معلومة

D1. مقدمة - علم الأحياء


لقد رأينا العديد من الصور الثابتة للدهون وتجمعاتها وكذلك البروتينات. للتفكير في كيفية تطاير البروتينات ، علينا التفكير بشكل ديناميكي. لحسن الحظ ، لدينا أدوات الديناميكيات الجزيئية (MD) في متناول أيدينا والتي تساعدنا على تخيل كيفية حدوث هذه العمليات وبالتزامن مع كيفية فحص طي البروتين تجريبيًا. شاهد عمليتي محاكاة MD التاليتين وقارن التكوين التلقائي للمذيلة وطي البروتين قبل الخوض في الموضوع المعقد المتمثل في طي البروتين واستقراره.

  • محاكاة MD لتشكيل الميلي
  • محاكاة MD لطي البروتين

بالنظر إلى عدد الحالات غير الأصلية المحتملة ، من المدهش أن تنثني البروتينات إلى الحالة الأصلية على الإطلاق ، ناهيك عن إطار زمني معقول. ضع في اعتبارك هذه النظرة المبسطة إلى حد كبير لطي البروتين لبروتين يحتوي على 100 حمض أميني. إذا كان كل حمض أميني يمكن أن يتبنى فقط 3 مطابقة ممكنة ، فإن العدد الإجمالي للتوافق يمكن أن يكون 3100 = 5 × 1047. بافتراض أن الأمر سيستغرق من 10 إلى 13 ثانية لتغيير كل شكل ، فإن الوقت المطلوب "لاختبار" جميع المطابقات سيكون 5 × 1034 ثانية أو 1027 سنة ، أي أطول من عمر الكون (14 × 109 سنة). ومع ذلك ، يمكن للبروتين أن ينثني في غضون ثوان. هذا التناقض يسمى مفارقة ليفينثالبعد سايروس ليفينثال.

يُظهر Lubert Stryer (في نصه الكلاسيكي للكيمياء الحيوية) طريقة للخروج من هذه المعضلة باستخدام تشبيه لقرد جالس على آلة كاتبة ، وكتابة هذا السطر خارج هاملت: "أعتقد أنه مثل ابن عرس". ستنتج الكتابة العشوائية هذا الخط بعد 1040 ضغطة في المتوسط ​​، ولكن إذا تم الحفاظ على الأحرف الصحيحة ، فسيكون عدد ضغطات المفاتيح في عالم بضعة آلاف. يمكن أن تنثني البروتينات بسرعة أكبر إذا احتفظت بوسائط شبيهة بالوطنية على طول الطريق. تذكر أيضًا أن الكثير من مساحة التشكل مقيدة بالفعل بزوايا phi / psi المسموح بها. (تذكر المساحات الفارغة في مؤامرة راماشاندران؟)

قبل أن ندرس التجربة الكلاسيكية لطي البروتين التي أجرتها Anfinsen ، ادرس القياس الأبسط أدناه:

الشكل: الجوارب وطي البروتين

أظهرت التجربة الكلاسيكية لـ Anfinsen أنه ، على الأقل بالنسبة لبعض البروتينات ، كل المعلومات الضرورية والكافية المطلوبة لتوجيه طي البروتين إلى الحالة الأصلية موجودة في التسلسل الأولي للبروتين. درس Anfinsen في المختبر (خارج الخلية ، مقابل في الجسم الحي، وهو داخل الخلية والأنسجة والعضو) طي بروتين أحادي السلسلة ، RNase ، والذي يحتوي على 4 روابط ثنائي كبريتيد داخل السلسلة.

الشكل: RNase A مع 4 روابط ثنائي كبريتيد باللون الأحمر (صورة مع VMD)

لقد ناقشنا سابقًا كيف يمكن للعوامل الكيميائية (مثل بيتا مركابتوإيثانول ، عامل تقليل ثاني كبريتيد) أن تتفاعل تساهميًا مع مجموعات وظيفية معينة من البروتين. يمكن أن ترتبط المواد الأخرى من خلال القوى التكميلية بين الجزيئات بالموقع النشط أو التجاويف الأخرى على السطح. يمكن للكواشف الأخرى ، مثل اليوريا ، التي تعمل من خلال تغييرات المذيبات المعممة أو التفاعلات غير المحددة مع البروتين ، أن تغير عملية طي البروتين. استخدم Anfinsen اثنين من الكواشف المختلفة ، 8 M يوريا وبيتا مركابتوإيثانول ، في تركيبة لتكشف ، أو تفسد ، RNase إلى الحالة غير الأصلية أو المحوَّلة. ثم قام بإزالة bME باستخدام غسيل الكلى ، مما سمح للثنائيات الكبريتيد بالإصلاح. بعد ذلك أزال كاشف تغيير طبيعة اليوريا. لمراقبة ما إذا كان البروتين قد تم إعادة طيه أو إعادة تشكيله بشكل صحيح ، اختبر نشاط البروتين مقارنة بالبروتين الأصلي. ووجد أن البروتين "المعاد طيه" احتفظ بنسبة 1٪ فقط من نشاطه الأولي. ومع ذلك ، إذا أضاف كميات محفزة من bME ، فسرعان ما احتفظ البروتين بنسبة 100 ٪ من نشاطه الأولي. تقديراً لعمله ، حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1972.

الشكل: تجربة Anfinsen: طي RNase

الشكل: التحويل الحفاز للمبيدات باستخدام بيتا ميركابتوثانول

جمول: تحديث RNase A Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

حقق العلماء في طي البروتينات في كل من المختبر والحي. تتضمن التجارب في المختبر تغيير طبيعة البروتين باستخدام اليوريا أو هيدروكلوريد الغوانيدين أو الحرارة ، ثم إعادة تشكيل البروتين عن طريق إزالة العامل المضطرب (عامل تغيير الطبيعة) ، باستخدام تقنيات طيفية لمتابعة العملية. تتضمن التجارب المجراة دراسة البروتينات داخل الخلايا التي تساعد على الطي. تتضمن التجارب في المختبر الكشف عن الحالة الأصلية ثم إعادة تشكيلها ، بينما تتضمن التجارب في الجسم الحي طي البروتين المركب حديثًا. لا يمكن فصل فهم طي البروتين عن فهم استقرار البروتين وفهم طبيعة الحالة الأصلية والحالة المشوهة.

عند دراسة طي البروتين واستقراره / هيكله للحالات الأصلية والتشويه ، يتم إجراء قياسات التوازن (الديناميكي الحراري) والقياسات الموقوتة (الحركية). يحدث الطي في نطاق مللي ثانية إلى النطاق الثاني ، مما يحد من القدرة على دراسة وجود الوسطاء في العملية. تم تطوير بعض الأساليب الذكية لدراسة المواد الوسيطة في طي البروتين عن طريق محاصرة هياكل وسيطة محددة ، والتحقيق في بنيتها وثباتها بطريقة "مريحة". بدلاً من ذلك ، يمكن دراسة المواد الوسيطة عند حدوثها باستخدام حركية إيقاف التدفق. في هذه التقنية ، يتم خلط البروتين في ظروف تغيير طبيعة البروتين بسرعة بمحلول لا يحتوي على مادة مفسدة أو بروتين عن طريق حقن كلا المحلين في الخلاط / الكوفيت باستخدام المحاقن. يتم الآن تخفيف المادة المفسدة في محلول البروتين بحيث يمكن أن يحدث إعادة التشبع. يمكن أن تبدأ القياسات الطيفية مرة واحدة.

  • وقف تدفق جافا الصغير

ويرد أدناه رسم تخطيطي يلخص هذه الأساليب. ادرسه مع النص التالي.

الشكل: القياسات الحركية والديناميكية الحرارية لاستقرار البروتينات وطيها

عند التفكير في مسار الطي ، سوف نعتبر أن البروتين الأصلي يمثل الحد الأدنى من الطاقة العالمية. تمثل جميع الدول الأخرى اختلافات في حالة التشويه. يمكن اعتبار البعض ، الأقرب في الطاقة إلى الحالة الأصلية ، وسيطًا في عملية الطي. بدلًا من التفكير في "مسار" قابل للطي ، ضع في اعتبارك أن طي البروتين يحدث في نطاق كبير قابل للطي من الطاقة الحرة. يبدو أن الطي لا يستمر من خلال مسار إلزامي ولكن بحث احتمالي أو عشوائي للتشكيل المحتمل. يجب أن يتشكل مشهد الطاقة الحرة إلى حد ما مثل مسار التحويل بحيث يمكن للبروتينات أن تتبنى عددًا "معقولًا" من المطابقات التي تؤدي إلى الحالة الأصلية. من المؤكد أن Evolution اختار التسلسلات التي يمكن أن تصل إلى تلك الحالة. يمكن أن تتشكل أشكال البنية الثانوية الموضعية (مثل حلزون ألفا قصير وبيتا) بسرعة (حوالي 1 مللي ثانية). يحدث طي البروتينات الصغيرة ، اعتمادًا على الهيكل ، خلال إطار زمني واسع (مللي ثانية إلى دقائق). على الأرجح ، يتحد عدد صغير من الأحماض الأمينية في نواة والتي تنطوى في هياكل مشابهة للحالة الأصلية. أخيرًا ، تؤدي تفاعلات التعبئة إلى انهيار الهيكل في الحالة الأصلية.

بشكل عام ، كلما كانت ثنية العمود الفقري أكثر تعقيدًا ، كلما طالت مدة طيات البروتين. إذا تطلب التعقيد مزيدًا من التفاعلات بين المناطق البعيدة لتغيير عديد الببتيد ، فكلما كانت الطية أكثر تعقيدًا ، قل احتمال أن تؤدي التفاعلات العشوائية إلى طي سريع للبروتين. يبدو أن آليات الطي للبروتينات الأكبر حجمًا (أكبر من 100 حمض أميني) تستمر من خلال وسيطة ، مما يشير إلى أن المجالات المختلفة للبروتين يمكن أن تطوى بشكل مستقل.

الشكل: منظر طبيعي للطي البروتين: منظر واحد من كين ديل


تقسيم الخلية 1.6

يعد التحكم في انقسام الخلايا ضروريًا لبقاء الكائنات متعددة الخلايا كما هو ضروري لتكاثر الكائنات الحية وحيدة الخلية. يغطي هذا الموضوع حركة الكروموسومات في انقسام الخلايا حقيقية النواة عن طريق الانقسام. يوجد قسم حول التحكم في دورة الخلية وكيف يمكن لبعض الخلايا أن تبدأ في الانقسام خارج نطاق السيطرة وتسبب السرطان. يتم أيضًا تضمين الاختلافات بين الأورام الأولية والثانوية.

المفاهيم الرئيسية

تعلم واختبر المفردات البيولوجية الخاصة بك لتقسيم 1.6 خلية باستخدام هذه البطاقات التعليمية.

الأساسيات - مراجعة سريعة من خلال الموضوع بأكمله

تلخص هذه الشرائح الفهم والمهارات الأساسية في هذا الموضوع.
أنها تحتوي على تفسيرات قصيرة في النص والصور - مراجعة جيدة لجميع الطلاب.

اقرأ الشرائح وابحث عن أي كلمات أو تفاصيل تجد صعوبة في فهمها.

سؤال عن أسلوب الامتحان حول الطفرات الجينية والسرطان

أجب عن السؤال أدناه ، والذي يتناول تطبيقًا واحدًا لتكرار الحمض النووي.
(شكرًا لكاتارينا جوفيا وطلابها على السؤال والمخطط)

حدد كيف يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع المؤين ، مثل الأشعة فوق البنفسجية ، إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان. [5]

انقر فوق الرمز + لرؤية نموذج إجابة.

نموذج الإجابة

يؤدي التعرض للإشعاع المؤين ، مثل الأشعة فوق البنفسجية ، إلى تلف الحمض النووي والطفرات في الجينات

يمكن أن يؤدي التعبير عن الجينات المحورة إلى تخليق البروتينات المختلة وظيفيًا

الأعاصير هي بروتينات تنظم دورة الخلية

إذا كان رمز الجينات التالفة للأعاصير أو البروتينات ذات الصلة (الجينات الورمية) ، فستصبح دورة الخلية غير منظمة

ستؤدي دورة الخلية غير المنظمة إلى انقسام الخلية غير المنضبط

يؤدي الانقسام الخلوي غير المنضبط إلى تكوين الورم الأولي (السرطان)

قائمة موجزة لتقسيم 1.6 خلية

  • الانقسام المتساوي هو تقسيم النواة إلى نواتين ابنتيتين متطابقتين وراثيًا.
  • تتكثف الكروموسومات عن طريق الالتفاف الفائق أثناء الانقسام.
  • يحدث التحلل الخلوي بعد الانقسام ويختلف في الخلايا النباتية والحيوانية.
  • الطور البيني هو مرحلة نشطة للغاية من دورة الخلية مع العديد من العمليات التي تحدث في النواة والسيتوبلازم (بما في ذلك G1 ، S ، G2).
  • تشارك الأعاصير في التحكم في دورة الخلية.
  • تشارك المطفرات والجينات المسرطنة والورم الخبيث في تطور الأورام الأولية والثانوية.
  • المهارة: تحديد مراحل الانقسام الفتيلي في الخلايا التي يتم عرضها بالمجهر أو في صورة مجهرية (الطور الأولي ، الطور ، الطور ، الطور البعيدة).
  • المهارة: تحديد مؤشر الانقسام الفتيلي من صورة مجهرية.
  • التطبيق: الارتباط بين التدخين وحالات السرطان.

خرائط العقل

تغطي ملخصات المخططات هذه الأقسام الرئيسية للموضوع 1.6 تقسيم الخلية.
ادرسهم وارسم قائمتك الخاصة أو خريطة المفاهيم من الذاكرة.

اختبر نفسك - أسئلة الاختيار من متعدد

يحتوي اختبار التصحيح الذاتي هذا على أسئلة تغطي مفاهيم هذا الموضوع.

1.6 انقسام الخلايا 1 / 1

كيف يتم إنتاج الخلايا عندما تقوم خلية ثنائية الصبغية بإنقسام واحد للانقسام؟

الانقسام المتساوي هو تقسيم النواة إلى نواتين ابنتيتين متطابقتين وراثيًا في خلايا حقيقيات النوى.
ستنتج الخلية ثنائية الصبغة خليتين ابنتيتين ثنائي الصبغيات في قسم واحد من الانقسام.

يتم تنظيم الحمض النووي لخلايا حقيقيات النوى في الكروموسومات

ماذا يحدث للحمض النووي في بداية الانقسام؟

تظهر الكروموسومات عن طريق الالتفاف الفائق للحمض النووي.

تسترخي الكروموسومات التي تسببها التفاعلات المحفزة بالإنزيم.

تنقسم الكروموسومات إلى قسمين في السنترومير.

تتكاثر الكروموسومات وتصبح مزدوجة الشريطة.

تتكثف الكروموسومات عن طريق الالتفاف الفائق أثناء الانقسام. هذا يجعل الكروموسومات مرئية.

يتكاثر الحمض النووي أثناء الطور البيني ، وليس الطور الأولي.

تم التقاط الصورة أدناه في عام 1825 وتُظهر جزءًا من دورة الخلية.

ما نوع الخلايا هذه وفي أي مرحلة من دورة الخلية؟

خلية نباتية في مرحلة الطور.

خلية حيوانية في بداية الطور.

خلية حيوانية تقوم بالتحرك الخلوي.

خليتان حيوانيتان في الطور البيني.

يحدث التحلل الخلوي بعد الانقسام في الخلايا النباتية والحيوانية. الكروموسومات غير ملفوفة.

تبني الخلايا النباتية جدارًا خلويًا جديدًا يقسم السيتوبلازم.
تشكل الخلايا الحيوانية ثلمًا انقسامًا (مثل خصر الدبابير) لأنها لا تحتوي على جدران خلوية.

خلال الطور البيني لدورة الخلية ماذا يحدث للحمض النووي في النواة؟

تكرار الحمض النووي ، تصبح الكروموسومات مزدوجة الشريطة.

تكرار الحمض النووي ، تصبح الكروموسومات مفردة تقطعت بهم السبل.

تكرار الحمض النووي يسبب فك الكروموسوم.

نسخ الحمض النووي يسبب أن تصبح الكروموسومات مزدوجة الشريطة.

تحت المجهر هناك تغيير طفيف أثناء الطور البيني.
ومع ذلك ، فإن الطور البيني هو مرحلة نشطة للغاية من دورة الخلية مع العديد من العمليات التي تحدث في النواة والسيتوبلازم. (مقسمة إلى G1 ، S ، G2)
يحدث تكرار الحمض النووي خلال المرحلة S.

يوضح الرسم البياني أدناه التعبير عن الأعاصير في دورة الخلية.

ما هي وظيفة هذه البروتينات في دورة الخلية؟

يتحكمون في شكل الخلية.

يتحكمون في حركة الكروموسومات.

يتحكمون في تركيب الحمض النووي في دورة الخلية.

يتحكمون في تقدم الخلية خلال دورة الخلية.

تشارك الأعاصير في التحكم في دورة الخلية. تفاصيل نقاط التحكم وأسماء جزيئات السيكلين المختلفة غير مطلوبة للـ IB ، فقط فهم أن هناك عدة دورات مختلفة ، وتتغير تركيزاتها وأن هذا يتحكم في دورة الخلية.

أي اثنين من العوامل التالية تشارك في تطور الأورام السرطانية؟ (ضع علامة على إجابتين)

المطفرة ، تشارك الجينات المسرطنة في تطوير الأورام الأولية و
ورم خبيث في تطور الأورام الثانوية.

تُظهر الصورة أدناه خليتين تخضعان للانقسام.

أي مما يلي يحدد بشكل صحيح مرحلة الانقسام لكل خلية من الخلايا؟

تحديد مرحلة الانقسام هو مهارة مهمة.
يعطي موقع الكروموسومات أفضل دليل.

في Prophase ، تنتشر حول الخلية ، ومزدوجة تقطعت بهم السبل.

في الطور الاستوائي ، تصطف الكروموسومات على خط استواء المغزل.

في Anaphase ، تتحرك الكروموسومات إلى أقطاب متقابلة للخلية.

في Telophase ، تكون مجموعتي الكروموسومات منفصلة ، وأحيانًا يكون لها غشاء نووي.

أي من العبارات أدناه يصف المؤشر الانقسامي بشكل أفضل؟

عدد الخلايا التي تقوم بالانقسام الفتيلي مقسومًا على العدد الإجمالي للخلايا.

إجمالي عدد الخلايا مقسومًا على عدد الخلايا التي تقوم بالانقسام.

عدد الأعاصير مقسومًا على عدد الخلايا.

متوسط ​​عدد الكروموسومات في مجموعة من الخلايا.

يوضح الانقسام الانقسام سرعة انقسام الخلايا ، والتي يمكن استخدامها كأداة لتحديد السرطان.

يتم حسابه بقسمة عدد الخلايا التي تقوم بالانقسام على العدد الإجمالي للخلايا.

تُظهر الصورة المجهرية خلايا في عينة نسيج مأخوذة من نمو يشتبه في أنه سرطاني.

ما هو أفضل تقدير لمؤشر الانقسام الفتيلي لهذا النسيج؟
افترض أن هناك 60 خلية بالضبط (للتبسيط).

المهارة: تحديد مؤشر الانقسام الفتيلي من صورة مجهرية
هناك 3 خلايا في مراحل الانقسام الفتيلي.
لذا فإن مؤشر الانقسام = 3 مقسومًا على إجمالي 60 خلية.
إبقائها بسيطة = 1/20 أو 0.05

تحديد مرحلة الانقسام للخلايا X و Y.

المهارة: تحديد مراحل الانقسام الفتيلي في الخلايا التي يتم عرضها بالمجهر أو في صورة مجهرية
(الطور ، الطور ، الطور ، الطور البعيدة).


شاهد الفيديو: الدرس الأول. مقدمة الأحياء اليوم - Introduction; Biology Today. أحياء . عمر. UJ (كانون الثاني 2022).