معلومة

10.5: مراجعة المفهوم - علم الأحياء


  1. ما هو أساس فصل أجزاء الحمض النووي باستخدام الرحلان الكهربائي؟
  2. ما هي تكلفة العينات؟
  3. ما رأيك سيحدث في الجزيئات ذات الشحنة المعاكسة؟
  4. ماذا سيحدث إذا قمت بتوصيل قطب كهربائي باللونين الأحمر والأسود على الجانبين الخطأ؟
  5. إذا كان جزيء الحمض النووي يحتوي على ثلاثة مواقع تقييد ، بالنسبة لإنزيم التقييد A ، فكم عدد الأجزاء التي سيتم إنتاجها.
  6. باستخدام إنزيمات التقييد ، يتم تقطيع قطعة من الحمض النووي إلى 4 قطع ، ويتم فصل الأجزاء باستخدام الفصل الكهربائي للهلام. فيما يلي النتائج:
    1. أي جزء سيكون الأكبر؟
    2. أي جزء سيكون الأصغر؟
  7. يوجد أدناه خيط واحد من عينتين من الحمض النووي.
    1. نموذج رقم 1: C A G T G A T C T C G A A T T C G C T A G T A A C G T T
    2. نموذج رقم 2: T C A T G A A T C C T G G A A T C A G C A A A T G C A
    3. يتم التعامل مع كلتا العينتين باستخدام إنزيم تقييد الإنزيم EcoR1 الذي يقطع الحمض النووي في تسلسل GAATTC.
    4. حدد عدد الأجزاء التي سيتم إنشاؤها بواسطة كل عينة.
  8. قارن بصمة الحمض النووي من مسرح الجريمة مع المشتبه بهم الثلاثة. من هو المشتبه به الذي ارتكب الجريمة؟

هذا العمل في المجال العام - http://www.genome.gov/glossary/


10.5: مراجعة المفهوم - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يجوز إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة والتي يعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


10.5 قسم الخلايا بدائية النواة

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف عملية الانشطار الثنائي في بدائيات النوى
  • اشرح كيف أن بروتينات FtsZ و tubulin هي أمثلة على التماثل

بدائيات النوى ، مثل البكتيريا ، تنتج خلايا ابنة عن طريق الانشطار الثنائي. بالنسبة للكائنات أحادية الخلية ، فإن الانقسام الخلوي هو الطريقة الوحيدة لإنتاج أفراد جدد. في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، تكون نتيجة تكاثر الخلية زوجًا من الخلايا الوليدة المتطابقة وراثيًا مع الخلية الأم. في الكائنات أحادية الخلية ، تكون الخلايا الوليدة أفرادًا.

لتحقيق نتائج النسل المستنسخ ، هناك خطوات معينة ضرورية. يجب تكرار الحمض النووي الجيني ثم تخصيصه في الخلايا الوليدة ، يجب أيضًا تقسيم محتويات السيتوبلازم لإعطاء كلتا الخلايا الجديدة الآلية الخلوية للحفاظ على الحياة. كما رأينا مع الخلايا البكتيرية ، يتكون الجينوم من كروموسوم DNA دائري واحد ، وبالتالي فإن عملية انقسام الخلية مبسطة. إن الحركة الحركية غير ضرورية لأنه لا توجد نواة حقيقية وبالتالي ليست هناك حاجة لتوجيه نسخة واحدة من الكروموسومات المتعددة إلى كل خلية ابنة. يسمى هذا النوع من الانقسام الخلوي بالانشطار الثنائي (بدائية النواة).

الانشطار الثنائي

نظرًا للبساطة النسبية لدائيات النوى ، فإن عملية انقسام الخلية هي عملية أقل تعقيدًا وأسرع بكثير من الانقسام الخلوي في حقيقيات النوى. كمراجعة للمعلومات العامة حول انقسام الخلايا التي ناقشناها في بداية هذا الفصل ، تذكر أن كروموسوم الحمض النووي الفردي الدائري للبكتيريا يحتل موقعًا محددًا ، المنطقة النووية ، داخل الخلية (الشكل 10.2). على الرغم من أن الحمض النووي للنيوكليويد يرتبط بالبروتينات التي تساعد في تعبئة الجزيء في حجم مضغوط ، فلا توجد بروتينات هيستون وبالتالي لا توجد نيوكليوسومات في بدائيات النوى. ومع ذلك ، فإن بروتينات التعبئة للبكتيريا مرتبطة ببروتينات cohesin و condensin المشاركة في ضغط كروموسوم حقيقيات النوى.

يرتبط الكروموسوم البكتيري بغشاء البلازما عند نقطة منتصف الخلية تقريبًا. نقطة البداية للنسخ المتماثل ، الأصل ، قريبة من موقع ارتباط الكروموسوم بغشاء البلازما (الشكل 10.15). يكون تكرار الحمض النووي ثنائي الاتجاه ، حيث يبتعد عن الأصل على كلا خيوط الحلقة في وقت واحد. عندما يتم تشكيل الخيوط المزدوجة الجديدة ، تتحرك كل نقطة أصل بعيدًا عن مرفق جدار الخلية باتجاه الأطراف المقابلة للخلية. مع استطالة الخلية ، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة المنتصف للخلية الممدودة ، يبدأ الفصل السيتوبلازمي. إن تشكيل حلقة مكونة من وحدات متكررة من بروتين يسمى FtsZ (اختصار لـ "متحولة Z الحساسة للحرارة الخيطية") يوجه التقسيم بين النوكلييدات. يؤدي تكوين حلقة FtsZ إلى تراكم البروتينات الأخرى التي تعمل معًا لتجنيد مواد غشاء وجدار خلوي جديدة إلى الموقع. يتشكل الحاجز بين النيوكلييدات الابنة ، ويمتد تدريجياً من المحيط باتجاه مركز الخلية. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها ، تنفصل الخلايا الوليدة.

اتصال التطور

جهاز المغزل الانقسامي

يعد التوقيت الدقيق وتشكيل المغزل الانقسامي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلايا حقيقية النواة. من ناحية أخرى ، لا تخضع الخلايا بدائية النواة لعملية karyokinesis وبالتالي لا تحتاج إلى المغزل الانقسامي. ومع ذلك ، فإن بروتين FtsZ الذي يلعب دورًا حيويًا في الحركية الخلوية بدائية النواة يشبه إلى حد كبير من الناحية الهيكلية والوظيفية التوبولين ، وهو اللبنة الأساسية للأنابيب الدقيقة التي تشكل ألياف المغزل الانقسامية الضرورية للانقسام النووي حقيقية النواة. يمكن لبروتينات FtsZ أن تشكل خيوطًا وحلقات وهياكل أخرى ثلاثية الأبعاد تشبه الطريقة التي يشكل بها التوبولين الأنابيب الدقيقة والمريكزات ومكونات الهيكل الخلوي المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم كل من FtsZ و tubulin نفس مصدر الطاقة ، GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات) ، لتجميع وتفكيك الهياكل المعقدة بسرعة.

تعتبر FtsZ و tubulin هياكل متجانسة مشتقة من أصول تطورية مشتركة. في هذا المثال ، FtsZ هو بروتين سلف لتوبيولين (بروتين مشتق تطوريًا). بينما يوجد كلا البروتينين في الكائنات الحية الموجودة ، فقد تطورت وظيفة التوبولين وتنوعت بشكل كبير منذ أن تطورت من أصلها بدائية النواة FtsZ. يكشف مسح لمكونات التجميع الانقسامية الموجودة في حقيقيات النوى أحادية الخلية الحالية عن خطوات وسيطة حاسمة للجينومات المعقدة المحاطة بالغشاء من حقيقيات النوى متعددة الخلايا (الجدول 10.3).


مراجع

Alon U (2003) الشبكات البيولوجية: المصلح كمهندس. العلوم 301 (5641): 1866-1867

Alon U (2007) زخارف الشبكة: النظرية والمقاربات التجريبية. نات القس جينيه 8: 450-461

Andasari V ، Gerisch A ، Lolas G ، South A ، Chaplain MJ (2011) النمذجة الرياضية لغزو الخلايا السرطانية للأنسجة: رؤية بيولوجية من التحليل الرياضي والمحاكاة الحسابية. J Math Biol 63 (1): 141–171

Arrell DK ، Terzic A (2010) بيولوجيا أنظمة الشبكة لاكتشاف الأدوية. كلين فارماكول ثير 88 (1): 120-125

Azmi AS ، Wang Z ، Philip PA ، Mohammad RM ، Sarkar FH (2010) إثبات المفهوم: نهج بيولوجيا الشبكة والأنظمة يساعد في اكتشاف تركيبات الأدوية الفعالة المضادة للسرطان. هناك سرطان المول 9 (12): 3137-3144

Bajikar S ، Janes K (2012) نماذج متعددة النطاقات للإشارات الخلوية. آن بيوميد إنج 40 (11): 2319-2327

Barabási A-L (2007) شبكة الطب - من السمنة إلى "المرض". إن إنجل جي ميد 357 (4): 404-407

Barkai N ، Leibler S (1997) المتانة في الشبكات البيوكيميائية البسيطة. طبيعة 387 (6636): 913-917

باور ميهرين أ ، فورلونج لي ، سانز ف (2009). قواعد بيانات المسار وأدوات استغلالها: الفوائد والقيود والتحديات الحالية. Mol Syst Biol 5 (رقم المادة 290)

Becker S ، Feist A ، Mo M ، Hannum G ، Palsson B ، Herrgard M (2007) التنبؤ الكمي لعملية التمثيل الغذائي الخلوي مع النماذج القائمة على القيد: COBRA Toolbox. نات بروتوك 2: 727-738

Bergman RN (1997) النموذج البسيط: الأمس واليوم وغدًا. في: Bergman RN ، Lovejoy JC (محرران) نهج النموذج الأدنى وتحديد تحمل الجلوكوز. مطبعة LSU ، باتون روج ، ص 3 - 50

Bergman RN (2001) النموذج الأدنى لتنظيم الجلوكوز: سيرة ذاتية. في: Novotny J، Green M، Boston R (محرران) النمذجة الرياضية في التغذية والصحة. كلوير أكاديمي / بلنوم ، دوردريخت / نيويورك

Bertoletti A، Maini MK، Ferrari C (2010) التفاعل بين المضيف والممرض أثناء الإصابة بفيروس التهاب الكبد B: الخلافات المناعية. مضاد الفيروسات 15 (3): 15-24

Bhalla US، Iyengar R (1999) الخصائص الناشئة لشبكات مسارات الإشارات البيولوجية. العلوم 283 (5400): 381-387

Bhat PJ، Darunte L، Kareenhalli V، Dandekar J، Kumar A (2011) هل يمكن أن تكون اللدونة الأيضية سببًا للسرطان؟ إعادة النظر في إرث واربورغ-وادينجتون. كلين ابيجنت 2: 113 - 122

Bogle IDL، Allen R، Sumner T (2010) دور هندسة العمليات بمساعدة الكمبيوتر في علم وظائف الأعضاء والطب السريري. كمبيوت كيم إنج 34 (5): 763-769

Botstein D ، White RL ، Skolnick M ، Davis RW (1980) إنشاء خريطة الارتباط الجيني في الإنسان باستخدام تعدد الأشكال في طول جزء التقييد. Am J Hum Genet 32 ​​(3): 314–331

Brandman O ، Ferrell JE Jr ، Li R ، Meyer T (2005) تؤدي حلقات التغذية الراجعة الإيجابية السريعة والبطيئة المتداخلة إلى اتخاذ قرارات خلية موثوقة. العلوم 310 (5747): 496-498

Butcher EC، Berg EL، Kunkel EJ (2004) بيولوجيا النظم في اكتشاف الأدوية. Nat Biotechnol 22 (10): 1253-1259

Butler D (1999) Computing 2010: من الثقوب السوداء إلى علم الأحياء. Nature 402 (6761 ملحق): C67-C70

Chan P، Holford N (2001) تأثيرات العلاج الدوائي على تطور المرض. Annu Rev Pharmacol Toxicol 41 (1): 625-659

Chandra N (2009) نهج الأنظمة الحسابية لاكتشاف هدف الدواء. خبير Opin Drug Discov 4 (12): 1221-1236

Chautard E ، Thierry-Mieg N ، Ricard-Blum S (2009) شبكات التفاعل: من وظائف البروتين إلى اكتشاف الأدوية. مراجعة. باتول بيول (باريس) 57 (4): 324-333

Chen C-L، Tsai H-W، Wong S-S (2010a) نمذجة النظام الفسيولوجي للجلوكوز والأنسولين الديناميكي لمرضى السكر. J Theor Biol 265 (3): 314–322

Chen Q و Wang Z و Wei D (2010b) التقدم المحرز في تطبيقات تحليل التدفق لشبكات التمثيل الغذائي. تشين سسي بول 55 (22): 2315-2322

Chen Y، Zhang W، Gan M، Jiang R (2012) إنشاء شبكات تفاعلية بشرية من أجل تحديد أولويات الجين المرشح. واجهة Stat 5: 137-148

Cheng TMK و Gulati S و Agius R و Bates PA (2012) فهم آليات السرطان من خلال ديناميكيات الشبكة. إحاطات علم الجينوم Funct 11 (6): 543-560

Chew YH، Shia YL، Lee CT، Majid FAA، Chua LS، Sarmidi MR، Aziz AR (2009) نمذجة تنظيم الجلوكوز ومسارات إشارات الأنسولين. مول الخلية إندوكرينول 303: 13-24

Cho CR، Labow M، Reinhardt M، van Oostrum J، Peitsch MC (2006) تطبيق بيولوجيا الأنظمة لاكتشاف الأدوية. العملة المفتوحة تشيم بيول 10 (4): 294-302

Cho B-K ، Charusanti P ، Herrgård MJ ، Palsson B (2007) شبكات تنظيمية واستقلابية ميكروبية. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 18 (4): 360-364

Cloutier M ، Wang E (2011) النمذجة الديناميكية وتحليل أشكال الشبكة الخلوية السرطانية. Integr Biol 3 (7): 724-732

Comen E ، Morris P ، Norton L (2012) ترجمة النمذجة الرياضية لأنماط نمو الورم إلى مناهج علاجية جديدة لسرطان الثدي. J Mammary Gland Biol Neoplasia 17 (3-4): 241-249

Csete ME، Doyle JC (2002) الهندسة العكسية للتعقيد البيولوجي. العلوم 295 (5560): 1664–1669

Cuccato G، Gatta GD، di Bernardo D (2009) الأنظمة والبيولوجيا التركيبية: معالجة الشبكات الوراثية والأمراض المعقدة. وراثة .102 (6): 527-532

Dalla Man C، Rizza RA (2007) نموذج محاكاة الوجبات لنظام الجلوكوز والأنسولين. IEEE Trans Biomed Eng 54:10

De Gaetano A، Hardy T، Beck B، Abu-Raddad E، Palumbo P، Bue-Valleskey J، Porksen N (2008) النماذج الرياضية لتطور مرض السكري. Am J Physiol Endocrinol Metab 295 (6): E1462-E1479

de Graaf AA، Freidig AP، De Roos B، Jamshidi N، Heinemann M، Rullmann JAC، Hall KD، Adiels M، van Ommen B (2009) نمذجة بيولوجيا النظم الغذائية: من الآليات الجزيئية إلى علم وظائف الأعضاء. بلوس كومبوت بيول 5 (11): e1000554

Deisboeck TS، Wang Z، Macklin P، Cristini V (2011) نمذجة السرطان متعددة النطاقات. Annu Rev Biomed Eng 13 (1): 127-155

del Sol A، Balling R، Hood L، Galas D (2010) الأمراض مثل اضطرابات الشبكة. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 21: 566-571

Duda DG ، Munn LL ، Jain RK (2013) هل يمكننا تحديد المؤشرات الحيوية التنبؤية للعلاج المضاد لتكوُّن الأوعية للسرطان باستخدام النمذجة الرياضية؟ J Natl Cancer Inst 105 (11): 762-765

Duffy BC ، Zhu L ، Decornez H ، Kitchen DB (2012) اكتشاف الدواء في المرحلة المبكرة: المعلوماتية والتقنيات الحسابية في تحديد سلسلة الرصاص. بيورج ميد كيم 20 (18): 5324-5342

Dunker AK ، Lawson JD ، Brown CJ et al (2001) بروتين مضطرب جوهريًا. نموذج الرسم البياني J Mol 19: 26-59

Edelman LB ، Eddy JA ، Price ND (2010) في نماذج السيليكو للسرطان. وايلي Interdiscip القس سيست بيول ميد 2 (4): 438-459

Eissing T و Kuepfer L و Becker C و Block M و Coboeken K et al (2011) منصة برمجيات بيولوجيا الأنظمة الحسابية للنمذجة والمحاكاة متعددة النطاقات: دمج فسيولوجيا الجسم بالكامل وبيولوجيا المرض وشبكات التفاعل الجزيئي. أمام فيسيول 2 (4): 1-10

Erler JT ، Linding R (2010) الأدوية المعتمدة على الشبكة والمؤشرات الحيوية. جيه باثول 220 (2): 290-296

Ferrell JE (2002) حالات الاستدامة الذاتية في نقل الإشارة: ردود الفعل الإيجابية وردود الفعل السلبية المزدوجة والثباتية. خلية العملة المفتوحة بيول 14 (2): 140-148

Folger O ، Jerby L ، Frezza C ، Gottlieb E ، Ruppin E ، Shlomi T (2011) التنبؤ بأهداف الأدوية الانتقائية في السرطان من خلال شبكات التمثيل الغذائي. مول سيست بيول 7 (501): 1-10

Ge H ، Walhout AJM ، Vidal M (2003) دمج المعلومات "omic": جسر بين علم الجينوم وبيولوجيا الأنظمة. اتجاهات جينيه 19 (10): 551-560

Gehlenborg N و O’Donoghue SI و Baliga NS et al (2010) تصور بيانات omics لبيولوجيا الأنظمة. طرق نات 7 (3s): S56 – S68

Ghosh S، Young DL، Gadkar KG، Wennerberg L، Basu K (2007) نحو المرضى الظاهريين الأمثل: نهج تحكم تكيفي عبر الإنترنت. جمعية الهندسة في الطب والبيولوجيا ، 2007. EMBS 2007. في: المؤتمر الدولي السنوي التاسع والعشرون لـ IEEE

Giri L ، Mutalik V ، Venkatesh K (2004) يشير تحليل الحالة الثابتة إلى أن تنظيم التغذية الراجعة السلبية لـ PTP1B بواسطة Akt يثير الثبات في نقل GLUT4 المحفز بالأنسولين. Theor Biol Med Model 1 (1): 2

Goh K-I، Cusick ME، Valle D، Childs B، Vidal M، Barabasi A-L (2007) شبكة الأمراض البشرية. PNAS 104 (21): 8685-8690

Hageman BR، Trichler DL، Gaile DP (2012) النمذجة الرياضية والإحصائية في بيولوجيا أنظمة السرطان. أمام فيسيول 3 (227): 1-8

Hamosh A و Scott AF و Amberger JS و Bocchini CA و McKusick VA (2005) الميراث المندلي عبر الإنترنت في الإنسان (OMIM) ، وهي قاعدة معرفية للجينات البشرية والاضطرابات الوراثية. الأحماض النووية الدقة 33 (ملحق 1): D514 – D517

Handorf T، Klipp E (2012) نمذجة الشبكات البيولوجية الميكانيكية: نهج منطقي متقدم. المعلوماتية الحيوية 28 (4): 557-563

Hartwell LH ، Hopfield JJ ، Leibler S ، Murray AW (1999) من الجزيئية إلى بيولوجيا الخلية المعيارية. Nature 402: C47-C52

Hase T، Tanaka H، Suzuki Y، Nakagawa S، Kitano H (2009) هيكل شبكات تفاعل البروتين وتأثيراتها على تصميم الأدوية. بلوس كومبوت بيول 5 (10): e1000550

هاينر إم ، جيلبرت د (2013) هندسة بيومودل لأنظمة بيولوجيا متعددة النطاقات. Prog Biophys Mol Biol 111 (2-3): 119-128

Herrgård MJ، Covert MW، Palsson BØ (2004) إعادة بناء الشبكات التنظيمية للنسخ الميكروبية. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 15 (1): 70-77

Houtman JCD، Barda-Saad M، Samelson LE (2005) فحص مجمعات الإشارات متعددة البروتينات من جميع الزوايا. FEBS J 272 (21): 5426–5435

Hunter P ، Smith N ، Fernandez J ، Tawhai M (2005) التكامل من البروتينات إلى الأعضاء: مشروع فيزيوم IUPS. الشيخوخة الميكانيكية ديف 126 (1): 187-192

Hunter P و Chapman T و Coveney PV et al (2013) رؤية واستراتيجية للإنسان الفسيولوجي الافتراضي: تحديث 2012. واجهة التركيز 3 (2): 2042–8901

Imms R ، Warburton C ، Summers R (2011) علم الأحياء الهندسي: تصور النموذج وإدراكه. التحكم في القياس 44 (6): 175-179

Janes KA، Yaffe MB (2006) النمذجة القائمة على البيانات لشبكات تحويل الإشارة. نات ريف مول سيل بيول 7 (11): 820-828

Jordán F، Nguyen TP، Liu W (2012) دراسة شبكات تفاعل البروتين والبروتين: نظرة أنظمة على الأمراض. إحاطات علم الجينوم Funct 11 (6): 497-504

Jørgensen C ، Linding R (2008) شبكات الفسفرة الاتجاهية والكمية. إحاطات علم الجينوم Funct Proteomics 7 (1): 17-26

Kahraman A و Avramov A و Nashev LG et al (2005) PhenomicDB: قاعدة بيانات متعددة الأنواع للنمط الجيني / النمط الظاهري للظواهر المقارنة. المعلوماتية الحيوية 21: 418-420

Kann MG (2007) تفاعلات البروتين والأمراض: مناهج حسابية للكشف عن مسببات الأمراض. إحاطات Bioinform 8 (5): 333-346

Karp PD ، Ouzounis CA ، Moore-Kochlacs C ، Goldovsky L et al (2005) توسيع مجموعة BioCyc لقواعد بيانات المسار / الجينوم إلى 160 جينومًا. الأحماض النووية الدقة 33 (19): 6083-6089

Kholodenko BN (2006) ديناميات الإشارات الخلوية في الزمان والمكان. نات ريف مول سيل بيول 7 (3): 165-176

Kholodenko BN، Kiyatkin A، Bruggeman F، Sontag E، Westerhoff HV، Hoek JB (2002) Untangling the wires: استراتيجية لتتبع التفاعلات الوظيفية في الإشارات وشبكات الجينات. بروك ناتل أكاد سسي 99 (20): 12841-12846

Kholodenko B، Yaffe MB، Kolch W (2012) المناهج الحسابية لتحليل تدفق المعلومات في الشبكات البيولوجية. إشارة Sci 5 (220): re1

Kim J، Saidel G، Cabrera M (2007) نموذج حسابي متعدد المقاييس لاستتباب الوقود أثناء التمرين: تأثير التحكم الهرموني. آن بيوميد إنج 35 (1): 69-90

Kim TY، Kim HU، Lee SY (2010) تكامل البيانات وتحليل الشبكات البيولوجية. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 21 (1): 78-84

Kim HU ، Sohn SB ، Lee SY (2012) نمذجة ومحاكاة شبكة التمثيل الغذائي لاستهداف الأدوية واكتشافها. التكنولوجيا الحيوية J 7 (3): 330–342

Kirouac DC ، Ito C ، Csaszar E ، Roch A ، Yu M ، Sykes EA ، Bader GD ، Zandstra PW (2010) شبكات التفاعل الديناميكي في نسيج منظم بشكل هرمي. مول سيست بيول 6 (417): 1-17

Kitano H (2002a) بيولوجيا النظم الحسابية. طبيعة 420 (6912): 206-210

Kitano H (2002b) بيولوجيا الأنظمة: نظرة عامة موجزة. العلوم 295 (5560): 1662–1664

Kitano H (2007) نحو نظرية القوة البيولوجية. مول سيست بيول 3 (137): 1-7

Kitano H و Oda K و Kimura T و Matsuoka Y و Csete M و Doyle J و Muramatsu M (2004) متلازمة التمثيل الغذائي ومقايضات المتانة. داء السكري 53 (ملحق 3): S6-S15

Klinke D (2008) دمج البيانات الوبائية في نموذج ميكانيكي لمرض السكري من النوع 2: التحقق من انتشار المرضى الظاهريين. آن بيوميد إنج 36 (2): 321-334

Klipp E ، Wade RC ، Kummer U (2010) التنبؤ بأهداف العقاقير المستندة إلى الشبكة البيوكيميائية. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 21 (4): 511-516

Kolodkin A و Boogerd FC و Plant N و Bruggeman FJ و Goncharuk V et al (2012) ظهور أدوية السليكون التي تستهدف البشر والشبكات. Eur J Pharm Sci 46 (4): 190–197

Koschorreck M ، Conzelmann H ، Ebert S ، Ederer M ، Gilles E (2007) النمذجة المخفضة لتوصيل الإشارة - نهج معياري. المعلوماتية الحيوية BMC 8 (1): 336

Koshiyama H ، Ogawa Y ، Tanaka K ، Tanaka I (2010) أنظمة الشبكات المتكاملة وعلم الغدد الصماء التطوري. فرضيات ميد 74 (1): 132-138

Koster ES، Rodin AS، Raaijmakers JA، Maitland-vander Zee A-H (2009) بيولوجيا الأنظمة في البحث الجيني الدوائي: الطريق إلى الوصفات الشخصية؟ علم الصيدلة الجيني 10 (6): 971-981

Koyutürk M (2010) الأساليب الحسابية والتحليلية في بيولوجيا الشبكة. وايلي Interdiscip القس سيست بيول ميد 2 (3): 277-292

كومار إن ، هندريكس بي إس ، جينس كا ، دي جراف دي ، لافينبرغر دي إيه (2006) تطبيق النمذجة الحسابية على اكتشاف الأدوية وتطويرها. اكتشاف المخدرات اليوم 11 (17-18): 806-811

Lage K ، Karlberg EO ، Storling ZM ، Olason PI ، Pedersen AG ، Rigina O ، Hinsby AM ، Tumer Z ، Pociot F ، Tommerup N ، Moreau Y ، Brunak S (2007) شبكة تفاعلية بشرية من مركبات البروتين المتورطة في الجينات الاضطرابات. Nat Biotechnol 25 (3): 309-316

لانجلي إس آر ، دواير جي ، دروزدوف الأول ، يين إكس ، ماير إم (2013) البروتينات: من الجزيئات المفردة إلى المسارات البيولوجية. Cardiovasc Res 97 (4): 612-622

Le Novère N، Bornstein B، Broicher A، Courtot M، Donizelli M، Dharuri H، Li L، Sauro H، Schilstra M، Shapiro B، Snoep JL، Hucka M (2006) BioModels Database: قاعدة بيانات مركزية مجانية للمنسقة ، المنشورة ، النماذج الحركية الكمية للأنظمة الكيميائية الحيوية والخلوية. الأحماض النووية Res 34 (إصدار في قاعدة البيانات): D689-D691

Lesko L، Atkinson A (2001) استخدام المؤشرات الحيوية ونقاط النهاية البديلة في تطوير الأدوية واتخاذ القرارات التنظيمية: المعايير والتحقق والاستراتيجيات. Annu Rev Pharmacol Toxicol 41 (1): 347-366

Liu B، Thagrajan PS (2012) نمذجة وتحليل ديناميات الطرق الحيوية. J Bioinform Comput Biol 10 (04): 1231001

Liu W، Hsin CC، Tang F (2009) نموذج رياضي جزيئي لتعبئة الجلوكوز وامتصاصه. Math Biosci 221: 121-129

Maayan A (2011) مقدمة في تحليل الشبكة في بيولوجيا الأنظمة. إشارة Sci 4 (190): tr5 ، 1-11

Macé G ، Bogliolo M ، Guervilly J-H ، Dugas du Villard JA ، Rosselli F (2005) تنسيق 3R بواسطة بروتينات فقر الدم Fanconi. بيوكيمي 87 (7): 647-658

Makroglou A ، Li J ، Kuang Y (2006) النماذج الرياضية والأدوات البرمجية لنظام تنظيم الجلوكوز والأنسولين ومرض السكري: نظرة عامة. الرياضيات الرقمية التطبيقية 56: 559-573

Mardinoglu A ، Nielsen J (2012) أنظمة الطب والنمذجة الأيضية. J Intern Med 271 (2): 142-154

Mayer B (1999) تفاعلات البروتين والبروتين في إشارات الشلالات. Mol Biotechnol 13 (3): 201-213

الاجتماع H (2007) النمذجة الحاسوبية لمرض السكري ومضاعفاته. رعاية مرضى السكري 30 (6): 1638-1646

Menolascina F، Siciliano V، di Bernardo D (2012) هندسة النظم البيولوجية والتحكم فيها: طريقة جديدة لمعالجة الأمراض المعقدة. FEBS Lett 586 (15): 2122-2128

Milo R، Shen-Orr S، Itzkovitz S، Kashtan N، Chklovskii D، Alon U (2002) أشكال الشبكة: لبنات بناء بسيطة لشبكات معقدة. Science 298: 824-827

Miyatsuka H ، Matsuoka T ، Kaneto H (2008) عوامل النسخ كأهداف علاجية لمرض السكري. أهداف رأي الخبراء هناك 12 (11): 1431-1442

Mizushima T (2012) تحديد الآلية الجزيئية لأفعال الأدوية الموجودة وتطبيقاتها لتطوير الأدوية. ياكوجاكو زاشي 132 (6): 713-720

Moller DE (2001) أهداف دوائية جديدة لمرض السكري من النوع 2 ومتلازمة التمثيل الغذائي. طبيعة 414 (6865): 821-827

Moreno-Sánchez R، Saavedra E، Rodríguez-Enríquez S، Olín-Sandoval V (2008) تحليل التحكم الأيضي: أداة لتصميم استراتيجيات لمعالجة المسارات الأيضية. J Biomed Biotechnol (معرف المقالة 597913): 30

Neduva V ، Russell RB (2006) الببتيدات تتوسط شبكات التفاعل: خيوط جديدة أخيرًا. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 17 (5): 465-471

Nielsen J (2012) الطب التحريري والنظمي. J Intern Med 271 (2): 108-110

Oberhardt M ، Palsson B ، Papin J (2009) تطبيقات إعادة البناء الأيضي على نطاق الجينوم. مول سيست بيول 5 (320): 1-15

Ogata H، Goto S، Sato K، Fujibuchi W، Bono H، Kanehisa M (1999) KEGG: موسوعة كيوتو للجينات والجينومات. الأحماض النووية الدقة 27 (1): 29-34

Orth J، Thiele I، Palsson B (2010) ما هو تحليل توازن التدفق؟ Nat Biotechnol 28: 245 - 248

Papin JA، Hunter T، Palsson BO، Subramaniam S (2005) إعادة بناء شبكات الإشارات الخلوية وتحليل خصائصها. نات ريف مول سيل بيول 6 (2): 99-111

Park J ، Lee D-S ، Christakis N ، Barabasi A-L (2009) تأثير الشبكات الخلوية على الأمراض المصاحبة للأمراض. مول سيست بيول 5:262

باتارانيت آر ، فان دن بيرغ ها (2008) النماذج الرياضية لاستتباب الطاقة. واجهة J R Soc 5 (27): 1119-1135

Perez-Iratxeta C، Bork P، Andrade MA (2002) رابطة الجينات للأمراض الوراثية باستخدام التنقيب عن البيانات. نات جينيه 31 (3): 316-319

Pfau T ، Christian N ، Ebenhöh O (2011) مقاربات أنظمة لنمذجة المسارات والشبكات. إحاطات علم الجينوم Funct 10 (5): 266-279

Post TM ، Freijer JI ، DeJongh J ، Danhof M (2005) تحليل نظام المرض: نماذج تطور المرض الأساسية في الأمراض التنكسية. فارم ريس 22 (7): 1038-1049

Przytycka T، Kim Y-A (2010) يلبي تكامل الشبكة ديناميكيات الشبكة. BMC بيول 8 (1): 48

Pujol A ، Farre J ، Aloy P (2010) الكشف عن دور بيولوجيا الشبكات والأنظمة في اكتشاف الأدوية. اتجاهات فارماكول سسي 31 (3): 115-123

Qi Y، Ge H (2006) نمطية وديناميكيات الشبكات الخلوية. بلوس كومبوت بيول 2 (12): e174

Rao CV ، Arkin AP (2001) عناصر التحكم في الشبكات التنظيمية داخل الخلايا. Annu Rev Biomed Eng 3 (1): 391-419

Rees SE ، Carson ER ، Feng DD ، Andreassen S (2011) النمذجة والتحكم في النظم الطبية الحيوية. برامج طرق الحوسبة بيوميد 104 (2): 27-28

رينر إس ، بوبوف إم ، شوفنهاور إيه ، روث إتش جي ، برايتنشتاين دبليو ، مارزينزيك إيه ، لويس الأول ، كراستل بي ، نيغش إف ، جينكينز جي ، جاكوبي إي (2011) الاتجاهات والملاحظات الحديثة في تصميم مجموعات الفحص عالية الجودة. فيوتشر ميد كيم 3 (6): 751-766

Resendis-Antonio O ، Checa A ، Encarnación S (2010) نمذجة التمثيل الغذائي الأساسي في الخلايا السرطانية: مسح الطوبولوجيا الكامنة وراء تأثير واربورغ. بلوس واحد 5 (8): e12383

Rolfsson O ، Palsson B ، Thiele I (2011) يوجه إعادة بناء التمثيل الغذائي البشري Recon 1 فرضيات وظائف التمثيل الغذائي البشري الجديدة. BMC Syst Biol 5 (1): 155

Roy A، Parker RS ​​(2006) النمذجة الديناميكية للأحماض الدهنية الحرة والجلوكوز والأنسولين: "نموذج أدنى" ممتد. تكنول السكري 8: 617-626

Safran M و Chalifa-Caspi V و Shmueli O et al (2003) قواعد البيانات المرتكزة على الجينات البشرية في معهد وايزمان للعلوم: GeneCards و UDB و CroW 21 و HORDE. الأحماض النووية الدقة 31 (1): 142–146

Sam L ، Liu Y ، Jianrong L et al (2007) اكتشاف شبكات تفاعل البروتين المشتركة بين الأمراض. Pac Symp Biocomput 12: 76-87

Sangar V ، Eddy JA ، Simeonidis E ، Price N (2012) النمذجة الآلية لاستقلاب الطاقة الشاذ في الأمراض البشرية. أمام فيسيول 3 (404): 1-10

Schenone M ، Dančík V ، Wagner BK ، Clemons PA (2013) ، تحديد الهدف وآلية العمل في البيولوجيا الكيميائية واكتشاف الأدوية. نات كيم بيول 9: 232-240

Schleich K ، Lavrik I (2013) النمذجة الرياضية لموت الخلايا المبرمج. إشارة الاتصال الخلوي 11 (1): 44

Scriver CR، Waters PJ (1999) الصفات أحادية المنشأ ليست بسيطة: دروس من بيلة الفينيل كيتون. اتجاهات جينيه 15: 267-272

Sedaghat AR ، Sherman A ، Quon MJ (2002) نموذج رياضي لمسارات إشارات الأنسولين الأيضية. Am J Physiol Endocrinol Metab 283 (5): E1084 – E1101

Sesti G (2006) الفيزيولوجيا المرضية لمقاومة الأنسولين. أفضل الممارسات Res Clin Endocrinol Metab 20 (4): 665-679

Shahrezaei V، Swain PS (2008) الطبيعة العشوائية للشبكات البيوكيميائية. التكنولوجيا الحيوية بالعملة 19 (4): 369-374

شاران تي (2008) شبكات البروتين في المرض. دقة الجينوم 18: 644-652

Smith C (2003) التحقق من صحة هدف الدواء: الوصول إلى الهدف. الطبيعة 422 (6929): 341–347

Smith JMD، Maas JA، Garnsworthy PC، Owen MR، Coombes S، Pillay TS، Barrett DA، Symonds ME (2009) النمذجة الرياضية لاستتباب الجلوكوز وعلاقته بتوازن الطاقة ودهون الجسم. السمنة 17 (4): 632-639

Sriram G ، Liao JC ، Dipple KM (2005) نموذج شامل لإشارات الأنسولين للتنبؤ بالأنماط الظاهرية باستخدام بيانات التعبير. الملخص ، الاجتماع السنوي لـ AICHE 2005

Stelling J ، Sauer U ، Szallasi Z ، Doyle Iii FJ ، Doyle J (2004) قوة الوظائف الخلوية. الخلية 118 (6): 675-685

Tegnér JN، Compte A، Auffray C et al (2009) نمذجة المرض الحسابي - حقيقة أم خيال؟ BMC Syst Biol 3 (56): 1-3

Terentiev A ، Moldogazieva N ، Shaitan K (2009) البروتينات الديناميكية في نمذجة الخلية الحية. تفاعلات البروتين والبروتين. Biochem (موسكو) 74 (13): 1586-1607

Tiffin N، Adie E، Turner F، Brunner HG، van Driel MA، Oti M، Lopez-Bigas N، Ouzounis C، Perez-Iratxeta C، Andrade-Navarro MA، Adeyemo A، Patti ME، Semple CAM، Hide W (1980 ) تحديد جينات المرض الحسابي: مجموعة من الطرق تعطي الأولوية لمرض السكري من النوع 2 والجينات المرشحة للسمنة. الأحماض النووية الدقة 34 (10): 3067-3081

Topp B ، Promislow K ، Devries G ، Miuraa RM ، Finegood DT (2000) نموذج لكتلة الخلايا البائية ، الأنسولين ، وحركية الجلوكوز: مسارات لمرض السكري. J Theor Biol 206: 605–619

Tripathy D ، Chavez AO (2010) عيوب في إفراز الأنسولين والعمل في التسبب في مرض السكري من النوع 2. كور دياب ممثل 10: 184–191

تايسون جي جي ، تشين ك ، نوفاك ب (2001) ديناميات الشبكة وعلم وظائف الأعضاء الخلوي. بيول ريف مول سيل 2 (12): 908-916

van Driel MA، Cuelenaere K، Kemmeren PPCW، Leunissen JAM، Brunner HG، Vriend G (2005) GeneSeeker: استخراج ودمج المعلومات المتعلقة بالأمراض البشرية من قواعد البيانات الوراثية على شبكة الإنترنت. الأحماض النووية الدقة 33 (ملحق 2): W758 – W761

Verkhedkar KD ، Raman K ، Chandra NR ، Vishveshwara S (2007) الرسوم البيانية للتفاعل المستندة إلى Metabolome لـ مرض السل و M. الجذام: تحليل شبكة مقارن. بلوس واحد 2 (9): e881

Vicini P (2008) النماذج الحركية عند تقاطع علم الأحياء والهندسة والطب. اكتشاف المخدرات اليوم نموذج ديس 5 (4): 271-272

Vicini P، Caumo A، Cobelli C (1999) فعالية الجلوكوز وحساسية الأنسولين من النماذج الدنيا: عواقب النمذجة التي تم تقييمها بواسطة محاكاة مونت كارلو. IEEE Trans Biomed Eng 46 (2): 130-137

Walpole J ، Papin JA ، Peirce SM (2013) نماذج حسابية متعددة النطاقات للأنظمة البيولوجية المعقدة. Annu Rev Biomed Eng 15 (1): 137-154

وانج إي (2010) خارطة طريق لبيولوجيا أنظمة السرطان. إجراءات الطبيعة. http://hdl.handle.net/10101/npre.2010.4322.2

وانج إي ، لينفيرينك أ ، أوكونور-ماكورت إم (2007) الدراسات الجينية للأمراض. Cell Mol Life Sci 64 (14): 1752-1762

Wang J ، Zhang L ، Jing C ، Ye G ، Wu H ، Miao H ، Wu Y ، Zhou X (2013) النمذجة متعددة المقاييس القائمة على الوكيل على سرطان الجلد وتحليل تكوين الأوعية المرتبط به. Theor Biol Med Model 10 (1): 41

Wells JA، McClendon CL (2007) الوصول إلى ثمار معلقة للغاية في اكتشاف الأدوية في واجهات البروتين والبروتين. طبيعة 450 (7172): 1001-1009

Werner B ، Dingli D ، Traulsen A (2013) نموذج محدد لحدوث وديناميات الطفرات المتعددة في الأنسجة المنظمة بشكل هرمي. واجهة J R Soc 10 (85): 1-10

Wilkinson DJ (2009) النمذجة العشوائية للوصف الكمي للأنظمة البيولوجية غير المتجانسة. نات ريف جينيه 10 (2): 122-133

Winslow RL، Trayanova N، Geman D، Miller MI (2012) الطب الحسابي: ترجمة النماذج إلى رعاية إكلينيكية. Sci Translated Med 4 (158): 158rv111

Wolf DM، Arkin AP (2003) الزخارف والوحدات والألعاب في البكتيريا. ميكروبيول بالعملة 6 (2): 125-134

Yildirim MA، Goh K، Cusick ME، Cusick ME، Barabási A-L، Vidal M (2007) Drug-target network. Nat Biotechnol 25 (10): 1119-1126

Zanzoni A ، Soler-López M ، Aloy P (2009) نهج طبي شبكي للأمراض البشرية. FEBS Lett 583: 1759-1765

Zelezniak A و Pers T و Soares S و Patti M و Patil K (2010) تكشف طوبولوجيا الشبكة الأيضية عن التوقيعات التنظيمية النسخية لمرض السكري من النوع 2. PLoS Comput Biol 6: e1000729

Zheng Y ، Moore H ، Piryatinska A ، Solis T ، Sweet-Cordero EA (2013) النمذجة الرياضية لحركية تكاثر الخلايا السرطانية والاحتفاظ بالملصقات في نموذج فأر لسرطان الرئة. دقة السرطان 73 (12): 3525–3533

Zhu X ، Gerstein M ، Snyder M (2007) الاتصال: تحليل ومبادئ الشبكات البيولوجية. جينات ديف 21: 1010-1024

Zhu M و Gao L و Li X و Liu Z و Xu C و Yan Y و Walker E وآخرون (2009) تحليل أهداف الدواء بناءً على الخصائص الطوبولوجية في شبكة تفاعل البروتين البشري. ي الهدف المخدرات 17 (7): 524-532

Zinovyev A و Fourquet S و Tournier L و Calzone L و Barillot E (2012) موت الخلايا والحياة في السرطان: النمذجة الرياضية لقرارات مصير الخلية. Adv Expt Med Biol 736: 261–274


مجموعة البطاقات التعليمية المشتركة

استخدم الشكل 11-3 للإجابة على السؤال التالي. إذا كان نبات البازلاء متغاير الزيجوت لبازلاء مستديرة ، صفراء (RrYy) مع نبات البازلاء متماثل الزيجوت للبازلاء المستديرة ولكنه متغاير الزيجوت للبازلاء الصفراء (RRYy) ، ما عدد الصفات الظاهرية المختلفة التي يتوقع أن تظهر في ذريتهم؟

أ. يقع في النواة.

ج. يقع في الريبوسومات.

د. يطفو بحرية في السيتوبلازم.

وضع أحد الطلاب ثلاثة مكعبات من الأجار تحتوي على مؤشر الفينول فثالين في دورق من الخل. أضلاع المكعبات كانت بالأطوال التالية: 3 سم ، 2 سم ، 1 سم. في وجود حمض ، مثل الخل ، يتحول الفينول فثالين من اللون الوردي إلى اللون الصافي. بعد 10 دقائق ، قطع الطالب كل مكعب مفتوحًا وقاس المسافة التي انتشرها الخل في كل مكعب. ثم بدأت في إكمال جدول البيانات.

المخاطر انظر إلى الإعداد التجريبي في الشكل 10-11. ما هو حجم مكعب 2 سم (بالسنتيمتر 3)؟

تشكل بعض الخلايا صفيحة خلوية أثناء التحلل الخلوي. أي مما يلي ينطبق على الخلايا في الشكل 10-6 أعلاه؟

أ. لا تشكل أي من الخليتين صفيحة خلوية أثناء التحلل الخلوي.

ب. تشكل الخلية A فقط صفيحة خلوية أثناء الحركة الخلوية.

ج. تشكل كلتا الخليتين ألواح خلوية أثناء التحلل الخلوي.

د. تشكل الخلية B فقط صفيحة خلوية أثناء التحلل الخلوي.

د. تشكل الخلية B فقط صفيحة خلوية أثناء التحلل الخلوي.

تفسير المرئيات أين تنتهي الإلكترونات التي تتحرك على طول الغشاء الداخلي في الشكل 9-8؟

أ. تنتهي في الفضاء بين الغشاء.

ب. ينضمون مع 4 H + و O2 لتشكيل جزيئات الماء.

ج. يربطون ADP + P لصنع ATP.

د. ينتهون في سلسلة نقل الإلكترون.

ب. ينضمون مع 4 H + و O2 لتشكيل جزيئات الماء.

في الشكل 12-4 ، يجب أن يصل مجموع النسب المئوية للأعمدة الأربعة إلى 90.

تفسير الجداول حدد النمط الظاهري للنسل الذي تمثله علامة الاستفهام في الشكل 11-6.

أ. النمط الظاهري للنسل هو bbRR

ب. النمط الظاهري للنسل هو شعر أبيض خشن.

ج. النمط الظاهري للنسل هو شعر أسود وخشن

د. النمط الظاهري للنسل هو شعر أبيض ناعم

يتم تمثيل تقسيم الخلية في الشكل 10-3 بالحرف

تفسير المرئيات ماذا يمثل الشكل 10-10؟ كيف تعرف ما إذا كانت هذه خلية حيوانية أم خلية نباتية؟

أ. يظهر مراحل مختلفة من الانقسام الاختزالي في خلية حيوانية. نحن نعلم أن هذه خلية حيوانية بسبب وجود الكروموسومات.

ب. يظهر مراحل مختلفة من الانقسام الاختزالي في خلية حيوانية. نحن نعلم أن هذه خلية حيوانية بسبب وجود المريكزات وشكل الخلايا.

ج. يظهر مراحل مختلفة من الانقسام في خلية حيوانية. We know this is an animal cell because of the presence of chromosomes and the shape of the cells.

د. It shows various stages of mitosis in an animal cell. We know this is an animal cell because of the presence of centrioles and the shape of the cells.

Which trait is most likely linked to having a curved wing in the fruit fly in Figure 11–5?

In Figure 10–4, what role does structure A play in mitosis?

c. connect to spindle fibers

د. dissolve nuclear envelope

يتنبأ Look at the cancer cells shown in Figure 10–12. What can happen if these cells are left untreated?

أ. They will eventually stop growing and begin to shrink back to normal size and then go away.

ب. They can break loose from the mass they are now a part of and spread throughout the body, disrupting normal activities, forming secondary tumors, and causing serious medical problems.

c. They won't respond to chemotherapy or radiation.

د. Nothing will happen if they are left untreated.

لو نشبع is not present, the pathway labeled C in Figure 9–4 usually will not occur.

The structures labeled B in Figure 10–5 are called

Based on Chargaff’s rule, the percentage of cytosine in the DNA of the bacterium, S. Lutea in Figure 12–3, should be around

Infer According to Figure 11–7, if red-flowered snapdragons and ivory-flowered snapdragons are crossed, what percentage of their offspring would be expected to be pink-flowered?

أ. One hundred percent of the offspring would be expected to be pink-flowered.

ب. Seventy five percent of the offspring would be expected to be pink-flowered.

c. Fifty percent of the offspring would be expected to be pink-flowered.

د. Zero percent of the offspring would be expected to be pink-flowered.

c. lactic acid fermentation

What did Rosalind Franklin contribute to the effort to identify the structure of DNA?

أ. x-ray diffraction photos of the DNA molecule

ب. the ratios of the two sets of nucleotide pairs in DNA

c. models made of cardboard and wire showing the shape of DNA

د. radioactive evidence that DNA carried the genetic code

Interpret Tables Identify the genotype of the offspring that would be represented by the question mark in Figure 11–6.

During which phase(s) of mitosis are structures like the one shown in Figure 10–5 visible?

Selected: a. prophase, metaphase, and anaphase This answer is correct.

د. anaphase and interphase

During which phase(s) of mitosis are structures like the one shown in Figure 10–5 visible?

أ. prophase, metaphase, and anaphase

د. anaphase and interphase

The structure shown in Figure 10–5 is a replicated chromosome.

Interpret Visuals List the stages in Figure 11–8 in which the cells are 2N and those in which the cells are N.

أ. The cells in stages A, B, and C are 2N. The cells in stages D, E, F, and G are N.

ب. The cells in stages A, B, C, D, E and F are 2N. The cells in stage G is N.

c. The cells in stages A, B, and C are N. The cells in stages D, E, F, and G are 2N.

د. The cells in stage A is 2N. The cells in stages B,C,D, E, F, and G are N.

A student placed three cubes of agar that contained the indicator phenolphthalein in a beaker of vinegar. The sides of the cubes were the following lengths: 3 cm, 2 cm, and 1 cm. In the presence of an acid, such as vinegar, phenolphthalein turns from pink to clear. After 10 minutes, the student cut each cube open and measured the distance that the vinegar had diffused into each cube. She then started to complete the data table.

يتنبأ Examine Figure 10–11. In which cube will the vinegar take the longest time to diffuse into the center? In which tube will the vinegar take the shortest time to diffuse into the center?

أ. The vinegar will take the longest amount of time to diffuse to the center of the 1 cm cube. It will take the shortest amount of time to reach the center of the 3 cm sides.

ب. The vinegar will take the longest amount of time to diffuse to the center of the 3 cm cube. It will take the shortest amount of time to reach the center of the 1 cm sides.

c. The vinegar will reach the center of each cube at the same time.

د. The vinegar will take the longest amount of time to diffuse to the center of the 3 cm cube. It will take the shortest amount of time to reach the center of the 2 cm sides.

ب. The vinegar will take the longest amount of time to diffuse to the center of the 3 cm cube. It will take the shortest amount of time to reach the center of the 1 cm sides.

A scientist set up a respiration chamber as shown below. She placed a mouse in flask B. Into flasks A, C, and D, she poured distilled water mixed with the acid-base indicator phenolphthalein. In the presence of CO2, phenolphthalein turns from pink to clear. She allowed the mouse to stay in the chamber for about an hour.

يتنبأ Assume that the scientist set up an identical respiration chamber, except that in this setup she placed a mouse that had been exercising on a hamster wheel. Then, the scientist measured the amount of CO2 given off by both mice at the end of 15 minutes. Predict which setup produced the most CO2.

أ. The mouse that had been exercising should give off more CO2 because this mouse will be breathing more heavily.

ب. The mouse that had NOT been exercising should give off more CO2 because this mouse will be breathing more heavily.

c. The mouse that had been exercising should give off more O2 because this mouse will be breathing more heavily.

د. Both mice would give off the same amount of CO2.

The table in Figure 12–3 shows the results of measuring the percentages of the four bases in the DNA of several different organisms. Some of the values are missing from the table. Based on Chargaff’s rule, the percentages of guanine bases in chicken DNA should be around


Christopher T. Walsh

After an undergraduate degree in biology at Harvard, I started graduate school at The Rockefeller Institute for Medical Research in New York City in July 1965. I was attracted to the chemical side of biochemistry and joined Fritz Lipmann's large, hierarchical laboratory to study enzyme mechanisms. That work led to postdoctoral research with Robert Abeles at Brandeis, then a center of what, 30 years later, would be called chemical biology. I spent 15 years on the Massachusetts Institute of Technology faculty, in both the Chemistry and Biology Departments, and then 26 years on the Harvard Medical School Faculty. My research interests have been at the intersection of chemistry, biology, and medicine. One unanticipated major focus has been investigating the chemical logic and enzymatic machinery of natural product biosynthesis, including antibiotics and antitumor agents. In this postgenomic era it is now recognized that there may be from 10 5 to 10 6 biosynthetic gene clusters as yet uncharacterized for potential new therapeutic agents.


5 System Control and System Noise

An important aspect of synthetic biology is the demonstration of control. For example, it can be desirable that a specific gene or pathway be regulated by the addition or subtraction of an external chemical trigger. Commonly this is done by the addition of small diffusible inducers such as IPTG (isopropyl β- d -1-thiogalactopyranoside) or ATc (anhydrotetracycline). In such systems the gene of interest is situated behind a region of DNA that can be regulated by these molecules. For example, when IPTG enters a cell, it binds to the lac repressor protein, which is bound as a tetramer to the DNA of interest. The binding of IPTG to the lac repressor removes the repressor from the DNA, allowing for active transcription of the gene or genes. Of note are studies that creatively use other types of control. For example, blue light was used to induce the remote-controlled expression of insulin genes to enhance blood-glucose homeostasis in mice [57].

If one potential goal of synthetic biology is to engineer the regulated expression of a target gene, what amount of control versus noise is inherent in a typical biological system? How precise are the typical control mechanisms? A single-copy chromosomal gene with an inducible promoter was incorporated into the chromosome of العصوية الرقيقة [43]. The gene was a commonly used reporter, the green fluorescent protein gene (GFP). They chose to integrate GFP into the chromosome itself, rather than in the form of plasmids, as variation in plasmid copy number can act as an additional and unwanted source of noise. Transcriptional efficiency was regulated by using an IPTG-inducible promoter, Pspac, upstream of GFP. The amount of GFP transcription was controlled by varying the concentration of the IPTG inducer in the growth medium.

In addition, the authors wanted to study the regulation of translation. Translational efficiency was regulated by constructing a series of B. الرقيقة strains that contained point mutations in the ribosome binding site (RBS) and initiation codon of GFP. By manipulating both the transcription and translation levels, the relative contributions of these processes to biochemical noise could be studied see the summary of the data in Figure 3. They found that the phenotypic noise strength shows a strong positive correlation with translational efficiency (slope 21.8), in contrast to the weak positive correlation observed for transcriptional efficiency (slope 6.5). This is a demonstration that phenotypic variation can be controlled by genetic parameters, and low translation rates will lead to reduced fluctuations in protein expression. Such results also suggest that in nature, several inefficiently translated regulatory genes could have been naturally selected for their low-noise characteristics, even though efficient translation is energetically favorable.

The amount of noise in fluorescent protein output versus translation and transcriptional efficiencies. Output noise was estimated from a population of 10 4 –10 5 cells assayed by flow cytometry and represents the cell-to-cell variation in fluorescent signal as standard deviation. Translational and transcriptional levels were normalized to a wild-type strain. Figure adapted from [43].

The amount of noise in fluorescent protein output versus translation and transcriptional efficiencies. Output noise was estimated from a population of 10 4 –10 5 cells assayed by flow cytometry and represents the cell-to-cell variation in fluorescent signal as standard deviation. Translational and transcriptional levels were normalized to a wild-type strain. Figure adapted from [43].

Chizzolini et al. [14] explored the noise of a synthetic biological gene expression system in vitro. على حد سواء بكتريا قولونية cell extract and the بكتريا قولونية PURE system were tested for gene expression of a genetic construct with products including different fluorescent proteins (to quantitate protein production) and Spinach aptamer (to quantitate RNA transcript production). They found several sources of variability: the RBS sequence, whether the expressed genes are added in single expression vectors or cascaded in one vector, the GC content of the coding sequences, and the type of RNA polymerase used. Their results are consistent with the conclusions of Ozbudak et al. [43] that translation contributes more noise than transcription, perhaps due to the need for more molecular components to carry out the task. They point out that the accurate production of one gene product cannot be used to predict the production of another gene product using the same genetic construct and context. Further work on the role of mRNA dynamics could help to understand the source of noise and allow models to be more predictable.

The regulation of a target gene versus noise production has also been explored by Collins and colleagues [40]. They developed a combinatorial promoter design strategy to characterize how the position and number of tetO2 operator sites within the GAL1 promoter affect the target gene expression levels and expression noise in خميرة الخميرة. The promoters were designed with one, two, or three operators at varying proximity to the transcription start site. The inducer ATc was titrated into the system to control gene transcription levels. They found that the multiple operator elements did not behave independently, but rather a certain amount of cooperativity was seen when the ATc was added, with the largest amount of transcriptional variation found when the operators were farthest away from the start codon and when multiple operators were used. Such systematic effects could be modeled and both expression levels and noise levels predicted. These studies exemplify how much control versus biochemical noise could be expected from a biological cell engineered through synthetic biology.


مراجع

Beddington, J. Food, energy, water and the climate: a perfect storm of global events? (UK Government, 2009).

Goold, H. D., Wright, P. & Hailstones, D. Emerging opportunities for synthetic biology in agriculture. الجينات 9, 341 (2018).

Dorit, R. The biology of what is not there. أكون. علوم. 99, 20 (2011).

Way, J. C., Collins, J. J., Keasling, J. D. & Silver, P. A. Integrating biological redesign: where synthetic biology came from and where it needs to go. زنزانة 157, 151–161 (2014).

Revolutionizing Agriculture with Synthetic Biology (The Banbury Center, Cold Spring Harbor Laboratory, 2018) https://www.cshl.edu/wp-content/uploads/2018/12/PLANT18_Program.pdf

Simon, A. J., d’Oelsnitz, S. & Ellington, A. D. Synthetic evolution. نات. التكنولوجيا الحيوية. 37, 730–743 (2019).

Engqvist, M. K. M. & Rabe, K. S. Applications of protein engineering and directed evolution in plant research. نبات فيزيول. 179, 907–917 (2019).

Bar-Even, A. Daring metabolic designs for enhanced plant carbon fixation. علوم النبات. 273, 71–83 (2018).

Tokuriki, N. et al. Diminishing returns and tradeoffs constrain the laboratory optimization of an enzyme. نات. كومون. 3, 1257 (2012).

Davidi, D., Longo, L. M., Jabłońska, J., Milo, R. & Tawfik, D. S. A bird’s-eye view of enzyme evolution: chemical, physicochemical, and physiological considerations. تشيم. القس. 118, 8786–8797 (2018).

Erb, T. J., Jones, P. R. & Bar-Even, A. Synthetic metabolism: metabolic engineering meets enzyme design. بالعملة. رأي. تشيم. بيول. 37, 56–62 (2017).

de Lorenzo, V. et al. The power of synthetic biology for bioproduction, remediation and pollution control. ممثل EMBO. 19, e45658 (2018).

South, P. F., Cavanagh, A. P., Liu, H. W. & Ort, D. R. Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field. علم 363, eaat9077 (2019).

Kubis, A. & Bar-Even, A. Synthetic biology approaches for improving photosynthesis. J. إكسب. بوت. 70, 1425–1433 (2019).

Amthor, J. et al. Engineering strategies to boost crop productivity by cutting respiratory carbon loss. الخلية النباتية 31, 297–314 (2019).

Wright, R. C. & Nemhauser, J. Plant synthetic biology: quantifying the “known unknowns” and discovering the “unknown unknowns”. نبات فيزيول. 179, 885–893 (2019).

Park, S. Y. et al. Agrochemical control of plant water use using engineered abscisic acid receptors. طبيعة سجية 520, 545–548 (2015).

Liu, W. & Stewart, C. N. Jr. Plant synthetic biology. Trends Plant Sci. 20, 309–317 (2015).

Galanie, S., Thodey, K., Trenchard, I. J., Filsinger Interrante, M. & Smolke, C. D. Complete biosynthesis of opioids in yeast. علم 349, 1095–1100 (2015).

Wang, C., Zheng, P. & Chen, P. Construction of synthetic pathways for raspberry ketone production in engineered الإشريكية القولونية. تطبيق ميكروبيول. التكنولوجيا الحيوية. 103, 3715–3725 (2019).

Liu, W. C., Gong, T. & Zhu, P. Advances in exploring alternative Taxol sources. RSC Adv. 6, 48800–48809 (2016).

Cazimoglu, I. et al. Developing a graduate training program in Synthetic Biology: SynBioCDT. Synth. بيول. 4, ysz006 (2019).

Delebecque, C. & Philp, J. Training for synthetic biology jobs in the new bioeconomy. علم https://www.sciencemag.org/careers/2015/06/training-synthetic-biology-jobs-new-bioeconomy (2015).

Niehaus, T. D., Thamm, A. M., de Crécy-Lagard, V. & Hanson, A. D. Proteins of unknown biochemical function: a persistent problem and a roadmap to help overcome it. نبات فيزيول. 169, 1436–1442 (2015).

Zhao, Y. et al. Generation of a selectable marker free, highly expressed single copy locus as landing pad for transgene stacking in sugarcane. مصنع مول. بيول. 100, 247–263 (2019).

Hillson, N. et al. Building a global alliance of biofoundries. نات. كومون. 10, 2040 (2019).

Vazquez-Vilar, M., Orzaez, D. & Patron, N. DNA assembly standards: setting the low-level programming code for plant biotechnology. علوم النبات. 273, 33–41 (2018).

Agapakis, C. M. Designing synthetic biology. موالفة ACS. بيول. 3, 121–128 (2014).

de Lorenzo, V. & Schmidt, M. The do-it-yourself movement as a source of innovation in biotechnology – and much more. ميكروب. التكنولوجيا الحيوية. 10, 517–519 (2017).

Bassham, J. A., Benson, A. A. & Calvin, M. The path of carbon in photosynthesis. J. بيول. تشيم. 185, 781–787 (1950).

Raven, J. A., Cockell, C. S. & De La Rocha, C. S. The evolution of inorganic carbon concentrating mechanisms in photosynthesis. Philos. عبر. R. Soc. لوند. ب بيول. علوم. 363, 2641–2650 (2008).

Berg, I. A., Kockelkorn, D., Buckel, W. & Fuchs, G. A 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate autotrophic carbon dioxide assimilation pathway in Archaea. علم 318, 1782–1786 (2007).

Zarzycki, J., Brecht, V., Muller, M. & Fuchs, G. Identifying the missing steps of the autotrophic 3-hydroxypropionate CO2 fixation cycle in Chloroflexus aurantiacus. بروك. Natl Acad Sci. الولايات المتحدة الأمريكية 106, 21317–21322 (2009).

Figueroa, I. A. et al. Metagenomics-guided analysis of microbial chemolithoautotrophic phosphite oxidation yields evidence of a seventh natural CO2 fixation pathway. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115, E92–E101 (2018).

Ragsdale, S. W. & Pierce, E. Acetogenesis and the Wood-Ljungdahl pathway of CO2 تثبيت. بيوكيم. بيوفيز. Acta 1784, 1873–1898 (2008).

Evans, M. C. W., Buchanan, B. B. & Arnon, D. I. A new ferredoxin-dependent carbon reduction cycle in a photosynthetic bacterium. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 55, 928–934 (1966).

Huber, H. et al. A dicarboxylate/4-hydroxybutyrate autotrophic carbon assimilation cycle in the hyperthermophilic Archaeum Ignicoccus hospitalis. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 7851–7856 (2008).

Trudeau, D. L. et al. Design and in vitro realization of carbon-conserving photorespiration. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115, E11455–E11464 (2018).

Bar-Even, A., Noor, E., Lewis, N. E. & Milo, R. Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 8889–8894 (2010).

Schwander, T. et al. A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. علم 354, 900–904 (2016).

Durall, C., Rukminasaria, N. & Lindblad, P. Enhanced growth at low light intensity in the cyanobacterium متزامن PCC 6803 by overexpressing phosphoenolpyruvate carboxylase. Algal Res. 16, 275–281 (2016).


INDIVIDUALS AS GROUPS

An important advance in evolutionary biology began with Margulis’s (1970) theory of the eukaryotic cell. She proposed that eukaryotic (nucleated) cells did not evolve by small mutational steps from prokaryotic (bacterial) cells, but by symbiotic associations of bacteria becoming so integrated that the associations qualified as single organisms in their own right. The concept of groups من organisms turning into groups كما organisms was then extended to other major transitions during the history of life, including the origin of life itself as groups of cooperating molecular reactions, the first cells, and multicellular organisms (e.g., Maynard Smith and Szathmáry 1995, 1999 Michod 1999 Jablonka and Lamb 2006 Michod and Herron 2006).

Despite multilevel selection theory’s turbulent history for the traditional study of social behavior, it is an accepted theoretical framework for the study of major transitions. There is widespread agreement that selection occurs within and among groups, that the balance between levels of selection can itself evolve, and that a major transition occurs when selection within groups is suppressed, enabling selection among groups to dominate the final vector of evolutionary change. Genetic and developmental phenomena such as chromosomes, the rules of meiosis, a single cell stage in the life cycle, the early sequestration of the germ line, and programmed death of cell lineages are interpreted as mechanisms for stabilizing the organism and preventing it from becoming a mere group of evolving elements. At the same time, within‐group selection is never completely suppressed. There are many examples of intragenomic conflict that prevent the higher‐level units from functioning as organisms in the full and truest sense of the word (Burt and Trivers 2006).

The concept of major transitions decisively refutes the notion that higher‐level selection is invariably weaker than lower‐level selection. The domain of multilevel selection theory has been expanded to include the internal organization of individuals in addition to the social organization of groups. Ironically, the rejection of group selection made it heresy to think about groups as like organisms, and now it has emerged that organisms are literally the groups of past ages. Okasha (2005:1008) eloquently summarizes the implications of these developments for sociobiological theory as a whole:

Since cells and multi‐celled creatures obviously have evolved, and function well as adaptive units, the efficacy of group selection cannot be denied. Just as the blanket assumption that the individual organism is the sole unit of selection is untenable from a diachronic perspective, so too is the assumption that group selection is a negligible force. For by ‘frameshifting’ our perspective downwards, it becomes apparent that individual organisms نكون co‐operative groups, so are the المنتج of group selection!


ملخص القسم

Nucleic acids can be isolated from cells for the purposes of further analysis by breaking open the cells and enzymatically destroying all other major macromolecules. Fragmented or whole chromosomes can be separated on the basis of size by gel electrophoresis. Short stretches of DNA can be amplified by PCR. DNA can be cut (and subsequently re-spliced together) using restriction enzymes. The molecular and cellular techniques of biotechnology allow researchers to genetically engineer organisms, modifying them to achieve desirable traits.

Cloning may involve cloning small DNA fragments (molecular cloning), or cloning entire organisms (reproductive cloning). In molecular cloning with bacteria, a desired DNA fragment is inserted into a bacterial plasmid using restriction enzymes and the plasmid is taken up by a bacterium, which will then express the foreign DNA. Using other techniques, foreign genes can be inserted into eukaryotic organisms. In each case, the organisms are called transgenic organisms. In reproductive cloning, a donor nucleus is put into an enucleated egg cell, which is then stimulated to divide and develop into an organism.

In reverse genetics methods, a gene is mutated or removed in some way to identify its effect on the phenotype of the whole organism as a way to determine its function.

تمارين

قائمة المصطلحات

anneal: in molecular biology, the process by which two single strands of DNA hydrogen bond at complementary nucleotides to form a double-stranded molecule

biotechnology: the use of artificial methods to modify the genetic material of living organisms or cells to produce novel compounds or to perform new functions

cloning: the production of an exact copy—specifically, an exact genetic copy—of a gene, cell, or organism

gel electrophoresis: a technique used to separate molecules on the basis of their ability to migrate through a semisolid gel in response to an electric current

الهندسة الوراثية: alteration of the genetic makeup of an organism using the molecular methods of biotechnology
genetically modified organism (GMO): an organism whose genome has been artificially changed

بلازميد: a small circular molecule of DNA found in bacteria that replicates independently of the main bacterial chromosome plasmids code for some important traits for bacteria and can be used as vectors to transport DNA into bacteria in genetic engineering applications

polymerase chain reaction (PCR): a technique used to make multiple copies of DNA

recombinant DNA: a combination of DNA fragments generated by molecular cloning that does not exist in nature
strong>recombinant protein: a protein that is expressed from recombinant DNA molecules

restriction enzyme: an enzyme that recognizes a specific nucleotide sequence in DNA and cuts the DNA double strand at that recognition site, often with a staggered cut leaving short single strands or “sticky” ends

reverse genetics: a form of genetic analysis that manipulates DNA to disrupt or affect the product of a gene to analyze the gene’s function

reproductive cloning: cloning of entire organisms

transgenic: describing an organism that receives DNA from a different species


شاهد الفيديو: الحركة في الكائنات الحية من كتاب التميز 2022 (كانون الثاني 2022).