معلومة

الانقسام الخلوي: البكتيرية * - علم الأحياء


مقدمة في انقسام الخلايا

الهدف التطوري لجميع الأنظمة الحية هو التكاثر. نظرًا لأن الوحدة الأساسية للحياة هي خلية ، ونعلم - بفضل فرانشيسكو ريد جزئيًا على الأقل - أن الحياة تولد حياة جديدة - فهذا يعني أنه يجب أن تكون هناك عملية يتم من خلالها إنشاء خلايا جديدة من الخلايا الأبوية. تتطلب العملية التي تخلق بها خلية واحدة خلية جديدة واحدة أو أكثر ، لكائنات أحادية ومتعددة الخلايا ، انقسام خلية أبوية وتسمى انقسام الخلية.

من وجهة نظر إطار عمل تحدي التصميم ، يمكننا أن نقرر أن المشكلة الكبرى لانقسام الخلية هي عمل نسخة من خلية. إذا كان شرط النجاح يتطلب أن تكون الخلايا الوليدة قابلة للحياة ، فيمكن تحديد عدد من المشاكل الفرعية:

  1. يجب أن تقوم الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها بحيث يكون لخليتين على الأقل نسخة وظيفية بعد اكتمال انقسام الخلية - لقد ناقشنا هذه العملية بالفعل.
  2. يجب أن تقوم الخلية بعمل نسخ كافية من باقي المحتوى الخلوي بحيث تكون الخلايا الوليدة قابلة للحياة أو يجب أن تجد طريقة للتأكد من أن الحمض النووي المنسوخ (حتى بدون نسخة كاملة من المحتوى الخلوي) قابل للتطبيق.
  3. يجب أن تقسم الخلية محتوى الخلية المنسوخ والحمض النووي بين جزأين على الأقل مرتبطين بشكل مستقل.
  4. لضمان النجاح ، يجب أن تتم العملية في وقت تنافسي تطوري وأن يتم إنجازها بكمية صديقة للتطور من الموارد الكيميائية الحيوية.

في حين أنه ليس شرطًا صارمًا أن تحدث هذه العملية بطريقة منسقة ، فقد اختارت الطبيعة للأنظمة التي تحدث فيها جميع خطوات العملية بطريقة منسقة للغاية. يساعد هذا الخلايا على تلبية المطلب رقم 4 في القائمة أعلاه. يشار إلى العملية المنسقة وآليات التحكم عمومًا باسم دورة الخلية. يمكن استخدام هذا المصطلح لوصف عملية الإحداثيات المستخدمة من قبل أي خلية تخضع لانقسام الخلية. عندما نلاحظ الطبيعة نجد أنها طورت نمطين رئيسيين للتكاثر: الجنسي واللاجنسي. في كل من أنماط التكاثر هذه ، نجد العديد من الأنماط الرئيسية لانقسام الخلايا التي تحدث بشكل متكرر في جميع مجالات الحياة. نحن نأخذ في الاعتبار ثلاثة من هذه الأنماط: الانشطار الثنائي (يستخدم بشكل أساسي بواسطة البكتيريا وحيدة الخلية والعتائق) ، والانقسام (غالبًا ما تستخدمه حقيقيات النوى في عمليات الانقسام الخلوي غير المرتبطة بالتكاثر الجنسي) والانقسام الاختزالي (عملية انقسام الخلية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتكاثر الجنسي ). نناقش هذه العمليات في الأقسام التالية.

شكل. قام طلاب السنة الأولى من جامعة كاليفورنيا في ديفيس المسجلين في دورة دراسية عملية في السنة الأولى بفحص لوحة أجار التي رسموا عليها تصميمات بسلالة هندسية من Escherschia coli. تظهر التصاميم فقط بعد أن تتكاثر البكتيريا من خلال عملية الانشطار الثنائي. تكثر فرص المشاركة في البحث العملي في حرم جامعة كاليفورنيا في ديفيس - تأكد من تخصيص وقت للمشاركة قبل التخرج. (تصوير: الطالب الجامعي دانيال أوبرباور - 2017)

انقسام الخلايا في البكتيريا والعتائق

البكتيريا والعتائق

مثل جميع أشكال الحياة الأخرى ، تمتلك البكتيريا والعتائق محركًا تطوريًا رئيسيًا واحدًا: صنع المزيد من نفسها. عادةً ما تنمو الخلايا البكتيرية والأثرية ، وتضاعف جميع المكونات الخلوية الرئيسية ، مثل الحمض النووي والريبوزومات ، وما إلى ذلك ، وتوزع هذا المحتوى ثم تنقسم إلى خليتين ابنتيتين متطابقتين تقريبًا. هذه العملية تسمى الانشطار الثنائي ويظهر في منتصف العملية في الشكل أدناه. بينما من المعروف أن بعض الأنواع البكتيرية تستخدم العديد من استراتيجيات الإنجاب البديلة بما في ذلك تكوين نسل متعدد أو برعم - ولا تزال جميع الآليات البديلة تفي بمتطلبات انقسام الخلايا المنصوص عليها أعلاه - فإن الانشطار الثنائي هو أكثر الآليات التي يتم ملاحظتها في المختبر شيوعًا لتقسيم الخلايا البكتيرية والعتائق لذلك نقصر مناقشتنا على هذه الآليات وحدها.

(جانبا: أولئك الذين يرغبون في قراءة المزيد عن بدائل الانشطار الثنائي في البكتيريا يجب عليهم التحقق من هذا الرابط.)

يبدأ الانشطار الثنائي في البكتيريا بتكرار الحمض النووي عند أصل النسخ المتماثل المرتبط بجدار الخلية ، بالقرب من نقطة المنتصف للخلية. يمكن أن تتشكل شوكات النسخ المتماثل الجديدة قبل انتهاء انقسام الخلية الأول ؛ هذه الظاهرة تسمح بمعدل تكاثر سريع للغاية. المصدر: http://biology.kenyon.edu/courses/bi...01/week01.html

الانشطار الثنائي

عملية الانشطار الثنائي هي الآلية الأكثر شيوعًا لانقسام الخلايا في البكتيريا والعتائق (على الأقل تلك القابلة للزراعة التي تمت دراستها في المختبر). فيما يلي وصف لعملية تحدث في بعض البكتيريا على شكل قضيب:

نظرًا لأننا يجب أن نفكر في تكرار الحمض النووي ، فإن إحدى السمات الهيكلية ذات الصلة بتكرار الحمض النووي في البكتيريا والعتيقة هي أن مادتها الجينية ليست محاطة بنواة ، ولكنها بدلاً من ذلك تحتل موقعًا محددًا ، النواة ، داخل الخلية. علاوة على ذلك ، يرتبط الحمض النووي للنيوكليويد بالعديد من البروتينات التي تساعد في ضغط الحمض النووي في هيكل أصغر منظم. ميزة تنظيمية أخرى يجب ملاحظتها هي أن الكروموسوم البكتيري يرتبط عادةً بغشاء البلازما عند نقطة منتصف الخلية تقريبًا. نقطة الانطلاق من النسخ المتماثل الأصل، بالقرب من موقع المرفق هذا. تذكر أيضًا أن تكرار الحمض النووي هو ثنائي الاتجاه ، حيث تتحرك شوكات النسخ بعيدًا عن الأصل على كل من خيوط الحلقة في وقت واحد. نظرًا للترتيب الهيكلي للحمض النووي عند نقطة المنتصف ، فهذا يعني أنه مع تشكيل الخيوط المزدوجة الجديدة ، تتحرك كل نقطة أصل بعيدًا عن مرفق جدار الخلية باتجاه الأطراف المقابلة للخلية.

تحدث عملية تكرار الحمض النووي هذه عادةً في نفس الوقت الذي يحدث فيه نمو في الأبعاد المادية للخلية. لذلك ، مع استطالة الخلية ، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات نحو القطبين المتقابلين للخلايا. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة المنتصف للخلية الممدودة ، يبدأ الفصل السيتوبلازمي.

تكوين حلقة مكونة من وحدات متكررة من بروتين يسمى FtsZ (بروتين هيكلي خلوي) يوجه تشكيل فاصل بين النيوكليودين الجديدين. يؤدي تكوين حلقة FtsZ إلى تراكم البروتينات الأخرى التي تعمل معًا لتجنيد مواد غشاء وجدار خلوي جديدة إلى الموقع. تدريجيا ، أ الحاجز تتشكل بين النيوكليودات ، وتمتد من المحيط نحو مركز الخلية. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها ، تنفصل الخلايا الوليدة.

بدائيات النوى ، بما في ذلك البكتيريا والعتائق ، لها كروموسوم دائري واحد يقع في منطقة مركزية تسمى النواة.

مناقشة ممكنة

كيف يساعد ربط الكروموسوم المتكاثر بغشاء الخلية في تقسيم الكروموسومين بعد اكتمال النسخ المتماثل؟

تظهر هذه الصور خطوات الانشطار الثنائي في بدائيات النوى. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة "Mcstrother" / ويكيميديا ​​كومنز)

السيطرة على هذه العمليات

ليس من المستغرب أن يتم التحكم بدقة في عملية الانشطار الثنائي في معظم البكتيريا والعتائق. ومع ذلك ، فمن المدهش إلى حد ما ، أنه بينما يعرف بعض اللاعبين الجزيئيين الرئيسيين ، لا يزال هناك الكثير الذي يتعين اكتشافه وفهمه حول كيفية اتخاذ القرارات لتنسيق الأنشطة.


شاهد الفيديو: الفصل الاولالخليهانقسام الخلية محاضرة 1 (كانون الثاني 2022).