معلومة

A. MPO - الخلية: نظرة عامة من منظور الكيمياء - علم الأحياء

A. MPO - الخلية: نظرة عامة من منظور الكيمياء - 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.

الترجمة الفرنسية √ لكيت بونداريف

ربما تكون قد درست الخلية عدة مرات ، إما في المدرسة الثانوية أو في فصول علم الأحياء بالكلية. هناك العديد من المواقع المتاحة التي تستعرض كلاً من الخلايا بدائية النواة (البكتيرية) والخلايا الجذعية وحقيقية النواة (انظر الروابط في الأسفل). تم تصميم هذا البرنامج التعليمي على وجه التحديد من وجهة نظر الكيمياء. يستكشف أربع فئات من الجزيئات الحيوية (الدهون والبروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات) ويصف بطريقة تصويرية مبسطة حيث يتم العثور عليها وصنعها وتدهورها في الخلية (أي تاريخها). إنه يركز على الخلايا حقيقية النواة ، والتي على عكس الخلايا بدائية النواة الأبسط ، لها عضيات داخلية محاطة بأغشية تقسم التفاعلات الكيميائية. أولاً يتم عرض نظرة عامة على الخلية. ستركز الفصول اللاحقة على جزيئات حيوية معينة.

دعنا نفكر في الخلية كمصنع كيميائي يصمم ويستورد ويصنع ويستخدم ويصدر ويحلل مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية (في حالة الخلية ، تشمل هذه الدهون والبروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات). كما يجب أن تحدد أو تستشعر كمية المواد الكيميائية الخام والتامة الصنع المتوفرة لديها وتستجيب لاحتياجاتها الخاصة والخارجية من خلال زيادة الإنتاج أو إيقافه. تم توفير رقم الخلية أدناه وفي المواقع المرتبطة الأخرى بناءً عليها بإذن من Liliana Torres. انقر فوق الارتباطات التشعبية الزرقاء لبعض العضيات لمزيد من المعلومات التفصيلية عنها.

الشكل: خلية حقيقية النواة

http://torresbioclan.pbworks.com/w/page/22377234/Spikefish٪20About٪20Cells

استخدم بإذن من Liliana Torres. أيضًا على www.animalport.com/animal-cells.html

تصميم - يكمن تصميم الخلية في الغالب في مخطط الخلية ، الشفرة الوراثية ، والتي تتكون من الحمض النووي في نواة الخلية وكمية صغيرة في الميتوكوندريا. بالطبع ، يجب قراءة مخطط الحمض النووي (نسخه) بواسطة إنزيمات البروتين التي تم تشفيرها بنفسها بواسطة الحمض النووي. يحتوي الكود الجيني على الخطة الرئيسية التي تحدد تسلسل جميع البروتينات الخلوية ، والتي تحفز بعد ذلك جميع الأنشطة الأخرى تقريبًا في الخلية ، بما في ذلك التحفيز ، والحركة ، والبنية المعمارية ، وما إلى ذلك. لا يتم تحريك تسلسل بوليمر متعدد السكاريد بواسطة قالب بل بواسطة الإنزيمات التي تحفز البلمرة.

استيراد و تصدير: العديد من المكونات الكيميائية للخلية لا تنشأ من التوليف المباشر ولكن من استيراد كل من الجزيئات الصغيرة والكبيرة. يجب أن تمر الجزيئات المستوردة عبر غشاء الخلية وفي بعض الحالات من خلال أغشية إضافية إذا كانت بحاجة إلى الإقامة داخل عضيات مرتبطة بالغشاء. يمكن للجزيئات أن تنتقل إلى الخلية عن طريق الانتشار السلبي عبر الغشاء ولكن عادة ما يتم تسهيل حركتها بواسطة مستقبل الغشاء. يمكن للجزيئات أيضًا أن تتحرك لأعلى في تدرج تركيز في عملية تسمى "النقل النشط". بالنظر إلى الطبيعة البرمائية للطبقة الثنائية (الجزء الخارجي من مجموعة الرأس القطبية ، والداخلية غير القطبية) ، تتوقع أن الجزيء القطبي مثل الجلوكوز سيواجه صعوبة في التحرك عبر الغشاء. في الواقع ، تشارك بروتينات النقل الغشائي في حركة الجزيئات غير القطبية والقطبية.

- الناقلات والبروتينات الحاملة والبروتينات: هذه البروتينات الغشائية تحرك جزيئات ليجند معينة عبر غشاء ، وعادة ما تكون أسفل تدرج تركيز. تظهر المحاكاة الحاسوبية للانتشار الميسر للاكتوز عبر الغشاء في الرابط التالي. رسم متحرك لانتشار اللاكتوز من خلال مستقبلات LacY

(الرابط أعلاه وأدناه مباشرة من مجموعة الفيزياء الحيوية النظرية والحاسوبية في معهد بيكمان ، جامعة إلينوي في أوربانا شامبين. تم إجراء هذه المحاكاة الديناميكية الجزيئية باستخدام VMD / NAMD / BioCoRE / JMV / دعم البرامج الأخرى التي طورتها المجموعة بدعم من المعاهد الوطنية للصحة.)

- القنوات الأيونية - تسمح بروتينات الغشاء هذه بتدفق الأيونات عبر الأغشية. بعضها مفتوح بشكل دائم (غير ممدود) بينما البعض الآخر مفتوح أو مغلق حسب وجود الروابط التي تربط قناة البروتين والبيئة المحلية للبروتين في الغشاء. يستمر تدفق الأيونات عبر القناة في اتجاه مفضل من الناحية الديناميكية الحرارية ، والذي يعتمد على تركيزها وتدرجات الجهد عبر الغشاء.

- المسام: بعض الأغشية (النووية ، الميتوكوندريا) تجمع البروتينات (مثل البورنز) لتشكيل مسام كبيرة ولكن منظمة. تم العثور على بورينات في أغشية الميتوكوندريا بينما توجد النوكليوبورينات في الغشاء النووي. يمكن للجزيئات الصغيرة أن تمر بشكل عام عبر هذه المسام الغشائية بينما يتم اختيار الجزيئات الكبيرة بناءً على ميلها لتشكيل قوى جذابة بين الجزيئات عابرة مع بروتينات المسام. يوضح الرابط التالي انتشار الماء من خلال الأكوابورين. الرسوم المتحركة لانتشار المياه عبر قناة أكوابورين ،

- الالتقام الخلوي: جزيئات كبيرة جدًا (على سبيل المثال ، LDL أو البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة أو الفيروسات) يمكن أن تدخل الخلية من خلال عملية تسمى الالتقام الخلوي. في البداية يرتبط البروتين الدهني منخفض الكثافة أو الفيروس بمستقبل على سطح الخلية. يؤدي هذا إلى سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى انقلاب غشاء الخلية في تلك المرحلة. هذا في النهاية يقرص لتشكيل داخلي حويصلة محاطة ببروتين يسمى كلاثرين. يمكن أن تلتقط الإندوسومات "المبكرة" بروتينات جديدة ومكونات أخرى بالإضافة إلى إطلاقها أثناء تحركها وتنضجها عبر الخلية. أثناء عملية النضج هذه ، تؤدي مضخات البروتين في الجسيم الداخلي إلى انخفاض في درجة الحموضة داخل الجسم مما قد يؤدي إلى تغيرات في التشكل في بنية البروتين وتساقط البروتينات. في النهاية يصل الجسيم الداخلي "المتأخر" ويندمج مع الليزوزوم ، وهو عضية داخلية تحتوي على إنزيمات متحللة. يتم توصيل المكونات غير المتحللة مثل الأحماض النووية الفيروسية أو الكوليسترول إلى الخلية. يمكن أن يذهب هذا النقل أيضًا في الاتجاه العكسي ويعيد تدوير المستقبلات إلى غشاء الخلية. وبالمثل ، يمكن أن تندمج الحويصلات المأخوذة من مجمع جولجي مع الإندوسومات ، مع بقاء بعض المكونات على قيد الحياة لإعادة دخول جولجي.

توليف / تحطيم: يجب أن تقوم الخلايا بتركيب وتحطيم الجزيئات الصغيرة وكذلك البروتينات البوليمرية الكبيرة والكربوهيدرات والأحماض النووية. غالبًا ما يتم تجزئة المسارات الابتنائية (الاصطناعية) والتقويضية (التحلل) في الزمان والمكان داخل الخلية. على سبيل المثال ، يتم تصنيع الأحماض الدهنية في السيتوبلازم ولكن يتم إجراء أكسدة الأحماض الدهنية في الميتوكوندريا. يتم تصنيع البروتينات في السيتوبلازم أو تكتمل في الشبكة الإندوبلازمية (للغشاء والبروتينات المصدرة) بينما تتحلل في الليزوزوم أو الأهم من ذلك في بنية كبيرة متعددة الجزيئات في الخلية تسمى البروتيازوم.

دعنا نفكر في بعض الخصائص الرئيسية للخلية قبل أن ندخل في التفاصيل.

الخلايا ومقصوراتها الداخلية لها تركيزات منظمة للأيونات وأيون الهيدرونيوم.

كما هو متوقع ، يتراوح الرقم الهيدروجيني للخلية (المادة المائية المحيطة بجميع العضيات داخل الخلية) من حوالي 7.0-7.4 ، اعتمادًا على الحالة الأيضية للخلية. تحتوي بعض العضيات على ناقلات بروتونية يمكنها تغيير درجة الحموضة داخلها بشكل كبير. على سبيل المثال ، يكون الرقم الهيدروجيني داخل الليزوزوم ، وهو عضية متحللة ، حوالي 4.8. إن انهيار تدرج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا كافٍ لدفع التوليف غير المرغوب فيه من الناحية الديناميكية الحرارية لـ ATP.

بالمقارنة مع السائل خارج الخلية ، يكون تركيز أيون البوتاسيوم أعلى داخل الخلية ، بينما تكون تركيزات أيونات الصوديوم والكلوريد والكالسيوم أعلى خارج الخلية (انظر الجدول أدناه). يتم الحفاظ على تدرجات التركيز هذه بواسطة ناقلات الأيونات والقنوات وتتطلب إنفاق الطاقة في نهاية المطاف في شكل تحلل ATP المائي. تعتبر التغييرات في هذه التركيزات جزءًا لا يتجزأ من نظام الإشارات الذي تستخدمه الخلية للاستشعار والاستجابة للتغيرات في بيئتها الخارجية والداخلية.

تم العثور على الماء بكميات كبيرة وكذلك يرتبط بالجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والسكريات. من المتوقع أن يكون لهذه المياه خصائص مختلفة. يوضح الجدول أدناه تركيزات الأيونات التقريبية في الخلية.

أيونداخل (مم)الخارج (مم)
نا+1405
ك+12140
Cl-415
كاليفورنيا2+1 أوم2

تحتوي الخلايا على إطار عمل داخلي يوفر الدعم الإنشائي المعماري والداخلي.

لا تختلف بنية "الهيكل الخلوي" لـ a (مع "الكابلات" الجزيئية - والبنى "الشبيهة بالعارضة") عن المصنع.

الإطار الداخلي أو الهيكل الخلوي من خلية تتكون من خيوط دقيقة وخيوط وسيطة وأنابيب دقيقة. تتكون هذه من بروتينات أحادية تتجمع ذاتيًا لتشكيل البنية الداخلية. يمكن رؤية أجزاء من الهيكل الخلوي في الصورة أعلاه (مأخوذة من ويكيبيديا).

تظهر في الصورة الخيوط الدقيقة لمونومرات الأكتين (الملطخة بالفلوروفور الأحمر / البرتقالي) والأنابيب الدقيقة التي توفر مزيدًا من الدعم الهيكلي المصنوع من مونومرات التوبولين (باللون الأخضر) جنبًا إلى جنب مع النواة المصبوغة باللون الأزرق. يتم دعم وتنظيم العضيات بواسطة الهيكل الخلوي (الأنابيب الدقيقة بشكل أساسي). حتى غشاء الخلية مدعوم أسفل النشرة الداخلية بواسطة الأكتين (برتقالي ملون) والألياف الدقيقة سبيكترين. تحمل البروتينات الحركية مثل الميوسين (الذي يتحرك على طول الخيوط الدقيقة للأكتين) والداينين ​​والكينيسين (التي تتحرك على طول الأنابيب الدقيقة التيوبولين) البضائع (الحويصلات والعضيات) بطريقة اتجاهية. الخلية ليست مجموعة غير منظمة من الجزيئات والعضيات. بدلا من ذلك هو منظم للغاية لإنتاج المواد الكيميائية الأمثل ، والاستخدام والتدهور.

الخلية لديها مجموعة متنوعة من الأشكال. يجب أن تنزلق بعض الخلايا المناعية المنتشرة عبر الخلايا التي تبطن جدران الشعيرات الدموية لتهاجر إلى مواقع الإصابة. تحدث نفس العملية عندما تنتقل الخلايا السرطانية وتهرب إلى مواقع أخرى في الجسم. من أجل القيام بذلك ، يجب أن تغير الخلية شكلها بشكل جذري ، وهي استجابة تتطلب تفكك بوليمرات الهيكل الخلوي إلى مونومرات متوفرة لاحقًا لإعادة البلمرة.

الزنزانة مكان مزدحم بشكل مذهل.

في مختبرات الكيمياء ، نعمل عادةً مع المحاليل المخففة للجزيئات الذائبة في المذيب. ربما سمعت أن الجسم يتكون من 68٪ من الماء ، ولكن من الواضح أن تركيز الماء يعتمد على البيئة الخلوية. جزيئات الذائبة مثل البروتين والكربوهيدرات معبأة بكثافة. الخلايا مزدحمة لدرجة أن المسافة بين الجزيئات الأكبر مثل البروتين أقل من حجم البروتين. أظهرت الدراسات أن استقرار البروتين يزداد في مثل هذه الحالة ، مما يساعد في الحفاظ على البروتين في حالته الأصلية المطوية. نتيجة أخرى للتركيزات العالية هي أنها ستعزز الترابط أو التجميع الذاتي للجزيئات المتشابهة وكذلك الكراهية التي لن تحدث من منظور التوازن في المحاليل المخففة. ومن ثم فإن دراسة الجزيئات الحيوية في المحاليل المخففة في المختبر قد لا تكشف عن التعقيدات الفعلية للتفاعلات وأنشطة نفس الجزيء في الجسم الحي. أضاف الباحثون مؤخرًا بوليمرًا مشتركًا محايدًا من السكروز والإبيكلوروهيدرين إلى الخلايا في المختبر. تسببت هذه الجسيمات في تنظيم الجزيئات خارج الخلية التي تفرزها الخلية ، مكونة "مصفوفة" خارج الخلية منظمة أدت إلى تنظيم الخيوط الدقيقة داخل الخلية بالإضافة إلى إحداث تغييرات في نشاط الخلية.1 في المختبر يزيد نشاط إنزيم إنزيم رئيسي في تحلل السكر بشكل كبير في ظل ظروف الازدحام.2 قد تكون النتيجة الأخرى للتزاحم هي الارتباط المكاني والزماني للأنزيمات الرئيسية في مسارات استقلابية محددة ، مما يسمح بانتشار أسهل للركائز والمنتجات داخل الإنزيمات المتجمعة.

الشكل: السيتوبلازم المزدحم لـ E. Coli - Ufrom McGuffee SR ، Elcock AH (2010) PLoS Comput Biol 6 (3): e1000694. دوى: 10.1371 / journal.pcbi.1000694 (مجلة مفتوحة المصدر)

استخدمت محاكاة الكمبيوتر 50 نوعًا مختلفًا من الجزيئات الكبيرة الأكثر وفرة من سيتوبلازم الإشريكية القولونية و 1008 جزيء فردي. تقديم نموذج السيتوبلازم في نهاية محاكاة الديناميكيات. يظهر الحمض النووي الريبي باللون الأخضر والأصفر. تم إعداد هذا الرقم باستخدام VMD

تخضع مكونات الخلية لانتقالات طورية لتشكيل بنى تحتية داخل الخلية.

السؤال المحير هو كيف تتشكل البنى التحتية داخل الخلية. وهذا لا يشمل فقط التولد الحيوي للعضيات مثل الميتوكوندريا ولكن أيضًا الجسيمات الأصغر مثل حبيبات عديد السكاريد وقطرات الدهون وجزيئات البروتين / الحمض النووي الريبي (بما في ذلك الريبوسوم) بالإضافة إلى نواة نواة الخلية. قد يكون من الأسهل التفكير في هذه المشكلة باستخدام مثالين من عالم الدهون ، قطرات الدهون وأطواف الأغشية. أنت معتاد جدًا على انتقالات الطور التي تحدث عند إضافة سائل غير قطبي قابل للذوبان إلى الماء. عند التركيز العالي بدرجة كافية ، يتم تجاوز قابلية ذوبان السائل غير القطبي ويحدث انتقال الطور كما يتضح من ظهور مرحلتين سائلتين منفصلتين. تحدث نفس العملية عندما تتحد الدهون الثلاثية في قطرات دهنية ببروتينات مرتبطة بالخارج. مثال آخر يحدث داخل غشاء الخلية عندما ترتبط الدهون مع سلاسل الألكيل المشبعة ذاتيًا بالكوليسترول الغشائي (الذي يحتوي على نظام حلقة مستوية صلبة) لتشكيل طوف دهني يتميز بكفاءة تعبئة أكبر وصلابة وسمك الأجزاء الأخرى من الغشاء. غالبًا ما تقوم هذه الأطواف الدهنية بتجنيد البروتين الذي يشارك في عمليات إرسال الإشارات داخل أغشية الخلايا. تسمى عملية فصل الطور هذه أيضًا مزج السائل / السائل حيث يتم فصل مادتين "شبيهة بالسائل".

يبدو أن البروتينات التي تتفاعل مع الحمض النووي الريبي تتكون من حمض أميني أقل تنوعًا ولديها هياكل أكثر مرونة ("أكثر شبيهة بالسائل) مما يسمح بتفاعلها التفضيلي مع الحمض النووي الريبي لتكوين جزيئات بروتين RNA كبيرة (مثل الريبوسوم وهياكل معالجة الحمض النووي الريبي الأخرى) بطريقة تحاكي مزج السائل / السائل. كل هذه التفاعلات هي مجرد مظاهر لمختلف القوى بين الجزيئات التي درستها في فصول الكيمياء السابقة.

لقد درست بنية الدهون والبروتين والحمض النووي والكربوهيدرات في فصول الأحياء التمهيدية و / أو الكيمياء. اتبع الآن الروابط التالية التي ستأخذك إلى فصول تعليمي الخلية التي تعرض تاريخ حياة هذه الأنواع من الجزيئات في الخلية.

  • CT0- L. الخلية: الدهون
  • CT0-P. الخلية: البروتينات
  • CT0 - N. الخلية: أحماض نووية
  • CT0 - ج. الخلية: الكربوهيدرات

قائمة مواقع الويب والتطبيقات على بنية الخلية حقيقية النواة:

  • دروس الخلية من جامعة كاليفورنيا
  • محاكاة الخلايا النباتية والحيوانية (تتطلب جافا)
  • قم بتنزيل تطبيق Apple Store الصغير لأجهزة IPad و Itouch و IPhone: 3D Cell

مراجع:

1. Zeiger AS ، Loe FC ، Li R ، Raghunath M ، Van Vliet KJ (2012) Crowulation Macromolecular Crowding يوجه منظمة المصفوفة خارج الخلية وسلوك الخلايا الجذعية الوسيطة. بلوس واحد 7 (5): e37904. دوى: 10.1371 / journal.pone.0037904.

2. أبراتيم دارا ، أنطونيوس ساميوتاكيسب ، سيمون إبنغوزا ، ليا نينهاوزا ، درار حموزب ، مارتن جروبيليا ، ومارجريت س. هيكل ووظيفة وطي كيناز الفوسفوجليسيرات مضطرب بشدة بسبب الازدحام الجزيئي. بروك. Natl Acad Sci. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1006760107

3. أنتوني أ. هايمان وكاي سيمونز. ما وراء النفط والماء - انتقالات المرحلة في الخلايا. العلوم 337 ، 1047 (2012) ؛ DOI: 10.1126 / العلوم .1223728

4. McGuffee SR، Elcock AH (2010) الانتشار والتزاحم واستقرار البروتين في نموذج جزيئي ديناميكي من السيتوبلازم البكتيري. بلوس كومبوت بيول 6 (3): e1000694. دوى: 10.1371 / journal.pcbi.1000694


شاهد الفيديو: DNA البرنامج التدريبي التخصصي في مادة الأحياء - هيكل الدي أن آي (شهر نوفمبر 2022).