معلومة

1.4: جولة في الخلية حقيقية النواة - علم الأحياء

1.4: جولة في الخلية حقيقية النواة - 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.

أ. النواة

تفصل النواة المخطط الجيني ، أي الحمض النووي من سيتوبلازم الخلية. على الرغم من أن النواة حقيقية النواة تتكسر أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي مع تشكل الكروموسومات وانقسام الخلايا ، فإنها تقضي معظم وقتها في الطور البيني، الوقت بين انقسامات الخلايا. هذا هو المكان الذي يتم فيه تنظيم حالة الجينات (وبالتالي البروتينات المنتجة في الخلية). الرنا الريباسي, الحمض الريبي النووي النقال و مرنا يتم نسخها من الجينات ومعالجتها في النواة وتصديرها إلى السيتوبلازم من خلال المسام النووية. تبقى بعض الرناوات الأخرى في النواة ، وتشارك عادةً في تنظيم نشاط الجين. في جميع الكائنات الحية ، يجب أن تنتج الخلايا المنقسمة نسخًا من المادة الوراثية المكررة وتقسيمها بالتساوي بين الخلايا الوليدة الجديدة. دعونا نلقي نظرة أولاً على التنظيم الهيكلي للنواة ، ثم إلى دورها في جينات الخلية والكائن الحي بأكمله.

1. هيكل نواة الطور البيني

النواة هي أكبر عضية في الخلية. فيما يلي صورة نموذجية بالمجهر الإلكتروني للنواة ، وهي أكبر عضية حقيقية النواة في الخلية.

يكشف هذا المقطع العرضي لنواة الطور البيني عن غشاء مزدوج ، أو المغلف النووي. الغشاء الخارجي للمغلف النووي مستمر مع RER (شبكية إندوبلازمية خشنة). وبالتالي ، فإن تجويف RER مستمر مع الفراغ الذي يفصل أغشية الغلاف النووي. يُظهر الرسم المجهر الإلكتروني أيضًا علامة بارزة النواة (المسمى ن) و RER الحبيبي الداكن المحيط بالنواة. تكبير الصورة المجهرية ؛ قد ترى الغشاء المزدوج للغلاف النووي. يمكنك أيضًا تكوين الريبوسومات (حبيبات صغيرة) مرتبطة بكل من RER والغشاء النووي الخارجي. المغلف النووي المسام (موضح في الرسم الكارتوني على اليمين) يسمح للجزيئات الكبيرة وحتى الجزيئات بالحركة داخل وخارج النواة عبر كلا الغشاءين.

104 النواة

النواة ليس مساحة غير منظمة محاطة بالمغلف النووي ، كما يبدو في الصور المجهرية الإلكترونية للإرسال. النواة هي أكبر عدد من الإضافات النووية التي يبدو أنها تفصل بين الوظائف النووية.

سانتياغو الرامات "الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيبóن ذ كاخال أبلغ عن المزيد من الهياكل في نوى الخلايا العصبية منذ أكثر من 100 عام ، ورسم ملاحظاته قبل أن تصبح تقنية التصوير المجهرية الحديثة متاحة على نطاق واسع. انظر ماذا رأى في الهيئات النووية Cajal، بما في ذلك النواة وما أصبح يعرف باسم أجساد كاجال (CBs). كما رأينا سابقًا ، رامون وكاخال شارك في جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب 1906 مع كاميلو جولجي لدراساتهم حول بنية الخلايا العصبية. تحقق من معرض للصور المجهرية المرسومة باليد من Cajal للخلايا العصبية في الدماغ في خلايا الدماغ الجميلة Cajal.

شوهد لاحقًا في المجهر الإلكتروني ، CBs تبدو وكأنها لفائف من الخيط المتشابك ، وبالتالي كانت تسمى أجسام ملفوفة (مريح أيضًا ، CBs). وتشمل الهيئات النووية الأخرى التي تم تحديدها منذ ذلك الحين الجواهر, أجسام PMLالبقع النووية (أو بقع الربط), الهيئات الموضعية هيستون (HLBs) …, و اكثر! تبين أن الأجسام النووية المختلفة مرتبطة ببروتينات معينة. يمكن رؤية توطين بروتينات معينة لأجسام نووية مختلفة في صورة مجهرية التألق المناعي أدناه.

تحتوي النوى فيبريلارين البروتينات وصمة عار حمراء لأنها تمت معالجتها بعلامات التألق الأحمر مضاد الليفرين الأجسام المضادة. تحتوي CBs على البروتين ملف. إنها تتألق باللون الوردي لأن النوى عولجت بعلامة مضان أنتيكولين الأجسام المضادة. الأجسام المضادة الفلورية الخضراء ل ASF / SF2 توطين البروتين في البقع النووية. كجزء من أو مدرجة في مصفوفة نووية ، تقوم الهيئات النووية بتنظيم وتنظيم جوانب مختلفة من النشاط النووي والوظيفة الجزيئية. تؤدي الأجسام النووية المختلفة وظائف محددة وتتفاعل مع بعضها البعض ومع بروتينات DNA و RNA للقيام بذلك. سنعيد النظر في بعض الهيئات النووية في سياق عملها في فصول لاحقة.

2. كل خلية (أي كل نواة) في كائن ما تحتوي على نفس الجينات

قرأنا سابقًا أن البكتيريا مشغولة بمضاعفة وتقسيم كروموسومات الحمض النووي العارية في نفس الوقت الذي تنمو فيه وتنقسم بواسطة الانشطار الثنائي. في الخلايا حقيقية النواة ، أ دورة الخلية يقسم الحياة إلى أحداث متتالية منفصلة. خلال معظم دورة الخلية ، تكون الخلايا في الطور البيني ويتم لف الحمض النووي في بروتينات في بنية تسمى الكروماتينية. ليس الحمض النووي فقط ، بل الكروماتين الذي يجب تكراره عندما تتكاثر الخلايا. ينطوي ازدواج الحمض النووي على إعادة ترتيب بروتينات الكروماتين. يحدث هذا قبل انقسام الخلية (الانقسام المتساوي و يظهر). مع اقتراب وقت انقسام الخلية ، يرتبط الكروماتين بمزيد من البروتينات ، ويتكثف ليشكل الكروموسومات، بينما يذوب الغلاف النووي.

قد تتذكر أن كل خلية جسدية في الكائن الحي تحتوي على أزواج صبغيات متشابهة، وبالتالي نسختين من كل جين يمتلكه الكائن الحي. من ناحية أخرى ، تحتوي الحيوانات المنوية والبويضات على واحد من كل زوج من الكروموسومات ، وبالتالي نسخة واحدة من كل جين. سواء عن طريق الانقسام أو الانقسام الاختزالي ، يفصل التحلل الخلوي الكروموسومات المضاعفة إلى بنت الخلايا. في صورة مجهرية مضان لخلية في الطورية مرحلة الانقسام المتساوي (أدناه) ، الكروموسومات (الزرقاء) على وشك الانفصال عن طريق الأنابيب الدقيقة لجهاز المغزل (الأخضر).

عندما تنفصل الكروموسومات وتتشكل الخلايا الوليدة ، تعود النوى إلى الظهور وتتلاشى الكروموسومات. تشير هذه الأحداث إلى الاختلاف الواضح بين انقسام الخلايا في البكتيريا وحقيقيات النوى. يبدأ التحلل الخلوي بالقرب من نهاية الانقسام الفتيلي. التكاثر الجنسي، السمة الرئيسية لحقيقيات النوى ، تتضمن الانقسام الاختزالي بدلا من الانقسام. آلية الانقسام الاختزالي، تقسيم خلايا جرثومية مما يؤدي إلى إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات ، يشبه الانقسام الفتيلي فيما عدا أن الخلايا الوليدة النهائية لديها واحد فقط من الكروموسومات الأبوية ، لتصبح في النهاية الأمشاج (البويضات أو الحيوانات المنوية).

الرسالة الرئيسية هنا هي أن كل خلية في كائن متعدد الخلايا ، سواء كانت بويضة أو نطفة أو جسدية ، تحتوي على نفس الجينوم (الجينات) في نواتها. كان هذا مفهوماً منذ وصف الانقسام والانقسام الاختزالي لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، تم إثبات ذلك أخيرًا في عام 1962 ، عندما زرع جون جوردون وشينيا ياماناكا نوى من الخلايا المعوية للضفدع. Xenopus laevis إلى بيض منزوع النواة (بيض أزيلت منه نواته). نمت هذه "البيضات" وتطورت لتصبح الضفادع الصغيرة طبيعية ، مما يثبت عدم فقد أي جينات أثناء التطور ، ولكن يتم التعبير عنها فقط بشكل مختلف.

سنعيد النظر في استنساخ الحيوانات لاحقًا في هذا الكتاب. ولكن في الوقت الحالي ، يكفي أن نعرف أن مولي الضفدعة المستنسخة تبعتها دوللي ، أول نعجة مستنسخة في عام 1996 ، ثم حيوانات أخرى ، جميعها مستنسخة من بيض منزوع النواة مزروع بنواة خلية متباينة. انقر استنساخ كوارتيترال 60 دقيقة قصة استنساخ كوارتييرا، فرس بولو بطلة تعتبر مستنسخاتها أبطالًا أيضًا! في تجاربهم الأولى على استنساخ الحيوانات ، شارك جوردون وياماناكا في جائزة نوبل لعام 2012 في علم وظائف الأعضاء أو الطب.

B. الريبوسومات

على الطرف الآخر من طيف الحجم ، الريبوسومات هي آلات تصنيع البروتين المحفوظة تطوريًا في جميع الخلايا. وهي تتكون من وحدة فرعية كبيرة وصغيرة ، يتكون كل منها من بروتينات متعددة وجزيء واحد أو أكثر من RNA الريبوسومي (rRNA). ترتبط الريبوسومات بجزيئات الرنا المرسال (mRNA) ، وتتحرك على طول الرنا المرسال لأنها تترجم كلمات الكود المكونة من 3 قواعد (الكودونات) لربط الأحماض الأمينية إلى عديد الببتيدات. يمكن أن تتحرك الريبوسومات المتعددة على طول نفس الرنا المرسال ، لتصبح متعدد الريبوسوم ، وفي نفس الوقت تترجم نفس البولي ببتيد المشفر بواسطة الرنا المرسال. يرجع المظهر الحبيبي للسيتوبلازم في الصور المجهرية الإلكترونية إلى حد كبير إلى التوزيع الواسع للوحدات الفرعية الريبوسومية والأشكال المتعددة في الخلايا.

يوضح الرسم التوضيحي أدناه "سلسلة" من الريبوسومات ، و بوليبوزوم أو متعدد الروح لفترة قصيرة.

في الرسم التوضيحي ، تتجمع الريبوسومات على يسار الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) لتشكيل polysome. عندما يصلون إلى نهاية الرسالة ، تتفكك الريبوسومات من الحمض النووي الريبي وتطلق البولي ببتيد النهائي.

في صورة مجهرية إلكترونية لخلايا الأوراق من نبات حلوى جاف هادئ ، Selaginella lepidophylla، يمكنك عمل الريبوسومات والوحدات الفرعية الريبوسومية الموزعة عشوائيًا (الأسهم ، أسفل اليسار). في خلايا من نبات رطب بالكامل ، يمكنك أن ترى polysomes كسلاسل أكثر تنظيماً من الريبوسومات (الأسهم ، أسفل اليمين).

تختلف الريبوسومات حقيقية النواة وبدائية النواة في عدد الحمض النووي الريبي والبروتينات في وحداتها الفرعية الكبيرة والصغيرة ، وبالتالي في حجمها الكلي. الريبوسومات المعزولة التي يتم طردها مركزيًا في تدرج كثافة السكروز تتحرك بمعدل يعتمد على حجمها (أو بشكل أكثر تحديدًا ، كتلة).

يوضح الرسم التوضيحي أدناه الاختلاف في "حجم" الريبوسوم وتكوين البروتين وعدد وأحجام الحمض النووي الريبي الريبوزومي.

يتم تمثيل موضع الوحدات الفرعية الريبوسومية في التدرج بعلامة قيمة S ، بعد، بعدما سفيدبورج، الذي استخدم لأول مرة تدرجات كثافة السكروز لفصل الجزيئات الكبيرة والجسيمات بالكتلة. لاحظ أن الحمض النووي الريبي الريباسي ينفصل أيضًا عن تدرجات كثافة السكروز حسب الحجم ، ومن ثم قيم S المختلفة.

101 الريبوسومات و Polysomes

C. الأغشية الداخلية ونظام الغشاء الداخلي

رأى علماء الميكروسكوب في القرن التاسع عشر العديد من هذه الهياكل تستخدم فن الأنسجة ، وتلطيخ الخلايا لزيادة التباين البصري بين أجزاء الخلية. واحدة من هذه، كاميلو جولجي، عالم الأعصاب الأوائل ، طور بقعة فضية (سوداء) اكتشفت لأول مرة شبكة من الحويصلات نسميها الآن أجسام جولجي (حويصلات جولجي) في الخلايا العصبية. لاكتشافاتهم في علم الأعصاب الخلوي ، جولجي و سانتياغو رامون واي كاجال شارك عام 1906 في جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء.

عديدة حويصلات و فجوات في الخلايا ، بما في ذلك حويصلات جولجي ، جزء من جهاز الغشاء الداخلي. البروتينات التي يتم تصنيعها على ريبوسومات RER (الشبكة الإندوبلازمية الخشنة) يمكن أن تدخل المساحة الداخلية (التجويف) أو يمكن أن تصبح جزءًا من غشاء RER نفسه. انتاج RER, SER (الشبكة الإندوبلازمية الملساء), جثث جولجي, الجسيمات المحللة, الميكروبات والأغشية الحويصلية الأخرى ، بالإضافة إلى محتواها من البروتينات كلها تبدأ في RER. تتبرعم محتويات RER والبروتين إلى حويصلات النقل الذي يندمج مع حويصلات جولجي (G في صورة مجهرية إلكترونية أدناه).

في رحلتهم عبر نظام الغشاء الداخلي ، بروتينات معبأة الخضوع لتعديلات تدريجية (النضج) قبل أن تصبح نشطًا بيولوجيًا (أدناه).

102 حويصلات جولجي ونظام الغشاء الداخلي

يتم إفراز بعض البروتينات المصنوعة في نظام الغشاء الداخلي بواسطة طرد خلوي. ينتهي الأمر بالآخرين في عضيات مثل الجسيمات المحللة التي تحتوي على إنزيمات متحللة للماء. يتم تنشيط هذه الإنزيمات عندما تندمج الجسيمات الحالة مع العضيات الأخرى المخصصة للتحلل. فجوات الطعام تتشكل عند غشاء البلازما يغزو ، ابتلاع جزيئات الطعام. ثم يندمجون مع الجسيمات الحالة لهضم المغذيات المبتلعة.

البلعمة الذاتية عبارة عن حويصلات صغيرة تحيط بالعضيات المتعبة وتغلفها في النهاية (على سبيل المثال ، الميتوكوندريا المهترئة) ، وتندمج في النهاية مع الجسيمات الحالة التي تؤدي إنزيماتها إلى تدهور محتوياتها. في عام 2016 ، حصل يوشينوري أوسومي على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب لما يقرب من 30 عامًا من البحث الذي كشف عن الخلية والبيولوجيا الجزيئية للالتهام الذاتي. الأجسام الدقيقة هي فئة من الحويصلات أصغر حجمًا من الجسيمات الحالة ، لكنها تتشكل بواسطة عملية مماثلة. من بينها البيروكسيسومات التي تكسر البيروكسيدات السامة التي تشكلت كمنتج ثانوي للكيمياء الحيوية الخلوية. ستصبح بعض الحويصلات الخارجة من RER جزءًا من SER ، والتي لها عدة وظائف مختلفة (على سبيل المثال ، إزالة السموم من الكحول في خلايا الكبد).

103 شبكية إندوبلازمية ناعمة

وتشمل العضيات الأخرى الفجوة المنقبضة من أواليات المياه العذبة التي تطرد المياه الزائدة التي تدخل الخلايا عن طريق التناضح. بعض الأوليات لها extrusomes، الفجوات التي تطلق مواد كيميائية أو هياكل تردع الحيوانات المفترسة أو تمكن من التقاط الفرائس. تهيمن فجوة مركزية مائية كبيرة على حجم العديد من الخلايا النباتية العليا. عندما تمتلئ بالماء ، فإنها ستدفع جميع الهياكل الأخرى ضد غشاء البلازما. في نبات يسقي بشكل صحيح ، تمارس هذه الفجوة المليئة بالمياه ضغطًا تناضحيًا يحافظ من بين أمور أخرى على أوراق النبات من الذبول وينبع في وضع مستقيم.

D. الميتوكوندريا والبلاستيدات

تحتوي جميع الخلايا حقيقية النواة تقريبًا على الميتوكوندريا، ظاهر أدناه.

غشاء مزدوج يحيط بالميتوكوندريا. يحتوي كل منها على الحمض النووي الخاص به الذي يحتوي على الجينات التي تشفر بعض بروتينات الميتوكوندريا ويقوم بتكرارها. لاحظ أن مساحة سطح غشاء الميتوكوندريا الداخلي تزداد عن طريق طيها cristae، وهي مواقع التنفس الخلوي (أكسدة المغذيات الهوائية).

في وقت سابق ، توقعنا وجود عضيات حقيقية النواة يمكن أن تكون قد نشأت داخل البكتيريا. من المحتمل أن تكون الميتوكوندريا قد تطورت من بكتيريا هوائية كاملة (أو بكتريا بدائية) ابتلعتها خلية بدائية حقيقية النواة. نجت البكتيريا من الدمار ، لتصبح التعايش الداخلي في سيتوبلازم الخلية المضيفة. اقترح لين مارغوليس أولاً ملف نظرية التعايش الداخلي (مارغوليس ، ل. [ساجان ، إل], 1967. في أصل الخلايا المخففة. مجلة علم الأحياء النظري 14 (3): 225-274 ؛ متوفر عند: مارغوليس ل. نظرية التكافل الداخلي). اقترح Margulis أن البلاستيدات الخضراء بدأت أيضًا التعايش الداخلي. مثل الميتوكوندريا ، فإن البلاستيدات في النباتات وبعض الطحالب لها حمضها النووي الخاص بها ، والتي تنشأ على الأرجح كبكتيريا زرقاء تبتلعها خلايا حقيقية النواة البدائية. الذين يعيشون في تكافل مع بقية الخلية ، سوف يتطورون في النهاية إلى بلاستيدات ، بما في ذلك البلاستيدات الخضراء. دليل مفصل عن نظرية التعايش الداخلي تمت مناقشته في مكان آخر.

تم العثور على حفنة من البروتوزوا تفتقر إلى الميتوكوندريا والعضيات الأخرى. وقد اقترح هذا أنهم قد يتشاركون النسب مع تلك حقيقيات النوى البدائية التي اكتسبت الميتوكوندريا عن طريق التعايش الداخلي. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الخلايا تحتوي على عضيات أخرى مثل الهيدروجين و الانقسامات، فمن المرجح أن هذه الأنواع ذات مرة ، ولكن بعد ذلك فقد الميتوكوندريا. لذلك ، من المحتمل أن أحفاد الخلايا حقيقية النواة القديمة المفقودة الميتوكوندريا لم يعد موجودًا.

البلاستيدات الخضراء و البكتيريا الزرقاء تحتوي على الكلوروفيل وتستخدم آلية التمثيل الضوئي المماثلة لصنع الجلوكوز. يتم عرض بلاستيدات خضراء نموذجية في الصورة المجهرية أدناه (على اليسار). تبدأ البلاستيدات الخضراء في تخزين السكر المغذي لأن النشا على اليمين.

أ ليوكوبلاست عبارة عن بلاستيد بلاستيد كلوروبلاست مليء بحبيبات النشا. في الرسم المجهري أدناه ، يمكنك أن ترى أنه بسبب تراكم النشا ، أصبحت الحبيبات مشتتة وغير واضحة ، مكونة بلاستيدات بيضاء.

105 التعايش الداخلي- الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء

E. الهياكل الهيكلية الخلوية

لقد توصلنا إلى أن السيتوبلازم في الخلية حقيقية النواة منظم للغاية ، وتتخللها قضبان ونبيبات. المكونات الثلاثة الرئيسية لهذا الهيكل الخلوي هي الميكروفيلامين, المتوسطة الشعيرات و أنابيب مجهرية.

تتكون الأنابيب الدقيقة من أ- و ب- التوبولين مونومرات البروتين. أحادي الأكتين تشكل البروتينات خيوط دقيقة. ترتبط بروتينات الشعيرة الوسيطة بـ الكيراتين، وهو بروتين موجود في الشعر ، والأظافر ، وريش الطيور ، وما إلى ذلك. لا تحدد العصي والنبيبات الهيكلية الخلوية فقط شكل الخلية، ولكن تلعب أيضًا دورًا في حركية الخلية. يتضمن ذلك حركة الخلايا من مكان إلى آخر وحركة الهياكل داخل الخلايا.

لقد لاحظنا بالفعل أن الهيكل الخلوي بدائية النواة يتكون في جزء من بروتينات مماثلة للأكتينات والتوبولين. كما هو الحال في الهيكل الخلوي حقيقيات النوى ، قد تلعب هذه البروتينات البكتيرية دورًا في الحفاظ على شكل الخلية أو تغييره. من ناحية أخرى ، تعتمد الحركة المدعومة بالجلد في البكتيريا على فلاجيلين ، وهو بروتين غير موجود في الخلايا حقيقية النواة. السوط البكتيري هو في الواقع بنية صلبة تشبه الخطاف مرتبطة بمحرك جزيئي في غشاء الخلية الذي يدور لدفع البكتيريا عبر وسط سائل.

في المقابل ، حقيقيات النوى أنابيب مجهرية ينزلق أحدهما الآخر مما يتسبب في تموج سوط أكثر مرونة في حركات تشبه الموجة. وبالمثل ، فإن حركة الهدب حقيقية النواة تستند إلى انزلاق الأنابيب الدقيقة ، وفي هذه الحالة تتسبب في ضرب الأهداب بدلاً من التموج. لا تشارك الأهداب فقط في الحركة ، ولكن أيضًا في التغذية والإحساس. يتم عرض هياكل وتجميع مكونات الهيكل الخلوي الرئيسية أدناه.

تنشأ الأنابيب الدقيقة في سوط وأهداب حقيقية النواة من أ جسم أساسي (مشابه ل كينيتوزومات أو المريكزون). محاذاة في سوط أو هدب ، تشكل الأنابيب الدقيقة محور عصبي محاط بغشاء البلازما. في الصور المجهرية الإلكترونية للمقاطع العرضية ، الهدبية أو السوطية محور عصبي عادة ما يتم تنظيمه على شكل حلقة من تسعة أنابيب دقيقة مقترنة (تسمى مزدوجة) حوالي اثنين القميص الأنابيب الدقيقة (موضحة أدناه).

تتكون Centrioles نفسها من حلقة من الأنابيب الدقيقة. في الخلايا الحيوانية تشارك في تكوين ألياف المغزل أثناء الانقسام وهي النقطة التي من خلالها تشع الأنابيب الدقيقة عبر الخلية للمساعدة في تكوين شكلها والحفاظ عليه. هذه الهياكل لا تشمل محاور عصبية. يتشكل جهاز المغزل في الخلايا النباتية ، والذي يفتقر عادةً إلى المريكزات ، من بنية غير متبلورة تسمى MTOC، أو مركز تنظيم الأنبوب الصغير، والذي يخدم نفس الغرض في الانقسام والانقسام الاختزالي مثل المريكزات في الخلايا الحيوانية.

106 خيوط ونبيبات في الهيكل الخلوي

في مكان آخر ، نصف كيف تتفاعل الألياف الدقيقة والأنابيب الدقيقة مع البروتينات الحركية (دينين, كينيسين, الميوسين ، إلخ.) لتوليد القوة التي تؤدي إلى انزلاق الخيوط والأنابيب للسماح بالحركة الخلوية. سترى أن البروتينات الحركية يمكنها أيضًا نقل جزيئات البضائع من مكان إلى آخر في الخلية.


شاهد الفيديو: الخليه م. الخليه حقيقية النواة (ديسمبر 2022).