدي العلاقة التكافلية إلى كائنين يعتمدان على بعضهما البعض تمامًا بحيث لا يمكن لأي منهما البقاء على قيد الحياة بمفرده. من المحتمل أن تكون الأحداث التكافلية الداخلية قد ساهمت في أصل السلف المشترك الأخير لحقيقيات النوى اليوم وفي التنويع اللاحق في سلالات معينة من حقيقيات النوى. قبل شرح ذلك بمزيد من التفصيل ، من الضروري النظر في عملية التمثيل الغذائي في البكتيريا والعتائق.

التمثيل الغذائي البكتيري والبدئي

نشأت العديد من عمليات التمثيل الغذائي المهمة في البكتيريا والعتائق ، وبعضها ، مثل تثبيت النيتروجين ، لم يتم العثور عليه أبدًا في حقيقيات النوى. تم العثور على عملية التنفس الهوائي في جميع الأنساب الرئيسية من حقيقيات النوى ، وهي موضعية في الميتوكوندريا. يوجد التنفس الهوائي أيضًا في العديد من سلالات البكتيريا والعتائق ، ولكنه غير موجود في كل منها ، وتشير العديد من الأدلة إلى أن مثل هذه الميكروبات اللاهوائية لم تقم مطلقًا بالتنفس الهوائي ولا أسلافها.

بينما يتكون الغلاف الجوي اليوم من خُمس الأكسجين الجزيئي (O2) ، تظهر الأدلة الجيولوجية أنها كانت تفتقر في الأصل إلى O2. بدون الأكسجين ، لا يمكن توقع التنفس الهوائي ، وستعتمد الكائنات الحية على التخمر بدلاً من ذلك. في مرحلة ما منذ حوالي 3.5 مليار سنة ، بدأت بعض البكتيريا والعتائق في استخدام الطاقة من ضوء الشمس لتشغيل عمليات الابتنائية التي تقلل ثاني أكسيد الكربون لتكوين مركبات عضوية. أي أنهم طوروا القدرة على التمثيل الضوئي. تم التقاط الهيدروجين ، المشتق من مصادر مختلفة ، باستخدام تفاعلات تعمل بالطاقة الضوئية لتقليل ثاني أكسيد الكربون الثابت في دورة كالفين. استخدمت مجموعة البكتيريا سالبة الجرام التي أدت إلى ظهور البكتيريا الزرقاء الماء كمصدر للهيدروجين وأطلقت O22 كمنتج نفايات.

في نهاية المطاف ، فإن كمية الأكسجين الضوئي المتراكمة في بعض البيئات إلى مستويات تشكل خطراً على الكائنات الحية ، لأنها يمكن أن تلحق الضرر بالعديد من المركبات العضوية. تطورت عمليات التمثيل الغذائي المختلفة التي تحمي الكائنات الحية من الأكسجين ؛ أحدها ، التنفس الهوائي ، ولّد أيضًا مستويات عالية من ATP. أصبح موجودًا على نطاق واسع بين الميكروبات ، بما في ذلك في مجموعة نسميها الآن ألفا بروتيوباكتيريا. الكائنات الحية التي لم تحصل على التنفس الهوائي يجب أن تبقى في بيئات خالية من الأكسجين. في الأصل ، من المحتمل أن تكون البيئات الغنية بالأكسجين متمركزة حول الأماكن التي تنشط فيها البكتيريا الزرقاء ، ولكن قبل حوالي ملياري سنة ، تُظهر الأدلة الجيولوجية أن الأكسجين كان يتراكم إلى تركيزات أعلى في الغلاف الجوي. نشأت مستويات الأكسجين المماثلة لمستويات اليوم فقط خلال 700 مليون سنة الماضية.

تذكر أن الحفريات الأولى التي نعتقد أنها حقيقية النواة عمرها حوالي ملياري سنة ، لذلك ظهرت مع زيادة مستويات الأكسجين. تذكر أيضًا أن جميع حقيقيات النوى الموجودة تنحدر من سلف مع الميتوكوندريا. لوحظ هذه العضيات لأول مرة بواسطة الميكروسكوب الضوئي في أواخر القرن التاسع عشر ، حيث بدت وكأنها هياكل على شكل دودة إلى حد ما بدت وكأنها تتحرك في الخلية. اقترح بعض المراقبين الأوائل أنها قد تكون بكتيريا تعيش داخل الخلايا المضيفة ، لكن هذه الفرضيات ظلت مجهولة أو مرفوضة في معظم المجتمعات العلمية.

نظرية التكافل الداخلي

مع تطور بيولوجيا الخلية في القرن العشرين ، أصبح من الواضح أن الميتوكوندريا كانت العضيات المسؤولة عن إنتاج ATP باستخدام التنفس الهوائي. في الستينيات ، تطورت عالمة الأحياء الأمريكية لين مارغوليس نظرية التعايش الداخلي، والذي ينص على أن حقيقيات النوى ربما كانت نتاج خلية واحدة تبتلع أخرى (تعيش واحدة داخل أخرى) وتتطور بمرور الوقت حتى لم يعد من الممكن التعرف على الخلايا المنفصلة على هذا النحو. في عام 1967 ، قدمت مارغوليس عملاً جديدًا حول النظرية وأثبتت النتائج التي توصلت إليها من خلال الأدلة الميكروبيولوجية. على الرغم من أن عمل Margulis قوبل في البداية بالمقاومة ، إلا أن هذه الفرضية التي كانت ثورية في السابق مقبولة الآن على نطاق واسع (ولكن ليس تمامًا) ، مع تقدم العمل في الكشف عن الخطوات المتضمنة في هذه العملية التطورية واللاعبين الرئيسيين المعنيين. لا يزال هناك الكثير مما يجب اكتشافه حول أصول الخلايا التي تشكل الآن الخلايا في جميع حقيقيات النوى الحية.

على نطاق واسع ، أصبح من الواضح أن العديد من جيناتنا النووية والآلية الجزيئية المسؤولة عن النسخ والتعبير تبدو مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتلك الموجودة في العتائق. من ناحية أخرى ، فإن الجينات والعضيات الأيضية المسؤولة عن العديد من عمليات تجميع الطاقة ترجع أصولها إلى البكتيريا. لا يزال هناك الكثير مما يجب توضيحه حول كيفية حدوث هذه العلاقة ؛ لا يزال هذا مجال اكتشاف مثير في علم الأحياء. على سبيل المثال ، من غير المعروف ما إذا كان الحدث التكافلي الداخلي الذي أدى إلى الميتوكوندريا قد حدث قبل أو بعد أن يكون للخلية المضيفة نواة. ستكون هذه الكائنات من بين السلائف المنقرضة لآخر سلف مشترك لحقيقيات النوى.

الميتوكوندريا

من السمات الرئيسية التي تميز البكتيريا والعتائق عن حقيقيات النوى وجود الميتوكوندريا. قد تحتوي الخلايا حقيقية النواة في أي مكان من واحد إلى عدة آلاف من الميتوكوندريا ، اعتمادًا على مستوى الخلية من استهلاك الطاقة. يقيس كل ميتوكوندريا من 1 إلى 10 ميكرومتر أو أكثر في الطول ويوجد في الخلية كعضية يمكن أن تكون بيضاوية الشكل أو على شكل دودة أو متفرعة بشكل معقد. تنشأ الميتوكوندريا من انقسام الميتوكوندريا الموجودة ؛ قد يندمجون معًا ؛ ويمكن تحريكها داخل الخلية عن طريق التفاعلات مع الهيكل الخلوي. ومع ذلك ، لا يمكن للميتوكوندريا البقاء خارج الخلية. نظرًا لأن الغلاف الجوي كان يتأكسد عن طريق التمثيل الضوئي ، ومع تطور الميكروبات الهوائية الناجحة ، تشير الدلائل إلى أن خلية أسلاف مع بعض التقسيم الغشائي قد اجتاحت بكتيريا هوائية حرة العيش ، وتحديداً بكتيريا ألفا البروتينية ، مما يعطي الخلية المضيفة القدرة على استخدام الأكسجين في إطلاق الطاقة المخزنة في العناصر الغذائية. ألفا بروتوباكتيريا هي مجموعة كبيرة من البكتيريا التي تشمل أنواعًا تكافلية مع النباتات ، وكائنات مرضية يمكن أن تصيب البشر عن طريق القراد ، والعديد من الأنواع التي تعيش بحرية والتي تستخدم الضوء للحصول على الطاقة. تدعم عدة خطوط من الأدلة أن الميتوكوندريا مشتقة من هذا الحدث التكافلي الداخلي. تتشكل معظم الميتوكوندريا مثل البكتيريا البروتينية ألفا وتحيط بها غشاءان ، مما قد ينتج عندما يبتلع كائن حي مرتبط بالغشاء في فجوة بواسطة كائن حي آخر مرتبط بالغشاء. الغشاء الداخلي للميتوكوندريا واسع النطاق ويتضمن نواتج كبيرة تسمى cristae تشبه السطح الخارجي المحكم لبكتيريا ألفا البروتينية. المصفوفة والغشاء الداخلي غنيان بالأنزيمات اللازمة للتنفس الهوائي.

خلية حقيقية النواة: الهيكل والوظيفة

مقدمة عن الخلايا حقيقية النواة

حسب التعريف، الخلايا حقيقية النواة هي خلايا تحتوي على نواة مرتبطة بغشاء ، وهي ميزة هيكلية غير موجودة في الخلايا البكتيرية أو البدائية. بالإضافة إلى النواة ، الخلايا حقيقية النواة تتميز بالعديد من الأغشية المقيدة العضيات مثل الشبكة الإندوبلازمية ، وجهاز جولجي ، والبلاستيدات الخضراء ، والميتوكوندريا ، وغيرها.

في الأقسام السابقة ، بدأنا في النظر في تحدي التصميم المتمثل في جعل الخلايا أكبر حجمًا من بكتيريا صغيرة - وبشكل أكثر دقة ، تنمو الخلايا إلى أحجام يتم عندها ، في نظر الانتقاء الطبيعي ، الاعتماد على انتشار المواد للنقل من خلال عصارة خلوية شديدة اللزوجة مع المقايضات الوظيفية الكامنة التي تعوض معظم الفوائد الانتقائية للتضخم. في المحاضرات والقراءات حول بنية الخلية البكتيرية ، اكتشفنا بعض السمات المورفولوجية للبكتيريا الكبيرة التي تسمح لها بالتغلب بشكل فعال على حواجز الانتشار المحدودة الحجم (على سبيل المثال ، يحافظ ملء السيتوبلازم بفجوة تخزين كبيرة على حجم صغير للنشاط الأيضي الذي يظل متوافقًا مع النقل المدفوع بالانتشار).

بينما نحول تركيزنا إلى الخلايا حقيقية النواة ، نريدك أن تقترب من الدراسة من خلال العودة باستمرار إلى تحدي التصميم. سنغطي عددًا كبيرًا من الهياكل الخلوية التي تنفرد بها حقيقيات النوى ، ومن المتوقع بالتأكيد أن تعرف أسماء هذه الهياكل أو العضيات ، وربطها بواحدة أو أكثر من "الوظائف" ، والتعرف عليها في رسم كاريكاتوري أساسي تمثيل خلية حقيقية النواة. تمرين الحفظ هذا ضروري ولكنه غير كافٍ. سنطلب منك أيضًا البدء في التفكير بشكل أعمق قليلاً في بعض التكاليف والفوائد الوظيفية والتطورية (المقايضات) لكل من الخلايا حقيقية النواة المتطورة والعديد من العضيات حقيقية النواة ، وكذلك كيف يمكن لخلية حقيقية النواة أن تنسق وظائف العضيات المختلفة .

سيقترح أساتذتك ، بالطبع ، بعض الفرضيات الوظيفية لكي تضعها في اعتبارك تتناول هذه النقاط الأوسع. قد تأتي فرضياتنا أحيانًا في شكل عبارات مثل ، "الشيء أ موجود

لأن

من المنطق ب. "لكي نكون صادقين تمامًا ، ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، لا نعرف في الواقع جميع الضغوط الانتقائية التي أدت إلى إنشاء أو صيانة هياكل خلوية معينة ، واحتمال أن يكون تفسير واحد مناسبًا لجميع الحالات هو ضئيلة في علم الأحياء. العلاقة السببية / العلاقة التي ينطوي عليها استخدام مصطلحات مثل "

لأن

"يجب التعامل معها على أنها فرضيات جيدة بدلاً من كونها معرفة موضوعية وملموسة وغير متنازع عليها ووقائعية. نريد منك أن تفهم هذه الفرضيات وأن تكون قادرًا على مناقشة الأفكار المقدمة في الفصل ، ولكننا نريدك أيضًا أن تنغمس في فضولك وتبدأ فكر بشكل نقدي في هذه الأفكار بنفسك. حاول استخدام نموذج تقييم "تحدي التصميم" لاستكشاف بعض أفكارك. في ما يلي ، سنحاول وضع بذور أسئلة لتشجيع هذا النشاط.

شكل 1. توضح هذه الأشكال العضيات الرئيسية ومكونات الخلية الأخرى لـ (أ) خلية حيوانية نموذجية و (ب) خلية نباتية حقيقية النواة. تحتوي الخلية النباتية على جدار خلوي ، وبلاستيدات خضراء ، وبلاستيدات ، وفجوة مركزية - وهي هياكل غير موجودة في الخلايا الحيوانية. لا تحتوي الخلايا النباتية على الجسيمات الحالة أو الجسيمات المركزية.

غشاء البلازما

مثل البكتيريا والعتائق ، تمتلك الخلايا حقيقية النواة أ غشاء بلازمي، طبقة ثنائية فسفوليبيد مع بروتينات مدمجة تفصل المحتويات الداخلية للخلية عن البيئة المحيطة بها. يتحكم غشاء البلازما في مرور الجزيئات العضوية والأيونات والماء والأكسجين داخل وخارج الخلية. تترك النفايات (مثل ثاني أكسيد الكربون والأمونيا) الخلية أيضًا عن طريق المرور عبر غشاء البلازما ، عادةً بمساعدة بعض ناقلات البروتين.

الشكل 2. غشاء البلازما حقيقية النواة عبارة عن طبقة ثنائية فسفوليبيدية تحتوي على بروتينات وكوليسترول مضمن فيها.

كما نوقش في سياق أغشية الخلايا البكتيرية ، قد تتبنى أغشية البلازما للخلايا حقيقية النواة أيضًا تركيبات فريدة. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم طي الغشاء البلازمي للخلايا المتخصصة في الامتصاص في الكائنات متعددة الخلايا في إسقاطات تشبه الأصابع تسمى microvilli (المفرد = microvillus) ؛ (انظر الشكل أدناه). "طي" الغشاء إلى ميكروفيلي يزيد بشكل فعال من مساحة السطح للامتصاص بينما يؤثر بشكل طفيف على حجم العصارة الخلوية. يمكن العثور على هذه الخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة ، العضو الذي يمتص العناصر الغذائية من الطعام المهضوم.

جانبا: الأشخاص المصابون بمرض الاضطرابات الهضمية لديهم استجابة مناعية للجلوتين ، وهو بروتين موجود في القمح والشعير والجاودار. الاستجابة المناعية تضر الزغابات الصغيرة. نتيجة لذلك ، يعاني الأفراد المصابون من ضعف في القدرة على امتصاص العناصر الغذائية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى سوء التغذية والتشنج والإسهال.

الشكل 3. Microvilli ، الموضحة هنا كما تظهر على الخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة ، تزيد من مساحة السطح المتاحة للامتصاص. توجد هذه الميكروفيلي فقط في منطقة غشاء البلازما التي تواجه التجويف الذي سيتم امتصاص المواد منه. الائتمان: "صورة مجهرية" ، تعديل عمل لويزا هوارد

السيتوبلازم

ال السيتوبلازم يشير إلى المنطقة الكاملة للخلية بين غشاء البلازما والغلاف النووي. وتتكون من عضيات معلقة في مادة هلامية العصارة الخلوية، والهيكل الخلوي ، والمواد الكيميائية المختلفة (انظر الشكل أدناه). على الرغم من أن السيتوبلازم يتكون من 70 إلى 80 في المائة من الماء ، إلا أنه يحتوي على تناسق شبه صلب. إنه مزدحم هناك. تتنافس البروتينات والسكريات البسيطة والسكريات والأحماض الأمينية والأحماض النووية والأحماض الدهنية والأيونات والعديد من الجزيئات الأخرى القابلة للذوبان في الماء على الفضاء والمياه.

النواة

عادةً ما تكون النواة هي العضية الأبرز في الخلية (انظر الشكل أدناه) عند النظر إليها من خلال المجهر. ال نواة (جمع = نوى) يضم الحمض النووي للخلية. دعونا نلقي نظرة عليها بمزيد من التفصيل.

الشكل 4. تخزن النواة الكروماتين (DNA بالإضافة إلى البروتينات) في مادة تشبه الهلام تسمى nucleoplasm. النواة هي منطقة مكثفة من الكروماتين حيث يحدث تخليق الريبوسوم. حدود النواة تسمى الغلاف النووي. ويتكون من طبقتين من الفسفوليبيد: غشاء خارجي وغشاء داخلي. الغشاء النووي مستمر مع الشبكة الإندوبلازمية. تسمح المسام النووية للمواد بالدخول والخروج من النواة.

الغلاف النووي

ال المغلف النووي، وهي البنية التي تشكل الحدود الخارجية للنواة ، وهي عبارة عن غشاء مزدوج - كلا من الأغشية الداخلية والخارجية للمغلف النووي عبارة عن طبقات ثنائية فسفوليبيد. يتخلل الغلاف النووي أيضًا مسام قائمة على البروتين تتحكم في مرور الأيونات والجزيئات والحمض النووي الريبي بين البلازما النووية والسيتوبلازم. ال نيوكليوبلازم هو السائل شبه الصلب داخل النواة حيث نجد الكروماتين والنواة ، وهي منطقة مكثفة من الكروماتين حيث يحدث تخليق الريبوسوم.

الكروماتين والكروموسومات

لفهم الكروماتين ، من المفيد التفكير أولاً في الكروموسومات. الكروموسومات هي هياكل داخل النواة تتكون من الحمض النووي ، المادة الوراثية. قد تتذكر أنه في البكتيريا والعتائق ، يتم تنظيم الحمض النووي عادةً في واحد أو أكثر من الكروموسومات الدائرية. في حقيقيات النوى ، الكروموسومات هي هياكل خطية. كل نوع من أنواع حقيقيات النوى لديه عدد محدد من الكروموسومات في نوى خلاياه. في البشر ، على سبيل المثال ، يكون عدد الكروموسوم 23 ، بينما في ذباب الفاكهة هو 4.

لا تكون الكروموسومات مرئية بوضوح ويمكن تمييزها عن بعضها البعض إلا عن طريق الفحص المجهري البصري المرئي عندما تستعد الخلية للانقسام ويكون الحمض النووي محشوًا بإحكام بواسطة البروتينات في أشكال يسهل تمييزها. عندما تكون الخلية في مراحل النمو والصيانة من دورة حياتها ، لا تزال العديد من البروتينات مرتبطة بالأحماض النووية ، لكن خيوط الحمض النووي تشبه إلى حد بعيد مجموعة من الخيوط المختلطة غير الملتفة. المصطلح الكروماتينية يستخدم لوصف الكروموسومات (مجمعات البروتين والحمض النووي) عندما يتم تكثيفها وفك تكثيفها.

الشكل 5. (أ) تُظهر هذه الصورة مستويات مختلفة من تنظيم الكروماتين (DNA والبروتين). (ب) تظهر هذه الصورة كروموسومات مقترنة. الائتمان (ب): تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة ؛ بيانات مقياس الرسم من مات راسل

النواة

تحتوي بعض الكروموسومات على أجزاء من الحمض النووي تقوم بتشفير الحمض النووي الريبي. منطقة تلطيخ داكن داخل النواة تسمى النواة (جمع = نواة) يجمع RNA الريبوسوم مع البروتينات المرتبطة به لتجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية التي يتم نقلها بعد ذلك إلى السيتوبلازم من خلال المسام الموجودة في الغلاف النووي.

ملاحظة: مناقشة ممكنة

ناقش بين أنفسكم. استخدم نموذج تقييم تحدي التصميم للنظر في النواة بمزيد من التفصيل. ما هي "المشاكل" التي تحلها عضية مثل النواة؟ ما هي بعض صفات النواة التي قد تكون مسؤولة عن ضمان نجاحها التطوري؟ ما هي بعض المفاضلات بين تطوير النواة والحفاظ عليها؟ (كل فائدة لها بعض التكلفة ؛ هل يمكنك إدراج كليهما؟) تذكر ، قد تكون هناك بعض الفرضيات الراسخة (ومن الجيد ذكرها) ، لكن الهدف من التمرين هنا هو التفكير بشكل نقدي ومناقشته بشكل نقدي هذه الأفكار باستخدام "الذكاء" الجماعي الخاص بك.

الريبوسومات

الريبوسومات هي الهياكل الخلوية المسؤولة عن تخليق البروتين. عند النظر إليها من خلال المجهر الإلكتروني ، تظهر الريبوسومات إما على شكل مجموعات (عديد الريبوسومات) أو نقاط مفردة صغيرة تطفو بحرية في السيتوبلازم. قد تكون مرتبطة بالجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما أو الجانب السيتوبلازمي للشبكة الإندوبلازمية والغشاء الخارجي للمغلف النووي (كارتون الخلية أعلاه).

أظهر الفحص المجهري الإلكتروني أن الريبوسومات ، وهي معقدات كبيرة من البروتين والحمض النووي الريبي ، تتكون من وحدتين فرعيتين ، تسمى على نحو ملائم كبيرة وصغيرة (الشكل أدناه). تتلقى الريبوسومات "تعليماتها" الخاصة بتخليق البروتين من النواة ، حيث يتم نسخ الحمض النووي إلى مرسال الحمض النووي الريبي (mRNA). ينتقل الرنا المرسال إلى الريبوسومات ، التي تترجم الشفرة التي يوفرها تسلسل القواعد النيتروجينية في الرنا المرسال إلى ترتيب معين من الأحماض الأمينية في البروتين. يتم تناول هذا بمزيد من التفصيل في القسم الذي يغطي عملية الترجمة.

الشكل 6. تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة (أعلى) ووحدة فرعية صغيرة (أسفل). أثناء تخليق البروتين ، تجمع الريبوسومات الأحماض الأمينية في بروتينات.

الميتوكوندريا

الميتوكوندريا (مفرد = ميتوكوندريون) تسمى غالبًا "مصانع الطاقة" أو "مصانع الطاقة" للخلية لأنها الموقع الأساسي للتنفس الأيضي في حقيقيات النوى. اعتمادًا على الأنواع ونوع الميتوكوندريا الموجودة في تلك الخلايا ، قد تكون المسارات التنفسية لاهوائية أو هوائية. بحكم التعريف ، عندما يكون التنفس هوائيًا ، يكون الإلكترون النهائي هو الأكسجين ؛ عندما يكون التنفس لاهوائيًا ، يعمل مركب آخر غير الأكسجين كمستقبل طرفي للإلكترون. في كلتا الحالتين ، نتيجة هذه العمليات التنفسية هي إنتاج الـ ATP عبر الفسفرة المؤكسدة ، ومن هنا جاء استخدام المصطلحين "powerhouse" و / أو "مصنع الطاقة" لوصف هذه العضية. تمتلك جميع الميتوكوندريا تقريبًا أيضًا جينومًا صغيرًا يشفر الجينات التي تقتصر وظائفها عادةً على الميتوكوندريا.

في بعض الحالات ، يكون عدد الميتوكوندريا لكل خلية قابلًا للضبط ، اعتمادًا على الطلب على الطاقة عادةً. فعلى سبيل المثال ، يمكن العثور على خلايا عضلية محتملة - والتي لها طلب أكبر على ATP - غالبًا ما تحتوي على عدد أكبر بكثير من الميتوكوندريا من الخلايا التي ليس لديها حمولة عالية من الطاقة.

يمكن أن يختلف هيكل الميتوكوندريا اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الكائن الحي وحالة دورة الخلية التي يتم ملاحظتها. ومع ذلك ، فإن صورة الكتاب المدرسي النموذجية تصور الميتوكوندريا على أنها عضيات بيضاوية الشكل ذات غشاء داخلي وخارجي مزدوج (انظر الشكل أدناه) ؛ تعلم كيفية التعرف على هذا التمثيل العام. كل من الأغشية الداخلية والخارجية عبارة عن طبقات ثنائية من الفسفوليبيد مدمجة مع البروتينات التي تتوسط في النقل عبرها وتحفز العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية الأخرى. تسمى طبقة الغشاء الداخلي طيات cristae التي تزيد من مساحة السطح التي يمكن دمج بروتينات السلسلة التنفسية فيها. المنطقة داخل cristae تسمى الميتوكوندريا مصفوفة ويحتوي - من بين أشياء أخرى - على إنزيمات دورة TCA. أثناء التنفس ، يتم ضخ البروتونات عن طريق معقدات سلسلة الجهاز التنفسي من المصفوفة إلى منطقة تعرف باسم الفضاء بين الغشاء (بين الأغشية الداخلية والخارجية).

الشكل 7. يُظهر هذا المجهر الإلكتروني ميتوكوندريا كما يُنظر إليه بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ. هذه العضية لها غشاء خارجي وغشاء داخلي. يحتوي الغشاء الداخلي على طيات ، تسمى cristae ، تزيد من مساحة سطحه. المسافة بين الغشاءين تسمى الفضاء بين الغشاء ، والمساحة داخل الغشاء الداخلي تسمى مصفوفة الميتوكوندريا. يحدث تخليق ATP على الغشاء الداخلي. الائتمان: تعديل العمل بواسطة ماثيو بريتون ؛ بيانات مقياس الرسم من مات راسل

ملاحظة: مناقشة ممكنة

ناقش: العمليات مثل تحلل الجلوكوز ، والتخليق الحيوي للدهون ، والتخليق الحيوي للنيوكليوتيدات تحتوي جميعها على مركبات تغذي دورة TCA - وبعضها يحدث في الميتوكوندريا. ما هي بعض التحديات الوظيفية المرتبطة بعمليات التنسيق التي لها مجموعة مشتركة من الجزيئات إذا تم عزل الإنزيمات في أقسام خلوية مختلفة؟

بيروكسيسومات

بيروكسيسومات هي عضيات صغيرة مستديرة محاطة بأغشية مفردة. تقوم هذه العضيات بتفاعلات الأكسدة والاختزال التي تؤدي إلى أكسدة وتفتيت الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية. كما أنها تساعد على إزالة السموم من العديد من السموم التي قد تدخل الجسم. العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال هذه تطلق بيروكسيد الهيدروجين ، H2ا2، والتي من شأنها أن تلحق الضرر بالخلايا ؛ ومع ذلك ، عندما تقتصر هذه التفاعلات على البيروكسيسومات ، فإن الإنزيمات تكسر H بأمان2ا2 في الأكسجين والماء. على سبيل المثال ، يتم إزالة السموم من الكحول بواسطة البيروكسيسومات في خلايا الكبد. الجليوكسيسومات ، وهي بيروكسيسومات متخصصة في النباتات ، مسؤولة عن تحويل الدهون المخزنة إلى سكريات.

الحويصلات والفراغات

حويصلات و فجوات هي أكياس مرتبطة بالغشاء تعمل في التخزين والنقل. بخلاف حقيقة أن الفجوات أكبر إلى حد ما من الحويصلات ، هناك تمييز دقيق للغاية بينها: يمكن أن تندمج أغشية الحويصلات إما مع غشاء البلازما أو أنظمة غشاء أخرى داخل الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض العوامل مثل الإنزيمات داخل فجوات النبات تكسر الجزيئات الكبيرة. لا يندمج غشاء الفجوة مع أغشية المكونات الخلوية الأخرى.

الخلايا الحيوانية مقابل الخلايا النباتية

في هذه المرحلة ، تعلم أن كل خلية حقيقية النواة لها غشاء بلازما ، سيتوبلازم ، نواة ، ريبوسومات ، ميتوكوندريا ، بيروكسيسومات ، وفي بعض الفجوات. هناك بعض الاختلافات اللافتة للنظر بين الخلايا الحيوانية والنباتية جديرة بالملاحظة. فيما يلي قائمة مختصرة بالاختلافات التي نريد أن تكون على دراية بها ووصف موسع قليلاً أدناه:

1. في حين أن جميع الخلايا حقيقية النواة تستخدم الأنابيب الدقيقة والبروتين الحركي ، وهي الآليات القائمة على فصل الكروموسومات أثناء انقسام الخلية ، فإن الهياكل المستخدمة لتنظيم هذه الأنابيب الدقيقة تختلف في النباتات عن الخلايا الحيوانية والخميرة. تقوم الخلايا الحيوانية والخميرة بتنظيم وترسيخ الأنابيب الدقيقة في هياكل تسمى مراكز تنظيم الأنابيب الدقيقة (MTOCs). تتكون هذه الهياكل من هياكل تسمى المريكزات التي تتكون بشكل كبير من α-tubulin و β-tubulin وبروتينات أخرى. ينظم المريكزان في بنية تسمى الجسيم المركزي. على النقيض من ذلك ، في النباتات ، بينما تنتظم الأنابيب الدقيقة أيضًا في حزم منفصلة ، لا توجد هياكل واضحة مماثلة لـ MTOCs التي تظهر في خلايا الحيوانات والخميرة. بدلاً من ذلك ، اعتمادًا على الكائن الحي ، يبدو أنه يمكن أن يكون هناك العديد من الأماكن حيث يمكن لهذه الحزم من الأنابيب الدقيقة أن تتكوّن من أماكن تسمى مراكز تنظيم الأنابيب الدقيقة (بدون مركزي). يبدو أن هناك نوعًا ثالثًا من التوبولين ، بيتا-توبولين ، متورطًا ، لكن معرفتنا بالآليات الدقيقة التي تستخدمها النباتات لتنظيم مغازل الأنابيب الدقيقة لا تزال متقطعة.

2. تحتوي الخلايا الحيوانية عادة على عضيات تسمى الجسيمات الحالة المسؤولة عن تحلل الجزيئات الحيوية. تحتوي بعض الخلايا النباتية على عضيات متحللة متشابهة وظيفيًا ، ولكن هناك جدل حول كيفية تسميتها. يسمي بعض علماء الأحياء النباتية هذه العضيات lysosomes بينما يضعها آخرون في الفئة العامة للبلاستيدات ولا يعطونها اسمًا محددًا.

3. تحتوي الخلايا النباتية على جدار خلوي ، وبلاستيدات خضراء وغيرها من البلاستيدات المتخصصة ، وفجوة مركزية كبيرة ، في حين أن الخلايا الحيوانية لا تمتلكها.

الجسيم المركزي

ال جسيم مركزي هو مركز لتنظيم الأنابيب الدقيقة يوجد بالقرب من نوى الخلايا الحيوانية. يحتوي على زوج من المريكزات ، وهما بنيان متعامدان مع بعضهما البعض (انظر الشكل أدناه). كل مريكز هو أسطوانة من تسعة ثلاثة توائم من الأنابيب الدقيقة.

الشكل 8. يتكون الجسيم المركزي من مركزين يقعان بزوايا قائمة لبعضهما البعض. كل مريكز عبارة عن أسطوانة تتكون من تسعة ثلاثة توائم من الأنابيب الدقيقة. تمسك بروتينات النونتوبولين (المشار إليها بالخطوط الخضراء) الأنابيب الدقيقة الثلاثية معًا.

يتكاثر الجسيم المركزي (العضية حيث تنشأ جميع الأنابيب الدقيقة في الحيوان والخميرة) قبل انقسام الخلية ، ويبدو أن المريكزات لها دور ما في سحب الكروموسومات المضاعفة إلى الأطراف المتقابلة للخلية المنقسمة. ومع ذلك ، لا تزال الوظيفة الدقيقة للمريكزات في الانقسام الخلوي غير واضحة ، حيث أن الخلايا التي تمت إزالتها من الجسيم المركزي لا يزال بإمكانها الانقسام ، والخلايا النباتية ، التي تفتقر إلى الجسيمات المركزية ، قادرة على الانقسام الخلوي.

الجسيمات المحللة

تحتوي الخلايا الحيوانية على مجموعة أخرى من العضيات غير الموجودة في الخلايا النباتية: الجسيمات الحالة. بالعامية ، فإن الجسيمات المحللة تسمى أحيانًا "التخلص من القمامة" للخلية. تساعد الإنزيمات الموجودة في الجسيمات الحالة في تكسير البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية وحتى العضيات "البالية". تنشط هذه الإنزيمات عند درجة حموضة أقل بكثير من تلك الموجودة في السيتوبلازم. لذلك ، يكون الرقم الهيدروجيني داخل الجسيمات الحالة أكثر حمضية من الرقم الهيدروجيني في السيتوبلازم. في الخلايا النباتية ، تحدث العديد من العمليات الهضمية نفسها في فجوات.

جدار الخلية

إذا قمت بفحص الرسم البياني أعلاه الذي يصور الخلايا النباتية والحيوانية ، فسترى في الرسم التخطيطي لخلية نباتية بنية خارجية لغشاء البلازما تسمى جدار الخلية. جدار الخلية عبارة عن غطاء صلب يحمي الخلية ويوفر دعمًا هيكليًا ويعطي شكلًا للخلية. تحتوي الخلايا الفطرية والبروتيستان أيضًا على جدران خلوية. في حين أن المكون الرئيسي لجدران الخلايا البكتيرية هو الببتيدوغليكان ، فإن الجزيء العضوي الرئيسي في جدار الخلية النباتية هو السليلوز (انظر الهيكل أدناه) ، وهو عديد السكاريد المكون من وحدات فرعية للجلوكوز.

الشكل 9. السليلوز عبارة عن سلسلة طويلة من جزيئات بيتا-جلوكوز متصلة بواسطة ارتباط 1-4. تشير الخطوط المتقطعة في كل نهاية من الشكل إلى سلسلة من وحدات الجلوكوز الأخرى. يجعل حجم الصفحة من المستحيل تصوير جزيء السليلوز بأكمله.

البلاستيدات الخضراء

البلاستيدات الخضراء هي عضيات الخلايا النباتية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. مثل الميتوكوندريا ، تمتلك البلاستيدات الخضراء الحمض النووي والريبوزومات الخاصة بها ، لكن البلاستيدات الخضراء لها وظيفة مختلفة تمامًا.

مثل الميتوكوندريا ، تحتوي البلاستيدات الخضراء على أغشية خارجية وداخلية ، ولكن داخل الفراغ المحاط بالغشاء الداخلي للبلاستيدات الخضراء توجد مجموعة من الأكياس الغشائية المترابطة والمكدسة المملوءة بالسوائل تسمى الثايلاكويدات (الشكل أدناه). كل كومة من الثايلاكويدات تسمى جرانوم (جمع = جرانا). يُطلق على السائل المحاط بالغشاء الداخلي الذي يحيط بالجرانا اسم السدى.

الشكل 10. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غشاء خارجي وغشاء داخلي وهياكل غشائية تسمى ثايلاكويدات مكدسة في جرانا. يُطلق على المساحة الموجودة داخل أغشية الثايلاكويد مساحة الثايلاكويد. تحدث تفاعلات حصاد الضوء في أغشية الثايلاكويد ، ويحدث تخليق السكر في السائل الموجود داخل الغشاء الداخلي ، والذي يسمى السدى. تمتلك البلاستيدات الخضراء أيضًا جينومها الخاص ، والذي يوجد في كروموسوم دائري واحد.

تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل، التي تلتقط الطاقة الضوئية التي تحرك تفاعلات التمثيل الضوئي. مثل الخلايا النباتية ، تحتوي الطلائعيات الضوئية أيضًا على البلاستيدات الخضراء. تقوم بعض البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي ، لكن الكلوروفيل الخاص بها لا ينحسر إلى عضية.

اتصال التطور

التعايش الداخلي

لقد ذكرنا أن كل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء تحتوي على الحمض النووي والريبوزومات. هل تساءلت لماذا؟ Strong evidence points to endosymbiosis as the explanation.

Symbiosis is a relationship in which organisms from two separate species depend on each other for their survival. Endosymbiosis (endo- = “within”) is a mutually beneficial relationship in which one organism lives inside the other. Endosymbiotic relationships abound in nature. For instance, some microbes that live in our digestive tracks produce vitamin K. The relationship between these microbes and us (their hosts) is said to be mutually beneficial or symbiotic. The relationship is beneficial for us because we are unable to synthesize vitamin K; the microbes do it for us instead. The relationship is also beneficial for the microbes because they receive abundant food from the environment of the large intestine, and they are protected both from other organisms and from drying out.

Scientists have long noticed that bacteria, mitochondria, and chloroplasts are similar in size. We also know that bacteria have DNA and ribosomes, just as mitochondria and chloroplasts do. Scientists believe that host cells and bacteria formed an endosymbiotic relationship when the host cells ingested both aerobic and autotrophic bacteria (cyanobacteria) but did not destroy them. Through many millions of years of evolution, these ingested bacteria became more specialized in their functions, with the aerobic bacteria becoming mitochondria and the autotrophic bacteria becoming chloroplasts. There will be more on this later in the reading.

The central vacuole

Previously, we mentioned vacuoles as essential components of plant cells. If you look at the cartoon figure of the plant cell, you will see that it depicts a large central vacuole that occupies most of the area of the cell. ال central vacuole plays a key role in regulating the cell’s concentration of water in changing environmental conditions.

Silly vacuole factoid: Have you ever noticed that if you forget to water a plant for a few days, it wilts? That’s because as the water concentration in the soil becomes lower than the water concentration in the plant, water moves out of the central vacuoles and cytoplasm. As the central vacuole shrinks, it leaves the cell wall unsupported. This loss of support to the cell walls of plant cells results in the wilted appearance of the plant.

The central vacuole also supports the expansion of the cell. When the central vacuole holds more water, the cell gets larger without having to invest a lot of energy in synthesizing new cytoplasm.



تعليقات:

  1. Mieko

    في رأيي ، أنت تعترف بالخطأ. أدخل سنناقشها. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سنتحدث.

  2. Ramsey

    برافو ، رائع))))

  3. Jonah

    انت لست على حق. اكتب لي في PM ، سنناقش.

  4. Riston

    أوشون يرضي لقراءة هذا منك !! شكرًا. Icemen.ru - الأفضل !! (هنا ، يعرف بعض الحرفي Spamilka كيفية إدراج عنوان الموقع المطلوب ، لكنه كتب كلمة "جدا" مع خطأ)

  5. Cedro

    أحسنت ، الفكرة الرائعة وفي الوقت المناسب

  6. Kiefer

    هذا ليس له نظائر؟



اكتب رسالة